本発明は、直交変調器を用いたデジタル変調器に関するものである。

デジタルモデム等に設ける変調器として、図６に示したように、デジタル信号ＤをＩ成分（同相成分）及びＱ成分（直交成分）のベースバンド信号（以下Ｉ成分信号及びＱ成分信号ともいう。）Ｓi及びＳqに変換する信号変換部１と、増幅器及びフィルタにより構成されるドライブ回路２と、このドライブ回路から得られるＩ成分信号Ｓi′及びＱ成分信号Ｓq′が入力される直交変調器（ＩＱ−ＭＯＤ）３とを備えたデジタル変調器４が用いられている。

信号変換部１は、デジタル信号（送信データ）Ｄを直並列変換してＩ成分とＱ成分とに分ける直並列変換器や、それぞれの成分の「１」及び「０」の値をそれぞれ所定のレベル（例えば５Ｖ及び０Ｖ）の電圧に変換するＤ／Ａ変換器等を備えていて、Ｉ成分信号Ｓi及びＱ成分信号Ｓqを出力する。

ドライブ回路２は、信号変換部１から与えられるＩ成分信号Ｓi及びＱ成分信号Ｓqから不要な信号成分を除去するとともに、両信号を直交変調器の駆動に必要なレベルまで増幅してＩ成分信号Ｓi′及びＱ成分信号Ｓq′を出力する部分である。 図示のドライブ回路２は、Ｉ成分信号Ｓiを増幅する第１のＩ成分信号用増幅器２Ai及び第２のＩ成分信号用差動増幅器２Biと、不要な信号成分を除去するためにこれらの増幅器２Ai及び２Biの間に挿入されたフィルタ２fiと、Ｑ成分信号を増幅する第１のＱ成分信号用増幅器２Aq及び第２のＱ成分信号用差動増幅器２Bqと、不要な信号成分を除去するためにこれらの増幅器２Aq及び２Bqの間に挿入されたフィルタ２fqとからなっている。

直交変調器３は、ドライブ回路２から与えられるＩ成分信号Ｓi′及びＱ成分信号Ｓq′をそれぞれ９０°位相が異なる第１及び第２の搬送波と乗算した後、乗算結果を加算することにより変調出力Ｓmodを出力する。 この種の変調器は例えば特許文献１に示されている。

特開平３−２１３０２９号公報

デジタル変調器においては、製品の最終検査を行なう際やメンテナンスを行なう際に、その性能を評価するために、無変調出力の周波数スペクトラムを測定して搬送波成分の漏れ量、中心周波数のドリフト等を測定する必要がある。 直交変調器から無変調出力を得るためには、直交変調器のＩ成分信号入力端子及びＱ成分信号入力端子に一定の直流電圧を与える必要がある。 そのため、従来のデジタル変調器では、信号変換部１の出力端と増幅器２Ai及び２Aqの入力端との間と、フィルタＦA及びＦBの出力端と増幅器２Bi及び２Bqの入力端との間とをＤＣ結合していた。

しかしながら、信号変換部の出力端とドライブ回路２の入力部の結合及びドライブ回路２の段間の結合をＤＣ結合とすると、直交変調器に与えられるＩ成分信号及びＱ成分信号の電圧レベルを所定のレベルに調整するために各増幅器の増幅度を調整する際に、各増幅器の直流オフセット電圧の調整を併せて行なう必要があり、調整作業が非常に面倒になるという問題があった。

各増幅器の増幅度を調整する際に、直流オフセット電圧の調整を不要とするためには、信号変換部１の出力端とドライブ回路２の入力端との間の結合及びドライブ回路２の段間の結合をＡＣ結合とすればよいが、これらの結合をＡＣ結合とすると、Ｉ成分信号及びＱ成分信号を０レベルや１レベルといった固定の電圧にしたときにドライブ回路の最終段の差動増幅器の出力電圧が、該差動増幅器の基準電圧レベルになってしまうため、直交変調器３の入力端子に直流電圧を印加することができなくなり、デジタル変調器の試験等を行なう際に、直交変調器３から無変調出力を出力させることができなくなる。

