(57)【要約】【課題】ゲインの切替えを行っても入力インピーダンスが変化することがなく安定した受信性能を得ることができる低雑音増幅器及び無線通信機を得る。【解決手段】受信側のローノイズアンプ２０を、ゲイン切替え機能を備えたアンプ部２０１と、アンプ部２０１をローゲインに設定したときのローノイズアンプ２０の入力インピーダンスがハイゲインに設定したときの入力インピーダンスに合うようなインピーダンス素子２０２と、インピーダンス素子２０２のアンプ部２０１の入力端への接続／切り離しを行うスイッチ２０３とで構成し、アンプ部２０１をローゲインに設定したときにインピーダンス素子２０２をアンプ部２０１の入力端に接続するようにした。これにより、アンプ部２０１のゲインの切替えを行ってもローノイズアンプ２０の入力インピーダンスを一定に保つことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲイン切替機能を備えたアンプ部と、
前記アンプ部のゲイン切替え前後の該アンプ部の入力インピーダンスを合わせるためのインピーダンス素子と、
前記アンプ部のゲイン切替え時に前記インピーダンス素子の前記アンプ部の入力端への接続／切り離しを行うスイッチと、
を備えた低雑音増幅器。
【請求項２】
前記アンプ部は、少なくとも２段のゲイン切替機能を備えた請求項１に記載の低雑音増幅器。
【請求項３】
前記スイッチは、前記アンプ部のゲインを切替えるための信号によって前記インピーダンス素子の前記アンプ部の入力端への接続／切り離しを行う請求項１又は請求項２に記載の低雑音増幅器。
【請求項４】
前記スイッチは、前記インピーダンス素子を前記アンプ部の入力端に対して並列的に接続する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の低雑音増幅器。
【請求項５】
前記スイッチは、前記インピーダンス素子を前記アンプ部の入力端に対して直列的に接続する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の低雑音増幅器。
【請求項６】
前記インピーダンス素子を複数備え、
前記スイッチは、前記インピーダンス素子の一部を前記アンプ部の入力端に対して並列的に接続し、他方の一部を前記アンプ部の入力端に対して直列的に接続する請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の低雑音増幅器。
【請求項７】
前記アンプ部は、複数の周波数帯に対応する請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の低雑音増幅器。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の低雑音増幅器が、少なくともミキサ、ベースバンドアンプ及びローパスフィルタと共に集積回路として備えられた無線通信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲイン（利得）の切替えが可能な低雑音増幅器、及び該低雑音増幅器を備えた無線通信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信機の受信部には低雑音増幅器（“ローノイズアンプ”とも呼ばれる）が備えられ、この種の低雑音増幅器の従来技術として、例えば特開２００３−２２４４３９号公報（特許文献１）で開示されたものがある。この従来技術による低雑音増幅器では、信号入力端と増幅素子（ＦＥＴ）との間にマッチング回路を設け、このマッチング回路で低雑音増幅器の動作周波数帯域内において入出力インピーダンス整合を行い、ＮＦ(Noise Figure)の向上を図っている。
【０００３】
とりわけ、ＷＣＤＭＡ(Wide band CDMA)方式を採用した無線通信機では、広ダイナミックレンジを有する受信性能を必要とするため、ゲインの切替えが可能な低雑音増幅器を採用している。
【０００４】
なお、無線通信機の送信部に用いる増幅器として、例えば特開平５−１７５７５７号公報（特許文献２）で開示された高周波電力増幅装置がある。同先行文献で開示された高周波電力増幅装置は、消費電力低減のために、ＦＥＴのバイアス電圧を切替えるとともに、入力側と出力側のそれぞれにオープンスタブを並列的に加えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２４４３９号公報
