JP4665730B2

JP4665730B2 - 無線通信装置

Info

Publication number: JP4665730B2
Application number: JP2005335296A
Authority: JP
Inventors: 貴志小島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-11-21
Also published as: JP2007142915A

Description

本発明は無線通信装置に関し、特に、無線周波数信号をサンプリングしながら周波数変換を行う方法に適用して好適なものである。

無線周波数信号をサンプリングすると、エイリアシングにより無線周波数信号が折り返されるため、周波数変換が可能となることが知られている。ここで、サンプリング周波数をｆｓとすると、スペクトルはｆｓ／２ごとに折り返される。この原理を用いれば、サンプリング周波数を１／Ｎに削減することができ、クロック発生に要する回路要求を緩和しつつ、消費電力を減らすことができる（特許文献１）。
特開２００２−２６７５８号公報

しかしながら、従来の無線通信装置では、無線周波数信号を増幅するローノイズアンプは、無線周波数信号のサンプリングタイミング以外にも連続的に動作し続けるため、無線周波数信号のサンプリングタイミング以外にも定電流が流れ、消費電力の増大を招くという問題があった。
そこで、本発明の目的は、低消費電力化を図りつつ、無線周波数信号をサンプリングしながら周波数変換を行うことが可能な無線通信装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る無線通信装置によれば、無線周波数信号を処理する処理部と、前記無線周波数信号をサンプリングしながら周波数変換を行うサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回路による前記無線周波数信号のサンプリングタイミングに基づいて前記処理部の動作を停止させる動作停止部とを備えることを特徴とする。

これにより、無線周波数信号のサンプリングタイミング以外には、無線周波数信号を処理する処理部の動作を停止させることが可能となり、無線通信装置の低消費電力化を図りつつ、無線周波数信号をサンプリングしながら周波数変換を行うことが可能となる。
また、本発明の一態様に係る無線通信装置によれば、前記動作停止部は、前記無線周波数信号のサンプリングに不要な時間帯に前記処理部の動作を停止させることを特徴とする。

これにより、無線周波数信号のサンプリングタイミング以外に処理部にて無駄な電力が消費されることを防止することができ、無線通信装置の低消費電力化を図りつつ、無線周波数信号をサンプリングしながら周波数変換を行うことが可能となる。
また、本発明の一態様に係る無線通信装置によれば、無線周波数信号を増幅する増幅器と、前記増幅器にて増幅された無線周波数信号をサンプリングしながら周波数変換を行うサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回路による前記無線周波数信号のサンプリングタイミングに基づいて前記増幅器の動作を停止させるクロックバッファとを備えることを特徴とする。

これにより、無線周波数信号のサンプリングタイミング以外には、無線周波数信号を増幅する増幅器の動作を停止させることが可能となり、無線通信装置の低消費電力化を図りつつ、無線周波数信号をサンプリングしながら周波数変換を行うことが可能となる。
また、本発明の一態様に係る無線通信装置によれば、前記クロックバッファは、前記無線周波数信号のサンプリングに不要な時間帯に前記増幅器のバイアスを遮断することを特徴とする。

これにより、無線周波数信号のサンプリングタイミング以外には、増幅器にバイアス電流が流れないようにすることができ、回路構成の複雑化を抑制しつつ、無線通信装置の低消費電力化を図ることができる。
また、本発明の一態様に係る無線通信装置によれば、前記クロックバッファは、前記無線周波数信号がサンプリングされるタイミングで前記増幅器を間欠的に動作させることを特徴とする。

これにより、無線周波数信号のサンプリングタイミング以外に増幅器にて無駄な電力が消費されることを防止することができ、無線通信装置の低消費電力化を図りつつ、無線周波数信号をサンプリングしながら周波数変換を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る無線通信装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。

