JP2001111352A - Frequency converting circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信機や放
送受信機等において受信高周波信号を中間周波信号に変
換する周波数変換回路に係り、特に局部発振信号が高周
波信号入力端子に漏洩することを防止する技術に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a frequency conversion circuit for converting a received high-frequency signal into an intermediate frequency signal in a mobile communication device, a broadcast receiver, or the like, and in particular, a local oscillation signal leaking to a high-frequency signal input terminal. This is related to technology for preventing phenomena.
【0002】[0002]
【従来の技術】図3はデプレッションモードの電界効果
トランジスタ(以下、FETと称する)を使用した従来
の周波数変換回路の一例を示す回路図である。この回路
では、入力端子12に入力する受信目的の高周波信号
(以下、RF信号と称する)がインピーダンス整合回路
8を介してFET1のゲートに印加され、入力端子13
に入力する局部発振信号(以下、LO信号と称する)が
インピーダンス整合回路7を介してFET2のゲートに
印加される。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a conventional frequency conversion circuit using a depletion mode field effect transistor (hereinafter referred to as an FET). In this circuit, a high-frequency signal for reception (hereinafter, referred to as an RF signal) input to an input terminal 12 is applied to the gate of the FET 1 via an impedance matching circuit 8, and the input terminal 13
Is applied to the gate of the FET 2 via the impedance matching circuit 7.
【0003】このように両信号が入力されると、FET
1,2の非線形動作特性によりFET2のドレインより
RF信号とLO信号の和成分となる周波数、あるいはR
F信号とLO信号の差成分の絶対値となる周波数が得ら
れる。これを中間周波数信号(以下、IF信号と称す
る)とし、所望の中間周波数に適合したインピーダンス
整合回路9を介して出力端子14にIF信号を出力する
ことにより周波数変換機能が果たされる。When both signals are input as described above, the FET
The frequency at which the sum of the RF signal and the LO signal is obtained from the drain of the FET 2 or R
A frequency that is the absolute value of the difference component between the F signal and the LO signal is obtained. This is used as an intermediate frequency signal (hereinafter, referred to as an IF signal), and the IF signal is output to the output terminal 14 via the impedance matching circuit 9 adapted to the desired intermediate frequency, thereby performing the frequency conversion function.
【0004】5,6はFET1,2のそれぞれにゲート
バイアス電圧を与えるための抵抗である。3はFET1
のソースと接地電位間に接続される自己バイアス抵抗
で、前記の抵抗5,6とともにFET1,2の無信号時
のドレイン電流を決定する。4はFET1のソースと接
地電位間に接続される高周波バイパスコンデンサで、前
記RF信号、LO信号、IF信号のいずれの周波数に対
しても対接地インピーダンスが低く維持できる容量に設
定されている。10は電源電圧VDDをFET2のドレ
インに印加するためのチョークコイルである。Reference numerals 5 and 6 denote resistors for applying gate bias voltages to the FETs 1 and 2, respectively. 3 is FET1
The self-bias resistor connected between the source of the FET 1 and the ground potential determines the drain current of the FETs 1 and 2 when there is no signal, together with the resistors 5 and 6. Reference numeral 4 denotes a high-frequency bypass capacitor connected between the source of the FET 1 and the ground potential. The high-frequency bypass capacitor is set to have a capacitance capable of maintaining a low impedance with respect to the ground at any frequency of the RF signal, the LO signal, and the IF signal. Reference numeral 10 denotes a choke coil for applying the power supply voltage VDD to the drain of the FET 2.
