DE19627640C2

DE19627640C2 - Mischer

Info

Publication number: DE19627640C2
Application number: DE19627640A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Ariie
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-07-10
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2016-07-10
Also published as: JPH0983251A; DE19627640A1; JP3189631B2; US5680078A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mischer, die für Modulatoren, wie z. B. orthogonale Modulatoren, für Demodula toren, für Detektoren, für Multiplizierer, für Frequenzum setzer oder für dergleichen verwendet werden, und insbeson dere auf einen Mischer zum Kombinieren eines Trägersignals und eines Datensignals.

Fig. 3 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Modu lators zeigt, welcher einen herkömmlichen Mischer umfaßt. In Fig. 3 umfaßt der Modulator Signaleingangsanschlüsse I100 und I200, einen Signalausgangsanschluß O100, eine Vorspan nungsleistungsversorgung V_G und einen Mischer 100.

Der Mischer 100 weist einen FET Q100, einen Kondensator C100 und eine Spule L100 auf. Die Source S des FET Q100 liegt auf Masse. Der Kondensator C100 ist zwischen der Drain D des FET Q100 und dem Signalausgangsanschluß O100 angeordnet. Der Kondensator C100 weist eine Kapazität (beispielsweise 10 pF) auf, welche als niedrige Impedanz bei der Frequenz eines ge mischten Signals S_o und als hohe Impedanz bei der Frequenz f_s eines Datensignals S_s wirkt. Die Spule L100 ist zwischen der Drain D des FET Q100 und dem Signaleingangsanschluß I100 angeordnet. Die Spule L100 weist eine Induktivität (bei spielsweise 10 nH), welche eine hohe Impedanz bei der Fre quenz des gemischten Signals S_o und eine niedrige Impedanz bei der Frequenz des Datensignals S_s zeigt.

Das Datensignal S_s (beispielsweise ein Sinuswellensignal mit einer Frequenz f_s von 50 kHz) wird in den Signaleingangsan schluß I100 eingegeben. Eine Gleichspannung V_cc wird eben falls dem Signaleingangsanschluß I100 zugeführt. Bei dieser Konfiguration wird das Datensignal S_s sowie die Gleichspan nung V_cc der Source S des FET Q100 in dem Mischer 100 durch die Spule L100 zugeführt.

Dem Signaleingangsanschluß I200 wird ein Trägersignal S_c (beispielsweise ein Sinuswellensignal mit einer Frequenz f_c von 1,5 GHz) eingegeben. Dieses Trägersignal S_c wird in das Gate G des FET Q100 durch einen Kondensator C600 eingegeben. Das Gate G des FET Q100 ist durch die Vorspannungsleistungs versorgung V_G über einen Vorspannungswiderstand R_g1 negativ vorgespannt.

Ein Betrieb dieser Schaltung wird nachfolgend beschrieben. Wenn die Gleichspannung V_cc zugeführt wird, fließt zwischen dem Drain D und der Source S des FET Q100 ein Gleichstrom. Das Datensignal S_s wird von dem Signaleingangsanschluß I100 zu dem Drain D des FET Q100 durch die Spule L100 des Mi schers 100 gesendet. Das Trägersignal S_c wird zu dem Gate G des FET Q100 von dem Signaleingangsanschluß I200 durch den Gleichspannungsabblockkondensator C600 eingegeben. Der FET Q100 kombiniert das Trägersignal S_c und das Datensignal S_s und gibt das gemischte Signal S_o einschließlich von Sei tenbandkomponenten mit Frequenzen bei f_c ± f_s aus.

Der Kondensator C100 blockt das Datensignal S_s ab und läßt das gemischte Signal S_o durch. Daher wird nur das gemischte Signal S_o, welches durch Amplitudenmodulieren des Trägersi gnals S_c mit dem Datensignal S_s hergestellt wird, von dem Signalausgangsanschluß O100 ausgegeben.

