(57)【要約】【課題】プロセスのばらつきに影響されることなく最適なエンベロープ信号を生成し、パルス送信器の出力パワーのばらつきを低減する。【解決手段】エンベロープ回路は、エンベロープ回路の出力端子と接地との間に設けられたコンデンサ１と、電流を調整可能な可変電流源２と、可変電流源２とエンベロープ回路の出力端子との間に設けられ、コンデンサ１を充電するスイッチとなるアナログ回路３と、送信データＤａｔａに応じてアナログ回路３のＯＮ／ＯＦＦを制御するデジタル制御回路４と、ＤＡコンバータ５と、エンベロープ回路の出力端子から出力されるエンベロープ信号Ｖｏｕｔの傾きとＤＡコンバータ５から出力される基準信号の値とが一致するように可変電流源２の電流を調整する電流調整回路６とから構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア信号を生成するキャリア生成器と、
前記キャリア信号の変調のためのエンベロープ信号を生成するエンベロープ回路と、
前記エンベロープ信号により前記キャリア信号を変調してアンテナに出力するミキサーとを備え、
前記エンベロープ回路は、
エンベロープ回路の出力端子と接地との間に設けられたコンデンサと、
電流を調整可能な可変電流源と、
この可変電流源と前記出力端子との間に設けられ、前記コンデンサを充電するスイッチとなるアナログ回路と、
送信データに応じて前記アナログ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路と、
前記出力端子から出力されるエンベロープ信号の傾きと所定の基準信号の値とが一致するように前記可変電流源の電流を調整する電流調整回路とから構成されることを特徴とするパルス送信器。
【請求項２】
請求項１記載のパルス送信器において、
前記電流調整回路は、
前記エンベロープ信号を微分する微分回路と、
前記微分回路の出力信号と前記基準信号とが一致するように、前記可変電流源への電流調整信号を生成する電流調整信号生成回路とから構成されることを特徴とするパルス送信器。
【請求項３】
キャリア信号を生成するキャリア生成器と、
前記キャリア信号の変調のためのエンベロープ信号を生成するエンベロープ回路と、
前記エンベロープ信号により前記キャリア信号を変調してアンテナに出力するミキサーとを備え、
前記エンベロープ回路は、
エンベロープ回路の出力端子と接地との間に設けられた可変コンデンサと、
一定の電流を供給する定電流源と、
この定電流源と前記出力端子との間に設けられ、前記コンデンサを充電するスイッチとなるアナログ回路と、
送信データに応じて前記アナログ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路と、
前記出力端子から出力されるエンベロープ信号の傾きと所定の基準信号の値とが一致するように前記可変コンデンサの容量を調整する容量調整回路とから構成されることを特徴とするパルス送信器。
【請求項４】
請求項３記載のパルス送信器において、
前記容量調整回路は、
前記エンベロープ信号を微分する微分回路と、
前記微分回路の出力信号と前記基準信号とが一致するように、前記可変コンデンサへの容量調整信号を生成する容量調整信号生成回路とから構成されることを特徴とするパルス送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＷＢ通信やパルス通信に用いられるパルス送信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信やパルス通信では、短いパルスを使用して空中にデータを送信する。この短いパルスは、所要時間は短いが広帯域を占有する。このようなパルスを用いた短時間の通信では、使用するエネルギーレベルは非常に小さい。このため、コイン型バッテリーやエナジーハーベスタのような限られたエネルギー源により動作するセンサーノードに適したものとなっている。
【０００３】
パルス送信器の基本構成を図５（Ａ）に示す。パルス送信器は、エンベロープ回路１００と、キャリア生成器１０１と、パワー増幅器１０２と、アンテナ１０３とから構成されている。このようなパルス送信器の構成は非特許文献１に開示されている。図５（Ｂ）はエンベロープ回路１００の出力信号Ｖｏｕｔの波形を示す図、図５（Ｃ）はキャリア生成器１０１から出力されるキャリア信号の波形を示す図、図５（Ｄ）はパワー増幅器１０２の出力信号の波形を示す図である。図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）の縦軸は電圧、横軸は時間である。
【０００４】
エンベロープ回路１００は、キャリア生成器１０１によって生成されるキャリア信号の成形（変調）に使用されるエンベロープ信号Ｖｏｕｔを、送信データＤａｔａに応じて生成する。図５（Ａ）のＣｌｋはエンベロープ回路１００に供給されるクロックを表している。エンベロープ信号Ｖｏｕｔによりキャリア信号を変調するミキサーとして動作するパワー増幅器１０２は、エンベロープ信号Ｖｏｕｔとキャリア信号とを混合して増幅した信号をアンテナ１０３に供給することにより、図５（Ｄ）に示すようなパルスを空中に送信させる。パルス送信器の出力を規格に適合させるための成形においては、エンベロープ回路１００が重要な役割を演じている。
【０００５】
エンベロープ回路１００は、図６に示すように、パルス成形信号の生成に使用されるデジタル制御回路２００と、アナログ回路２０１と、電流源２０２と、コンデンサ２０３とから構成されている。