【0005】図3ではFET1,2は独立した素子で表
しているが、これにはデュアルゲートFETの1素子が
使用されることもある。Although the FETs 1 and 2 are shown as independent elements in FIG. 3, one element of a dual gate FET may be used.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3の
周波数変換回路では、FET1,2の素子内に存在する
ゲート・ソース間容量(以下、Cgsと称する)およびゲ
ート・ドレイン間容量(以下、Cgdと称する)により、
FET2のゲートに印加されるLO信号をFET1のゲ
ートに漏洩させる経路が存在していた。そして、LO信
号がFET1のゲートに漏洩すると、受信機としては不
要信号を受信アンテナより輻射させる可能性があり、受
信機の設計に支障を来すことがあった。However, in the frequency conversion circuit of FIG. 3, the gate-source capacitance (hereinafter, referred to as Cgs) and the gate-drain capacitance (hereinafter, Cgd) existing in the elements of the FETs 1 and 2 are shown. )
There was a path for leaking the LO signal applied to the gate of FET2 to the gate of FET1. If the LO signal leaks to the gate of the FET1, an unnecessary signal may be radiated from the receiving antenna as a receiver, which may hinder the design of the receiver.
【0007】そこで、このような場合は、前記RF信号
の入力経路にRF信号の周波数帯域成分のみを通過さ
せ、LO信号の周波数成分は阻止するバンドパスフィル
タを挿入することが行われているが、バンドパスフィル
タの使用は携帯電話端末のような小型化が優先される機
器では、部品搭載面積が増大するので、問題となる。Therefore, in such a case, a band-pass filter for passing only the frequency band component of the RF signal and blocking the frequency component of the LO signal is inserted into the input path of the RF signal. The use of a bandpass filter poses a problem in a device in which miniaturization is prioritized, such as a mobile phone terminal, because the component mounting area increases.
【0008】また、バンドパスフィルタ挿入時の別の問
題点として、FET1のゲートに漏洩した通過帯域外で
あるLO信号やその高調波成分が、バンドパスフィルタ
を通過せずにそこで反射され、再びFET1のゲートに
印加される問題がある。Another problem when the band-pass filter is inserted is that the LO signal and its harmonic components outside the pass band leaked to the gate of the FET 1 are reflected there without passing through the band-pass filter and again. There is a problem applied to the gate of FET1.
【0009】このようにRF信号以外の不要信号がFE
T1のゲートに印加されると、その不要信号についても
増幅作用や周波数変換作用が行われるため、結果として
本来行なうべきRF信号の周波数変換についで性能低下
を引き起こす。この場合、具体的には、雑音指数の増加
や歪み特性の悪化が起こる。As described above, unnecessary signals other than RF signals are
When the voltage is applied to the gate of T1, the unnecessary signal is also subjected to an amplifying operation and a frequency conversion operation. As a result, the performance is deteriorated in the frequency conversion of the RF signal which should be performed. In this case, specifically, the noise figure increases and the distortion characteristics deteriorate.
【0010】以上のように、従来の周波数変換回路で
は、バンドパスフィルタ使用の有無に拘わらず、LO信
号がFET2のゲートとFET1のゲートの間を漏洩す
ることによって、受信機の性能低下を招いていた。As described above, in the conventional frequency conversion circuit, the LO signal leaks between the gates of the FET2 and the FET1 irrespective of the use of the band-pass filter, thereby deteriorating the performance of the receiver. I was
【0011】また、このような周波数変換回路を集積回
路化する場合は、集積回路内部にLO信号用増幅回路を
付加することが行われており、集積回路外部のLO信号
入力端子からRF信号端子へのアイソレーション特性が
そのLO信号用増幅回路の利得で相殺され、さらに悪化
する問題もあった。In the case where such a frequency conversion circuit is formed into an integrated circuit, an LO signal amplifying circuit is added to the inside of the integrated circuit. There is a problem that the isolation characteristics of the amplifier are offset by the gain of the LO signal amplifying circuit, and further deteriorated.