Fig. 4 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Modu lators einschließlich eines weiteren herkömmlichen Mischers zeigt. Abschnitte, die denen des in Fig. 3 gezeigten Modula tors entsprechen, weisen die gleichen Bezugszeichen auf, wo bei die Beschreibung derselben hier weggelassen ist.

Da bei dem Mischer 100, der in Fig. 3 gezeigt ist, das Gate G des FET Q100 vorgespannt werden muß, ist die negative Vor spannungsleistungsversorgung V_G zusätzlich zu der positiven Leistungsversorgung notwendig. Bei einem Mischer 200, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, ist der FET Q100 durch sich selbst vorgespannt, wodurch ein Nachteil des Mischers 100, der in Fig. 3 gezeigt ist, vermieden ist.

Da sich tragbare Telefone in den letzten Jahren immer weiter verbreiteten, entstand der Bedarf nach einem kompakten Mischer mit niedrigem Leistungsverbrauch, welcher bei einer niedrigen Spannung mit einer einzigen positiven Leistungs versorgung arbeiten kann.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Mischer können jedoch nicht mit einem niedrigen Leistungsverbrauch aufgrund eines Gleichstroms, der zwischen dem Drain D und der Source S des FET Q100 fließt, arbeiten.

Da eine positive Spannung (z. B. 2 V oder mehr) zwischen dem Drain D und der Source S des FET Q100 notwendig ist, um zu bewirken, daß ein Gleichstrom durch den FET fließt, und da ein Spannungsabfall an einem Vorspannungswiderstand R_g2 stattfindet, können die FETs nicht bei einer niedrigen Span nung arbeiten.

Die US-A-4,490,854 offenbart einen Feldeffekttransistor- Mischer, der im wesentlichen dem in der vorliegenden An meldung bezugnehmend auf Fig. 4 als Stand der Technik be schriebenen Mischer entspricht.

JP-Abstract 56-13 208, E-90, Jan. 20, 1982, Vol. 6/Nr. 9 offenbart einen Mischer, der zwei Dual-Gate-Feldeffekttran sistoren aufweist, deren Drain-Elektroden über einen wider stand mit einer Leistungsversorgung verbunden sind, während die Source-Elektroden derselben mit Masse verbunden sind. Parallel zu der Leistungsversorgung sind die Drain-Elektro den ferner über einen Kondensator mit Masse verbunden.

Die US-A-3,961,264 bezieht sich auf eine Frequenzwandler schaltung mit einem Feldeffekttransistor. Die Drain-Elek trode dieses Feldeffektransistors ist über eine Spule mit einer positiven Leistungsquelle verbunden, während die Source-Elektrode des Feldeffektransistors über zwei Wider stände mit einer negativen Leistungsquelle verbunden ist.

Die DE AS 18 03 620 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Er zeugen einer amplitudenmodulierten Schwingung mit unter drücktem Träger. Diese Schaltung umfaßt im wesentlichen zwei zueinander komplementäre Bipolartransistoren, deren Emitter entweder direkt oder über Widerstände miteinander verbunden sind, während zwischen dem Kollektor des pnp-Transistors und dem Kollektor des npn-Transistors eine negative Versorgungs spannung angelegt ist. Eine Trägerschwingung wird zwischen die beiden Basisanschlüsse der Transistoren angelegt. Zwi schen den beiden verbundenen Emittern und Masse ist ein Kon densator geschaltet. Der Kondensator dient dazu, eine Sym metrie bei unsymmetrischen Transistoren herzustellen, um den Trägerfrequenzanteil im Ausgangssignal soweit als möglich zu unterdrücken.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Mischer zu schaffen, der eine einzige positive Leistungs versorgung benötigt und einen niedrigen Leistungsverbrauch aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Mischer gemäß Anspruch 1 und durch einen Mischer gemäß Anspruch 4 gelöst.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie einen Mischer mit einem geringen oder mit keinem Leistungsverbrauch schafft, welcher bei einer niedrigen Spannung mit einer einzigen positiven Leistungszuführung arbeitet und zusätzlich ohne weiteres integriert werden kann, damit er kompakt ist.

