(57)【要約】【課題】オフセットを迅速に検出しつつ、低域信号のカットを防止する。【解決手段】オフセット検出回路（２２ａ，２２ｂ，２４，２６）は、利得可変アンプ１８の出力を所定の時定数で平滑して、直流成分であるオフセットを検出する。検出されたオフセットは加算回路２８において利得可変アンプの入力に加算して、利得可変アンプ１８の出力におけるオフセットを補正する。オフセット検出回路における時定数は、可変抵抗２２ａ，２２ｂの抵抗値により変更される。そして、時定数は、利得可変アンプ１８の利得が変更されたときに、小さな時定数、その後大きな時定数に変更される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得可変アンプの出力におけるオフセットを補正するオフセット補正回路であって、
前記利得可変アンプの出力を所定の時定数で平滑して、直流成分であるオフセットを検出するオフセット検出回路と、
検出されたオフセットを前記利得可変アンプの入力に加算して、その出力におけるオフセットを補正する加算回路と、
前記オフセット検出回路における前記時定数を変更する時定数変更手段と、
を有し、
前記時定数変更手段は、前記利得可変アンプの利得が変更されたときに、小さな時定数とし、その後大きな時定数に変更するオフセット補正回路。
【請求項２】
請求項１に記載のオフセット補正回路であって、
前記時定数変更手段は、大きな時定数の場合はオフセット検出を停止して時定数を無限大とする、
オフセット補正回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のオフセット補正回路であって、
前記時定数変更手段は、時定数を大きくする際に、時定数を徐々に無限大まで大きくする、
オフセット補正回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のオフセット補正回路であって、
前記オフセット検出回路は、可変抵抗とキャパシタを含む積分回路を含み、前記可変抵抗は、抵抗とスイッチとの直列接続を複数並列接続した回路を含み、前記時定数変更手段は、前記スイッチのオンオフによって時定数を変更する、
オフセット補正回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利得可変アンプの出力におけるオフセットを補正するオフセット補正回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、受信信号を直接ベースバンド信号に変換するダイレクトコンバージョン方式の無線受信機が知られている。このダイレクトコンバージョン方式のものは、Ｚｅｒｏ−ＩＦシステムともよばれ、ＩＦ周波数（中間周波数）は０Ｈｚである。従って、ＩＦ信号のスペクトルは、ＤＣ近くまで分布する。そのため、ＩＦ部の回路は基本的に、ＤＣ直結にする必要がある。
【０００３】
ＩＦ部の回路をＤＣ直結にした場合、ＤＣオフセットが問題になる。すなわち、ＩＦ信号のＤＣオフセットを増幅器が増幅し、後段に伝え、結果的に回路の動作電圧範囲を超えてしまう場合があるからである。
【０００４】
そこで、ＩＦ信号のオフセットを検出して、オフセットをキャンセルする必要がある。特許文献１などに具体的な構成例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７２６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ＩＦ信号の増幅には、ＶＧＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇａｉｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が用いられ、受信信号の大きさに応じてゲインがコントロールされる。従って、このＶＧＡのゲインが変わった場合、その出力に現れるオフセット量もそれに応じて変化する。
【０００７】
近年の高速無線システムにおいては、高速応答が求められる。特に、移動体通信などでは、ＶＧＡのゲインが変化した場合、短期間でオフセットを収束させる必要がある。
