(57)【要約】  受信状況が変化しても、受信装置における利得を適切に制御する。自動利得制御装置であって、縦続接続され、利得が可変である複数の増幅器と、前記複数の増幅器にそれぞれ対応し、対応する増幅器の出力信号のレベルを、レベル測定信号が示すレベル測定期間において測定する複数のレベル測定器と、前記複数のレベル測定器にそれぞれ対応し、対応するレベル測定器で測定されたレベルを、対応する増幅器が飽和しないように設定された閾値と比較して比較結果を誤差信号として出力する複数の誤差算出部と、前記複数の増幅器の利得を、それぞれに対応する前記誤差算出部から出力された前記誤差信号に基づいて、利得更新信号に対応するタイミングで１つずつ更新する利得演算部と、前記複数の誤差算出部から出力された誤差信号のうちの一部に基づいて、前記レベル測定信号及び前記利得更新信号を生成する動作制御部とを有する。
2011074193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦続接続され、利得が可変である複数の増幅器と、
前記複数の増幅器にそれぞれ対応し、対応する増幅器の出力信号のレベルを、レベル測定信号が示すレベル測定期間において測定する複数のレベル測定器と、
前記複数のレベル測定器にそれぞれ対応し、対応するレベル測定器で測定されたレベルを、対応する増幅器が飽和しないように設定された第１閾値と比較して比較結果を誤差信号として出力する複数の誤差算出部と、
前記複数の増幅器の利得を、それぞれに対応する前記誤差算出部から出力された前記誤差信号に基づいて、利得更新信号に対応するタイミングで１つずつ更新する利得演算部と、
前記複数の誤差算出部から出力された誤差信号のうちの一部に基づいて、前記レベル測定信号及び前記利得更新信号を生成する動作制御部とを備える
自動利得制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数の誤差算出部のうちの少なくとも１つには、前記第１閾値及びこれより小さい第２閾値が設定され、
前記第１及び第２閾値が設定された誤差算出部は、これに入力された比較対象信号を前記第１及び第２閾値と比較して比較結果を前記誤差信号として出力し、
前記利得演算部は、前記第１及び第２閾値が設定された誤差算出部に対応する前記増幅器の利得を、前記比較対象信号が前記第１閾値より大きいことを前記第１及び第２閾値が設定された誤差算出部の前記誤差信号が示しているときには下げ、前記比較対象信号が前記第２閾値より小さいことを前記第１及び第２閾値が設定された誤差算出部の前記誤差信号が示しているときには上げるように制御する
自動利得制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の自動利得制御装置において、
前記複数の誤差算出部のうちの少なくとも１つには、前記第１及び第２閾値に加えて前記第１閾値より大きい第３閾値及び前記第２閾値より小さい第４閾値が設定され、
前記第１〜第４閾値が設定された誤差算出部は、これに入力された比較対象信号を前記第３及び第４閾値と比較して、前記比較対象信号が前記第３閾値より大きい、又は前記第４閾値より小さいときには、利得更新の間隔及び前記レベル測定期間を短くすべきであることを示す信号を、前記比較対象信号が前記第３閾値より小さく、かつ前記第４閾値より大きいときには、前記利得更新の間隔及び前記レベル測定期間を長くすべきであることを示す信号を、前記誤差信号として出力し、
前記動作制御部は、前記第１〜第４閾値が設定された誤差算出部の前記誤差信号に従って、前記利得更新の間隔及び前記レベル測定期間を変更するように、前記利得更新信号及び前記レベル測定信号を生成する
自動利得制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の自動利得制御装置において、
前記第１閾値と前記第２閾値との間の差は、前記複数の増幅器の利得変化のステップの大きさの２倍以上である
自動利得制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記動作制御部は、前記自動利得制御装置がガードインターバルを含む信号を受信する場合に、ガードインターバル期間中に利得が更新されるように、前記利得更新信号を生成する
自動利得制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数のレベル測定器のうちの少なくとも１つは、前記複数の増幅器のうちの対応する増幅器の出力信号が第１基準電圧より高い期間の長さに対応する値を、前記対応する増幅器の出力信号のレベルとして出力し、
当該レベル測定器に対応する前記誤差算出部は、前記対応する増幅器の出力信号のレベルを、当該誤差算出部に設定された前記第１閾値及び第２閾値と比較する
自動利得制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の自動利得制御装置において、
前記複数のレベル測定器のうちの前記少なくとも１つは、
前記対応する増幅器の出力信号を前記第１基準電圧と比較するコンパレータと、
前記対応する増幅器の出力信号が前記第１基準電圧より高い期間にカウントアップし、カウント値を、前記対応する増幅器の出力信号のレベルとして出力するカウンタとを有する
自動利得制御装置。
【請求項８】
請求項６に記載の自動利得制御装置において、
前記複数のレベル測定器のうちの前記少なくとも１つは、
前記対応する増幅器から出力される差動信号を構成する信号の一方を前記第１基準電圧と比較し、比較結果を出力する第１コンパレータと、
前記差動信号を構成する信号の他方を前記第１基準電圧と比較し、比較結果を出力する第２コンパレータと、
前記第１コンパレータの比較結果と前記第２コンパレータの比較結果との論理和を求めるＯＲ回路と、
前記差動信号を構成する２つの信号の一方が前記第１基準電圧より高い期間、及び、前記差動信号を構成する２つの信号の他方が前記第１基準電圧より高い期間にカウントアップし、カウント値を、前記対応する増幅器の出力信号のレベルとして出力するカウンタとを有する
自動利得制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数のレベル測定器のうちの前記少なくとも１つは、
前記対応する増幅器の出力信号を前記第１基準電圧と比較する第１コンパレータと、
前記対応する増幅器の出力信号を第２基準電圧と比較する第２コンパレータと、
前記対応する増幅器の出力信号が前記第１基準電圧より高い期間にカウントアップし、カウント値を、前記対応する増幅器の出力信号のレベルとして出力する第１カウンタと、
前記対応する増幅器の出力信号が前記第２基準電圧より高い期間にカウントアップし、カウント値を出力する第２カウンタとを有し、
前記第１カウンタ及び前記第２カウンタのカウント値を、前記複数の増幅器のうちの対応する増幅器の出力信号のレベルとして出力し、
当該レベル測定器に対応する前記誤差算出部は、前記第１カウンタ及び前記第２カウンタのカウント値を、当該誤差算出部に設定された前記第１閾値と比較する
自動利得制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数のレベル測定器のそれぞれに対応する、少なくとも１つのフィルタを更に備え、  前記フィルタは、前記複数のレベル測定器のうちの対応するレベル測定器の出力を平滑化して、前記複数の誤差算出部のうちの対応する誤差算出部に出力する
自動利得制御装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数の増幅器のうちの第１及び第２の増幅器の間に挿入され、前記第１の増幅器から出力された信号の所定の周波数成分を出力するフィルタと、
前記フィルタの出力信号のレベルを測定するフィルタ出力測定器と、
セレクタとを更に備え、
前記セレクタは、前記第１の増幅器に対応する前記レベル測定部で測定された値と、前記フィルタ出力測定器で測定された値とのうち、大きい方を選択して、前記第１の増幅器に対応する前記誤差算出部に出力し、
前記利得演算部は、前記第１の増幅器の利得を、前記第１の増幅器に対応する前記誤差算出部から出力された前記誤差信号に基づいて制御する
自動利得制御装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数の増幅器の制御順序を記憶する書き換え可能な記憶部を更に備え、
前記利得演算部は、前記複数の誤差算出部から出力された誤差信号、前記複数の増幅器の利得、及び前記記憶部から読み出された前記複数の増幅器の制御順序に基づいて、前記複数の増幅器から、利得を変更すべき増幅器を１つ選択し、前記選択された増幅器の出力信号から求められた前記誤差信号と、前記選択された増幅器の利得とに基づいて、次に設定すべき利得を算出して、前記選択された増幅器の利得を前記設定すべき利得に更新する
自動利得制御装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の自動利得制御装置、及び前記自動利得制御装置で増幅された信号を復調して復調信号を出力する復調部を有する受信機と、
前記復調信号に所定の信号処理を行って出力する信号処理部と、
前記信号処理部で信号処理された信号によって表される映像の表示、及び、信号処理部で信号処理された信号によって表される音声の出力のうちの少なくとも一方を行う出力部とを備える
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高周波信号を受信する装置の自動利得制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や、テレビ及びラジオ放送等の無線受信装置には、通常、高いダイナミックレンジが要求される。このため、利得切替機能を有する自動利得制御装置が用いられる。例えば特許文献１には、フィルタを通過した後の信号に基づいてアンプの利得制御をする自動利得制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００２／０８０３９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構成では、フィルタで帯域制限された信号を使ってアンプの利得を決定するので、利得制御が収束している状況で希望波レベルが変わらずに妨害波レベルが上昇したときに、アンプ出力レベルが上限を超える可能性がある。【０００５】
これは次の理由による。妨害波は、その周波数が希望波の周波数から離れるほどフィルタによって減衰するので、アンテナへの入力において妨害波のレベルが希望波のレベルより大きくても、フィルタ出力において妨害波のレベルが希望波のレベルより十分小さくなることがある。この場合、フィルタ出力からは妨害波レベルの上昇が正確には検出できず、利得を変化させることができない。【０００６】
固定機器向けの受信装置では電波の受信状況が変化しないので、電源を入れたりチャンネルを変えたりするときに、最大利得や最小利得から利得を変化させて収束させていき、収束後は利得を変化させる必要がない。しかし、モバイル機器や車載機器向けの受信装置では、時々刻々と受信状況が変わるので、上述のように、妨害波の影響を受けてアンプ出力レベルが上限を超え、受信性能が低下することが多い。【０００７】
妨害波レベルが低下した場合にも、フィルタ出力からは妨害波レベルの低下が正確には検出できない。一般に、雑音性能を上げるためには利得が高い方がよいので、妨害波レベルが低下した場合には、利得を上げることが望ましい。しかし、妨害波レベルの低下が検出できないと、利得を上げることができない。このように、受信状況が変化すると、アンプの利得が適切に制御されない場合がある。【０００８】
