(57)【要約】【課題】  可変減衰器がもつ非線形特性の影響を抑えて応答速度に優れるレベル制御回路を提供する。【解決手段】    入力された被制御信号を減衰させる可変減衰器と、前記可変減衰器の制御信号レベルをモニタする第１のモニタ手段と、前記可変減衰器で減衰された信号のレベルを検出するレベル検出器と、前記レベル検出器出力をモニタする第２のモニタ手段とを備え、被制御信号のレベルを制御するレベル制御回路において、前記第１のモニタ手段と前記第２のモニタ手段の出力が入力され、これらの値に基づいてフィードバックループゲインを所望の値に設定するフィードバック処理部を備える。  【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された被制御信号を減衰させる可変減衰器と、前記可変減衰器の制御信号レベルをモニタする第１のモニタ手段と、前記可変減衰器で減衰された信号のレベルを検出するレベル検出器と、前記レベル検出器の出力をモニタする第２のモニタ手段とを備え、被制御信号のレベルを制御するレベル制御回路において、
前記第１のモニタ手段と前記第２のモニタ手段の出力値に基づいてフィードバックループゲインを所望の値に設定するフィードバック処理部を備えたことを特徴とするレベル制御回路。
【請求項２】
前記フィードバック処理部は、
前記第１のモニタ手段の出力と出力電力を所定の値に設定する出力レベル設定信号の設定値を比較する比較器と、
前記第１のモニタ手段の出力と出力電力を所定の値に設定する出力レベル設定信号の設定値からループゲインとなる演算結果を算出するＣＰＵと、
前記ＣＰＵの演算結果と前記比較器から出力されたレベルを乗算する乗算器を備え、
この乗算器の出力を前記可変減衰器に帰還することを特徴とする請求項１記載のレベル制御回路。
【請求項３】
前記ＣＰＵは、前記可変減衰器の減衰量が前記可変減衰器の動作域全体で同一となるようにループゲインを演算することを特徴とする請求項２記載のレベル制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号発生器のレベル制御回路に関し、特に、可変減衰器が有する非線形特性の影響を抑えて応答速度に優れるレベル制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は、携帯電話機を始めとする移動体通信機が急速に普及している。このような移動体通信機は高周波信号を用いて信号のやりとりが行われるが、実際の使用にはこの信号の電力を調整するために可変減衰器（アッテネータ）が必要となる。また、この可変減衰器は通常ＰＩＮダイオードを用いて構成されるが、制御信号対減衰比特性に大きな非線形（対数）が存在することが問題となる。このようなレベル制御回路の先行技術文献としては、下記のような特許文献が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２０３５４７号公報
【０００４】
以下、従来のレベル制御回路について図７を参照して説明する。ＤＡＣ１はデジタル信号をアナログ信号に変換して出力するが、デジタル値として入力される値は図示しないテーブルに設定された値が用いられる。なお、このテーブルのうち使用される数値は図示しない制御部の命令に基づいて定められる。加算器２はＤＡＣ１の出力と後述する検出器６の出力を比較する回路であり、検出器６の出力はＤＡＣ１の出力と一致するように働く。
【０００５】
アクティブフィルタ３は、加算器２とＤＡＣ１との関係では、例えば図８の回路のように形成される。この回路によれば、図８のコンデンサ３１がＤＡＣで設定された電圧をチャージすると共に、加算器２から出力された信号のノイズ成分をカットすることにより、アクティブフィルタとしての機能を果たす。
【０００６】
ここで再び図７に戻り説明する。可変減衰器４は、アクティブフィルタ３の出力電圧に基づいてパワーの減衰量が決定され、ＲＦ信号を減衰させる。すなわち、アクティブフィルタ３の出力電圧が可変減衰器４の制御電圧となり減衰量を連続的に可変する。パワーディバイダ５は可変減衰器４から入力された信号を２分岐するが、この分岐された信号のうち一方の信号はＲＦ信号として使用され、他方の信号は検出器６に入力されてレベル制御に使用される。
