(57)【要約】【課題】  複数のフィルタが多段接続された高次フィルタにおいて、良好なノイズ特性および歪み特性をバランスよく実現する。【解決手段】  高次フィルタ１は、１次フィルタ１１、２次フィルタ１２、２次フィルタ１３が多段接続された５次のローパスフィルタである。１次フィルタ１１は、アンプを含むフィルタである。検出回路２１は、２次フィルタ１３の出力信号のＲＳＳＩを検出する。制御信号生成回路２２は、検出されたＲＳＳＩが低いときは１次フィルタ１１の利得を大きくし、検出されたＲＳＳＩが高いときは１次フィルタ１１の利得を小さくする。【選択図】      図１
2006287651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィルタが多段接続された高次フィルタであって、
信号の強度を検出する検出手段と、
上記検出手段の検出結果に基づいて、上記複数のフィルタの中の初段に設けられているフィルタの利得を制御する利得制御手段、
を有する高次フィルタ。
【請求項２】
上記初段に設けられているフィルタは、１次フィルタである
ことを特徴とする請求項１に記載の高次フィルタ。
【請求項３】
少なくとも１つの１次フィルタを含む複数のフィルタが多段接続された高次フィルタであって、
信号の強度を検出する検出手段と、
上記検出手段の検出結果に基づいて、上記複数のフィルタに含まれる１次フィルタの利得を制御する利得制御手段、
を有する高次フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のフィルタが多段接続された高次フィルタに係わる。
【背景技術】
【０００２】
特定の周波数を通過または除去するフィルタ回路は、従来より、様々な分野において広く使用されている。例えば、無線通信機器は、一般に、高周波成分を除去するためのローパスフィルタを備えている。
【０００３】
高周波成分を強力に除去するためには、高い次数のローパスフィルタが有効である。フィルタの次数は、そのフィルタ回路を構成するコンデンサＣやインダクタＬの個数で決まる。そして、高次のフィルタは、一般に、１次フィルタおよび２次フィルタを多段接続することにより構成される。
【０００４】
例えば、５次のフィルタは、１次フィルタおよび２個の２次フィルタを組み合わせた３段構成により実現される。ここで、第ｎ段目のフィルタの利得を「Ｇn 」、第ｎ段目のフィルタのノイズフィギュアを「Ｆn 」とすると、全体のノイズフィギュアＮＦは、下式で表される。なお、計算は、ｄＢではなく、真数で行うものとする。
【０００５】
【数１】
2006287651.tif 000003
【０００６】
このように、ノイズフィギュアＮＦは、初段または第２段目のフィルタの利得を上げることにより改善する。しかし、フィルタの利得を高くすると、出力信号の振幅または電力が大きくなるので、その分だけ歪み特性が悪化する。
【０００７】
このように、複数のフィルタが多段接続された高次フィルタにおいては、ノイズおよび歪みはトレードオフの関係があり、一方を改善しようとすると、他方が悪化してしまう。
なお、関連する技術として、特許文献１には、ｎ次のフィルタにおいて、出力信号の振幅に基づいてフィードバック制御を行い、理想的なフィルタ特性を実現する構成が開示されている。しかし、特許文献１には、理想的なフィルタ特性が具体的に記載されておらず、ノイズおよび歪み間のトレードオフ関係を解決するものではない。
【特許文献１】特開平６−６１７９１号公報（図４、明細書の段落００６７〜００７１、要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、複数のフィルタが多段接続された高次フィルタにおいて、良好なノイズ特性および歪み特性をバランスよく実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の高次フィルタは、複数のフィルタが多段接続された構成であり、信号の強度を検出する検出手段と、上記検出手段の検出結果に基づいて上記複数のフィルタの中の初段に設けられているフィルタの利得を制御する利得制御手段、を有する。
【００１０】
一般に、フィルタの入力信号（以下、入力信号）の振幅または電力が小さいときは、歪み特性は良好であるが、Ｓ／Ｎ比は悪化する。反対に、入力信号の振幅または電力が大きくなると、Ｓ／Ｎ比は良好であるが、歪み特性は悪化する。本発明の高次フィルタにおいては、検出手段を用いてフィルタの出力信号（以下、出力信号）の強度（例えば、ＲＳＳＩ）を検出し、その検出結果に基づいて入力信号の振幅または電力を予測し、該振幅または電力から初段に設けられているフィルタの利得が制御される。出力信号の強度が小さいときは、フィルタの利得を上げることにより、歪み特性が良好な範囲でノイズフィギュアの改善を図る。また、初段に設けられているフィルタの利得を上げることは、ノイズ抑制効果が大きい。
