CN101505138A - 混频电路及具备该混频电路的半导体装置、通信装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混频电路。混频电路(1)具备差动晶体管对，输入信号(IN₁－IN₂)输入该差动晶体管对，将输入信号(IN₁－IN₂)和本振信号(LO₁－LO₂)混频之后进行输出，混频电路(1)还具备串联谐振电路(2)，该串联谐振电路(2)连接在构成上述差动晶体管对的两个晶体管(Q₁、Q₂)的集电极之间。

Description

混频电路及具备该混频电路的半导体装置、通信装置和电子设备

技术领域

本发明涉及一种混频电路以及具备该混频电路的半导体装置、通信装置和电子设备。

背景技术

图2表示现有的混频电路。

输入信号IN₁输入晶体管Q₁的基极，反转输入信号(inverting input signal)IN₂输入晶体管Q₂的基极。

本振信号LO₁输入晶体管Q₃的基极以及晶体管Q₆的基极，反转本振信号LO₂输入晶体管Q₄的基极以及晶体管Q₅的基极。

晶体管Q₁的发射极、晶体管Q₂的发射极与共同的电流源I₀的输入端连接，电流源I₀的输出端电气接地。

晶体管Q₁的集电极与晶体管Q₃的发射极以及晶体管Q₄的发射极连接，晶体管Q₂的集电极与晶体管Q₅的发射极以及晶体管Q₆的发射极连接。

负载电阻R₁的一端连接电源，另一端与晶体管Q₃的集电极和晶体管Q₅的集电极连接。负载电阻R₂的一端连接电源，另一端与晶体管Q₄的集电极和晶体管Q₆的集电极连接。

输出信号OUT₁是从晶体管Q₃的集电极和晶体管Q₅的集电极的连接点输出。反转输出信号OUT₂是从晶体管Q₄的集电极和晶体管Q₆的集电极的连接点输出。

以下，为便于说明，对输入信号V_IN、本振信号V_LO以及输出信号V_OUT作如下定义。

V_IN＝IN₁  IN₂   (1)

V_LO＝LO₁  LO₂   (2)

V_OUT＝OUT₁ OUT₂  (3)

另外，设电流源I₀的电流为I₀，设负载电阻R₁以及负载电阻R₂的电阻值同为R。

晶体管Q₁的集电极电流I₁以及晶体管Q₂的集电极电流I₂能够分别用下述式(4)、式(5)来表示。在此，VT＝kT/q：热电压；k：波尔兹曼常数；q：电子的单位电荷；T：绝对温度。

$I_1=\frac{I_0}{2V_T}{V}_{\mathrm{IN}}\·\·\·\left(4\right)$

$I_2=-\frac{I_0}{2V_T}{V}_{\mathrm{IN}}\·\·\·\left(5\right)$

与上述相同地，晶体管Q₃的集电极电流I₃、晶体管Q₄的集电极电流为I₄、晶体管Q₅的集电极电流I₅以及晶体管Q₆的集电极电流I₆分别能够用下述式(6)(9)来表示。

$I_3=\frac{I_1}{2V_T}{V}_{\mathrm{LO}}=\frac{I_0}{4{V_T}^2}{V}_{\mathrm{IN}}\×V_{\mathrm{LO}}$ (∵(4))      …(6)

$I_4=-\frac{I_1}{2V_T}{V}_{\mathrm{LO}}=-\frac{I_0}{4{V_T}^2}{V}_{\mathrm{IN}}\×V_{\mathrm{LO}}$ (∵(4))      …(7)

$I_5=-\frac{I_2}{2V_T}{V}_{\mathrm{LO}}=\frac{I_0}{4{V_T}^2}{V}_{\mathrm{IN}}\×V_{\mathrm{LO}}$ (∵(5))      …(8)

$I_6=\frac{I_2}{2V_T}{V}_{\mathrm{LO}}=-\frac{I_0}{4{V_T}^2}{V}_{\mathrm{IN}}\×V_{\mathrm{LO}}$ (∵(5))      …(9)

从而，输出信号V_OUT能够用下述式(10)来进行表示。如式(10)所示，输出信号V_OUT中包括输入信号V_IN和本振信号V_LO的乘积。

$V_{\mathrm{OUT}}={\mathrm{OUT}}_1-{\mathrm{OUT}}_2$

$=R(I_3+I_5)-R(I_4+I_6)$       …(10)

$=\frac{{\mathrm{RI}}_0}{{V_T}^2}{V}_{\mathrm{IN}}\×V_{\mathrm{LO}}$ (∵(6)～(9))

