JP2000307350A

JP2000307350A - ミキサ回路、周波数変換方法および移動体通信装置

Info

Publication number: JP2000307350A
Application number: JP11108060A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yajima; 博谷島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化に適し、かつ半導体集積回路に適した
ミキサ回路および高周波信号処理回路を提供する。【解決手段】ミキサ回路１において、入力端子３より
入力される入力信号は、ダブルバランス型ミキサにおい
てローカル入力端子４より入力されるローカル信号によ
り、周波数変換され、周波数変換後の信号はミキサ回路
出力端子５から出力される。前記周波数変換により発生
するイメージ周波数成分は直列共振回路101の直列共振
により抑圧される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル変調方式
およびアナログ変調方式に用いられるミキサ回路とその
方法、それを使用した移動体無線通信端末装置や基地局
装置などの移動体通信装置に関し、特にイメージ周波数
成分の抑圧と低消費電力化を実現するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、一般的なミキサ回路の一例を示
すブロック図である。図３においてミキサ回路は、入力
端子３から入力される入力信号と、ローカル入力端子４
から入力されるローカル信号は、ミキサ８において周波
数変換が行なわれる。いま、入力端子３から入力される
入力信号をI(t)cos(2π×fc×t)+Q(t)sin(2π×fc×t)
とし、ローカル入力端子４から入力されるローカル信号
をcos(2π×fl×t)とすると、周波数変換後の信号は、1
/2{I(t)cos(2π×fl+2π×fc)t+Q(t)sin(2π×fl+2π×
fc)t}+1/2{I(t)cos(2π×fl-2π×fc)t-Q(t)sin(2π×f
l-2π×fc)t}となる。

【０００３】周波数変換後の信号の式において第１項ま
たは第２項の一方を希望の周波数成分とすると、他方は
イメージ周波数成分となり、不要になる。そのためフィ
ルタ９を用いてイメージ周波数成分を抑圧してミキサ回
路出力端子５より出力信号を得ている。

【０００４】また、フィルタ９を用いずに、イメージ周
波数成分を抑圧した出力信号を出力する回路として、イ
メージリジェクションミキサ回路が知られている。

【０００５】この回路は、図４に示すように、ローカル
信号入力端子４より入力されるローカル信号は、第１の
1/4π移相器12により互いの位相差が1/4πとなる２信号
に変換され、同様に入力端子３より入力される入力信号
は、第２の1/4π移相器11により互いの位相差が1/4πと
なる２信号に変換される。前記第１の1/4π移相器で変
換された２信号と、前記第２の1/4π移相器で変換され
た２信号とは、第１のミキサ13、第２のミキサ14におい
てそれぞれ周波数変換される。

【０００６】入力端子３から入力される入力信号をI(t)
cos(2π×fc×t)+Q(t)sin(2π×fc×t)とし、ローカル
入力端子４から入力されるローカル信号をcos(2π×fl
×t)とすると、前記第１のミキサ13の出力信号は、1/2
{I(t)cos(2π×fl+2π×fc)t+Q(t)sin(2π×fl+2π×f
c)t}+1/2{I(t)cos(2π×fl-2π×fc)t+Q(t)sin(2π×fl
-2π×fc)t}となる。

【０００７】また、前記第２のミキサ14の出力信号は、
-1/2{I(t)cos(2π×fl+2π×fc)t+Q(t)sin(2π×fl+2π
×fc)t}+1/2{I(t)cos(2π×fl-2π×fc)t+Q(t)sin(2π
×fl-2π×fc)t}となる。

【０００８】加減算器15においてそれぞれの出力信号を
減算すると、出力信号の第２項は互いに打ち消し合っ
て、イメージ周波数成分は抑圧され、前記ミキサ回路出
力端子５からは、I(t)cos(2π×fl+2π×fc)t+Q(t)sin
(2π×fl+2π×fc)tで示される出力信号のみが出力され
る。

