CN101404477B

CN101404477B - 变频电路和接收机

Info

Publication number: CN101404477B
Application number: CN2008101659881A
Authority: CN
Inventors: 香西昌平; 宫下大辅; 出口淳
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2028-10-06
Also published as: US20090088123A1; CN101404477A; JP2009089226A; US8340620B2; US20120135700A1; JP4909862B2; US8135374B2

Abstract

本发明提供可更为正确地控制变换增益的变频电路。变频电路(3)具备：被输入第1输入信号的第1输入端子(3a)；被输入第2输入信号的第2输入端子(3b)；输出输出信号的输出端子(3c)；一端连接到第1输入端子，另一端连接到输出端子的混合用晶体管(3d)；以及通过第2输入端子被输入第2输入信号，向混合用晶体管(3d)的控制电极输出限制第2输入信号的脉冲所得到的脉冲信号的脉冲控制电路(3e)。混合用晶体管(3d)与脉冲信号的脉冲相对应地导通。

Description

变频电路和接收机

技术领域

本发明涉及例如在无线LSI中使用的变频电路和接收机。

背景技术

变频电路(混频器)，把由2个以上的输入信号的频率所确定的频率提供给输出信号。

在这里，在现有的变频电路中，有例如吉伯单元(Gilbert Cell)混频器(例如，参看专利文献1)。在该吉伯单元混频器中，借助于本机振荡(L0)信号的频率FLO变换接收信号的频率Fin，作为输出信号Fout输出。这时的从输入到输出的变换增益Vout/Vin，可用gm*R表示。另外，gm是向栅输入接收信号的MOS晶体管的互导。此外，R是连接在电源与向栅输入本机振荡信号的MOS晶体管之间的电阻的电阻值。