本発明の目的は、ドライブ回路の各増幅器の増幅度の調整を行なう際に直流オフセット電圧の調整を行なう必要性がないようにするとともに、直交変調器の試験等を行なう際にはドライブ回路から直接直交変調器の入力端子に直流電圧を印加して無変調出力を得ることができるようにしたデジタル変調器を提供することにある。

本発明は、デジタル信号をＩ成分信号及びＱ成分信号に変換する信号変換部と、増幅器とフィルタとを有してＩ成分信号及びＱ成分信号からの不要な成分の除去と増幅とを行なうドライブ回路と、ドライブ回路から出力されるＩ成分信号及びＱ成分信号がそれぞれ入力されるＩ成分信号入力端子及びＱ成分信号入力端子を有して搬送波をＩ成分信号及びＱ成分信号で変調した変調出力を得る直交変調器とを備えたデジタル変調器を対象とする。

本発明においては、信号変換部の出力端とドライブ回路の入力端との間がＡＣ結合されるとともに、ドライブ回路の段間がＡＣ結合される。 またドライブ回路の最終段は、前段から与えられるＩ成分信号及びＱ成分信号をそれぞれ増幅して直交変調器のＩ成分信号入力端子及びＱ成分信号入力端子に入力するＩ成分信号用増幅器及びＱ成分信号用増幅器からなっている。 本発明においては、Ｉ成分信号用増幅器及びＱ成分信号用増幅器のそれぞれの入力端子と接地電位部との間に第１及び第２のスイッチが接続され、これら第１のスイッチ及び第２のスイッチをオン状態にしたときにＩ成分信号用増幅器及びＱ成分信号用増幅器から直交変調器のＩ成分信号入力端子及びＱ成分信号入力端子に一定の直流電圧が入力されて、直交変調器から無変調出力が得られるように構成されている。

上記のように、信号変換部の出力端とドライブ回路の入力端との間の結合及びドライブ回路の段間の結合をＡＣ結合とすると、ドライブ回路の各増幅器の増幅度を調整する際に各増幅器のオフセット電圧の調整を行なう必要がなくなるため、調整作業を簡単にすることができる。 また第１のスイッチ及び第２のスイッチをオン状態にすることによりＩ成分信号用増幅器及びＱ成分信号用増幅器から直交変調器のＩ成分信号入力端子及びＱ成分信号入力端子に一定の直流電圧を与えて、直交変調器から無変調出力を発生させることができるため、無変調出力を発生する機能を損なうことなく、調整作業が容易なデジタル変調器を得ることができる。

直交変調器においては、そのＩ成分信号入力端子及びＱ成分信号入力端子のそれぞれが一対の差動入力端子からなっていて、各一対の差動入力端子間に電圧信号が入力されるように構成されることが多い。 この場合、Ｉ成分信号用増幅器及びＱ成分信号用増幅器のそれぞれを構成する増幅器は、非反転入力端子及び反転入力端子と反転出力端子及び非反転出力端子からなる一対の差動出力端子とを有する差動増幅器と、該差動増幅器の反転入力端子に一端が接続された反転入力端子側入力抵抗と、該反転入力端子側入力抵抗の他端と接地間に接続された反転入力端子側接地抵抗と、差動増幅器の反転出力端子と反転入力端子との間に接続された第１の帰還抵抗と、差動増幅器の非反転入力端子に一端が接続され、他端がＡＣ結合用コンデンサを通して前段の回路の出力端子に接続された非反転入力端子側入力抵抗と、該非反転入力端子側入力抵抗の他端と接地間に接続された非反転入力端子側接地抵抗と、差動増幅器の非反転出力端子と非反転入力端子との間に接続された第２の帰還抵抗とを備えていて、一対の差動出力端子が前記直交変調器の対応する一対の差動入力端子に接続される。 この場合、Ｉ成分信号用増幅器の反転入力端子側接地抵抗の両端及びＱ成分信号用増幅器の反転入力端子側接地抵抗の両端にそれぞれ第１のスイッチ及び第２のスイッチが並列接続される。

