(57)【要約】【課題】  サンプリング周波数を低減するとともに、サンプリング周期に同期した間欠動作により低電力化を実現する。【解決手段】  受信信号を増幅する低雑音増幅回路と、低雑音増幅回路の出力信号を中間周波数信号に変換するミキサ回路と、中間周波数信号をサンプリングし、後段の信号処理回路に出力するサンプリング回路と、各回路と電源との接続をオンオフする電源スイッチと、サンプリング回路のサンプリング周波数が無線システムにおける全てのチャネル帯域を合わせた無線システム帯域の２倍以上であり、当該サンプリング周波数に同期して電源スイッチをオンとし、各回路を間欠動作させるスイッチ制御回路とを備え、サンプリング回路のサンプリングタイミングは低雑音増幅回路およびミキサ回路の立ち上がり遅延時間に応じて決定される構成である。【選択図】        図１
2009232198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号を増幅する低雑音増幅回路と、
前記低雑音増幅回路の出力信号を中間周波数信号に変換するミキサ回路と、
前記中間周波数信号をサンプリングし、後段の信号処理回路に出力するサンプリング回路と、
前記各回路と電源との接続をオンオフする電源スイッチと、
前記サンプリング回路のサンプリング周波数が無線システムにおける全てのチャネル帯域を合わせた無線システム帯域の２倍以上であり、当該サンプリング周波数に同期して前記電源スイッチをオンとし、前記各回路を間欠動作させるスイッチ制御回路と
を備え、前記サンプリング回路のサンプリングタイミングは前記低雑音増幅回路および前記ミキサ回路の立ち上がり遅延時間に応じて決定される構成である
ことを特徴とする無線受信機フロントエンド回路。
【請求項２】
請求項１に記載の無線受信機フロントエンド回路において、
前記ミキサ回路と前記サンプリング回路との間にフィルタ回路を備え、前記サンプリング回路のサンプリング周波数が前記フィルタ回路のフィルタ通過帯域と前記無線システム帯域の狭い方の２倍以上に設定される構成である
ことを特徴とする無線受信機フロントエンド回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の無線受信機フロントエンド回路において、
前記ミキサ回路の出力における希望信号の中間周波数を前記チャネル帯域の１／２よりも大きい値に設定し、当該希望信号が直流の周波数成分を含まない構成である
ことを特徴とする無線受信機フロントエンド回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプリング回路のサンプリング周期に同期して間欠動作する無線受信機フロントエンド回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタス情報社会の実現に向けて、センサを備えた多数の情報送受信端末により構成されるセンサネットワークの研究開発が進んでいる。これらの情報送受信端末は極めて低電力で動作することが求められており、その課題の一つに無線受信機フロントエンド回路の低電力化がある。また、無線受信機フロントエンド回路は、微弱な無線信号を復調するため、低電力性能とともに低ノイズ性能が求められている。
【０００３】
図５は、従来の無線受信機フロントエンド回路の構成例を示す（非特許文献１）。
図において、受信信号は低雑音増幅回路（ＬＮＡ）５１で増幅され、その出力信号がサンプリング回路５２でサンプリングされ、後段の信号処理回路５３へ出力される。電源５４は各回路に電力を供給するが、サンプリング回路５２および後段の信号処理回路５３は電源スイッチ５５を介して電源５４に接続され、スイッチ制御回路５６の制御により電源スイッチ５５をオンオフして間欠動作させることにより低電力化を図っている。
【非特許文献１】H.Ishizaki, et.al.,"A 2.4GHz ISM-band digital CMOS wireless transceiver with an intra-symbol adaptively intermittent Rx", Digest of Technical Papers, 2007 Symposium on VLSI circuits (2007), pp.84-85
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５に示す従来の間欠動作構成では、消費電力が最も大きいＬＮＡ５１は常時動作している。また、ＬＮＡ５１の出力信号をサンプリングするため、ＬＮＡ５１の出力信号に含まれる広帯域な不要信号を後段のサンプリングフィルタで除去する必要がある。このため、サンプリング周波数も無線システム帯域の２倍以上に大きくしなければならない。また、サンプリング周波数が大きいため、後段のディジタル回路の消費電力も大きい。以上により、サンプリング回路５２や後段の信号処理回路５３を間欠動作させても、無線受信機フロントエンド回路の全体の消費電力を十分に小さくすることは困難であった。