本発明は、受信状況が変化しても、受信装置における利得を適切に制御することができる自動利得制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態による自動利得制御装置は、縦続接続され、利得が可変である複数の増幅器と、前記複数の増幅器にそれぞれ対応し、対応する増幅器の出力信号のレベルを、レベル測定信号が示すレベル測定期間において測定する複数のレベル測定器と、前記複数のレベル測定器にそれぞれ対応し、対応するレベル測定器で測定されたレベルを、対応する増幅器が飽和しないように設定された第１閾値と比較して比較結果を誤差信号として出力する複数の誤差算出部と、前記複数の増幅器の利得を、それぞれに対応する前記誤差算出部から出力された前記誤差信号に基づいて、利得更新信号に対応するタイミングで１つずつ更新する利得演算部と、前記複数の誤差算出部から出力された誤差信号のうちの一部に基づいて、前記レベル測定信号及び前記利得更新信号を生成する動作制御部とを有する。【００１０】
これによると、各増幅器の利得がそれぞれの出力信号のレベルに基づいて制御されるので、受信状況に応じて各増幅器の出力信号を適切なレベルにすることができる。また、各増幅器の利得が１つずつ更新され、同時に複数の増幅器の利得が更新されないので、制御を安定して収束させることができる。【００１１】
本発明の実施形態による電子機器は、前記自動利得制御装置、及び前記自動利得制御装置で増幅された信号を復調して復調信号を生成する復調部を有する受信機と、前記復調信号に所定の信号処理を行って出力する信号処理部と、前記信号処理部で信号処理された信号によって表される映像の表示、及び、信号処理部で信号処理された信号によって表される音声の出力のうちの少なくとも一方を行う出力部とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態による自動利得制御装置は、受信状況や各素子のバラツキなどによらず、利得を適切に制御して各アンプの出力信号を適切なレベルにすることができる。この自動利得制御装置を用いる受信装置のダイナミックレンジを有効に利用することができるので、受信装置の受信性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る自動利得制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の自動利得制御装置の処理の流れの例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、次に設定すべき利得を算出する図２のステップ２０６を詳細に示すフローチャートである。
【図４】図４は、図１のレベル測定器及び誤差算出部の入出力信号の例を示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、図１のレベル測定器の構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５のレベル測定器におけるカウント値等を示す説明図である。
【図７】図７は、図５のレベル測定器の変形例を示すブロック図である。
【図８】図８は、図１のレベル測定器及び誤差算出部の入出力信号の他の例を示すタイミングチャートである。
【図９】図９は、図１の自動利得制御装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図５のレベル測定器の更に他の例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、図１の自動利得制御装置の更に他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、図１の自動利得制御装置を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において下２桁が同じ参照番号で示された構成要素は、互いに対応しており、同一の又は類似の構成要素である。図面における機能ブロック間の実線は、電気的な接続を示している。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る自動利得制御装置の構成例を示すブロック図である。図１の自動利得制御装置１００は、低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）１０１と、可変利得増幅器（ＶＧＡ：Variable Gain Amplifier）１０２，１０３，１０４と、フィルタ１０６，１０７と、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ：Analog-to-Digital Converter）１０８と、ミキサ１１２と、局部発振器（ＬＯ：Local Oscillator）１１４と、レベル測定部１２０と、誤差算出部１３１，１３２，１３３，１３４と、利得演算部１４２と、記憶部１４３と、動作制御部１４４とを有している。レベル測定部１２０は、レベル測定器１２１，１２２，１２３，１２４を有している。
【００１６】
アンテナ１１８は、送信された電波を受信し、受信信号をＬＮＡ１０１に供給する。ＬＮＡ１０１は、アンテナ１１８から供給された受信信号を増幅して、ミキサ１１２及びレベル測定器１２１に出力する。ＬＯ１１４は、所定の周波数の正弦波を生成し、ＬＯ信号としてミキサ１１２に出力する。ミキサ１１２は、ＬＮＡ１０１の出力信号とＬＯ信号とを乗算して、得られたＩＦ（Intermediate Frequency）信号をＶＧＡ１０２に出力する。
【００１７】
ＶＧＡ１０２は、ＩＦ信号を増幅して、フィルタ１０６及びレベル測定器１２２に出力する。フィルタ１０６は、ＶＧＡ１０２の出力信号のうち、所定の周波数成分を通過させてＶＧＡ１０３に出力する。ＶＧＡ１０３は、フィルタ１０６の出力信号を増幅して、フィルタ１０７及びレベル測定器１２３に出力する。フィルタ１０７は、ＶＧＡ１０３の出力信号のうち、所定の周波数成分を通過させてＶＧＡ１０４に出力する。
【００１８】
ＶＧＡ１０４は、フィルタ１０７の出力信号を増幅して、ＡＤＣ１０８に出力する。ＡＤＣ１０８は、ＶＧＡ１０４の出力信号をＡ／Ｄ変換し、得られたデジタル信号ＳＣを復調部（図示せず）及びレベル測定器１２４に出力する。ＬＮＡ１０１、及びＶＧＡ１０２〜１０４の利得は、可変であって、利得演算部１４２によって設定される。このように、レベル測定器１２１，１２２，１２３，１２４は、アンプ（増幅器）であるＬＮＡ１０１、ＶＧＡ１０２，１０３，１０４にそれぞれ対応している。
【００１９】
レベル測定器１２１〜１２４は、それぞれに入力される、対応するアンプの出力信号のレベルを測定し、測定されたレベルを出力信号として出力する。誤差算出部１３１，１３２，１３３，１３４は、レベル測定器１２１，１２２，１２３，１２４にそれぞれ対応する。誤差算出部１３１〜１３４は、それぞれ、対応するレベル測定器で測定されたレベルを、対応するアンプ（ＬＮＡ１０１、ＶＧＡ１０２，１０３，又は１０４）に対する予め設定された１つ以上の閾値と比較して、比較結果を誤差信号として利得演算部１４２に出力する。誤差算出部１３１〜１３４の閾値は、それぞれに対応するアンプが飽和しないような値に個別に設定される。
【００２０】
利得演算部１４２は、ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４の利得を、それぞれに対応する誤差算出部１３１〜１３４から出力された誤差信号に基づいて、利得更新信号ＧＲに対応するタイミングで１つずつ更新する。より具体的には、利得演算部１４２は、誤差算出部１３１〜１３４から出力された誤差信号と、各アンプの現在の利得と、予め定められたアンプの制御順序とに基づいて、次に利得を変更すべきアンプを１つ選択する。利得演算部１４２は、選択されたアンプの出力信号から求められた誤差信号と、選択されたアンプの現在の利得とに基づいて、次に設定すべき利得を算出して、選択されたアンプの利得を算出された利得に更新する。
【００２１】
ここで、重要なのは、制御されるアンプの利得はそのアンプの出力レベルから得られた誤差信号に基づいて算出されるということである。動作制御部１４４は、誤差算出部１３４から出力される誤差信号ＥＲに基づいて、レベル測定信号ＬＶを生成し、レベル測定器１２１〜１２４に出力する。また、動作制御部１４４は、誤差信号ＥＲに基づいて、利得更新信号ＧＲを生成し、利得演算部１４２に出力する。
【００２２】
ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４のうちの一部又は全てがアッテネータとしての機能を有していてもよい。すなわち、利得は負の値であってもよく、ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４は、入力された信号を減衰させて出力してもよい。
【００２３】
図２は、図１の自動利得制御装置の処理の流れの例を示すフローチャートである。電源投入後、又はチャンネル選択後、図２の処理が開始される。ステップ２７２では、図１のＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４は、それぞれの利得を初期値に設定する。ステップ２７３では、各レベル測定器１２１〜１２４は、対応するアンプの出力信号のピークレベルを、レベル測定信号ＬＶが示すレベル測定期間内において測定する。
【００２４】
ステップ２７４では、各誤差算出部１３１〜１３４は、ステップ２７３で測定されたピークレベルと予め設定された閾値との間の差を示す誤差信号を生成する。ステップ２７５では、利得演算部１４２は、全ての誤差信号を取得する。ステップ２７６では、利得演算部１４２は、誤差信号、現在設定している利得、及び制御順序から、次に設定すべき利得を算出する。
【００２５】
ステップ２７７では、利得演算部１４２は、ステップ２７６の演算結果から、次の利得に現在の利得から変化があるか否かを判断する。変化があればステップ２７８に進み、変化がなければ利得を変更せずステップ２７３に戻る。ステップ２７８では、利得演算部１４２は、利得を変更するアンプに次の利得を設定する。その後、ステップ２７３に戻り、ステップ２７３からステップ２７８までの処理を同様に繰り返す。
【００２６】
ステップ２７３からステップ２７８までの一連の処理は、予め定められた周期ごとに行われる。この周期を利得更新周期とする。ＡＭ（amplitude modulation）信号のように振幅に情報があるような信号を受信する場合には、変調波に追従しないようにレベル測定期間を長く設定する必要があり、急激にレベルが変動したときには収束時間が短くなるようにレベル測定期間を短く設定する必要がある。このため、動作制御部１４４は、利得更新周期が誤差信号ＥＲに応じた値になるように、利得更新信号ＧＲを生成する。
【００２７】
ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号のようなガードインターバルを含む信号を受信する場合には、ガードインターバル期間に同期させるために、動作制御部１４４は、ガードインターバル期間を示すガードインターバル期間信号を復調部から受け取り、そのガードインターバル期間中に利得が変更されるように利得更新信号ＧＲを生成してもよい。
【００２８】
利得更新周期は固定であってもよい。利得更新周期を、メモリに保存して評価等に応じて変更できるようにしておき、その後固定してもよい。
【００２９】
図３は、次に設定すべき利得を算出する図２のステップ２７６を詳細に示すフローチャートである。以下では、利得制御の制御順序が１番目のアンプを制御順序１のアンプ、２番目のアンプを制御順序２のアンプ、３番目のアンプを制御順序３のアンプ、Ｎ番目のアンプを制御順序Ｎのアンプとする。
【００３０】
まずステップ３８１では、利得演算部１４２は、制御順序１のアンプの出力に対応する誤差信号から、制御順序１のアンプの利得を変更するか否かを判断する。変更する場合はステップ３８２に進み、変更しない場合はステップ３８４に進む。ステップ３８２では、制御順序１のアンプに現在設定されている利得が、そのアンプに設定可能な最大値又は最小値になっているか否かを判断する。利得が最大値又は最小値である場合にはステップ３８４に進み、その他の場合にはステップ３８３に進む。ステップ３８３では、制御順序１のアンプの利得を、その出力に対応する誤差信号から算出する。制御順序１のアンプ以外のアンプの利得は変更せず、ステップ２７７に進む。
【００３１】
