DE69920486T2

DE69920486T2 - Halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE69920486T2
Application number: DE69920486T
Authority: DE
Inventors: Noriharu Suematsu; Masayoshi Ono; Tadashi Takagi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: US20010005151A1; EP1111773A1; HK1037800A1; EP1111773B1; KR20010106456A; US6329864B2; KR100390257B1; WO2001001564A1; DE69920486D1; JP4056739B2; EP1111773A4

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterschaltung. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Frequenzmultiplikationsvorrichtung, die mit Transistoren zum Multiplizieren der Frequenzen von Signalen einer Hochfrequenz wie eines UHF-Signals, eines Mikrowellensignals bzw. eines Millimeterwellensignals, jeweils mit festen ganzzahligen Werten versehen ist, und sie bezieht sich auch auf eine harmonische Mischvorrichtung, die mit Transistoren zum Mischen dieser Hochfrequenzsignale versehen ist.
Hintergrund der Erfindung
6 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleiterschaltung, die eine harmonische Mischvorrichtung nach dem Stand der Technik bildet, wie sie beispielsweise in IEEE Journal of Solid-State Circuit Band 33, Nr. 12, Dezember 1998, Seite 2241, offenbart ist. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Leistungszuführungsanschluss, die Zahl 2a bezeichnet einen Hochfrequenzsignal-Eingangsanschluss (d.h. HF-Eingangsanschluss), die Zahl 3a bezeichnet einen lokalen Oszillations-Eingangsanschluss (d.h. LO-Eingangsanschluss), die Zahlen 4a und 4b bezeichnen Ausgangsanschlüsse, die Zahlen 11 und 12 bezeichnen Transistoren, die Zahl 31 bezeichnet eine Konstantstromquelle und die Zahlen 51 und 52 bezeichnen Widerstände.
Die Arbeitsweise der Halbleiterschaltung nach dem Stand der Technik wird erläutert. Eine Gleichspannung Vcc wird an den Leistungszuführungsanschluss 1 der Halbleiterschaltung angelegt. Ein Hochfrequenzsignal (d.h. HF-Signal), das von dem HF-Eingangsanschluss 2a eingegeben wird, wird an die Basiselektrode des Transistors 11 angelegt und durch den Transistor 11 verstärkt. Andererseits wird ein lokales Oszillationssignal (d.h. LO-Signal), das an dem LO-Eingangsanschluss 3a angelegt wird, zu der Basiselektrode des Transistors 12 eingegeben und durch den Transistor 12 verstärkt.
Die Konstantstromquelle 31 ist den Emitterelektroden der Transistoren 11 und 12 verbunden. Somit fließt ein elektrischer Strom, dessen Phase entgegengesetzt zu und dessen Amplitude gleich denjenigen eines durch den Transistor 11 fließenden elektrischen Stroms sind, durch den Transistor 12. Daher wird in dem Transistor 11 das HF-Signal mit positiver Phase mit dem LO-Signal mit negativer Phase gemischt und diese werden verstärkt, und in dem Transistor 12 wird das HF-Signal mit negativer Phase mit dem LO-Signal mit positiver Phase gemischt und diese werden verstärkt.
Als eine Folge werden das HF-Signal mit positiver Phase, das LO-Signal mit negativer Phase und Mischwellen des HF-Signals und des LO-Signals als ein Kollektorausgangssignal des Transistors 11 mittels des mit dem Leistungszuführungsanschluss 1 verbundenen Ausgangsanschlusses 4a über den Widerstand 51 ausgegeben. Weiterhin werden das HF-Signal mit negativer Phase, das LO-Signal mit positiver Phase und Mischwellen des HF-Signals und des LO-Signals als ein Kollektorausgangssignal des Transistors 12 mittels des mit dem Leistungszuführungsanschluss 1 verbundenen Ausgangsanschlusses 4b über den Widerstand 52 ausgegeben.
Das Ausgangssignal der Halbleiterschaltung ist definiert als ein Differenzsignal, das zwischen den Ausgangsanschlüssen 4a und 4b erscheint. Somit hat jede (2n-1)-te (n ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Harmonische mit einer Frequenz, die das (2n-1)-fache von der des HF-Signals oder des LO-Signals ist, eine Spannung, die das Zweifache von der des HF-Signals oder des LO-Signals ist, während jede (2n)-te Harmonische, deren Frequenz das 2n-fache von der des HF-Signals oder des LO-Signals ist, unterdrückt wird und daher nicht ausgegeben wird.
Wenn jede Mischwelle des HF-Signals und des LO-Signals nicht betrachtet wird, können höhere Harmonische ungeradzahliger Ordnung dieser Signale zwischen den Ausgangsanschlüssen 4a und 4b erscheinen. Die Halbleiterschaltung arbeitet somit als eine Frequenzmultiplikationsvorrichtung zum Erzeugen höherer Harmonischer ungeradzahliger Ordnung.