Dieser Vorteil wird bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch das Bereitstellen eines Mischers zum Mischen ei nes Trägersignals und eines Datensignals mit folgenden Merk malen geschaffen: einem FET zum Mischen des Trägersignals und des Datensignals, um ein gemischtes Signal zu erzeugen, indem eine positive Spannung und das Datensignal, welches der positiven Spannung überlagert ist, in das Drain des FET eingegeben wird, und indem das Trägersignal in das Gate des FET eingegeben wird; und zumindest einem kapazitiven Bau element zum gleichstrommäßigen Trennen der Source des FET von der Masse und zum wechselstrommäßigen Erden der Source.

Da die positive Spannung in das Drain des FET eingegeben wird, und da das erste kapazitive Bauelement die Source des FET gleichstrommäßig von der Masse trennt und dieselbe wechselstrommäßig erdet, kann die positive Spannung so klein wie eine Spannung sein, die sicherstellt, daß das Drain und die Source höhere Spannungen als das Gate aufweisen, wobei kein Gleichstrom in den FET fließt. Daher beträgt der Leistungsverbrauch des FET im wesentlichen Null, was einen Niederspannungsbetrieb ermöglicht.

Der Mischer kann ferner ein zweites kapazitives Bauelement aufweisen, welches mit der Drain des FET verbunden ist, und welches eine niedrige Impedanz bei der Frequenz des gemisch ten Signals und eine hohe Impedanz bei der Frequenz des Da tensignals aufweist.

Da das zweite kapazitive Bauelement eine niedrige Impedanz bei der Frequenz des gemischten Signals und eine hohe Impe danz bei der Frequenz des Datensignals aufweist, kann die Kapazität des zweiten kapazitiven Bauelements für ein ge mischtes Signal mit einer Submikrowellenfrequenz oder darüber klein sein. Daher kann der Mischer ohne weiteres integriert werden.

Der Mischer kann ferner ein induktives Bauelement aufweisen, welches mit der Drain des FET verbunden ist, und welches ei ne hohe Impedanz bei der Frequenz des gemischten Signals und eine niedrige Impedanz bei der Frequenz des Datensignals aufweist.

Da das induktive Bauelement eine hohe Impedanz bei den Fre quenzen (f_c ± f_s) des gemischten Signals und eine niedrige Impedanz bei der Frequenz des Datensignals aufweist, kann die Induktivität des induktiven Bauelements für ein gemischtes Signal mit einer Submikrowellenfrequenz oder darüber klein sein. Daher kann der Mischer ohne weiteres integriert werden, wobei das gemischte Signal nicht zu der anderen Seite des induktiven Bauelements gelangen kann.

Das vorher genannte Ziel wird bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung durch das Bereitstellen eines Mi schers zum Mischen eines Trägersignals und eines Datensi gnals erreicht, der folgende Merkmale aufweist: einen FET zum Mischen des Trägersignals und des Datensignals, um das gemischte Signal zu erzeugen, indem eine positive Spannung und das Datensignal, welches der positiven Spannung überlagert ist, in die Source des FET eingegeben wird, und indem das Trägersignal in das Gate des FET eingegeben wird; und zumindest ein kapazitives Bauelement zum gleichstrom mäßigen Trennen der Source des FET von der Masse und zum wechselstrommäßigen Erden der Source.

Da die positive Spannung in die Source des FET eingegeben wird, und da das erste kapazitive Bauelement das Drain des FET gleichstrommäßig von der Masse trennt und dasselbe wech selstrommäßig erdet, kann die positive Spannung derart niedrig sein, wie eine Spannung, die nötig ist, damit das Drain und die Source höhere Spannungen als das Gate aufweisen, wobei kein Gleichstrom in den FET fließt. Daher ist der Leistungsverbrauch des FET Null, was einen Niederspannungsbetrieb ermöglicht.