【0012】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、LO信号が印加されるFETのゲー
トとRF信号が印加されるFETのゲート間のアイソレ
ーション特性の向上を図った周波数変換回路を提供する
ことである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to improve the isolation characteristics between the gate of an FET to which an LO signal is applied and the gate of an FET to which an RF signal is applied. To provide a frequency conversion circuit.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第1の発明は、第1及び第2の電界効果トランジスタ
を具備し、前記第1の電界効果トランジスタのゲートに
高周波信号を印加するとともにバイアス回路を接続し、
前記第2の電界効果トランジスタのゲートに局部発振信
号を印加するとともに別のバイアス回路を接続し、前記
第2の電界効果トランジスタのドレインは直流電源の印
加とともに中間周波数信号の出力を行い、前記第1の電
界効果トランジスタのソースを高周波的に接地し、前記
第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2の電
界効果トランジスタのソースとの間にインピーダンス素
子を接続して構成した。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising first and second field-effect transistors, wherein a high-frequency signal is applied to a gate of the first field-effect transistor. Together with the bias circuit,
A local oscillation signal is applied to the gate of the second field-effect transistor and another bias circuit is connected, and the drain of the second field-effect transistor outputs an intermediate frequency signal together with the application of a DC power supply. The source of the first field-effect transistor is grounded at a high frequency, and an impedance element is connected between the drain of the first field-effect transistor and the source of the second field-effect transistor.
【0014】第2の発明は、第1の発明において、前記
インピーダンス素子が抵抗素子であるようにした。In a second aspect based on the first aspect, the impedance element is a resistance element.
【0015】第3の発明は、第1の発明において、前記
インピーダンス素子が第3の電界効果トランジスタであ
り、該第3の電界効果トランジスタのソースとドレイン
を前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第
2の電界効果トランジスタのソースとの間に接続して構
成した。In a third aspect based on the first aspect, the impedance element is a third field-effect transistor, and the source and the drain of the third field-effect transistor are connected to the drain of the first field-effect transistor. The second field effect transistor was connected to the source.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】図1は、本発明のひとつの実施形
態の周波数変換回路の回路図である。1はRF信号用F
ET、2はLO信号用FET、3はバイアス抵抗、4は
高周波バイパスコンデンサ、5,6はバイアス抵抗、
7,8,9はインピーダンス整合回路、10は電源印加
用チョークコイル、12はRF信号の入力端子、13は
LO信号の入力端子、14はIF信号の出力端子、15
は電源端子であり、これらは図3に示したものと同じで
ある。FIG. 1 is a circuit diagram of a frequency conversion circuit according to one embodiment of the present invention. 1 is the RF signal F
ET, 2 are LO signal FETs, 3 is a bias resistor, 4 is a high frequency bypass capacitor, 5, 6 are bias resistors,
7, 8, and 9 are impedance matching circuits, 10 is a choke coil for applying power, 12 is an RF signal input terminal, 13 is an LO signal input terminal, 14 is an IF signal output terminal, and 15 is an IF signal output terminal.
Are power supply terminals, which are the same as those shown in FIG.
【0017】本実施形態では、FET1のドレインとF
ET2のソースとの間に、インピーダンス素子11を接
続して、両FET1,2のゲート間のアイソレーション
の改善を図っている。以下、詳しく説明する。In this embodiment, the drain of the FET 1 and F
An impedance element 11 is connected between the source of ET2 and the source of ET2 to improve the isolation between the gates of both FETs 1 and 2. The details will be described below.
【0018】図2はFET1,2及びインピーダンス素
子11の接続関係を小信号時の等価回路で表したもので
ある。図2においてG1,S1,D1はそれぞれ図1に
おけるFET1のゲート、ソース、ドレインに該当す
る。同様にG2,S2,D2はそれぞれ図1におけるF
ET2のゲート、ソース、ドレインに該当する。Cgd
1、Cgd2はそれぞれFET1,2のゲート・ドレイン間
容量、Cgsl,Cgs2はそれぞれFET1,2のゲート・
ソース間容量、Cdsl,Cds2はそれぞれFET1,2の
ドレイン・ソース間容量、そしてGdl、Gd2はそれぞれ
FET1,2のドレイン・ソース間コンダクタンスを表
す。Zllは図1に示すインピーダンス素子11と等価で
ある。FIG. 2 shows the connection relationship between the FETs 1 and 2 and the impedance element 11 by an equivalent circuit at the time of a small signal. In FIG. 2, G1, S1, and D1 correspond to the gate, source, and drain of the FET 1 in FIG. 1, respectively. Similarly, G2, S2, and D2 are F in FIG.
This corresponds to the gate, source, and drain of ET2. Cgd
1 and Cgd2 are the gate-drain capacitances of FETs 1 and 2, respectively, and Cgsl and Cgs2 are the gate and drain of FETs 1 and 2, respectively.