本発明の好ましい態様では、上記第１及び第２のスイッチが、オンオフ制御可能なスイッチ素子からなり、直交変調器から無変調出力を得ることを指令する無変調信号出力指令が与えられたときにドライブ回路へのＩ成分信号及びＱ成分信号の入力を止めて第１のスイッチ及び第２のスイッチをオン状態にし、該無変調信号出力指令が除去されたときにドライブ回路にＩ成分信号及びＱ成分信号を入力して第１のスイッチ及び第２のスイッチをオフ状態にするように第１及び第２のスイッチをそれぞれ構成するスイッチ素子を制御するスイッチ制御部が設けられる。

上記スイッチ制御部は、コンピュータを用いて構成することができる。 このようなスイッチ制御部を設けておくと、変調出力を発生させる状態と無変調出力を発生させる状態とを容易に切り換えることができるため、試験や検査を行なう際の操作性を良好にすることができる。

以上のように、本発明によれば、信号変換部の出力端とドライブ回路の入力端との間の結合及びドライブ回路の段間の結合をＡＣ結合としたので、ドライブ回路の各増幅器の増幅度を調整する際に各増幅器のオフセット電圧の調整を行なう必要性をなくして調整作業を簡単にすることができる。

また本発明では、第１のスイッチ及び第２のスイッチをオン状態にすることによりＩ成分信号用増幅器及びＱ成分信号用増幅器から直交変調器のＩ成分信号入力端子及びＱ成分信号入力端子に一定の直流電圧を与えることができるようにしたため、必要に応じて両スイッチをオン状態にすることにより、無変調出力を発生させることができる。

従って本発明によれば、無変調出力を発生させる機能を損なうことなく、ドライブ回路の入力部と前段の回路との間の結合及び段間の結合をＡＣ結合として、ドライブ回路の増幅器の増幅度の調整を行なう際にオフセット電圧の調整を省略することができ、製品の出荷の際の調整作業を容易にすることができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。 本発明は、直交変調器を用いてＱＡＭ（直交振幅変調）やＰＳＫ変調（位相変調）を行なうデジタル変調器に広く適用することができるが、以下の説明では、ＰＳＫ変調を行なうデジタル変調器に本発明を適用する場合を例にとって、本発明の実施形態を説明する。

図１は、４相ＰＳＫ変調を行なうデジタル変調器に本発明を適用する場合の実施形態の構成を概略的に示したものである。 図１において、１１は一定の時間間隔で発生する２値信号（０または１の状態をとる信号）からなるデジタル信号（変調信号）Ｄの一連の直列データを２つの並列データに変換する直並列変換器、１２は直並列変換器１１から与えられる各信号を所定のレベルを有するベースバンド信号に変換するレベル変換器（Ｄ／Ａ変換器）である。

本実施形態の４相ＰＳＫ変調においては、デジタル信号Ｄを先頭から順に２ビットの信号に分け、図２に示すように、例えば、４５°，−４５°，１３５°及び−１３５°の４つの位相点にそれぞれ２ビットの情報００，０１，１０及び１１を持たせて搬送波に載せる。

直並列変換器１１は、デジタル信号Ｄの一連のビットを順次２ビットのデータに分けて、各２ビットのデータの上位の桁をＩ成分とし、下位の桁をＱ成分として出力する。 図１に示した例では、０００１１０１１の８ビットのデジタル信号を先頭から順に２ビットの信号００，０１，１０及び１１に分けて、これらの信号の上位の桁００１１及び下位の桁０１０１をそれぞれＩ成分及びＱ成分として取り出している。

レベル変換器１２は、Ｉ成分の信号及びＱ成分の信号の各ビットを所定のアナログ電圧値を有する電圧信号に変換してベースバンド信号として出力する。 本実施形態で用いているレベル変換器１２は、２値信号の例えば０及び１をそれぞれ−１及び１相当の電圧に変換して、これらをＤ／Ａ変換器によりアナログ電圧に変換する。 ２．５Ｖを基準レベルとした場合には、「−１」及び「１」の信号にそれぞれ相当するレベルの電圧信号を出力させる場合、「−１」の信号に相当する電圧は０Ｖ、「１」の信号に相当する電圧は５Ｖとなる。