【０００９】また、加減算器15においてそれぞれの出力
信号を加算すると、出力信号の第１項は互いに打ち消し
合って、イメージ周波数成分は抑圧され、前記ミキサ回
路出力端子５からは、I(t)cos(2π×fl-2π×fc)t+Q(t)
sin(2π×fl-2π×fc)tで示される出力信号のみが出力
される。

【００１０】本イメージリジェクションミキサ回路は、
前記フィルタ９を用いなくても前記ミキサ回路出力端子
５からは希望の周波数成分のみが得られる。また、特開
平6-120990号公報に開示されている回路でも同様の効果
が得られる。

【００１１】また、図５は、図３に示すミキサ回路の出
力信号を増幅する増幅回路７を備えた高周波信号処理回
路21を示す。本高周波信号処理回路21はミキサ出力端子
91と増幅回路入力端子92の間に前記フィルタ９を設ける
ことにより、イメージ周波数成分が抑圧されて、さらに
増幅された出力信号が得られる。

【００１２】図７は、前記高周波信号処理回路21を備え
た移動体通信装置の送受信ブロック図を示す。送信時に
は、変調部54の出力信号は、前記高周信号波処理回路21
の入力端子３に入力し、前記ローカル信号と前記ミキサ
８において周波数変換が行なわれ、前記フィルタ９によ
りイメージ周波数成分を抑圧し、増幅回路７により増幅
される。さらに、高周波信号処理回路出力端子６より出
力される出力信号は増幅回路52で増幅され、送受共用器
50を介してアンテナ51より出力される。

【００１３】一方、受信時には、前記アンテナ８より入
力された信号は前記送受共用器50を介して増幅回路53に
より増幅され、前記高周波信号処理回路21の入力端子３
に入力される。前記高周波信号処理回路21では送信時と
同様に周波数変換が行なわれ、イメージ周波数成分を抑
圧し、増幅され、前記高周波信号処理回路出力端子６よ
り出力される。前記高周波信号処理回路出力端子６の出
力信号は復調部55で復調され、復調信号が得られる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示したミキサ回路では、イメージ周波数成分を抑圧する
ためにフィルタ９が必要となり、機器の小型化を妨げ、
さらに安価に実現できないという課題を有していた。

【００１５】また、図４に示したイメージリジェクショ
ンミキサ回路や特開平6-120990号公報に開示されている
回路では、回路規模が大きく消費電流が増大するという
課題を有していた。

【００１６】また、図５に示した高周波信号処理回路21
を半導体集積回路として構成した場合、ミキサ８はミキ
サ出力端子91を介して半導体集積回路の外部にある前記
フィルタ９を負荷として駆動するため十分な駆動能力が
必要となりミキサ８の消費電流が増大するという課題を
有していた。また、前記フィルタ９の通過損失を補うた
め前記ミキサ８の出力レベルを引き上げる必要があり、
ミキサ８の消費電流が増大するという課題を有してい
た。

【００１７】さらに、フィルタ９を除去し安価に回路を
実現するために、図６に示すようにミキサ８と増幅回路
７を直接接続した場合、増幅回路７には希望の周波数成
分とイメージ周波数成分の両方が入力されるため相互変
調歪みが発生する。相互変調歪みを軽減するために、増
幅回路７の線形性を向上させる必要があるが、増幅回路
７の消費電流が増大するという課題を有していた。

【００１８】また、図７に示した移動体通信装置の送受
信ブロック図では、高周波信号処理回路21を備えて前記
ミキサ８と増幅回路７の間に接続されたフィルタ９が機
器の小型化を妨げ、さらに安価に実現できないという課
題を有していた。

【００１９】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
であり、消費電流が少なく、小型化に適して、かつ半導
体集積回路に適したイメージ周波数成分の抑圧が可能な
ミキサ回路および高周波信号処理回路を安価に提供する
ことを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、トランジスタで形成され、入力端子より入
力される入力信号はローカル入力端子より入力されるロ
ーカル信号により周波数変換され、出力端子に平衡出力
信号を出力するダブルバランス型ミキサにおいて、前記
ダブルバランス型ミキサの出力端子間にコイルとコンデ
ンサとからなる直列共振回路を接続する構成とした。