【０００８】
ここで、オフセット量の検出は、ＶＧＡの出力のＤＣ成分を検出する必要があり、通常はローパスフィルタにより得たＤＣオフセットをＶＧＡの入力にフィードバックする。しかし、このＤＣオフセットのフィードバックの時定数が小さい場合、系としての低域遮断周波数が高くなり、Ｚｅｒｏ−ＩＦ信号の低域部分が減衰してしまう。一方、ＤＣフィードバックの時定数が大きい場合には、ＶＧＡのゲインが変動し出力ＤＣオフセット変動した際、オフセットがキャンセルされまでの時間が長くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、利得可変アンプの出力におけるオフセットを補正するオフセット補正回路であって、前記利得可変アンプの出力を所定の時定数で平滑して、直流成分であるオフセットを検出するオフセット検出回路と、検出されたオフセットを前記利得可変アンプの入力に加算して、その出力におけるオフセットを補正する加算回路と、前記オフセット検出回路における前記時定数を変更する時定数変更手段と、を有し、前記時定数変更手段は、前記利得可変アンプの利得が変更されたときに、小さな時定数とし、その後大きな時定数に変更することを特徴とする。
【００１０】
また、前記時定数変更手段は、大きな時定数の場合はオフセット検出を停止して時定数を無限大とすることが好適である。
【００１１】
また、前記時定数変更手段は、時定数を無限大にする際に、時定数を徐々に大きくすることが好適である。
【００１２】
また、前記オフセット検出回路は、可変抵抗とキャパシタを含む積分回路を含み、前記可変抵抗は、抵抗とスイッチとの直列接続を複数並列接続した回路を含み、前記時定数変更手段は、前記スイッチのオンオフによって時定数を変更することが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、オフセットキャンセルを迅速に行いつつ、低域信号がカットされることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るオフセット補正回路を含む無線受信機の構成を示す図である。
【図２】オフセットキャンセル用のフィードバック系の基本構成を示す図である。
【図３】可変抵抗の構成例を示す図である。
【図４】可変抵抗の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、実施形態に係るオフセット補正回路を含む無線受信機の構成を示す図である。アンテナ１０において受信された受信波は、低雑音アンプ１２を介し、ミキサ１４に供給される。このミキサ１４には、受信波のキャリア周波数と同一の局部発振信号が供給されており、その出力にキャリアが除去されたベースバンドのＺｅｒｏ−ＩＦ信号が得られる。
【００１７】
Ｚｅｒｏ−ＩＦ信号は、ローパスフィルタ１６において、不要な高周波成分が除去されたあと、ＶＧＡ（可変利得アンプ）１８に供給され、ここで所定レベルまで増幅され、増幅された信号がバックエンドブロック２０に入力される。
【００１８】
なお、この例では、低雑音アンプ１２の負入力端はグランドに接続され、この低雑音アンプ１２から、正負両極性の出力信号を得ており、ミキサ１４、ローパスフィルタ１６、ＶＧＡ１８も正負両極性の入出力を有している。低雑音アンプ１２、ＶＧＡ１８は、完全差動アンプである。
【００１９】
バックエンドブロック２０は、ＶＧＡ１８の出力信号について、Ａ／Ｄ変換した後、復調処理などのデータ処理を行う。
【００２０】
ＶＧＡ１８の＋出力は、可変抵抗２２ａを介し、ＶＧＡ１８の−出力は、可変抵抗２２ｂを介し、フィードバックアンプ２４の正負入力端にそれぞれ入力される。また、フィードバックアンプ２４の正負入力端間には、キャパシタ２６が配置されている。
【００２１】
