JP7464881B2 - 無線受信回路 - Google Patents

Description

本発明は無線受信回路に関する。

ＥＴＣシステム(Electronic Toll Collection system：自動料金収受システム)などの狭域通信システム（ＤＳＲＣ：Dedicated Short Range Communication）に代表される無線通信システムでは、ＡＳＫ（Amplitude Shift keying）などのデジタル変調方式が用いられる。こうした無線システムの受信機は、キャリアセンスを行い通信エリア内に通信すべき相手がいるのかどうかを探索する。受信機は、通信エリア内で通信相手からの信号を受信すると、内部の復調器で振幅の変化を検知してＡＳＫ信号を復調し、それが所定のパターンであれば通信を開始する。

一般的な無線通信システムでは、近接した周波数帯に同一システムの他チャンネルの信号や、他の無線システムの信号が共存する。これらの信号は、受信したい信号にとって不要な信号であり、信号の通信品質を劣化させる。そこで、この不要な信号をフィルタなどで除去する必要がある。

非特許文献１では、無線受信回路として、無線信号をアンテナで受信してＬＮＡ（Low Noise Amplifier）で増幅した後、ミキサで低い周波数に信号変換し、フィルタで不要信号を除去して、信号強度を検知する構成が開示されている。従来技術では、不要信号の除去のために、ＳＡＷフィルタ(外付け）で不要波を除去して信号強度を検知している。信号強度の検知には、ＲＳＳＩ （Received Signal Strength Indication）が用いられている。ＳＡＷフィルタは、Ｑ値が高く、受信機用として、例えば、Ｑ値が１０程度のものが用いられる。

N.Sasho, et al., "Single-Chip 5.8GHz DSRC Transceiver with Dual-Mode of ASK and Pi/4-QPSK", 2008 IEEE Radio and Wireless Symposium, pp.799-802, January 2008

しかしながら、ＳＡＷフィルタは、高価でサイズが大きいという課題があり、モジュールサイズの小型化や低コスト化が図れない。そこで、ＳＡＷフィルタに代えて、ＬＳＩ内にアクティブ回路で構成されたフィルタを設けることが考えられる。しかしながら、アクティブ回路は、線形性やノイズ特性に課題があり、受信性能を確保する上で必要なダイナミックレンジを実現できないという問題がある。例えば、アクティブ回路でフィルタを構成した場合、入力信号レベルが高くなると、フィルタが飽和するという問題がある。フィルタが飽和するとＲＳＳＩの出力信号も飽和するため、信号レベルの変化が検知できず、変調信号を誤って復調してしまうおそれがある。ＲＳＳＩの出力信号が飽和すると、他のデジタル変調方式においても、正しく復調できない場合がある。

本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、無線受信回路において、小型化とローコスト化のために半導体集積回路上にフィルタを統合し、高速かつ広いダイナミックレンジで信号強度の検知を可能とすることを目的とする。

本開示の一態様における無線受信回路は、入力信号を増幅する低雑音増幅回路（ＬＮＡ）と、前記低雑音増幅回路の出力を受け、第１の局所発振信号と混合して出力する第１のミキサと、前記第１のミキサの出力をフィルタリングする第１のフィルタと、前記第１のフィルタ回路の出力を受け、信号強度を検知する第１の信号強度検知回路と、前記第１のミキサの出力を受け、減衰させて出力するアッテネータと、前記アッテネータの出力をフィルタリングする第２のフィルタと、前記第２のフィルタ回路の出力を受け、信号強度を検知する第２の信号強度検知回路とを備え、前記第１の信号強度検知回路で検知された信号強度と、前記第２の信号強度検知回路で検知された信号強度との足し合わせにより前記入力信号の信号強度を得る、構成とした。

上記態様によると、第１のミキサの出力を基に信号強度を検知する第１の信号強度検知回路と、第１のミキサの出力をアッテネータで減衰させ、その減衰信号を基に信号強度を検知する第２の信号強度検知回路を設け、第１の信号強度検知回路で検知された信号強度と第２の信号強度検知回路で検知された信号強度との足し合わせにより入力信号の信号強度を得るようにしている。このような構成にすることで、第１のフィルタ回路が飽和する領域においても、第２のフィルタ回路を飽和させずに動作させることができ、入力信号に対して、線形に出力することができる範囲を広げることができる。これにより、小型化とローコスト化のために半導体集積回路上にフィルタを統合し、高速かつ広いダイナミックレンジで信号強度の検知をすることができる。

本開示の一態様における無線受信回路は、入力信号を増幅する低雑音増幅回路（ＬＮＡ）と、前記低雑音増幅回路の出力を受け、局所発振信号と混合して出力する第１のミキサと、前記第１のミキサの出力を受け、増幅させて出力する増幅回路と、前記増幅回路の出力をフィルタリングする第１のフィルタと、前記第１のフィルタ回路の出力を受け、信号強度を検知する第１の信号強度検知回路と、前記第１のミキサの出力をフィルタリングする第２のフィルタと、前記第２のフィルタ回路の出力を受け、信号強度を検知する第２の信号強度検知回路とを備え、前記第１の信号強度検知回路で検知された信号強度と、前記第２の信号強度検知回路で検知された信号強度との足し合わせにより前記入力信号の信号強度を得る、構成とした。

上記態様によると、第１のミキサの出力をアンプで増幅させ、その増幅信号を基に信号強度を検知する第１の信号強度検知回路と、ミキサの出力を基に信号強度を検知する第２の信号強度検知回路を設け、第１の信号強度検知回路で検知された信号強度と第２の信号強度検知回路で検知された信号強度との足し合わせにより入力信号の信号強度を得るようにしている。このような構成にすることで、第１のフィルタ回路が飽和する領域においても、第２のフィルタ回路を飽和させずに動作させることができ、入力信号に対して、線形に出力することができる範囲を広げることができる。これにより、小型化とローコスト化のために半導体集積回路上にフィルタを統合し、高速かつ広いダイナミックレンジで信号強度の検知をすることができる。

