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技術 通信装置

出願人 ルネサスエレクトロニクス株式会社
発明者 富澤智
出願日 2015年2月24日 (5年1ヶ月経過) 出願番号 2015-034037
公開日 2016年9月1日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2016-158073
状態 特許登録済
技術分野 送受信機 送信機
主要キーワード 電源制御モジュール 周波数差分 フィルタ周波数 可変ゲインアンプ HPF LPF アンテナモジュール インピーダンスマッチング
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年9月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

低消費電力化が可能な通信装置を提供する。

解決手段

通信装置は、バッテリと、バッテリからの電源供給を受けて所望の送信周波数の信号を送信する送信回路とを備える。送信回路は、信号を発振する第1の発振器と、第1の発振器から発振した信号を増幅するアンプと、アンプから出力される信号に含まれる高調波成分を除去するフィルタ回路とを含む。フィルタ回路は、アンプから出力される信号から送信周波数のn倍(n>2以上)の周波数信号を抽出する抽出部と、抽出したn倍の周波数信号のDC成分をバッテリに回収する回収部とを有する。

概要

背景

従来より、ダイレクトコンバージョン方式送信回路を有する通信装置では、発振器で生成された局部発振信号分周器分周し、分周した局部発振信号にデータ信号重畳して高周波信号を生成し、その高周波信号を増幅器増幅してアンテナから送信している。

このような通信装置では、増幅器で高周波信号の高調波が発生し雑音となるため種々の方式で高調波を除去する方式が提案されている(特許文献1)。

概要

低消費電力化が可能な通信装置を提供する。通信装置は、バッテリと、バッテリからの電源供給を受けて所望の送信周波数の信号を送信する送信回路とを備える。送信回路は、信号を発振する第1の発振器と、第1の発振器から発振した信号を増幅するアンプと、アンプから出力される信号に含まれる高調波成分を除去するフィルタ回路とを含む。フィルタ回路は、アンプから出力される信号から送信周波数のn倍(n>2以上)の周波数信号を抽出する抽出部と、抽出したn倍の周波数信号のDC成分をバッテリに回収する回収部とを有する。

目的

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、低消費電力化が可能な通信装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

バッテリと、前記バッテリからの電源供給を受けて所望の送信周波数の信号を送信する送信回路とを備え、前記送信回路は、前記信号を発振する第1の発振器と、前記第1の発振器から発振した前記信号を増幅するアンプと、前記アンプから出力される信号に含まれる高調波成分を除去するフィルタ回路とを含み、前記フィルタ回路は、前記アンプから出力される信号から前記送信周波数のn倍(n>2以上)の周波数信号を抽出する抽出部と、抽出した前記n倍の周波数信号のDC成分を前記バッテリに回収する回収部とを有する、通信装置

請求項2

前記フィルタ回路は、前記n倍の周波数信号を発振する第2の発振器をさらに含み、前記抽出部は、前記第2の発振器から出力される前記n倍の周波数信号と前記信号とをミキシングするミキサで構成される、請求項1記載の通信装置。

請求項3

前記第2の発振器は、前記第1の発振器から出力した前記信号に基づいて前記n倍の周波数信号を発振する、請求項2記載の通信装置。

請求項4

前記ミキサは、ソースが前記信号が伝送されるノードと接続され、ゲートは前記第2の発振器から出力される前記n倍の周波数信号の入力を受けるトランジスタを含む、請求項2記載の通信装置。

請求項5

前記送信回路は、アンテナと、前記アンテナと前記アンプとの間に設けられたローパスフィルタとをさらに含む、請求項1記載の通信装置。

請求項6

前記抽出部は、前記アンプから出力さえる信号から前記送信周波数の2倍の周波数信号を抽出する、請求項1記載の通信装置。

請求項7

前記回収部は、ローパスフィルタである、請求項1記載の通信装置。

請求項8

前記回収部は、キャパシタと、抵抗とで構成される、請求項7記載の通信装置。

請求項9

バッテリと、前記バッテリからの電源供給を受けて所望の送信周波数の信号を送信する送信回路とを備え、前記送信回路は、前記信号を発振する第1の発振器と、前記第1の発振器から発振した前記信号を増幅するアンプと、前記アンプから出力される信号に含まれる高調波成分を除去するフィルタ回路とを含み、前記フィルタ回路は、前記アンプから出力される信号から前記送信周波数のn倍(n>2以上)の周波数信号を抽出する複数の抽出部と、それぞれ抽出した前記n倍の周波数信号のDC成分を前記バッテリに回収する回収部とを有する、通信装置。

請求項10

前記複数の抽出部における前記nの値はそれぞれ異なる、請求項9記載の通信装置。

技術分野

0001

本開示は、通信装置に関し、特に、送信回路を有する通信装置に関する。

背景技術

0002

従来より、ダイレクトコンバージョン方式の送信回路を有する通信装置では、発振器で生成された局部発振信号分周器分周し、分周した局部発振信号にデータ信号重畳して高周波信号を生成し、その高周波信号を増幅器増幅してアンテナから送信している。