【０００５】
本発明は、サンプリング周波数を低減するとともに、サンプリング周期に同期した間欠動作により低電力化を実現する無線受信機フロントエンド回路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】
【０００６】
本発明は、受信信号を増幅する低雑音増幅回路と、低雑音増幅回路の出力信号を中間周波数信号に変換するミキサ回路と、中間周波数信号をサンプリングし、後段の信号処理回路に出力するサンプリング回路と、各回路と電源との接続をオンオフする電源スイッチと、サンプリング回路のサンプリング周波数が無線システムにおける全てのチャネル帯域を合わせた無線システム帯域の２倍以上であり、当該サンプリング周波数に同期して電源スイッチをオンとし、各回路を間欠動作させるスイッチ制御回路とを備え、サンプリング回路のサンプリングタイミングは低雑音増幅回路およびミキサ回路の立ち上がり遅延時間に応じて決定される構成である。
【０００７】
本発明の無線受信機フロントエンド回路は、さらにミキサ回路とサンプリング回路との間にフィルタ回路を備え、サンプリング回路のサンプリング周波数がフィルタ回路のフィルタ通過帯域と無線システム帯域の狭い方の２倍以上に設定される構成である。
【０００８】
また、本発明の無線受信機フロントエンド回路は、ミキサ回路の出力における希望信号の中間周波数をチャネル帯域の１／２よりも大きい値に設定し、当該希望信号が直流の周波数成分を含まない構成である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の無線受信機フロントエンド回路は、低雑音増幅回路およびミキサ回路を間欠動作させ、ミキサ回路から出力される中間周波数信号をサンプリングすることにより、低雑音増幅回路およびミキサ回路の消費電力を低減するとともに、サンプリング周波数の大幅な低減によってサンプリング回路および後段の信号処理回路の消費電力を大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の無線受信機フロントエンド回路の第１の実施形態を示す。
図において、本実施形態の無線受信機フロントエンド回路は、低雑音増幅回路（ＬＮＡ）１１、ミキサ回路１２、低域通過フィルタ回路（ＬＰＦ）１３、サンプリング回路１４、後段の信号処理回路１５の順に接続し、各回路はスイッチ制御回路１６によりオンオフ制御される電源スイッチ１７を介して電源１８に接続され、電源スイッチ１７がオンのときに電力の供給を受けて動作する。
【００１１】
各回路の間欠動作周期は、サンプリング回路１４のサンプリング周期に同期させる。スイッチ制御回路１６は、各回路がオフからオンになるときの立ち上がり遅延時間と入出力信号間の信号遅延時間に基づき、各回路がそれぞれ適当なタイミングでオンオフするように電源スイッチ１７を制御する。なお、サンプリング回路１４のサンプリングタイミングは、ＬＮＡ１１の動作開始から定常状態になるまでの立ち上がり遅延時間と、ミキサ回路１２の立ち上がり遅延時間を勘案して決定され、ＬＮＡ１１とミキサ回路１２の立ち上がり遅延時間が短ければ、サンプリングのタイミング余裕が大きくなるので、これらの立ち上がり遅延時間を短くすることが重要となる。また、一部の回路または全部の回路を１つの電源スイッチで間欠動作させることも可能である。しかし、その場合には立ち上がり遅延時間の大きい回路に合わせて電源スイッチを制御することになり、各回路を個別に制御する場合よりも電力削減効果は小さくなる。
【００１２】
本実施形態の無線受信機フロントエンド回路において、ＬＮＡ１１に入力する受信信号はＲＦ帯で数百ＭHz〜数ＧHzを想定している。従来構成のように、ＬＮＡ１１の出力信号をサンプリング処理する場合には、ＲＦ帯でのサンプリングになって消費電力が大幅に増大する。そこで、本実施形態では、ＬＮＡ１１の出力信号をミキサ回路１２で中間周波数（ＩＦ）信号にダウンコンバージョンし、その後にサンプリング処理する。この場合のサンプリング周波数は、無線システム帯域の２倍以上が必要になる。ここで、無線システム帯域とは、無線システムにおける全てのチャネル帯域を合わせた帯域である。例えば、典型的なセンサネットワークの無線システム帯域は 200ｋHz〜１ＭHz程度であるので、 400ｋHz〜２ＭHz以上の周波数でサンプリング処理すればよい。
【００１３】
また、ミキサ回路１２から出力されるＩＦ信号をＬＰＦ１３でフィルタリングし、希望信号と周波数が大きく異なる不要信号を除去し、信号帯域を狭くする。その後にサンプリング処理する構成では、信号帯域が狭いためサンプリング周波数を大幅に低減することができるので、サンプリング後の信号処理回路の消費電力を大幅に低減することができる。この場合のサンプリング周波数は、フィルタ通過帯域の２倍以上であればよい。例えば、ＩＦ信号の周波数を10ｋHzとし、フィルタ通過帯域を 100ｋHzとすればサンプリング周波数は 200ｋHz以上であればよい。