Für die Mischung des HF-Signals und des LO-Signals wird jede höhere Harmonische geradzahliger Ordnung der Mischung, die ein Ausgangssignal einer gewöhnlichen Grundharmonischen-Mischvorrichtung ist (z.B. eine Mischwelle von f_HF-f_LO, wobei f_HF die Frequenz des HF-Signals ist und f_LO die Frequenz des LO-Signals ist) unterdrückt und nur höhere Harmonische ungeradzahliger Ordnung der Mischung (z.B. eine Mischwelle von f_HF-2f_LO) erscheinen zwischen den Ausgangsanschlüssen 4a und 4b. Die Halbleiterschaltung nach dem Stand der Technik kann somit als eine Mischvorrichtung für Harmonische arbeiten, um höhere Harmonische ungeradzahliger Ordnung zu erzeugen.
Wenn die Konstantstromquelle 31 ideal arbeitet, erscheinen weder höhere Harmonische geradzahliger Ordnung des HF-Signals und des LO-Signals noch höhere Harmonische geradzahliger Ordnung der Mischung von diesen zwischen den Ausgangsanschlüssen 4a und 4b. Wenn jedoch die Leistungszuführungsspannung Vcc durch die die Halbleiterschaltung arbeitet, nur etwa 3 Volt beträgt, kann die Konstantstromquelle 31 nicht als ein ideales Element hergestellt werden, da die Leistungszuführungsspannung niedrig ist. Daher wird die Konstantstromquelle 31 häufig durch einen Widerstand von beispielsweise hunderten von Ohm ersetzt.
Wenn die Konstantstromquelle 31 nicht ordnungsgemäß funktioniert, kann kein Signal mit negativer Phase in jedem der Transistoren 11 und 12 ausreichend erzeugt werden. Daher besteht ein Problem bei der Halbleiterschaltung nach dem Stand der Technik dahingehend, dass ein Ungleichgewicht zwischen Komponenten von entweder dem LO-Signal oder dem HF-Signal an dem Ausgangsanschluss 4a und solchen an dem anderen Ausgangsanschluss 4b bewirkt wird, und daher fällt der Signalpegel von jeder höheren Harmonischen ungerader Ordnung, und die Unterdrückung von entweder jeder höheren Harmonischen gerader Ordnung oder jedem Mischwellensignal wird schwierig und daher erscheinen einige Signalkomponenten höherer harmonischer geradzahliger Ordnung zwischen den Ausgangsanschlüssen 4a und 4b.
Um zu ermöglichen, dass die Halbleiterschaltung mit einer niedrigeren Spannung arbeitet, ist ein Verfahren zum Kombinieren des HF-Signals mit positiver Phase mit dem LO-Signal negativer Phase, Anlegen der zusammengesetzten Welle an den HF-Eingangsanschluss, Kombinieren des HF-Signals negativer Phase mit dem LO-Signal positiver Phase und Anlegen der zusammengesetzten Welle an dem LO-Eingangsanschluss 3a ohne die Konstantstromquelle vorgesehen. In diesem Fall kann die Halbleiterschaltung mit einer niedrigeren Spannung arbeiten, da sie die Konstantstromquelle nicht enthält. Da jedoch die Eingangssignalanschlüsse des LO-Signals und des HF-Signals nicht getrennt sind, besteht ein Notwendigkeit, Schaltungen jeweils zum Kombinieren des HF-Signals mit der LO-Signalwelle vorzusehen, während sie um eine konstante Phase außer Phase gebracht werden. Es ist schwierig, die Schaltungen derart als Niedrigverlustkomponenten, die in der Halbleiterschaltung enthalten sind, zu implementieren, und es ist daher erforderlich, die Schaltungen als externe Schaltungen anders als in der Halbleiterschaltung enthaltene Komponenten zu implementieren.
Die vorstehende Beschreibung ist auf den Fall gerichtet, in welchem die Halbleiterschaltung als ein Abwärtswandler arbeitet. Wenn der HF-Eingangsanschluss durch einen ZF-Eingangsanschluss ersetzt wird, kann die vorstehende Halbleiterschaltung als ein Auswärts wandler arbeiten und ein HF-Signal ausgeben. In diesem Fall kann das ausgegebene HF-Signal eine Harmonische ungeradzahliger Ordnung der Mischung eines ZF-Signals und eines LO-Signals sein (z.B. eine Harmonische von f_ZF+2f_LO, wobei f_ZF die Frequenz des ZF-Signals ist).
