(57)【要約】【課題】低消費電力で高周波信号を効率よく検出できる高周波信号検出回路を提供する。【解決手段】高周波信号ＩＮは、スイッチ３においてパルス信号ＰＳに従って断続され、キャパシタ４とインダクタ５による共振回路に与えられる。共振回路で振幅が増幅された信号ＳＡは、バイアス電圧源６からのバイアス電圧ＶＢと共にＮＭＯＳ７のゲートに与えられる。ＮＭＯＳ７は、バイアス電圧ＶＢによって弱反転領域で動作するように設定されており、信号ＳＡはこのＮＭＯＳ７によって反転半波整流され、ノードＮＢに信号ＳＢとして出力される。ノードＮＢに出力された信号ＳＢの高周波成分はキャパシタ９で除去され、判定部１０によってパルス信号ＰＳと同じ周波数の信号の検出が行われる。そして、パルス信号ＰＳと同じ周波数の信号が検出されれば、高周波信号ＩＮが有ると判定される。【選択図】図１
2008177748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の高周波信号よりも低い周波数のパルス信号で入力信号を断続して第１のノードに与えるスイッチ手段及びキャパシタと、
前記第１のノードの信号を増幅して第２のノードに出力するトランジスタと、
前記トランジスタを弱反転領域で動作させるためのバイアス電圧を生成するバイアス生成手段と、
前記バイアス生成手段で生成されたバイアス電圧を前記第１のノードに出力すると共に、前記キャパシタと共に前記高周波信号に対する共振回路を構成するインダクタと、
前記第２のノードに出力される信号の高周波成分を除去する平滑手段と、
前記第２のノード上の前記パルス信号と同じ周波数を検出することによって前記高周波信号の有無を判定する判定手段とを、
備えたことを特徴とする高周波信号検出回路。
【請求項２】
前記バイアス生成手段は、前記トランジスタが動作する弱反転領域の電流に基づいて生成されるバイアス電圧を出力するカレントミラー回路で構成したことを特徴とする請求項１記載の高周波信号検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置等において、アンテナ等から入力される微小な高周波信号を検出する高周波信号検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、高周波信号を半導体ダイオードで検波することによって、そのレベルを検出する高周波信号レベル検出回路において、検波用の半導体ダイオードのバイアス電圧を周期的に３段階に変化させ、最適な効率で検波ができる第１の電圧よりも大きな第２、第３の２つの電圧に対するダイオード電流から、その時点での静特性を計算推定し、検波のための最適バイアスに第１の電圧を合わせると共に、検波効率の変化を計算して検波出力を補正する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５６１０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に記載されているように、高周波信号をダイオードで検波する場合、ある程度大きな信号である必要がある。そのため、アンテナから入力される信号をダイオードに直接与えることはできず、検波回路の前段に高周波増幅回路を配置することが一般的である。しかし、高周波増幅回路は、一般に多くの電源電流を消費するという課題があった。
【０００５】
また、従来、アンテナからの入力信号をソースフォロア型の増幅器で増幅する回路も提案されているが、ソースフォロア型の増幅器では出力の振幅が入力に比べて小さくなるので、小さな信号を検出するためには、前段または後段に増幅器が必要になるという課題があった。
【０００６】
本発明は、高周波増幅回路等の多くの電源電流を消費する増幅回路を用いずに、低消費電力で高周波信号を効率よく検出することができる高周波信号検出回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の高周波信号検出回路は、検出対象の高周波信号よりも低い周波数のパルス信号で入力信号を断続して第１のノードに与えるスイッチ手段及びキャパシタと、前記第１のノードの信号を増幅して第２のノードに出力するトランジスタと、前記トランジスタを弱反転領域で動作させるためのバイアス電圧を生成するバイアス生成手段と、前記バイアス生成手段で生成されたバイアス電圧を前記第１のノードに出力すると共に、前記キャパシタと共に前記高周波信号に対する共振回路を構成するインダクタと、前記第２のノードに出力される信号の高周波成分を除去する平滑手段と、前記第２のノード上の前記パルス信号と同じ周波数を検出することによって前記高周波信号の有無を判定する判定手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、入力信号を検出対象の高周波信号よりも低い周波数のパルス信号で断続してキャパシタとインダクタによる共振回路に与え、この共振回路で増幅された信号を弱反転領域で動作させるように設定したトランジスタに与えるようにしている。