在此，当输入信号V_IN的频率为f_IN，本振信号V_LO的频率为f_LO，输出信号V_OUT的频率为f_OUT时，能够用下述式(11)来表示频率f_OUT。

f_OUT＝f_IN f_LO  (11)

通常，使用图2所示的现有混频电路来降低频率的方法被称为下转频(down converting)，几乎应用于所有的接收装置中。

与图2所示的现有混频电路相同的、作为下转频的混频电路的一个示例，在专利文献1(日本国专利申请公开特开2006345009号公报，公开日：2006年12月21日)中揭示了一种宽带域频率倍增器，其中，该宽带域频率倍增器将输入信号的基频变换成其奇数倍的频率，从而，能实现输出振幅的安定化以及寄生特性的提高。

图2所示的现有混频电路中所输入的本振信号V_LO大多为大信号。频率为f_LO的本振信号V_LO和其3次谐波即3f_LO的信号同时输入图2所示的混频电路。

近年，面向便携式设备利用者，迅速普及了单波段广播(日本)以及DVB H(欧洲)等的地面数字广播服务，便携式设备自身发出的干扰电波的频率为数字广播频道频率的3倍时，将导致接收效果的显著恶化。

例如，如图3所示，单波段广播(f_LO＝650MHz)和频率为上述单波段广播的3倍的、便携式电话自身所发出的W CDMA便携式电话干扰波(3f_LO＝1950MHz)同时被接收时，发生3次谐波的混频，本振信号的3次谐波与上述W CDMA便携式电话干扰波的混频成分被下转频至所期望的带域。

如单波段广播一样，在使用Low IF方式将频带宽为430kHz的期望波下转频至IF频率f_IF＝500kHz时，如果期望波的频率为f_D，本振信号的频率为f_LO，能够表示为f_D＝f_LO+f_IF。与3倍的期望波频率相关的干扰波的频率f_U满足下述式(12)时，接收品质最差。另外，在式(12)成立的情况下，频率为3f_LO的本振信号的3次谐波和频率为f_U的便携式电话干扰信号之间的混合成分的频率与期望波的频率f_D相同。

f_U＝3f_LO f_IF＝3(f_D f_IF)f_IF＝3f_D 4f_IF       (12)

调谐器不能区分频率相同的信号，而将包括噪声在内的同一频率的信号进行解调。另一方面，调谐器可对频率不同的信号进行区分，从解调对象中去除无用信号。在接收电视广播信号时，便携式电话的信号为无用信号，对该无用信号的处理相同于对噪声的处理。较之于上述无用信号以不同频率出现的情况，在上述无用信号以与电视广播信号相同的频率进行高电平重合的情况下接收性能大幅恶化。

此外，在接收650MHz的数字电视广播时，由于1950MHz的W CDMA干扰波满足f_U＝3f_D，因此，导致单波段广播的视听出现障碍。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而进行开发的，其目的在于提供一种可通过抑制本振信号的3次谐波与干扰波间的混频成分来防止接收性能下降的混频电路、具备该混频电路的半导体装置、通信装置以及电子设备。

为了达成上述目的，本发明的混频电路具备接收输入信号的差动晶体管对，将上述输入信号和本振信号混频之后进行输出，该混频电路还具备LC谐振电路，该LC谐振电路连接在构成上述差动晶体管对的两个晶体管的集电极之间。

根据上述发明，能够显著地减小特定频率的增益，即，上述LC谐振电路的谐振频率附近的频率的增益。因此，在上述混频电路中，使上述谐振频率和上述本振信号的3次谐波的频率相等，从而，能够抑制上述本振信号的3次谐波。由此，在具有上述混频电路的系统中，能够抑制上述本振信号的3次谐波和上述干扰波的混频成分，进而能够防止发生由上述混频成分引起的接收性能的恶化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的混频电路的电路图。

图2是表示现有的混频电路的电路图。

图3是表示由3次谐波的混频所引起的接收性能恶化的示例的图。

具体实施方式

下面，根据图1来说明本发明的一实施方式。

图1是表示本发明的实施方式的混频电路1的电路图。混频电路1包括：晶体管Q₁Q₆；负载电阻R₁、R₂；电流源I₀；电感器L以及电容器C。

输入信号IN₁输入晶体管Q₁的基极，反转输入信号IN₂输入晶体管Q₂的基极。

本振信号LO₁输入晶体管Q₃的基极和晶体管Q₆的基极，反转本振信号LO₂输入晶体管Q₄的基极和晶体管Q₅的基极。

晶体管Q₁的发射极、晶体管Q₂的发射极与共同的电流源I₀的输入端连接，电流源I₀的输出端电气接地。

晶体管Q₁的集电极与晶体管Q₃的发射极以及晶体管Q₄的发射极连接，晶体管Q₂的集电极与晶体管Q₅的发射极以及晶体管Q₆的发射极连接。

负载电阻R₁的一端连接电源，另一端与晶体管Q₃的集电极以及晶体管Q₅的集电极连接。负载电阻R₂的一端连接电源，另一端与晶体管Q₄的集电极以及晶体管Q₆的集电极连接。