本開示の無線受信回路は、小型化とローコスト化のために半導体集積回路上にフィルタを統合し、高速かつ広いダイナミックレンジで信号強度の検知をすることができる。

実施形態の無線受信回路の構成を示すブロック図 フィルタ回路の構成例を示す回路図 アッテネータの構成例を示す回路図 アッテネータの他の構成例を示す回路図 信号強度検知回路の構成例を示すブロック図 リミッタアンプの構成例を示す回路図 無線受信回路の入出力特性の一例を示す図 無線受信回路の入出力特性のシミュレーション結果を示す図 変形例１の無線受信回路の構成を示すブロック図 変形例２の無線受信回路の構成を示すブロック図 変形例３の無線受信回路の構成を示すブロック図

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において示される具体的な数値は、発明の理解を容易にするための例示にすぎず、発明の範囲を限定する意図はない。

図１は、本実施形態の無線受信回路１の構成例を示すブロック図である。

本実施形態に係る無線受信回路１は、例えば、ＥＴＣシステムなどの狭域通信システム（ＤＳＲＣ）に代表される無線通信システムの受信機（図示省略）に搭載される。受信機は、キャリアセンスを行い、自機の通信エリア内にある他の機器（以下、通信相手という）を探索する。受信機は、通信エリア内で通信相手からの信号を受信すると、無線受信回路１で振幅の変化を検知してＡＳＫ信号を復調し、それが所定のパターンであればその通信相手との通信を開始する。なお、本実施形態の無線受信回路１の適用対象は、ＥＴＣシステムに限定されず、例えば、受信信号の信号レベルを検知しＡＧＣ制御する場合やＡＳＫ変調信号を復調する無線システムに広く適用され得る。

図１に示すように、無線受信回路１は、低雑音増幅回路２（以下、ＬＮＡ２と記載）と、ミキサ３（第１のミキサに相当）と、第１のフィルタ回路４と、第１の信号強度検知回路５と、アッテネータ６と、第２のフィルタ回路７と、第２の信号強度検知回路８と、加算回路８５とを備える。

ＬＮＡ２は、アンテナ（図示省略）で受信された高周波信号ＲＦＩＮを低ノイズで増幅し増幅信号Ｓ２として出力する。高周波信号ＲＦＩＮは、例えば、ＧＨｚ帯の信号である。本実施形態の無線受信回路１をＥＴＣシステムに適用する場合、例えば、高周波信号ＲＦＩＮの周波数は５７９５［ＭＨｚ］であり、後述する局所発振信号ＬＯ１の周波数は５８３５［ＭＨｚ］である。また、ＥＴＣシステムで受信される高周波信号ＲＦＩＮは、例えば、－２０［ｄＢｍ］から－８０［ｄＢｍ］の信号レベルである。ただし、無線受信回路１が受信する高周波信号ＲＦＩＮの周波数及び信号レベル並びにミキサ３に入力される局所発振信号ＬＯ１の周波数は上記に限定されない。

ミキサ３は、ＬＮＡ２から出力された増幅信号Ｓ２を受け、増幅信号Ｓ２と局所発振信号ＬＯ１とを混合し、両信号の周波数差についてのＩＦ信号Ｓ３を出力する。ＩＦ信号Ｓ３の周波数は、例えば、高周波信号ＲＦＩＮと局所発振信号ＬＯ１との周波数差である。ＥＴＣシステムにおいて、例えば、ＩＦ信号Ｓ３の周波数は４０［ＭＨｚ］であり、ＬＮＡ２とミキサ３のゲインの合計は３０［ｄＢ］である。

第１のフィルタ回路４は、ミキサ３から出力されたＩＦ信号Ｓ３を受けてフィルタリングし、第１のフィルタ信号Ｓ４として第１の信号強度検知回路５に出力する。図２では、第１のフィルタ回路４の一例として、オペアンプとＲＣ素子とを組み合わせたバイカット型のバンドパスフィルタを示している。第１のフィルタ回路４は、例えば、センター周波数をＩＦ信号Ｓ３の周波数に応じた４０［ＭＨｚ］に設定し、信号周波数帯域を４［ＭＨｚ］にする。第１のフィルタ回路４は、例えば、高周波信号ＲＦＩＮが－４０［ｄＢｍ］で飽和するような特性を有する。前述のとおり、ＬＮＡ２とミキサ３のゲインの合計を３０［ｄＢ］とした場合には、第１のフィルタ回路４単体では－１０［ｄＢｍ］で飽和する。なお、図示しないが、第１のフィルタ回路４は、フィルタリングに必要な減衰量にあわせて、バンドパスフィルタを多段構成としてもよい。また、第１のフィルタ回路４は、多重帰還形としたり、ローパスフィルタとハイパスフィルタの組み合わせであってもよい。また、高周波信号ＲＦＩＮの周波数と局所発振信号ＬＯ１の周波数が同一(ダイレクトコンバージョン受信方式)の場合は第１のフィルタ回路４をローパスフィルタで構成してもよい。

アッテネータ６は、ミキサから出力されたＩＦ信号Ｓ３を受けて、信号レベルを減衰させ、減衰信号Ｓ６として出力する。図３は、抵抗比で減衰量が決まるようにしたアッテネータ６の回路構成例を示す。図３の回路の場合、減衰量Ａは、
Ａ＝－２０×ｌｏｇ（Ｒ６２／（２×Ｒ６１＋Ｒ６２）） ・・（１）
となる。上式（１）において、Ｒ６１は図３の抵抗Ｒ６１の抵抗値であり、Ｒ６２は図３の抵抗Ｒ６２の抵抗値である。そして、図３の回路の減衰量Ａは、例えば、Ｒ６１＝９［ｋΩ］、Ｒ６２＝２［ｋΩ］とするとＡ＝２０［ｄＢ］となる。