これにより、トランジスタによる半波整流が行われ、このトランジスタの出力側に設けられた平滑手段と判定手段によって高周波信号の有無が検出される。従って、高周波増幅回路等の多くの電源電流を消費する増幅回路を用いずに、低消費電力で高周波信号を効率よく検出することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１を示す高周波信号検出回路の構成図である。
この高周波信号検出回路は、図示しないアンテナ等から、検出対象の例えば５ＧＨｚの高周波信号ＩＮが与えられる入力端子１を有している。入力端子１は、パルス発生部２から与えられる例えば１６ｋＨｚのパルス信号ＰＳでオン・オフ制御されるスイッチ３を介して、キャパシタ４の一端に接続されている。キャパシタ４の他端はノードＮＡに接続されている。ノードＮＡには、インダクタ５を介してバイアス電圧源６が接続されると共に、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ(以下、「ＮＭＯＳ」という)７のゲートが接続されている。
【００１１】
なお、キャパシタ４は、高周波信号ＩＮの直流成分をカットすると共に、インダクタ５と共に共振回路を構成して、この高周波信号ＩＮの周波数に同調するように設定されている。バイアス電圧源６は、ＮＭＯＳ７のゲートに閾値電圧Ｖth以下の直流のバイアス電圧ＶＢを与えるものである。ＮＭＯＳ７のソースとドレインは、それぞれ接地電位ＧＮＤとノードＮＢに接続されている。ノードＮＢは、負荷抵抗８を介して電源電位ＶＤＤに接続されると共に、平滑用(高周波成分除去用)のキャパシタ９を介して接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００１２】
更に、ノードＮＢには、パルス発生部２で発生されるパルス信号ＰＳと同じ周波数の信号（この場合、１６ｋＨｚ）の有無を判定する判定部１０が接続され、この判定部１０から高周波信号ＩＮの検出結果である出力信号ＯＵＴが出力されるようになっている。
【００１３】
図２は、図１中のＮＭＯＳ７のゲート電圧とドレイン電流の関係を示す特性図であり、横軸にゲート電圧Ｖｇ、縦軸にドレイン電流Ｉｄを示している。また、図３は、図１の動作を示す信号波形図である。以下、これらの図２と図３を参照しつつ、図１の動作を説明する。
【００１４】
アンテナ等で受信されて入力端子１に与えられた５ＧＨｚの高周波信号ＩＮは、スイッチ３により、パルス発生部２から与えられる１６ｋＨｚのパルス信号ＰＳでオン・オフされ、断続波の信号としてキャパシタ４とインダクタ５による共振回路に与えられる。これにより、ノードＮＡには、共振回路によって振幅が増大し、平均電圧がバイアス電圧源６からのバイアス電圧ＶＢでバイアスされた信号ＳＡが生成される。この信号ＳＡはＮＭＯＳ７のゲートに与えられる。
【００１５】
図２に示すように、ＭＯＳはゲート電圧Ｖｇを上昇させてもドレイン電流Ｉｄが殆ど流れない弱反転領域と、ゲート電圧Ｖｇの２乗に比例したドレイン電流Ｉｄが流れる強反転領域を有しており、この弱反転領域と強反転領域の境界のゲート電圧が閾値電圧Ｖthと呼ばれている。
【００１６】
一般に、弱反転領域では、閾値電圧Ｖth以下でのＭＯＳのゲート電圧Ｖｇとドレイン電流Ｉｄの関係は、次式で表される。
Ｉｄ＝Ｉ0ｅｘｐ｛（Ｖｇ−Ｖth）／ｎＶＴ｝
Ｉ0＝μＣox（Ｗ／Ｌ）ＶＴ2（ｎ−１）
【００１７】
ここで、ｎは電流の傾きに関する定数、ＶＴは熱電圧、μは電子または正孔の移動度、Ｃoxは酸化膜容量、Ｗはゲート幅、Ｌはゲート長である。
【００１８】
図１の高周波信号検出回路では、信号ＳＡの平均電圧であるバイアス電圧ＶＢはＮＭＯＳ７の閾値電圧Ｖth以下に設定されているので、このＮＭＯＳ７はゲート電圧Ｖｇに対してドレイン電流Ｉｄが指数関数に比例して増加する弱反転領域で動作する。