【００１１】
上記高次フィルタにおいて、上記初段に設けられているフィルタは、１次フィルタであるようにしてもよい。１次フィルタであれば、フィルタのカットオフ周波数を変えることなく利得の制御を行うことが容易である。
【００１２】
本発明の他の態様の高次フィルタは、少なくとも１つの１次フィルタを含む複数のフィルタが多段接続された構成であり、信号の強度を検出する検出手段と、上記検出手段の検出結果に基づいて上記複数のフィルタに含まれる１次フィルタの利得を制御する利得制御手段、を有する。この高次フィルタは、１次フィルタの利得が調整される構成なので、制御が簡単である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数のフィルタが多段接続された高次フィルタにおいて、良好なノイズ特性および歪み特性がバランスよく実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施形態の高次フィルタの構成を示す図である。実施形態の高次フィルタ１は、この実施例では、ｇｍ−Ｃ型の５次のローパスフィルタである。なお、図１においては、高次フィルタ１の出力側に、自動利得制御アンプ１００が設けられている。また、高次フィルタ１は、差動信号をフィルタリングするものとする。
【００１５】
高次フィルタ１は、１次フィルタ１１、２次フィルタ１２、１３、制御回路２０を含んで構成される。１次フィルタ１１、２次フィルタ１２、１３は、多段接続されている。図１に示す例では、初段に１次フィルタ１１、第２段目に２次フィルタ１２、そして最終段に２次フィルタ１３が設けられている。なお、１次フィルタ１１、２次フィルタ１２、１３は、それぞれ、ｇｍアンプおよびコンデンサを含んで構成されるｇｍ−Ｃ型フィルタである。
【００１６】
制御回路２０は、検出回路（検出手段）２１および制御信号生成回路（利得制御手段）２２を備え、２次フィルタ１３の出力（即ち、高次フィルタ１の出力）をモニタし、そのモニタ結果に応じて１次フィルタ１１の利得を制御する。検出回路２１は、２次フィルタ１３の出力のＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）を検出する。また、制御信号生成回路２２は、検出されたＲＳＳＩに基づいてフィルタの振幅を予測し、該振幅から１次フィルタ１１の利得を制御するためのコンダクタンス制御信号を生成する。
【００１７】
上記構成の高次フィルタ１において、高次フィルタの入力信号（以下、入力信号）の振幅が小さいときは、一般に、入力信号のＳ／Ｎ比が小さく、従って高次フィルタの出力信号（以下、出力信号）のＳ／Ｎ比も小さいので、ノイズ特性は悪い。ただし、この場合、歪み特性は良好である。反対に、入力信号の振幅が大きいときは、一般に、Ｓ／Ｎ比が大きくノイズ特性は良好であるが、歪み特性は悪化してしまう。
【００１８】
そうすると、入力信号の振幅が小さいときに、歪み特性が良好で、かつ要求される歪み特性に対してマージンを持っている場合には、そのマージンの範囲内で初段のフィルタ（すなわち、１次フィルタ１１）の利得を上げることにより、ノイズ特性を改善することができる。一方、入力信号の振幅が大きいときに、ノイズ特性が良好で、かつ要求されるノイズ特性に対してマージンを持っている場合には、そのマージンの範囲内で初段のフィルタ（すなわち、１次フィルタ１１）の利得を下げることにより、歪み特性を改善することができる。このような機能を導入すれば、広い入力信号の振幅範囲に渡って、良好なノイズ特性および歪み特性をバランスよく実現できる。
【００１９】
そこで、実施形態の高次フィルタ１においては、高次フィルタ１の出力信号のＲＳＳＩをモニタし、そのモニタ結果に基づいて入力信号の振幅を予測し、該振幅から１次フィルタ１１の利得をフィードバック制御する構成を導入している。ここで、検出回路２１により検出される高次フィルタ１の出力信号のＲＳＳＩは、入力信号のＲＳＳＩに応じて変化する。すなわち、出力信号のＲＳＳＩに基づいて入力信号の振幅を予測することができる。したがって、高次フィルタ１の出力信号のＲＳＳＩに基づいて１次フィルタ１１の利得を制御する構成において、高次フィルタ１の入力信号の振幅に基づいて１次フィルタ１１の利得を制御する場合と同様の効果が得られる。
【００２０】