なお、アッテネータ６は、図３の構成に限定されず、他の構成であってもよい。例えば、図４は、アッテネータ６にオペアンプを用いて構成した例を示す。図４の回路の場合、減衰量Ａは、
Ａ＝－２０×ｌｏｇ（Ｒ６４／Ｒ６３） ・・（２）
となる。上式（２）において、Ｒ６３は図４の抵抗Ｒ６３の抵抗値であり、Ｒ６４は図４の抵抗Ｒ６４の抵抗値である。そして、図４の回路の減衰量Ａは、例えば、Ｒ６３＝５０［ｋΩ］、Ｒ６４＝５［ｋΩ］とするとＡ＝２０［ｄＢ］となる。

第２のフィルタ回路７は、アッテネータ６から出力された減衰信号Ｓ６を受けて、減衰信号Ｓ６をフィルタリングし、第２のフィルタ信号Ｓ７として第２の信号強度検知回路８に出力する。なお、第２のフィルタ回路７についても第１のフィルタ回路４と共通の回路を用いることができるので、ここでは第２のフィルタ回路７の構成についての説明を省略する。ここで、第２のフィルタ回路７には、ミキサ３から出力されたＩＦ信号Ｓ３がアッテネータ６で２０［ｄＢ］減衰されて入力されている。したがって、第１のフィルタ回路４と同様にフィルタ単体で－１０［ｄＢｍ］で飽和するような特性の場合であっても、高周波信号ＲＦＩＮが－２０［ｄＢｍ］までは飽和しない。

図５に示すように、第１の信号強度検知回路５は、多段接続された第１のリミッタアンプ５１で構成された第１のリミッタアンプ群５０と、第１の加算器５２（第１の検知回路に相当）とを備える。本実施形態では、第１のリミッタアンプ群５０が５段の第１のリミッタアンプ５１で構成された例を示す。なお、以下の説明において、第１のリミッタアンプ５１（５段）を区別して説明する場合に、第１のフィルタ信号Ｓ４を受ける１段目から５段目の順に、５１１～５１５の符号を付して説明する場合がある。

図６は、第１のリミッタアンプ５１を差動方式のオペアンプ５１ａ（第１の増幅回路に相当）を用いて構成した例を示している。図６の構成において、第１のリミッタアンプ５１のゲインは、オペアンプ５１ａに接続された入力抵抗と出力抵抗の比で決まる。例えば、図６の回路において、入力抵抗Ｒ５１の抵抗値を１０［ｋΩ］、出力抵抗Ｒ５２の抵抗値を３２［ｋΩ］とすると、第１のリミッタアンプ５１の１段あたりのゲインは１０［ｄＢ］となる。それぞれの第１のリミッタアンプ５１において、オペアンプ５１ａの出力は、整流器５１ｂ（第１の変換器に相当）によって振幅情報が取り出され、第１の加算器５２に出力される。すなわち、整流器５１ｂでは、オペアンプ５１ａの出力信号の振幅の大きさに相当する電流信号が出力される。そして、第１の加算器５２では、各段の第１のリミッタアンプ５１の整流器５１ｂから受けた第１の電流信号Ｓ５ｘ（本実施形態においてｘは１～５の整数）を合算し、第１の電流信号Ｓ５として出力する。なお、第１のリミッタアンプ５１は、差動方式に限定されず、例えば、シングルエンドの構成としてもよい。

図１に戻り、第２の信号強度検知回路８は、多段接続された第２のリミッタアンプ８１で構成された第２のリミッタアンプ群８０と、第２の加算器８２（第２の検知回路に相当）とを備える。本実施形態では、第２のリミッタアンプ群８０が２段の第２のリミッタアンプ８１で構成された例を示す。なお、以下の説明において、第２のリミッタアンプ８１（２段）を区別して説明する場合に、第２のフィルタ信号Ｓ７を受ける１段目に８１１の符号を付し、２段目に８１２の符号を付して説明する場合がある。第２のリミッタアンプ８１は、第１のリミッタアンプ５１と共通の構成を用いることができる。すなわち、図６において、オペアンプ５１ａは第２のリミッタアンプ８１の第２の増幅回路の一例であり、整流器５１ｂは第２のリミッタアンプ８１の第２の変換器の一例である。例えば、第２のリミッタアンプ８１の構成として、図６の構成とすることができ、その場合の第２のリミッタアンプ８１の１段あたりのゲインは１０［ｄＢ］となる。そして、第２の加算器８２では、各段の第２のリミッタアンプ８１の整流器（第２の変換器に相当）から受けた第２の電流信号Ｓ８１，Ｓ８２を合算し、第２の電流信号Ｓ８として出力するなお、第２のリミッタアンプ８１においても、シングルエンドの構成としてもよい。

加算回路８５は、第１の電流信号Ｓ５及び第２の電流信号Ｓ８を足しあわせ、電圧信号に変換しＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴとして後段のＡＤＣ９１に出力する。ＡＤＣ９１では、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴをデジタル信号に変換する。

以上のような構成にすることで、図１の無線受信回路１は、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－９０［ｄＢｍ］～－２０［ｄＢｍ］の間で、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴとして線形に変化する出力を得ることができる。