本実施形態では、直並列変換器１１とレベル変換器１２とにより、デジタル信号ＤをＩ成分（同相成分）及びＱ成分（直交成分）のベースバンド信号（Ｉ成分信号及びＱ成分信号）Ｓi及びＳqに変換する信号変換部１０が構成されている。 信号変換部１０のレベル変換器１２から出力されるＩ成分信号Ｓi及びＱ成分信号Ｓqは、増幅器及びフィルタにより構成されるドライブ回路１３を通して直交変調器１４に与えられる。

直交変調器１４は、ドライブ回路１３から出力されるＩ成分信号Ｓi′及びＱ成分信号Ｓq′がそれぞれ入力されるＩ成分信号入力端子１４ｉ及びＱ成分信号入力端子１４ｑを有して搬送波をＩ成分信号及びＱ成分信号で変調した変調出力Ｓmodを出力するものである。 図示の直交変調器１４は、Ｉ成分信号入力端子１４ｉを通して入力されたＩ成分信号Ｓi′と発振器ＯＳＣが出力する周波数及び振幅が一定の搬送波信号Ｓcとを乗算する乗算器１４Ａと、搬送波信号Ｓcの位相を９０°シフトさせる移相器１４Ｂと、Ｑ成分信号入力端子１４qを通して入力されるＱ成分信号Ｓq′と移相器１４Ｂから出力される９０°位相がシフトされた搬送波信号とを乗算する乗算器１４Ｃと、乗算器１４Ａの出力と乗算器１４Ｃの出力とを加算する加算器１４Ｄとからなっている。 本実施形態で用いる直交変調器のＩ成分信号入力端子１４iは、正相入力端子ｔai及び逆相入力端子ｔbiからなる差動入力端子となっており、Ｑ成分信号入力端子１４qは、正相入力端子ｔaq及び逆相入力端子ｔbqからなる差動入力端子となっている。

ドライブ回路１３は、信号変換部１０から与えられるＩ成分信号Ｓi及びＱ成分信号Ｓqから不要な信号成分を除去するとともに、両信号を直交変調器１４の駆動に必要なレベルまで増幅して、直交変調器に入力されるＩ成分信号Ｓi′及びＱ成分信号Ｓq′を出力する部分である。 図３は、本実施形態で用いるドライブ回路１３の構成例を示したもので、図示のドライブ回路１３は、信号変換部から与えられるＩ成分信号Ｓi及びＱ成分信号Ｓqをそれぞれ増幅する第１のＩ成分信号用増幅器１３Ai及び第１のＱ成分信号用増幅器１３Aqと、これらの増幅器１３Ai及び１３Aqの出力から不要な周波数成分を除去するフィルタ１３fi及び１３fqと、フィルタ１３fi及び１３fqの出力をそれぞれ直交変調器１４を駆動するために必要なレベルまで増幅する第２のＩ成分信号用増幅器１３Bi及び第２のＱ成分信号用増幅器１３Bqとを備えている。

第１のＩ成分信号用増幅器２Ai及び第１のＱ成分信号用増幅器２Aqは、シングルエンドの反転増幅器からなっていて、それぞれの入力端子は信号変換部１０の対応する出力端子に直流カット用コンデンサＣ1を通してＡＣ結合されている。 第１のＩ成分信号用増幅器２Ai及び第１のＱ成分信号用増幅器２Aqは、正弦波状の波形の電圧信号を出力する。 また第１のＩ成分信号用増幅器２Ai及び第１のＱ成分信号用増幅器２Aqの出力端子は直流カット用（ＡＣ結合用）コンデンサＣ2を通してフィルタ１３fi及び１３fqの入力端子に接続されている。

ドライブ回路１３の最終段を構成する第２のＩ成分信号用増幅器１３Bi及び第２のＱ成分信号用増幅器１３Bqは、差動出力を有する差動増幅器からなっていて、フィルタ１３fi及び１３fqの出力端子と増幅器１３Bi及び１３Bqの入力端子との間がそれぞれ直流カット用コンデンサＣ2を通してＡＣ結合されている。