Wie aus der vorstehenden Erläuterung ersichtlich ist, kann die Halbleiterschaltung nach dem Stand der Technik, bei der die Eingangsanschlüsse für das HF-Signal und das LO-Signals getrennt vorgesehen sind, jede Harmonische geradzahliger Ordnung, die zwischen Ausgangsanschlüssen zu erzeugen ist, unterdrücken durch Verwendung der Konstantstromquelle, die mit den Emitterelektroden der Transistoren verbunden sind, die das HF-Signal bzw. das LO-Signal annehmen, und sie kann eine Mischung von höheren Harmonischen ungeradzahliger Ordnung durchführen. Daher besteht ein Problem bei der Halbleiterschaltung nach dem Stand der Technik dahingehend, dass es schwierig ist, dass die Konstantstromquelle ideal arbeitet, wenn die an die Halbleiterschaltung angelegte Gleichspannung Vcc nur 3 Volt oder weniger beträgt. Ein anderes Problem besteht darin, dass, wenn die Charakteristiken der Konstantstromquelle nicht ideal sind, entweder jede höhere Harmonische geradzahliger Ordnung oder jedes Mischwellensignal, insbesondere jede höhere Harmonische geradzahliger Ordnung des lokalen Oszillationssignals mit einem großen Leistungspegel leicht zwischen den Ausgangsanschlüssen erscheint. Andere Mischvorrichtungen nach dem Stand der Technik sind beispielsweise in EP 760 554 A oder in US 5 715 532 A offenbart.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird vorgeschlagen, um die vorgenannten Probleme zu lösen, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterschaltung vorzusehen, die in der Lage ist, die Frequenz einer höheren Harmonischen zu multiplizieren oder höhere Harmonische zu mischen, selbst wenn die Halbleiterschaltung mit einer niedrigen Spannung arbeitet. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterschaltung vorzusehen, die kaum höhere Harmonische geradzahliger Ordnung eines lokalen Oszillationssignals erzeugen kann, selbst wenn die Halbleiterschaltung mit einer niedrigen Spannung arbeitet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 weist eine Halbleiterschaltung auf: ein Transistorpaar bestehend aus einem Transistor mit einer Basiselektrode, an die ein erstes Signal angelegt wird, und einen anderen Transistor mit einer Basiselektrode, an die ein Signal angelegt wird, dessen Phase entgegengesetzt zu der des ersten Signals ist, wobei die Emitterelektroden der Transistoren miteinander verbunden sind und die Kollektorelektroden der Transistoren miteinander verbunden sind, einen weiteren Transistor, der zwischen einen gemeinsamen Emitter des Transistorpaares und einen ersten festen Spannungspegel geschaltet ist und eine Basiselektrode hat, an die ein zweites Signal angelegt wird, wobei eine Ausgangslast zwischen einen gemeinsamen Kollektor des Transistorpaares und einen zweiten festen Spannungspegel geschaltet ist, und eine Ausgangsschaltung zum Liefern eines dritten Signals von dem gemeinsamen Kollektor des Transistorpaares.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung nach dem unabhängigen Anspruch 4 kann die Halbleiter schaltung zwei Haltleiterschaltungen gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthalten. In diesem Fall wird das zweite Signal mit positiver Phase an eine der beiden Halbleiterschaltungen angelegt, während das zweite Signal mit negativer Phase an die andere von diesen angelegt wird. Die erstgenannte Halbleiterschaltung gibt das dritte Signal mit positiver Phase aus, während die zweitgenannte Halbleiterschaltung das dritte Signal mit negativer Phase ausgibt.
Die vorgenannten Transistoren können FETen gemäß dem unabhängigen Anspruch 5 sein. In diesem Fall entsprechen die Basiselektrode, Emitterelektrode und Kollektorelektrode jedes Transistors einer Gateelektrode, einer Sourceelektrode und einer Drainelektrode eines entsprechenden FET. Der Emitter oder die Sourceelektrode des Transistors, der das zweite Signal annimmt, ist direkt mit dem ersten festen Spannungspegel verbunden, oder alternativ mit dem ersten festen Spannungspegel mittels eines anderen Schaltungselements verbunden.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die bipolare Flächentransistoren als Transistoren verwendet (Ausführungsbeispiel 1).
2 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die FETen als Transistoren verwendet.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die eine Schaltung verwendet, in der ein Widerstand und ein Kondensator parallel als eine Ausgangslast geschaltet sind (Ausführungsbeispiel 2).
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die eine Induktivität als eine Ausgangslast verwendet (Ausführungsbeispiel 3).
5 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die zwei Transistorpaare verwendet (Ausführungsbeispiel 4).
6 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Mischschaltung für Harmonische nach dem Stand der Technik zeigt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
Ausführungsbeispiel 1
1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Halbleiter-Mischschaltung nach der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Leistungszuführungsanschluss, die Zahl 2a bezeichnet einen Hochfrequenzsignal-Eingangsanschluss (HF-Eingangsanschluss), die Zahl 3a bezeichnet einen lokalen Oszillations-Eingangsanschluss (LO-Eingangsanschluss), die Zahl 4a bezeichnet einen Ausgangsanschluss, die Zahlen 11 bis 13 bezeichnen Transistoren und die Zahl 51 bezeichnet einen Widerstand.