〔無線受信回路の動作例〕
以下において、高周波信号ＲＦＩＮとして、信号レベルが－９０［ｄＢｍ］～－２０［ｄＢｍ］の信号が入力された場合における無線受信回路１の動作について、具体的に説明する。ここでは、前述のとおり、各第１のリミッタアンプ５１（５１１～５１５）及び各第２のリミッタアンプ８１（８１１，８１２）のゲインは１０［ｄＢ］であるものとする。また、第１のフィルタ回路４は、入力信号（ＩＦ信号Ｓ３）が－１０［ｄＢｍ］で飽和するものとする。同様に、第２のフィルタ回路７は、入力信号（減衰信号Ｓ６）が－１０［ｄＢｍ］で飽和するものとする。また、第１のリミッタアンプ５１と第２のリミッタアンプ８１は、出力レベルが０［ｄＢｍ］で飽和するものとする。

－区間（i）について－
図７の区間（i）は、高周波信号ＲＦＩＮが－９０［ｄＢｍ］～－８０［ｄＢｍ］で変化する。このとき、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して５段目の第１のリミッタアンプ５１５の出力が線形的に変化し、その結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。具体的には、高周波信号ＲＦＩＮの－９０［ｄＢｍ］～－８０［ｄＢｍ］の場合、ＬＮＡ２及びミキサ３を通過した後のＩＦ信号Ｓ３の信号レベルが－６０［ｄＢｍ］～－５０［ｄＢｍ］となる。そうすると、１段目の第１のリミッタアンプ５１１には、信号レベルが－６０［ｄＢｍ］～－５０［ｄＢｍ］の第１のフィルタ信号Ｓ４が入力され、信号レベルが－５０［ｄＢｍ］～－４０［ｄＢｍ］の信号が出力される。２段目の第１のリミッタアンプ５１２には、１段目の第１のリミッタアンプ５１１の出力信号が入力され、信号レベルが－４０［ｄＢｍ］～－３０［ｄＢｍ］の信号が出力される。３段目の第１のリミッタアンプ５１３には、２段目の第１のリミッタアンプ５１２の出力信号が入力され、信号レベルが－３０［ｄＢｍ］～－２０［ｄＢｍ］の信号が出力される。４段目の第１のリミッタアンプ５１４には、３段目の第１のリミッタアンプ５１３の出力信号が入力され、信号レベルが－２０［ｄＢｍ］～－１０［ｄＢｍ］の信号が出力される。５段目の第１のリミッタアンプ５１５には、４段目の第１のリミッタアンプ５１４の出力信号が入力され、信号レベルが－１０［ｄＢｍ］～０［ｄＢｍ］の信号が出力される。ここで、１～４段目の第１のリミッタアンプ５１１～５１４は出力が小さいため電流信号Ｓ５１～Ｓ５４も小さく、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴへの影響は無視できる。また、第２のリミッタアンプ群８０では、ＩＦ信号Ｓ３がアッテネータ６で２０［ｄＢ］減衰されるので、第２のリミッタアンプ８１１，８１２の出力が小さいため電流信号Ｓ８１とＳ８２も小さく、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴへの影響は無視できる。後述する区間（ii）～区間（v）についても同様である。したがって、前述のとおり、第１の信号強度検知回路５における５段目の第１のリミッタアンプ５１５の出力が高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して線形的に変化し電流出力Ｓ５５も線形的に変化した結果が、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。

－区間（ii）について－
図７の区間（ii）は、高周波信号ＲＦＩＮが－８０［ｄＢｍ］～－７０［ｄＢｍ］で変化する。このとき、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して４段目の第１のリミッタアンプ５１４の出力が線形的に変化し、その結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。具体的には、上記区間（i）の説明において、１段目から４段目の第１のリミッタアンプ５１１～５１４の入出力信号が１０［ｄＢ］上昇する。ここで、５段目の第１のリミッタアンプ５１５は、出力レベルが０［ｄＢｍ］で飽和するため電流信号Ｓ５５は一定となる（図７の(i)と（ii）の間から延びる破線参照）。したがって、その出力信号レベルは、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－８０［ｄＢｍ］のときから実質的に変化しない。また、１～３段目の第１のリミッタアンプ５１１～５１３及び第２のリミッタアンプ８１１，８１２の出力が小さいため電流信号Ｓ５１～Ｓ５３及び電流信号Ｓ８１，Ｓ８２も小さく、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴへの影響は無視できる。したがって、４，５段目の第１のリミッタアンプ５１４，５１５の出力を合計したものがＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。また、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して、第１の信号強度検知回路５における４段目の第１のリミッタアンプ５１４の出力が線形的に変化し電流出力Ｓ５４も線形的に変化した結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。

－区間（iii）について－
図７の区間（iii）は、高周波信号ＲＦＩＮが－７０［ｄＢｍ］～－６０［ｄＢｍ］で変化する。このとき、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して３段目の第１のリミッタアンプ５１３の出力が線形的に変化し、その結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。具体的には、上記区間（ii）の説明において、１段目から３段目の第１のリミッタアンプ５１１～５１３の入出力信号が１０［ｄＢ］上昇する。ここで、４段目の第１のリミッタアンプ５１４は、出力レベルが０［ｄＢｍ］で飽和するため電流信号Ｓ５４は一定となる。したがって、４，５段目の第１のリミッタアンプ５１４，５１５の出力信号レベルは、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－７０［ｄＢｍ］のときから実質的に変化しない（図７の(ii)と（iii）の間から延びる破線参照）。また、１，２段目の第１のリミッタアンプ５１１，５１２及び第２のリミッタアンプ８１１，８１２の出力が小さいため電流信号Ｓ５１，Ｓ５２及び電流信号Ｓ８１，Ｓ８２も小さく、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴへの影響は無視できる。したがって、３～５段目の第１のリミッタアンプ５１３～５１５の出力を合計したものがＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。また、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して、第１の信号強度検知回路５における３段目の第１のリミッタアンプ５１３の出力が線形的に変化し電流出力Ｓ５３も線形的に変化した結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。