このように、信号変換部１０の出力端とドライブ回路１３の入力端との間の結合及びドライブ回路１３の段間の結合をＡＣ結合とすると、ドライブ回路１３の各増幅器の増幅度を調整する際に各増幅器のオフセット電圧の調整を行なう必要がなくなるため、調整作業を簡単にすることができる。 しかし、ドライブ回路１３の入力部とその前段の回路との間の結合及び段間の結合をＡＣ結合とすると、Ｉ成分信号及びＱ成分信号を固定の電圧としたときに差動増幅器１３Bi及び１３Bqの出力電圧が該差動増幅器の基準電圧となるため、直交変調器１４のＩ成分信号入力端子及びＱ成分信号入力端子に所望の直流電圧を印加することができなくなり、直交変調器から無変調出力を発生させることができなくなる。

そこで、本発明においては、ドライブ回路１３の最終段を構成する増幅器１３Bi及び１３Bqのそれぞれの一つの入力端子と接地電位部との間に第１及び第２のスイッチを接続して、これらのスイッチをオン状態にすることにより、増幅器１３Bi及び１３Bqの入力のバランスを崩して、これらの増幅器の出力端子に直流電圧を発生させるようにする。

図４は、ドライブ回路１３の最終段を構成する増幅器１３Bi及び１３Bqの具体的構成例を示したものである。 図４に示された増幅器は、非反転入力端子t1及び反転入力端子t2と、反転出力端子ｔa及び非反転出力端子ｔbからなる一対の差動出力端子とを有する差動増幅器ＤＡと、差動増幅器ＤＡの反転入力端子ｔ2に一端が接続された反転入力端子側入力抵抗Ｒ11と、この入力抵抗Ｒ11の他端と接地間に接続された反転入力端子側接地抵抗Ｒ21と、差動増幅器ＤＡの反転出力端子ｔaと反転入力端子ｔ2との間に接続された第１の帰還抵抗Ｒ31と、差動増幅器の非反転入力端子ｔ1に一端が接続された非反転入力端子側入力抵抗Ｒ22と、この抵抗Ｒ22の他端と接地間に接続された非反転入力端子側接地抵抗Ｒ12と、差動増幅器ＤＡの非反転出力端子ｔbと非反転入力端子ｔ1との間に接続された第２の帰還抵抗Ｒ32とを備え、抵抗Ｒ22の他端がＡＣ結合用コンデンサＣ3を通して前段のフィルタ回路の出力端子に接続されている。

図４に示した増幅器においては、抵抗Ｒ11及びＲ12が等しい抵抗値ｒ1を有しており、抵抗Ｒ21及びＲ22が等しい抵抗値ｒ2を有している。 また抵抗Ｒ31及びＲ32は等しい抵抗値ｒ3を有している。 この増幅器においては、増幅度がｒ3／ｒ2で決まる。 抵抗Ｒ12は、信号に対する入力インピーダンスを決める抵抗で、Ｒ11の抵抗値とＲ21の抵抗値との和とＲ12の抵抗値とＲ22の抵抗値との和とが同じになるようになっている。

そして、第２のＩ成分信号用増幅器１３Biを構成する差動増幅器ＤＡの一対の差動出力端子ｔa及びｔbがそれぞれ直交変調器１４のＩ成分信号入力端子１４ｉを構成する一対の差動入力端子ｔai及びｔbiに接続され、第２のＱ成分信号用増幅器１３Bqを構成する差動増幅器ＤＡの一対の差動出力端子ｔa及びｔbがそれぞれ直交変調器１４のＱ成分信号入力端子１４qを構成する一対の差動入力端子ｔaq及びｔbqに接続されている。 またＩ成分信号用増幅器１３Biの反転入力端子側接地抵抗Ｒ21の両端及びＱ成分信号用増幅器１３Bqの反転入力端子側接地抵抗Ｒ21の両端にそれぞれ第１のスイッチＳＷ1及び第２のスイッチＳＷ2が並列接続されている。

本実施形態では、信号変換部１０と、ドライブ回路１３と、直交変調器１４とによりデジタル変調器が構成されている。 このデジタル変調器は図示しない復調器とともにデジタルモデムを構成する。