【０００７】
検出器６は、電力検出器である。この検出器６は、図９の特性を示し、例えば、パワーディバイダ５から出力されるＲＦ信号（出力）のレベルが−１５ｄＢｍとすると、検出器６から出力される電圧は１．４Ｖとなる。
【０００８】
このようにして、図７の加算器２には１．４Ｖの電圧が入力されるが、この１．４Ｖの電圧はＤＡＣ１の出力電圧と比較され、ＤＡＣ１の出力よりも大きい場合には可変減衰器４の減衰量は大きくなり、ＤＡＣ１の出力よりも小さい場合には可変減衰器４の減衰量は小さくなり、最終的にＤＡＣ１の出力と一致するように動作する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来のレベル制御回路には次の問題がある。すなわち、可変減衰器４はPINダイオードで形成されているため、制御信号対減衰比特性は対数になり大きな非線形特性を示す。図１０はこのようなPINダイオードで構成された可変減衰器の特性の一例である。
【００１０】
減衰量が大きい範囲（例えば制御電圧が０Ｖから０．５Ｖの範囲）では、単位制御電圧あたりの減衰比の可変幅が大きくなる。従って、減衰量−５dB付近と−３０dB付近の感度を比較すると約５００倍の感度差が生ずる。
【００１１】
また、この感度差はレベル制御回路の応答速度にそのまま影響し、低感度の減衰量設定時ではレベル設定の応答が遅くなり、高感度の減衰量設定時では感度が大きすぎるために閉ループによる発振が起こってしまう危険性がある。
【００１２】
さらに、このような非線形特性を補正するため、別途ダイオードやトランジスタ等を組み合わせて非線形特性を補正する回路を追加することも考えられるが、回路規模がその分大きくなるというデメリットもある。
【００１３】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、可変減衰器がもつ非線形特性の影響を抑えて応答速度に優れるレベル制御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】
【００１４】
このような問題を解決するため、請求項１記載の発明は、
入力された被制御信号を減衰させる可変減衰器と、前記可変減衰器の制御信号レベルをモニタする第１のモニタ手段と、前記可変減衰器で減衰された信号のレベルを検出するレベル検出器と、前記レベル検出器の出力をモニタする第２のモニタ手段とを備え、被制御信号のレベルを制御するレベル制御回路において、
前記第１のモニタ手段と前記第２のモニタ手段の出力値に基づいてフィードバックループゲインを所望の値に設定するフィードバック処理部を備える。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のレベル制御回路において、
前記フィードバック処理部は、
前記第１のモニタ手段の出力と出力電力を所定の値に設定する出力レベル設定信号の設定値を比較する比較器と、
前記第１のモニタ手段の出力と出力電力を所定の値に設定する出力レベル設定信号の設定値からループゲインとなる演算結果を算出するＣＰＵと、
前記ＣＰＵの演算結果と前記比較器から出力されたレベルを乗算する乗算器を備え、
この乗算器の出力を前記可変減衰器に帰還する。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のレベル制御回路において、
前記ＣＰＵは、前記可変減衰器の減衰量が前記可変減衰器の動作域全体で同一となるようにループゲインを演算する。
【発明の効果】
【００１７】
このように、可変減衰器の制御特性から単位制御電圧当たりの減衰比を補正するので、可変減衰器の制御に使用する電圧がどのレベルであっても応答速度に優れたレベル制御回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のレベル制御回路の構成例について図１を参照して説明する。ＤＡＣ１０はデジタル信号をアナログ信号に変換して出力するが、デジタル値として入力される数値は図示しない電圧対出力電力に関するテーブルに設定された数値が用いられる。なお、このテーブルのうち使用される数値は後述するＣＰＵ８７の命令に基づいて定められる。アクティブフィルタ２０は、積分回路で形成されＤＡＣ１０から出力された信号のノイズ成分をカットする。