0003

このような通信装置では、増幅器で高周波信号の高調波が発生し雑音となるため種々の方式で高調波を除去する方式が提案されている(特許文献1)。

先行技術

0004

特開2014−135641号公報

発明が解決しようとする課題

0005

一方で、近年、通信装置の低消費電力化が要求されており、上記高調波を除去するための回路を駆動する必要があるため余分な消費電力が必要となっていた。

0006

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、低消費電力化が可能な通信装置を提供することを目的とする。

0007

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

課題を解決するための手段

0008

一実施例によれば、通信装置は、バッテリと、バッテリからの電源供給を受けて所望の送信周波数の信号を送信する送信回路とを備える。送信回路は、信号を発振する第1の発振器と、第1の発振器から発振した信号を増幅するアンプと、アンプから出力される信号に含まれる高調波成分を除去するフィルタ回路とを含む。フィルタ回路は、アンプから出力される信号から送信周波数のn倍(n>2以上)の周波数信号を抽出する抽出部と、抽出したn倍の周波数信号のDC成分をバッテリに回収する回収部とを有する。

発明の効果

0009

一実施例によれば、高調波成分を除去して回収するため低消費電力化が可能な通信装置を実現させることが可能である。

図面の簡単な説明

0010

実施形態に基づく通信装置1の構成を説明する図である。
実施形態に基づく通信装置1の通信モジュール10の構成を説明する図である。
実施形態に基づくミキサ204およびLPF206の構成を説明する図である。
LPF206の特性を説明する図である。
実施形態の変形例に基づく通信モジュール10#の構成を説明する図である。

実施例

0011

本実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。

0012

図1は、実施形態に基づく通信装置1の構成を説明する図である。
図1に示されるように、RF信号送受信する通信装置1が示されている。

0013

なお、RF信号として、一例として2.4GHz帯の信号を利用する。
通信装置1は、半導体装置2と、アンテナモジュール12と、アンテナ14と、電源制御モジュール18と、バッテリ20とを含む。

0014

半導体装置2には、一例として通信モジュール10と、MCU(Main Control Unit)16とを含む。半導体装置2には、アンテナモジュール12および電源制御モジュール18の全部または一部を含んで構成することも可能である。また、半導体装置2に、MCU16の全部または一部を含まずに構成することも可能である。

0015

電源制御モジュール18は、バッテリ20と接続され、各部に必要な電力を供給する。
MCU16は、通信装置1全体を制御する。

0016

アンテナモジュール12は、アンテナ14と通信モジュール10との間に接続され、アンテナ14で受信した受信した信号あるいはアンテナ14に送信する送信信号に対してインピーダンスマッチングを行う。

0017

通信モジュール10は、MCU16の指示に従って動作し、アンテナ14と接続されたアンテナモジュール12を介する送信/受信処理を実行する。そして、通信モジュール10は、受信した信号をMCU16に出力する。また、通信モジュール10は、MCU16からの指示に従ってアンテナ14から送信信号を出力する。

0018

図2は、実施形態に基づく通信装置1の通信モジュール10の構成を説明する図である。

0019

図2に示されるように、通信モジュール10は、LNA(Low Noise Amplifier)100と、ミキサ102と、PGA104と、LPF(Low Pass Filter)106と、ベースバンド部108と、発振器110と、プリアンプ112と、LPF114と、フィルタ200とを含む。

0020

受信処理について説明する。
LNA100は、アンテナモジュール12を介してアンテナ14から受信したRF信号の入力を受けて、この入力されたRF信号を低雑音で増幅し出力する。

0021

ミキサ102は、LNA100により増幅されたRF信号と発振器110で発振されたローカル信号とを乗算して、ベースバンド周波数帯のベースバンド受信信号(受信時のベースバンド信号)にダウンコンバートし出力する。

0022

ミキサ102は、直交復調器であり、RF信号とローカル信号とに基づいてIch、Qchのベースバンド信号を生成する。

0023

ミキサ102に入力されるローカル信号は、発振器110により生成される。
発振器110は、電圧制御発振器で構成され、電圧に応じて発振周波数可変に変更することが可能である。

0024

PGA(Programmable Gain Amplifier:可変ゲインアンプ)104は、ベースバンド受信信号の入力を受けて、この入力されたベースバンド受信信号をさらに増幅する。PGA104は、ベースバンド部108により適切にゲイン設定されている。

0025

LPF106は、PGA104から入力される信号の高周波成分を除去するフィルタリング処理を行い所望の周波数変換後のベースバンド受信信号をベースバンド部108に出力する。