－区間（iv）について－
図７の区間（iv）は、高周波信号ＲＦＩＮが－６０［ｄＢｍ］～－５０［ｄＢｍ］で変化する。このとき、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して２段目の第１のリミッタアンプ５１２の出力が線形的に変化し、その結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。具体的には、上記段落の説明において、１，２段目の第１のリミッタアンプ５１１，５１２の入出力信号が１０［ｄＢ］上昇する。ここで、３段目の第１のリミッタアンプ５１３は、出力レベルが０［ｄＢｍ］で飽和するため電流信号Ｓ５３は一定となる。したがって、３～５段目の第１のリミッタアンプ５１３～５１５の出力信号レベルは、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－６０［ｄＢｍ］のときから実質的に変化しない（図７の(iii)と（iv）の間から延びる破線参照）。また、１段目の第１のリミッタアンプ５１１及び第２のリミッタアンプ８１１，８１２の出力が小さいため電流信号Ｓ５１及び電流信号Ｓ８１，Ｓ８２も小さく、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴへの影響は無視できる。したがって、２～５段目の第１のリミッタアンプ５１２～５１５の出力を合計したものがＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。また、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して、第１の信号強度検知回路５における２段目の第１のリミッタアンプ５１２の出力が線形的に変化し、電流出力Ｓ５２も線形的に変化した結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。

－区間（v）について－
図７の区間（v）は、高周波信号ＲＦＩＮが－５０［ｄＢｍ］～－４０［ｄＢｍ］で変化する。このとき、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して１段目の第１のリミッタアンプ５１１の出力が線形的に変化し、その結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。具体的には、上記段落の説明において、１段目の第１のリミッタアンプ５１１の入出力信号が１０［ｄＢ］上昇する。ここで、２段目の第１のリミッタアンプ５１２は、出力レベルが０［ｄＢｍ］で飽和するため電流信号Ｓ５２は一定となる。したがって、２～５段目の第１のリミッタアンプ５１２～５１５の出力信号レベルは、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－５０［ｄＢｍ］のときから実質的に変化しない（図７の(iv)と（v）の間から延びる破線参照）。また、第２のリミッタアンプ８１１，８１２の出力は小さいため電流信号Ｓ８１，Ｓ８２も小さく、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴへの影響は無視できる。したがって、１～５段目の第１のリミッタアンプ５１１～５１５の出力を合計したものがＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。また、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して、第１の信号強度検知回路５における１段目の第１のリミッタアンプ５１１の出力が線形的に変化し、電流出力Ｓ５１も線形的に変化した結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。

－区間（vi）について－
図７の区間（vi）は、高周波信号ＲＦＩＮが－４０［ｄＢｍ］～－３０［ｄＢｍ］で変化する。前述のとおり、第１のフィルタ回路４は、ＩＦ信号Ｓ３が－１０［ｄＢｍ］になると飽和する、すなわち、高周波信号ＲＦＩＮが－４０［ｄＢｍ］になると飽和する。したがって、１～５段目の第１のリミッタアンプ５１１～５１５の出力信号レベルは、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－４０［ｄＢｍ］のときから実質的に変化しない。

一方で、第２のフィルタ回路７には、ＩＦ信号Ｓ３よりも２０［ｄＢ］減衰された信号が入力される。そうすると、第２のフィルタ回路７は、飽和せずに、信号レベルが－３０［ｄＢｍ］～－２０［ｄＢｍ］の第２のフィルタ信号Ｓ７を第２の信号強度検知回路８に出力する。第２の信号強度検知回路８では、１段目の第２のリミッタアンプ８１１が、第２のフィルタ信号Ｓ７を受けて、信号レベルが－２０［ｄＢｍ］～－１０［ｄＢｍ］の信号を出力する。２段目の第２のリミッタアンプ８１２には、１段目の第２のリミッタアンプ８１１の出力信号が入力され、信号レベルが－１０［ｄＢｍ］～－０［ｄＢｍ］の信号が出力される。ここで、１段目の第２のリミッタアンプ８１１は出力が小さいため電流信号Ｓ８１も小さく、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴへの影響は無視できる。したがって、第２の信号強度検知回路８における２段目の第２のリミッタアンプ８１２と、第１の信号強度検知回路５における１～５段目の第１のリミッタアンプ５１１～５１５の出力とを合計したものがＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。また、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して、第２の信号強度検知回路８における２段目の第２のリミッタアンプ８１２の出力が線形的に変化し、電流出力Ｓ８２も線形的に変化した結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。

－区間（vii）について－
図７の区間（vii）は、高周波信号ＲＦＩＮが－３０［ｄＢｍ］～－２０［ｄＢｍ］で変化する。図７の区間（vi）と同様に、第１のフィルタ回路４が飽和するので、１～５段目の第１のリミッタアンプ５１１～５１５の出力信号レベルは、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－３０［ｄＢｍ］のときから実質的に変化しない。

一方で、第２のフィルタ回路７は、飽和せずに、信号レベルが－２０［ｄＢｍ］～－１０［ｄＢｍ］の第２のフィルタ信号Ｓ７を第２の信号強度検知回路８に出力する。これにより、１段目の第２のリミッタアンプ８１１の入出力信号が１０［ｄＢ］上昇する。そうすると、２段目の第２のリミッタアンプ８１２は、出力レベルが０［ｄＢｍ］で飽和するため電流信号Ｓ８２は一定となる。これにより、２段目の第２のリミッタアンプ８１２の出力信号レベルは、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－３０［ｄＢｍ］のときから実質的に変化しない（図７の(vi)と（vii）の間から延びる破線参照）。したがって、第２の信号強度検知回路８における１，２段目の第２のリミッタアンプ８１１，８１２と、第１の信号強度検知回路５における１～５段目の第１のリミッタアンプ５１１～５１５の出力とを合計したものがＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。また、高周波信号ＲＦＩＮの上昇に対して、第２の信号強度検知回路８における１段目の第２のリミッタアンプ８１１の出力が線形的に変化し、電流出力Ｓ８１も線形的に変化した結果がＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに反映される。