図２は、１次フィルタ１１の実施例である。ここでは、ｇｍ−Ｃ型のローパスフィルタを示す。
１次フィルタ１１は、アンプ３１、アンプ３１の後段に接続されるアンプ３２、およびそれらのアンプ３１、３２間を接続する１組の信号線のそれぞれに接続されるコンデンサＣから構成される。ここで、アンプ３１、３２は、それぞれ、例えば、入力信号の振幅に応じて対応する電流が出力される可変コンダクタンスアンプである。
【００２１】
図２に示す１次フィルタ１１の伝達関数Ｈは、下式で表される。ここで、「Ｇｍ１」はアンプ３１のコンダクタンス値、「Ｇｍ２」はアンプ３２のコンダクタンス値、「Ｃ」はコンデンサの容量である。
Ｈ（ｓ）＝（Ｇｍ１／Ｃ）／（ｓ＋（Ｇｍ２／Ｃ））
よって、この１次フィルタ１１の低周波利得Ｇとカットオフ周波数ｆc は、下式で表される。
Ｇ＝Ｈ（０）＝Ｇｍ１／Ｇｍ２
ｆc ＝Ｇｍ２／（２πＣ）
このように、１次フィルタ１１の利得Ｇは、アンプ３１のコンダクタンス値Ｇｍ１を調整することにより、任意に変化させることができ、さらにその際カットオフ周波数ｆc は一定に維持できる。すなわち、この構成の１次フィルタ１１を使用する場合には、アンプ３１のコンダクタンス値Ｇｍ１を調整するための１つの制御信号だけで、周波数特性を変えることなく利得を調整することができる。
【００２２】
図３は、１次フィルタ１１の中に設けられるアンプ３１の一実施例である。図３において、１組のｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２は、それぞれ、そのソースに電源電圧Ｖccが印可され、そのゲートに所定の制御電圧が印可されており、電流源として動作する。１組のｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４は、それぞれ、入力トランジスタとして動作する。すなわち、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４のゲートには、高次フィルタ１によりフィルタリングされるべき差動信号の＋側信号および−側信号が入力される。なお、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４のドレインは、それぞれｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のドレインに接続されている。
【００２３】
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ５は、アンプ３１の利得を調整するための可変電流源として動作する。すなわち、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ５のドレインは、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４の両ソースに接続されており、そのゲートにコンダクタンス制御信号が与えられる。また、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ５のソースは接地される。なお、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ５により表される可変電流源は、必ずしもｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ５のみによって構成される必要はなく、コンダクタンス制御信号に基づいて電流を変化させるものであれば特に限定されるものではない。
【００２４】
上記構成アンプ３１の−側出力端子は、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ１とｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ３との接続点に接続され、＋側出力端子は、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ２とｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ４との接続点に接続される。そして、アンプ３１は、入力信号の差動電圧に対応する差動電流を出力する。このとき、このアンプ３１の利得は、コンダクタンス制御信号によって調整される。
【００２５】