【特許文献２】特開平５−１７５７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、ゲインの切替えが可能な低雑音増幅器では、ゲインの切替えに起因して、その入力インピーダンスが変化する。そのため、低雑音増幅器と外部の入力整合回路との間の整合ズレが生じ、従って期待する低雑音増幅器の性能を引き出すことができなくなり、安定した受信性能を得ることができなくなる。このような整合ズレに対処する必要上、外部の入力整合回路が複雑になり、その設計に多大の時間を要することになる。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することのできる低雑音増幅器及び無線通信機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】
【０００８】
本発明による低雑音増幅器は、ゲイン切替え機能を備えたアンプ部と、前記アンプ部のゲイン切替え前後の該アンプ部の入力インピーダンスを合わせるためのインピーダンス素子と、前記アンプ部のゲイン切替え時に前記インピーダンス素子の前記アンプ部の入力端への接続／切り離しを行うスイッチと、を備えた。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ゲインの切替えを行っても入力インピーダンスが変化することがなく安定した受信性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る無線通信機の送受信部の概略構成を示すブロック図
【図２】図１の無線通信機の受信部の低雑音増幅器の概略構成を示すブロック図
【図３】図１の無線通信機の第１変形例の送受信部の概略構成を示すブロック図
【図４】図１の無線通信機の第２変形例の送受信部の概略構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る無線通信機１の概略構成を示すブロック図である。本無線通信機１は、ＷＣＤＭＡ方式を採用し、広ダイナミックレンジの受信性能を有するものである。同図において、本無線通信機１は、アンテナ１０、デュプレクサ１１、ＲＦＩＣ１２、ベースバンドＩＣ１３、バンドパスフィルタ１４、パワーアンプ１５、及びアイソレータ１６を備える。
【００１２】
デュプレクサ１１は、１つのアンテナ１０を送信と受信で共用するためのものであり、アンテナ１０から入力された受信信号を受信側に伝達し、また送信側からの送信信号をアンテナ１へ伝達する。ＲＦＩＣ１２は、ローノイズアンプ（低雑音増幅器）２０、ミキサ２１、ベースバンドアンプ２２、ローパスフィルタ２３、変調器２４及びドライバアンプ２５を含む集積回路として構成され、受信信号を周波数変換してディジタル信号処理が可能なベースバンド受信信号に変換して出力し、またベースバンドＩＣ１３より出力されるベースバンド送信信号を周波数変換してＲＦ（高周波）信号を出力する。
【００１３】
ローノイズアンプ２０は、デュプレクサ１１からの受信信号を低ノイズレベルで増幅する。ローノイズアンプ２０はゲイン切替機能を備えており、ベースバンドＩＣ１３から出力されるＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１に従ってローノイズアンプ２０のゲインが切替えられる。この場合、ローノイズアンプ２０のゲインは、ベースバンドＩＣ１３からハイゲイン(High Gain)を指示するＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１が出力されたときにハイゲインに切り替わり、ベースバンドＩＣ１３からローゲイン(Low Gain)を指示するＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１が出力されたときにローゲインに切り替わる。本実施の形態の無線通信機１は、２つの周波数帯（バンド）に対応しており、バンドの切替えに応じてローノイズアンプ２０のゲインの切替えが行われる。
【００１４】
ミキサ２１は、ローノイズアンプ２０で増幅された受信信号をベースバンド周波数までダウンコンバートしてベースバンド受信信号を生成する。ベースバンドアンプ２２は、ミキサ２１で生成されたベースバンド受信信号を増幅する。このベースバンドアンプ２２はゲイン調整機能を有しており、ベースバンドＩＣ４から出力される受信ＡＧＣ制御信号Ｓ２によってＡＧＣ制御される。ローパスフィルタ２３は、ベースバンドアンプ２２で増幅されたベースバンド受信信号の高域を帯域制限する。変調器２４は、ベースバンドＩＣ１３から出力されたベースバンド送信信号を周波数変換してＲＦ信号を生成する。ドライバアンプ２５は、変調器２４で生成されたＲＦ信号を増幅する。ドライバアンプ２５は、ゲイン調整機能を有しており、ベースバンドＩＣ１３から出力されるＡＧＣ制御信号Ｓ３によって送信ＡＧＣ制御される。