〔比較例との対比〕
図７において、細実線で示した比較例は、図１の構成において第２のリミッタアンプ群８０を設けずに、第１のリミッタアンプ群５０のみで無線受信回路を構成した場合の例を示している。図７の区間（i）～（v）に示すように、１段目から５段目の第１のリミッタアンプ５１１～５１５の信号振幅に相当する電流信号を合算することで、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルに対し、疑似的な対数出力のＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴを得ることができる。すなわち、比較例の無線受信回路では、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－９０［ｄＢｍ］～－４０［ｄＢｍ］で変化する間は線形に変化するが、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－４０［ｄＢｍ］～－２０［ｄＢｍ］になると第１のリミッタアンプ５１１～５１５がすべて飽和し、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴも飽和してしまう。これに対し、前述のとおり、本実施形態の無線受信回路１によると、信号レベルが－９０［ｄＢｍ］～－２０［ｄＢｍ］の高周波信号ＲＦＩＮに対して線形に変化する出力が得られる。

図８は、上記の実施例の無線受信回路１（図１の構成）と、比較例の構成（第２のリミッタアンプ群８０を設けない構成）とにおいて、無線受信回路の入出力特性についてのシミュレーション結果である。シミュレーションの結果から、比較例では、高周波信号ＲＦＩＮの信号レベルが－４０［ｄＢｍ］で飽和していたものが、本実施形態の構成にすることで、ダイナミックレンジが２０［ｄＢ］程度広がり、良好な線形の特性が確認できた。

また、上記の実施形態では、第２のリミッタアンプ群８０のゲイン量（第２のリミッタアンプ８１×２段）と、アッテネータ６の減衰量とを２０［ｄＢ］で等しい値にしている。これにより、信号強度検知回路同士のオーバーラップがない信号強度検知が可能となる。

＜変形例１＞
図９は、変形例１の無線受信回路の構成を示すブロック図である。ここでは、図１との相違点を中心に説明するものとし、図１と共通する構成について、説明を省略する場合がある。

図９では、図１のアッテネータ６に代えて、アンプ１２（増幅回路に相当）を設けている。具体的に、図９において、第２のフィルタ回路７は、ミキサ３から出力されたＩＦ信号Ｓ３を受けて、ＩＦ信号Ｓ３をフィルタリングして、第２のフィルタ信号Ｓ７として、第２の信号強度検知回路８に出力する。アンプ１２は、ミキサ３から出力されたＩＦ信号Ｓ３を受けて、増幅し、増幅信号Ｓ１２として出力する。第１のフィルタ回路４は、アンプ１２から出力された増幅信号Ｓ１２をフィルタリングし、第１のフィルタ信号Ｓ４として第１の信号強度検知回路５に出力する。そして、図１と共通の特性にする場合には、ＬＮＡ２とミキサ３のゲインの合計を１０［ｄＢ］にし、アンプ１２のゲインを２０［ｄＢ］にする。そうすることで、上記の「無線受信回路の動作例」で示した動作と同様の動作を実現することができる。具体的には、高周波信号ＲＦＩＮが－９０［ｄＢｍ］～－８０［ｄＢｍ］で変化する場合、第１のフィルタ信号Ｓ４の信号レベルは、－６０［ｄＢｍ］～－５０［ｄＢｍ］となる。また、高周波信号ＲＦＩＮが－４０［ｄＢｍ］になると、第１のフィルタ回路４が飽和するが、第２のフィルタ回路７は飽和しない。そして、高周波信号ＲＦＩＮが－４０［ｄＢｍ］～－３０［ｄＢｍ］で変化する場合に、第２のフィルタ信号Ｓ７の信号レベルは－３０［ｄＢｍ］～－２０［ｄＢｍ］となる。

以上のように、本変形例１においても、上記実施形態と同様の動作を実現することができ、同様の効果を得ることができる。さらに、図９の構成にすることにより、アンプ１２により、第１のフィルタ回路４のノイズ特性を改善することができる。

＜変形例２＞
上記の実施形態の構成は、ＡＳＫ変調信号を復調する無線システムに用いられる無線受信回路１の例を示したが、本開示の技術の適用先は、これに限定されない。例えば、無線受信回路１は、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調信号を復調する無線システムに用いることもできる。

図１０は、変形例２の無線受信回路の構成を示すブロック図である。ここでは、図１との相違点を中心に説明するものとし、図１と共通する構成について、説明を省略する場合がある。

図１０の構成では、図１の構成に加えて、セレクタ９３と、制御回路としてのＤＳＰ（Digital Signal Processor）９２とを備える。セレクタ９３は、第１の信号強度検知回路５の５段目（最終段）の第１のリミッタアンプ５１５の出力信号（増幅信号に相当）と、第２の信号強度検知回路８の２段目（最終段）の第２のリミッタアンプ８１２の出力信号（増幅信号に相当）とを受け、いずれか一方を選択出力する。以下では、第１のリミッタアンプ５１５の出力信号を第１の信号強度検知回路５の増幅出力信号といい、第２のリミッタアンプ８１２の出力信号を第２の信号強度検知回路８の増幅出力信号という。