【００２１】このように構成したことにより、イメージ
周波数成分を抑圧するためにフィルタが不要となり、機
器の小型化と低コスト化が実現できる。さらに、ミキサ
が１つで構成されるため低消費電流化が実現できる。

【００２２】また、入力された信号がローカル信号によ
り周波数変換処理され、周波数変換処理された信号を出
力する際に、直列共振処理によりイメージ周波数成分を
抑圧する周波数変換方法とした。この方法を採用したこ
とにより、フィルタが不要となり、機器の小型化と低コ
スト化が実現できる。さらに、ミキサが１つで構成され
るため低消費電流化が実現できる。

【００２３】また、このミキサ回路または周波数変換方
法を移動無線端末装置や移動無線基地局装置などの移動
体通信装置に適用することにより、これらの移動体通信
装置の小型化と低コスト化を実現することが出来る。

【００２４】また、高周波信号処理回路として、このミ
キサ回路の出力端子に増幅回路を接続する構成とした。
このように構成したことにより、フィルタが不要とな
り、機器の小型化と低コスト化が実現できる。さらに、
ミキサや増幅回路の低消費電流化が実現できる。

【００２５】また、前記周波数変換方法により得られた
周波数変換出力を増幅処理して高周波信号処理出力を得
る高周波信号処理方法とした。この方法を採用したこと
により、フィルタが不要となり、機器の小型化と低コス
ト化が実現できる。さらに、ミキサや増幅回路の低消費
電流化が実現できる。

【００２６】また、この高周波信号処理回路または高周
波信号処理方法を移動無線端末装置や移動無線基地局装
置などの移動体通信装置に適用することにより、これら
の移動体通信装置の小型化と低コスト化を実現すること
ができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載した発明
は、トランジスタで形成され、入力端子より入力される
入力信号はローカル入力端子より入力されるローカル信
号により周波数変換され、出力端子に平衡出力信号を出
力するダブルバランス型ミキサにおいて、前記ダブルバ
ランス型ミキサの出力端子間にコイルとコンデンサとか
らなる直列共振回路を接続したことを特徴とするミキサ
回路であり、前記平衡出力信号の周波数がイメージ周波
数で直列共振回路のインピーダンスが低くなり、イメー
ジ周波数成分を抑圧するという作用を有する。

【００２８】本発明の請求項２に記載した発明は、入力
された信号がローカル信号により周波数変換処理され、
周波数変換処理された信号を出力する際に、直列共振処
理によりイメージ周波数成分を抑圧するようにしたこと
を特徴とする周波数変換方法であり、直列共振処理にお
いてイメージ周波数でインピーダンスが低くなり、イメ
ージ周波数成分を抑圧するという作用を有する。

【００２９】本発明の請求項３に記載した発明は、アン
テナ、送信部、受信部、通信制御部を有する移動無線端
末装置において、前記移動無線端末装置の送信部および
受信部は請求項１記載のミキサ回路を備える移動無線端
末装置であり、移動無線端末装置の送信部および受信部
のミキサ回路においてイメージ周波数成分を抑圧すると
いう作用を有する。

【００３０】本発明の請求項４に記載した発明は、アン
テナ、送信部、受信部、通信制御部を有する移動無線基
地局装置において、前記移動無線基地局装置の送信部お
よび受信部は請求項１記載のミキサ回路を備える移動無
線基地局装置であり、移動無線基地局装置の送信部およ
び受信部のミキサ回路においてイメージ周波数成分を抑
圧するという作用を有する。

【００３１】本発明の請求項５に記載した発明は、請求
項１記載のミキサ回路の出力端子に増幅回路を接続した
高周波信号処理回路であり、前記高周波信号処理回路の
ミキサ回路において平衡出力信号の周波数がイメージ周
波数で直列共振回路のインピーダンスが低くなり、イメ
ージ周波数成分を抑圧するという作用を有する。