デジタル制御回路２００は、送信データＤａｔａに応じて、コンデンサ２０３の充放電電流を変化させるための信号を生成する。
【０００６】
アナログ回路２０１は、電流源２０２とエンベロープ回路１００の出力端子との間に設けられたトランジスタを含む。デジタル制御回路２００からの出力信号でアナログ回路２０１のトランジスタの動作状態を制御することにより、コンデンサ２０３の充放電電流を変化させ、図５（Ｂ）に示したようなエンベロープ信号Ｖｏｕｔを生成する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J.F.Neto，L.C.Moreira and W.A.M.Van Noije，“Inductorless very small 4.6pJ/pulse 7th derivative pulse generator for IR-UWB”，Circuits and Systems (LASCAS)，2012 IEEE Third Latin American Symposium on，Playa del Carmen，2012，pp.1-4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図６に示したエンベロープ回路１００の各構成要素は、ＣＭＯＳ技術で基板上に形成される（非特許文献１）。しかしながら、製造時のプロセスのばらつきにより、例えばアナログ回路２０１内のトランジスタの特性やコンデンサ２０３の容量にばらつきが生じ、エンベロープ信号Ｖｏｕｔの形状および最大値にばらつきが生じてしまうという問題点があった。
【０００９】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）はプロセスのばらつきによるエンベロープ信号Ｖｏｕｔへの影響を説明する図である。図７（Ａ）はコンデンサ２０３の充放電が高速なために、波形が急峻で、電圧のピーク値が高いエンベロープ信号Ｖｏｕｔを示している。図７（Ｂ）は標準的なエンベロープ信号Ｖｏｕｔを示している。図７（Ｃ）はコンデンサ２０３の充放電が低速なために、波形が緩やかで、電圧のピーク値が低いエンベロープ信号Ｖｏｕｔを示している。
【００１０】
このように、エンベロープ信号Ｖｏｕｔの形状および最大値にばらつきが生じるため、どのようなプロセス特性でも円滑なエンベロープ信号Ｖｏｕｔが生成されることを保証するために、エンベロープ信号Ｖｏｕｔのワーストケースを考慮してエンベロープ回路１００の回路設計が行われる。
【００１１】
このため、プロセスのばらつきにより、設計時の想定と異なる特性のエンベロープ回路１００が作製された場合に、エンベロープ信号Ｖｏｕｔが図７（Ｃ）のように小さくなったり、図７（Ａ）のように大きくなったりすることが有り得る。エンベロープ信号Ｖｏｕｔが小さくなると、パルス送信器の出力パワーが低下し、エンベロープ信号Ｖｏｕｔが大きくなると、パルス送信器の出力パワーが上昇することになる。例えば図７（Ａ）の場合をワーストケースとしてエンベロープ回路１００の回路設計を行うと、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）の場合にはパルス送信器の出力パワーが低下することになる。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プロセスのばらつきに影響されることなく最適なエンベロープ信号を生成することができ、出力パワーのばらつきを低減することができるパルス送信器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】
【００１３】
本発明のパルス送信器は、キャリア信号を生成するキャリア生成器と、前記キャリア信号の変調のためのエンベロープ信号を生成するエンベロープ回路と、前記エンベロープ信号により前記キャリア信号を変調してアンテナに出力するミキサーとを備え、前記エンベロープ回路は、エンベロープ回路の出力端子と接地との間に設けられたコンデンサと、電流を調整可能な可変電流源と、この可変電流源と前記出力端子との間に設けられ、前記コンデンサを充電するスイッチとなるアナログ回路と、送信データに応じて前記アナログ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路と、前記出力端子から出力されるエンベロープ信号の傾きと所定の基準信号の値とが一致するように前記可変電流源の電流を調整する電流調整回路とから構成されることを特徴とするものである。
また、本発明のパルス送信器の１構成例において、前記電流調整回路は、前記エンベロープ信号を微分する微分回路と、前記微分回路の出力信号と前記基準信号とが一致するように、前記可変電流源への電流調整信号を生成する電流調整信号生成回路とから構成されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のパルス送信器は、キャリア信号を生成するキャリア生成器と、前記キャリア信号の変調のためのエンベロープ信号を生成するエンベロープ回路と、前記エンベロープ信号により前記キャリア信号を変調してアンテナに出力するミキサーとを備え、前記エンベロープ回路は、エンベロープ回路の出力端子と接地との間に設けられた可変コンデンサと、一定の電流を供給する定電流源と、この定電流源と前記出力端子との間に設けられ、前記コンデンサを充電するスイッチとなるアナログ回路と、送信データに応じて前記アナログ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路と、前記出力端子から出力されるエンベロープ信号の傾きと所定の基準信号の値とが一致するように前記可変コンデンサの容量を調整する容量調整回路とから構成されることを特徴とするものである。