ＤＳＰ９２は、ＡＤＣ９１でデジタル変換されたＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴを受け、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴの信号レベルを検知する。そして、ＤＳＰ９２は、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴの信号レベルに基づいてセレクタ９３を制御して第１の信号強度検知回路５の増幅出力信号と第２の信号強度検知回路８の増幅出力信号とのうち、飽和していない増幅出力信号がセレクタから出力されるようにする。セレクタ９３の出力信号は、ＡＤＣ９４でデジタル信号に変換され、復調器９５で復調される。

例えば、変調方式がＱＰＳＫの場合、復調器９５への入力信号が飽和すると信号品質が劣化するため、その入力信号レベルを適切に調整する必要がある。図１０の構成のように、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに基づいて、第１の信号強度検知回路５の増幅出力信号と第２の信号強度検知回路８の増幅出力信号とのうち、飽和していない増幅出力信号を選択することにより、飽和なくＳ／Ｎ特性のよい信号を復調器９５に伝えることができる。

例えば、無線受信回路１が図７の特性を有する場合に、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴの信号レベルが０．５［Ｖ］のときには第２の信号強度検知回路８の増幅出力信号が選択され、信号レベルが０．５［Ｖ］以下のときには第１の信号強度検知回路５の増幅出力信号が選択される。

また、本変形例では、第１の信号強度検知回路５の最終段の第１のリミッタアンプ５１５の出力信号と第２の信号強度検知回路８の最終段の第２のリミッタアンプ８１２の出力信号を、セレクタで選択するとしたが、この構成に限定されない。例えば、第１のリミッタアンプ群５０と第２のリミッタアンプ群８０の中から飽和していないリミッタアンプの出力信号がセレクタから出力されるようにしてもよい。この場合、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴに基づいて、複数の第１のリミッタアンプ５１と複数の第２のリミッタアンプ８１のうち、飽和していない適切なリミッタアンプからの出力信号を選択することにより、飽和なくＳ／Ｎ特性のよい信号を復調器に伝えることができる。例えば、無線受信回路１が図７の特性を有する場合に、ＲＳＳＩ出力信号ＲＯＵＴの信号レベルが０．５［Ｖ］のときには、第１のリミッタアンプ群５０のうち、２段目の第１のリミッタアンプ５１２の出力を選択するとよい。

＜変形例３＞
図１１は、変形例３の無線受信回路の構成を示すブロック図である。ここでは、図１０との相違点を中心に説明するものとし、図１０と共通する構成について、説明を省略する場合がある。

図１１の構成では、図１０の構成に加えて、セレクタ９３とＡＤＣ９４との間に、ミキサ９８（第２のミキサに相当）を備える。ミキサ９８は、セレクタ９３の出力を受け、第２の局所発振信号ＬＯ２と混合して出力する。ここで、例えば、第２の局所発振信号ＬＯ２を３３［ＭＨｚ］程度に設定すると、ミキサ９８の出力周波数は７［ＭＨｚ］程度になる。図１１のような構成にすることで、ＡＤＣ９４や復調器９５に入力される信号周波数を低くすることができ、後段の信号処理が容易になる。

本開示によると、高速かつ広いダイナミックレンジで信号強度の検知ができるので、ＥＴＣシステムなどの無線通信システム用の無線受信回路として有用である。

１ 無線受信回路
２ ＬＮＡ
３ ミキサ（第１のミキサ）
４ 第１のフィルタ回路
５ 第１の信号強度検知回路
５０ 第１のリミッタアンプ群
５１ 第１のリミッタアンプ
５１ａ オペアンプ（第１の増幅回路）
５２ 第１の加算器（第１の検知回路）
５１１ 初段の第１のリミッタアンプ
６ アッテネータ
７ 第２のフィルタ回路
８ 第２の信号強度検知回路
８０ 第２のリミッタアンプ群
８１ 第２のリミッタアンプ
８２ 第２の加算器（第２の検知回路）
８１１ 初段の第２のリミッタアンプ
１２ 増幅回路
９３ セレクタ
９８ ミキサ（第２のミキサ）

Claims (14)