【００３２】本発明の請求項６に記載した発明は、請求
項２記載の周波数変換方法により得られた周波数変換出
力を増幅処理して高周波信号処理出力を得る高周波信号
処理方法であり、前記周波数変換方法において、直列共
振処理においてイメージ周波数でインピーダンスが低く
なり、イメージ周波数成分を抑圧するという作用を有す
る。

【００３３】本発明の請求項７に記載した発明は、アン
テナ、送信部、受信部、通信制御部を有する移動無線端
末装置において、前記移動無線端末装置の送信部および
受信部は請求項５記載の高周波信号処理回路を備える移
動無線端末装置であり、移動無線端末装置の送信部およ
び受信部の高周波信号処理回路内のミキサ回路において
イメージ周波数成分を抑圧するという作用を有する。

【００３４】本発明の請求項８に記載した発明は、アン
テナ、送信部、受信部、通信制御部を有する移動無線基
地局装置において、前記移動無線基地局装置の送信部お
よび受信部は請求項５記載の高周波信号処理回路を備え
る移動無線基地局装置であり、移動無線基地局装置の送
信部および受信部の高周波信号処理回路内のミキサ回路
においてイメージ周波数成分を抑圧するという作用を有
する。

【００３５】以下、本発明の実施の形態について、図
１、図２及び図８を用いて説明する。

【００３６】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態のミキサ回路の構成を示す図である。こ
こで、前記従来例と同一部分は同一符号を付して説明す
る。

【００３７】図１に示すようにミキサ回路１は、入力端
子３と、ミキサ回路出力端子５と、ローカル入力端子４
とを備えている。

【００３８】また、このミキサ回路１は、トランジスタ
110からトランジスタ117までと、抵抗108、抵抗109、抵
抗115、抵抗116と、定電流源回路118とで構成されるダ
ブルバランス型ミキサと、電源端子104と、コイルＬ１
とコンデンサＣ１が直列接続された直列共振回路101
と、前記直列共振回路101を接続する直列共振回路接続
端子102、103とを備えている。

【００３９】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【００４０】前記入力端子３より入力される入力信号
は、前記ダブルバランス型ミキサにおいて前記ローカル
入力端子４より入力されるローカル信号により、周波数
変換され、周波数変換後の信号は前記ミキサ回路出力端
子５から得られる。前記周波数変換により発生するイメ
ージ周波数成分は前記直列共振回路101の直列共振によ
り抑圧される。

【００４１】図８は、図１のミキサ回路の前記直列共振
回路101とコレクタ抵抗ＲＣである抵抗108、抵抗109
（以下、コレクタ抵抗108、コレクタ抵抗109とする）を
含めた負荷の等価回路図で、負荷の両端をそれぞれａ，
ｂとし、ｒ１はコイルＬ１の等価抵抗分である。

【００４２】次に、図８の負荷の等価回路のａｂ間のイ
ンピーダンスＺabは、コイルＬ１とコンデンサＣ１と等
価抵抗ｒ１の直列回路と２つのコレクタ抵抗のＲＣ×２
の並列インピーダンスで与えられ、Ｚab＝１／{(1/RC×2)+(1/(rl²+(ωL1-(1/ωC
1))²)^1/2)} となる。ここでωは角周波数である。

【００４３】いま、ωL1＝1/ωC1となる条件が成り立つ
時、前記直列共振回路101は直列共振という状態にな
る。この時の角周波数を共振角周波数ωｒとし、周波数
を共振周波数ｆｒとすると、上記ωL1＝1/ωC1は、ωrL
1＝1/ωrC1となり、共振周波数ｆｒは、ｆｒ＝１／2π
×(LC)^1/2となる。