【００１５】
ベースバンドＩＣ１３は、受信ＡＧＣ制御部３０と送信ＡＧＣ制御部３１を含む集積回路として構成されている。ベースバンドＩＣ１３は、ＲＦＩＣ１２から出力されるベースバンド受信信号を復調する。また、ベースバンドＩＣ１３は、ベースバンド送信信号を生成してＲＦＩＣ１２へ出力する。受信ＡＧＣ制御部３０は、ベースバンド受信信号のレベル測定を行って、ＬＮＡゲイン値及びＡＧＣ設定値を確定し、ＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１及び受信ＡＧＣ制御信号Ｓ２として出力する。受信ＡＧＣ制御部３０は、ＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１をＲＦＩＣ１２のローノイズアンプ２０に与えて、そのゲインの切替えを行う。また、受信ＡＧＣ制御部３０は、受信ＡＧＣ制御信号Ｓ２をＲＦＩＣ１２のベースバンドアンプ２２に与えてＡＧＣ制御する。送信ＡＧＣ制御部３１は、送信ＡＧＣ制御信号Ｓ３を生成し、これをＲＦＩＣ１２のドライバアンプ２５に与えてＡＧＣ制御する。
【００１６】
バンドパスフィルタ１４は、ＲＦＩＣ１２から出力されるＲＦ信号の低域及び高域を帯域制限する。パワーアンプ１５は、バンドパスフィルタ１４で帯域制限されたＲＦ信号を増幅する。アイソレータ１６は、信号を所定の伝送方向のみ通過させ、逆方向への伝送を阻止するものであり、パワーアンプ１５で増幅されたＲＦ信号をデュプレクサ１１側へ伝送する。
【００１７】
図２は、ＲＦＩＣ１２に備えられたローノイズアンプ２０の概略構成を示すブロック図である。同図において、ローノイズアンプ２０は、ゲイン切替機能を備えたアンプ部２０１と、アンプ部２０１の入力インピーダンスを一定に保つために用いられるインピーダンス素子２０２と、インピーダンス素子２０２のアンプ部２０１の入力端への接続／切り離しを行うためのスイッチ２０３とを備える。スイッチ２０３は、その一端がアンプ部２０１の入力端に接続されており、他端がインピーダンス素子２０２の一端に接続されている。インピーダンス素子２０２の他端はグランドに接地されている。スイッチ２０３は、外部より入力される切替信号に従って接点が開閉するものである。スイッチ２０３には、アンプ部２０１と共にベースバンドＩＣ１３の受信ＡＧＣ制御部３０からＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１が与えられる。スイッチ２０３は、受信ＡＧＣ制御部３０からハイゲインのＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１が出力されることで接点が開状態となり、ローゲインのＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１が出力されることで接点が閉状態となる。スイッチ２０３の接点が閉状態となることで、インピーダンス素子２０２がアンプ部２０１の入力端に接続され、スイッチ２０３の接点が開状態となることで、インピーダンス素子２０２がアンプ部２０１の入力端から切り離される。
【００１８】
図１では示さなかったが、ローノイズアンプ２０の入力端には入力整合回路４０が接続されており、出力端には出力整合回路４１が接続されている。既に述べたように、ローノイズアンプ２０は、アンプ部２０１のゲインがＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１に基づき切替え可能となっており、このゲインを切替えることでアンプ部２０１の入力インピーダンスが変化してしまう。アンプ部２０１のゲインを切替えることで入力インピーダンスが変化すると、入力整合ズレが生じて安定した受信性能を得ることができなくなる。
【００１９】
