JPH0648222U - 無線周波受信機用トランジスタ化増幅兼混合入力段 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無線周波受信機用増幅兼混合入力段のダイナ
ミックレンジの拡大をはかる。 【構成】 無線周波信号発生器(RF)の出力に接続し、増
幅器の利得を自動的に調整する受信機回路(AGC) に接続
する差動増幅器（T1−T4) と、その差動増幅器の差動出
力端子に接続する第１の入力と、発振器(OS)に接続する
第２の入力と、これが出力を形成する出力とを有する混
合回路（T5−T11)とを具えた無線周波受信機用増幅兼混
合入力段において、前記混合器（T5−T11)と前記信号発
生器(RF)の出力との間に減衰器（T12, T13, R7−R10)を
具え、入力段の利得のダイナミックレンジを拡大するよ
う、当該減衰器があらかじめ設定された減衰係数を有す
るよう構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

この発明は無線周波受信機、特にかかる受信機用集積回路構成に適用されるト ランジスタ化された増幅兼混合入力段に関するものである。

【０００２】

【背景技術】

受信機入力段のダイナミックレンジ、すなわち感知されうる歪を含まず受信さ れる入力信号の最大および最小レベル差は、この段の感度によって下限が、この 段の伝送特性の直線性からの偏倚によって上限が制限される。

【０００３】 入力ダイナミックレンジの上限を拡大するために、簡単な方法で、入力段回路 を設計し直したり修正したりする種々の既知の手段があり、特に1981年９月16日 本願人により出願されたイタリア特許出願第23984A／81号（特願昭57-156886 号 に相当) に記述されている手段は、以下に先行例として引用される。これらの手 段は、前述の目的を十分には満足しておらず、入力段が非直線的に働いたりその 利得が不連続になったりする過渡期を生じさせる不便さがあり、その結果信号の 歪とか出力レベルの減少が発生する。また印加電圧が２Ｖ以下の時は回路は効率 的に動作しない。

【０００４】 本考案の目的は、広いダイナミックレンジを持ち、入力信号の全領域で利得が 直線性を有し不連続がなく、非常に簡単な回路で先行技術で要求されるよりも低 い印加電圧で効率的に動作する無線周波受信機用入力段を構成するにある。

【０００５】

【考案の開示】

この目的を達成するために、本考案無線周波受信機用トランジスタ化増幅兼混 合入力段は、無線周波信号発生器(RF)の出力に接続する差動入力端子と、増幅器 の利得を自動的に調整するため、前記無線周波信号の平均レベルに依存して変化 する少なくとも一つの電圧（V1, V2) を発生する受信機回路(AGC) に接続する調 整端子とを有する差動増幅器（T1−T4) と、前記差動増幅器（T1−T4) の差動出 力端子に接続する第１の入力と、発振器(OS)に接続する第２の入力と、これが出 力を形成する出力とを有する混合回路（T5−T11)とを具えた無線周波受信機用ト ランジスタ化増幅兼混合入力段において、当該入力段が前記混合器（T5−T11)と 前記無線周波信号発生器(RF)の出力との間に接続する減衰器（T12, T13, R7−R1 0)を具え、前記入力段の利得のダイナミックレンジを拡大するよう、当該減衰器 があらかじめ設定された減衰係数を有するようにしたことを特徴とするものであ る。