従って、ＶＧＡ１８の正負両出力の直流成分の差（ＤＣオフセット電圧）がキャパシタ２６に充電され、この電圧がフィードバックアンプ２４によって増幅されて出力される。ＶＧＡ１８の負入力端への入力経路には、加算器２８が設けられており、フィードバックアンプ２４の出力がこの加算器２８に供給される。なお、加算器２８は、ＶＧＡ１８の正入力端への入力経路に設けてもよい。また、フィードバックアンプ２４の出力を差動構成とし、ＶＧＡ１８の正負両極への入力経路に加算器２８を設けてもよい。
【００２２】
このような構成によって、フィードバックによるオフセットキャンセルが行われる。すなわち、キャパシタ２６に充電されたＤＣオフセット電圧に応じたＤＣ電圧がＶＧＡ１８の負入力に加算されることで、ＶＧＡ１８の＋出力と−出力の直流成分が同一になるように、ＶＧＡ１８が動作する。従って、ＶＧＡ１８の出力をフィードバックして、ＶＧＡ１８の正負入力の一方にオフセット解消分の電圧を加算することで、オフセットを解消することが可能になる。
【００２３】
なお、この実施形態では、すべて正負の２信号を利用したが、一方をグランドレベルとして、他方に信号成分を乗せるようにしてもよい。
【００２４】
ここで、このオフセット解消のためのフィードバック系は、所定の時定数を有する。すなわち、可変抵抗２２ａ、２２ｂの抵抗値、およびキャパシタ２６の容量値によって、時定数が決定され、これによってフィードバック系の反応が規定される。この時定数が小さければ収束までの時間は小さくなる。しかし、このようなフィードバック系であって、時定数が小さいものを接続しておくと、この系の低域遮断周波数が高くなり、伝達したい低域の信号が減衰してしまう。
【００２５】
図２には、オフセットキャンセル用のフィードバック系の基本構成が示してある。ＶＧＡ１８に対応する増幅器１１８のゲインはＡであり、フィードバックアンプ２４に対応するフィードバックアンプ１２４のゲインはβとする。また、可変抵抗２２ａ，２２ｂに対応する抵抗１２２の抵抗値はＲ、キャパシタ２６に対応するキャパシタ１２６の容量値はＣとする。
【００２６】
このような回路の伝達関数、Ｈ（ｊω）は、
Ｈ（ｊω）＝Ａ｛ｊω＋（１／Ｃ・Ｒ）｝／｛ｊω＋（１＋Ａ・β）／Ｃ・Ｒ）｝
と表される。
【００２７】
このような回路におけるステップ波形の入力に対する応答ｙ（ｔ）は、
ｙ（ｔ）＝Ａ［１／（１＋Ａ・β）＋｛Ａ・β／（１＋Ａ・β）｝ｅｘｐ［−（１＋Ａ・β）ｔ／Ｃ・Ｒ］］
【００２８】
この回路のＤＣゲインＨ（ｊ・０）と、時定数τと、低域遮断周波数ｆLは、
Ｈ（ｊ・０）＝Ａ／（１＋Ａ・β）
τ＝Ｃ・Ｒ／（１＋Ａ・β）
ｆL＝（１＋Ａ・β）／２πＣ・Ｒ
と表される。
【００２９】
このように、Ｃ・Ｒを小さくすると、時定数τが小さくなるが、低域遮断周波数ｆLが大きくなり、低域信号が減衰することがわかる。
【００３０】
ここで、このような回路において、Ａ＝１００倍、β＝１０倍、増幅器１１８の入力換算のオフセット電圧が１０ｍＶであったとする。
【００３１】
オフセットキャンセル用のフィードバック回路がないとすると、１０ｍＶのオフセットが１００倍に増幅され、増幅器１１８の出力におけるＤＣオフセットは１Ｖになる。
【００３２】
一方、図２の回路におけるＤＣゲインＨ（ｊ・０）は、１０ｍＶ×Ａ／（１＋Ａ・β）＝１０ｍＶ×１００／（１＋１００×１０）≒１ｍＶとなる。従って、キャパシタ１２６に１ｍＶ分の電荷が蓄えられることになり、出力のオフセットが約１ｍＶに抑えられる。
【００３３】
ここで、ＶＧＡ１８は、バックエンドブロック２０からの信号によって、そのゲインが切り換えられる。例えば、受信開始時には、受信信号強度に応じて、ゲインが変更される。例えば、交差点に設置されている送信設備から情報を得るような車載装置では、走行に伴い対象となる交差点に設置されている送信設備からの電波を受信する。従って、情報提供を受けるための通信の際に、毎回ＶＧＡ１８のゲインが変更される可能性が大きい。
【００３４】
本実施形態において、バックエンドブロック２０では、受信信号の振幅を検出し、これに応じてＶＧＡ１８のゲインを設定するが、その際に可変抵抗２２ａ、２２ｂの抵抗値を変更する。すなわち、ＶＧＡ１８のゲインを変更した際には、可変抵抗２２ａ、２２ｂの抵抗値を小さくして時定数を小さく設定する。
【００３５】