要想改变上述吉伯单元混频器的变换增益，就必须改变电阻值R或互导gm。要想改变互导gm就必须转换电流、MOS晶体管的宽度。

但是，若改变电流则存在着该MOS晶体管的工作点就会变动的问题。此外，若转换该MOS晶体管的宽度，则存在着会改变从前一级看的输入电容的问题。

如上所述，现有的变频电路，不能正确细致地控制变换增益。

于是，在现有的吉伯单元混频器中，有追加有用来变更变换增益的增益控制级的混频器(参看已述的专利文献1)。

但是，在上述现有技术中，归因于用于增益控制级的晶体管的追加，就变得难于进行低电压工作，线性会劣化。

此外，借助于该增益控制级进行控制的变换增益与电压之间的关系，对于线性的电压变动，呈现指数性的变换增益的变动。

如上所述，即便是借助于上述现有技术，也不能正确细致地控制变换增益。

[专利文献1]特许第3288723号公报。

发明内容

本发明的目的在于提供可更为正确地控制变换增益的变频电路。

本发明的一个形态的变频电路，是一种输出使第1输入信号和第2输入信号混合所得到的输出信号的变频电路，其特征在于：具备：

被输入上述第1输入信号的第1输入端子；

被输入上述第2输入信号的第2输入端子；

输出上述输出信号的输出端子；

第1输入部连接到上述第1输入端子，输出部连接到上述输出端子，根据向第2输入部输入的信号限制向上述第1输入部输入的信号，而向上述输出部输出的变频元件；以及

通过上述第2输入端子被输入上述第2输入信号，向上述变频元件的上述第2输入部输出限制上述第2输入信号的脉冲所得到的脉冲信号的脉冲控制电路。

本发明的一个形态的接收机，其特征在于：具备：

被输入接收信号，输出使接收信号放大后的放大信号的低噪声放大器；

输出本机振荡信号的本机振荡器；以及

输出使与从上述低噪声放大器所输出的上述放大信号对应的第1输入信号和本身为本机振荡信号的第2输入信号进行混合所得到的输出信号的变频电路，

上述变频电路，具备：

输出本机振荡信号的本机振荡器；以及

上述变频电路，具备：

被输入上述第1输入信号的第1输入端子；

被输入上述第2输入信号的第2输入端子；

输出上述输出信号的输出端子；

一端连接到上述第1输入端子，另一端连接到上述输出端子的混合用晶体管；以及

通过上述第2输入端子被输入上述第2输入信号，向上述混合用晶体管的控制电极输出限制上述第2输入信号的脉冲所得到的脉冲信号的脉冲控制电路，

上述混合用晶体管，与上述脉冲信号的脉冲相对应地变成为导通。

倘采用本发明的一个形态的变频电路，则可以更为正确地控制变换增益。

附图说明

图1表示作为本发明的一个形态的实施例1的接收机100的主要部分构成。

图2示出了应用于图1的接收机100的变频电路3的主要部分构成的一个例子。

图3示出了由本机振荡器2所产生的L0信号的波形和由图2的计数器3f所产生的L0脉冲信号的波形之间的关系。

图4示出了本实施例1的变频电路3的变换增益与1/N之间的关系。

图5示出了作为本发明的一个形态的实施例2的变频电路203的主要部分构成。

图6示出了变量N＝1、变量N＝1.5的情况下的L0脉冲信号的波形和L0信号的波形。

图7示出了本实施例2的变频电路203的变换增益与1/N之间的关系。

图8示出了本实施例2的变频电路203的变换增益与1/N之间的关系。

图9示出了作为本发明的一个形态的实施例3的变频电路303的主要部分构成。

图10示出了占空比相当于0.5的情况下的L0信号的波形、控制信号的波形和L0脉冲信号的波形的一个例子。

图11示出了作为本发明的一个形态的实施例4的变频电路403的主要部分构成。

图12示出了作为本发明的一个形态的实施例5的变频电路503的主要部分构成。

标号说明

1：低噪声放大器(LNA)；2：本机振荡器；3、203、303、403、503；变频电路；3a：第1输入端子；3b：第2输入端子；3c：输出端子；3d：混合用晶体管(变频元件)；3e：脉冲控制电路；3f：计数器；3g：δ-∑调制器；3h：开关元件；3i：占空比控制电路；3k：δ-∑调制器；31：放大器；3m：δ-∑调制器；100：接收机

具体实施方式

以下，边参看附图边对使用本发明的各个实施例进行说明。

实施例1

图1示出了作为本发明的一个形态的实施例1的接收机100的主要部分构成。

如图1所示，接收机100具备：低噪声放大器(LNA)1、本机振荡器2和变频电路(混频器)3。

低噪声放大器1，被输入接收信号(例如，无线频率(RF)信号)，输出对接收信号进行了放大的放大信号。

本机振荡器2，输出本机振荡(LO，Local Oscillation)信号。

变频电路3，输出把与从低噪声放大器1所输出的放大信号对应的第1输入信号(RF电流信号)和作为本机振荡信号的第2输入信号混合起来所得到的(降频后的)输出信号。根据该输出信号产生该解调信号。

在这里，图2示出了应用于图1的接收机100的变频电路3的主要部分构成的一例。

如图2所示，变频电路3具备：被输入第1输入信号(RF电流信号)Iin的第1输入端子3a；被输入第2输入信号(L0信号)的第2输入端子3b和输出输出信号Iout的输出端子3c。

此外，变频电路3，还具备：作为变频元件的混合用晶体管3d和脉冲控制电路3e。

混合用晶体管3d例如是把作为第1输入部的一端(漏)连接到第1输入端子3a、把作为输出部的另一端(源)连接到输出端子3c的n型MOS晶体管。

另外，作为该变频元件的混合用晶体管3d，也可以是p型MOS晶体管、双极晶体管等的元件。此外，该变频元件，并不限定于晶体管，只要是合成2个信号、输出合成后的信号的元件即可。因此，变频元件中，第1输入部和第2输入部也可以是共通的。