【００１９】
バイアス電圧ＶＢが閾値電圧Ｖth以下であるので、ＮＭＯＳ７に流れる電流Ｉ７は数μＡ程度の微弱な電流であるが、入力されるゲート電圧と出力されるドレイン電流の関係が上式のように指数関数となっているので、電流Ｉ７の平均値は無信号時に比べて大きくなる。これにより、信号ＳＡ中の高周波成分は、ＮＭＯＳ７によって反転半波整流され、このＮＭＯＳ７のドレイン（ノードＮＢ）に信号ＳＢとして出力される。
【００２０】
ノードＮＢには平滑用のキャパシタ９が接続されているので、このノードＮＢの信号ＳＢから高周波成分が除去され、図３中の太線で示したような信号ＳＢが出力される。信号ＳＢは判定部１０に与えられ、パルス発生部２で発生されるパルス信号ＰＳと同じ１６ｋＨｚの信号の有無が判定される。そして、１６ｋＨｚの信号が検出されれば、出力信号ＯＵＴは所望の高周波信号ＩＮが入力されていることを示すレベル“Ｈ”となり、検出されなければ出力信号ＯＵＴはレベル“Ｌ”となる。
【００２１】
以上のように、この実施例１の高周波信号検出回路は、次のような利点がある。
（１）  ＮＭＯＳ７で高周波信号ＩＮを増幅することができるので、キャパシタ４、インダクタ５、およびＮＭＯＳ７のそれぞれから発生する雑音に埋もれることなく、微弱な信号を検出することができる。
（２）  キャパシタ４とインダクタ５により所望の周波数に対する共振回路を構成しているので、それ以外の周波数の信号を誤検出することがない。
（３）  ＮＭＯＳ７のバイアス電圧ＶＢを閾値電圧Ｖth以下に設定しているので、小さい電源電流で動作が可能である。
（４）  すべての回路要素をＭＯＳ、抵抗、キャパシタ、インダクタで構成できるので、集積化が容易である。
【実施例２】
【００２２】
図４は、本発明の実施例２を示す高周波信号検出回路の構成図であり、図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【００２３】
この高周波信号検出回路では、スイッチ３の挿入位置をキャパシタ４とノードＮＡの間に変更すると共に、バイアス電圧源１１としてカレントミラー回路を用いてＮＭＯＳ７のバイアス電流制御を行うようにしている。即ち、バイアス電圧源１１は、ＮＭＯＳ７の動作点のドレイン電流に相当する一定の電流を出力する定電流源１１ａと、この定電流減１１ａと接地電位ＧＮＤの間に接続されたＮＭＯＳ１１ｂで構成され、このＮＭＯＳ１１ｂのドレインとゲートの電圧が、インダクタ５を介してＮＭＯＳ７のゲートに与えられるようになっている。更に、ＮＭＯＳ７の負荷用の抵抗としてＰチャネルＭＯＳトランジスタ(以下、「ＰＭＯＳ」という)１２を用いている。その他の構成は、図１と同様である。
【００２４】
この高周波信号検出回路の動作は、実施例１の高周波信号検出回路の動作と同様であり、同様の利点を有する。
【００２５】
なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
（ａ）  入力される高周波信号ＩＮの周波数に応じて、キャパシタ４とインダクタ５を切り換えできるように構成しても良い。
（ｂ）  反転増幅整流用のトランジスタとしてＮＭＯＳ７を使用しているが、ＰＭＯＳ、バイポーラトランジスタ、或いはＧａＡｓトランジスタ等を使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１を示す高周波信号検出回路の構成図である。
【図２】図１中のＮＭＯＳ７のゲート電圧とドレイン電流の関係を示す特性図である。
【図３】図１の動作を示す信号波形図である。
【図４】本発明の実施例２を示す高周波信号検出回路の構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    入力端子
２    パルス発生部
３    スイッチ
４，９    キャパシタ
５    インダクタ
６，１１    バイアス電圧源
７，１１ｂ    ＮＭＯＳ
８    抵抗
１０    判定部
１１ａ    定電流源
１２    ＰＭＯＳ
【図１】
2008177748.tif 000003
【図２】
2008177748.tif 000004
【図３】
2008177748.tif 000005
【図４】
2008177748.tif 000006