また、本発明のパルス送信器の１構成例において、前記容量調整回路は、前記エンベロープ信号を微分する微分回路と、前記微分回路の出力信号と前記基準信号とが一致するように、前記可変コンデンサへの容量調整信号を生成する容量調整信号生成回路とから構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、パルス送信器のエンベロープ回路を、コンデンサと可変電流源とアナログ回路と電流調整回路とから構成することにより、製造プロセスのばらつきに影響されることなく最適なエンベロープ信号を生成することができ、パルス送信器の出力パワーのばらつきを低減することができる。
【００１６】
また、本発明では、パルス送信器のエンベロープ回路を、可変コンデンサと定電流源とアナログ回路と制御回路と容量調整回路とから構成することにより、製造プロセスのばらつきに影響されることなく最適なエンベロープ信号を生成することができ、パルス送信器の出力パワーのばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパルス送信器のエンベロープ回路の構成を示すブロック図である。
【図２】エンベロープ信号の波形を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るエンベロープ回路の電流調整回路の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るパルス送信器のエンベロープ回路の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のパルス送信器の構成およびパルス送信器の各部の信号波形を示す図である。
【図６】従来のパルス送信器のエンベロープ回路の構成を示すブロック図である。
【図７】従来のパルス送信器の問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るパルス送信器のエンベロープ回路の構成を示すブロック図である。本実施の形態のエンベロープ回路は、エンベロープ回路の出力端子と接地との間に設けられたコンデンサ１と、電流を調整可能な可変電流源２と、可変電流源２とエンベロープ回路の出力端子との間に設けられ、コンデンサ１を充電するスイッチとなるアナログ回路３と、送信データＤａｔａに応じてアナログ回路３のＯＮ／ＯＦＦを制御するデジタル制御回路４と、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）５と、エンベロープ回路の出力端子から出力されるエンベロープ信号Ｖｏｕｔの傾きとＤＡＣ５から出力される基準信号の値とが一致するように可変電流源２の電流を調整する電流調整回路６とから構成される。図１のＶＤＤは電源電圧である。
【００１９】
なお、パルス送信器としての構成は従来と同様であり、本実施の形態のパルス送信器は、図５に示したエンベロープ回路１００の構成として図６の構成の代わりに、図１の構成を用いるものである。したがって、従来と異なる本実施の形態のエンベロープ回路についてのみ説明する。
【００２０】
デジタル制御回路４は、送信データＤａｔａに応じて、アナログ回路３のＯＮ／ＯＦＦを制御するための制御信号を出力する。
アナログ回路３は、例えばゲートがデジタル制御回路４の出力に接続され、ドレイン（またはソース）が可変電流源２に接続され、ソース（またはドレイン）がエンベロープ回路の出力端子に接続されたトランジスタを含む。
【００２１】
デジタル制御回路４から出力される制御信号に応じてアナログ回路３がＯＮになると、可変電流源２からコンデンサ１に充電電流が供給されてコンデンサ１の電圧（エンベロープ信号Ｖｏｕｔの電圧）が上昇し、アナログ回路３がＯＦＦになると、充電電流の供給が停止してコンデンサ１の放電が始まり、コンデンサ１の電圧が低下する。こうして、図２に示すような波形のエンベロープ信号Ｖｏｕｔが出力される。なお、図１の例では、エンベロープ回路の出力端子にコンデンサ１のみが設けられているが、コンデンサ１と並列に負荷抵抗が設けられていてもよい。
【００２２】
電流調整回路６は、エンベロープ信号Ｖｏｕｔの傾きとＤＡＣ５から出力される基準信号の値とが一致するように可変電流源２の電流を調整する。図３は電流調整回路６の構成例を示すブロック図である。電流調整回路６は、エンベロープ信号Ｖｏｕｔを微分する微分回路６０と、微分回路６０の出力とＤＡＣ５の出力とを入力とする差動増幅回路６１（電流調整信号生成回路）とから構成される。
【００２３】
デジタル制御回路４には、所望のエンベロープ信号Ｖｏｕｔを微分した基準信号のデータが予め登録されている。このデータがＤＡＣ５によってアナログの基準信号に変換される。
【００２４】
電流調整回路６の微分回路６０は、エンベロープ信号Ｖｏｕｔを微分する。差動増幅回路６１は、微分回路６０の出力信号とＤＡＣ５から出力される基準信号との差を増幅した信号を可変電流源２の電流調整信号として出力する。