脉冲控制电路3e，被连接到了第2输入端子3b和混合用晶体管3d之间。该脉冲控制电路3e，可通过第2输入端子3b被输入第2输入信号(L0信号)。该脉冲控制电路3e，可向混合用晶体管3d的控制电极(栅)输出限制该L0信号的脉冲所得到的L0脉冲信号。

此外，脉冲控制电路3e，如图2所示，例如，具有计数器3f。该计数器3f，例如，相应于与变量N(N≥1)对应的控制信号，对L0信号的脉冲进行计数，产生把L0信号的脉冲变成为“Hi gh(高)”的期间限制成1/N所得到的L0脉冲信号。该L0脉冲信号如上所述，向混合用晶体管3d的控制电极(栅)输入。

另外，变量N，例如可借助于调整变换增益的外部装置(未图示)、使用者等进行设定。

此外，在本实施例中，该控制信号虽然是从外部输入的，但是，也可以根据该变量N在脉冲控制电路3e的内部产生。

此外，本实施例的计数器3f，由于可用数字电路构成，故适合于用CMOS进行的装配。

在这里，图3示出了由本机振荡器2所产生的L0信号的波形和由图2的计数器3f所产生的L0脉冲信号的波形之间的关系。在图3中，L0脉冲信号的波形，作为一个例子，示出的是变量N＝1、2、3、4时的波形。

如图3所示，计数器3f，输出在L0信号的脉冲的计数值变成为2N时在L0信号的1个周期(2π/ω_CLK)的期间变成为“高”的L0脉冲信号。然后，计数器3f，当计数值变成为2N时就被复位。以后，计数器3f反复进行同样的工作。

如上所述，计数器3，输出把L0信号的脉冲变成为“高”的期间限制成1/N(把L0信号的脉冲数限制成1/2N)所得到的L0脉冲信号。另外，在电路的逻辑变成为反过来的情况下，计数器3，就要输出把L0信号的脉冲变成为“低”的期间限制成1/N(把L0信号的脉冲数限制成1/2N)所得到的L0脉冲信号。

借助于此，作为n型MOS晶体管的混合用晶体管3d，在L0脉冲信号为“高”的期间，就是说，与L0脉冲信号的脉冲相对应地变成为导通。作为结果，就可以得到使输入信号Iin降频后的输出信号Iout。

如上所述，作为变频元件的混合用晶体管3d，与向第2输入部(栅)所输入的信号(L0脉冲信号)相对应地限制(使信号降频)向第1输入部所输入的信号(输入信号)，向输出部输出。

其次，对变更具有以上那样的构成的变频电路3的变换增益的原理进行说明。

输入信号(RF电流信号)Iin可如式(1)那样地表示。另外，设L0信号的频率为ω_CLK。

Iin＝As inω_RFt...(1)

考虑变量N＝1的情况，则L0脉冲信号将变成为频率为ω_CLK/2的方波。因此，在输出端子3c上，除去频率分量ω_RF、ω_CLK/2之外，还可以借助于开关的效果，观察由L0脉冲信号和RF信号之积所产生的频率分量ω_RF+ω_CLK/2、ω_RF-ω_CLK/2。

在这里，我们着眼于被变换成低的频率的输出信号(BB信号)Iout。BB信号的频率是ω_RF-ω_CLK/2。

作为该频率的信号分量的输出信号Iout，可表示为式(2)。另外，θ是取0～2π的值的一定的相位。

Iout＝Bsin{(ω_RF-ω_CLK/2)t+θ}...(2)

因此，变频电路的变换增益G，可借助于式(1)、式(2)，表示为式(3)。

G＝B/A...(3)

如上所述，输出信号，可由RF信号与L0脉冲信号之积(乘法运算)得到。因此，变换增益，将与L0脉冲信号的脉冲数(L0脉冲信号为“高”的期间)成比例。例如，采用像变量N＝1、2、3、...那样使N增大以减小脉冲的个数的办法，就可以不改变降频后的BB输出信号的频率地改变变换增益。

