JPH07240630A - Frequency multiplier circuit and frequency mixing circuit - Google Patents

Frequency multiplier circuit and frequency mixing circuit

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JPH07240630A
JPH07240630A JP6052976A JP5297694A JPH07240630A JP H07240630 A JPH07240630 A JP H07240630A JP 6052976 A JP6052976 A JP 6052976A JP 5297694 A JP5297694 A JP 5297694A JP H07240630 A JPH07240630 A JP H07240630A
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circuit
transistor
differential
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克治 木村
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Abstract

PURPOSE:To provide a frequency multiplier circuit and a frequency mixer circuit in constitution suitable for an MOS integrated circuit. CONSTITUTION:In two differential pairs (M1, M2) and (M3, M4) driven by the constant current source I0 of an approximately equal value, differential output pairs are constituted by connecting the output terminals of the M1 and the M3 and the output terminals of the M2 and the M4 each other in common respectively and the offset voltage VK of the approximately equal value is interposed respectively between the input terminals of the M1 and the M4 and between the input terminals of the M2 and the M3. A VRF is directly impressed to the input terminal of the M1 and it is superimposed on the VK and impressed to the input terminal of the M4. A VLO is directly impressed to the input terminal of the M3, and it is superimposed on the VK and impressed to the input terminal of the M2. Since the product VRFVLO is included in a differential output current, the components of the sum and the difference of two frequency are obtained, and this frequency mixing circuit is attained. Also, at the time of VRF=VLO, this frequency multiplying circuit is attained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、周波数逓倍回路及び周
波数ミキサ回路に係り、特にMOS集積回路化に好適な
構成の周波数逓倍回路及びミキサ回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a frequency multiplying circuit and a frequency mixer circuit, and more particularly to a frequency multiplying circuit and a mixer circuit having a configuration suitable for MOS integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路化に好適な周波数逓倍回
路としては、従来、例えば図8に示すバイポーラトラン
ジスタ構成のものが知られている。これは、本発明者
(木村)が先に出願したものである(特開平4−795
04号公報)。以下、概要を説明する。
2. Description of the Related Art As a frequency multiplier circuit suitable for semiconductor integrated circuit, a bipolar transistor structure shown in FIG. 8 has been known. This was previously filed by the present inventor (Kimura) (Japanese Patent Laid-Open No. 4-795).
No. 04 publication). The outline will be described below.

【0003】図8において、(Q1、Q2)と(Q3、
Q4)の差動対は、それぞれ等値の定電流源I0 で駆動
されるが、各差動対はそれぞれ能力の異なるバイポーラ
トランジスタで構成される。即ちQ1とQ2及びQ3と
Q4のエミッタサイズ比は、Q2:Q1=Q3:Q4=
1:K(K>1)である。なお、Kは発明者(木村)の
イニシャルを採ったものである。
In FIG. 8, (Q1, Q2) and (Q3,
The differential pair Q4) is driven by an equal constant current source I 0 , and each differential pair is composed of bipolar transistors having different capabilities. That is, the emitter size ratios of Q1 and Q2 and Q3 and Q4 are Q2: Q1 = Q3: Q4 =
1: K (K> 1). Note that K is an initial of the inventor (Kimura).

【0004】この2つの差動対の相互間において、Q1
とQ3及びQ2とQ4は、それぞれ入力端が共通接続さ
れ入力信号VINが印加される差動入力端を構成してい
る。Q1とQ4及びQ2とQ3は、それぞれ出力端が共
通接続され出力信号VOUTを送出する差動出力端を構
成している。なお、一方の出力端(Q1とQ4の共通接
続出力端)には、a{(K−1)/(K+1)}I0
る定電流源が接続されている。これは、動作電圧を適宜
なものにするためである。
Between these two differential pairs, Q1
And Q3 and Q2 and Q4 form a differential input terminal to which the input terminals are commonly connected and to which the input signal VIN is applied. The output terminals of Q1 and Q4 and Q2 and Q3 are commonly connected to each other to form a differential output terminal for outputting the output signal VOUT. A constant current source a {(K-1) / (K + 1)} I 0 is connected to one output terminal (a common connection output terminal of Q1 and Q4). This is to make the operating voltage appropriate.

【0005】以上の構成において、αF をトランジスタ
の直流増幅率とすれば、各トランジスタのコレクタ電流
(IC1、IC2、IC3、IC4)は、数式1で示される。但
し、数式1において、VT は、ボルツマン定数kと絶対
温度Tと単位電子電荷qとを用いて、VT =kT/qと
表され、VK はこのVT を用いて数式2のように表せ
る。
In the above structure, when α F is the direct current amplification factor of the transistor, the collector currents (I C1 , I C2 , I C3 , I C4 ) of the respective transistors are expressed by the formula 1. However, in Formula 1, V T is expressed as V T = kT / q using the Boltzmann constant k, absolute temperature T, and unit electron charge q, and V K is expressed by Formula 2 using V T Can be expressed as

【0006】[0006]

【数1】 [Equation 1]

【0007】[0007]

【数2】VK =VT lnK(2) V K = V T lnK

【0008】数式1から、IC1−IC2(=ΔI1 )は数
式3、IC3−IC4(=ΔI2 )は数式4となるので、差
動出力電流ΔIは数式5と求まる。
From Equation 1, since I C1 -I C2 (= ΔI 1 ) is Equation 3 and I C3 -I C4 (= ΔI 2 ) is Equation 4, the differential output current ΔI is obtained as Equation 5.

【0009】[0009]

【数3】 [Equation 3]

【0010】[0010]

【数4】 [Equation 4]

【0011】[0011]

【数5】 [Equation 5]

【0012】そして、tanhxは数式6のように級数展開
できるので、これを用いて差動出力電流を展開すると数
式7となり、入力信号VINの2乗項が含まれる。
Since tanhx can be expanded in series as shown in Expression 6, the differential output current can be expanded by using this to become Expression 7, which includes the square term of the input signal V IN .

【0013】[0013]

【数6】tanhx=x−(1/3)x3 ……[Equation 6] tanhx = x− (1/3) x 3

【0014】[0014]

【数7】 [Equation 7]

【0015】そこで、入力信号VINを数式8とおくと、
入力信号VINの2乗項は数式9と求まり周波数が2逓倍
されることが解る。
Therefore, if the input signal V IN is given by Equation 8,
The square term of the input signal V IN can be found from Equation 9 and it can be seen that the frequency is doubled.

【0016】[0016]

【数8】VIN=|VIN|cos(2πft)[Formula 8] V IN = | V IN | cos (2πft)

【0017】[0017]

【数9】 [Equation 9]

【0018】次に、周波数ミキサ回路は、ギルバートセ
ルを用いたものが知られており、これはバイポーラ集積
回路上に構成されるが、これをMOS集積回路上に構成
するとすれば図9に示すようになる。図9において、こ
の周波数ミキサ回路は、入力端子対(1、2)間に2組
の差動対トランジスタ{(M11、M12)、(M1
3、M14)}を配置し、また入力端子対(3、4)間
に前記2組の差動対トランジスタそれぞれを駆動する1
個の差動対トランジスタ(M15、M16)を配置し、
この1個の差動対トランジスタを1つの定電流源I00
駆動するようにしたものである。
Next, a frequency mixer circuit using a Gilbert cell is known, and it is constructed on a bipolar integrated circuit. If it is constructed on a MOS integrated circuit, it is shown in FIG. Like In FIG. 9, this frequency mixer circuit has two differential pair transistors {(M11, M12), (M1) between input terminal pairs (1, 2).
3, M14)} and drives each of the two sets of differential pair transistors between the input terminal pair (3, 4) 1
Arrange the differential pair transistors (M15, M16),
This one differential pair transistor is driven by one constant current source I 00 .