上記のデジタル変調器から変調出力を得る場合には、ドライブ回路１３のスイッチＳＷ1及びＳＷ2をオフ状態にしておく。 スイッチＳＷ1及びＳＷ2がオフ状態にあるときには、増幅器１３Ai，１３Bi及び１３Aq，１３Bqにより増幅され、フィルタ１３Fi及び１３Fqにより余分な成分が除去されたＩ成分信号及びＱ成分信号が直交変調器１４に与えられ、直交変調器１４は、搬送波信号をＩ成分信号及びＱ成分信号で変調した変調出力を発生する。

直交変調器１４から無変調出力を得る場合には、Ｉ成分信号及びＱ成分信号の入力を止めて変調出力を止めてからスイッチＳＷ1及びＳＷ2を共にオン状態にする。 スイッチＳＷ1及びＳＷ2を共にオン状態にすると、差動増幅器ＤＡの反転入力端子側の抵抗Ｒ21が短絡されて、見かけ上非反転入力が大きくなるため、増幅器１３Bi及び１３Bqの出力端子ｔa及びｔbの電位が「１」及び「−１」に相当するレベルに固定される。 これにより直交変調器１４のＩ成分信号入力端子及びＱ成分信号入力端子に一定の直流電圧が与えられるため、直交変調器１４から無変調出力を出力させることができる。

本実施形態では、第１のスイッチＳＷ1及び第２のスイッチＳＷ2が共にオンオフ制御が可能な半導体スイッチ素子からなっていて、コンピュータ１５からの指令でこれらのスイッチを外部から制御するスイッチ制御部１６が設けられている。 図５に示したように、スイッチ制御部１６は、必要に応じてコンピュータ１５にインターフェース１７を介して接続されて、コンピュータ１５から無変調信号出力指令（直交変調器から無変調出力を出力させることを指示する指令）が与えられたときにドライブ回路へのＩ成分信号Ｓi及びＱ成分信号Ｓqの入力を止めて変調出力の発生を止めてからスイッチＳＷ1及びＳＷ2をオン状態にし、該無変調信号出力指令が除去されたときにドライブ回路にＩ成分信号Ｓi及びＱ成分信号Ｓqを入力してからスイッチＳＷ1及びＳＷ2をオフ状態にするように各スイッチを構成するスイッチ素子を制御する。 スイッチ制御部１６及びインターフェース１７は本発明に係わるデジタル変調器が設けられるデジタルモデム１８内に設けておき、コンピュータ１５をデジタルモデム１８に接続することにより、スイッチＳＷ1及びＳＷ2の制御を可能にする。

上記の実施形態では、直交変調器が差動入力となっているため、ドライブ回路１３の最終段の増幅器を差動出力を有する差動増幅器により構成したが、シングルエンド入力の直交変調器を用いる場合には、ドライブ回路１３の最終段をシングルエンドの増幅器により構成する。 このように、ドライブ回路の最終段をシングルエンドの増幅器により構成する場合にも、増幅器の非接地側の信号入力端子と接地間にスイッチを接続することにより本発明を適用することができる。

上記の説明では、直交変調器を用いてＰＳＫ変調を行なうデジタル変調器を例にとったが、本発明は、直交変調器を用いる他の変調方式のデジタル変調器、例えばＱＡＭを行なうデジタル変調器にも適用することができる。

上記の説明では、スイッチＳＷ1及びＳＷ2をスイッチ制御部により制御するとしたが、これらのスイッチとして手動操作されるスイッチを用いて、無変調出力を得る場合に、これらのスイッチを手動操作によりオン状態にするようにしてもよいのはもちろんである。

本発明の実施形態の全体的な構成を概略的に示した構成図である。

４相ＰＳＫ変調において形成される位相点と各位相点に割り当てる情報との関係を示したマッピング図である。

図１の実施形態で用いるドライブ回路の構成を示した構成図である。

図３のドライブ回路の最終段を構成する増幅器の構成例を示した回路図である。

本発明に係わるデジタル変調器にスイッチ制御部を設ける場合のデジタルモデムの構成例を示したブロック図である。

従来のデジタル変調器の構成を概略的に示した構成図である。

符号の説明

１０ 信号変換部 １１ 直並列変換器 １２ レベル変換器 １３ ドライブ回路 １３Bi，１３Bq 増幅器 １４ 直交変調器