就是说，由于L0脉冲信号的脉冲数与1/N成比例，故变频电路3的变换增益也将与1/N成比例。

在这里，图4示出了本实施例1的变频电路3的变换增益与1/N之间的关系。另外，在图4中，设变量N＝1时的变换增益为1(0dB)，以使变频电路的变换增益归一化。

如图4所示，本实施例的变频电路3的增益，相对于1/N线性地变化。借助于此，就可以更为正确地控制变换增益。

另外，如上所述，变频电路3，在变频电路3的输出端子3c上，将出现频率ω_RF、ω_CLK/2。但是，通过采用单平衡混频器、双平衡混频器，能抑制频率ω_RF、ω_CLK/2的一部分或全部。

如上所述，倘采用本实施例的变频电路，则可以更为正确地控制变换增益。

另外，具有以上那样的构成和功能的变频电路，不仅在接收机中，在无线通信系统的增益的控制中也可以利用。

实施例2

在实施例1中，讲的是变量N为正整数的情况。因此，变换增益只能以例如-6dB、-9.5dB、-12dB这样的较大的步幅进行调整。

于是，在本实施例中，要对：用来采用借助于δ-∑调制器对变量N进行控制的办法，更为细致地进行变换增益的调整的构成进行讲述。

另外，赋予了与实施例1同样的标号的构成，其构成与实施例1同样。此外，本实施例2的变频电路203，与实施例1的变频电路3同样，可应用于图1所示的接收机100。

如图5所示，变频电路203的脉冲控制电路3e，与实施例1比较，还具有向计数器3f输出与变量N对应的控制信号的δ-∑调制器3g。在本实施例中，变量N，包括正整数，只要是大于等于1的实数即可。

该δ-∑调制器3g，输出控制信号，使得在某一区间中，计数器3f把L0信号的脉冲变成为“高”的期间限制成1/N(L0信号的脉冲数限制成1/2N)，输出L0脉冲信号。

就是说，δ-∑调制器3g，输出使得作为变频元件的混合用晶体管3d变成为导通的概率变成为1/N那样的控制信号。

另外，本实施例的计数器3f和δ-∑调制器3g，由于是用数字电路构成的，故适合于用CMOS进行的装配。

在这里，图6示出了变量N＝1、变量N＝1.5的情况下的L0脉冲信号的波形和L0信号的波形。

如图6所示，进行δ-∑调制，计数器3f的计数值，随着时间一起不断变化(1或2)。借助于此，若在某一区间内进行平均，则计数器3f的计数值就将变成为1.5。就是说，计数器3f把L0信号的脉冲变成为“高”的期间限制成1/1.5(L0信号的脉冲个数变成为1/3)，输出L0脉冲信号。

例如，与变量N＝1的情况下的L0脉冲信号比较一下看。在图6中，在变量N＝1时，L0信号的脉冲个数合计为9个。另一方面，在变量N＝1.5的情况下，脉冲的个数则变成了合计6个。

因此，变频电路302的变换增益，把变量N设定为1.5的情况下与N＝1的情况相比较，变成为2/3，就是说，变成为-3.5dB。

另外，在图6中，变量N与计数器3f的计数值是一致的，若变成比例关系，则工作是相同的。

在这里，图7和图8，示出了本实施例的变频电路203的变换增益与1/N之间的关系。另外，在图7和图8中，把变量N＝1时的变换增益设定为1(0dB)，把变频电路的变换增益归一化。

如图7和图8所示，通过使用δ-∑调制器，把变量N设定为大于等于1的实数。借助于此，就可以以非常细的步幅“正确”地进行广范围的变换增益调整。在这里所说的“正确”，说的就是变换增益正确地与1/N成比例。

