JP2001510672A - 通信システム、通信装置及び周波数シンセサイザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の周波数シンセサイザは、ＲＦミキサ手段と、ＲＦミキサ手段に接続された局部発振器手段とを有する。局部発振器手段は、ＲＦミキサ手段に接続された局部発振器ミキサ手段と、局部発振器ミキサ手段に接続された帯域及びチャネル選択手段とを有する。この概念によって、周波数シンセサイザは、電力消費量が非常に低下されると共に、要求されたＳＮ比及びスプリアス対ノイズ比に適合した形で集積化され得る。本発明は集積化された低電力消費形通信装置に適用できる点が有利である。

Description

【発明の詳細な説明】 通信システム、通信装置及び周波数シンセサイザ 本発明は請求項１の前件部に概略的に記載された周波数シンセサイザに関する 。 本発明は、また、通信システム及び通信装置に関する。 J．Crols他による“A Single-Chip 900MHz CMOS Receiver Front-End with Hi gh Performance Low-IF Topology”，IEEE Journal of Solid State Circuits， vol.30，No.12，December 1995，pp1483-1492には、周波数ダウンコンバージョ ン用のＲＦ（無線周波）周波数シンセサイザを含む完全に集積化された高性能受 信器が記載されている。このような周波数シンセサイザを含む通信装置又はシス テムにおける数個の機能的な回路の必要とされる集積化の程度の他に、上記のCr ols他による文献に記載されていない主要な問題は、周波数シンセサイザの電力 消費量がかなり高い点である。 本発明の目的は、必要とされる集積化の程度に影響を与えることなく、電力消 費量が削減された周波数シンセサイザを提供することである。 このため、本発明による周波数シンセサイザは、請求項１に記載された特徴的 な特性を有する。 日本国公開特許第６３−８４３２０号公報によれば、周波数シンセサイザに周 波数乗算器に接続された単一の局部発振器ミキサ手段を設け、この局部発振器手 段が基準水晶発振器の位相ロックループで制御された可変周波数位相ロックルー プ及び第３の位相ロックループの並列構造に接続されている構成は公知であるこ とに注意する必要がある。この公知のマイクロ波帯域周波数シンセサイザは、 ＲＦミキサ手段を開示せず、一つの可変周波数位相ロックループだけを開示し、 一方、別の並列位相ロックループは、固定周波数を提供し、同時的な帯域選択を 行わない。 本発明による周波数シンセサイザの利点は、非常に高い基準周波数に起因して 、帯域と、その基準周波数で同時に動作的なチャネル選択によって、動作周波数 と反比例的に電力消費量が減少する周波数シンセサイザを実際的に実現できる可 能性が得られる。また、このシンセサイザの考え方は、電圧制御型発振器（ＶＣ Ｏ）のような局部帯域及びチャネル手段に適用可能な発振器のスペクトルに側波 帯ノイズが存在するというＶＣＯのノイズ要求条件を本質的に緩和する可能性が ある。ノイズ要求条件が緩和されることにより、減少した電力消費量が更に減少 する。その理由は、ＳＮ比が高くなるほど、電力消費量がその比率に従って増加 するからである。 その結果として、ページャー、携帯電話機などの周波数シンセサイザの携帯型 又は移動型のアプリケーションにおいて、通信装置に収容されたバッテリーの寿 命は延長される。 本発明による周波数シンセサイザの更なる利点は、パスのＩ及びＱのペアが局 部発振器手段で使用される場合に、妥当な精度の広帯域９０度移相器は、局部発 振器ミキサ手段で使用可能な位相ロックループ分周器と一体化し得る２分周手段 として容易に集積化され得る。これにより、局部発振器ミキサ手段に要求され、 特に、マルチバンドアプリケーションの場合に構成部品のチューニングを必要と した正確な外部移相器が除かれる。 本発明による周波数シンセサイザの一実施例において、位相ロックループ、特 に、独立した位相ロックループが使用される。