図１において、無線通信装置には、電波の受信を行うアンテナ１、アンテナ１にて受信された無線周波数信号から不要な周波数成分を減衰させるバンドパスフィルタ２、アンテナ１にて受信された無線周波数（ＲＦ：ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を増幅するローノイズアンプ３、無線周波数信号をサンプリングしながら周波数変換を行うサンプルホールド回路４、ダウンコンバートされた無線周波数信号に含まれる不要な高域成分を減衰させるローパスフィルタ５、ローパスフィルタ５から出力された無線周波数信号を増幅する増幅器６、増幅器６から出力された無線周波数信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７、サンプリング周波数ｆｓのサンプリングクロックを生成する周波数シンセサイザ８およびサンプルホールド回路４による無線周波数信号のサンプリングタイミングに基づいてローノイズアンプ３の動作を停止させるクロックバッファ９が設けられている。ここで、クロックバッファ９は、無線周波数信号のサンプリングに不要な時間帯にローノイズアンプ３のバイアスを遮断することにより、無線周波数信号がサンプリングされるタイミングでローノイズアンプ３を間欠的に動作させることができる。なお、無線周波数信号とは、無線にて空間を伝播することが可能な周波数の信号を言い、例えば、数百ＭＨｚから数十ＧＨｚ程度の周波数の信号を言う。

そして、アンテナ１を介して受信された無線周波数信号は、バンドパスフィルタ２にて不要な周波数成分が減衰された後、ローノイズアンプ３に送られる。一方、周波数シンセサイザ８は、サンプリング周波数ｆｓのサンプリングクロックＣ０を生成し、クロックバッファ９に出力する。そして、クロックバッファ９は、サンプリングクロックＣ０に基づいてローノイズアンプ３を間欠的に動作させるクロックＣｌを生成し、ローノイズアンプ３に出力するとともに、サンプリングクロックＣ０を所定時間だけ遅延させたクロックＣｓを生成し、サンプルホールド回路４に出力する。

そして、ローノイズアンプ３は、クロックバッファ９からクロックＣｌが送られると、クロックＣｌに従って間欠的に動作しながら無線周波数信号を増幅し、サンプルホールド回路４に送る。また、サンプルホールド回路４は、クロックバッファ９からクロックＣｓが送られると、ローノイズアンプ３にて増幅された無線周波数信号をクロックＣｓに同期しながらサンプリングし、無線周波数信号のダウンコンバートを行うことにより、ベースバンド信号に変換する。そして、サンプルホールド回路４にて生成されたベースバンド信号は、ローパスフィルタ５にて不要な周波数成分が減衰された後、増幅器６を介してＡ／Ｄ変換器７に送られる。そして、ベースバンド信号がＡ／Ｄ変換器７にてデジタル化された後、ベースバンド信号処理が施される。

これにより、無線周波数信号のサンプリングタイミング以外には、ローノイズアンプ３の動作を停止させることが可能となり、無線通信装置の低消費電力化を図りつつ、無線周波数信号をサンプリングしながら周波数変換を行うことが可能となる。
図２は、図１の無線通信装置の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
図２において、サンプリングクロックＣ０のサンプリング周波数をｆｓとすると、サンプリングクロックＣ０の周期Ｔｓは１／ｆｓとなる。そして、クロックＣｌがオン状態の場合は、無線周波数信号がローノイズアンプ３に入力されても、ローノイズアンプ３での増幅動作は行われず、ローノイズアンプ３からの出力は無信号状態となる。そして、時刻ｔ１においてサンプリングクロックＣ０が立ち上がった後、時刻ｔ２においてクロックＣｌがオフ状態になると、ローノイズアンプ３での増幅動作が行われるようになり、ローノイズアンプ３から無線周波数信号が増幅されて出力される。そして、時刻ｔ３において、クロックＣｌがオン状態になり、ローノイズアンプ３での増幅動作が停止されるとともに、クロックＣｓが立ち上がり、ローノイズアンプ３にて増幅された無線周波数信号がクロックＣｓの立ち上がりに同期してサンプリングされる。そして、時刻ｔ４において、ローノイズアンプ３での増幅動作が停止された状態でサンプリングクロックＣ０が立ち下がった後、時刻ｔ５において、サンプリングクロックＣ０から所定時間だけ遅延してクロックＣｓが立ち下がる。ここで、ローノイズアンプ３の増幅動作を停止させるパルス幅Ｔｌｏｎは、ローノイズアンプ３の立ち上がり時間にクロックジッタを加えた時間よりも長くすることが好ましい。