Die Transistoren 11 und 12 bilden ein Transistorpaar mit einem gemeinsamen Emitter N1 enthaltend die Emitterelektroden der miteinander verbundenen Transistoren und einem gemeinsamen Kollektor N2 enthaltend die Kollektorelektroden der miteinander verbundenen Transistoren. Der gemeinsame Emitter N1 ist mit der Kollektorelektrode des anderen Transistors 13 verbunden, dessen Emitterelektrode geerdet ist, und der gemeinsame Kollektor N2 ist mit dem Ausgangsanschluss 4a verbunden und auch mit dem Leistungszuführungsanschluss 1 mittels des als eine Ausgangslast vorgesehenen Widerstands 51 verbunden. Daher wird eine an dem Leistungszuführungsanschluss 1 angelegte Gleichspannung (Vcc) mittels des Widerstands 51 zu jedem der Transistoren 11 bis 13 geliefert. Weiterhin ist der HF-Eingangsanschluss 2a mit der Basiselektrode des Transistors 13 verbunden, und die LO-Eingangsanschlüsse 3a und 3b sind mit den Basiselektroden der Transistoren 11 und 12 verbunden.
Es wird eine Beschreibung der Arbeitsweise der Halbleiterschaltung nach diesem Ausführungsbeispiel gegeben. Ein an den HF-Eingangsanschluss 2a angelegtes HF-Signal wird zu der Basiselektrode des Transistors 13 eingegeben und wird durch den Transistor 13 verstärkt. Weiterhin wird ein an dem LO-Eingangsanschluss 3a angelegtes LO-Signal mit positiver Phase zu der Basiselektrode des Transistors 11 eingegeben und durch den Transistor 11 verstärkt und das an den LO-Eingangsanschluss 3b angelegte LO-Signal mit negativer Phase wird zu der Basiselektrode des Transistors 12 eingegeben und durch den Transis tor 12 verstärkt. Der andere Transistor 13, der das HF-Signal verstärkt, ist mit den Emitterelektroden der Transistoren 11 und 12 verbunden. Daher erscheinen Mischwellen des LO-Signals mit positiver Phase und des HF-Signals mit positiver Phase und höhere Harmonische des LO-Signals mit positiver Phase an der Kollektorelektrode des Transistors 11. Weiterhin erscheinen Mischwellen des LO-Signals mit negativer Phase und des HF-Signals mit negativer Phase und höhere Harmonische des LO-Signals mit negativer Phase an der Kollektorelektrode des Transistors 12.
Jedes Paar von Mischwellen (z.B. ein Paar von Mischwellen mit einer Frequenz f_HF-f_LO), das jeweils von den Transistoren 11 und 12 erzeugt wird mit einer Mischung von fundamentalen Harmonischen enthält Mischwellen, die um 180° außer Phase miteinander an dem Ausgangsanschluss 4a sind. Daher sind derartige Paare von Mischwellen gegeneinander ausgeglichen und werden somit nicht über den Ausgangsanschluss 4a ausgegeben. Weiterhin wird keine höhere Harmonische geradzahliger Ordnung des LO-Signals (dessen Frequenz gleich 2nf_LO, wenn n eine ganze Zahl gleich 1 oder mehr ist) ausgegeben, und keine Mischwelle einer höheren Harmonischen ungeradzahliger Ordnung des LO-Signals und einer höheren Harmonischen des HF-Signals (deren Frequenz gleich (2n-1)f_LO±mf_HF ist, wobei m eine ganze Zahl gleich 1 oder mehr ist) wird ausgegeben, da jedes Paar von höheren Harmonischen geradzahliger Ordnung des LO-Signals, das von den Transistoren 11 und 12 erzeugt ist, höhere Harmonische geradzahliger Ordnung hat, die um 180° außer Phase miteinander sind, und jedes Paar von Mischwellen einer höheren Harmonischen ungeradzahliger Ordnung des LO-Signals und einer höheren Harmonischen des HF-Signals, das von den Transistoren 11 und 12 erzeugt wurde, Mischwellen hat, die um 180° außer Phase miteinander sind. Als eine Folge werden nur höhere Harmonische von Frequenzen mf_HF des HF-Signals, höhere Harmonische ungeradzahliger Ordnung von Frequenzen (2n-1)f_LO des LO-Signals, und Mischwellen von Frequenzen (2nf_LO±mf_HF) einer höheren Harmonischen geradzahliger Ordnung des LO-Signals und einer höheren Harmonischen des HF-Signals, die von den Transistoren 11 und 12 erzeugt sind, über den Ausgangsanschluss ausgegeben. Die Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel arbeitet somit als eine Mischvorrichtung für Harmonische.
Die Halbleiter-Mischschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann mit einer relativ niedrigen Spannungsleistungszuführung von 3 Volt oder weniger arbeiten, da die Halbleiter-Mischschaltung keine Konstantstromquelle benötigt.