Der Mischer kann ferner ein zweites kapazitives Bauelement aufweisen, welches mit der Source des FET verbunden ist, und welches bei der Frequenz des gemischten Signals eine niedrige Impedanz und bei der Frequenz des Datensignals eine hohe Impedanz zeigt.

Da das zweite kapazitive Bauelement eine niedrige Impedanz bei der Frequenz des gemischten Signals und eine hohe Impe danz bei der Frequenz des Datensignals zeigt, kann die Kapa zität des zweiten kapazitiven Bauelements für ein gemischtes Signal mit einer Submikrowellenfrequenz oder darüber klein sein. Daher kann der Mischer ohne weiteres integriert wer den.

Der Mischer kann ferner ein induktives Bauelement aufweisen, welches mit der Source des FET verbunden ist, und welches bei der Frequenz des gemischten Signals eine hohe Impedanz und bei der Frequenz des Datensignals eine niedrige Impedanz zeigt.

Da das induktive Bauelement bei den Frequenzen (f_c ± f_s) des gemischten Signals eine hohe Impedanz und bei der Frequenz des Datensignals eine niedrige Impedanz zeigt, kann die Induktivität des induktiven Bauelements für ein gemischtes Signal mit einer Submikrowellenfrequenz oder darüber klein sein. Daher kann der Mischer ohne weiteres integriert wer den, wobei es verhindert wird, daß das gemischte Signal auf die andere Seite des induktiven Bauelements fließt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines Modu lators, der einen Mischer gemäß einem Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung aufweist, zeigt;

Fig. 2 ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines Modu lators, der einen Mischer gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist, zeigt;

Fig. 3 eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Modula tors, der einen herkömmlichen Mischer aufweist, zeigt; und

Fig. 4 eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Modula tors, der einen weiteren herkömmlichen Mischer auf weist, zeigt.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend bezugnehmend auf die Zeichnungen erläutert. Fig. 1 ist ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines Modula tors zeigt, der einen Mischer gemäß einem Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung aufweist. In Fig. 1 umfaßt der Modulator einen Signaleingangsanschluß I1 und einen Si gnaleingangsanschluß I2, einen Signalausgangsanschluß O1, eine Vorspannungsversorgung V_G und einen Mischer 1.

Der Mischer 1 weist einen FET Q1, drei Kondensator C1, C2 und C3 und eine Spule L1 auf. Die Kondensatoren C2 und C3 sind zwischen der Source S des FET Q1 und der Masse angeord net. Sie weisen die Gesamtkapazität (z. B. 10 pF) auf, welche die Source S des FET Q1 gleichstrommäßig von der Masse trennt und die Source wechselstrommäßig erdet. Der Kondensa tor C1 ist zwischen dem Drain D des FET Q1 und dem Signal ausgangsanschluß O1 angeordnet. Der Kondensator C1 weist ei ne Kapazität (z. B. 10 pF) auf, welche als eine niedrige Im pedanz bei der Frequenz eines gemischten Signals S_o und als eine hohe Impedanz bei der Frequenz f_s eines Datensignals S_s wirkt. Die Spule L1 ist zwischen der Drain D des FET Q1 und dem Signaleingangsanschluß I1 angeordnet. Die Spule L1 weist eine Induktivität (z. B. 10 nH) auf, welche eine hohe Impe danz bei der Frequenz des gemischten Signals S_o und eine niedrige Impedanz bei der Frequenz des Datensignals S_s zeigt. Der Mischer ist mit Ausnahme der Kondensatoren C2 und C3 in einem Chip auf einem Substrat integriert.

Das Datensignal S_s (beispielsweise ein Sinuswellensignal mit einer Frequenz f_s von 50 kHz) wird in den Signaleingangsan schluß I1 eingegeben. Eine Gleichspannung V_cc wird dem Si gnaleingangsanschluß I1 ebenfalls zugeführt. Bei dieser Kon figuration wird das Datensignal S_s sowie die Gleichspannung V_cc zu der Source S des FET Q1 in dem Mischer 1 durch die Spule L1 zugeführt.