これにより、無線についての集積 化を考える際に、第１の位相ロックループは高周波数の第１の局部発振器信号を 与え、この第１の位相ロックループは上記のＶＣＯ側波帯ノイズを除去するため 広帯域であり、第１の位相ロックループは、多くのノイズを含み、そのため低電 力 であり、完全に集積化されるという点で新しいアーキテクチャーが得られる。同 時に、局部発振器手段において第１の局部発振器信号と混合された第２の局部発 振器信号によってチャネル選択が得られる。 本発明の周波数シンセサイザの別の一実施例によれば、使用される分周手段は 局部発振器ミキサと２個の別個の位相ロックループとの間に接続される。これに より得られる利点は、分周手段の各分周比（この比は具体的に２である）が各Ｖ ＣＯの側波帯ノイズを減少させることである。特に、完全に集積化されたＬＣ発 振器の場合、高発振周波数によって、高周波が印加されるコイルのＱ値が増加す るので、ＶＣＯの比較的低い電力消費量が得られる。ＶＣＯ周波数がかなり高く なると、より小さいチップ面積に集積化できるようにより小さい自己インダクタ ンスが必要とされる。 好ましい一実施例によれば、分周手段は、一般的に、分周比がプログラムされ た容易に集積化できる分周器として実現される。これにより、無線伝送システム 、オーディオ及び／又はビデオシステム、制御システム、遠隔測定システム、ロ ーカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、コードレス若しくはセ ルラページャー又は電話システム、移動通信用の自動車トランシーバー、或いは 、移動ネットワークの無線基地局内のトランシーバーのような電気通信装置及び システムに適用される本発明による周波数シンセサイザの周波数帯域及び設定値 、並びに、実際的なアプリケーションに関して優れた柔軟性が得られる。 以下、添付図面を参照して、本発明による周波数シンセサイザと、多様なタイ プの通信装置及びシステムにおけるそのアプリケーションがその他の利点と共に 説明される。図面を通じて同じ部品は同じ参照番号で指定される。図面中、 図１は、受信器に適用された本発明による周波数シンセサイザの 実現可能な実施例の詳細な構成図であり、 図２は、図１に示された周波数シンセサイザに適用するための局部発振器ミキ サ手段内のミキサの実現可能な２重直交構成を示す図であり、 図３は、本発明による周波数シンセサイザが具備された通信装置を有する電気 通信システムの概要図である。 図１には、部分的に表された受信器２に適用された周波数シンセサイザ１が示 されている。受信器２は、アンテナ３と、アンテナに接続されたフィルタ及び利 得手段４と、手段４に接続されたＲＦミキサ手段５と、ＲＦミキサ手段に接続さ れた局部発振器手段６とを含む。受信器２の残りの部分は、公知の方法でアナロ グ式若しくはデジタル式に実現されているので、ここではこれ以上説明しない。 アンテナ３で受信されたＲＦ信号（ｆ_RF）はフィルタ処理され、増幅され、発振 器手段６からの局部発振器信号と混合され、ＩＦ信号が生成され、受信器２の残 りの部分で更に処理される。受信器２は、公知のスーパーヘテロダイン受信器の ように低ＩＦ、零ＩＦ若しくはＩＦ受信器として実現され得る。ＲＦミキサ手段 ５は、１台のミキサ、又は、図１に示されるように２台の並列した直交ミキサ構 造を含み得るが、４台の並列した直交ミキサ構造は可能であるがあまり実現され ない。勿論、周波数シンセサイザ１のアプリケーションは、周波数ダウンコンバ ージョンとしてだけではなく、送信器内の周波数アップコンバージョンとして実 現可能であり、或いは、トランシーバー内に実現できる。 局部発振器手段６は、第１の局部発振器手段７の形式の帯域選択手段と、第２ の局部発振器手段８の形式のチャネル選択手段とを含む。局部発振器手段６は、 帯域選択手段７及びチャネル選択手段８に接続された局部発振器ミキサ手段９を 更に有する。ＲＦミキサ手段５の実施例に依存して、局部発振器ミキサ手段９は 、単一又は直 交（Ｉ相及びＱ相）局部発振器信号をその出力１０に発生し、この出力１０はＲ Ｆミキサ手段５に接続される。出力１０はかくして、帯域周波数及びチャネル周 波数選択発振器信号を同時に表す局部発振器信号を供給し、その動作は後述する 。 