0026

ベースバンド部108は、Ich、Qchのベースバンド信号に基づいて復調し、デジタルデータをMCU16に出力する。

0027

一方、送信処理について説明する。
発振器110は、ベースバンド部108の指示に従って所望の送信周波数の信号を発振する。

0028

発振器110から出力された信号は、プリアンプ112でそのレベルが増幅されてLPF114に出力される。

0029

LPF114は、所望の送信周波数の信号のみを通過させてアンテナモジュール12を介してアンテナ14から所望の送信周波数の信号を出力する。

0030

ここで、高調波について説明する。
発振器110から発振出力された所望の送信周波数の信号は、プリアンプ112で増幅された際に高調波を生じさせる。

0031

当該高調波は雑音(ノイズ)となるため、当該雑音(ノイズ)を除去することが必要となる。

0032

本実施形態においては、フィルタ200により高調波を除去する方式について説明する。

0033

フィルタ200は、ミキサ202,204と、LPF206とを含む。
ミキサ202は、発振器110からの送信周波数の信号をミキシングして、当該送信周波数の2倍の周波数信号をミキサ204に出力する。ミキサ202に入力される発振器110からの送信周波数の信号をミキサ202の内部で分岐させて2つの送信周波数の信号をミキシングする。

0034

ミキサ204は、プリアンプ112で出力した信号と、ミキサ202で出力された2倍の周波数信号とをミキシングする。

0035

LPF206は、ミキサ204から出力される信号のうち周波数成分の低い信号のみを通過させる。

0036

図2においては、一例として所望の送信周波数ftxが示されている。
ミキサ202は、所望の送信周波数の2倍の周波数信号2×ftxを出力する。本例においては、ミキサ202により所望の送信周波数の2倍の周波数信号2×ftxを出力する場合について説明するが、特にこれに限られず発振器110とは、別の発振器から2倍の周波数信号2×ftxを発振して出力するようにしても良い。

0037

また、フィルタ200により所望の送信周波数の2倍の高調波(HD2)が抽出される場合が示されている。

0038

これにより、LPF114に入力される信号は、2倍の高調波(HD2)の成分が抑制され、LPF114は、所望の送信周波数の信号ftxのみをアンテナモジュール12に出力する。

0039

また、フィルタ200に入力された2倍の高調波(HD2)は、インピーダンス変換されてDC成分としてバッテリ20に入力される。

0040

図3は、実施形態に基づくミキサ204およびLPF206の構成を説明する図である。

0041

図3に示されるようにミキサ204は、スイッチングミキサで構成される。具体的には、スイッチングミキサは、トランジスタで形成される。トランジスタのソース側がプリアンプ112の出力ノードと接続され、ゲートにミキサ202の出力を受ける。

0042

当該構成にすることにより、プリアンプ112から出力される信号から所望の送信周波数の2倍の周波数信号2×ftxの成分の信号が抽出される。当該周波数信号2×ftxの信号成分のみがトランジスタのゲートを通過し、インピーダンス変換される。

0043

そして、インピーダンス変換された信号は、LPF206でフィルタリング処理される。所望の送信周波数の2倍の周波数信号は、DC(直流)成分にインピーダンス変換されるためLPF206において高周波成分のみがカットされる。

0044

LPF206は、抵抗キャパシタとで構成される。
バッテリ20には、LPF206を介して直流成分の電圧が印加されることによりバッテリ20に回収(充電)される。直流成分であるため整流回路等を設ける必要が無く、バッテリ20と直接接続することが可能である。したがって、回路を単純化することが可能である。

0045

また、実施形態に基づくフィルタ200は、プリアンプ112から出力される高調波である雑音(ノイズ)を除去するだけでなく、バッテリ20に、プリアンプ112から雑音(ノイズ)として出力される高調波を回収できるため消費電力を低減することができる。

0046

従来の構成では、雑音(ノイズ)を除去する回路は種々提案されていたが、当該回路を駆動するために電力が消費されるとともに回路面積を確保する必要があったが、フィルタ200は、ノイズを除去するとともに当該ノイズを電力として回収することが可能であるので面積を効率的に利用することが可能である。また、ミキサ202をスイッチングミキサとしてトランジスタで構成することにより回路面積も縮小することが可能である。

0047

図4は、LPF206の特性を説明する図である。
図4に示されるように雑音(ノイズ)を除去する特性について説明する。

0048

一例として、簡易に説明するために所望の周波数信号が1GHz、高調波が2GHzであり、周波数差分が1GHzの場合について説明する。

0049

図4(A)には、LPF206のフィルタ周波数1GHzとしてフィルタリングした場合、所望の周波数信号に対して高調波は6dBのみ減衰させることができる。

0050

一方、図4(B)には、所望の周波数信号をDC成分に周波数変換した場合が示されている。

0051

高調波は1GHzとなるが、LPF206のフィルタ周波数が10MHzの場合、所望の周波数信号に対して高調波を43dBも減衰させることができる。

0052

したがって、LPF206の特性として低い周波数帯で利用することにより高調波を十分に減衰させることが可能である。

0053

なお、本例においては、所望の送信周波数の2倍の周波数信号の高調波を除去して回収する方式について説明したが特にこれに限られるn倍(2以上)の周波数信号の高調波であれば同様に適用可能である。