ステップ３８４では、利得演算部１４２は、制御順序２のアンプ出力に対応する誤差信号から、制御順序２のアンプの利得を変更するか否かを判断する。変更する場合はステップ３８５に進み、変更しない場合はステップ３８７に進む。ステップ３８５では、制御順序２のアンプに現在設定されている利得が、そのアンプに設定可能な最大値又は最小値になっているか否かを判断する。利得が最大値又は最小値である場合にはステップ３８７に進み、その他の場合にはステップ３８６に進む。ステップ３８６では、制御順序２のアンプの利得を、その出力に対応する誤差信号から算出する。制御順序２のアンプ以外のアンプの利得は変更せず、ステップ２７７に進む。
【００３２】
以下同様にして、制御順序３〜制御順序Ｎのアンプに対する処理（ステップ３８７〜３９２）を行う。
【００３３】
レベル測定はレベル測定期間において全てのアンプ出力に対して行い、利得更新は利得更新周期ごとに１個のアンプのみに対して行う。ただし、全てのアンプ出力の誤差が所定値以下の場合には、制御が収束しているとみなし、いずれのアンプの利得も変更せずに図３の処理を終える。また、全てのアンプの利得が最大値であって、それ以上に利得を上げる必要がある場合や、逆に全てのアンプの利得が最小値であって、それ以下に利得を下げる必要がある場合には、利得可変範囲を超えているとみなし、いずれのアンプの利得も変更せずに図３の処理を終える。このように、利得更新周期ごとに１つのアンプのみ利得を変更することにより、安定して制御を収束させることができる。
【００３４】
記憶部１４３は、書き換え可能なメモリであって、ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４等のアンプの制御順序、並びに各アンプの利得の最大値及び最小値を記憶する。記憶部１４３が記憶する制御順序及び値は、受信したい信号の種類に応じて書き換えられる。利得演算部１４２は、記憶部１４３からアンプの制御順序、並びに各アンプの利得の最大値及び最小値を読み出して用いてもよい。すると、自動利得制御装置１００は、例えば周波数又は変調方式が異なる複数の種類の変調信号を受信する場合に、容易に変調信号ごとに最適な制御をすることができる。同様に、以下で説明する自動利得制御装置が記憶部１４３を有し、その装置の利得演算部がアンプの制御順序、並びに各アンプの利得の最大値及び最小値を読み出して用いてもよい。自動利得制御装置１００は、記憶部１４３を有しなくてもよい。
【００３５】
図４は、図１のレベル測定器及び誤差算出部の入出力信号の例を示すタイミングチャートである。図４には、上から順に、レベル測定信号ＬＶ、利得更新信号ＧＲ、レベル測定器１２１の出力、及び誤差算出部１３１から出力される誤差信号が示されている。
【００３６】
動作制御部１４４は、図４のようなレベル測定信号ＬＶ及び利得更新信号ＧＲを出力する。レベル測定器１２１〜１２４は、レベル測定信号ＬＶが高論理レベル（Ｈｉｇｈ）である期間（レベル測定期間）に、対応するアンプの出力のレベル測定を行う。利得演算部１４２は、利得更新信号ＧＲがＨｉｇｈのときに、全ての誤差算出部１３１〜１３４から出力される誤差信号を取得し、これらの誤差信号を用いて次に設定すべき利得を算出し、その結果を各アンプ（ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４）に設定する。
【００３７】
図４の例では、誤差算出部１３１には、第１閾値及びこれより小さい第２閾値が設定されている。誤差算出部１３１は、これに入力された比較対象信号であるレベル測定部１２１の出力信号を、第１閾値及び第２閾値と比較する。期間（Ａ）では、第１閾値より出力信号の方が大きいので、誤差算出部１３１は誤差信号として１を出力する。期間（Ｂ）では、出力信号の値が第１閾値と第２閾値との間にあるので、誤差算出部１３１は誤差信号として０を出力する。期間（Ｃ）では、出力信号の値が第２閾値より小さいので、誤差算出部１３１は誤差信号として−１を出力する。
【００３８】
利得演算部１４２は、レベル測定部１２１に対応するＬＮＡ１０１の利得を、誤差信号が１のときは予め定めた値だけ下げ、誤差信号が０のときは変更せず、誤差信号が−１のときは予め定めた値だけ上げる。他のレベル測定部１２２〜１２４，誤差算出部１３２〜１３４、及びＶＧＡ１０２〜１０４も、図４と同様に動作する。
【００３９】
利得演算部１４２によるＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４の利得制御は、ステップ制御型の方が適しているが、リニア制御型であってもよい。リニア制御型の場合には、利得変化のステップの大きさが一定になるように擬似的にステップ制御が行われる。ここで、ステップ制御型の制御とは、例えば、オペアンプを使った反転増幅回路において利得を決める抵抗をスイッチで切り替えたり、抵抗や容量を用いた分圧回路において抵抗や容量をスイッチで切り替えることによる、利得の離散的な制御である。また、リニア制御型の制御とは、例えば、反転増幅回路において、利得を決める抵抗としてＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース間抵抗を利用したり（ゲート電圧によって抵抗値を変化させる）、容量として可変容量ダイオードを利用する（与える電圧で容量値を変化させる）ことによる、利得の連続的な制御である。
【００４０】
なお、第１閾値と第２閾値との間の差は、ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４の利得変化のステップの大きさの２倍以上であることが望ましい。例えば１ｄＢステップで利得が設定可能なアンプでは、対応する誤差算出部に設定される第１閾値と第２閾値との間の差は２ｄＢ以上にする。こうすることにより、素子バラツキ等によってアンプの利得変化のステップの大きさや２つの閾値の間の差が多少変動しても、利得が１ステップ分変化したときに、レベル測定器の出力が、第１閾値と第２閾値とを同時に跨ぐように変化することはなく、必ず１度は第１閾値と第２閾値との間の値になる。このため、レベル測定器の出力が第１閾値以上の値と第２閾値以下の値とを行ったり来たりするような発振現象は起きない。
【００４１】
誤差算出部１３４には、第１閾値より大きい第３閾値と、第２閾値より小さい第４閾値とが更に設定されていてもよい。この場合、誤差算出部は、レベル測定器の出力が第３閾値より大きい、又は前記第４閾値より小さいときには利得更新の間隔及びレベル測定期間を短くすべきであることを示す信号を動作制御部１４４に出力し、レベル測定器の出力が第３閾値より小さく、かつ第４閾値より大きいときには利得更新の間隔及びレベル測定期間を長くすべきであることを示す信号を動作制御部１４４に出力する。動作制御部１４４は、この信号に従って、利得更新の間隔及びレベル測定期間を変更するように、利得更新信号ＧＲ及びレベル測定信号ＬＶを生成する。誤差算出部１３１〜１３３に第１閾値及び第２閾値、又は第１〜第４閾値が設定され、誤差算出部１３１〜１３３が誤差算出部１３４と同様に動作してもよい。
【００４２】
レベル測定器１２１〜１２４の回路としては、一般的には入力される信号の周波数が高い場合は包絡線検波回路を使用し、周波数が低い場合はＡＤ変換後のＩ信号とＱ信号から√（Ｉ２＋Ｑ２）を計算する演算回路を使用する。包絡線検波回路は、入力信号の包絡線を出力する回路であって、入力信号レベルに応じた信号を出力する。レベル測定器１２１〜１２４の回路として、包絡線検波回路及び√（Ｉ２＋Ｑ２）を計算する演算回路のいずれを用いてもよく、両者を混在させてもよい。他の回路をレベル測定器として用いてもよく、いくつかの例を以下で説明する。
【００４３】
図５は、図１のレベル測定器の構成例を示すブロック図である。図５のレベル測定器５２２は、例えば１０ＭＨｚ以下の比較的低い周波数の信号（例えば周波数変換されたＩＦ信号）のレベル測定に適する。図５のレベル測定器５２２は、図１のレベル測定器１２２及び１２３のうちの少なくとも１つとして用いられる。レベル測定器５２２には、レベル測定器１２２として用いられる場合にはＶＧＡ１０２の出力が、レベル測定器１２３として用いられる場合にはＶＧＡ１０３の出力が入力される。ここでは例として、レベル測定器５２２がレベル測定器１２２として用いられる場合について説明する。
【００４４】
レベル測定器５２２は、コンパレータ５５２と、カウンタ５５４と、基準電圧生成器５５６と、クロック生成器５５８とを有している。基準電圧生成器５５６は、基準電圧ＲＶ１を生成して出力する。クロック生成器５５８はクロックＣＬを生成して出力する。コンパレータ５５２は、ＶＧＡ１０２の出力信号を基準電圧ＲＶ１と比較し、ＶＧＡ１０２の出力信号の電圧の方が高い場合には、レベルがＨｉｇｈの信号を出力し、その他の場合には低論理レベル（Ｌｏｗ）の信号を出力する。
【００４５】
カウンタ５５４は、レベル測定信号ＬＶの立ち上がりエッジでリセットされ、コンパレータ５５２の出力信号がＨｉｇｈであるときに、クロックの立ち上がり又は立ち下がりエッジでカウントアップする。したがって、カウンタ５５４は、レベル測定期間中であってコンパレータ５５２の出力信号がＨｉｇｈである期間（Ｈｉｇｈ期間）の長さに相当するカウント値ＣＴ１を出力する。なお、ＶＧＡ１０２の出力信号が差動信号である場合には、コンパレータ５５２は、差動信号を構成する２信号の一方を基準電圧ＲＶ１と比較する。
【００４６】
図６は、図５のレベル測定器におけるカウント値等を示す説明図である。図６では、上から順にコンパレータ５５２の入力信号、コンパレータ５５２の出力信号、カウント値ＣＴ１、クロックＣＬ、レベル測定信号ＬＶが示されている。
【００４７】
図６のように、カウンタ５５４は、レベル測定期間中であって、かつ、ＶＧＡ１０２の出力信号が基準電圧ＲＶ１より高いときに、クロックＣＬの立ち下がりエッジでカウントアップする。ここで、ＶＧＡ１０２からコンパレータ５５２へ入力される信号が、例えば交流成分振幅電圧が０．５Ｖで直流成分電圧が１Ｖの正弦波であり、基準電圧ＲＶ１が１．６Ｖであるとすると、コンパレータ５５２の出力は常にＬｏｗになる。基準電圧ＲＶ１を１．４Ｖにすると、コンパレータ５５２の出力はＨｉｇｈになったりＬｏｗになったりする。このとき、コンパレータ５５２への入力信号（ＶＧＡ１０２の出力信号）の１周期に注目すると、Ｈｉｇｈ期間の割合は１周期のうちの１４．３％である。
【００４８】
このような、レベル測定器への入力信号の１周期に対するＨｉｇｈ期間の割合を閾値超過率と称することとする。閾値超過率を小さくすると基準電圧ＲＶ１は信号のピークレベルに近づく。よって、Ｈｉｇｈ期間の長さが分かれば振幅を推定できるので、Ｈｉｇｈ期間の長さの測定はピークレベルの測定とほぼ等価と考えられる。レベル測定器５２２は、Ｈｉｇｈ期間の長さを、対応する増幅器の出力信号のレベルとして、対応する誤差算出部に出力する。閾値超過率から基準電圧を算出する式（１）は、
基準電圧＝交流成分振幅電圧×ｓｉｎ（２×π×（１／４−閾値超過率／１００／２））＋直流成分電圧    …（１）
で表される。ここで、閾値超過率の単位はパーセントである。
【００４９】
実際には、レベル測定器には様々な周波数の信号が入力され、１周期ごとのＨｉｇｈ期間を測定できないので、レベル測定期間は、想定される入力信号の１周期に比べて非常に長く設定される。また、Ｈｉｇｈ期間の長さの測定を、クロック周期を単位として行っていることになるので、入力信号よりも高い周波数のクロックが必要である。
【００５０】
誤差算出部１３２等は、対応するレベル測定器５２２から出力されるカウント値ＣＴ１を、第１閾値及びこれより小さい第２閾値と比較する。例えば、基準電圧ＲＶ１をコンパレータ５５２の出力のＨｉｇｈ期間がレベル測定器５２２への入力信号の１周期の１０％になるように設定している場合には、第１閾値はレベル測定期間の５％相当のカウント値、第２閾値はレベル測定期間の１５％相当のカウント値とする。誤差算出部１３２等は、例えば、レベル測定器５２２から出力されるカウント値ＣＴ１がその誤差算出部の第１閾値より大きければ１、第１閾値より小さく第２閾値より大きければ０、第２閾値より小さければ−１を出力する（図４参照）。利得演算部１４２は、１を受信すると利得を下げ、０を受信すると利得を変更せず、−１を受信すると利得を上げるべきであると判断する。