図３（ａ）は、図１のローノイズアンプ３のバイアス回路の構成を示す図、図３（ｂ）は、図１のローノイズアンプ３本体の回路構成を示す図である。
図３（ａ）において、Ｐチャンネル電界効果型トランジスタＭ１、Ｍ３のゲートは共通に接続されるとともに、Ｐチャンネル電界効果型トランジスタＭ１とＮチャンネル電界効果型トランジスタＭ２は直列に接続され、Ｐチャンネル電界効果型トランジスタＭ１とＮチャンネル電界効果型トランジスタＭ４、Ｍ５は順次直列に接続されている。そして、Ｎチャンネル電界効果型トランジスタＭ４のドレインおよびＮチャンネル電界効果型トランジスタＭ５のゲートにはバイアス電圧Ｖｂ１が供給されるとともに、Ｎチャンネル電界効果型トランジスタＭ２のゲートおよびドレインならびにＮチャンネル電界効果型トランジスタＭ４のゲートにはバイアス電圧Ｖｂ２が供給される。また、バイアス電圧Ｖｂ２はスイッチＳＷ０を介して接地されている。

また、図３（ｂ）において、Ｎチャンネル電界効果型トランジスタＭ６、Ｍ７は直列に接続され、Ｎチャンネル電界効果型トランジスタＭ６のドレイン側にはインダクタＬ１が接続され、Ｎチャンネル電界効果型トランジスタＭ７のソース側にはインダクタＬ２が接続されている。そして、Ｎチャンネル電界効果型トランジスタＭ６のゲートにはバイアス電圧Ｖｂ２が供給され、Ｎチャンネル電界効果型トランジスタＭ７のゲートにはキャパシタＰ１およびインダクタＬ３を介して入力電圧Ｖｉｎが供給され、キャパシタＰ１とインダクタＬ３との接続点には抵抗Ｒ１を介してバイアス電圧Ｖｂ１が供給される。また、Ｎチャンネル電界効果型トランジスタＭ６のドレインからは出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。

ここで、図３（ｂ）のローノイズアンプ３では、図３（ａ）のバイアス回路から与えられるバイアス電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２にてバイアス電流が決められ、バイアス電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２の少なくともいずれか一方が０Ｖになると、ローノイズアンプ３はオフし、ローノイズアンプ３には電流が流れなくなる。
そして、スイッチＳＷ０にはクロックバッファ９からクロックＣｌが供給され、クロックＣｌのハイレベルまたはロウレベルに応じてスイッチＳＷ０はオン／オフ動作することができる。そして、スイッチＳＷ０がオフすると、図３（ａ）のバイアス回路にて生成されたバイアス電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２が図３（ｂ）のローノイズアンプ３に供給され、入力電圧Ｖｉｎが増幅された出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。一方、スイッチＳＷ０がオンすると、バイアス電圧Ｖｂ２は接地され、バイアス電圧Ｖｂ２が０Ｖになるため、ローノイズアンプ３はオフし、入力電圧Ｖｉｎの増幅動作が停止される。

図４は、図１のクロックバッファ９の回路構成を示す図、図５は、図４のクロックバッファ９の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
図４において、コンパレータ１０にはローノイズアンプ３からの出力と参照電圧が入力され、コンパレータ１０の出力端子はスイッチＳＷ５を介してＡＮＤ回路Ｎ１〜Ｎ４の一方の入力端子に接続されている。また、ＡＮＤ回路Ｎ１の他方の入力端子には電源電圧ＶＤＤが接続されるとともに、ＡＮＤ回路Ｎ２〜Ｎ４の他方の入力端子にはＤフリップフロップＦ１〜Ｓ３からの反転出力端子がそれぞれ接続され、ＡＮＤ回路Ｎ１〜Ｎ４の出力端子はＤフリップフロップＦ１〜Ｆ４の信号入力端子にそれぞれ接続されている。また、バッファＢ１〜Ｂ４は順次直列に接続され、バッファＢ１およびＳＲフリップフロップＦ５のセット端子には周波数シンセサイザ８からサンプリングクロックＣ０が入力されるとともに、バッファＢ１〜Ｂ４の出力端子は、ＤフリップフロップＦ１〜Ｆ４のクロック入力端子にそれぞれ接続されている。そして、バッファＢ１〜Ｂ４からの出力は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をそれぞれ介してクロックＣｓとしてサンプルホールド回路４に供給されるとともに、ＳＲフリップフロップＦ５のリセット端子に入力される。また、ＤフリップフロップＦ１〜Ｆ４からの正転出力Ｓ１〜Ｓ４はスイッチＳＷ１〜ＳＷ４をそれぞれオン／オフさせるための信号として出力される。また、ＳＲフリップフロップＦ５の反転出力はクロックＣｌとしてローノイズアンプ３に供給される。なお、バッファＢ１〜Ｂ４の遅延時間はそれぞれＤとすることができる。