另外，具有以上那样的构成和功能的变频电路，与实施例1同样，不仅在接收机中，在无线通信系统的增益的控制中也可以利用。

实施例3

在实施例1和2中，对使用计数器限制L0信号的脉冲个数的构成进行了讲述。就是说，在实施例1和2中，是用L0信号和计数器产生L0脉冲信号的。

另一方面，即便是用开关元件转换L0信号的输出的导通(ON)/截止(OFF)来产生L0脉冲信号，变频电路也可以进行同样的工作。

于是，在本实施例中，对用开关元件限制L0信号的脉冲个数的构成进行说明。

另外，赋予了与实施例1同样的标号的构成，与实施例1是同样的构成。此外，本实施例3的变频电路303，与实施例1的变频电路3同样，可应用于图1所示的接收机100。

如图9所示，变频电路303的脉冲控制电路3e，具有开关元件3h和占空比控制电路3i。

占空比控制电路3i，相应于规定第2输入信号(L0信号)的脉冲个数的限制的占空比，向开关元件3h输出控制信号。

开关元件3h，连接到了第2输入端子3b和作为混合用晶体管3d的第2输入部的控制电极(栅)之间。在本实施例中，例如，可选择MOS晶体管。另外，也可以选择双极晶体管等别的开关元件。

该开关元件3h，采用相应于控制信号进行导通/截止的办法，变成为向混合用晶体管3d的控制电极(栅)输出限制第2输入信号(L0信号)的脉冲个数所得到的L0脉冲信号。

另外，在本实施例中，占空比，如上所述，是规定第2输入信号(L0信号)的脉冲个数的限制的比率。就是说，占空比就是L0信号的脉冲个数与L0脉冲信号的脉冲个数之比。

此外，占空比，例如，可借助于调整变换增益的外部装置(未图示)、使用者等进行设定。

此外，L0信号，不仅是矩形波的信号，也可以是正弦波或接近于正弦波的信号。

在这里，图10示出了占空比相当于0.5的情况下的L0信号的波形、控制信号的波形和L0脉冲信号的波形的一个例子。另外，在图10中，L0信号是正弦波。

如图10所示，向作为开关元件3j的n型MOS晶体管的栅，以作为占空比的1/2的概率施加控制信号。因此，通过开关元件3j的L0信号的脉冲个数，结果就变成为被限制为1/2。借助于此，与直接向混合用晶体管3d的栅输入L0信号的情况比较，变频电路303的变换增益就变成为1/2。

如上所述，与在实施例1、2中变换增益与1/N成比例同样，变频电路303的变换增益，与占空比成比例。

此外，与实施例2同样，采用细致地设定占空比的办法，就可以以非常细的步幅进行广范围的变换增益调整。

实施例4

在实施例3中，对在开关元件的控制中使用占空比控制电路的构成进行了说明。

在本实施例中，对作为该占空比控制电路的具体例使用δ-∑调制器的构成进行说明。

此外，被附加与实施例3同样的符号的构成，是与实施例3同样的构成。此外，在本实施例4的变频电路403，与实施例1的变频电路3同样，可应用于图1所示的接收机100。

如图11所示，变频电路403的脉冲控制电路3e作为占空比控制电路的具体的构成，具有δ-∑调制器3k。

与实施例3同样，δ-∑调制器3k相应于规定第2输入信号(L0信号)的脉冲个数的限制的占空比，向开关元件3h输出控制信号。

与实施例3同样，开关元件3h，相应于控制信号而导通/截止，由此将限制第2输入信号(L0信号)的脉冲个数所得到的L0脉冲信号输出给作为混合用晶体管3d的第2输入部的控制电极(栅)。

如上所述，占空比控制电路就可以用δ-∑调制器实现。

此外，与实施例3同样，变频电路402的变换增益，与占空比成比例。因此，采用细致地设定占空比的办法，就可以以非常细致的步幅进行广范围的变换增益调整。

另外，本实施例3的δ-∑调制器3k，由于可用数字电路构成，故适合于用CMOS进行的装配。

实施例5

在实施例3和4中，对作为开关元件使用MOS晶体管来限制L0信号的脉冲个数的构成进行了说明。

在本实施例中，对作为该开关元件使用放大器来限制L0信号的脉冲个数的构成进行说明。

此外，被附加与实施例3同样的符号的构成，是与实施例3同样的构成。此外，本实施例5的变频电路503，与实施例1的变频电路3同样地，可应用于图1所示的接收机100中。