输出信号OUT₁从晶体管Q₃的集电极和晶体管Q₅的集电极之间的连接点输出。反转输出信号OUT₂从晶体管Q₄的集电极和晶体管Q₆的集电极之间的连接点输出。

由电感器L以及电容器C构成的串联谐振电路被追加设置在晶体管Q₁的集电极和晶体管Q₂的集电极之间。具体而言，电感器L的一端连接晶体管Q₁的集电极，且电感器L的另一端连接电容器C的一端。然后，电容器C的另一端连接晶体管Q₂的集电极。

在此，对输入信号V_IN、本振信号V_LO以及输出信号V_OUT作如下定义。

V_IN＝IN₁ IN₂    (13)

V_LO＝LO₁  LO₂   (14)

V_OUT＝OUT₁ OUT₂  (15)

另外，设电流源I₀的电流为I₀，设负载电阻R₁以及负载电阻R₂的电阻值同为R。

在串联谐振电路2中流动的电流的频率满足式(16)所示的谐振频率(特征频率)f₀时，串联谐振电路2的阻抗Z最小。

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}\·\·\·\left(16\right)$

在串联谐振电路2的阻抗Z低的情况下，从晶体管Q₃的发射极和晶体管Q₄的发射极所构成的差动对所输出的电流I₁’和从晶体管Q₅的发射极和晶体管Q₆的发射极所构成的差动对所输出的电流I₂’之差变小。

在此，假设I₁’＝I₂’＝I₀/2，晶体管Q₃-Q₆各自的集电极的电流I₃-I₆能够用下式(17)-(20)来表示。

$I_3=\frac{I_1\′}{2V_T}{V}_{\mathrm{LO}}=\frac{I_0}{4V_T}{V}_{\mathrm{LO}}\·\·\·\left(17\right)$

$I_4=-\frac{I_1\′}{2V_T}{V}_{\mathrm{LO}}=-\frac{I_0}{4V_T}{V}_{\mathrm{LO}}\·\·\·\left(18\right)$

$I_5=-\frac{I_2\′}{2V_T}{V}_{\mathrm{LO}}=-\frac{I_0}{4V_T}{V}_{\mathrm{LO}}\·\·\·\left(19\right)$

$I_6=\frac{I_2\′}{2V_T}{V}_{\mathrm{LO}}=\frac{I_0}{4V_T}{V}_{\mathrm{LO}}\·\·\·\left(20\right)$

从而，输出信号V_OUT能够用下式(21)来表示，在I₁’＝I₂’＝I₀/2的情况下，混频电路1不输出差动信号。实际上，由于寄生电阻等的影响，串联谐振电路2的阻抗Z的最小值不为0，但是，对于频率为谐振频率f₀附近的信号，由于阻抗Z变低，因此，能够减小增益。

V_OUT＝OUT₁-OUT₂

    ＝R(I₃+I₅)-R(I₄+I₆)…(21)

    ＝0

如上所述，本实施方式的混频电路1由于能够显著地降低串联谐振电路2的谐振频率f₀附近的频率的增益，因此，能够通过使谐振频率f₀和本振信号V_LO的3次谐波相等同来抑制本振信号V_LO的3次谐波。从而，在具有混频电路1的系统中，能够抑制本振信号V_LO的3次谐波和上述干扰波间的混频成分，能够防止发生由上述混频成分引起的接收性能的恶化。

另外，混频电路1也可以为以下结构：与串联谐振电路2串联地连接有开关，在上述开关被关断的情况下，能够使串联谐振电路2与混频电路1分离。根据上述，能够进行选择是否降低上述特定频率的增益，从而，能够根据期望波的频率和干扰波的频率之间的关系来选择是否抑制上述混频成分。

在本实施方式中，电容器C的电容值可以不固定，可以是可变值。通过将电容器C的电容值设为可变值，从而能够变更谐振频率f₀，进而能够在较广的频率范围内进行上述混频成分的抑制。

另外，混频电路1也可以具备电容值变更部3。电容值变更部3与本振信号V_LO的频率对应地使电容器C的电容值发生变化。具体而言，将本振信号V_LO输入电容值变更部3，在电容值变更部3检测出本振信号V_LO的频率发生变化时，与该频率变化对应地向电容器C输出信号，使电容器C的电容值发生变化。例如，电容值变更部3也可由逻辑电路构成。