【0019】即ち、2組の差動対トランジスタ{(M1
1、M12)、(M13、M14)}では、一方のトラ
ンジスタ(M11、M13)のドレイン同士及び他方の
トランジスタ(M12、M14)のドレイン同士がそれ
ぞれ共通接続され、差動対トランジスタ(M11、M1
2)の一方のトランジスタM11のゲートと差動対トラ
ンジスタ(M13、M14)の他方のトランジスタM1
4のゲートとが共通に入力端子対(1、2)の一方の入
力端子1に接続され、差動対トランジスタ(M11、M
12)の他方のトランジスタM12のゲートと差動対ト
ランジスタ(M13、M14)の一方のトランジスタM
13のゲートとが共通に入力端子対(1、2)の他方の
入力端子2に接続される。
That is, two sets of differential pair transistors {(M1
1, M12), (M13, M14)}, the drains of one transistor (M11, M13) and the drains of the other transistor (M12, M14) are commonly connected to each other, and the differential pair transistor (M11, M1) is connected.
2) The gate of one transistor M11 and the other transistor M1 of the differential pair transistors (M13, M14)
4 is commonly connected to one input terminal 1 of the input terminal pair (1, 2), and is connected to the differential pair transistor (M11, M
12) The gate of the other transistor M12 and one transistor M of the differential pair transistors (M13, M14)
The gate of 13 is commonly connected to the other input terminal 2 of the input terminal pair (1, 2).

【0020】そして、1つの差動対トランジスタ(M1
5、M16)では、一方のトランジスタM15は、ドレ
インが差動対トランジスタ(M11、M12)のソース
に接続され、ゲートが入力端子対(3、4)の一方の入
力端子3に接続され、また他方のトランジスタM16
は、ドレインが差動対トランジスタ(M13、M14)
のソースに接続され、ゲートが入力端子対(3、4)の
一方の入力端子4に接続される。入力端子対(1、2)
間には第2の交流信号(電圧VLo)が印加され、入力端
子対(3、4)間には第1の交流信号(電圧VRF)が印
加される。
One differential pair transistor (M1
5, M16), the drain of one transistor M15 is connected to the sources of the differential pair transistors (M11, M12) and the gate is connected to one input terminal 3 of the input terminal pair (3, 4). The other transistor M16
The drain is a differential pair transistor (M13, M14)
Of the input terminal and the gate is connected to one input terminal 4 of the input terminal pair (3, 4). Input terminal pair (1, 2)
A second AC signal (voltage V Lo ) is applied between them, and a first AC signal (voltage V RF ) is applied between the pair of input terminals (3, 4).

【0021】以下、図9に示す回路が周波数ミキサ回路
として動作することを示す。図9において、トランジス
タ(M11、M12、M13、M14)のゲート幅Wと
ゲート長Lの比(W/L)はそれぞれ等しく(W/L)
1 とし、またトランジスタのモビリティをμn 、単位面
積当たりのゲート酸化膜容量をCOXとすると、トランス
コンダクタンスパラメータβ1 は数式10とおけるの
で、スレッショルド電圧をVT 、ゲート・ソース間電圧
をVGSi(i=11〜14)とすると、ドレイン電流(I
d11、Id12、Id13、Id14)は、数式11〜同14となる。
Hereinafter, it will be shown that the circuit shown in FIG. 9 operates as a frequency mixer circuit. In FIG. 9, the ratio (W / L) of the gate width W and the gate length L of the transistors (M11, M12, M13, M14) is equal (W / L).
1 , the transistor mobility is μ n , and the gate oxide film capacitance per unit area is C OX , the transconductance parameter β 1 can be expressed as Formula 10. Therefore, the threshold voltage is V T and the gate-source voltage is V V. If GSi (i = 11 to 14), drain current (I
d11 , I d12 , I d13 , and I d14 ) are represented by Formulas 11 to 14.

【0022】[0022]

【数10】 [Equation 10]

【0023】[0023]

【数11】Id11 =β1(VGS11−VT)2 ## EQU11 ## I d11 = β 1 (V GS11 −V T ) 2

【0024】[0024]

【数12】Id12 =β1(VGS12−VT)2 ## EQU12 ## I d12 = β 1 (V GS12 −V T ) 2

【0025】[0025]

【数13】Id13 =β1(VGS13−VT)2 ( Equation 13) I d13 = β 1 (V GS13 −V T ) 2

【0026】[0026]

【数14】Id14 =β1(VGS14−VT)2 ## EQU14 ## I d14 = β 1 (V GS14 −V T ) 2

【0027】ここで、Id15、Id16、I00、 VLOは数式1
5〜同18とおける。
Here, I d15 , I d16 , I 00 , and V LO are equations 1
5 to 18 can be set.

【0028】[0028]

【数15】Id11 +Id12 =Id15 [ Equation 15] I d11 + I d12 = I d15

【0029】[0029]

【数16】Id13 +Id14 =Id16 ## EQU16 ## I d13 + I d14 = I d16

【0030】[0030]

【数17】Id15 +Id16 =I00 [ Expression 17] I d15 + I d16 = I 00

【0031】[0031]

【数18】VGS11−VGS12=VGS14−VGS13=VLO [ Equation 18] V GS11 −V GS12 = V GS14 −V GS13 = V LO

【0032】次いで、M15、M16のゲート幅とゲー
ト長の比を(W/L)2 とすると、トランスコンダクタ
ンスパラメータβ2 は数式19とおけるので、ドレイン
電流Id15、同Id16 は、数式11〜同14と同様に表記
でき数式20,同21のようになる。また、第1の交流
信号(電圧VRF)は数式22で示される。
Next, assuming that the ratio of the gate width and the gate length of M15 and M16 is (W / L) 2 , the transconductance parameter β 2 can be expressed by Formula 19, so that the drain currents I d15 and I d16 can be calculated by Formula 11 ~ It can be expressed in the same manner as in the above-mentioned 14, and becomes as in the mathematical expressions 20 and 21. Further, the first AC signal (voltage V RF ) is expressed by Equation 22.

【0033】[0033]

【数19】 [Formula 19]

【0034】[0034]

【数20】Id15 =β2(VGS15−VT)2 [ Equation 20] I d15 = β 2 (V GS15 −V T ) 2

【0035】[0035]

【数21】Id16 =β2(VGS16−VT)2 [ Expression 21] I d16 = β 2 (V GS16 −V T ) 2

【0036】[0036]

【数22】VGS15−VGS16=VRF [ Equation 22] V GS15 −V GS16 = V RF

【0037】数式17、同20〜同22を解いてIVRF
=Id15 −Id16 を求めると、数式23となるので、I
d15 、Id16 は数式24、同25のように求まる。
Solving the equations (17) and (20) to (22), I VRF
Calculating = I d15 −I d16 yields Equation 23, so I
d15 and I d16 are obtained as in Equations 24 and 25.

【0038】[0038]

【数23】 [Equation 23]

【0039】[0039]

【数24】Id15 =(1/2)(I00+IVRF)[ Equation 24] I d15 = (1/2) (I 00 + I VRF ).

【0040】[0040]

【数25】Id16 =(1/2)(I00−IVRF)(25) I d16 = (1/2) (I 00 −I VRF ).

【0041】また、IVLO を数式26のようにおくと、
入力電圧VLOは数式27のように表せる。
If I VLO is set as in Equation 26,
The input voltage V LO can be expressed as in Expression 27.

【0042】[0042]

【数26】 [Equation 26]

【0043】[0043]

【数27】 [Equation 27]

【0044】そうすると、ΔI=I31−I32は、数式2
8のようになる。
Then, ΔI = I 31 −I 32 becomes
It becomes like 8.

【0045】[0045]

【数28】 [Equation 28]

【0046】そして、数式28において、|VLo|《√
(I00/β1 )とすれば、ΔIは、数式29のように近
似できる。
Then, in Expression 28, | V Lo | << √
If (I 00 / β 1 ), ΔI can be approximated as in Expression 29.

【0047】[0047]

【数29】ΔI≒(1/I00)IVRF ・IVLO [Equation 29] ΔI ≒ (1 / I 00 ) I VRF · I VLO

【0048】ここで、IVLO は、入力電圧VLOに対する
定電流源I00/2で駆動される差動増幅器の差動出力電
流に相当する。またIVRF は、数式23に示すように入
力電圧VRFに対する定電流源I00で駆動される差動増幅
器の差動出力電流を表す。
[0048] Here, I VLO corresponds to the differential output current of the differential amplifier which is driven by a constant current source I 00/2 with respect to the input voltage V LO. I VRF represents the differential output current of the differential amplifier driven by the constant current source I 00 with respect to the input voltage V RF as shown in Equation 23.