そこで、本発明では、アンプ部２０１のゲインを切替えたときに、アンプ部２０１の入力端からみたときのアンプ部２０１の入力インピーダンスが一定に保たれるように、即ち、アンプ部２０１のゲイン切替え前後の該アンプ部の入力インピーダンスを合わせるように、インピーダンス素子２０２の接続／切り離しを制御する。具体的には、本実施形態では、アンプ部２０１がローゲインのときの入力インピーダンスが、アンプ部２０１がハイゲインのときの入力インピーダンスに合うように、インピーダンス素子２０２のインピーダンス値を設定する。そして、アンプ部２０１がハイゲインに切り替えられたときにスイッチ２０３の接点を開状態にし、ローゲインに設定されたときにスイッチ２０３の接点を閉状態にする。このようなインピーダンス素子２０２とスイッチ２０３を設けることで、ローノイズアンプ２０のアンプ部２０１のゲインの切替えを行っても、その入力インピーダンスを一定に保つことが可能になる。これにより、アンプ部２０１のゲインの切り替えに起因するローノイズアンプ２０（アンプ部２０１）と外部の入力整合回路４０との間の整合ズレが防止され、従って入力整合回路４０の設計が容易になり、安定した受信性能を得ることが可能になる。
【００２０】
次に、本実施の形態の無線通信機１の受信側の動作について説明する。
アンテナ１０から入力された受信信号がデュプレクサ１１で帯域制限を受けて、ＲＦＩＣ１２に入力される。ＲＦＩＣ１２に入力された受信信号は、ローノイズアンプ２０に入力され、ＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１によって設定されたゲインで増幅され出力される。ローノイズアンプ２０で増幅された受信信号はミキサ２１に入力されて、ベースバンド周波数までダウンコンバートされる。これにより得られたベースバンド受信信号がベースバンドアンプ２２に入力され、受信ＡＧＣ制御信号Ｓ２で設定されたゲインで増幅され出力される。ベースバンドアンプ２２で増幅されたベースバンド受信信号はローパスフィルタ２３にて高域を帯域制限された後、ＲＦＩＣ１２自体から出力される。ＲＦＩＣ１２から出力されたベースバンド受信信号はベースバンドＩＣ１３に入力されて信号処理され復調される。
【００２１】
同時にＲＦＩＣ１２から出力されたベースバンド受信信号は、ベースバンドＩＣ１３の受信ＡＧＣ制御部３０に入力される。受信ＡＧＣ制御部３０では、ベースバンド受信信号のレベル測定が行われて、ＬＮＡゲイン値及びＡＧＣ設定値が確定され、ＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１及び受信ＡＧＣ制御信号Ｓ２として出力される。受信ＡＧＣ制御部３０から出力されたＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１でＲＦＩＣ１２のローノイズアンプ２０のゲインが設定され、また受信ＡＧＣ制御部３０から出力された受信ＡＧＣ制御信号Ｓ２でＲＦＩＣ１２のベースバンドアンプ２２のゲインが設定される。
【００２２】
次に、ローノイズアンプ２０の動作について説明する。
前述したように、デュプレクサ１１から出力された受信信号は、入力整合回路４０を介してローノイズアンプ２０のアンプ部２０１に入力される。アンプ部２０１に入力された受信信号は、ＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１で設定されたゲインで増幅された後、出力整合回路４１を介して出力される。アンプ部２０１のゲイン切替えと同時に、ＬＮＡゲイン切替信号Ｓ１で設定されたゲインに応じてスイッチ２０３が開閉し、インピーダンス素子２０２のアンプ部２０１の入力端への接続／切り離しが行われる。
【００２３】
インピーダンス素子２０２は、ローノイズアンプ２０のアンプ部２０１がローゲインに設定されたときにスイッチ２０３の接点が閉状態となってアンプ部２０１の入力端と接地との間に介挿される。これにより、ローノイズアンプ２０の入力インピーダンスが、ローノイズアンプ２０のアンプ部２０１をハイゲインに設定したときの入力インピーダンスに合わされる。したがって、ローゲイン、ハイゲインに関わらずローノイズアンプ２０の入力インピーダンスが一定に保たれて、ローのイズアンプ２０と入力整合回路４０との間の整合ズレを起こすことがなくなる。
【００２４】
このように本実施の形態の無線通信機１によれば、受信側のローノイズアンプ２０を、ゲイン切替機能を備えたアンプ部２０１と、アンプ部２０１をローゲインに設定したときのローノイズアンプ２０の入力インピーダンスがアンプ部２０１をハイゲインに設定したときの入力インピーダンスに合うようなインピーダンス値を有するインピーダンス素子２０２と、インピーダンス素子２０２のアンプ部２０１の入力端への接続／切り離しを行うスイッチ２０３とで構成し、アンプ部２０１をローゲインに設定したときに、スイッチ２０３を閉状態にしてインピーダンス素子２０２をアンプ部２０１に接続するようにしたので、アンプ部２０１のゲインの切替えを行ってもローノイズアンプ２０の入力インピーダンスが一定に保たれて、入力整合ズレを起こすことがなくなる。したがって、無線通信機の安定した受信性能を得ることが可能となると共に、外部の入力整合回路４０の設計が容易になり、その設計に要する時間を有効に短縮することが可能になる。