0054

なお、周波数ホッピング方式により発振器110からの送信周波数が変更される場合であってもミキサ202は、当該送信周波数の2倍の周波数信号をミキサ204に出力するため容易に当該方式に対応することが可能である。
<変形例>
図5は、実施形態の変形例に基づく通信モジュール10#の構成を説明する図である。

0055

図5に示されるように通信モジュール10#は、通信モジュール10と比較して、フィルタ200をフィルタ200Aおよび200Bに置換した点が異なる。

0056

フィルタ200Aは、ミキサ202A,204Aと、LPF206Aとを含む。
フィルタ200Bは、ミキサ202B,204Bと、HPF203Bと、LPF206Bとを含む。

0057

ミキサ202Aは、発振器110からの送信周波数の信号をミキシングして、当該送信周波数の2倍の周波数信号をミキサ204Aに出力する。

0058

ミキサ202Bは、ミキサ202Aから出力された2倍の周波数信号と、発振器110からの送信周波数の信号をミキシングして、ミキシングした信号をHPF203Bに出力する。HPF203Bは、ミキサ202Bからミキシングされた信号のうち、当該送信周波数の3倍の周波数信号を通過させてミキサ204Bに出力する。ミキサ202Aから出力された2倍の周波数信号と、発振器110からの送信周波数の信号とをミキシングした当該送信周波数の1倍の周波数信号は、HPF203Bにより除去される。

0059

ミキサ204Aは、プリアンプ112で出力した信号と、ミキサ202Aで出力された2倍の周波数信号とをミキシングする。

0060

ミキサ204Bは、プリアンプ112で出力した信号と、HPF203Bで出力された3倍の周波数信号とをミキシングする。

0061

LPF206は、ミキサ204A,204Bから出力される信号のうち周波数成分の低い信号のみを通過させる。

0062

ミキサ204A,204Bは、スイッチングミキサで構成される。具体的には、スイッチングミキサは、トランジスタで形成される。トランジスタのソース側がプリアンプ112の出力ノードと接続され、ゲートにミキサ202A,202Bの出力をそれぞれ受ける。

0063

当該構成にすることにより、ミキサ204Aにおいて、プリアンプ112から出力される信号から所望の送信周波数の2倍の周波数信号2×ftxの成分の信号が抽出される。当該周波数信号2×ftxの信号成分のみがトランジスタのゲートを通過し、インピーダンス変換される。

0064

また、ミキサ204Bにおいて、プリアンプ112から出力される信号から所望の送信周波数の3倍の周波数信号3×ftxの成分の信号が抽出される。

0065

当該周波数信号3×ftxの信号成分のみがトランジスタのゲートを通過し、インピーダンス変換される。

0066

そして、インピーダンス変換された信号は、LPF206でフィルタリング処理される。所望の送信周波数の2倍の周波数信号は、DC(直流)成分にインピーダンス変換されるためLPF206Aにおいて高周波成分のみがカットされ、上記したようにバッテリ20には、LPF206Aを介して直流成分の電圧が印加されることによりバッテリ20に回収(充電)される。

0067

同様に、所望の送信周波数の3倍の周波数信号は、DC(直流)成分にインピーダンス変換されるためLPF206Bにおいて高周波成分のみがカットされ、上記したようにバッテリ20には、LPF206Bを介して直流成分の電圧が印加されることによりバッテリ20に回収(充電)される。

0068

当該構成によりプリアンプ112から出力される高調波である雑音(ノイズ)を除去するだけでなく、バッテリ20に、プリアンプ112から雑音(ノイズ)として出力される高調波を回収できるため消費電力を低減することができる。

0069

また、高調波として2倍、3倍の周波数信号を回収することが可能であるため消費電力をさらに低減することができる。なお、本例においては、所望の送信周波数の2倍、3倍の周波数信号の高調波を除去して回収する方式について説明したが特にこれに限られず、同様の方式に従ってさらにn倍(4、5、・・・)の周波数信号を除去して回収することも可能である。

0070

以上、本開示を実施形態に基づき具体的に説明したが、本開示は、実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

0071

1通信装置、2半導体装置、10通信モジュール、12アンテナモジュール、14アンテナ、18電源制御モジュール、20バッテリ、102,202,202A,202B,204,204A,204Bミキサ、108ベースバンド部、110発振器、112プリアンプ、200,200#フィルタ。

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