【００１９】
可変減衰器３０は、アクティブフィルタ２０の出力電圧に基づいてパワーの減衰量が決定され、ＲＦ信号を減衰する。すなわち、アクティブフィルタ２０の出力電圧が可変減衰器３０の制御電圧となり減衰量を連続的に可変する。なお、このＲＦ信号は、主として携帯電話等の移動体通信のために使用される高周波信号を想定しているが、必ずしもこれに限られるものではなく、その他の電気信号でも差し支えない。
【００２０】
パワーディバイダ４０は可変減衰器３０から入力された信号を２分岐するが、この分岐された信号のうち一方（ＲＦ信号（出力））は図示しない回路の高周波信号として使用され、他方の信号は検出器５０に入力されてレベル制御に使用される。なお、パワーディバイダ４０の分岐の比率を、例えばＲＦ信号に９割、検出器５０に出力される信号を１割と設定しておくことにより、ＲＦ信号に使用される信号のレベルが分かる。つまり、この場合ではレベル制御に使用される信号（つまり検出器５０に入力された信号）の９倍の信号がＲＦ信号に出力されることになる。
【００２１】
検出器５０は、電力検出器である。この検出器５０は、従来の技術と同様に図９の特性を示し、例えば、パワーディバイダ４０から出力されるＲＦ信号（出力）のレベルが−１５ｄＢｍとすると、検出器５０から出力される電圧は１．４Ｖとなる。
【００２２】
ＡＤＣ６０はアクティブフィルタ２０の出力電圧、すなわち可変減衰器３０の制御電圧をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ７０は検出器５０の出力電圧をデジタル信号に変換する。従って、例えば検出器５０から上述のような１．４Ｖの電圧が出力されると、この電圧に対応したデジタル値に変換して出力することになる。フィードバック処理部８０Ａの構成例は図２のように表される。
【００２３】
図２のフィードバック処理部８０Ａの構成例を説明する。ＡＤＣレジスタ８１はＡＤＣ６０から出力されたデジタル値を格納する。比較器８２は図７の加算器２に相当するものであり、ＡＤＣレジスタ８１の出力と後述する出力レベル設定レジスタ８６の出力を比較する。補正回路８３は乗算器８３Ａとループゲイン設定レジスタ８３Ｂとで構成される。
【００２４】
乗算器８３Ａは、比較器８２の出力にループゲイン設定レジスタ８３Ｂに設定された値を乗算するものである。例えば、図３に示す基準としたいＶａ１の傾きがｙ＝５ｘで、減衰比を補正したいＶａ２の傾きがｙ＝ｘとすると、ループゲイン設定レジスタ８３Ｂには「５」が設定され、乗算器８３Ａは比較器８２の出力に「５」を乗算することになる。ＤＡＣレジスタ８４は乗算器８３Ａから出力された値を格納する。
【００２５】
ＡＤＣレジスタ８５はＡＤＣ７０の出力を格納する。出力レベル設定レジスタ８６は、後述するＣＰＵ８７から入力されたレベルを格納し、この電圧レベルを比較器８２に出力する。ＣＰＵ８７はＡＤＣレジスタ８１、８５に格納された値を読み出して補正値を求めると共に、この補正値を補正回路８３に出力する。また、ＣＰＵ８７は、ＡＤＣ６０とＡＤＣレジスタ８１と共に第１のモニタ手段を構成し、ＡＤＣ７０とＡＤＣレジスタ８５と共に第２のモニタ手段を構成する。
【００２６】
次に、図１、及び図２の動作を説明する。まず、レベル制御回路の初期状態を知るために可変減衰器３０の制御電圧Va1を、ＡＤＣ６０を介して取り込んで、可変減衰器３０の制御電圧対減衰量のテーブルから、現在の可変減衰器３０の減衰量F(Va1)を把握する。
【００２７】
同様に、検出器５０の出力電圧Vp1を、ＡＤＣ７０を介して取り込む。上述のように、パワーディバイダの分岐の比率を、例えばＲＦ信号に９割、検出器５０に出力される信号に１割と設定しておくことにより、ＲＦ信号の出力電力（ＲＦ信号（出力））の値を求めることができるので、その時の出力電力Pout1を確認する。
【００２８】
図２を参照して具体的に説明すると、ＡＤＣ７０を介してＡＤ変換された電圧Vp1は、ＡＤＣレジスタ８５に格納される。また、同様にＡＤＣ６０を介してＡＤ変換された電圧Va1もＡＤＣレジスタ８１に格納される。そして、これらのレジスタに格納された電圧値はＣＰＵ８７に転送される。