Weiterhin ist es möglich, obgleich die Emitterelektrode des Transistors 13 geerdet ist, um den dynamischen Bereich des HF-Signals zu erweitern, entweder einen Widerstand oder eine Induktivität zwischen den Emitterelektrode des Transistors 13 und Erdpotential einzufügen.
Die Halbleiterschaltung benötigt zwei Signale mit positiver Phase und mit negativer Phase für das LO-Signal. Wenn nur eines von diesen zu der Halbleiterschaltung gegeben wird, muss nur eine Symmetrieerschaltung mit der früheren Stufe der Halbleiter-Mischschaltung verbunden werden. Beispielsweise können die beiden Signale mit positiver Phase und mit negativer Phase erzeugt werden durch Verwendung einer derartigen Schaltung als ein Differenzverstärker oder eine Schaltung, die ein Transistorpaar verwendet, be steht aus einem Transistor mit gemeinsamer Basis und entweder einem Transistor mit gemeinsamem Emitter oder einem Transistor mit gemeinsamem Kollektor. Da her ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Halbleiter-Mischschaltung vorgesehen, die mit einer relativ niedrigen Spannung von etwa 2–3 Volt arbeiten kann.
Die vorstehende Beschreibung ist auf den Fall gerichtet, in welchem die Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Abwärtswandler arbeitet. Wenn der HF-Eingangsanschluss durch einen ZF-Eingangsanschluss ersetzt wird, kann die vorgenannte Halbleiterschaltung als ein Aufwärtswandler arbeiten und ein HF-Signal ausgeben. In diesem Fall kann das ausgegebene HF-Signal eine Mischwelle einer höheren Harmonischen geradzahliger Ordnung eines LO-Signals und einer höheren Harmonischen eines ZF-Signals (dessen Frequenz gleich 2nf_LO±mf_ZF ist) sein.
Wenn die Halbleiterschaltung entweder als ein Aufwärtswandler oder ein Abwärtswandler verwendet wird, muss das an den LO-Eingangsanschlüssen 3a und 3b eingegebene LO-Signal der folgenden gegebenen Bedingung genügen: f_HF=2nf_LO.
Obgleich die vorstehende Beschreibung auf den Fall gerichtet ist, in welchem die Halbleiterschaltung als eine Mischschaltung arbeitet, kann die Halbleiterschaltung so ausgebildet sein, dass sie als eine Frequenzmultiplikationsvorrichtung arbeitet. Wenn beispielsweise ein Signal mit positiver Phase an dem Eingangsanschluss 3a eingegeben wird und das Signal mit negativer Phase an dem anderen Eingangsanschluss 3b eingegeben wird, wird eine höhere Harmonische ungeradzahliger Ordnung des Eingangssignals über den Ausgangsanschluss 4a ausgegeben. Zu dieser Zeit wird ein Gleichspannungssignal an dem Eingangsanschluss 2a eingegeben. Als eine Alternative ist es möglich, ein anderes Signal als Gleichspannungssignal an den Eingangsanschluss 2a anzulegen, indem eine Schaltung vorgesehen wird, die eine Impedanzanpassung nur bei einer gewünschten Multiplikationswelle durchführt, die von dem Eingangssignal an den Ausgang der Halbleiterschaltung erzeugt wurde.
Die vorstehende Beschreibung der Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf den Fall gerichtet, in welchem bipolare Flächentransistoren als die Transistoren 11 bis 13 verwendet werden. Als eine Alternative können FETen als die Transistoren 11 bis 13 verwendet werden. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Variante der Halbleiterschaltung zeigt, die gebildet ist durch Verwendung von FETen als die Transistoren in 1. In diesem Fall werden die Kollektorelektrode, die Emitterelektrode und die Basiselektrode jedes bipolaren Flächentransistors durch eine Drainelektrode, eine Sourceelektrode und eine Gateelektrode eines entsprechenden FET in der obigen Beschreibung der Arbeitsweise der Halbleiterschaltung ersetzt, und dieselben Vorteile werden erhalten. Die als die Transistoren 11 bis 13 verwendeten FETen können GaAs-FETen oder MOS-FETen sein.
Ausführungsbeispiel 2
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleiter-Mischschaltung nach der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 61 einen Kondensator. Verglichen mit der in 1 gezeigten Halbleiter-Mischschaltung nach dem vorgenannten Ausführungsbeispiel 1 unterscheidet sich die Halbleiter-Mischschaltung nach dem Ausführungsbeispiel 2 von der Halbleiter-Mischschaltung nach dem Ausführungsbeispiel 1 dadurch, dass der Kondensator 61 parallel zu einem Widerstand 51 geschaltet ist. Dieselben Komponenten wie die in 1 gezeigten sind mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet und daher wird die Beschreibung solcher Komponenten nachfolgend weggelassen.