帯域及びチャネル選択手段は、位相ロックループ７及び８として実現される。 第１の位相ロックループ（ＰＬＬ）７は、周波数ｆ_VCO1を有する信号を供給する 第１の電圧制御型発振器（ＶＣＯ）１１と、電圧制御型発振器１１に接続され分 周比Ｐ１を有する第１の分周器１２とを具備し、第１の分周器１２は周波数ｆ_{LO 1} を有する信号を供給する。信号ｆ_LO1は、位相ロックループ７の第２の分周器１ ３を介して位相検波器に供給され、図１に示された位相検波器は簡単な第１のミ キサ１４として実現され、第１のミキサは出力１５を有し、ループフィルタ１６ を介して電圧制御型発振器１１の周波数制御入力１７に制御信号を供給する。分 周器１３は分周比Ｐ２を有する。同様に、第２の位相ロックループ（ＰＬＬ）８ は、周波数ｆ_VCO2を有する信号を供給する第２の電圧制御型発振器（ＶＣＯ）１ ８と、電圧制御型発振器１８に接続され分周比Ｍ１を有する第３の分周器１９と を具備し、第３の分周器１９は周波数ｆ_LO2を有する信号を供給する。信号ｆ_LO2 は、位相ロックループ８の第４の分周器２０を介して別の位相検波器に供給され 、図１に示された位相検波器は簡単な第２のミキサ２１として実現され、第２の ミキサは出力２２を有し、ループフィルタ２３を介して電圧制御型発振器１８の 周波数制御入力２４に制御信号を供給する。分周器２０は分周比Ｍ２を有する。 本例の場合にミキサ１４及び２１である位相検波器は、夫々、更なる入力２５及 び２６を有する。一実施例の場合、周波数シンセサイザ１は、安定した周波数ｆ_ref を供給する水晶発振器２７のような安定基準発振器を、周波数オフセット補 償を行うＡＦＣと共に具備する。発振器２７は入力２５に接続され、所望の分周 比Ｒを有する第５の分周器２８を介して入力２６に接続される。 好ましくは、上記分周器１２、１３、１９、２０及び２８には、プログラマブ ル分周比（整数又は整数の逆数）を有する分周器が含まれ、周波数選択に柔軟性 が与えられる。特に、第３の分周器１９の分周比は、周波数シンセサイザ１が適 用される受信器若しくは送信器の全周波数帯域に対し、上記帯域をカバーするｆ_VCO2 の最適な周波数域を選択することができ、電圧制御型発振器１８の発振周波 数域をそのまま保つことができるようにプログラマブルである。 図１に示された周波数シンセサイザ１の実施例は、別個の位相ロックループ７ 及び８の間に接続された更なる分周手段２９及び３０が設けられている。これら の分周手段２９及び３０は、移相器を容易に集積化できるように実現された直交 出力信号を容易に供給し、この直交出力信号はできるだけ直交した局部発振器ミ キサ手段９に対する発振器入力信号として使用可能であり、必要な直交発振器信 号を局部発振器ミキサ手段９に与える周知の正確な９０度移相器を適用する必要 がない。本質的に、分周手段２９及び３０は、できるだけ広帯域の移相器の簡単 な実装形態であるとみなされる。このような移相器は、上記の直交出力信号を発 生する受動形又は能動形ＲＣ／ＬＣ回路網を含み得る。 図２には４台のミキサａ、ｂ、ｃ及びｄの実現可能な２重直交構成が示されて いる。４台のミキサの入力は、上記分周手段２９及び３０から発生したＩ信号及 びＱ信号に接続され、出力は加算器ｅ及びｆに接続され、各加算器は、局部発振 器ミキサ手段９の出力１０にＩ信号及びＱ信号を与える出力を有する。ＲＦミキ サ手段５が一重ミキサ構造である場合、加算器ｅ及びｆのなかの一方を省くこと ができ、省かれた加算器に接続されたミキサのペアは削除できる。加算器ｅ及び ｆにおける加算の出力信号の符号に依存して、出力１０の出力信号は、上側又は 下側の周波数側波帯成分 （（ｆ_LO1）／２）＋／−（ｆ_LO1／２） のいずれかを棄てる。 以下の表Ｉは、特に、例えば、１３０ＭＨｚ乃至９３０ＭＨｚのＲＦ周波数域 におけるページング動作に有利である実施例に対し選択可能な動作周波数を示す 。 分周比Ｐ１及びＰ２をＰ１＊Ｐ２を一定に保持したまま変更することにより、 異なる周波数帯域を選択、変換するため異なるＬＯ１周波数を発生させることが できる。位相ロックループ７はループフィルタ１６によって決められる広帯域を 有し、電圧制御型発振器１１の側波帯ノイズはループ自体によって除去される。 