对于本振信号V_LO的频率的变更，例如可由使用具有混频电路1的调谐器的用户来进行变更。例如，在用户为了观看13频道的节目而操作遥控器设定频道时，为了使本振信号V_LO的频率成为与13频道对应的频率，调谐器开始动作。此时，在调谐器内部进行本振信号V_LO频率变更处理的同时，电容值变更部3生成用于使电容器C的电容值发生变化的信号，通过向电容器C发送信号，使电容器C的电容值变化。

由此，电容值变更部3能够检测出本振信号V_LO的频率变化，与该频率变化对应地向电容器C输出用于使电容值发生变化的信号。因此，由于混频电路1能够与本振信号V_LO的频率对应地使电容器C的电容值发生变化，即使本振信号V_LO的频率发生变化，也总能选择最适当的谐振频率f₀。因此，混频电路1能够抑制本振信号V_LO的3次谐波，且即使在使本振信号V_LO的频率发生变化的情况下，在具备混频电路1的系统中，也能够抑制上述混频成分。

在本实施方式的混频电路1中，也可以在半导体基板上形成电感器L和电容器C。由此，能够仅通过IC即可实施抑制上述混频成分的处理。

替代在半导体基板上形成的情况，电感器L和电容器C也可以分别是芯片部件。由此，由于能够实现高Q值(品质因数)的谐振电路，因此，较之于在半导体基板上形成电感器L和电容器C的情况，能够更有效地抑制混频成分。此外，可以通过WLCSP(wafer level chip size package：晶圆级芯片尺寸封装)再配线来形成电感器L，并且，电容器C可以是芯片部件。较之于在半导体基板上形成电感器L和电容器C的情况，由于不在IC内部形成电感器L，能够进一步缩小芯片面积。

具备本实施方式所记载的混频电路1的半导体装置能够抑制上述混频成分；具备该半导体装置的通信装置能够防止发生由上述混频成分引起的接收性能的恶化。另外，上述通信装置可以是数字电视广播接收机，在接收数字电视广播时，能够防止发生由上述混频成分引起的接收性能的恶化。从而，具备上述任意一个通信装置的电子设备能够防止发生由上述混频成分引起的接收性能的恶化。

(实施方式的总括)

本发明的实施方式的混频电路1具备差动晶体管对的混频电路，输入信号V_IN输入该差动晶体管对，输入信号V_IN和本振信号V_LO混频之后被输出，混频电路1还具备串联谐振电路2，其中，串联谐振电路2连接在构成上述差动晶体管对的晶体管Q₁、Q₂的集电极之间。

根据上述结构，能够显著地减小特定频率的增益，即，串联谐振电路2的谐振频率f₀附近的频率的增益。因此，混频电路1能够通过使谐振频率f₀和本振信号V_LO的3次谐波的频率相等同来抑制本振信号V_LO的3次谐波。由此，在具备混频电路1的系统中，能够抑制本振信号V_LO的3次谐波和上述干扰波的混频成分，进而能够防止发生因上述混频成分引起的接收性能的恶化。

在混频电路1中，也可具有与串联谐振电路2串联地连接的开关。

根据上述，在上述开关被切断的情况下，能够使串联谐振电路2与混频电路1分离。从而，能够进行选择是否抑制上述特定频率的增益，根据期望波的频率和干扰波的频率之间的关系，能够进行选择是否抑制上述混频成分。

在混频电路1中，串联谐振电路2的电容器C的电容值可以是可变值。

根据上述，能够变更谐振频率f₀，进而能够在较宽的频率范围抑制上述混频成分。

在混频电路1中，还可以具备电容值变更部3，该电容值变更部3根据上述本振信号V_LO的频率使上述电容器C的电容值发生变化。

根据上述，在电容值变更部3检测出本振信号V_LO的频率发生变化时，对应于该频率变化，向电容器C输出诸如用于使电容器C的电容值发生变化的信号，使得电容值发生变化。这样，混频电路1使电容器C的电容值对应于本振信号V_LO的频率变化而发生变化，因此，即使本振信号V_LO的频率发生变化，也总能选择最适当的谐振频率f₀。因此，混频电路1能够抑制本振信号V_LO的3次谐波，即使本振信号V_LO的频率发生变化，在具备混频电路1的系统中，也能够抑制上述混频成分。