【００１４】
図２は、本発明の無線受信機フロントエンド回路の間欠動作例を示す。
チャネル帯域は10ｋHz、ＬＰＦ１３として簡単な１次のＲＣフィルタで構成した場合にフィルタ通過帯域は 200ｋHz、サンプリング周波数はフィルタ通過帯域の２倍より大きい 500ｋHzを想定している。ＬＮＡ１１とミキサ回路１２も 500ｋHzのサンプリング周波数に合わせて、２μ秒ごとに 200ｎ秒間ずつ回路を間欠動作させる。このため、動作時の間欠比率は10であり、通常動作の１／10に消費電力が削減される。
【００１５】
ここで、ＬＮＡ１１の立ち上がり遅延時間は数十ｎ秒、ミキサ回路１２の立ち上がり遅延時間は 100ｎ秒程度であるので、 200ｎ秒の間にＩＦ信号が高精度に再生され、 500ｋHzのサンプリングで10ｋHzのＩＦ信号を高精度に取り込むことができる。本例では、ミキサ出力のＩＦ信号は回路動作停止時（オフ時）に、動作終了直前の値に保持されているが、ミキサ回路１２の立ち上がり遅延時間が小さい場合には必ずしも保持する必要はない。
【００１６】
また、本実施形態では、サンプリング周波数と間欠周波数が等しい。このため、サンプリング後に直流成分ノイズが発生する。しかし、ＩＦ内の希望信号が直流成分を含まない（希望信号のＩＦがチャネル帯域の１／２よりも大きい）ため、後段のフィルタ処理でその直流成分ノイズを取り除くことが可能である。
【００１７】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の無線受信機フロントエンド回路の第２の実施形態を示す。
本実施形態は、図１に示す第１の実施形態の構成から低域通過フィルタ回路（ＬＰＦ）１３を省いたものである。本実施形態のサンプリング周波数は、無線システム帯域の２倍以上の周波数であればよい。例えば、無線システム帯域が 500ｋHzであれば、サンプリング周波数は１ＭHz以上であればよい。
【００１８】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の無線受信機フロントエンド回路の第３の実施形態を示す。
本実施形態は、図１に示す第１の実施形態の構成における低域通過フィルタ回路（ＬＰＦ）１３に代えて、信号線と接地間に容量１９を接続する。ここでは、ミキサ回路１２の出力インピーダンスと容量１９が低域通過フィルタの機能を果たす構成になる。このパッシブ型の低域通過フィルタ構成では、フィルタ通過帯域が無線システム帯域とほぼ等しい、またはフィルタ通過帯域が無線システム帯域よりも広くなることがある。その場合のサンプリング周波数は、フィルタ通過帯域と無線システム帯域の狭い方の２倍以上の周波数であればよい。例えば、フィルタ通過帯域が２ＭHzで無線システム帯域が 500ｋHzであれば、サンプリング周波数は１ＭHz以上であればよい。一方、フィルタ通過帯域が 200ｋHzで無線システム帯域が 500ｋHzであれば、サンプリング周波数は 400ｋHz以上であればよい。
【００１９】
ところで、従来の回路構成では、本実施形態のミキサ回路１２の代わりに高速サンプリング回路が必要であり、従来の回路構成と本実施形態の回路を常時動作させる場合、両者の消費電力はほぼ等しい。例えば、定常動作の場合の動作電流は次のような値となる。従来の回路構成では、ＬＮＡ回路５ｍＡ、高速サンプリング回路１ｍＡで合計６ｍＡになる。本実施形態の回路を常時動作させる構成では、ＬＮＡ回路５ｍＡ、ミキサ回路１ｍＡ、パッシブフィルタ０ｍＡ、サンプリング回路 0.1ｍＡで合計 6.1ｍＡになる。
【００２０】
これに対して、本実施形態の回路を10％の間欠動作させれば、動作電流は、ＬＮＡ回路 0.5ｍＡ、ミキサ回路 0.1ｍＡ、パッシブフィルタ０ｍＡ、サンプリング回路 0.1ｍＡで合計 0.7ｍＡになり、大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の無線受信機フロントエンド回路の第１の実施形態を示す図。
【図２】本発明の無線受信機フロントエンド回路の間欠動作例を示すタイムチャート。
【図３】本発明の無線受信機フロントエンド回路の第２の実施形態を示す図。
【図４】本発明の無線受信機フロントエンド回路の第３の実施形態を示す図。
【図５】従来の無線受信機フロントエンド回路の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１１  低雑音増幅回路（ＬＮＡ）
１２  ミキサ回路
１３  低域通過フィルタ回路（ＬＰＦ）
１４  サンプリング回路
１５  後段の信号処理回路
１６  スイッチ制御回路
１７  電源スイッチ
１８  電源
１９  容量
【図１】
2009232198.tif 000003
【図２】
2009232198.tif 000004
【図３】
2009232198.tif 000005
【図４】
2009232198.tif 000006
【図５】
2009232198.tif 000007