【００５１】
図７は、図５のレベル測定器５２２の変形例を示すブロック図である。図５のレベル測定器５２２は、閾値超過率を０％や１００％に近づけるほど、誤差測定部の第１閾値と第２閾値の設定できる範囲が狭くなる。そこで、閾値超過率を０％や１００％に近い値で使用したい場合は、図１のレベル測定器として、図７のレベル測定器６２２を用いるようにする。
【００５２】
図７のレベル測定器６２２は、レベル測定器５２２に加えて、コンパレータ６６２と、カウンタ６６４と、基準電圧生成器６６６とを更に有する。例えば、第１基準電圧ＲＶ１としては、ＶＧＡ１０２等のアンプからレベル測定器６２２へ入力される信号のレベルが０．９Ｖの場合に閾値超過率が１０％になるような電圧を設定し、第２基準電圧ＲＶ２としては、この信号のレベルが０．８Ｖの場合に閾値超過率が１０％になるような電圧を設定する。
【００５３】
このとき、図７のカウンタ５５４が出力する第１カウント値ＣＴ１と、カウンタ６６４が出力する第２カウント値ＣＴ２とは、レベル測定器６２２に対応する誤差算出部１３２等に入力され、その誤差算出部は、各カウント値を閾値と比較する。閾値は、レベル測定期間の１０％相当（閾値超過率１０％相当）のカウント値である。つまり、図７のレベル測定器６２２を用いる場合には、対応する誤差算出部の閾値は１つでよい。
【００５４】
図８は、図１のレベル測定器及び誤差算出部の入出力信号の他の例を示すタイミングチャートである。図８では、図１のレベル測定器として図７のレベル測定器６２２を用いる場合について示している。誤差算出部１３２等は、例えば、第１カウント値ＣＴ１がその誤差算出部の閾値より大きければ１、第１カウント値ＣＴ１が閾値より小さく第２カウント値ＣＴ２が閾値より大きければ０、第２カウント値ＣＴ２が閾値より小さければ−１を出力する。
【００５５】
このようにレベル測定器のコンパレータを増やし、それぞれの基準電圧を異なる電圧にすることにより、誤差算出部の閾値を増やすことと等価になるので、閾値超過率を自由に設定することができる。
【００５６】
レベル測定器５２２等がＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）を有するようにし、基準電圧をＤＡＣで生成するようにしてもよい。すると、ＤＡＣに値を出力するレジスタで閾値を自由に設定することができるようになるので、素子バラツキで回路の特性が変化した場合や受信装置の所要特性が変更になった場合等に容易に閾値を調整することができる。
【００５７】
図５及び図７の構成によれば、コンパレータ５５２又は６６２でアンプ出力信号と基準電圧を比較し、レベル測定期間中のＨｉｇｈ期間の長さによりピークレベルを測定する。この方法により、例えば１０ＭＨｚ以下の低い周波数の信号のピークレベルを簡単な回路で容易に測定することができる。また、コンデンサの充放電を利用しないので、レベル測定器の応答特性が自動利得制御装置の応答特性に与える影響は小さい。特に図５の回路によると、回路面積及び消費電力を小さくすることができる。
【００５８】
誤差算出部１３２等は、レベル測定期間に相当するカウント値に対する、カウント値ＣＴ１又はＣＴ２の割合を求め、求められた値を閾値と比較してもよい。この場合、誤差算出部１３２等は、所定の閾値超過率の値そのものを閾値として用いる。カウント値ＣＴ１又はＣＴ２の割合を求める処理を、レベル測定器５２２又は６２２が行うようにしてもよい。
【００５９】
図９は、図１の自動利得制御装置の他の構成例を示すブロック図である。図９の自動利得制御装置２００は、ローパスフィルタ２２６，２２７，２２８及び２２９を更に有する点の他は、図１の自動利得制御装置１００と同様に構成されている。フィルタ２２６は、レベル測定器１２１の出力を平滑化して誤差算出部１３１に出力する。フィルタ２２７は、レベル測定器１２２の出力を平滑化して誤差算出部１３２に出力する。フィルタ２２８は、レベル測定器１２３の出力を平滑化して誤差算出部１３３に出力する。フィルタ２２９は、レベル測定器１２４の出力を平滑化して誤差算出部１３４に出力する。これらのフィルタ２２６〜２２９は、例えば移動平均を求めることにより、平滑化を行う。
【００６０】
図９の自動利得制御装置２００によると、雑音等によってレベル測定器１２１〜１２４の出力信号が変動しても、フィルタ２２６〜２２９で平滑化されるので、アンプ（ＬＮＡ１０１、及びＶＧＡ１０２〜１０４）の利得が変動することを抑制することができる。なお、フィルタ２２６〜２２９のうちの一部のみを有するようにしてもよい。
【００６１】
図１０は、図５のレベル測定器の更に他の例を示すブロック図である。図１０のレベル測定器７２２は、ＶＧＡ１０２等のアンプの出力信号が差動信号である場合に用いられる。図１０のレベル測定器７２２は、コンパレータ７５２，７５３と、カウンタ７５４と、基準電圧生成器７５６と、クロック生成器７５８と、ＯＲ回路７５９とを有している。基準電圧生成器７５６は、基準電圧ＲＶを生成して出力する。クロック生成器７５８はクロックＣＬを生成して出力する。
【００６２】
コンパレータ７５２には、ＶＧＡ１０２から出力される差動信号を構成する２つの信号の一方が入力されコンパレータ７５３には、これらの２つの信号の他方が入力される。コンパレータ７５２，７５３は、それぞれ、入力された信号を基準電圧ＲＶと比較し、その比較結果をＯＲ回路７５９に出力する。ＯＲ回路７５９は、入力された２つの比較結果の論理和を求めてカウンタ７５４に出力する。カウンタ７５４は、レベル測定信号ＬＶの立ち上がりエッジでリセットされ、ＯＲ回路７５９の出力信号がＨｉｇｈであるときに、クロックの立ち上がり又は立ち下がりエッジでカウントアップし、カウント値ＣＴを出力する。
【００６３】
すなわち、カウンタ７５４は、差動信号を構成する２つの信号の一方が基準電圧ＲＶより高い期間、及び、差動信号を構成する２つの信号の他方が基準電圧ＲＶより高い期間において、カウントアップする。つまり、図１０の場合、アンプ出力信号の絶対値を入力信号としてレベル測定していることと等価である。図１０の構成によると、アンプ出力信号のデューティー比の影響を受けにくいレベル測定器を実現することができる。
【００６４】
なお、レベル測定器１２２，１２３として図５、図７又は図１０の回路を使用し、かつ誤差信号に応じてレベル測定期間を変更する場合には、動作制御部１４４は、変更後のレベル測定期間を誤差算出部１３１〜１３４に通知し、誤差算出部１３１〜１３４は変更後のレベル測定期間に対する、閾値超過率に相当するカウント値を閾値として設定する。
【００６５】
図１１は、図１の自動利得制御装置の更に他の構成例を示すブロック図である。図１１の自動利得制御装置３００は、フィルタ１０６，１０７及びレベル測定部１２０に代えてフィルタ３０６，３０７及びレベル測定部３２０を有し、セレクタ３３８を更に有する点の他は、図１の自動利得制御装置と同様に構成されている。レベル測定部３２０は、フィルタ出力測定器としてのレベル測定器３２５を更に有する点の他は、図１のレベル測定部１２０と同様に構成されている。
【００６６】
フィルタ３０６とフィルタ３０７は、２つで１つの所望のフィルタ特性を有するように構成されており、希望波の中心周波数の利得は０ｄＢである。例えば４次フィルタを２個の２次フィルタに分け、それぞれをフィルタ３０６，３０７とする。このとき、フィルタ３０６とフィルタ３０７のそれぞれの周波数特性に着目すると、希望波より妨害波の利得の方が高くなる周波数があり、その周波数の妨害波が入力されると歪みが大きくなる。
【００６７】
これを抑制するために、レベル測定器１２３，３２５は、フィルタ３０６の入力信号及び出力信号の信号レベルをそれぞれ測定して、測定値を示す信号を出力する。セレクタ３３８は、レベル測定器１２３，３２５の出力のうちの大きい方、すなわち、大きい方の測定値を選択して出力する。誤差算出部１２４は、セレクタ３３８の出力信号と設定値との間の差を利得演算部１４２に出力する。
【００６８】
つまり、セレクタ３３８の出力は、フィルタ３０６の利得が０ｄＢ以上である周波数の信号が入力されている場合には、フィルタ出力が一定になるように収束し、フィルタ３０６の利得が０ｄＢ以下である周波数の信号が入力されている場合には、フィルタ入力が一定になるように収束する。動作制御部１４４から出力されるレベル測定信号ＬＶは、レベル測定部３２０の全てのレベル測定器１２１〜１２４，３２５に入力される。
【００６９】
このような構成によればフィルタの前後の信号レベルを測定し、その大きい方の値を使って利得制御することにより、フィルタの利得が高い周波数の信号が入力されてもフィルタの出力レベルは定められたレベル以下になるように動作するので、歪み性能の低下を抑制することができる。
【００７０】
図１２は、図１の自動利得制御装置を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。図１２の電子機器は、受信機１４７と、信号処理部１４８と、出力部１４９とを有する。受信機１４７は、図１の自動利得制御装置１００と、復調部１４６とを有する。図１２の電子機器は、例えば、ラジオ受信装置や、テレビ受信装置である。
【００７１】
復調部１４６は、自動利得制御装置１００から出力される信号ＳＣを復調して復調信号を出力する。信号処理部１４８は、復調部１４６から出力される復調信号にデコードや増幅のような所定の信号処理を行って出力する。出力部１４９は、例えば表示パネル又はスピーカーであって、信号処理部１４８で信号処理された信号によって表される映像の表示、及び、信号処理部１４８で信号処理された信号によって表される音声の出力のうちの少なくとも一方を行う。図１２の電子機器において、自動利得制御装置１００に代えて、図９の自動利得制御装置２００や、図１１の自動利得制御装置３００を用いてもよい。
【００７２】
本明細書における各機能ブロックは、典型的にはハードウェアで実現され得る。例えば各機能ブロックは、ＩＣ（集積回路）の一部として半導体基板上に形成され得る。ここでＩＣは、ＬＳＩ（large-scale integrated circuit）、ＡＳＩＣ（application-specific integrated circuit）、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）等を含む。代替としては各機能ブロックの一部又は全ては、ソフトウェアで実現され得る。例えばそのような機能ブロックは、プロセッサ及びプロセッサ上で実行されるプログラムによって実現され得る。換言すれば、本明細書で説明される各機能ブロックは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せで実現され得る。
【００７３】
本発明の多くの特徴及び優位性は、記載された説明から明らかであり、よって添付の特許請求の範囲によって、本発明のそのような特徴及び優位性の全てをカバーすることが意図される。更に、多くの変更及び改変が当業者には容易に可能であるので、本発明は、図示され記載されたものと全く同じ構成及び動作に限定されるべきではない。したがって、全ての適切な改変物及び等価物は本発明の範囲に入るものとされる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明の実施形態による自動利得制御装置は、受信装置のダイナミックレンジを有効に利用することができ、受信装置の受信性能を向上させることができるので、本発明は、テレビやラジオの受信装置等について有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１０１  ＬＮＡ
１０２〜１０４  ＶＧＡ
１０６，１０７，３０６，３０７  フィルタ
１２１〜１２４  レベル測定器
１３１〜１３４  誤差算出部
１４２  利得演算部
１４４  動作制御部
１４６  復調部
１４７  受信装置
１４８  信号処理部
１４９  出力部
３２５  レベル測定器（フィルタ出力測定器）
３３８  セレクタ
５５２，６６２，７５２，７５３  コンパレータ
５５４，６６４，７５４  カウンタ
【図１】
2011074193.tif 000003
【図２】
2011074193.tif 000004