【０００６】 以下添付図面を参照して詳細に説明する。 複数の図面で同一素子には同一の参照符号を付した。図１（従来の技術）では 特に、入力段は“カスケード”形差動増幅器として知られ、通常の広帯域無線周 波入力段として使用されている第１の差動増幅器を具えている。それはnpn トラ ンジスタT1, T2とT3, T4の二つの対を具えている。トランジスタT1, T2の対で、 それらのエミッタは互いに接続し、抵抗R1を介して印加電圧の負の端子（接地符 号で示されている）に接続し、一方それらのベースは無線周波信号源、すなわち アンテナ変圧器（ブロックRFの中に巻線で図示されている) に接続している。T1 とT2のベースはまた抵抗R2を介して直流的に基準電圧源Vr1 の正の端子に接続し ている。T2のベースはまた入力信号を短絡するコンデンサC1を介して接地されて いる。T1とT2のコレクタはそれぞれトランジスタT3とT4のエミッタに接続し、T3 とT4のベースは直流基準電圧源Vr2 の正の端子にともに接続されている。第２の 差動増幅器は二つのnpn トランジスタT5とT6を具え、T5とT6のエミッタは線形化 抵抗R3とR4をそれぞれ介してnpn トランジスタT7のコレクタに接続し、T7のエミ ッタは接地され電流発生源として適応されている。T5とT6のベースは、T3のコレ クタとT4のコレクタそれぞれに接続し、両者とも抵抗R5とR6それぞれを介して印 加電流源＋Vcc の正の端子に接続している。補助入力段は二つのnpn トランジス タT12 とT13 を具え、T12 とT13 のベースはT3とT4のベースと共通に接続し、T1 2 とT13 のコレクタはT5とT6のコレクタそれぞれに接続し、T12 とT13 のエミッ タはそれぞれ抵抗R7を介してT1のベースと抵抗R8を介してT2のベースに接続して いる。二つのトランジスタT12 とT13 はベース接地の形態をしているので１以下 の電流利得、すなわち入力信号に対し減衰段を形成している。この減衰入力段は 、さらに詳細に後述するが、無線周波入力信号が低い平均レベルの時は動作せず 、反対に入力信号の平均レベルが高い時は減衰段が導通し、第１と第２の差動増 幅器を具えた増幅入力段を短絡する。

【０００７】 第１の差動増幅器の入力すなわちT1とT2のベース、および抵抗R7とR8それぞれ を介した減衰段の入力、すなわちT12 とT13 のエミッタは、ブロックAGC で表示 される回路の第１出力に直流的に接続し、AGC の第２出力はT7のベースに接続し ている。ブロックAGC で表示される回路は、入力無線周波信号のレベルに依存す る二つの直流電圧V1とV2を発生する。この依存性を表示するものとしてAGC の入 力端子は線図でV(RF) と表わされている。

【０００８】 同じnpn トランジスタT8, T9とT10, T11の二つの対は、平衡のとれた二重の混 合器を形成するよう相互接続されている。さらに対T8, T9のエミッタはT5とT12 のコレクタに共に接続し、T10, T11のエミッタはT6とT13 のコレクタに共に接続 している。混合器の第１入力の二つの端子は無線周波信号の平均レベルが低い時 、第２の差動増幅器の入力端子、すなわちトランジスタT5とT6のベースを具え、 前記レベルが高い時は前記端子は減衰段の入力端子、すなわちT12 とT13 のエミ ッタからなる。T9とT10 のベースは互いに接続し、混合器第２入力の第１端子を 形成し、その第２端子は正の印加電圧端子＋Vcc である。

【０００９】 混合器の第２入力は、図面でブロックOSで表示され、ブロックRFに同調した信 号の周波数に依存して、当業者によく知られた従って記述されてもいないし線図 に示されてもいない方法で周波数が可変となる発振器に接続している。

【００１０】 T8のベースとコレクタ、T10 のコレクタとT11 のベースは電圧印加端子＋Vcc に接続し、T9とT11 のコレクタは互いに接続し混合段の出力を形成し、バンド・ パスフィルタFTを介し、図でブロックIFで表示される中間周波増幅段の入力に接 続している。

【００１１】 前述の混合器回路の動作を次に説明しよう。ブロックRFに同調した無線周波信 号が低い平均レベルの時は、二つの差動増幅器（T1−T4とT5, T6) を具えた増幅 入力段で増幅されて混合器（T8−T11)に加えられる。混合器では、無線周波信号 は混合器第２の入力に印加される発振器OSからの信号と結合され、従って混合器 出力には入力信号の周波数と発振器OSの周波数との和および差の周波信号が現わ れる。この信号はフィルタFTで適正にフィルタされ、中間周波増幅器IFで増幅さ れ、図には図示されていないが他の受信機回路でさらに信号処理される。

【００１２】 第１および第２の差動増幅器の利得は、無線周波入力信号の平均レベルに依存 する振幅を有する二つの直流電圧V1とV2を介して回路AGC によって自動的に調整 される。電圧V1は第１の差動増幅器に作用し二つのトランジスタT1とT2のベース のバイアスを修正する。電圧V2は第２の差動増幅器に作用しトランジスタT7の導 通を変化させ、従ってこの回路に印加する電流を変化させる。さらに入力信号の 平均レベルが増加すると、電圧V1とV2とは減少し、容易にわかるように、二つの 差動増幅器のトランジスタのエミッタ電流は減少して利得が下がる。