【００２９】
ＣＰＵ８７は、上述した可変減衰器３０の制御電圧対減衰量のテーブルからVa1の時の減衰量F(Va1)を求める。また、Vp1の時のPout1は図４のグラフから求めることができる。この様子を図で表すとそれぞれ図３の符号１０１と図４の符合２０１のようになる。
【００３０】
次に、ＣＰＵ８７は、出力レベル設定信号が入力されて出力電力をPout2にする旨の制御信号を受信する。また、Pout2とVp2の関係は図４のグラフから求めることができる（符号２０２）。そして、ＣＰＵ８７は、この電圧値を、ＡＤＣ７０を介してＡＤＣレジスタ８５に格納する。
【００３１】
また、Pout1とPout2の関係から設定されるべきF(Va2)も求めることができる。つまり、図４のグラフは既知であり、Pout2も明らかなので、図４の特性からまずVp2が求まる（符号２０２）。また、Vp2が求まれば、出力レベル設定信号がＣＰＵ８７に入力され、出力レベル設定レジスタ８６に出力する電圧値もＣＰＵ８７で決定されるので、減衰器３０がVa2になるように制御される。その結果、減衰器３０の制御信号の電圧値（すなわちVa2）とその時の減衰比F(Va2)も求めることができる。
【００３２】
ここで、制御電圧に拘らず、可変減衰器３０の応答速度が減衰比F(Va1)における応答速度と常に同じ値を得るためには、可変減衰器３０の感度を補正する必要がある。なお、常に減衰比F(Va1)における応答速度と同じ値としたいのは、この付近は応答速度に優れ、閉ループの安定性もあるからである。ただし、設計上は使用する部品との関係で応答速度と閉ループの安定性を両立できる値を使用するべきであり、個別具体的に実験を通じて決定する必要がある。
【００３３】
以下、補正値Ｋｖの算出方法を説明する。まず、可変減衰器３０の制御電圧対減衰量特性をＦ（Ｖａ）とする（ただし、添え字の「ａ」は求めるべき制御電圧によりＶａ１、Ｖａ２となる。）と、Ｖａ１の設定時及びＶａ２の設定時の単位制御電圧当たりの可変量は、次のように表すことができる。
【００３４】
【数１】
2009049497.tif 000003
【００３５】
【数２】
2009049497.tif 000004
【００３６】
なお、数１は図３の符号１０１の傾きを微分により表しているものであり、数２は符号１０２の補正前の傾き（つまり、符号１０２の傾き具合が低い方の点線を意味する。）を微分により表しているものである。
【００３７】
従って、補正後の制御電圧対減衰量特性はF'（Va1）の傾きをもった、以下のような線形特性が要求されることになる。
【００３８】
【数３】
2009049497.tif 000005
【００３９】
ここで、数３よりF（Va2）の減衰量を得る時のVaがVa=Va2'であるとすると数３は次のようになる。
【００４０】
【数４】
2009049497.tif 000006
【００４１】
また、数２より、F'（va2）は図３の符号１０２の傾き（つまり、符号１０２の傾き具合が低い方の点線を意味する。）なので、数４で求めたF(Va2)は次のようにも表わすことができる。
【００４２】
【数５】
2009049497.tif 000007
【００４３】
数４、数５より以下のようにVa2’を表すことができる。
【００４４】
【数６】
2009049497.tif 000008
【００４５】
従って、補正値Ｋｖは次のようになり、補正回路８３のループゲイン設定レジスタ８３Ｂに設定される。
【００４６】
【数７】
2009049497.tif 000009
【００４７】
以上のように、比較器８２から出力されるVp1とVp2の差分が乗算器８３ＡでＫｖ倍に補正されて出力されることになり、この出力がＤＡＣレジスタ８４に格納され、ＤＡＣ１０に出力される。なお、実際の回路では、ＡＤコンバータやＤＡコンバータの分解能やクロックにレベル制御回路の応答特性が依存するので、これらの性能をも考慮して補正値を決定することが望ましい。
【００４８】