Wenn die die Halbleiter-Mischschaltung als ein Abwärtswandler arbeitet, wenn angenommen wird, dass der Kondensator 61 für die Frequenzen eines HF-Signals und eines LO-Signals kurzgeschlossen ist und eine Impedanz in der Größenordnung des Widerstandswertes des Widerstands 51 für die Frequenz eines ZF-Signals hat, werden das HF-Signal, das LO-Signal und jede höhere Harmonische ungeradzahliger Ordnung des LO-Signals durch den Kondensator 61 unterdrückt und werden daher nicht über einen Ausgangsanschluss ausgegeben. Daher bietet die Halbleiter-Mischschaltung den Vorteil, dass sie unerwünschte Komponenten an dem Ausgangsanschluss 4a unterdrücken kann, und sie kann daher die Struktur eines Unterdrückungsfilters für Störungen, das extern mit der Halbleiter-Mischschaltung verbunden ist, vereinfachen. Weiterhin kann, da die Halbleiter-Mischschaltung die Störkomponenten innerhalb der Mischschaltung unterdrücken kann, sie den Wirkungsgrad der Umwandlung der Eingangssignale in eine gewünschte Welle verbessern.
Die vorstehende Beschreibung der Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf den Fall gerichtet, in welchem bipolare Flächentransistoren als die Transistoren 11 bis 13 verwendet werden. Als eine Alternative können FETen als die Transisto ren 11 bis 13 verwendet werden, wie vorstehend bei dem Ausführungsbeispiel 1 erwähnt ist. Zusätzlich kann die Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Frequenzmultiplikationsvorrichtung arbeiten, wie die des Ausführungsbeispiels 1.
Ausführungsbeispiel 3
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleiter-Mischschaltung nach der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 5a einen ZF-Eingangsanschluss, und die Zahl 71 bezeichnet eine Induktivität. Verglichen mit der in 1 gezeigten Halbleiter-Mischschaltung nach dem vorgenannten Ausführungsbeispiel 1 unterscheidet sich die Halbleiter-Mischschaltung nach dem Ausführungsbeispiel 3 von der Halbleiter-Mischschaltung nach dem Ausführungsbeispiel 1 dadurch, dass der HF-Eingangsanschluss 2a durch den ZF-Eingangsanschluss 5a ersetzt ist und der Widerstand 51 durch die Induktivität 71 ersetzt ist. Die Induktivität 71 kann durch eine spiralförmige Spule oder dergleichen implementiert sein, die die auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist. Dieselben Komponenten wie die in 1 gezeigten sind durch dieselben Bezugszahlen gekennzeichnet, und daher wird die Beschreibung solcher Komponenten nachfolgend weggelassen.
Wenn die Halbleiter-Mischschaltung als ein Abwärtswandler arbeitet, wenn angenommen wird, dass die Induktivität 71 für die Frequenzen eines ZF-Signals und eines LO-Signals kurzgeschlossen ist und eine Impedanz in der Größenordnung des Widerstandswertes des Widerstands 51, der in 1 gezeigt ist, für die Frequenz (z.B. f_ZF+2f_LO) eines HF-Signals hat, werden das ZF-Signal und das LO-Signal durch die Induktivität 71 unterdrückt und werden daher nicht über einen Ausgangsanschluss ausgegeben. Daher bietet die Halbleiter-Mischschaltung den Vorteil, dass sie Störkomponenten an dem Ausgangsanschluss 4a unterdrücken kann, und sie kann daher die Struktur eines Störunterdrückungsfilters, das extern mit der Halbleiter-Mischschaltung verbunden ist, vereinfachen. Da weiterhin die Halbleiter-Mischschaltung die Störkomponenten innerhalb der Mischschaltung unterdrücken kann, kann sie den Wirkungsgrad der Umwandlung der Eingangssignale in eine gewünschte Welle verbessern. Zusätzlich ist es möglich, da der durch den Widerstand 51 bewirkte Spannungsabfall durch Verwendung der Induktivität anstelle des Widerstand eliminiert wird, dass die Halbleiterschaltung mit einer niedrigeren Spannung arbeitet im Vergleich zu denjenigen nach den Ausführungsbeispielen 1 und 2.
Die vorstehende Beschreibung der Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf den Fall gerichtet, bei dem bipolare Flächentransistoren als die Transistoren 11 bis 13 verwendet werden. Als eine Alternative können FETen als die Transistoren 11 bis 13 verwendet werden, wie vorstehend bei dem Ausführungsbeispiel 1 erwähnt ist. Die Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann so ausgebildet sein, dass sie als eine Frequenzmultiplikationsvorrichtung arbeitet, wie die nach dem Ausführungsbeispiel 1.