【００４４】ここで、周波数変換後の信号の周波数をｆ
とすると、ｆ＝ｆｒの時、上記負荷の等価回路のａｂ間
のインピーダンスＺabは、Ｚab＝2RC×r1／(2RC+rl) となり、負荷のインピーダンスであるＺabは最小とな
る。そのため、前記ミキサ回路出力端子５から得られる
出力信号も最小となる。

【００４５】また、ｆ＜ｆｒの時およびｆ＞ｆｒの時、
負荷のインピーダンスであるＺabは増大し、前記ミキサ
回路出力端子５から得られる出力信号も増大する。

【００４６】以上のように変化する負荷のインピーダン
スＺabを有する前記ミキサ回路において、前記共振周波
数ｆｒを抑圧したいイメージ周波数成分の周波数とする
と、イメージ周波数において前記直列共振回路101は直
列共振の状態となり、負荷のインピーダンスＺabは最小
となって、イメージ周波数成分を抑圧することができ
る。

【００４７】ここで、具体例としてイメージ周波数成分
の周波数を585MHz、希望の周波数成分の周波数を975MHz
とし、負荷のインピーダンスであるＺabの各素子の定数
は図８に示すとおりであるとすると、周波数変換後の信
号の周波数が585MHzの時の負荷のインピーダンスＺabi
は、Ｚab＝2RC×r1／(2RC+rl)に数値を代入することに
より、Ｚabi≒4.5Ωとなる。

【００４８】また、周波数変換後の信号の周波数が975M
Hzの時の負荷のインピーダンスＺabdは、Ｚab＝１／{(1
/RC×2)+(1/(rl²+(ωL1-(1/ωC1))²)^1/2)}に数値を代入
することにより、Ｚabd≒112Ωとなる。それぞれの負荷
インピーダンスからイメージ周波数成分の抑圧比ｄを求
めると、ｄ＝20log(Ｚabi/Ｚabd)＝20log(4.5/112)≒−28[dB] となり、希望周波数成分に対してイメージ周波数成分の
抑圧比は−28[dB]である。前記コイルＬ１の等価抵抗分
ｒ１がより小さいものを選ぶことにより、さらに抑圧比
を確保することが可能である。

【００４９】以上のように、本実施の形態のミキサ回路
では、フィルタを用いずにイメージ周波数成分の抑圧が
可能になるため、機器の小型化が可能になり安価に実現
できる。さらに、ダブルバランス型ミキサが１つで実現
できるため、回路規模が小さく機器の低消費電流化が可
能である。また、半導体集積回路に適する回路構成とし
たため半導体チップ上に構成することができ、このとき
のチップ面積を削減することができる。

【００５０】なお、上記実施の形態では、ダブルバラン
ス型ミキサをｎｐｎ型バイポーラトランジスタで構成し
たが、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタやＭＯＳトラン
ジスタで構成することも可能である。

【００５１】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態は、上記第１の実施の形態のミキサ回路の出力端
子に増幅回路を接続した高周波信号処理回路である。

【００５２】図２は、本発明の第２の実施の形態の高周
波信号処理回路の構成を示すものである。ここで、図１
と同一部分は同一符号を付して説明する。

【００５３】図２に示すように、ミキサ回路１のミキサ
回路出力端子５に増幅回路７を接続し、前記増幅回路７
の出力は高周波信号処理回路２の高周波信号処理回路出
力端子６に接続されている。これ以外の部分は図１と同
一である。

【００５４】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【００５５】ミキサ回路１の動作は図１と同様であり、
前記ミキサ出力端子５の出力信号は、イメージ周波数成
分が抑圧されており、前記増幅回路７に入力され、増幅
された後に前記高周波信号処理回路出力端子６から出力
される。前記高周波信号処理回路出力端子６からはイメ
ージ周波数成分が抑圧された出力信号が得られる。

【００５６】以上のように、本実施の形態の高周波信号
処理回路では、フィルタを用いずにイメージ周波数成分
の抑圧が可能になるため、機器の小型化が可能になり安
価に実現できる。さらに、ダブルバランス型ミキサが１
つで実現できるため、回路規模が小さく機器の低消費電
流化が可能である。