Source-to-source capacitances, Cdsl and Cds2 represent the drain-source capacitances of FETs 1 and 2, respectively, and Gdl and Gd2 represent the drain-source conductances of FETs 1 and 2, respectively. Zll is equivalent to the impedance element 11 shown in FIG.
【0019】FET1のD1−S1間のインピーダンス
Zds1、G1−D1間のインピーダンスZgd1は、次式
(1)、(2)で表すことができる。なお、以下の式において
記号「//」は前後項の並列接続計算を表す。 Zds1=(1/Gd1)//(1/jωCds1) (1) Zgd1=1/jωCgd1 (2)The impedance Zds1 between D1 and S1 of the FET1 and the impedance Zgd1 between G1 and D1 are expressed by the following equations.
It can be represented by (1) and (2). In the following equation, the symbol “//” represents the parallel connection calculation of the preceding and following terms. Zds1 = (1 / Gd1) // (1 / jωCds1) (1) Zgd1 = 1 / jωCgd1 (2)
【0020】また、FET2のG2−S2間のインピー
ダンスZgs2は次式(3)で表すことができる。 Zgs2=(1/jωCgs2)//[(1/jωCgd2)+{(1/Gd2)// (1/jωCds2)}] (3)The impedance Zgs2 between G2 and S2 of the FET2 can be expressed by the following equation (3). Zgs2 = (1 / jωCgs2) // [(1 / jωCgd2) + {(1 / Gd2) // (1 / jωCds2)}] (3)
【0021】ここで、図2に示したG2に印加される電
圧をVloとし、G1に発生する電圧をVrfとすると、V
loとVrfの電圧比は次式(4)で表現できる。 Vrf/Vlo=Zds1/(Zgs2+Z11+Zds1) (4)Here, if the voltage applied to G2 shown in FIG. 2 is Vlo and the voltage generated at G1 is Vrf,
The voltage ratio between lo and Vrf can be expressed by the following equation (4). Vrf / Vlo = Zds1 / (Zgs2 + Z11 + Zds1) (4)
【0022】この式(4)は図1におけるFET1、2のゲ
ート間アイソレーションを意味しており、Z11の追加に
よりVrfとVloの比が拡大する、つまりアイソレーショ
ンが増加していることがわかる。Equation (4) means the isolation between the gates of the FETs 1 and 2 in FIG. 1. It can be seen that the addition of Z11 increases the ratio between Vrf and Vlo, that is, increases the isolation. .
【0023】Z11のインピーダンス値選択については、
Zgs2と比較して、その値を大きくすることでよりアイ
ソレーションを増加させることが可能である。Regarding the selection of the impedance value of Z11,
As compared with Zgs2, it is possible to further increase the isolation by increasing the value.
【0024】実際に図1に示す周波数変換回路を構成
し、特定周波数でのFET1,2のゲート間アイソレー
ションを計算すると、RF信号周波数820MHz、LO
信号周波数690MHzにおいて、インピーダンス素子1
1が存在しない従来回路では690MHzにて22dBのア
イソレーシヨンであったのが、Z11として200Ωの抵
抗素子を挿入することで同アイソレーションは32dBに
改善された。When the frequency conversion circuit shown in FIG. 1 is actually constructed and the isolation between the gates of the FETs 1 and 2 at a specific frequency is calculated, the RF signal frequency is 820 MHz, the LO
At a signal frequency of 690 MHz, the impedance element 1
In the conventional circuit where no 1 exists, the isolation was 22 dB at 690 MHz. By inserting a 200Ω resistor as Z11, the isolation was improved to 32 dB.