【0049】従って、IVLO は入力電圧VLOにほぼ比例
し、IVRF は入力電圧VRFにほぼ比例するので、入力電
圧VRF及び同VLOが小さければ、図9に示す回路は乗算
器となる。
[0049] Therefore, the I VLO nearly proportional to the input voltage V LO, since I VRF is approximately proportional to the input voltage V RF, the smaller the input voltage V RF and the V LO, the circuit shown in FIG. 9 multiplier Becomes

【0050】また、数式28を更に級数展開すると、Δ
Iは数式30となるので、入力電圧VLO、同VRFそれぞ
れの2次以上の項を無視すると、数式31が得られる。
Further, by further expanding the formula 28 into a series, Δ
Since I becomes Equation 30, Equation 31 can be obtained by ignoring the second-order and higher-order terms of the input voltages V LO and V RF .

【0051】[0051]

【数30】 [Equation 30]

【0052】[0052]

【数31】 [Equation 31]

【0053】ここで、入力電圧VLO、同VRFを数式3
2、同33のようにおいて両者の積をとると、数式34
に示すように、2周波の和と差の成分が得られる。
Here, the input voltage V LO and the input voltage V RF are expressed by Equation 3
2 and 33, when the product of the two is taken,
As shown in, the sum and difference components of the two frequencies are obtained.

【0054】[0054]

【数32】VLO=|VLO|cos 2πfLO[Expression 32] V LO = | V LO | cos 2πf LO t

【0055】[0055]

【数33】VRF=|VRF|cos 2πfRF[Expression 33] V RF = | V RF | cos 2πf RF t

【0056】[0056]

【数34】VLO・VRF=(1/2)|VLO||VRF
[cos {2π(fLO+fRF)t}+cos {2π(fLO
RF)t}]
[Formula 34] V LO · V RF = (1/2) | V LO || V RF
[Cos {2π (f LO + f RF ) t} + cos {2π (f LO
f RF ) t}]

【0057】そして、I31、I32は、差動電流であるの
で、数式35、同36と表すことができ、それぞれ±
(1/2)ΔIを含む。従って、図9に示すギルバート
セルは周波数ミキサ回路となっているのである。
Since I 31 and I 32 are differential currents, they can be expressed by equations 35 and 36, respectively,
Including (1/2) ΔI. Therefore, the Gilbert cell shown in FIG. 9 is a frequency mixer circuit.

【0058】[0058]

【数35】I31=(1/2)(I00+ΔI)(35) I 31 = (1/2) (I 00 + ΔI)

【0059】[0059]

【数36】I32=(1/2)(I00−ΔI)(36) I 32 = (1/2) (I 00 −ΔI)

【0060】[0060]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の周波数
逓倍回路は、低電圧動作が可能であるが、差動対の一方
のトランジスタのエミッタサイズをK倍(K>1)とし
ているので、トランジスタサイズが大きくなり、周波数
特性が劣化するという問題がある。
The above-mentioned conventional frequency multiplier circuit is capable of low voltage operation, but one of the transistors of the differential pair has an emitter size of K times (K> 1). There is a problem that the size becomes large and the frequency characteristic deteriorates.

【0061】また、周波数ミキサ回路をギルバートセル
を用いて図9に示すように構成すると、縦積み回路とな
るので、電源電圧が高くなる。また、素子数が多いの
で、NF(雑音指数)が劣化し、回路電流も増加する。
更に、乗算器特性は、入力電圧(VL0、VRF)が共に小
さい時にのみ近似しているので、大入力での動作ではエ
ミッタ抵抗の値を操作して対応するので3次歪が生ずる
等の問題がある。
Further, if the frequency mixer circuit is constructed by using Gilbert cells as shown in FIG. 9, it becomes a vertically stacked circuit, so that the power supply voltage becomes high. Further, since the number of elements is large, the NF (noise figure) is deteriorated and the circuit current is also increased.
Further, since the multiplier characteristics are approximated only when both input voltages (V L0 , V RF ) are small, the operation at a large input is handled by manipulating the value of the emitter resistance, so that third-order distortion occurs. I have a problem.

【0062】本発明の目的は、MOS集積回路化に好適
な構成であって、低電圧動作が可能で、かつ、高周波数
動作が可能な周波数逓倍回路及び周波数ミキサ回路を提
供することにある。
It is an object of the present invention to provide a frequency multiplier circuit and a frequency mixer circuit which are suitable for MOS integrated circuits and which can operate at low voltage and operate at high frequency.

【0063】[0063]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の周波数逓倍回路及び周波数ミキサ回路は次
の如き構成を有する。即ち、第1発明の周波数逓倍回路
または周波数ミキサ回路は、一方のトランジスタの入力
端に交流信号または第1交流信号が印加され、他方のト
ランジスタの入力端に前記交流信号または第2交流信号
がオフセット電圧に重畳して印加される差動対; で構
成されることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the frequency multiplication circuit and frequency mixer circuit of the present invention have the following configurations. That is, in the frequency multiplying circuit or the frequency mixer circuit of the first invention, the AC signal or the first AC signal is applied to the input end of one transistor, and the AC signal or the second AC signal is offset to the input end of the other transistor. The differential pair is applied by superimposing it on the voltage.

【0064】第2発明の周波数逓倍回路または周波数ミ
キサ回路は、1つの差動対と; 交流信号、または、第
1交流信号と第2交流信号の和信号または差信号を入力
としこの差動対の2つのトランジスタの入力端間にオフ
セット電圧を形成する回路であって、一方のトランジス
タの入力端に入力信号を出力し、他方のトランジスタの
入力端に入力信号を当該オフセット電圧に重畳して出力
するオフセット電圧形成回路と; を備えたことを特徴
とするものである。
The frequency multiplying circuit or the frequency mixer circuit of the second invention is provided with one differential pair; an AC signal or a sum signal or a difference signal of the first AC signal and the second AC signal as an input, and the differential pair. A circuit for forming an offset voltage between the input terminals of two transistors, which outputs an input signal to the input terminal of one transistor and outputs the input signal to the input terminal of the other transistor by superimposing the input signal on the offset voltage. And an offset voltage forming circuit for

【0065】第3発明の周波数逓倍回路は、ほぼ等値の
定電流源で駆動される2つの差動対であって、この2つ
の差動対の相互間で、各差動対の一方のトランジスタの
出力端同士及び他方のトランジスタの出力端同士をそれ
ぞれ共通接続して差動出力対を構成し、各差動対の一方
のトランジスタと他方のトランジスタとの入力端間それ
ぞれにほぼ等値のオフセット電圧が出力端を共通接続し
たトランジスタの入力端側の極性を同じくして形成さ
れ、それぞれの入力端間における一方の入力端に交流信
号が印加され他方の入力端に交流信号がオフセット電圧
に重畳されて印加される; ことを特徴とするものであ
る。
The frequency multiplying circuit of the third invention is two differential pairs driven by a constant current source having an approximately equal value, and between the two differential pairs, one of the differential pairs is connected. The output terminals of the transistors and the output terminals of the other transistor are commonly connected to each other to form a differential output pair, and a substantially equal value is provided between the input terminals of one transistor and the other transistor of each differential pair. The offset voltage is formed with the same polarity on the input side of the transistors whose output terminals are commonly connected.An AC signal is applied to one of the input terminals and an AC signal is applied to the other input terminal as an offset voltage. It is applied in a superimposed manner;

【0066】第4発明の周波数逓倍回路は、ほぼ等値の
定電流源で駆動される2つの差動対であって、この2つ
の差動対の相互間で、各差動対の一方のトランジスタの
出力端同士及び他方のトランジスタの出力端同士をそれ
ぞれ共通接続して差動出力対を構成する2つの差動対
と; 前記各差動対の一方のトランジスタと他方のトラ
ンジスタとの入力端間それぞれに出力端を共通接続した
トランジスタの入力端側の極性を同じくしてほぼ等値の
オフセット電圧を形成する回路であって、それぞれの入
力端間における一方の入力端には入力信号を出力し、他
方の入力端には入力信号を当該オフセット電圧に重畳し
て出力する2つのオフセット電圧形成回路と; を備え
たことを特徴とするものである。
The frequency multiplying circuit of the fourth aspect of the invention is two differential pairs driven by a constant current source having substantially the same value. Between the two differential pairs, one of the differential pairs is connected. Two differential pairs that form a differential output pair by commonly connecting the output terminals of the transistors and the output terminals of the other transistor; and input terminals of one transistor and the other transistor of each differential pair. It is a circuit that forms a substantially equal offset voltage by making the polarities of the input ends of transistors whose output ends are commonly connected to each other, and outputs an input signal to one input end between the input ends. On the other hand, the other input terminal is provided with two offset voltage forming circuits for superimposing an input signal on the offset voltage and outputting it.