【図３】
2011074193.tif 000005
【図４】
2011074193.tif 000006
【図５】
2011074193.tif 000007
【図６】
2011074193.tif 000008
【図７】
2011074193.tif 000009
【図８】
2011074193.tif 000010
【図９】
2011074193.tif 000011
【図１０】
2011074193.tif 000012
【図１１】
2011074193.tif 000013
【図１２】
2011074193.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月12日(2011.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高周波信号を受信する装置の自動利得制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や、テレビ及びラジオ放送等の無線受信装置には、通常、高いダイナミックレンジが要求される。このため、利得切替機能を有する自動利得制御装置が用いられる。例えば特許文献１には、フィルタを通過した後の信号に基づいてアンプの利得制御をする自動利得制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００２／０８０３９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構成では、フィルタで帯域制限された信号を使ってアンプの利得を決定するので、利得制御が収束している状況で希望波レベルが変わらずに妨害波レベルが上昇したときに、アンプ出力レベルが上限を超える可能性がある。
【０００５】
これは次の理由による。妨害波は、その周波数が希望波の周波数から離れるほどフィルタによって減衰するので、アンテナへの入力において妨害波のレベルが希望波のレベルより大きくても、フィルタ出力において妨害波のレベルが希望波のレベルより十分小さくなることがある。この場合、フィルタ出力からは妨害波レベルの上昇が正確には検出できず、利得を変化させることができない。
【０００６】
固定機器向けの受信装置では電波の受信状況が変化しないので、電源を入れたりチャンネルを変えたりするときに、最大利得や最小利得から利得を変化させて収束させていき、収束後は利得を変化させる必要がない。しかし、モバイル機器や車載機器向けの受信装置では、時々刻々と受信状況が変わるので、上述のように、妨害波の影響を受けてアンプ出力レベルが上限を超え、受信性能が低下することが多い。
【０００７】
妨害波レベルが低下した場合にも、フィルタ出力からは妨害波レベルの低下が正確には検出できない。一般に、雑音性能を上げるためには利得が高い方がよいので、妨害波レベルが低下した場合には、利得を上げることが望ましい。しかし、妨害波レベルの低下が検出できないと、利得を上げることができない。このように、受信状況が変化すると、アンプの利得が適切に制御されない場合がある。
【０００８】
本発明は、受信状況が変化しても、受信装置における利得を適切に制御することができる自動利得制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態による自動利得制御装置は、縦続接続され、利得が可変である複数の増幅器と、前記複数の増幅器にそれぞれ対応し、対応する増幅器の出力信号のレベルを、レベル測定信号が示すレベル測定期間において測定する複数のレベル測定器と、前記複数のレベル測定器にそれぞれ対応し、対応するレベル測定器で測定されたレベルを、対応する増幅器が飽和しないように設定された第１閾値と比較して比較結果を誤差信号として出力する複数の誤差算出部と、前記複数の増幅器の利得を、それぞれに対応する前記誤差算出部から出力された前記誤差信号に基づいて、利得更新信号に対応するタイミングで１つずつ更新する利得演算部と、前記複数の誤差算出部から出力された誤差信号のうちの一部に基づいて、前記レベル測定信号及び前記利得更新信号を生成する動作制御部とを有する。
【００１０】
これによると、各増幅器の利得がそれぞれの出力信号のレベルに基づいて制御されるので、受信状況に応じて各増幅器の出力信号を適切なレベルにすることができる。また、各増幅器の利得が１つずつ更新され、同時に複数の増幅器の利得が更新されないので、制御を安定して収束させることができる。
【００１１】
本発明の実施形態による電子機器は、前記自動利得制御装置、及び前記自動利得制御装置で増幅された信号を復調して復調信号を生成する復調部を有する受信機と、前記復調信号に所定の信号処理を行って出力する信号処理部と、前記信号処理部で信号処理された信号によって表される映像の表示、及び、信号処理部で信号処理された信号によって表される音声の出力のうちの少なくとも一方を行う出力部とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態による自動利得制御装置は、受信状況や各素子のバラツキなどによらず、利得を適切に制御して各アンプの出力信号を適切なレベルにすることができる。この自動利得制御装置を用いる受信装置のダイナミックレンジを有効に利用することができるので、受信装置の受信性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る自動利得制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１の自動利得制御装置の処理の流れの例を示すフローチャートである。
【図３】次に設定すべき利得を算出する図２のステップ２０６を詳細に示すフローチャートである。
【図４】図１のレベル測定器及び誤差算出部の入出力信号の例を示すタイミングチャートである。
【図５】図１のレベル測定器の構成例を示すブロック図である。
【図６】図５のレベル測定器におけるカウント値等を示す説明図である。
【図７】図５のレベル測定器の変形例を示すブロック図である。
【図８】図１のレベル測定器及び誤差算出部の入出力信号の他の例を示すタイミングチャートである。
【図９】図１の自動利得制御装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図５のレベル測定器の更に他の例を示すブロック図である。
【図１１】図１の自動利得制御装置の更に他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１の自動利得制御装置を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において下２桁が同じ参照番号で示された構成要素は、互いに対応しており、同一の又は類似の構成要素である。図面における機能ブロック間の実線は、電気的な接続を示している。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る自動利得制御装置の構成例を示すブロック図である。図１の自動利得制御装置１００は、低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）１０１と、可変利得増幅器（ＶＧＡ：Variable Gain Amplifier）１０２，１０３，１０４と、フィルタ１０６，１０７と、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ：Analog-to-Digital Converter）１０８と、ミキサ１１２と、局部発振器（ＬＯ：Local Oscillator）１１４と、レベル測定部１２０と、誤差算出部１３１，１３２，１３３，１３４と、利得演算部１４２と、記憶部１４３と、動作制御部１４４とを有している。レベル測定部１２０は、レベル測定器１２１，１２２，１２３，１２４を有している。
【００１６】
アンテナ１１８は、送信された電波を受信し、受信信号をＬＮＡ１０１に供給する。ＬＮＡ１０１は、アンテナ１１８から供給された受信信号を増幅して、ミキサ１１２及びレベル測定器１２１に出力する。ＬＯ１１４は、所定の周波数の正弦波を生成し、ＬＯ信号としてミキサ１１２に出力する。ミキサ１１２は、ＬＮＡ１０１の出力信号とＬＯ信号とを乗算して、得られたＩＦ（Intermediate Frequency）信号をＶＧＡ１０２に出力する。
【００１７】
ＶＧＡ１０２は、ＩＦ信号を増幅して、フィルタ１０６及びレベル測定器１２２に出力する。フィルタ１０６は、ＶＧＡ１０２の出力信号のうち、所定の周波数成分を通過させてＶＧＡ１０３に出力する。ＶＧＡ１０３は、フィルタ１０６の出力信号を増幅して、フィルタ１０７及びレベル測定器１２３に出力する。フィルタ１０７は、ＶＧＡ１０３の出力信号のうち、所定の周波数成分を通過させてＶＧＡ１０４に出力する。
【００１８】
ＶＧＡ１０４は、フィルタ１０７の出力信号を増幅して、ＡＤＣ１０８に出力する。ＡＤＣ１０８は、ＶＧＡ１０４の出力信号をＡ／Ｄ変換し、得られたデジタル信号ＳＣを復調部（図示せず）及びレベル測定器１２４に出力する。ＬＮＡ１０１、及びＶＧＡ１０２〜１０４の利得は、可変であって、利得演算部１４２によって設定される。このように、レベル測定器１２１，１２２，１２３，１２４は、アンプ（増幅器）であるＬＮＡ１０１、ＶＧＡ１０２，１０３，１０４にそれぞれ対応している。
【００１９】
レベル測定器１２１〜１２４は、それぞれに入力される、対応するアンプの出力信号のレベルを測定し、測定されたレベルを出力信号として出力する。誤差算出部１３１，１３２，１３３，１３４は、レベル測定器１２１，１２２，１２３，１２４にそれぞれ対応する。誤差算出部１３１〜１３４は、それぞれ、対応するレベル測定器で測定されたレベルを、対応するアンプ（ＬＮＡ１０１、ＶＧＡ１０２，１０３，又は１０４）に対する予め設定された１つ以上の閾値と比較して、比較結果を誤差信号として利得演算部１４２に出力する。誤差算出部１３１〜１３４の閾値は、それぞれに対応するアンプが飽和しないような値に個別に設定される。
【００２０】
利得演算部１４２は、ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４の利得を、それぞれに対応する誤差算出部１３１〜１３４から出力された誤差信号に基づいて、利得更新信号ＧＲに対応するタイミングで１つずつ更新する。より具体的には、利得演算部１４２は、誤差算出部１３１〜１３４から出力された誤差信号と、各アンプの現在の利得と、予め定められたアンプの制御順序とに基づいて、次に利得を変更すべきアンプを１つ選択する。利得演算部１４２は、選択されたアンプの出力信号から求められた誤差信号と、選択されたアンプの現在の利得とに基づいて、次に設定すべき利得を算出して、選択されたアンプの利得を算出された利得に更新する。
【００２１】
ここで、重要なのは、制御されるアンプの利得はそのアンプの出力レベルから得られた誤差信号に基づいて算出されるということである。動作制御部１４４は、誤差算出部１３４から出力される誤差信号ＥＲに基づいて、レベル測定信号ＬＶを生成し、レベル測定器１２１〜１２４に出力する。また、動作制御部１４４は、誤差信号ＥＲに基づいて、利得更新信号ＧＲを生成し、利得演算部１４２に出力する。
【００２２】
ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４のうちの一部又は全てがアッテネータとしての機能を有していてもよい。すなわち、利得は負の値であってもよく、ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４は、入力された信号を減衰させて出力してもよい。
【００２３】
図２は、図１の自動利得制御装置の処理の流れの例を示すフローチャートである。電源投入後、又はチャンネル選択後、図２の処理が開始される。ステップ２７２では、図１のＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４は、それぞれの利得を初期値に設定する。ステップ２７３では、各レベル測定器１２１〜１２４は、対応するアンプの出力信号のピークレベルを、レベル測定信号ＬＶが示すレベル測定期間内において測定する。