そして、ローノイズアンプ３の増幅動作を停止させるパルス幅Ｔｌｏｎを決めるためのキャリブレーションを行う場合、無線周波数信号の入力をオフするとともに、スイッチＳＷ５をオフする。ここで、ローノイズアンプ３にバイアスを入力した時に出力されるＤＣレベルは１次応答で近似することができるため、ローノイズアンプ３の出力と参照電圧との大小関係を参照しながらローノイズアンプ３の出力が安定するまでの時間でパルス幅Ｔｌｏｎを判別することができる。

そして、図５の時刻ｔ１１において、サンプリングクロックＣ０の立ち上がりに同期してクロックＣｌを立ち下げることにより、ローノイズアンプ３のバイアスをオンする。そして、ローノイズアンプ３のバイアスをオンすると、ローノイズアンプ３からの出力ＤＣレベルは動作点まで漸近する。そして、時刻ｔ１３において、ローノイズアンプ３からの出力ＤＣレベルが参照電圧を超えた時点で、コンパレータ１０からの出力がハイレベルになる。また、サンプリングクロックＣ０はバッファＢ１〜Ｂ４に順次入力される。そして、時刻ｔ１２において、サンプリングクロックＣ０が遅延時間Ｄだけ遅延した信号Ｃ１がバッファＢ１から出力される。また、時刻ｔ１４において、サンプリングクロックＣ０が遅延時間２Ｄだけ遅延した信号Ｃ２がバッファＢ２から出力される。また、時刻ｔ１６において、サンプリングクロックＣ０が遅延時間３Ｄだけ遅延した信号Ｃ３がバッファＢ３から出力される。また、時刻ｔ１７において、サンプリングクロックＣ０が遅延時間４Ｄだけ遅延した信号Ｃ４がバッファＢ４から出力される。

一方、ＤフリップフロップＦ１〜Ｆ４およびＳＲフリップフロップＦ５の初期状態では、ＤフリップフロップＦ１〜Ｆ４からの正転出力Ｓ１〜Ｓ４はそれぞれロウレベル、ＤフリップフロップＦ１〜Ｆ４からの反転出力はそれぞれハイレベルとなっている。そして、時刻ｔ１３において、コンパレータ１０からの出力がハイレベルになると、ＡＮＤ回路Ｎ１〜Ｎ４の出力がハイレベルになるため、ＤフリップフロップＦ１〜Ｆ４の信号入力はハイレベルとなる。そして、時刻ｔ１４において、バッファＢ２から出力される信号Ｃ２がハイレベルとなると、ＤフリップフロップＦ２のクロック入力がハイレベルとなり、ＤフリップフロップＦ２のクロック入力の立ち上がりに同期してＤフリップフロップＦ２からの正転出力Ｓ２がハイレベルとなるとともに、フリップフロップＦ２からの反転出力がロウレベルとなる。そして、ＤフリップフロップＦ２からの正転出力Ｓ２がハイレベルとなると、スイッチＳＷ２がオンし、バッファＢ２から出力される信号Ｃ２が、クロックＣｓとしてサンプルホールド回路４に供給されるとともに、ＳＲフリップフロップＦ５のリセット端子に入力され、クロックＣｌをハイレベルとすることにより、ローノイズアンプ３のバイアスがオフされる。なお、時刻ｔ１４において、フリップフロップＦ２からの反転出力がロウレベルとなると、フリップフロップＦ３の信号入力はロウレベルとなる。このため、時刻ｔ１６において、バッファＢ３から出力される信号Ｃ３がハイレベルとなった場合においても、ＤフリップフロップＦ３からの正転出力Ｓ３がハイレベルとなることはなく、スイッチＳＷ３がオンすることはない。同様に、フリップフロップＦ３の信号入力がロウレベルとなると、フリップフロップＦ４の信号入力はロウレベルとなる。このため、時刻ｔ１７おいて、バッファＢ４から出力される信号Ｃ４がハイレベルとなった場合においても、ＤフリップフロップＦ４からの正転出力Ｓ４がハイレベルとなることはなく、スイッチＳＷ３がオンすることはない。