【0067】なお、第4発明の周波数逓倍回路におい
て; 前記2つのオフセット電圧形成回路は、それぞれ
の入力端間に交流信号が印加される場合と、一方の回路
の入力端に交流信号が印加され、他方の回路の入力端は
交流的に接地される場合とがある。
In the frequency multiplying circuit according to the fourth aspect of the invention; the two offset voltage forming circuits have a case where an AC signal is applied between their input terminals and a case where an AC signal is applied to the input terminal of one circuit. The input terminal of the other circuit may be AC-grounded in some cases.

【0068】第5発明の周波数ミキサ回路は、ほぼ等値
の定電流源で駆動される2つの差動対であって、この2
つの差動対の相互間で、各差動対の一方のトランジスタ
の出力端同士及び他方のトランジスタの出力端同士をそ
れぞれ共通接続して差動出力対を構成し、各差動対の一
方のトランジスタと他方のトランジスタとの入力端間そ
れぞれにほぼ等値のオフセット電圧が出力端を共通接続
したトランジスタの入力端側の極性を同じくして形成さ
れ、一方の入力端間における一方の入力端に第1交流信
号が印加され他方の入力端に第1交流信号がオフセット
電圧に重畳されて印加され、他方の入力端間における一
方の入力端に第2交流信号が印加され他方の入力端に第
2交流信号がオフセット電圧に重畳されて印加される;
ことを特徴とするものである。
The frequency mixer circuit of the fifth aspect of the invention is two differential pairs driven by constant current sources having substantially equal values.
Between the two differential pairs, the output terminals of one transistor of each differential pair and the output terminals of the other transistor are commonly connected to form a differential output pair. Substantially equal offset voltages are formed between the input terminals of the transistor and the other transistor, with the same polarity on the input terminal side of the transistors with the output terminals commonly connected, and at one input terminal between the one input terminals. The first AC signal is applied, the first AC signal is applied to the other input terminal by being superimposed on the offset voltage, the second AC signal is applied to one input terminal between the other input terminals, and the first AC signal is applied to the other input terminal. 2 AC signals are applied superimposed on the offset voltage;
It is characterized by that.

【0069】第6発明の周波数ミキサ回路は、ほぼ等値
の定電流源で駆動される2つの差動対であって、この2
つの差動対の相互間で、各差動対の一方のトランジスタ
の出力端同士及び他方のトランジスタの出力端同士をそ
れぞれ共通接続して差動出力対を構成する2つの差動対
と; 前記各差動対の一方のトランジスタと他方のトラ
ンジスタとの入力端間それぞれに出力端を共通接続した
トランジスタの入力端側の極性を同じくしてほぼ等値の
オフセット電圧を形成する回路であって、それぞれの入
力端間における一方の入力端には入力信号を出力し、他
方の入力端には入力信号を当該オフセット電圧に重畳し
て出力する2つのオフセット電圧形成回路と; を備え
たことを特徴とするものである。
The frequency mixer circuit according to the sixth aspect of the present invention comprises two differential pairs driven by constant current sources having substantially equal values.
Two differential pairs that form a differential output pair by commonly connecting the output terminals of one transistor and the output terminals of the other transistor of each differential pair between the two differential pairs; A circuit that forms an offset voltage of substantially equal value by making the polarities of the input ends of transistors whose output ends are commonly connected between the input ends of one transistor and the other transistor of each differential pair, Two offset voltage forming circuits for outputting an input signal to one input terminal between the respective input terminals and for outputting the input signal by superimposing the input signal on the offset voltage are output to the other input terminal. It is what

【0070】なお、第6発明の周波数ミキサ回路におい
て; 2つのオフセット電圧形成回路は、一方の回路が
第1交流信号を入力とし他方の回路が第2交流信号を入
力とする場合と、一方の回路が第1交流信号と第2交流
信号との和信号または差信号を入力とし他方の回路の入
力端は交流的に接地される場合とがある。
In the frequency mixer circuit according to the sixth aspect of the invention; the two offset voltage forming circuits have one circuit for receiving the first AC signal and the other circuit for receiving the second AC signal; There is a case where the circuit inputs the sum signal or the difference signal of the first AC signal and the second AC signal and the input end of the other circuit is AC-grounded.

【0071】また、前記オフセット電圧は、オフセット
電圧形成回路を構成する2つのトランジスタ自体の電圧
差で形成される場合と、オフセット電圧形成回路を構成
する1つのトランジスタの電流源側に介在させた抵抗に
よる電圧降下により形成される場合とがある。
The offset voltage is formed by the voltage difference between the two transistors forming the offset voltage forming circuit, and the resistance interposed on the current source side of one transistor forming the offset voltage forming circuit. It may be formed by a voltage drop due to.

【0072】[0072]

【作用】次に、前記の如く構成される本発明の周波数逓
倍回路及び周波数ミキサ回路の作用を説明する。本発明
の周波数逓倍回路及び周波数ミキサ回路は、交流入力信
号が1種類であるか2種類であるかの相違があるのみ
で、両回路とも同一構成であって、1つの差動対の両入
力端の直流バイアス電圧を異ならせて2乗特性を実現し
たものと、2つの差動対の出力端をたすきがけ接続して
差動出力対を構成すると共に、入力端をオフセット電圧
を介してたすきがけ接続して2乗特性を実現したものと
からなる。
Next, the operation of the frequency multiplication circuit and frequency mixer circuit of the present invention constructed as described above will be explained. The frequency multiplying circuit and the frequency mixer circuit of the present invention have the same configuration, except that there is one type or two types of AC input signals, and both circuits have the same configuration and both inputs of one differential pair. A DC output that has different DC bias voltages at its ends to realize the square characteristic, and the output ends of two differential pairs are cross-connected to form a differential output pair, and the input ends are connected via an offset voltage. It has a square connection and a square characteristic.

【0073】本発明の周波数逓倍回路及び周波数ミキサ
回路は、MOSトランジスタで構成されるが、差動対が
2個の場合もいわゆる横一列に配置する構成であるので
原理的に低電圧動作が可能で、また最小単位のトランジ
スタを用いるので回路規模は増大せず高周波動作が可能
である。
The frequency multiplying circuit and the frequency mixer circuit of the present invention are composed of MOS transistors, but even if there are two differential pairs, they are arranged in a so-called horizontal row, so that low voltage operation is possible in principle. In addition, since the minimum unit transistor is used, high-frequency operation is possible without increasing the circuit scale.

【0074】[0074]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の一実施例に係る周波数逓倍回路
を示す。この周波数逓倍回路は、ほぼ等値の定電流源I
0 で駆動される2つの差動対{(M1、M2)(M3、
M4)}で構成されるが、この2つの差動対の相互間
で、出力端(ドレイン)をたすきがけ接続して、即ち、
M1とM4の出力端(ドレイン)同士及びM2とM3の
出力端(ドレイン)同士をそれぞれ共通接続して差動出
力対を構成し、また入力端(ゲート)をほぼ等値のオフ
セット電圧VK を介してたすきがけ接続して、即ち、M
1とM3の入力端(ゲート)間及びM2とM4の入力端
(ゲート)間にほぼ等値のオフセット電圧VK を出力端
を共通接続したトランジスタの入力端側の極性を同じく
して介在させてある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a frequency multiplier circuit according to an embodiment of the present invention. This frequency multiplier circuit has a constant current source I of almost equal value.
Two differential pairs driven by 0 {(M1, M2) (M3,
M4)}, the output terminal (drain) is cross-connected between the two differential pairs, that is,
The output terminals (drains) of M1 and M4 and the output terminals (drains) of M2 and M3 are commonly connected to form a differential output pair, and the input terminals (gates) have offset voltages V K of substantially equal value. Through a stack, ie, M
A substantially equal offset voltage V K is interposed between the input terminals (gates) of 1 and M3 and between the input terminals (gates) of M2 and M4 with the same polarity on the input terminal side of the transistors whose output terminals are commonly connected. There is.