【００１３】 抵抗R7とR8はある大きさを持っているので、トランジスタT12 とT13 は、回路 AGC によって第１の差動増幅器の入力に印加される電圧が、その増幅器の直線性 応答を保証するに足る十分な大きさを有する限りは非導通である。入力信号レベ ルが大きくなってAGC を介した電圧V1に減少が発生すると、トランジスタT12 と T13 は導通し、カスケードに接続した第１および第２の差動増幅器によって形成 される回路の入力と出力を短絡する。短絡効果は信号レベルとともに増加しカス ケードの二つの差動増幅器の利得はその増幅器が完全に非能動になるまで減少し 、入力信号はトランジスタT12 とT13 のみを介して混合回路に送られる。すなわ ちトランジスタT12 とT13 は入力信号に対し減衰段として働き、高い入力レベル でも歪なく動作する。しかし実際には信号レベルはバイアス条件によって、さら に基準電圧Vr1 およびVr2 によってより制限される。

【００１４】 上述の解決法が適用され、信号レベルが一方の入力段を非能動化し、他方の入 力段を能動化するよう変化すると、この構成の回路は非線形に動作し信号を歪ま せてしまう。また利得に不連続性が生じ、出力信号レベルを低めてしまう。こう いった不都合は、理論的には二つの入力段のスイッチオフ，スイッチオンを支配 する法則を限定するパラメータを精確に調整することによって避けることができ るが、量産にある集積回路の素子のパラメータのばらつきは、上述の不都合を避 けられないものとし、精確な設計も役立たないものとしてしまう。

【００１５】

【本考案に係る実施例】

入力信号レベルの変化に応じて、ある信号通路または他の信号通路に特権を与 える図１に示されたごとき回路の動作は、ほんのわずかの素子を付加したのみで 本考案に係る大きな改善が達成される。図２で示されるごとくその素子は二つの 抵抗R9とR10 および基準電圧源Vr3 である。図２に示される回路形態では、減衰 入力段の二つのトランジスタT12, T13は抵抗R9とR10 それぞれを介して接地され るエミッタと、基準印加電圧Vr3 の正の端子にともに接続するベースとを有して いる。基準電圧Vr3 の値と抵抗R9とR10 の大きさは、トランジスタT12 とT13 の ベース・エミッタ接合が正方向にバイアスされるように選択され、それでこれら トランジスタは常時スイッチオンされ従ってＡ級で動作する。それ故この減衰段 はあらかじめ設定可能な一定の減衰係数を有している。平均入力信号レベルがま だかなり低い時は、信号はカスケードに接続された二つの差動増幅器よりなる高 利得入力段により増幅され、一方補助入力段T12, T13はほんのわずかの信号を減 衰しその効果はほとんど無視できる。

【００１６】 入力信号の平均レベルが増大すると、回路AGC が電圧V1とV2を減少させ、結果 として増幅入力段の利得を非常に高い入力信号で増幅器を非能動化させるまで減 少させる。それで入力信号は減衰段のみを介して混合回路に送りこまれ、信号は 非常に高いレベルでも歪が生じない（勿論バイアス条件と適合する限度内で）。 前述のように入力段は常にスイッチオンされあらかじめ設定された減衰条件で動 作しているので、増幅段が打ち切られ減衰段のみが残留する局面でも利得の非直 線性も不連続も示さない。これは減衰器がスイッチオンまたはオフされる過渡期 における信号中の歪発生や出力レベルの減少を避けているからである。

【００１７】 図２に示される本考案に係る回路は、また特に図１の回路動作に必要とするよ りも低い印加電圧で動作するという有利さがある。図１および図２に示される回 路で印加電圧を決める要素について次に検討してみる。

【００１８】 ブロックAGC で発生する直流電圧V1は設計の段階で選択され、それで入力信号 レベルが増大すると、電圧V1は第１の差動段の最大利得に対応するほぼ２Ｖ_BEの 最大値からこの段の非能動化に対応するほぼ１Ｖ_BEの最小値まで変化する。図１ の回路形態での抵抗R7とR8は、入力信号レベルが十分高くなるまでトランジスタ T12 とT13 を非能動に保つ大きさである。トランジスタT12 とT13 が導通すると 、二つの抵抗R7とR8のそれぞれに約１Ｖ_BEの電圧降下が生ずるよう設計されてい る。