如图12所示，变频电路503的脉冲控制电路3e具有起着开关元件的作用的放大器31和δ-∑调制器3m。

δ-∑调制器3m，相应于与实施例2同样的变量N，向放大器31输出控制信号。

放大器31，，被连接到第2输入端子3b和作为混合用晶体管3d的第2输入部的控制电极(栅)之间。该放大器31，放大L0信号的振幅后，向混合用晶体管3d的栅输出。借助于此，即便是在L0信号的强度小的情况下，混合用晶体管3d也可以在线性区域工作。

此外，放大器31，还相应于控制信号进行降功率(power down)。因此，在放大器31进行降功率的期间，向混合用晶体管3d的栅的L0信号的脉冲的输出就会受到限制。

就是说，放大器31，相应于控制信号进行降功率，由此，使得向混合用晶体管3d的控制电极(栅)输出把第2输入信号(L0信号)的脉冲个数限制为1/N所得到的L0脉冲信号。

如上所述变频电路503，与实施例2同样，其变换增益与1/N成比例。

此外，与实施例2同样，通过把N设定为大于等于1的实数，就可以以非常细致的步幅进行广范围的变换增益调整。

另外，在本实施例的δ-∑调制器3m和放大器31，由于可用数字电路构成，故适合于用CMOS进行的装配。

另外，具有以上那样的构成和功能的变频电路，与实施例1同样，不仅在接收机中，在无线通信系统的增益控制中也可以利用。

此外，在上述各个实施例中，说明的是第1输入信号例如为RF电流信号的情况。但是，第1输入信号也可以是BB(基带)电流信号或IF(中频)电流信号。

Claims

1.一种输出使第1输入信号和第2输入信号混合所得到的输出信号的变频电路，其特征在于，具备：

被输入上述第1输入信号的第1输入端子；

被输入上述第2输入信号的第2输入端子；

输出上述输出信号的输出端子；

变频元件，其中，第1输入部连接到上述第1输入端子，输出部连接到上述输出端子，相应于输入到第2输入部的信号来限制输入到上述第1输入部的信号，而向上述输出部输出；以及

脉冲控制电路，其通过上述第2输入端子被输入上述第2输入信号，向上述变频元件的上述第2输入部输出限制上述第2输入信号的脉冲数所得到的脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的变频电路，其特征在于：

上述脉冲控制电路，具有开关元件，该开关元件连接在上述第2输入端子与上述变频元件的上述第2输入部之间，通过相应于控制信号进行导通/截止，把限制上述第2输入信号的脉冲个数所得到的上述脉冲信号向上述变频元件的上述第2输入部输出。

3.根据权利要求2所述的变频电路，其特征在于：

上述脉冲控制电路，还具有占空比控制电路，该占空比控制电路相应于规定上述第2输入信号的脉冲个数的限制的占空比，向上述开关元件输出上述控制信号。

4.根据权利要求1所述的变频电路，其特征在于：上述脉冲控制电路，具有计数器，该计数器相应于控制信号，对上述第2输入信号的脉冲进行计数，向上述变频元件的上述第2输入部输出与上述第2输入信号相比限制了脉冲个数的上述脉冲信号。

5.一种接收机，其特征在于，具备：

输出本机振荡信号的本机振荡器；以及

输出使与从上述低噪声放大器所输出的上述放大信号对应的第1输入信号、和作为本机振荡信号的第2输入信号进行混合所得到的输出信号的变频电路，

上述变频电路，具备：

被输入上述第1输入信号的第1输入端子；

被输入上述第2输入信号的第2输入端子；

输出上述输出信号的输出端子；

通过上述第2输入端子被输入上述第2输入信号，向上述混合用晶体管的控制电极输出限制上述第2输入信号的脉冲数所得到的脉冲信号的脉冲控制电路，

上述混合用晶体管，与上述脉冲信号的脉冲相对应地导通。