【0075】従って、図1の例ではM1とM4の入力端
間に入力信号(電圧V1 )が印加されるデイファレンシ
ャルタイプであるが、M2とM3の入力端にはこの入力
信号がオフセット電圧VK に重畳されて印加されること
になる。なお、オフセット電圧VK は、電池を用いて発
生しても良いが、図4や図5に示すようにトランジスタ
を用いて発生しても良い。
Therefore, in the example of FIG. 1, the differential type in which the input signal (voltage V 1 ) is applied between the input terminals of M1 and M4, this input signal is offset at the input terminals of M2 and M3. The voltage V K is superimposed and applied. The offset voltage V K may be generated using a battery, but may be generated using a transistor as shown in FIGS. 4 and 5.

【0076】以上の構成において、差動対(M1、M
2)の差動出力電流ΔI1 は数式37と求まり、数式3
8と表記できる。
In the above configuration, the differential pair (M1, M
The differential output current ΔI 1 of 2) is calculated by the following formula 37, and formula 3
It can be written as 8.

【0077】[0077]

【数37】 [Equation 37]

【0078】[0078]

【数38】ΔI1 =I0 sgn(V1 −VK) (|V1
−VK |≧√(I0 /β))
ΔI 1 = I 0 sgn (V 1 −V K ) (| V 1
−V K | ≧ √ (I 0 / β))

【0079】同様に、差動対(M3、M4)の差動出力
電流ΔI2 は数式39と求まり、数式40と表記でき
る。
Similarly, the differential output current ΔI 2 of the differential pair (M3, M4) is obtained by the equation 39 and can be represented by the equation 40.

【0080】[0080]

【数39】 [Formula 39]

【0081】[0081]

【数40】ΔI2 =I0 sgn(V1 +VK) (|V1
+VK |≧√(I0 /β))
ΔI 2 = I 0 sgn (V 1 + V K ) (│V 1
+ V K | ≧ √ (I 0 / β))

【0082】従って、2つの差動対をたすきがけして得
られる差動出力電流ΔIは数式41と表せるが、数式3
7は次の数式42で近似できる。このときの近似誤差
は、入力電圧範囲が、|V1 −VK |≦√(I0 /β)
の範囲においては3%以内である。同様に、数式39は
次の数式43で近似できる。
Therefore, the differential output current ΔI obtained by striking the two differential pairs can be expressed by Equation 41, but Equation 3
7 can be approximated by the following Expression 42. The approximation error at this time is that the input voltage range is | V 1 −V K | ≦ √ (I 0 / β)
In the range of, it is within 3%. Similarly, Expression 39 can be approximated by the following Expression 43.

【0083】[0083]

【数41】ΔI=ΔI1 −ΔI2 (41) ΔI = ΔI 1 −ΔI 2

【0084】[0084]

【数42】 [Equation 42]

【0085】[0085]

【数43】 [Equation 43]

【0086】即ち、数式42及び同43から明らかなよ
うに、入力電圧V1 の2乗の項が含まれているので、図
1の回路は2逓倍回路となっているのである。この周波
数逓倍回路の伝達特性を図2に、トランスコンダクタン
ス特性を図3に示してある。
That is, as is clear from the equations 42 and 43, since the term of the square of the input voltage V 1 is included, the circuit of FIG. 1 is a doubler circuit. The transfer characteristic of this frequency multiplier circuit is shown in FIG. 2, and the transconductance characteristic is shown in FIG.

【0087】なお、図1の周波数逓倍回路は、M1とM
4の一方の入力端に交流信号を印加し、他方の入力端を
交流的に接地するシングルタイプとしても使用できるこ
とは言うまでもない。
The frequency multiplication circuit of FIG.
It goes without saying that it can be also used as a single type in which an AC signal is applied to one input end of 4 and the other input end is grounded in an AC manner.

【0088】次に、図1の構成にオフセット電圧形成回
路及び出力回路を付加した周波数逓倍回路の具体的な構
成例を図4及び図5に示す。まず、図4において、M5
とM6及びM7とM8はそれぞれオフセット電圧形成回
路を構成し、M9とM10は出力回路を構成するアクテ
ィブロードである。
Next, FIGS. 4 and 5 show specific examples of the configuration of a frequency multiplication circuit in which an offset voltage forming circuit and an output circuit are added to the configuration of FIG. First, in FIG. 4, M5
And M6 and M7 and M8 form an offset voltage forming circuit, and M9 and M10 are active loads forming an output circuit.

【0089】本実施例でのオフセット電圧形成回路は、
異なる電流値で駆動される2つのトランジスタで構成さ
れ、この2つのトランジスタの電圧差でオフセット電圧
Kを形成するものである。即ち、M5とM8はI00
駆動電流とし、M6とM7はKI00を駆動電流としてソ
ースフォロア動作をするトランジスタであるが、M5と
M6及びM7とM8はそれぞれ入力端を共通接続して入
力信号(電圧V1 )が印加され、M5のソースにはM3
の入力端(ゲート)が接続され、M6のソースにはM1
の入力端(ゲート)が接続され、M7のソースにはM4
の入力端(ゲート)が接続され、M8のソースにはM2
の入力端(ゲート)が接続される。
The offset voltage forming circuit of this embodiment is
It is composed of two transistors driven with different current values, and the offset voltage V K is formed by the voltage difference between these two transistors. That is, M5 and M8 are transistors that perform a source follower operation with I 00 as a drive current and M6 and M7 as KI 00 as a drive current. A signal (voltage V 1 ) is applied, and the source of M5 is M3
Input terminal (gate) is connected, and the source of M6 is M1
Input terminal (gate) is connected, and M4 source is M4
Input terminal (gate) is connected, and M2 is connected to the source of M8.
Input terminal (gate) of is connected.

【0090】従って、M1とM3の入力端間にはM5と
M6の電圧差(オフセット電圧)が印加され、M4とM
2の入力端間にはM8とM7の電圧差(オフセット電
圧)が印加される。そして、入力信号は、M1とM4の
入力端にはそのまま印加されるが、M3とM2の入力端
にはオフセット電圧に重畳されて印加される。
Therefore, the voltage difference (offset voltage) between M5 and M6 is applied between the input terminals of M1 and M3, and M4 and M6 are applied.
A voltage difference (offset voltage) between M8 and M7 is applied between the two input terminals. The input signal is directly applied to the input terminals of M1 and M4, but is applied to the input terminals of M3 and M2 while being superimposed on the offset voltage.

【0091】なお2つのトランジスタの電圧差でオフセ
ット電圧を形成する方法としては、駆動電流値を異なら
せる方法の他に、駆動電流値は同じにして2つのトラン
ジスタの能力(これはゲート長とゲート幅の比で規定さ
れる)を異ならせる方法、駆動電流値と能力の双方を異
ならせる方法(ハイブリッド方式)等が考えられる。特
に、ハイブリッド方式では、チップサイズを重視するか
電流の低減を重視するか等の重み付けに従いパラメータ
を選択できるので設計の柔軟性に優れ、回路規模の縮小
化を容易にする利点がある。
As a method of forming the offset voltage by the voltage difference between the two transistors, in addition to the method in which the driving current value is different, the driving current value is the same and the ability of the two transistors (the gate length and gate (Defined by the width ratio), a method of making both the drive current value and the ability different (hybrid system), and the like. In particular, in the hybrid system, the parameters can be selected according to weighting such as whether the chip size is emphasized or the current reduction is emphasized, so that the flexibility is excellent in the design and the circuit scale can be easily reduced.