1. 入力信号を増幅する低雑音増幅回路（ＬＮＡ）と、
   前記低雑音増幅回路の出力を受け、第１の局所発振信号と混合して出力する第１のミキサと、
   前記第１のミキサの出力をフィルタリングする第１のフィルタ回路と、
   前記第１のフィルタ回路の出力を受け、信号強度を検知する第１の信号強度検知回路と、
   前記第１のミキサの出力を受け、減衰させて出力するアッテネータと、
   前記アッテネータの出力をフィルタリングする第２のフィルタ回路と、
   前記第２のフィルタ回路の出力を受け、信号強度を検知する第２の信号強度検知回路とを備え、
   前記第１の信号強度検知回路で検知された信号強度と、前記第２の信号強度検知回路で検知された信号強度との足し合わせにより前記入力信号の信号強度を得る、無線受信回路。
2. 請求項１に記載の無線受信回路において、
   前記第１の信号強度検知回路は、
   入力信号の信号振幅に相当する振幅信号を出力する第１のリミッタアンプが縦続接続され、かつ、初段の前記第１のリミッタアンプに前記第１のフィルタ回路の出力を受ける、第１のリミッタアンプ群と、
   それぞれの前記第１のリミッタアンプから出力された振幅信号を足し合わせることで前記信号強度を検知する第１の検知回路とを備え、
   前記第２の信号強度検知回路は、
   入力信号の信号振幅に相当する振幅信号を出力する第２のリミッタアンプが縦続接続され、かつ、初段の前記第２のリミッタアンプに前記第２のフィルタ回路の出力を受ける、第２のリミッタアンプ群と、
   それぞれの前記第２のリミッタアンプから出力された振幅信号を足し合わせることで前記信号強度を検知する第２の検知回路とを備える、無線受信回路。
3. 請求項２に記載の無線受信回路において、
   前記第１のリミッタアンプは、
   入力信号を増幅し、第１の増幅出力信号として出力する第１の増幅回路と、
   前記第１の増幅出力信号の振幅を電流に変換し前記振幅信号として出力する第１の変換器とを備え、
   前記第２のリミッタアンプは、
   入力信号を増幅し、第２の増幅出力信号として出力する第２の増幅回路と、
   前記第２の増幅出力信号の振幅を電流に変換し前記振幅信号として出力する第２の変換器とを備える、無線受信回路。
4. 請求項３に記載の無線受信回路において、
   前記第１の信号強度検知回路で検知された信号強度及び前記第２の信号強度検知回路で検知された信号強度に基づいて、前記第１のリミッタアンプ群の最終段の前記第１のリミッタアンプから出力された前記第１の増幅出力信号と、前記第２のリミッタアンプ群の最終段の前記第２のリミッタアンプから出力された前記第２の増幅出力信号のうち、飽和していない方の増幅出力信号を選択して出力するセレクタを備える、無線受信回路。
5. 請求項３に記載の無線受信回路において、
   前記第１の信号強度検知回路で検知された信号強度及び前記第２の信号強度検知回路で検知された信号強度に基づいて、前記第１のリミッタアンプ群のそれぞれの前記第１のリミッタアンプから出力された前記第１の増幅出力信号と、前記第２のリミッタアンプ群のそれぞれの前記第２のリミッタアンプから出力された前記第２の増幅出力信号のうち、飽和していないリミッタアンプから出力された増幅出力信号を選択して出力するセレクタを備える、無線受信回路。
6. 請求項４に記載の無線受信回路において、
   前記セレクタの出力を受け、第２の局所発振信号と混合して出力する第２のミキサを備える、無線受信回路。
7. 請求項２に記載の無線受信回路において、
   前記第２のリミッタアンプ群のゲイン量と、前記アッテネータの減衰量との値が等しい、無線受信回路。
8. 入力信号を増幅する低雑音増幅回路（ＬＮＡ）と、
   前記低雑音増幅回路の出力を受け、局所発振信号と混合して出力する第１のミキサと、
   前記第１のミキサの出力を受け、増幅させて出力する増幅回路と、
   前記増幅回路の出力をフィルタリングする第１のフィルタ回路と、
   前記第１のフィルタ回路の出力を受け、信号強度を検知する第１の信号強度検知回路と、
   前記第１のミキサの出力をフィルタリングする第２のフィルタ回路と、
   前記第２のフィルタ回路の出力を受け、信号強度を検知する第２の信号強度検知回路とを備え、
   前記第１の信号強度検知回路で検知された信号強度と、前記第２の信号強度検知回路で検知された信号強度との足し合わせにより前記入力信号の信号強度を得る、無線受信回路。
9. 請求項８に記載の無線受信回路において、
   前記第１の信号強度検知回路は、
   入力信号の信号振幅に相当する振幅信号を出力する第１のリミッタアンプが縦続接続され、かつ、初段の前記第１のリミッタアンプに前記第１のフィルタ回路の出力を受ける、第１のリミッタアンプ群と、
   それぞれの前記第１のリミッタアンプから出力された振幅信号を足し合わせることで前記信号強度を検知する第１の検知回路とを備え、
   前記第２の信号強度検知回路は、
   入力信号の信号振幅に相当する振幅信号を出力する第２のリミッタアンプが縦続接続され、かつ、初段の前記第２のリミッタアンプに前記第２のフィルタ回路の出力を受ける、第２のリミッタアンプ群と、
   それぞれの前記第２のリミッタアンプから出力された振幅信号を足し合わせることで前記信号強度を検知する第２の検知回路とを備える、無線受信回路。
10. 請求項９に記載の無線受信回路において、
    前記第１のリミッタアンプは、
    入力信号を増幅し、第１の増幅出力信号として出力する第１の増幅回路と、
    前記第１の増幅出力信号の振幅を電流に変換し前記振幅信号として出力する第１の変換器とを備え、
    前記第２のリミッタアンプは、
    入力信号を増幅し、第２の増幅出力信号として出力する第２の増幅回路と、
    前記第２の増幅出力信号の振幅を電流に変換し前記振幅信号として出力する第２の変換器とを備える、無線受信回路。
11. 請求項１０に記載の無線受信回路において、
    前記第１の信号強度検知回路で検知された信号強度及び前記第２の信号強度検知回路で検知された信号強度に基づいて、前記第１のリミッタアンプ群の最終段の前記第１のリミッタアンプから出力された前記第１の増幅出力信号と、前記第２のリミッタアンプ群の最終段の前記第２のリミッタアンプから出力された前記第２の増幅出力信号のうち、飽和していない方の増幅出力信号を選択して出力するセレクタを備える、無線受信回路。
12. 請求項１０に記載の無線受信回路において、
    前記第１の信号強度検知回路で検知された信号強度及び前記第２の信号強度検知回路で検知された信号強度に基づいて、前記第１のリミッタアンプ群のそれぞれの前記第１のリミッタアンプから出力された前記第１の増幅出力信号と、前記第２のリミッタアンプ群のそれぞれの前記第２のリミッタアンプから出力された前記第２の増幅出力信号のうち、飽和していないリミッタアンプから出力された増幅出力信号を選択して出力するセレクタを備える、無線受信回路。
13. 請求項１１に記載の無線受信回路において、
    前記セレクタの出力を受け、第２の局所発振信号と混合して出力する第２のミキサを備える、無線受信回路。
14. 請求項９に記載の無線受信回路において、
    前記第２のリミッタアンプ群のゲイン量と、前記増幅回路のゲイン量との値が等しい、無線受信回路。

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