【００５７】また、半導体集積回路に適する回路構成と
したため半導体チップ上に構成することができ、このと
きのチップ面積を削減することができる。また、半導体
集積回路として構成した場合、ミキサ回路出力と増幅回
路入力の間にはフィルタが不要であるため、ミキサ回路
は負荷を駆動するための大きな能力は不要であり、さら
にフィルタの通過損失は存在しないためミキサ回路の出
力レベルを引き上げる必要がなく、消費電流を抑えるこ
とが可能である。

【００５８】なお、上記実施の形態では、ダブルバラン
ス型ミキサをｎｐｎ型バイポーラトランジスタで構成し
たが、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタやＭＯＳトラン
ジスタで構成することも可能である。また、増幅回路の
出力は平衡型であっても良い。

【００５９】

【発明の効果】以上の本発明によれば、消費電流が少な
く、小型化に適し、かつ半導体集積回路に適したイメー
ジ周波数成分の抑圧が可能なミキサ回路と高周波信号処
理回路を安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のミキサ回路の構成
を示すブロック図、

【図２】本発明の第２の実施の形態の高周波信号処理回
路の構成を示すブロック図、

【図３】一般的なミキサ回路の構成を示すブロック図、

【図４】一般的なイメージリジェクションミキサ回路の
構成を示すブロック図、

【図５】一般的な高周波信号処理回路の構成を示すブロ
ック図、

【図６】一般的な高周波信号処理回路からフィルタを取
り除いたの構成を示すブロック図、

【図７】一般的な移動体通信装置の送受信部分の構成を
示すブロック図、

【図８】図１のミキサ回路の負荷の等価回路を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ミキサ回路２、21、22 高周波信号処理回路３入力端子４ローカル入力端子５ミキサ回路出力端子６高周波信号処理回路出力端子７増幅回路８、13、14 ミキサ 15 減算回路 54 変調部 55 復調部 101 直列共振回路 102、103 直列共振回路接続端子 104 電源端子 108、109、115、117 抵抗 110〜117 トランジスタ 118 定電流源回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トランジスタで形成され、入力端子より
入力される入力信号はローカル入力端子より入力される
ローカル信号により周波数変換され、出力端子に平衡出
力信号を出力するダブルバランス型ミキサにおいて、前
記ダブルバランス型ミキサの出力端子間にコイルとコン
デンサとからなる直列共振回路を接続したことを特徴と
するミキサ回路。
【請求項２】入力された信号がローカル信号により周
波数変換処理され、周波数変換処理された信号を出力す
る際に、直列共振処理によりイメージ周波数成分を抑圧
するようにしたことを特徴とする周波数変換方法。
【請求項３】アンテナ、送信部、受信部、通信制御部
を有する移動無線端末装置において、前記移動無線端末
装置の送信部および受信部は請求項１記載のミキサ回路
を備えることを特徴とする移動無線端末装置。
【請求項４】アンテナ、送信部、受信部、通信制御部
を有する移動無線基地局装置において、前記移動無線基
地局装置の送信部および受信部は請求項１記載のミキサ
回路を備えることを特徴とする移動無線基地局装置。
【請求項５】請求項１記載のミキサ回路の出力端子に
増幅回路が接続されていることを特徴とする高周波信号
処理回路。
【請求項６】請求項２記載の周波数変換方法により得
られた周波数変換出力を増幅処理して高周波信号処理出
力を得ることを特徴とする高周波信号処理方法。
【請求項７】アンテナ、送信部、受信部、通信制御部
を有する移動無線端末装置において、前記移動無線端末
装置の送信部および受信部は請求項５記載の高周波信号
処理回路を備えることを特徴とする移動無線端末装置。
【請求項８】アンテナ、送信部、受信部、通信制御部
を有する移動無線基地局装置において、前記移動無線基
地局装置の送信部および受信部は請求項５記載の高周波
信号処理回路を備えることを特徴とする移動無線基地局
装置。