【００２４】
ステップ２７４では、各誤差算出部１３１〜１３４は、ステップ２７３で測定されたピークレベルと予め設定された閾値との間の差を示す誤差信号を生成する。ステップ２７５では、利得演算部１４２は、全ての誤差信号を取得する。ステップ２７６では、利得演算部１４２は、誤差信号、現在設定している利得、及び制御順序から、次に設定すべき利得を算出する。
【００２５】
ステップ２７７では、利得演算部１４２は、ステップ２７６の演算結果から、次の利得に現在の利得から変化があるか否かを判断する。変化があればステップ２７８に進み、変化がなければ利得を変更せずステップ２７３に戻る。ステップ２７８では、利得演算部１４２は、利得を変更するアンプに次の利得を設定する。その後、ステップ２７３に戻り、ステップ２７３からステップ２７８までの処理を同様に繰り返す。
【００２６】
ステップ２７３からステップ２７８までの一連の処理は、予め定められた周期ごとに行われる。この周期を利得更新周期とする。ＡＭ（amplitude modulation）信号のように振幅に情報があるような信号を受信する場合には、変調波に追従しないようにレベル測定期間を長く設定する必要があり、急激にレベルが変動したときには収束時間が短くなるようにレベル測定期間を短く設定する必要がある。このため、動作制御部１４４は、利得更新周期が誤差信号ＥＲに応じた値になるように、利得更新信号ＧＲを生成する。
【００２７】
ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号のようなガードインターバルを含む信号を受信する場合には、ガードインターバル期間に同期させるために、動作制御部１４４は、ガードインターバル期間を示すガードインターバル期間信号を復調部から受け取り、そのガードインターバル期間中に利得が変更されるように利得更新信号ＧＲを生成してもよい。
【００２８】
利得更新周期は固定であってもよい。利得更新周期を、メモリに保存して評価等に応じて変更できるようにしておき、その後固定してもよい。
【００２９】
図３は、次に設定すべき利得を算出する図２のステップ２７６を詳細に示すフローチャートである。以下では、利得制御の制御順序が１番目のアンプを制御順序１のアンプ、２番目のアンプを制御順序２のアンプ、３番目のアンプを制御順序３のアンプ、Ｎ番目のアンプを制御順序Ｎのアンプとする。
【００３０】
まずステップ３８１では、利得演算部１４２は、制御順序１のアンプの出力に対応する誤差信号から、制御順序１のアンプの利得を変更するか否かを判断する。変更する場合はステップ３８２に進み、変更しない場合はステップ３８４に進む。ステップ３８２では、制御順序１のアンプに現在設定されている利得が、そのアンプに設定可能な最大値又は最小値になっているか否かを判断する。利得が最大値又は最小値である場合にはステップ３８４に進み、その他の場合にはステップ３８３に進む。ステップ３８３では、制御順序１のアンプの利得を、その出力に対応する誤差信号から算出する。制御順序１のアンプ以外のアンプの利得は変更せず、ステップ２７７に進む。
【００３１】
ステップ３８４では、利得演算部１４２は、制御順序２のアンプ出力に対応する誤差信号から、制御順序２のアンプの利得を変更するか否かを判断する。変更する場合はステップ３８５に進み、変更しない場合はステップ３８７に進む。ステップ３８５では、制御順序２のアンプに現在設定されている利得が、そのアンプに設定可能な最大値又は最小値になっているか否かを判断する。利得が最大値又は最小値である場合にはステップ３８７に進み、その他の場合にはステップ３８６に進む。ステップ３８６では、制御順序２のアンプの利得を、その出力に対応する誤差信号から算出する。制御順序２のアンプ以外のアンプの利得は変更せず、ステップ２７７に進む。
【００３２】
以下同様にして、制御順序３〜制御順序Ｎのアンプに対する処理（ステップ３８７〜３９２）を行う。
【００３３】
レベル測定はレベル測定期間において全てのアンプ出力に対して行い、利得更新は利得更新周期ごとに１個のアンプのみに対して行う。ただし、全てのアンプ出力の誤差が所定値以下の場合には、制御が収束しているとみなし、いずれのアンプの利得も変更せずに図３の処理を終える。また、全てのアンプの利得が最大値であって、それ以上に利得を上げる必要がある場合や、逆に全てのアンプの利得が最小値であって、それ以下に利得を下げる必要がある場合には、利得可変範囲を超えているとみなし、いずれのアンプの利得も変更せずに図３の処理を終える。このように、利得更新周期ごとに１つのアンプのみ利得を変更することにより、安定して制御を収束させることができる。
【００３４】
記憶部１４３は、書き換え可能なメモリであって、ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４等のアンプの制御順序、並びに各アンプの利得の最大値及び最小値を記憶する。記憶部１４３が記憶する制御順序及び値は、受信したい信号の種類に応じて書き換えられる。利得演算部１４２は、記憶部１４３からアンプの制御順序、並びに各アンプの利得の最大値及び最小値を読み出して用いてもよい。すると、自動利得制御装置１００は、例えば周波数又は変調方式が異なる複数の種類の変調信号を受信する場合に、容易に変調信号ごとに最適な制御をすることができる。同様に、以下で説明する自動利得制御装置が記憶部１４３を有し、その装置の利得演算部がアンプの制御順序、並びに各アンプの利得の最大値及び最小値を読み出して用いてもよい。自動利得制御装置１００は、記憶部１４３を有しなくてもよい。
【００３５】
図４は、図１のレベル測定器及び誤差算出部の入出力信号の例を示すタイミングチャートである。図４には、上から順に、レベル測定信号ＬＶ、利得更新信号ＧＲ、レベル測定器１２１の出力、及び誤差算出部１３１から出力される誤差信号が示されている。
【００３６】
動作制御部１４４は、図４のようなレベル測定信号ＬＶ及び利得更新信号ＧＲを出力する。レベル測定器１２１〜１２４は、レベル測定信号ＬＶが高論理レベル（Ｈｉｇｈ）である期間（レベル測定期間）に、対応するアンプの出力のレベル測定を行う。利得演算部１４２は、利得更新信号ＧＲがＨｉｇｈのときに、全ての誤差算出部１３１〜１３４から出力される誤差信号を取得し、これらの誤差信号を用いて次に設定すべき利得を算出し、その結果を各アンプ（ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４）に設定する。
【００３７】
図４の例では、誤差算出部１３１には、第１閾値及びこれより小さい第２閾値が設定されている。誤差算出部１３１は、これに入力された比較対象信号であるレベル測定部１２１の出力信号を、第１閾値及び第２閾値と比較する。期間（Ａ）では、第１閾値より出力信号の方が大きいので、誤差算出部１３１は誤差信号として１を出力する。期間（Ｂ）では、出力信号の値が第１閾値と第２閾値との間にあるので、誤差算出部１３１は誤差信号として０を出力する。期間（Ｃ）では、出力信号の値が第２閾値より小さいので、誤差算出部１３１は誤差信号として−１を出力する。
【００３８】
利得演算部１４２は、レベル測定部１２１に対応するＬＮＡ１０１の利得を、誤差信号が１のときは予め定めた値だけ下げ、誤差信号が０のときは変更せず、誤差信号が−１のときは予め定めた値だけ上げる。他のレベル測定部１２２〜１２４，誤差算出部１３２〜１３４、及びＶＧＡ１０２〜１０４も、図４と同様に動作する。
【００３９】
利得演算部１４２によるＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４の利得制御は、ステップ制御型の方が適しているが、リニア制御型であってもよい。リニア制御型の場合には、利得変化のステップの大きさが一定になるように擬似的にステップ制御が行われる。ここで、ステップ制御型の制御とは、例えば、オペアンプを使った反転増幅回路において利得を決める抵抗をスイッチで切り替えたり、抵抗や容量を用いた分圧回路において抵抗や容量をスイッチで切り替えることによる、利得の離散的な制御である。また、リニア制御型の制御とは、例えば、反転増幅回路において、利得を決める抵抗としてＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース間抵抗を利用したり（ゲート電圧によって抵抗値を変化させる）、容量として可変容量ダイオードを利用する（与える電圧で容量値を変化させる）ことによる、利得の連続的な制御である。
【００４０】
なお、第１閾値と第２閾値との間の差は、ＬＮＡ１０１及びＶＧＡ１０２〜１０４の利得変化のステップの大きさの２倍以上であることが望ましい。例えば１ｄＢステップで利得が設定可能なアンプでは、対応する誤差算出部に設定される第１閾値と第２閾値との間の差は２ｄＢ以上にする。こうすることにより、素子バラツキ等によってアンプの利得変化のステップの大きさや２つの閾値の間の差が多少変動しても、利得が１ステップ分変化したときに、レベル測定器の出力が、第１閾値と第２閾値とを同時に跨ぐように変化することはなく、必ず１度は第１閾値と第２閾値との間の値になる。このため、レベル測定器の出力が第１閾値以上の値と第２閾値以下の値とを行ったり来たりするような発振現象は起きない。
【００４１】
誤差算出部１３４には、第１閾値より大きい第３閾値と、第２閾値より小さい第４閾値とが更に設定されていてもよい。この場合、誤差算出部は、レベル測定器の出力が第３閾値より大きい、又は前記第４閾値より小さいときには利得更新の間隔及びレベル測定期間を短くすべきであることを示す信号を動作制御部１４４に出力し、レベル測定器の出力が第３閾値より小さく、かつ第４閾値より大きいときには利得更新の間隔及びレベル測定期間を長くすべきであることを示す信号を動作制御部１４４に出力する。動作制御部１４４は、この信号に従って、利得更新の間隔及びレベル測定期間を変更するように、利得更新信号ＧＲ及びレベル測定信号ＬＶを生成する。誤差算出部１３１〜１３３に第１閾値及び第２閾値、又は第１〜第４閾値が設定され、誤差算出部１３１〜１３３が誤差算出部１３４と同様に動作してもよい。
【００４２】
レベル測定器１２１〜１２４の回路としては、一般的には入力される信号の周波数が高い場合は包絡線検波回路を使用し、周波数が低い場合はＡＤ変換後のＩ信号とＱ信号から√（Ｉ２＋Ｑ２）を計算する演算回路を使用する。包絡線検波回路は、入力信号の包絡線を出力する回路であって、入力信号レベルに応じた信号を出力する。レベル測定器１２１〜１２４の回路として、包絡線検波回路及び√（Ｉ２＋Ｑ２）を計算する演算回路のいずれを用いてもよく、両者を混在させてもよい。他の回路をレベル測定器として用いてもよく、いくつかの例を以下で説明する。
【００４３】
図５は、図１のレベル測定器の構成例を示すブロック図である。図５のレベル測定器５２２は、例えば１０ＭＨｚ以下の比較的低い周波数の信号（例えば周波数変換されたＩＦ信号）のレベル測定に適する。図５のレベル測定器５２２は、図１のレベル測定器１２２及び１２３のうちの少なくとも１つとして用いられる。レベル測定器５２２には、レベル測定器１２２として用いられる場合にはＶＧＡ１０２の出力が、レベル測定器１２３として用いられる場合にはＶＧＡ１０３の出力が入力される。ここでは例として、レベル測定器５２２がレベル測定器１２２として用いられる場合について説明する。
【００４４】
レベル測定器５２２は、コンパレータ５５２と、カウンタ５５４と、基準電圧生成器５５６と、クロック生成器５５８とを有している。基準電圧生成器５５６は、基準電圧ＲＶ１を生成して出力する。クロック生成器５５８はクロックＣＬを生成して出力する。コンパレータ５５２は、ＶＧＡ１０２の出力信号を基準電圧ＲＶ１と比較し、ＶＧＡ１０２の出力信号の電圧の方が高い場合には、レベルがＨｉｇｈの信号を出力し、その他の場合には低論理レベル（Ｌｏｗ）の信号を出力する。
【００４５】
カウンタ５５４は、レベル測定信号ＬＶの立ち上がりエッジでリセットされ、コンパレータ５５２の出力信号がＨｉｇｈであるときに、クロックの立ち上がり又は立ち下がりエッジでカウントアップする。したがって、カウンタ５５４は、レベル測定期間中であってコンパレータ５５２の出力信号がＨｉｇｈである期間（Ｈｉｇｈ期間）の長さに相当するカウント値ＣＴ１を出力する。なお、ＶＧＡ１０２の出力信号が差動信号である場合には、コンパレータ５５２は、差動信号を構成する２信号の一方を基準電圧ＲＶ１と比較する。