Ausführungsbeispiel 4
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleiter-Mischschaltung nach der vor liegenden Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 2b einen HF-Eingangsanschluss zum Annehmen eines HF-Signals mit negativer Phase, 4b bezeichnet einen Ausgangsanschluss, der mit einem Ausgangsanschluss 4a ein Paar bildet, um ein Differenzsignal auszugeben. Die Zahlen 14 bis 16 bezeichnen Transistoren und die Zahl 52 bezeichnet einen Widerstand. Dieselben Komponenten wie die in 1 gezeigten sind durch dieselben Bezugszahlen gekennzeichnet, und daher wird die Beschreibung dieser Komponenten nachfolgend weggelassen.
Die Halbleiter-Mischschaltung nach diesem Ausführungsbeispiel hat zwei parallele Halbleiter-Mischschaltungen nach 1. Die erste Halbleiter-Mischschaltung ist aus einem ersten Transistorpaar, das aus Transistoren 11 und 12 besteht, einem Transistor 13 und einem Widerstand 51 gebildet. In derselben Weise ist die zweite Halbleiter-Mischschaltung aus einem zweiten Transistorpaar, das aus den Transistoren 14 und 15 besteht, dem Transistor 16 und dem Widerstand 52 gebildet.
Ein Signal mit einer Phase, die entgegengesetzt zu der eines an einem LO-Eingangsanschluss 3a angelegten LO-Signals ist, wird an einem LO-Eingangsanschluss 3b eingegeben. Weiterhin wird ein Signal mit einer Phase, die entgegengesetzt zu der eines an einem HF-Eingangsanschluss 2a angelegten HF-Signals ist, an dem HF-Eingangsanschluss 2b eingegeben. Ein Ausgangssignal wird als ein Differenzsignal geliefert, das zwischen dem Ausgangsanschluss 4a der ersten Halbleiter-Mischschaltung und dem Ausgangsanschluss 4b der zweiten Halbleiter-Mischschaltung erscheint.
Verglichen mit der Halbleiter-Mischschaltung nach dem Ausführungsbeispiel 1 kann die Halbleiter-Mischschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die eine derartige Struktur vom Ausgleichstyp hat, jede höhere Harmonische ungeradzahliger Ordnung des HF-Signals und jede Mischwelle einer höheren Harmonischen geradzahliger Ordnung des LO-Signals und einer höheren Harmonischen geradzahliger Ordnung des HF-Signals unterdrücken, die zu den Ausgangsanschlüssen geliefert werden. Daher kann die Halbleiter-Mischschaltung leicht eine Mischwelle einer zweiten Harmonischen des LO-Signals und einer ersten Harmonischen des HF-Signals ausgeben, die das allgemeinste Ausgangssignal einer Mischvorrichtung für allgemeine Harmonische ist. Die Halbleiter-Mischschaltung bietet somit den Vorteil dahingehend, dass, da sie viele Störkomponenten unterdrücken kann, sie daher die Struktur eines Störunterdrückungsfilters, das mit den Ausgangsanschlüssen der Halbleiter-Mischschaltung verbunden ist, vereinfachen kann.
Die vorgenannte Beschreibung ist auf den Fall gerichtet, bei dem die Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Abwärtswandler arbeitet. Wenn die HF-Eingangsanschlüsse durch ZF-Eingangsanschlüsse ersetzt sind, kann die vorgenannte Halbleiterschaltung als ein Aufwärtswandler arbeiten und ein HF-Signal ausgeben. In diesem Fall kann das ausgegebene HF-Signal eine Mischwelle einer Harmonischen geradzahliger Ordnung des LO-Signals und eines ZF-Signals sein.
Die vorstehende Beschreibung der Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf den Fall gerichtet, bei dem bipolare Flächentransistoren als die Transistoren 11 bis 13 verwendet werden. Als eine Alternative können FETen als die Transistoren 11 bis 13 verwendet werden, wie vorstehend bei dem Ausführungsbeispiel 1 erwähnt ist. In diesem Fall werden die Kollektorelektrode, die Emitterelektrode und die Basiselektrode jedes bipolaren Flächentransistors ersetzt durch eine Drainelektrode, eine Sourceelektrode und eine Gateelektrode eines entsprechenden FET bei der obigen Beschreibung der Arbeitsweise der Halbleiterschaltung und dieselben Vorteile werden erhalten. Weiterhin kann die Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so ausgebildet werden, dass sie als eine Frequenzmultiplikationsvorrichtung arbeitet, so wie die des Ausführungsbeispiels 1.
Weiterhin kann, obgleich die vorstehende Beschreibung auf den Fall gerichtet ist, bei dem zwei Halbleiter-Mischschaltungen nach 1 parallel zueinander geschaltet sind und daher eine Halbleiterschaltung vom Ausgleichstyp bilden, die Halbleiterschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel alternativ aus zwei Halbleiter-Mischschaltungen nach 2 oder 3 gebildet sein, die parallel zueinander geschaltet sind. Diese Variante bietet dieselben Vorteile.