【００１９】 結果的に基準電圧源Vr2 はトランジスタT12 とT13 が導通にある時、ほぼ３Ｖ _BE の電圧を提供せねばならない。印加電圧は、それ故この基準電圧源Vr2 と他の 電圧源を含む図１の回路の種々の回路素子で生ずる電圧降下を補償するため、こ の基準電圧源Vr2 よりも十分高くなければならない。回路素子の抵抗とトランジ スタが適正な大きさで、トランジスタの静的動作点が必要上飽和領域近くの能動 領域の限界にあるときは、印加電圧はほぼ２Ｖ以内でよいが、受信機回路が適正 に動作しているときはこの値以下になってはいけない。

【００２０】 他方、図２における回路形態の本考案の原理により、抵抗R9とR10 がトランジ スタT12 とT13 の動作に適合した大きさであれば、基準電圧源Vr3 にとって、対 応するトランジスタのベース・エミッタ接合での電圧降下と接地した抵抗での電 圧降下の和に等しいほぼ２Ｖ_BEの電圧を減衰段の各分岐に印加することのみが必 要となる。同様に、トランジスタT1とT2の静的動作点を飽和領域近くの能動領域 の限界に持っていくと、第１の差動段を導通させるには基準電源Vr2 がほぼ２Ｖ _BE の電圧を供給するのみでよい。従って抵抗R5とR6が適切な大きさで、トランジ スタT3とT4が飽和領域近くの能動領域の限界で動作していれば、図２の系は約1. 5 Ｖの印加電圧で効率よく動作し、すなわちこの値は図１の回路におけるより小 さい。

【００２１】 本考案の他の実施態様では単一の減衰分岐が対称構造の減衰段の代わりに使用 され得る。かかる実施態様は、勿論素子の数を極力減ずる必要があり、わずかの Ｓ／Ｎ比の劣化が許容される場合に使用することができる。

【００２２】 勿論多くの変形と修正が本考案の実施態様として考案の本質を離れることなく 可能である。例えばnpn トランジスタはpnp トランジスタで置換可能であり、バ イポーラトランジスタとして示され記述されてきた一個または複数個のトランジ スタは電界効果トランジスタで置換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】先願の特許明細書に示され記述された増幅兼混
合入力段の簡略化した回路線図である。

【図２】本考案に係る先願の回路線図を修正した入力段
の回路線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 ミケランジェロ ルソー イタリア国 70012 カルボナーラ（バリ) ピィアツァ ウンベルト 129

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線周波信号発生器(RF)の出力に接続す
   る差動入力端子と、増幅器の利得を自動的に調整するた
   め、前記無線周波信号の平均レベルに依存して変化する
   少なくとも一つの電圧(V1, V2)を発生する受信機回路(A
   GC) に接続する調整端子とを有する差動増幅器（T1−T
   4) と、前記差動増幅器（T1−T4) の差動出力端子に接
   続する第１の入力と、発振器(OS)に接続する第２の入力
   と、これが出力を形成する出力とを有する混合回路（T5
   −T11)とを具えた無線周波受信機用トランジスタ化増幅
   兼混合入力段において、当該入力段が前記混合器（T5−
   T11)と前記無線周波信号発生器(RF)の出力との間に接続
   する減衰器(T12, T13, R7−R10)を具え、前記入力段の
   利得のダイナミックレンジを拡大するよう、当該減衰器
   があらかじめ設定された減衰係数を有するようにしたこ
   とを特徴とする無線周波受信機用トランジスタ化増幅兼
   混合入力段。
2. 【請求項２】 前記無線周波信号発生器の出力が直流短
   絡回路であり、前記利得調整端子が前記差動増幅器（T1
   −T4) の一入力端子と一致し、前記混合器（T5−T11)が
   差動入力段（T5−T7) を具えている請求項１記載の入力
   段において、前記減衰器（T12, T13, R7−R10)が少なく
   とも１個のトランジスタ（T12, T13)を具え、当該トラ
   ンジスタのエミッタが抵抗（R7, R8) を介して前記無線
   周波信号発生器の出力に接続し、コレクタが前記混合器
   の前記差動入力段（T5−T7) の出力端子に接続し、前記
   トランジスタ（T12, T13) がそのエミッタ・ベース接合
   を正方向にバイアスするよう適合された回路手段に接続
   されていることを特徴とする無線周波受信機用トランジ
   スタ化増幅兼混合入力段。