In den Signaleingangsanschluß I2 wird ein Trägersignal S_c (beispielsweise ein Sinuswellensignal mit einer Frequenz f_c von 1,5 GHz) eingegeben. Dieses Trägersignal S_c wird in das Gate G des FET Q1 durch einen Kondensator C6 eingegeben. Das Gate G des FET Q1 ist durch die Vorspannungsversorgung V_G durch einen Vorspannungswiderstand R_g positiv vorgespannt. Um den FET Q1 des Mischers 1 zu betreiben, ist es möglich, eine niedrige Gleichspannung V_cc (beispielsweise 1,5 V oder weniger) zuzuführen, welche sicherstellt, daß das Drain D und die Source S spannungsmäßig gegenüber dem Gate G in dem FET Q1 positiv sind. Daher ist es ausreichend, daß die Gleichspannungsversorgung V_cc eine Spannung von 1,5 V zuführt, um den Mischer 1 zu betreiben.

Ein Betrieb dieser Schaltung wird nachfolgend beschrieben. Wenn die Gleichspannung V_cc zugeführt wird, weist die Drain D des FET Q1 die gleiche Spannung wie die Source S auf, da die Source S des FET Q1 gleichstrommäßig aufgrund der Kon densatoren C2 und C3 bei dem Mischer 1 offen ist. Zusätzlich ist der FET Q1 gleichstrommäßig aufgrund der Kondensatoren C2 und C3 offen, weshalb kein Gleichstrom durch den FET fließt. Daher ist der Leistungsverbrauch des FET Q1 Null. Da kein Strom fließt, ist es nicht nötig, eine Spannung zwi schen der Drain und dem Source zu haben. Ein Spannungsabfall findet nicht statt, was es ermöglicht, daß der FET bei einer niedrigen Spannung arbeitet.

Das Datensignal S_s wird von dem Signaleingangsanschluß I1 zu dem Drain D des FET Q1 durch die Spule L1 des Mischers 1 ge sendet. Das Trägersignal S_c wird in das Gate G des FET Q1 von dem Signaleingangsanschluß I2 durch den Gleichspannungs abblockkondensator C6 eingegeben. Der FET Q1 kombiniert das Trägersignal S_c und das Datensignal S_s und gibt das ge mischte Signal S_o, das Seitenbandkomponenten mit Frequenzen von f_c ± f_s aufweist, aus.

Der Kondensator C1 blockt das Datensignal S_s ab und läßt das gemischte Signal S_o durch. Daher wird nur das gemischte Si gnal S_o, welches durch Amplitudenmodulieren des Trägersi gnals S_c mit dem Datensignal S_s erzeugt wird, aus dem Si gnalausgangsanschluß O1 ausgegeben. Da das gemischte Signal S_o Komponenten mit Frequenzen von nf_c ± mf_s ausgibt (wobei n und m positive Ganzzahlen sind), wird das Signal mit der gewünschten Frequenz (die Komponente mit einer Frequenz von f_c + f_s oder die mit f_c - f_s in einem üblichen Fall) unter Verwendung eines Filters ausgewählt und als einzige unter diesen Frequenzkomponenten verwendet.

Der Kondensator C1 weist eine Kapazität auf, welche bei der Frequenz der gemischten Signals S_o als niedrige Impedanz und bei der Frequenz f_s des Datensignals S_s als hohe Impedanz wirkt. Daher fließt das Datensignal nicht zu dem Kondensator C1 und wird in das Drain D des FET Q1 positiv eingegeben. Die Spule L1 weist eine Induktivität auf, welche bei der Frequenz des gemischten Signals S_o eine hohe Impedanz und bei der Frequenz des Datensignals S_s eine niedrige Impedanz zeigt. Daher fließt das gemischte Signal S_o nicht in die Spule L1. Wenn ein gemischte Signal eine Submikrowellenfrequenz oder darüber aufweist, können die Kapazität des Kondensators C1 und die Induktivität des Induktors L1 klein sein. Der Mischer ist damit ohne weiteres zu integrieren.