Claims

Halbleiter-Mischschaltung, welche aufweist: ein Transistorpaar bestehend aus einem ersten Transistor (11) mit einer Basiselektrode (3a), an die ein erstes Signal angelegt ist, und einem zweiten Transistor (12) mit einer Basiselektrode (3b), an die ein Signal angelegt ist, dessen Phase entgegensetzt zu der des ersten Signals ist, wobei Emitterelektroden des ersten und des zweiten Transistors miteinander verbunden sind und Kollektorelektroden des ersten und des zweiten Transistors miteinander verbunden sind; einen dritten Transistor (13) mit einer Basiselektrode (2a), an die ein zweites Signal angelegt ist, einer Emitterelektrode, die mit einem ersten festen Spannungspegel verbunden ist, und einer Kollektorelektrode, die mit einem gemeinsamen Emitter des Transistorpaares verbunden ist; und eine Ausgangsschaltung (4a) zum Verbinden eines gemeinsamen Kollektors (N1) des Transistorpaares mit einem zweiten festen Spannungspegel mittels einer Ausgangslast (51) und zum Liefern eines dritten Signals von dem gemeinsamen Kollektor des Transistorpaares.
Halbleiter-Mischschaltung nach Anspruch 1, bei der die Ausgangslast aus einem Widerstand (51) und einem Kondensator (61) in Parallelschaltung besteht.
Halbleiter-Mischschaltung nach Anspruch 1, bei der die Ausgangslast aus einer Induktivität (71) besteht.
Halbleiter-Mischschaltung, welche aufweist: ein erstes Transistorpaar, bestehend aus einem ersten Transistor (11) mit einer Basiselektrode (3a), an die ein erstes Signal angelegt ist, und einem zweiten Transistor (12) mit einer Basiselektrode (3b), an die ein Signal angelegt ist, dessen Phase zu der des ersten Signals entgegengesetzt ist, wobei Emitterelektroden des ersten und des zweiten Transistors miteinander verbunden sind und Kollektorelektroden des ersten und des zweiten Transistors miteinander verbunden sind; einen dritten Transistor (13) mit einer Basiselektrode (2a), an die ein zweites Signal angelegt ist, einer Emitterelektrode, die mit einem ersten festen Spannungspegel verbunden ist, und einer Kollektorelektrode, die mit einem gemeinsamen Emitter des ersten Transistorpaares verbunden ist; eine erste Ausgangsschaltung (4a) zum Verbinden eines gemeinsamen Kollektors (N1) des ersten Transistorpaares mit einem zweiten festen Spannungspegel mittels einer Ausgangslast (51) und zum Liefern eines dritten Signals von dem gemeinsamen Kollektor des ersten Transistorpaares; ein zweites Transistorpaar besteht aus einem vierten Transistor (14) mit einer Basiselektrode, an die das erste Signal angelegt ist, und einem fünften Transistor (15) mit einer Basiselektrode, an die das Signal angelegt ist, dessen Phase zu der des ersten Signals entgegengesetzt ist, wobei Emitterelektroden des vierten und des fünften Transistors miteinander verbunden sind und Kollektorelektroden des vierten und des fünften Transistors miteinander verbunden sind; einen sechsten Transistor (16) mit einer Basiselektrode (2b), an die das zweite Signal angelegt ist, einer Emitterelektrode, die mit dem ersten festen Spannungspegel verbunden ist, und einer Kollektorelektrode, die mit einem gemeinsamen Emitter des zweiten Transistorpaares verbunden ist; und eine zweite Ausgangsschaltung (4b) zum Verbinden eines gemeinsamen Kollektors (N1) des zweiten Transistorpaares mit dem zweiten festen Spannungspegel mittels einer Ausgangslast (52) und zum Liefern eines Signals, dessen Phase zu der des dritten Signals entgegengesetzt ist, von dem gemeinsamen Kollektor des zweiten Transistorpaares.
Halbleiter-Mischschaltung, welche aufweist: ein Transistorpaar bestehend aus einem ersten FET (11f) mit einer Gateelektrode (3a), an die ein erstes Signal angelegt ist, und einem zweiten FET (12f) mit einer Gateelektrode (3b), an die ein Signal angelegt ist, dessen Phase zu der des ersten Signals entgegengesetzt ist, wobei Sourceelektroden des ersten und des zweiten FET miteinander verbunden sind und Drainelektroden des ersten und des zweiten FET miteinander verbunden sind; einen dritten Transistor (13f) mit einer Gateelektrode (2a), an die ein zweites Signal angelegt ist, einer Sourceelektrode, die mit einem ersten festen Spannungspegel verbunden ist, und einer Drainelektrode, die mit einer gemeinsamen Source des Transistorpaares verbunden ist; und eine Ausgangsschaltung (4a) zum Verbinden einer gemeinsamen Drain (N2) des Transistorpaares mit einem zweiten festen Spannungspegel mittels einer Ausgangslast (51) und zum Liefern eines dritten Signals von der gemeinsamen Drain des Transistorpaares.