このように、可変減衰器３０の非線形特性をデジタル処理によって補正することで図３の符号１０３で表すような応答特性が得られる。すなわち、このように応答特性を補正することにより、可変減衰器３０が持つ感度差を縮小することができ、全可変領域での自動レベル制御の応答性が向上する。また、比較器、乗算器をフィードバック処理部に組み込むことで回路規模の縮小化を図ることができる。
【００４９】
次に、本発明の応用例について図５及び図６を用いて説明する。ただし、図１又は図２で説明した構成については同じ符号を付して説明を省略する。検出器９１は検出器５０と同等の電力検出器であり、例えば図９のような特性を示すテーブルを持つ。ＡＤＣ９２はＡＤＣ７０と同様に、検出器９１の出力電圧をデジタル信号に変換して出力する。
【００５０】
つづいて、図６を参照してフィードバック処理部８０Ｂの構成を説明する。フィードバック処理部８０Ａと異なる点は、ＡＤＣレジスタ８８がＡＤＣ９２から出力されたデジタル値を格納する点のみであり、他の構成は図２と同様である。
【００５１】
次に、図５の動作を説明する。レベル制御回路の初期状態を知るために、検出器９１により可変減衰器３０に入力される信号レベルをモニタし、その出力電圧を、ＡＤＣ９２を介して取り込む。また、同様に検出器５０により可変減衰器３０から出力される信号レベルをモニタし、その出力電圧を、ＡＤＣ７０を介して取り込むので、ＡＤＣ７０とＡＤＣ９２で取り込む電圧の関係から初期状態の可変減衰器３０の減衰量を把握することができる。
【００５２】
図６の動作を説明する。フィードバック処理部８０Ａと同様に、ＡＤＣ７０、９２を介してＡＤ変換された電圧はそれぞれＡＤＣレジスタ８１、８８に格納され、これらのレジスタに格納された電圧値はＣＰＵ８７に転送される。その後は、フィードバック処理部８０Ａと同様の手順で、設定したい可変減衰器３０の減衰量に応じて補正値Ｋｖが算出される。
【００５３】
このように、可変減衰器３０の入出力の信号レベルを直接モニタすることで現在の減衰量を簡単に把握することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明によるレベル制御回路の構成例である。
【図２】本発明によるフィードバック処理部８０Ａの構成例である。
【図３】減衰器３０の制御電圧対減衰比の特性を表したグラフである。
【図４】検出器５０の入力電力対出力電圧の特性を表したグラフである。
【図５】本発明の応用例の構成図である。
【図６】本発明の応用例のフィードバック制御部８０Ｂの構成例である。
【図７】従来技術によるレベル制御回路の構成例である。
【図８】アクティブフィルタ３の構成例である。
【図９】ＰＩＮダイオードで構成された減衰器の特性を表したグラフである。
【図１０】PINダイオードで構成された可変減衰器の特性の一例である。
【符号の説明】
【００５５】
１０                ＤＡＣ
２０                アクティブフィルタ
３０                可変減衰器
４０                パワーディバイダ
５０                検出器
６０、７０          ＡＤＣ
８０Ａ、８０Ｂ      フィードバック処理部
８１、８５          ＡＤＣレジスタ
８２                比較器
８３                補正回路
８３Ａ              乗算器
８３Ｂ              ループゲイン設定レジスタ
８４                ＤＡＣレジスタ
８６                出力レベル設定レジスタ
８７                ＣＰＵ
【図１】
2009049497.tif 000010
【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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【図８】
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【図９】
2009049497.tif 000018
【図１０】
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