Bei diesem Mischer ist es ebenfalls möglich, ein Lokalsignal in das Gate G des FET Q1 und ein HF-Signal in das Drain des FET Q1 durch den Kondensator C1 einzugeben. Es ist somit möglich, ein ZF-Signal, das eine Differenzkomponente zwischen der HF-Frequenz und der Trägerfrequenz aufweist, aus dem Drain D durch die Spule L1 zu erhalten. Der Kondensator C1 zeigt für das HF-Signal eine niedrige Impedanz und für das ZF-Signal eine hohe Impedanz. Die Spule L1 zeigt eine hohe Impedanz für das HF-Signal und eine niedrige Impedanz für das ZF-Signal. Die ZF-Signalfrequenz ist niedriger als die der Lokalsignalfrequenz und der HF-Signalfrequenz. Wie oben beschrieben wurde, kann der Mischer als Abwärtsmischer dienen.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird der Mischer als ein Amplitudenmodulator verwendet. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls auf andere Modulatoren, Demodulatoren, Detektoren, Multiplizierer, Frequenzumsetzer, Spiegelunter drückungsmischer und dergleichen angewendet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind die zwei Kondensatoren C2 und C3 zwischen der Masse und der Source S des FET Q1 ange ordnet. Stattdessen kann auch nur ein Kondensator verwendet werden.

Die Drain und die Source des FET Q1 können gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ausgetauscht werden, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.

Claims

1. Mischer (1) zum Mischen eines Trägersignals (S_c) und eines Datensignals (S_s) mit einem Feldeffekttransistor (Q1), dessen Drain (D) das einer Gleichspannung (V_cc) überlagerte Datensignal (S_s) und dessen Gate das Trä gersignal (S_c) zuführbar sind, und an dessen Drain (D) über einen Koppelkondensator (C1) das gemischte Signal einem Ausgangsanschluß (O₁) zuführbar ist, und mit zu mindest einem zwischen Source (S) und Massepotential geschalteten kapazitiven Bauelement (C2, C3), das den Gleichstromfluß durch den Feldeffekttransistor (Q1) verhindert.

2. Mischer (1) nach Anspruch 1, bei dem der Koppelkondensator (C1) bei der Frequenz des gemischten Signals (S_o) eine niedrige Impedanz und bei der Frequenz des Datensignals (S_s) eine hohe Impedanz aufweist.

3. Mischer (1) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem induktiven Bauelement (L1), das mit dem Drain (D) des FET (Q1) verbunden ist und bei der Frequenz des gemischten Signals (S_o) eine hohe Impedanz und bei der Frequenz des Datensignals (S_s) eine niedrige Impedanz aufweist.

4. Mischer zum Mischen eines Trägersignals (S_c) und eines Datensignals (S_s) mit einem Feldeffekttransistor (Q1'), dessen Source (S) das einer Gleichspannung (V_cc) überlagerte Datensignal (S_s) und dessen Gate das Trä gersignal (S_c) zuführbar sind, und an dessen Source (S) über einen Koppelkondensator (C₁) das gemischte Signal einem Ausgangsanschluß (O₁) zuführbar ist, und mit zu mindest einem zwischen Drain (D) und Massepotential ge schalteten kapazitiven Bauelement (C2, C3), das den Gleichstromfluß durch den Feldeffekttransistor (Q1') verhindert.

5. Mischer nach Anspruch 4, bei dem der Koppelkondensator (C1) bei der Frequenz des gemischten Signals (S_o) eine niedrige Impedanz und bei der Frequenz des Datensignals (S_s) eine hohe Impedanz aufweist.

6. Mischer nach Anspruch 4 oder 5, mit einem induktiven Bauelement (L1), das mit der Source (S) des FET (Q1') verbunden ist und bei der Frequenz des gemischten Signals (S_o) eine hohe Impedanz und bei der Frequenz des Datensignals (S_s) eine niedrige Impedanz aufweist.