【００２５】
例えば微分回路６０の出力信号がＤＡＣ５から出力される基準信号よりも低いレベルの場合、正の電流調整信号が差動増幅回路６１から出力される。これにより、可変電流源２から供給される電流が増加するように調整される。反対に、微分回路６０の出力信号がＤＡＣ５から出力される基準信号よりも高いレベルの場合、負の電流調整信号が差動増幅回路６１から出力される。これにより、可変電流源２から供給される電流が減少するように調整される。
【００２６】
こうして、本実施の形態では、微分回路６０を使用してエンベロープ信号Ｖｏｕｔの傾きを監視するフィードバック制御を実現することができ、エンベロープ信号Ｖｏｕｔが所望の波形および所望のレベルになるように可変電流源２の電流を調整することができる。すなわち、図２の例で言えば、所望のエンベロープ信号よりも波形が緩やかで、電圧のピーク値が低いエンベロープ信号Ｖｏｕｔを、破線で示すＶｏｕｔ’のように補正することができる。
【００２７】
本実施の形態では、エンベロープ回路の製造プロセスのばらつきによるエンベロープ信号Ｖｏｕｔへの影響を自動的に補償することができるので、プロセスのばらつきに影響されることなく、最適なエンベロープ信号Ｖｏｕｔの生成が可能となる。その結果、本実施の形態では、プロセスのばらつきによるエンベロープ信号Ｖｏｕｔのレベルの増減によってパルス送信器の出力パワーが上昇したり低下したりすることがなくなる。
【００２８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係るパルス送信器のエンベロープ回路の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のエンベロープ回路は、容量の調整が可能な可変コンデンサ１ａと、一定の電流を供給する定電流源２ａと、アナログ回路３と、デジタル制御回路４と、ＤＡＣ５と、エンベロープ信号Ｖｏｕｔの傾きとＤＡＣ５から出力される基準信号の値とが一致するように可変コンデンサ１ａの容量を調整する容量調整回路７とから構成される。
【００２９】
本実施の形態においても、パルス送信器としての構成は従来と同様であり、本実施の形態のパルス送信器は、図５に示したエンベロープ回路１００の構成として図６の構成の代わりに、図４の構成を用いるものである。
【００３０】
アナログ回路３とデジタル制御回路４の動作は第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、デジタル制御回路４から出力される制御信号に応じてアナログ回路３がＯＮになると、定電流源２ａから可変コンデンサ１ａに充電電流が供給されて可変コンデンサ１ａの電圧（エンベロープ信号Ｖｏｕｔの電圧）が上昇し、アナログ回路３がＯＦＦになると、充電電流の供給が停止して可変コンデンサ１ａの放電が始まり、可変コンデンサ１ａの電圧が低下する。こうして、図２に示したような波形のエンベロープ信号Ｖｏｕｔが出力される。
【００３１】
容量調整回路７は、エンベロープ信号Ｖｏｕｔの傾きとＤＡＣ５から出力される基準信号の値とが一致するように可変コンデンサ１ａの容量を調整する。容量調整回路７の構成は第１の実施の形態の電流調整回路６と同様であるので、図３の符号を用いて容量調整回路７の動作を説明する。ただし、本実施の形態では、可変電流源２の電流の代わりに可変コンデンサ１ａの容量を調整するため、差動増幅回路６１（容量調整信号生成回路）の出力の正負（すなわち、可変コンデンサ１ａの容量の増減方向）が第１の実施の形態と逆になる。
【００３２】
例えば容量調整回路７の微分回路６０の出力信号がＤＡＣ５から出力される基準信号よりも低いレベルの場合、負の容量調整信号が容量調整回路７の差動増幅回路６１から出力される。これにより、可変コンデンサ１ａの容量が減少するように調整される。反対に、容量調整回路７の微分回路６０の出力信号がＤＡＣ５から出力される基準信号よりも高いレベルの場合、正の容量調整信号が容量調整回路７の差動増幅回路６１から出力される。これにより、可変コンデンサ１ａの容量が増大するように調整される。
【００３３】
こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ、例えば図２の例で言えば、所望のエンベロープ信号よりも波形が緩やかで、電圧のピーク値が低いエンベロープ信号Ｖｏｕｔを、破線で示すＶｏｕｔ’のように補正することができる。本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、消費電力に影響を与えることなくエンベロープ信号Ｖｏｕｔの調整が可能であるが、エンベロープ信号Ｖｏｕｔの直線性は可変コンデンサ１ａの実装に依存することになる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、パルス通信技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…コンデンサ、１ａ…可変コンデンサ、２…可変電流源、２ａ…定電流源、３…アナログ回路、４…デジタル制御回路、５…ＤＡコンバータ、６…電流調整回路、７…容量調整回路、６０…微分回路、６１…差動増幅回路。
【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】
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