【0092】また図5はオフセット電圧発生回路を1つ
のトランジスタ(M11、M12)で構成し、それぞれ
のソースに挿入した抵抗R1 の電圧降下でオフセット電
圧を形成した例を示す。M11とM12はそれぞれほぼ
等値の定電流源I00で駆動されソースフォロア動作をす
るが、M11のソースに挿入した抵抗R1 のソース側が
M3の入力端に接続され電流源側がM1の入力端にそれ
ぞれ接続される。同様に、M12のソースに挿入した抵
抗R1 のソース側がM2の入力端に接続され電流源側が
M4の入力端にそれぞれ接続される。
FIG. 5 shows an example in which the offset voltage generating circuit is composed of one transistor (M11, M12), and the offset voltage is formed by the voltage drop of the resistor R 1 inserted in each source. M11 and M12 are respectively a driven source follower operation substantially at constant current source I 00 of equality, but the input terminals of the connected current source side to the input terminal of the source side of the resistor R 1 inserted into M11 the source of M3 is M1 Respectively connected to. Similarly, the source side of the resistor R 1 inserted in the source of M12 is connected to the input end of M2, and the current source side is connected to the input end of M4.

【0093】なお、図4及び図5に示す周波数逓倍回路
でも、シングルタイプの使用ができることは言うまでも
ない。
It goes without saying that the frequency multiplier circuits shown in FIGS. 4 and 5 can also be used as a single type.

【0094】次いで図6は、本発明の一実施例に係る周
波数ミキサ回路を示す。この周波数ミキサ回路は、定電
流源I0 で駆動される1つの差動対(M1、M2)で構
成され、M1の入力端(ゲート)には第1交流信号(電
圧VRF)が印加され、M2の入力端(ゲート)には第2
交流信号(電圧VLO)がオフセット電圧VK に重畳され
て印加される。
Next, FIG. 6 shows a frequency mixer circuit according to an embodiment of the present invention. This frequency mixer circuit is composed of one differential pair (M1, M2) driven by a constant current source I 0 , and the first AC signal (voltage V RF ) is applied to the input terminal (gate) of M1. , M2 has a second input terminal (gate)
An alternating current signal (voltage V LO ) is superimposed on the offset voltage V K and applied.

【0095】以上の構成において、M1とM2が飽和領
域で動作しているとすると、ドレイン電流Id1は数式4
4、ドレイン電流Id2は数式45と表すことができ、両
電流の和が定電流源I0 である(数式46)。
In the above configuration, assuming that M1 and M2 operate in the saturation region, the drain current I d1 is given by
4, the drain current I d2 can be expressed by Equation 45, and the sum of both currents is the constant current source I 0 (Equation 46).

【0096】[0096]

【数44】Id1=β(VGS1 −VT)2 (44) I d1 = β (V GS1 −V T ) 2

【0097】[0097]

【数45】Id2=β(VGS2 −VT)2 (45) I d2 = β (V GS2- V T ) 2

【0098】[0098]

【数46】Id1+Id2=I0 (46) I d1 + I d2 = I 0

【0099】また差動入力電圧Vinは、数式47と表せ
るので、数式44〜同47から差動出力電流ΔI1 は、
入力電圧の範囲に応じて数式48〜同50と求まる。但
し、数式48〜同50において、Vμは、Vμ=√(I
0 /β)である。
Since the differential input voltage V in can be expressed by the equation 47, the differential output current ΔI 1 can be calculated from the equations 44 to 47 as follows.
Expressions 48 to 50 are obtained according to the range of the input voltage. However, in Expressions 48 to 50, Vμ is Vμ = √ (I
0 / β).

【0100】[0100]

【数47】VRF−VLO−VK =Vin V RF −V LO −V K = V in

【0101】[0101]

【数48】 [Equation 48]

【0102】[0102]

【数49】 [Equation 49]

【0103】[0103]

【数50】 [Equation 50]

【0104】そして、数式48は次の数式51で近似で
きる。
The expression 48 can be approximated by the following expression 51.

【0105】[0105]

【数51】 [Equation 51]

【0106】数式51は、MOSトランジスタの2乗則
である数式44、同45から求まる数式48に対し入力
電圧が|Vin|≦Vμの範囲内では誤差は3%以内に納
まっている。そして、MOSトランジスタの電流特性を
ショックレーの方程式で示されるSPICEモデルを用
いたシミュレーション値と比較すると、数式48とSP
ICEシミュレーション値との関係よりも数式51とS
PICEシミュレーション値との関係の方が良い近似関
係になっている。因に、SPICEシミュレーション値
も数式48に対し入力電圧が|Vin|≦Vμの範囲内で
は誤差は3%以内に納まっている。
In the equation 51, the error is within 3% within the range of the input voltage | V in | ≦ Vμ with respect to the equation 48 obtained from the square law of the MOS transistor and the equation 48. Then, comparing the current characteristic of the MOS transistor with the simulation value using the SPICE model represented by Shockley's equation, Equation 48 and SP
Equation 51 and S rather than the relationship with the ICE simulation value
The relation with the PICE simulation value has a better approximation relation. For the SPICE simulation value, the error is within 3% within the range of the input voltage | V in | ≦ Vμ with respect to Formula 48.

【0107】従って、数式51は、差動対の入出力特性
を表す近似式としては非常に良いレベルにあると言え
る。この数式51を展開すると数式52となる。
Therefore, it can be said that the expression 51 is at a very good level as an approximate expression representing the input / output characteristics of the differential pair. When this formula 51 is expanded, it becomes a formula 52.

【0108】[0108]

【数52】 [Equation 52]

【0109】この数式51には、VRFとVLOの積VRF
LOが含まれるので、数式32、同33、同34によっ
て、2周波の和と差の成分が得られる。ここで、Id1
d2は差動電流であるから、Id1は数式53、Id2は数
式54と表される。それぞれ、±(1/2)ΔI1 を含
んでいる。従って、ΔI1 、あるいは、Id1、Id2を電
圧変換すれば、周波数ミキサ回路となるのである。
[0109] The equation 51, the product of V RF and V LO V RF V
Since LO is included, the sum and difference components of the two frequencies can be obtained by Expressions 32, 33, and 34. Here, since I d1 and I d2 are differential currents, I d1 is expressed by Formula 53 and I d2 is expressed by Formula 54. Each contains ± (1/2) ΔI 1 . Therefore, if ΔI 1 or I d1 and I d2 are converted into a voltage, a frequency mixer circuit is obtained.

【0110】[0110]

【数53】Id1=(I0 +ΔI1 )/2(53) I d1 = (I 0 + ΔI 1 ) / 2

【0111】[0111]

【数54】Id2=(I0 −ΔI1 )/2(54) I d2 = (I 0 −ΔI 1 ) / 2

【0112】なお、オフセット電圧VK は、前述したよ
うに、入力端(ゲート)を共通接続した2つのトランジ
スタの電圧差、または、1つのトランジスタのソースに
介在させた抵抗の電圧降下を使用できるが、この場合に
は、トランジスタへの入力信号は、第1交流信号と第2
交流信号との和信号または差信号とすれば良い。
As described above, the offset voltage V K can use the voltage difference between the two transistors whose input terminals (gates) are commonly connected, or the voltage drop of the resistor interposed between the sources of one transistor. However, in this case, the input signal to the transistor is the first AC signal and the second AC signal.
It may be a sum signal or a difference signal with the AC signal.

【0113】そして、以上の説明から明らかなように、
RF=VLOとすれば、周波数定倍回路となる。
Then, as is clear from the above description,
If V RF = V LO , a frequency multiplication circuit is obtained.