【００４６】
図６は、図５のレベル測定器におけるカウント値等を示す説明図である。図６では、上から順にコンパレータ５５２の入力信号、コンパレータ５５２の出力信号、カウント値ＣＴ１、クロックＣＬ、レベル測定信号ＬＶが示されている。
【００４７】
図６のように、カウンタ５５４は、レベル測定期間中であって、かつ、ＶＧＡ１０２の出力信号が基準電圧ＲＶ１より高いときに、クロックＣＬの立ち下がりエッジでカウントアップする。ここで、ＶＧＡ１０２からコンパレータ５５２へ入力される信号が、例えば交流成分振幅電圧が０．５Ｖで直流成分電圧が１Ｖの正弦波であり、基準電圧ＲＶ１が１．６Ｖであるとすると、コンパレータ５５２の出力は常にＬｏｗになる。基準電圧ＲＶ１を１．４Ｖにすると、コンパレータ５５２の出力はＨｉｇｈになったりＬｏｗになったりする。このとき、コンパレータ５５２への入力信号（ＶＧＡ１０２の出力信号）の１周期に注目すると、Ｈｉｇｈ期間の割合は１周期のうちの１４．３％である。
【００４８】
このような、レベル測定器への入力信号の１周期に対するＨｉｇｈ期間の割合を閾値超過率と称することとする。閾値超過率を小さくすると基準電圧ＲＶ１は信号のピークレベルに近づく。よって、Ｈｉｇｈ期間の長さが分かれば振幅を推定できるので、Ｈｉｇｈ期間の長さの測定はピークレベルの測定とほぼ等価と考えられる。レベル測定器５２２は、Ｈｉｇｈ期間の長さを、対応する増幅器の出力信号のレベルとして、対応する誤差算出部に出力する。閾値超過率から基準電圧を算出する式（１）は、
基準電圧＝交流成分振幅電圧×ｓｉｎ（２×π×（１／４−閾値超過率／１００／２））＋直流成分電圧    …（１）
で表される。ここで、閾値超過率の単位はパーセントである。
【００４９】
実際には、レベル測定器には様々な周波数の信号が入力され、１周期ごとのＨｉｇｈ期間を測定できないので、レベル測定期間は、想定される入力信号の１周期に比べて非常に長く設定される。また、Ｈｉｇｈ期間の長さの測定を、クロック周期を単位として行っていることになるので、入力信号よりも高い周波数のクロックが必要である。
【００５０】
誤差算出部１３２等は、対応するレベル測定器５２２から出力されるカウント値ＣＴ１を、第１閾値及びこれより小さい第２閾値と比較する。例えば、基準電圧ＲＶ１をコンパレータ５５２の出力のＨｉｇｈ期間がレベル測定器５２２への入力信号の１周期の１０％になるように設定している場合には、第１閾値はレベル測定期間の５％相当のカウント値、第２閾値はレベル測定期間の１５％相当のカウント値とする。誤差算出部１３２等は、例えば、レベル測定器５２２から出力されるカウント値ＣＴ１がその誤差算出部の第１閾値より大きければ１、第１閾値より小さく第２閾値より大きければ０、第２閾値より小さければ−１を出力する（図４参照）。利得演算部１４２は、１を受信すると利得を下げ、０を受信すると利得を変更せず、−１を受信すると利得を上げるべきであると判断する。
【００５１】
図７は、図５のレベル測定器５２２の変形例を示すブロック図である。図５のレベル測定器５２２は、閾値超過率を０％や１００％に近づけるほど、誤差測定部の第１閾値と第２閾値の設定できる範囲が狭くなる。そこで、閾値超過率を０％や１００％に近い値で使用したい場合は、図１のレベル測定器として、図７のレベル測定器６２２を用いるようにする。
【００５２】
図７のレベル測定器６２２は、レベル測定器５２２に加えて、コンパレータ６６２と、カウンタ６６４と、基準電圧生成器６６６とを更に有する。例えば、第１基準電圧ＲＶ１としては、ＶＧＡ１０２等のアンプからレベル測定器６２２へ入力される信号のレベルが０．９Ｖの場合に閾値超過率が１０％になるような電圧を設定し、第２基準電圧ＲＶ２としては、この信号のレベルが０．８Ｖの場合に閾値超過率が１０％になるような電圧を設定する。
【００５３】
このとき、図７のカウンタ５５４が出力する第１カウント値ＣＴ１と、カウンタ６６４が出力する第２カウント値ＣＴ２とは、レベル測定器６２２に対応する誤差算出部１３２等に入力され、その誤差算出部は、各カウント値を閾値と比較する。閾値は、レベル測定期間の１０％相当（閾値超過率１０％相当）のカウント値である。つまり、図７のレベル測定器６２２を用いる場合には、対応する誤差算出部の閾値は１つでよい。
【００５４】
図８は、図１のレベル測定器及び誤差算出部の入出力信号の他の例を示すタイミングチャートである。図８では、図１のレベル測定器として図７のレベル測定器６２２を用いる場合について示している。誤差算出部１３２等は、例えば、第１カウント値ＣＴ１がその誤差算出部の閾値より大きければ１、第１カウント値ＣＴ１が閾値より小さく第２カウント値ＣＴ２が閾値より大きければ０、第２カウント値ＣＴ２が閾値より小さければ−１を出力する。
【００５５】
このようにレベル測定器のコンパレータを増やし、それぞれの基準電圧を異なる電圧にすることにより、誤差算出部の閾値を増やすことと等価になるので、閾値超過率を自由に設定することができる。
【００５６】
レベル測定器５２２等がＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）を有するようにし、基準電圧をＤＡＣで生成するようにしてもよい。すると、ＤＡＣに値を出力するレジスタで閾値を自由に設定することができるようになるので、素子バラツキで回路の特性が変化した場合や受信装置の所要特性が変更になった場合等に容易に閾値を調整することができる。
【００５７】
図５及び図７の構成によれば、コンパレータ５５２又は６６２でアンプ出力信号と基準電圧を比較し、レベル測定期間中のＨｉｇｈ期間の長さによりピークレベルを測定する。この方法により、例えば１０ＭＨｚ以下の低い周波数の信号のピークレベルを簡単な回路で容易に測定することができる。また、コンデンサの充放電を利用しないので、レベル測定器の応答特性が自動利得制御装置の応答特性に与える影響は小さい。特に図５の回路によると、回路面積及び消費電力を小さくすることができる。
【００５８】
誤差算出部１３２等は、レベル測定期間に相当するカウント値に対する、カウント値ＣＴ１又はＣＴ２の割合を求め、求められた値を閾値と比較してもよい。この場合、誤差算出部１３２等は、所定の閾値超過率の値そのものを閾値として用いる。カウント値ＣＴ１又はＣＴ２の割合を求める処理を、レベル測定器５２２又は６２２が行うようにしてもよい。
【００５９】
図９は、図１の自動利得制御装置の他の構成例を示すブロック図である。図９の自動利得制御装置２００は、ローパスフィルタ２２６，２２７，２２８及び２２９を更に有する点の他は、図１の自動利得制御装置１００と同様に構成されている。フィルタ２２６は、レベル測定器１２１の出力を平滑化して誤差算出部１３１に出力する。フィルタ２２７は、レベル測定器１２２の出力を平滑化して誤差算出部１３２に出力する。フィルタ２２８は、レベル測定器１２３の出力を平滑化して誤差算出部１３３に出力する。フィルタ２２９は、レベル測定器１２４の出力を平滑化して誤差算出部１３４に出力する。これらのフィルタ２２６〜２２９は、例えば移動平均を求めることにより、平滑化を行う。
【００６０】
図９の自動利得制御装置２００によると、雑音等によってレベル測定器１２１〜１２４の出力信号が変動しても、フィルタ２２６〜２２９で平滑化されるので、アンプ（ＬＮＡ１０１、及びＶＧＡ１０２〜１０４）の利得が変動することを抑制することができる。なお、フィルタ２２６〜２２９のうちの一部のみを有するようにしてもよい。
【００６１】
図１０は、図５のレベル測定器の更に他の例を示すブロック図である。図１０のレベル測定器７２２は、ＶＧＡ１０２等のアンプの出力信号が差動信号である場合に用いられる。図１０のレベル測定器７２２は、コンパレータ７５２，７５３と、カウンタ７５４と、基準電圧生成器７５６と、クロック生成器７５８と、ＯＲ回路７５９とを有している。基準電圧生成器７５６は、基準電圧ＲＶを生成して出力する。クロック生成器７５８はクロックＣＬを生成して出力する。
【００６２】
コンパレータ７５２には、ＶＧＡ１０２から出力される差動信号を構成する２つの信号の一方が入力されコンパレータ７５３には、これらの２つの信号の他方が入力される。コンパレータ７５２，７５３は、それぞれ、入力された信号を基準電圧ＲＶと比較し、その比較結果をＯＲ回路７５９に出力する。ＯＲ回路７５９は、入力された２つの比較結果の論理和を求めてカウンタ７５４に出力する。カウンタ７５４は、レベル測定信号ＬＶの立ち上がりエッジでリセットされ、ＯＲ回路７５９の出力信号がＨｉｇｈであるときに、クロックの立ち上がり又は立ち下がりエッジでカウントアップし、カウント値ＣＴを出力する。
【００６３】
すなわち、カウンタ７５４は、差動信号を構成する２つの信号の一方が基準電圧ＲＶより高い期間、及び、差動信号を構成する２つの信号の他方が基準電圧ＲＶより高い期間において、カウントアップする。つまり、図１０の場合、アンプ出力信号の絶対値を入力信号としてレベル測定していることと等価である。図１０の構成によると、アンプ出力信号のデューティー比の影響を受けにくいレベル測定器を実現することができる。
【００６４】
なお、レベル測定器１２２，１２３として図５、図７又は図１０の回路を使用し、かつ誤差信号に応じてレベル測定期間を変更する場合には、動作制御部１４４は、変更後のレベル測定期間を誤差算出部１３１〜１３４に通知し、誤差算出部１３１〜１３４は変更後のレベル測定期間に対する、閾値超過率に相当するカウント値を閾値として設定する。
【００６５】
図１１は、図１の自動利得制御装置の更に他の構成例を示すブロック図である。図１１の自動利得制御装置３００は、フィルタ１０６，１０７及びレベル測定部１２０に代えてフィルタ３０６，３０７及びレベル測定部３２０を有し、セレクタ３３８を更に有する点の他は、図１の自動利得制御装置と同様に構成されている。レベル測定部３２０は、フィルタ出力測定器としてのレベル測定器３２５を更に有する点の他は、図１のレベル測定部１２０と同様に構成されている。
【００６６】
フィルタ３０６とフィルタ３０７は、２つで１つの所望のフィルタ特性を有するように構成されており、希望波の中心周波数の利得は０ｄＢである。例えば４次フィルタを２個の２次フィルタに分け、それぞれをフィルタ３０６，３０７とする。このとき、フィルタ３０６とフィルタ３０７のそれぞれの周波数特性に着目すると、希望波より妨害波の利得の方が高くなる周波数があり、その周波数の妨害波が入力されると歪みが大きくなる。
【００６７】
これを抑制するために、レベル測定器１２３，３２５は、フィルタ３０６の入力信号及び出力信号の信号レベルをそれぞれ測定して、測定値を示す信号を出力する。セレクタ３３８は、レベル測定器１２３，３２５の出力のうちの大きい方、すなわち、大きい方の測定値を選択して出力する。誤差算出部１２４は、セレクタ３３８の出力信号と設定値との間の差を利得演算部１４２に出力する。
【００６８】
つまり、セレクタ３３８の出力は、フィルタ３０６の利得が０ｄＢ以上である周波数の信号が入力されている場合には、フィルタ出力が一定になるように収束し、フィルタ３０６の利得が０ｄＢ以下である周波数の信号が入力されている場合には、フィルタ入力が一定になるように収束する。動作制御部１４４から出力されるレベル測定信号ＬＶは、レベル測定部３２０の全てのレベル測定器１２１〜１２４，３２５に入力される。
【００６９】
このような構成によればフィルタの前後の信号レベルを測定し、その大きい方の値を使って利得制御することにより、フィルタの利得が高い周波数の信号が入力されてもフィルタの出力レベルは定められたレベル以下になるように動作するので、歪み性能の低下を抑制することができる。
【００７０】
図１２は、図１の自動利得制御装置を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。図１２の電子機器は、受信機１４７と、信号処理部１４８と、出力部１４９とを有する。受信機１４７は、図１の自動利得制御装置１００と、復調部１４６とを有する。図１２の電子機器は、例えば、ラジオ受信装置や、テレビ受信装置である。