【0025】なお、以上の実施形態において、インピー
ダンス素子11は別のFETを使用してそのソース・ド
レイン間内部抵抗により実現することもでき、この場合
はその抵抗値調整が外部からでも可能となる。また、直
流電源VDDはチョークコイル10を介してFET2の
ドレインに供給しているが、このチョークコイル10を
使用せずにインピーダンス整合回路9内に存在するイン
ダクタを代用してFET2のドレインに電源電圧を供給
することも可能である。さらに、図1の周波数変換回路
は、その使用素子の全部を集積回路化すること、あるい
は一部の素子を外部素子として集積回路化することが可
能である。In the above-described embodiment, the impedance element 11 can be realized by using another FET by the internal resistance between the source and the drain. In this case, the resistance can be adjusted from outside. . Although the DC power supply VDD is supplied to the drain of the FET 2 via the choke coil 10, the power supply voltage is supplied to the drain of the FET 2 instead of using the inductor existing in the impedance matching circuit 9 without using the choke coil 10. Can also be supplied. Further, the frequency conversion circuit shown in FIG. 1 can be formed into an integrated circuit with all of the elements used, or can be formed into an integrated circuit with some elements as external elements.
【0026】[0026]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
ない素子の増加で、周波数変換回路における局部発振信
号入力と高周波信号入力間での局部発振信号漏洩の改善
が図られるため、より集積回路に適した周波数変換回路
が実現できる利点がある。As described above, according to the present invention, the leakage of the local oscillation signal between the input of the local oscillation signal and the input of the high-frequency signal in the frequency conversion circuit can be improved with an increase in the number of elements. There is an advantage that a frequency conversion circuit suitable for the circuit can be realized.
【図1】 本発明のひとつの実施形態の周波数変換回路
の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a frequency conversion circuit according to one embodiment of the present invention.
【図2】 図1に示された回路の小信号時の等価回路図
である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the circuit shown in FIG. 1 at the time of a small signal.
【図3】 従来の周波数変換回路の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional frequency conversion circuit.
1:高周波信号用FET、2:局部発振信号用FET、
3:バイアス抵抗、4:高周波バイパスコンデンサ、
5,6:バイアス抵抗、7,8,9:インピーダンス整
合回路、10:チョークコイル、11:インピーダンス
素子、12:高周波信号の入力端子、13:局部発振信
号の入力端子、14:中間周波信号の出力端子、15:
電源端子。1: FET for high frequency signal, 2: FET for local oscillation signal,
3: Bias resistor, 4: High frequency bypass capacitor,
5, 6: bias resistor, 7, 8, 9: impedance matching circuit, 10: choke coil, 11: impedance element, 12: input terminal of high frequency signal, 13: input terminal of local oscillation signal, 14: input terminal of intermediate frequency signal Output terminal, 15:
Power supply terminal.
Claims (3)
備し、前記第1の電界効果トランジスタのゲートに高周
波信号を印加するとともにバイアス回路を接続し、前記
第2の電界効果トランジスタのゲートに局部発振信号を
印加するとともに別のバイアス回路を接続し、前記第2
の電界効果トランジスタのドレインは直流電源の印加と
ともに中間周波数信号の出力を行い、前記第1の電界効
果トランジスタのソースを高周波的に接地し、前記第1
の電界効果トランジスタのドレインと前記第2の電界効
果トランジスタのソースとの間にインピーダンス素子を
接続したことを特徴とする周波数変換回路。A first field-effect transistor, a high-frequency signal applied to a gate of the first field-effect transistor, a bias circuit connected to the first field-effect transistor, and a gate connected to the second field-effect transistor. The local oscillation signal is applied, and another bias circuit is connected.
The drain of the field effect transistor outputs an intermediate frequency signal together with the application of DC power, the source of the first field effect transistor is grounded at high frequency,
Wherein an impedance element is connected between the drain of the field-effect transistor and the source of the second field-effect transistor.
ことを特徴とする請求項1に記載の周波数変換回路。2. The frequency conversion circuit according to claim 1, wherein said impedance element is a resistance element.
トランジスタであり、該第3の電界効果トランジスタの
ソースとドレインを前記第1の電界効果トランジスタの
ドレインと前記第2の電界効果トランジスタのソースと
の間に接続したことを特徴とする周波数変換回路。3. The impedance element is a third field-effect transistor, and the source and drain of the third field-effect transistor are the same as the drain of the first field-effect transistor and the source of the second field-effect transistor. A frequency conversion circuit connected between the two.
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