【0114】次いで図7は、本発明の他の実施例に係る
周波数ミキサ回路を示す。この周波数ミキサ回路は、ほ
ぼ等値の定電流源I0 で駆動される2つの差動対{(M
1、M2)(M3、M4)}で構成され、この2つの差
動対の相互間で、M1とM3の出力端(ドレイン)同士
及びM2とM4の出力端(ドレイン)同士をそれぞれ共
通接続して差動出力対を構成すると共に、M1とM4の
入力端(ゲート)間及びM2とM3の入力端(ゲート)
間にそれぞれほぼ等値のオフセット電圧VK が出力端同
士を共通接続したトランジスタの入力端の極性を同一に
して形成されている。以上の構成は図1の構成と実質同
一である。
Next, FIG. 7 shows a frequency mixer circuit according to another embodiment of the present invention. The frequency mixer circuit, two differential pairs are driven at substantially the constant current source I 0 of equality {(M
1, M2) (M3, M4)}, and the output terminals (drains) of M1 and M3 and the output terminals (drains) of M2 and M4 are commonly connected between the two differential pairs. To form a differential output pair, between the input terminals (gates) of M1 and M4, and between the input terminals (gate) of M2 and M3.
Offset voltages V K having substantially the same value are formed between the input terminals of the transistors whose output terminals are commonly connected with the same polarity. The above configuration is substantially the same as the configuration of FIG.

【0115】この周波数ミキサ回路は、第1交流信号
(電圧VRF)がM1の入力端に印加されM4の入力端に
オフセット電圧VK に重畳されて印加され、第2交流信
号(電圧VLO)がM3の入力端に印加されM2の入力端
にオフセット電圧VK に重畳されて印加される。
In this frequency mixer circuit, the first AC signal (voltage V RF ) is applied to the input terminal of M1 and is applied to the input terminal of M4 while being superimposed on the offset voltage V K , and the second AC signal (voltage V LO ) Is applied to the input terminal of M3 and is applied to the input terminal of M2 while being superimposed on the offset voltage V K.

【0116】以上の構成において、差動出力電流ΔIは
数式55と求まる。
In the above configuration, the differential output current ΔI can be calculated by the equation 55.

【0117】[0117]

【数55】 [Equation 55]

【0118】この数式55には、VRFとVLOの積VRF
LOが含まれるので、数式32、同33、同34によっ
て、2周波の和と差の成分が得られる。ここで、I1
2 は差動電流であるから、I1 は数式56、I2 は数
式57と表される。それぞれ、±(1/2)ΔIを含ん
でいる。従って、ΔI、あるいは、I1 、I2 を電圧変
換すれば、周波数ミキサ回路となるのである。
[0118] In this equation 55, the product of V RF and V LO V RF V
Since LO is included, the sum and difference components of the two frequencies can be obtained by Expressions 32, 33, and 34. Here, since I 1 and I 2 are differential currents, I 1 is expressed by Formula 56 and I 2 is expressed by Formula 57. Each includes ± (1/2) ΔI. Therefore, a frequency mixer circuit can be obtained by converting ΔI or I 1 and I 2 into voltage.

【0119】[0119]

【数56】I1 =I0 +ΔI/2(56) I 1 = I 0 + ΔI / 2

【0120】[0120]

【数57】I2 =I0 −ΔI/2[Equation 57] I 2 = I 0 −ΔI / 2

【0121】図6及び図7の構成では、共に第1交流信
号と第2交流信号とを別々の入力端に印加しているので
2信号間は分離されており、また差動対を構成するトラ
ンジスタは最小寸法で構成できるので、高周波特性の劣
化は少ない。入力電圧範囲は、MOSトランジスタで
は、√(β/I0)と√(βI0)=gm とのかねあいを考
慮して任意に定めることができる。この点がバイポーラ
トランジスタと本質的に異なる点である。
In both the configurations of FIGS. 6 and 7, the first AC signal and the second AC signal are applied to different input terminals, so that the two signals are separated and a differential pair is formed. Since the transistor can be configured with the minimum size, the high frequency characteristics are not significantly deteriorated. In the MOS transistor, the input voltage range can be arbitrarily determined in consideration of the balance between √ (β / I 0 ) and √ (βI 0 ) = g m . This point is essentially different from the bipolar transistor.

【0122】また、図7の構成において、信号入力端を
1つとし、その信号入力端に第1交流信号と第2交流信
号の和信号または差信号を印加しても良い。更に、その
1つの信号入力端に1種類の交流信号を印加すれば、周
波数逓倍回路となる。オフセット電圧の形成方法は前述
した。
Further, in the configuration of FIG. 7, one signal input terminal may be provided, and the sum signal or the difference signal of the first AC signal and the second AC signal may be applied to the signal input terminal. Further, if one kind of AC signal is applied to the one signal input terminal, a frequency multiplication circuit is formed. The method of forming the offset voltage has been described above.

【0123】[0123]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の周波数逓
倍回路及び周波数ミキサ回路は、交流入力信号が1種類
であるか2種類であるかの相違があるのみで、両回路と
も同一構成であって、1つの差動対の両入力端の直流バ
イアス電圧を異ならせて2乗特性を実現したものと、2
つの差動対の出力端をたすきがけ接続して差動出力対を
構成すると共に、入力端をオフセット電圧を介してたす
きがけ接続して2乗特性を実現したものとからなる。
As described above, the frequency multiplying circuit and the frequency mixer circuit of the present invention are different in that the AC input signals are of one type or of two types, and both circuits have the same configuration. There are two types of DC bias voltage at both input terminals of one differential pair, which realizes square characteristic.
The differential output pair is constructed by connecting the output ends of two differential pairs to each other, and the squared characteristic is realized by connecting the input ends to each other through an offset voltage.

【0124】従って、本発明の周波数逓倍回路及び周波
数ミキサ回路は、MOSトランジスタで構成されるが、
差動対が2個の場合もいわゆる横一列に配置する構成で
あるので原理的に低電圧動作が可能で、また最小単位の
トランジスタを用いるので回路規模は増大せず高周波動
作が可能であるという効果がある。
Therefore, the frequency multiplication circuit and the frequency mixer circuit of the present invention are composed of MOS transistors,
Even when there are two differential pairs, they are arranged in a so-called horizontal row so that low voltage operation is possible in principle, and since the minimum unit transistor is used, the circuit scale does not increase and high frequency operation is possible. effective.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係る周波数逓倍回路の回
路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a frequency multiplication circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の周波数逓倍回路の伝達特性図である。FIG. 2 is a transfer characteristic diagram of the frequency multiplication circuit of the present invention.

【図3】本発明の周波数逓倍回路のトランスコンダクタ
ンス特性図である。
FIG. 3 is a transconductance characteristic diagram of the frequency multiplier circuit of the present invention.

【図4】本発明の第2実施例に係る周波数逓倍回路の回
路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a frequency multiplication circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施例に係る周波数逓倍回路の回
路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram of a frequency multiplication circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施例に係る周波数ミキサ回路の
回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram of a frequency mixer circuit according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2実施例に係る周波数ミキサ回路の
回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram of a frequency mixer circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図8】従来の周波数逓倍回路の回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional frequency multiplication circuit.

【図9】ギルバートセルで構成した周波数ミキサ回路の
回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram of a frequency mixer circuit including a Gilbert cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

0 定電流源 M1〜M16 MOSトランジスタ V1 ,VLO,VRF 入力電圧I 0 constant current source M1 to M16 MOS transistor V 1 , V LO , V RF input voltage