【００２５】
なお、本実施の形態の無線通信機１は、２つの周波数帯（バンド）に対応し、２つのバンドの切替えに応じてローノイズアンプ２０のゲインの切替えを行うものであったが、３つの周波数帯以上に対応するために、ローノイズアンプ２０のゲイン切替段数を３段以上に拡張しても良い。この場合、ローノイズアンプ２０のゲイン切替段数に応じてインピーダンス素子２０２を複数設けるとともに、インピーダンス素子２０２の数分だけスイッチ２０３の接点を増やす必要があることは言うもでない。
【００２６】
また、本実施の形態では、ローゲイン時のアンプ部２０１の入力インピーダンスがハイゲイン時の入力インピーダンスに合うようにインピーダンス素子２０２のインピーダンス値を設定したが、逆に、ハイゲイン時のアンプ部２０１の入力インピーダンスがローゲイン時の入力インピーダンスに合うようにインピーダンス素子２０２のインピーダンス値を設定し、入力端からみたアンプ部２０１の入力インピーダンスが、ローゲイン時の入力インピーダンスに一定に保たれるようにスイッチ２０３を制御するように構成してもよい。
【００２７】
また、本実施の形態の無線通信機１では、インピーダンス素子２０２をアンプ部２０１の入力端に対して並列的に接続するようにしたが、これに限定されることはなく、アンプ部２０１の入力端に対して直列的に接続するようにしても良いし、インピーダンス素子２０２を複数備えて、並列的と直列的の双方で接続するようにしても良い。この場合、スイッチ２０３は、複数のインピーダンス素子２０２をアンプ部２０１の入力端に接続するための接点数を備えなければならないことは言うまでもない。
【００２８】
また、本実施の形態の無線通信機１では、ローノイズアンプ２０をＲＦＩＣ１２に内蔵させたが、ＲＦＩＣ１２の外部に設けて、ＲＦＩＣ１２と外部接続するようにしてもよい。図３は、図１の無線通信機１の第１変形例の無線通信機の送受信部の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、無線通信機２は、ＲＦＩＣ１２Ｂの外部にローノイズアンプ２０を有し、ＲＦＩＣ１２Ｂと接続している。このように構成しても図１の無線通信機１と同様に動作する。なお、同図に示す例では、ローノイズアンプ２０とＲＦＩＣ１２Ｂとの間にバンドパスフィルタ２６を設けている。
【００２９】
また、本実施の形態の無線通信機１では、受信ＡＧＣ制御部３０をベースバンドＩＣ１３に内蔵させたが、ＲＦＩＣ１２に内蔵させるようにしてもよい。図４は、図１の無線通信機１の第２変形例の無線通信機の送受信部の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、無線通信機３は、受信ＡＧＣ制御部１３１を内蔵するＲＦＩＣ１２Ｃを備えている。なお、ベースバンドＩＣ１３Ｂは、送信ＡＧＣ制御部３１のみ有する。このように構成しても図１の無線通信機１と同様に動作する。また、このように構成することで、受信ＡＧＣ制御及びＬＮＡゲイン切替えをＲＦＩＣ１２で行えるので、無線通信機自体をより簡素化できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、ＷＣＤＭＡ方式を採用した無線通信機などの広ダイナミックレンジの受信性能を必要とする無線通信機への適用が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１，２，３  無線通信機
１０  アンテナ
１１  デュプレクサ
１２，１２Ｂ，１２Ｃ  ＲＦＩＣ
１３，１３Ｂ  ベースバンドＩＣ
１４  バンドパスフィルタ
１５  パワーアンプ
１６  アイソレータ
２０  ローノイズアンプ
２１  ミキサ
２２  ベースバンドアンプ
２３  ローパスフィルタ
２４  変調器
２５  ドライバアンプ
３０  受信ＡＧＣ制御部
３１  送信ＡＧＣ制御部
４０  入力整合回路
４１  出力整合回路
２０１  アンプ部
２０２  インピーダンス素子
２０３  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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