コンダクタンス制御信号は、図１に示す制御回路２０において高次フィルタ１の出力信号のＲＳＳＩを検出回路２１で検出し、検出されたＲＳＳＩに基づいて入力信号の振幅を予測し、制御信号生成回路２２で生成される。そして、フィードバック信号として１次フィルタ１１のアンプ３１に与えられる。ここで、このフィードバック制御は、検出回路２１で検出されるＲＳＳＩが低く、高次フィルタ１の入力信号の振幅が小さいと推定されるときは、ノイズフィギュアＮＦを改善するために、１次フィルタ１１の利得を上げるように動作する。このとき、１次フィルタ１１の利得を上げると、それに応じて歪み特性が悪化する。しかし、入力信号の振幅が小さい領域では、歪み特性の悪化は限定的なので、歪み特性の悪化を要求仕様の範囲内に抑えながらノイズフィギュアＮＦを改善することができる。
【００２６】
反対に、検出回路２１で検出されるＲＳＳＩが高く、高次フィルタ１の入力信号の振幅が大きいと推定されるときは、歪み特性を改善するために、１次フィルタ１１の利得を下げる。このとき、１次フィルタ１１の利得を下げると、それに応じてノイズフィギュアＮＦが悪化する。しかし、入力信号の振幅が大きい領域では、ノイズフィギュアＮＦの悪化は限定的なので、ノイズフィギュアＮＦの悪化を要求仕様の範囲内に抑えながら歪み特性を改善することができる。
【００２７】
このように、実施形態の高次フィルタ１においては、入力信号の振幅が小さいと予測されると、フィルタ自体の利得を上げるように制御（フィルタ自体のノイズフィギュアＮＦを下げるように制御）がなされ、良好なノイズフィギュアＮＦおよび歪み特性がバランスよく実現される。一方、複数のフィルタを多段接続した既存の高次フィルタにおいては、一般に、各フィルタの利得は固定されているので、入力信号の振幅が大きくなると、歪み特性の悪化を抑えることが困難であった。
【００２８】
なお、上述の実施例では、検出したＲＳＳＩに基づいて振幅を予測し、該振幅を利用してフィードバック制御を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＲＳＳＩに基づいて電力を予測し、該電力からフィードバック制御を行ってもよい。
【００２９】
また、上述の実施例では、高次フィルタ１の出力のＲＳＳＩを検出しているが、フィルタの前段でＲＳＳＩ等を検出するようにしてもよい。また、フィルタを含む伝送システム全体でそのフィルタに入力される信号のパワーや振幅値を予測できるのであれば、任意の点で検出することができる。この場合、伝送システムに組み込まれているパワー検出回路や振幅値検出回路を利用することが好適である。
【００３０】
さらに、上述の実施例では、１つのパラメータ（すなわち、ＲＳＳＩ）に基づいて利得制御を行っているが、本発明は、２以上のパラメータを利用する構成にも適用できる。例えば、図１に示す高次フィルタ１の前段に可変利得ローノイズアンプＬＮＡが設けられる場合には、入力信号の振幅が大きいと推定されると、可変利得ローノイズアンプＬＮＡの利得が下げられるので、その可変利得ローノイズアンプＬＮＡのノイズフィギュアが悪化する。そして、このノイズが後段の回路（すなわち、高次フィルタ１）に悪影響を及ぼす。よって、このような場合には、入力信号の振幅が大きいと推定される場合であっても、１次フィルタ１１の利得を上げてノイズフィギュアの悪化を抑制する必要が生じる。すなわち、高次フィルタ１の出力信号のＲＳＳＩだけでなく、入力信号の振幅（あるいは、可変利得ローノイズアンプＬＮＡの利得）もあわせてモニタする必要がある。
【００３１】
さらに、上述の実施例では、初段に設けられている１次フィルタ１１の利得が調整されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、１次フィルタが２段目以降に設けられている場合には、その２段目以降の１次フィルタの利得を調整するようにしてもよい。また、必ずしも１次フィルタの利得を調整する必要はなく、２次フィルタの利得を調整してもよい。ただし、ノイズの抑制を考えると、初段のフィルタの利得を調整する構成が有利である。また、制御の容易さを考えると、１次フィルタの利得を制御する構成が有利である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態の高次フィルタの構成を示す図である。
【図２】１次フィルタの実施例である。
【図３】１次フィルタの中に設けられるアンプの実施例である。
【符号の説明】
【００３３】
１      高次フィルタ
１１    １次フィルタ
１２、１３  ２次フィルタ
２０    制御回路
２１    検出回路
２２    制御信号生成回路
３１、３２  アンプ
【図１】
2006287651.tif 000004
【図２】
2006287651.tif 000005
【図３】
2006287651.tif 000006