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一方のトランジスタの入力端に交流信号
または第1交流信号が印加され、他方のトランジスタの
入力端に前記交流信号または第2交流信号がオフセット
電圧に重畳して印加される差動対; で構成されること
を特徴とする周波数逓倍回路または周波数ミキサ回路。
1. A differential circuit in which an AC signal or a first AC signal is applied to an input terminal of one transistor, and the AC signal or a second AC signal is applied to an input terminal of the other transistor in a state of being superimposed on an offset voltage. A frequency multiplication circuit or a frequency mixer circuit.
【請求項2】 1つの差動対と; 交流信号、または、
第1交流信号と第2交流信号の和信号または差信号を入
力としこの差動対の2つのトランジスタの入力端間にオ
フセット電圧を形成する回路であって、一方のトランジ
スタの入力端に入力信号を出力し、他方のトランジスタ
の入力端に入力信号を当該オフセット電圧に重畳して出
力するオフセット電圧形成回路と; を備えたことを特
徴とする周波数逓倍回路または周波数ミキサ回路。
2. A differential pair; an AC signal, or
A circuit for inputting a sum signal or a difference signal of a first AC signal and a second AC signal to form an offset voltage between the input terminals of two transistors of the differential pair, wherein the input signal is input to the input terminal of one transistor. And an offset voltage forming circuit for outputting an input signal to the input terminal of the other transistor by superimposing the input signal on the offset voltage, and outputting the offset voltage forming circuit.
【請求項3】 ほぼ等値の定電流源で駆動される2つの
差動対であって、この2つの差動対の相互間で、各差動
対の一方のトランジスタの出力端同士及び他方のトラン
ジスタの出力端同士をそれぞれ共通接続して差動出力対
を構成し、各差動対の一方のトランジスタと他方のトラ
ンジスタとの入力端間それぞれにほぼ等値のオフセット
電圧が出力端を共通接続したトランジスタの入力端側の
極性を同じくして形成され、それぞれの入力端間におけ
る一方の入力端に交流信号が印加され他方の入力端に交
流信号がオフセット電圧に重畳されて印加される; こ
とを特徴とする周波数逓倍回路。
3. Two differential pairs driven by a substantially equal constant current source, between the output terminals of one transistor of each differential pair and the other between the two differential pairs. The output ends of the transistors are commonly connected to form a differential output pair, and an offset voltage of approximately equal value is shared between the input ends of one transistor and the other transistor of each differential pair. The input terminals of the connected transistors are formed to have the same polarity, and an AC signal is applied to one input terminal between the respective input terminals and an AC signal is applied to the other input terminal while being superimposed on the offset voltage; A frequency multiplier circuit characterized by the above.
【請求項4】 ほぼ等値の定電流源で駆動される2つの
差動対であって、この2つの差動対の相互間で、各差動
対の一方のトランジスタの出力端同士及び他方のトラン
ジスタの出力端同士をそれぞれ共通接続して差動出力対
を構成する2つの差動対と; 前記各差動対の一方のト
ランジスタと他方のトランジスタとの入力端間それぞれ
に出力端を共通接続したトランジスタの入力端側の極性
を同じくしてほぼ等値のオフセット電圧を形成する2つ
の回路であって、その2つの回路それぞれの入力端に交
流信号が印加され、または、一方の回路の入力端に交流
信号が印加され他方の入力端は交流的に接地され、前記
それぞれの入力端間における一方の入力端には入力信号
を出力し、他方の入力端には入力信号を当該オフセット
電圧に重畳して出力する2つのオフセット電圧形成回路
と; を備えたことを特徴とする周波数逓倍回路。
4. Two differential pairs driven by a substantially constant current source, and between the two differential pairs, the output terminals of one transistor of each differential pair and the other. Two differential pairs that form a differential output pair by commonly connecting the output terminals of the respective transistors to each other; an output terminal being common between the input terminals of one transistor and the other transistor of each differential pair. Two circuits which form offset voltages of substantially equal value with the same polarity on the input side of the connected transistors, wherein an AC signal is applied to the input terminals of the two circuits, respectively, or An AC signal is applied to the input terminal and the other input terminal is grounded in an AC manner, the input signal is output to one input terminal between the respective input terminals, and the input signal is applied to the other input terminal by the offset voltage. Superimposed on and output Frequency multiplying circuit comprising the; two and the offset voltage forming circuit that.
【請求項5】 ほぼ等値の定電流源で駆動される2つの
差動対であって、この2つの差動対の相互間で、各差動
対の一方のトランジスタの出力端同士及び他方のトラン
ジスタの出力端同士をそれぞれ共通接続して差動出力対
を構成し、各差動対の一方のトランジスタと他方のトラ
ンジスタとの入力端間それぞれにほぼ等値のオフセット
電圧が出力端を共通接続したトランジスタの入力端側の
極性を同じくして形成され、一方の入力端間における一
方の入力端に第1交流信号が印加され他方の入力端に第
1交流信号がオフセット電圧に重畳されて印加され、他
方の入力端間における一方の入力端に第2交流信号が印
加され他方の入力端に第2交流信号がオフセット電圧に
重畳されて印加される; ことを特徴とする周波数ミキ
サ回路。
5. Two differential pairs driven by a substantially equal constant current source, between the output terminals of one transistor of each differential pair and the other between the two differential pairs. The output ends of the transistors are commonly connected to form a differential output pair, and an offset voltage of approximately equal value is shared between the input ends of one transistor and the other transistor of each differential pair. The input terminals of the connected transistors are formed to have the same polarity, and the first AC signal is applied to one input terminal between the input terminals and the first AC signal is superimposed on the offset voltage at the other input terminal. A frequency mixer circuit characterized in that the second AC signal is applied to one input terminal between the other input terminals and the second AC signal is applied to the other input terminal while being superimposed on the offset voltage.
【請求項6】 ほぼ等値の定電流源で駆動される2つの
差動対であって、この2つの差動対の相互間で、各差動
対の一方のトランジスタの出力端同士及び他方のトラン
ジスタの出力端同士をそれぞれ共通接続して差動出力対
を構成する2つの差動対と; 前記各差動対の一方のト
ランジスタと他方のトランジスタとの入力端間それぞれ
に出力端を共通接続したトランジスタの入力端側の極性
を同じくしてほぼ等値のオフセット電圧を形成する2つ
の回路であって、その2つの回路の一方の回路が第1交
流信号を入力とし、他方の回路が第2交流信号を入力と
する、または、一方の回路が第1交流信号と第2の交流
信号との和信号または差信号を入力とし、他方の回路の
入力端は交流的に接地され、前記それぞれの入力端間に
おける一方の入力端には入力信号を出力し、他方の入力
端には入力信号を当該オフセット電圧に重畳して出力す
る2つのオフセット電圧形成回路と; を備えたことを
特徴とする周波数ミキサ回路。
6. Two differential pairs driven by substantially equal constant current sources, wherein between the two differential pairs, the output terminals of one of the transistors of each differential pair and the other. Two differential pairs that form a differential output pair by commonly connecting the output terminals of the respective transistors to each other; an output terminal being common between the input terminals of one transistor and the other transistor of each differential pair. Two circuits that form offset voltages of substantially equal value with the same polarity on the input end side of the connected transistors, one of the two circuits receiving the first AC signal and the other circuit The second AC signal is input, or one circuit receives a sum signal or a difference signal of the first AC signal and the second AC signal, and the input end of the other circuit is AC-grounded, and One input end between each input end Frequency mixer circuit comprising the; outputs an input signal, the other input terminal and two offset voltage generating circuit for outputting an input signal superimposed on the offset voltage.
【請求項7】 請求項2、同4、同6の何れかに記載の
周波数逓倍回路または周波数ミキサ回路において; 前
記オフセット電圧形成回路は、入力端が共通接続され異
値の電流で駆動される2つのトランジスタで構成され、
または、入力端が共通接続されほぼ等値の電流で駆動さ
れる2つのトランジスタであって能力が異なるもので構
成され、または、入力端が共通接続され異値の電流で駆
動される2つのトランジスタであって能力が異なるもの
で構成され; 前記オフセット電圧は、当該2つのトラ
ンジスタ自体の電圧差で形成される; ことを特徴とす
る周波数逓倍回路または周波数ミキサ回路。
7. The frequency multiplier circuit or frequency mixer circuit according to claim 2, wherein the input terminals of the offset voltage forming circuit are commonly connected, and the offset voltage forming circuit is driven by different currents. It consists of two transistors,
Alternatively, two transistors having input terminals commonly connected and driven by substantially equal currents and having different capabilities, or two transistors connected commonly to the input terminals and driven by different currents. A frequency multiplier circuit or a frequency mixer circuit, wherein the offset voltage is formed by a voltage difference between the two transistors themselves.
【請求項8】 請求項2、同4、同6の何れかに記載の
周波数逓倍回路または周波数ミキサ回路において; 前
記オフセット電圧形成回路は、1つのトランジスタで構
成され; 前記オフセット電圧は、この1つのトランジ
スタの電流源側に介在させた抵抗による電圧降下により
形成される; ことを特徴とする周波数逓倍回路または
周波数ミキサ回路。
8. The frequency multiplying circuit or frequency mixer circuit according to claim 2, said offset voltage forming circuit comprising one transistor; A frequency multiplier circuit or a frequency mixer circuit, which is formed by a voltage drop due to a resistance interposed between two transistors on the current source side.
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