【００７１】
復調部１４６は、自動利得制御装置１００から出力される信号ＳＣを復調して復調信号を出力する。信号処理部１４８は、復調部１４６から出力される復調信号にデコードや増幅のような所定の信号処理を行って出力する。出力部１４９は、例えば表示パネル又はスピーカーであって、信号処理部１４８で信号処理された信号によって表される映像の表示、及び、信号処理部１４８で信号処理された信号によって表される音声の出力のうちの少なくとも一方を行う。図１２の電子機器において、自動利得制御装置１００に代えて、図９の自動利得制御装置２００や、図１１の自動利得制御装置３００を用いてもよい。
【００７２】
本明細書における各機能ブロックは、典型的にはハードウェアで実現され得る。例えば各機能ブロックは、ＩＣ（集積回路）の一部として半導体基板上に形成され得る。ここでＩＣは、ＬＳＩ（large-scale integrated circuit）、ＡＳＩＣ（application-specific integrated circuit）、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）等を含む。代替としては各機能ブロックの一部又は全ては、ソフトウェアで実現され得る。例えばそのような機能ブロックは、プロセッサ及びプロセッサ上で実行されるプログラムによって実現され得る。換言すれば、本明細書で説明される各機能ブロックは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せで実現され得る。
【００７３】
本発明の多くの特徴及び優位性は、記載された説明から明らかであり、よって添付の特許請求の範囲によって、本発明のそのような特徴及び優位性の全てをカバーすることが意図される。更に、多くの変更及び改変が当業者には容易に可能であるので、本発明は、図示され記載されたものと全く同じ構成及び動作に限定されるべきではない。したがって、全ての適切な改変物及び等価物は本発明の範囲に入るものとされる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明の実施形態による自動利得制御装置は、受信装置のダイナミックレンジを有効に利用することができ、受信装置の受信性能を向上させることができるので、本発明は、テレビやラジオの受信装置等について有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１０１  ＬＮＡ
１０２〜１０４  ＶＧＡ
１０６，１０７，３０６，３０７  フィルタ
１２１〜１２４  レベル測定器
１３１〜１３４  誤差算出部
１４２  利得演算部
１４４  動作制御部
１４６  復調部
１４７  受信装置
１４８  信号処理部
１４９  出力部
３２５  レベル測定器（フィルタ出力測定器）
３３８  セレクタ
５５２，６６２，７５２，７５３  コンパレータ
５５４，６６４，７５４  カウンタ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦続接続され、利得が可変である複数の増幅器と、
前記複数の増幅器にそれぞれ対応し、対応する増幅器の出力信号のレベルを、レベル測定信号が示すレベル測定期間において測定する複数のレベル測定器と、
前記複数のレベル測定器にそれぞれ対応し、対応するレベル測定器で測定されたレベルを、対応する増幅器が飽和しないように設定された第１閾値と比較して比較結果を誤差信号として出力する複数の誤差算出部と、
前記複数の増幅器の利得を、それぞれに対応する前記誤差算出部から出力された前記誤差信号に基づいて、利得更新信号に対応するタイミングで１つずつ更新する利得演算部と、
前記複数の誤差算出部から出力された誤差信号のうちの一部に基づいて、前記レベル測定信号及び前記利得更新信号を生成する動作制御部とを備える
自動利得制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数の誤差算出部のうちの少なくとも１つには、前記第１閾値及びこれより小さい第２閾値が設定され、
前記第１及び第２閾値が設定された誤差算出部は、これに入力された比較対象信号を前記第１及び第２閾値と比較して比較結果を前記誤差信号として出力し、
前記利得演算部は、前記第１及び第２閾値が設定された誤差算出部に対応する前記増幅器の利得を、前記比較対象信号が前記第１閾値より大きいことを前記第１及び第２閾値が設定された誤差算出部の前記誤差信号が示しているときには下げ、前記比較対象信号が前記第２閾値より小さいことを前記第１及び第２閾値が設定された誤差算出部の前記誤差信号が示しているときには上げるように制御する
自動利得制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の自動利得制御装置において、
前記複数の誤差算出部のうちの少なくとも１つには、前記第１及び第２閾値に加えて前記第１閾値より大きい第３閾値及び前記第２閾値より小さい第４閾値が設定され、
前記第１〜第４閾値が設定された誤差算出部は、これに入力された比較対象信号を前記第３及び第４閾値と比較して、前記比較対象信号が前記第３閾値より大きい、又は前記第４閾値より小さいときには、利得更新の間隔及び前記レベル測定期間を短くすべきであることを示す信号を、前記比較対象信号が前記第３閾値より小さく、かつ前記第４閾値より大きいときには、前記利得更新の間隔及び前記レベル測定期間を長くすべきであることを示す信号を、前記誤差信号として出力し、
前記動作制御部は、前記第１〜第４閾値が設定された誤差算出部の前記誤差信号に従って、前記利得更新の間隔及び前記レベル測定期間を変更するように、前記利得更新信号及び前記レベル測定信号を生成する
自動利得制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の自動利得制御装置において、
前記第１閾値と前記第２閾値との間の差は、前記複数の増幅器の利得変化のステップの大きさの２倍以上である
自動利得制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記動作制御部は、前記自動利得制御装置がガードインターバルを含む信号を受信する場合に、ガードインターバル期間中に利得が更新されるように、前記利得更新信号を生成する
自動利得制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数のレベル測定器のうちの少なくとも１つは、前記複数の増幅器のうちの対応する増幅器の出力信号が第１基準電圧より高い期間の長さに対応する値を、前記対応する増幅器の出力信号のレベルとして出力し、
当該レベル測定器に対応する前記誤差算出部は、前記対応する増幅器の出力信号のレベルを、当該誤差算出部に設定された前記第１閾値及び第２閾値と比較する
自動利得制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の自動利得制御装置において、
前記複数のレベル測定器のうちの前記少なくとも１つは、
前記対応する増幅器の出力信号を前記第１基準電圧と比較するコンパレータと、
前記対応する増幅器の出力信号が前記第１基準電圧より高い期間にカウントアップし、カウント値を、前記対応する増幅器の出力信号のレベルとして出力するカウンタとを有する
自動利得制御装置。
【請求項８】
請求項６に記載の自動利得制御装置において、
前記複数のレベル測定器のうちの前記少なくとも１つは、
前記対応する増幅器から出力される差動信号を構成する信号の一方を前記第１基準電圧と比較し、比較結果を出力する第１コンパレータと、
前記差動信号を構成する信号の他方を前記第１基準電圧と比較し、比較結果を出力する第２コンパレータと、
前記第１コンパレータの比較結果と前記第２コンパレータの比較結果との論理和を求めるＯＲ回路と、
前記差動信号を構成する２つの信号の一方が前記第１基準電圧より高い期間、及び、前記差動信号を構成する２つの信号の他方が前記第１基準電圧より高い期間にカウントアップし、カウント値を、前記対応する増幅器の出力信号のレベルとして出力するカウンタとを有する
自動利得制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数のレベル測定器のうちの前記少なくとも１つは、
前記対応する増幅器の出力信号を前記第１基準電圧と比較する第１コンパレータと、
前記対応する増幅器の出力信号を第２基準電圧と比較する第２コンパレータと、
前記対応する増幅器の出力信号が前記第１基準電圧より高い期間にカウントアップし、カウント値を、前記対応する増幅器の出力信号のレベルとして出力する第１カウンタと、
前記対応する増幅器の出力信号が前記第２基準電圧より高い期間にカウントアップし、カウント値を出力する第２カウンタとを有し、
前記第１カウンタ及び前記第２カウンタのカウント値を、前記複数の増幅器のうちの対応する増幅器の出力信号のレベルとして出力し、
当該レベル測定器に対応する前記誤差算出部は、前記第１カウンタ及び前記第２カウンタのカウント値を、当該誤差算出部に設定された前記第１閾値と比較する
自動利得制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数のレベル測定器のそれぞれに対応する、少なくとも１つのフィルタを更に備え、  前記フィルタは、前記複数のレベル測定器のうちの対応するレベル測定器の出力を平滑化して、前記複数の誤差算出部のうちの対応する誤差算出部に出力する
自動利得制御装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数の増幅器のうちの第１及び第２の増幅器の間に挿入され、前記第１の増幅器から出力された信号の所定の周波数成分を出力するフィルタと、
前記フィルタの出力信号のレベルを測定するフィルタ出力測定器と、
セレクタとを更に備え、
前記セレクタは、前記第１の増幅器に対応する前記レベル測定部で測定された値と、前記フィルタ出力測定器で測定された値とのうち、大きい方を選択して、前記第１の増幅器に対応する前記誤差算出部に出力し、
前記利得演算部は、前記第１の増幅器の利得を、前記第１の増幅器に対応する前記誤差算出部から出力された前記誤差信号に基づいて制御する
自動利得制御装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記複数の増幅器の制御順序を記憶する書き換え可能な記憶部を更に備え、
前記利得演算部は、前記複数の誤差算出部から出力された誤差信号、前記複数の増幅器の利得、及び前記記憶部から読み出された前記複数の増幅器の制御順序に基づいて、前記複数の増幅器から、利得を変更すべき増幅器を１つ選択し、前記選択された増幅器の出力信号から求められた前記誤差信号と、前記選択された増幅器の利得とに基づいて、次に設定すべき利得を算出して、前記選択された増幅器の利得を前記設定すべき利得に更新する
自動利得制御装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の自動利得制御装置、及び前記自動利得制御装置で増幅された信号を復調して復調信号を出力する復調部を有する受信機と、
前記復調信号に所定の信号処理を行って出力する信号処理部と、
前記信号処理部で信号処理された信号によって表される映像の表示、及び、信号処理部で信号処理された信号によって表される音声の出力のうちの少なくとも一方を行う出力部とを備える
電子機器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011074193.tif 000021
【図８】
2011074193.tif 000022
【図９】
2011074193.tif 000023
【図１０】
2011074193.tif 000024
【図１１】
2011074193.tif 000025
【図１２】
2011074193.tif 000026
【国際調査報告】
2011074193.tif 000027
2011074193.tif 000028
2011074193.tif 000029
2011074193.tif 000030