すなわち、バックエンドブロック２０は、受信信号の状況によって、バックエンドブロック２０に入力されてくる信号の大きさが所定になるようにＶＧＡ１８のゲインを変更するＡＧＣ動作を行う。
【００３６】
このＡＧＣ動作により、ＶＧＡ１８のゲインが変更されるときには、バックエンドブロック２０は、可変抵抗２２ａ，２２ｂの値を小さく変更する。これによって、ＡＧＣ動作によって変更されるＶＧＡ１８出力におけるＤＣオフセットを迅速に解消することができる。そして、ＡＧＣ動作が終了した場合には、可変抵抗２２ａ、２２ｂの抵抗値を徐々に大きく変化させて、最終的には無限大（例えば、スイッチオフ）とする。これによって、キャパシタ２６に蓄えられて電圧が固定され、その時の状態が保持される。このため、フィードバック系が存在することによる、信号の低域信号カットの問題が解消される。
【００３７】
ここで、可変抵抗２２ａ，２２ｂは、ＡＧＣ動作によって、ＶＧＡ１８のゲインが変更された時点で、抵抗値を小さくし、この時の時定数に応じてオフセットキャンセルの動作が終了したタイミングで、徐々に大きくし、無限大にする。
【００３８】
これは、可変抵抗２２ａ，２２ｂをスイッチで切り離すと、その時の抵抗値の急激な変化によって、オフセット値が生じてしまう場合があるからである。
【００３９】
なお、ＡＧＣ動作時には、時定数を小さくして、オフセットの収束に数μｓｅｃ以下、例えば１μｓｅｃ程度となるように可変抵抗２２ａ，２２ｂの抵抗値を設定することが好ましい。そして、収束した時点で、可変抵抗２２ａ，２２ｂの抵抗値を１−２μｓｅｃ程度で無限大まで変化させるとよい。
【００４０】
図３には、可変抵抗２２ａ，２２ｂの構成例が示してある。この例では、可変抵抗２２ａ，２２ｂのそれぞれを、抵抗およびスイッチの直列接続を複数（この例では、４つ）並列接続してもので構成している。従って、スイッチを４つともオンすることで、４つの抵抗が並列接続され、抵抗値が最も小さくなる。そして、スイッチを全てオフすることで、抵抗値が無限大になる。
【００４１】
例えば、ＡＧＣによりＶＧＡ１８のゲインが変更されるときにスイッチを全てオンとし、オフセットキャンセルの動作が終了したタイミングで、スイッチを１つずつ順にオフしていく。これによって、可変抵抗２２ａ，２２ｂの抵抗値を徐々に大きくして、最後にフィードバック系を切り離すことができる。なお、スイッチのオンオフは、可変抵抗２２ａ，２２ｂで同じタイミングで同様に行う。
【００４２】
図４には、可変抵抗２２ａ，２２ｂをトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）で構成した例が示してある。すなわち、この例では、可変抵抗２２ａ，２２ｂのそれぞれを、１つずつのＭＯＳＦＥＴで構成している。従って、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御することで、抵抗値を所定の値から徐々にオフすることができる。なお、ＭＯＳＦＥＴは、ｎチャネルでも、ｐチャネルでもよい。
【００４３】
このように、本実施形態では、ＡＧＣ動作によるＶＧＡ１８のゲイン変更時において、時定数の小さな回路でオフセットを検出して、オフセットキャンセルを行うことができる。従って、迅速なオフセットキャンセルができ、車載無線通信装置においても、十分なデータ受信ができる。また、動作終了後はフィードバック経路を切り離すため、低域周波数信号がカットされることがない。さらに、時定数を徐々に変化させることで、最終的に残るオフセットを小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  アンテナ、１２  低雑音アンプ、１４  ミキサ、１６  ローパスフィルタ、１８  ＶＧＡ、２０  バックエンドブロック、２２ａ，２２ｂ  可変抵抗、２４  フィードバックアンプ、２６  キャパシタ、２８  加算器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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