在混频电路1中，串联谐振电路2所具有的电感器L和电容器C还可以形成在半导体基板上。

根据上述，能够仅通过IC即可实施上述混频成分的处理。

在混频电路1中，串联谐振电路2的电感器L和电容器C也可以分别是芯片部件。

根据上述，由于能够实现高Q值的谐振电路，因此，较之于在半导体基板上形成电感器L和电容器C的情况，能够更有效地抑制混频成分。

在混频电路1中，也可以用WLCSP(wafer level chip size package)再配线来形成串联谐振电路2的电感器L，并且，串联谐振电路2的电容器C也可以是芯片部件。

根据上述，较之于在半导体基板上形成电感器L和电容器C的情况，由于不在IC内部形成电感器，能够缩小芯片面积。

由于本发明的实施方式的半导体装置具有混频电路1，所以，能够抑制上述混频成分。

由于本发明的实施方式的通信装置具有上述半导体装置，所以，能够防止发生由上述混频成分引起的接收性能的恶化。

另外，本发明的实施方式的通信装置也可以是数字电视广播接收机。由此，在接收数字电视广播时，能够防止发生由上述混频成分引起的接收性能的恶化。

由于本发明的实施方式的电子设备具备上述任意一个通信装置，所以，能够防止发生由上述混频成分引起的接收性能的恶化。

以上，对本发明进行了详细的说明，上述具体实施方式或实施例仅仅是揭示本发明的技术内容的示例，本发明并不限于上述具体示例，不应对本发明进行狭义的解释，可在本发明的精神和权利要求的范围内进行各种变更来实施之。

Claims (29)

1.一种混频电路，具备接收输入信号的差动晶体管对，将上述输入信号和本振信号混频之后进行输出，该混频电路的特征在于：

还具备LC谐振电路，该LC谐振电路连接在构成上述差动晶体管对的两个晶体管的集电极之间。

2.根据权利要求1所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路串联连接开关。

3.根据权利要求1所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电容器的电容值为可变值。

4.根据权利要求2所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电容器的电容值为可变值。

5.根据权利要求3所述的混频电路，其特征在于：

还具备电容值变更部，该电容值变更部根据上述本振信号的频率使上述电容器的电容值发生变化。

6.根据权利要求4所述的混频电路，其特征在于：

还具备电容值变更部，该电容值变更部根据上述本振信号的频率使上述电容器的电容值发生变化。

7.根据权利要求1所述的混频电路，其特征在于：

在半导体基板上形成上述LC谐振电路的电感器和电容器。

8.根据权利要求2所述的混频电路，其特征在于：

在半导体基板上形成上述LC谐振电路的电感器和电容器。

9.根据权利要求3所述的混频电路，其特征在于：

在半导体基板上形成上述LC谐振电路的电感器和电容器。

10.根据权利要求4所述的混频电路，其特征在于：

在半导体基板上形成上述LC谐振电路的电感器和电容器。

11.根据权利要求5所述的混频电路，其特征在于：

在半导体基板上形成上述LC谐振电路的电感器和电容器。

12.根据权利要求6所述的混频电路，其特征在于：

在半导体基板上形成上述LC谐振电路的电感器和电容器。

13.根据权利要求1所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器和电容器分别是芯片部件。

14.根据权利要求2所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器和电容器分别是芯片部件。

15.根据权利要求3所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器和电容器分别是芯片部件。

16.根据权利要求4所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器和电容器分别是芯片部件。

17.根据权利要求5所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器和电容器分别是芯片部件。

18.根据权利要求6所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器和电容器分别是芯片部件。

19.根据权利要求1所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器通过WLCSP再配线形成，并且，上述LC谐振电路的电容器是芯片部件。

20.根据权利要求2所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器通过WLCSP再配线形成，并且，上述LC谐振电路的电容器是芯片部件。

21.根据权利要求3所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器通过WLCSP再配线形成，并且，上述LC谐振电路的电容器是芯片部件。

22.根据权利要求4所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器通过WLCSP再配线形成，并且，上述LC谐振电路的电容器是芯片部件。

23.根据权利要求5所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器通过WLCSP再配线形成，并且，上述LC谐振电路的电容器是芯片部件。

24.根据权利要求6所述的混频电路，其特征在于：

上述LC谐振电路的电感器通过WLCSP再配线形成，并且，上述LC谐振电路的电容器是芯片部件。

25.一种半导体装置，其特征在于：

具备权利要求1至24中的任意一项所述的混频电路。

26.一种通信装置，其特征在于：

具备权利要求25所述的半导体装置。

27.根据权利要求26所述的通信装置，其特征在于：

该通信装置是数字电视广播接收机。

28.一种电子设备，其特征在于：

具备权利要求26所述的通信装置。

29.一种电子设备，其特征在于：

具备权利要求27所述的通信装置。

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