そして、ローノイズアンプ３のバイアスがオフされると、ローノイズアンプ３からの出力ＤＣレベルは漸減する。そして、時刻ｔ１５において、ローノイズアンプ３からの出力ＤＣレベルが参照電圧を下回ると、コンパレータ１０からの出力がロウレベルになる。そして、時刻ｔ１８において、ローノイズアンプ３のバイアスがオフされたまま、サンプリングクロックＣ０が立ち下がる。

そして、サンプリングクロックＣ０の１周期でキャリブレーションが終了し、スイッチＳＷ５をオフする。そして、この時得られたキャリブレーション情報は、ＤフリップフロップＦ１〜Ｆ４およびＲフリップフロップＦ５に保持され、この時得られたキャリブレーション情報に基づいてローノイズアンプ３のバイアスをオン／オフさせることができる。
なお、バッファＢ１〜Ｂ４の段数は、（バッファＢ１〜Ｂ４の１段当たりの遅延時間Ｄ）×（バッファＢ１〜Ｂ４の段数）＝（サンプリングクロックＣ０の周期Ｔｓ）とすることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る無線通信装置の概略構成を示すブロック図。図１の無線通信装置の信号波形を示すタイミングチャート。図１のローノイズアンプ３の回路構成を示す図。図１のクロックバッファ９の回路構成を示す図。図４のクロックバッファ９の信号波形を示すタイミングチャート。

符号の説明

１アンテナ、２バンドパスフィルタ、３ローノイズアンプ、４サンプルホールド回路、５ローパスフィルタ、６増幅器、７Ａ／Ｄ変換器、８周波数シンセサイザ、９クロックバッファ、Ｍ１、Ｍ３Ｐチャンネル電界効果型トランジスタ、Ｍ２、Ｍ４〜Ｍ７Ｎチャンネル電界効果型トランジスタ、ＳＷ０、ＳＷ１〜ＳＷ５スイッチ、Ｌ１〜Ｌ３インダクタ、Ｐ１キャパシタ、Ｒ１抵抗、１０コンパレータ、Ｎ１〜Ｎ４ＡＮＤ回路、Ｂ１〜Ｂ４バッファ、Ｓ１〜Ｓ４ＤフリップフロップＦ５ＳＲフリップフロップ

Claims

無線周波数信号を増幅するローノイズアンプと、
該ローノイズアンプにて増幅された前記無線周波数信号をサンプリングすると共に、前記無線周波数信号を周波数変換するサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路による前記無線周波数信号のサンプリングタイミングに基づいて、前記無線周波数信号のサンプリングに不要な時間帯に前記ローノイズアンプの動作を停止させる動作停止部と、を有することを特徴とする無線通信装置。
無線周波数信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器にて増幅された無線周波数信号をサンプリングすると共に、前記無線周波数信号を周波数変換するサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路による前記無線周波数信号のサンプリングタイミングに基づいて、前記無線周波数信号のサンプリングに不要な時間帯に前記増幅器の動作を停止させるクロックバッファと、を有することを特徴とする無線通信装置。
前記クロックバッファは、前記無線周波数信号のサンプリングに不要な時間帯に前記増幅器のバイアスを遮断することを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
前記クロックバッファは、前記無線周波数信号がサンプリングされるタイミングで前記増幅器を間欠的に動作させることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。