比較的高い６７ＭＨｚのｆ_refは、ループフィルタ１６のスプリアス除去要求条 件を緩和するため使用される。この高い基準周波数のため、第２の位相ロックル ープ８はチャネル選択のため使用される。電圧制御型発振器１８の周波数をより 低くすることにより、かなり低電力で低ノイズ電圧制御型発振器１８を実現でき るようになり、或いは、 かなりノイズの多い高周波数で電圧制御型発振器１８を分周器１９及び２０と組 み合わせて使用できるようになる。分周器１９は、その分周比で電圧制御型発振 器１８の側波帯ノイズを減少させ、これにより、周波数シンセサイザ１における 電力消費を削減することができる。その理由は、一般的に、電圧制御型発振器の 電力消費は搬送波対ノイズ比が増加すると共に増加するからである。かくして、 容易に集積化するための低電力化が達成される。望み次第で電圧制御型発振器１ ８の出力発振器周波数ｆ_VCO2は、分周比Ｍ１を６乃至１０倍に増加させることに より、２ＧＨｚ周辺で選択できる点が有利である。 図３は、１台以上の周波数シンセサイザを具備した数台のトランシーバー３２ により構成される電気通信システム３１を示す図である。電気通信システム３１ は、無線伝送システム、オーディオ及び／又はビデオシステム、制御システム、 遠隔測定システム、地上／衛星システム、又は、ローカルエリアネットワークの 何れでもよい。トランシーバー３２は、コードレス又はセルラ電話システム、並 びに、受話器、移動通信用の自動車トランシーバー、移動ネットワークの形態型 装置若しくは無線基地局内のトランシーバーとして適用可能である。 上記の通り、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく特許請求の範囲に記載 されているように種々の変形をなすことができ、本発明が実施例の内容に限定さ れないことは当業者に明白である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ＲＦミキサ手段と、上記ＲＦミキサ手段に接続された局部発振器手段とを 有する周波数シンセサイザにおいて、 上記局部発振器手段は、上記ＲＦミキサ手段に接続された局部発振器ミキサ手 段と、上記局部発振器ミキサ手段に接続された帯域及びチャネル選択手段とを有 することを特徴とする周波数シンセサイザ。 ２． 上記帯域及びチャネル選択手段は位相ロックループ手段を含む、請求項１ 記載の周波数シンセサイザ。 ３． 上記位相ロックループ手段は２個の別々の位相ロックループを含む、請求 項２記載の周波数シンセサイザ。 ４． 上記帯域及びチャネル選択手段に接続された安定基準発振器を更に有する 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の周波数シンセサイザ。 ５． 上記局部発振器ミキサ手段と上記２個の別々の位相ロックループとの間に 接続された分周手段を更に有する請求項４記載の周波数シンセサイザ。 ６． 上記位相ロックループ手段は別の分周手段を有する、請求項２乃至５のう ちいずれか一項記載の周波数シンセサイザ。 ７． 上記分周手段、できれば上記別の分周手段は分周比がプログラマブルであ る分周器を具備する、請求項５又は６記載の周波数シンセサイザ。 ８． 上記ＲＦミキサ手段と上記局部発振器ミキサ手段の中の少なくとも一方は 、単一の直交ミキサ手段又は二重の直交ミキサ手段を含む、請求項１記載の周波 数シンセサイザ。 ９． 少なくとも１台の送信器、受信器又はトランシーバーにより構成され、Ｒ Ｆミキサ手段と上記ＲＦミキサ手段に接続された局部発振器手段とを有する請求 項１乃至８のうちいずれか一項記載の周波数シンセサイザを有する通信装置にお いて、 上記局部発振器手段は、上記ＲＦミキサ手段に接続された局部発振器ミキサ手 段と、上記局部発振器ミキサ手段に接続された帯域及びチャネル選択手段とを有 することを特徴とする、通信装置。 １０． 上記ＲＦミキサ手段は、零ＩＦ、低ＩＦ、二重変換零ＩＦ、二重変換低 ＩＦ、又は、標準的なスーパーヘテロダインミキサ手段として実現される、請求 項９記載の通信装置。 １１． 無線伝送システム、オーディオとビデオの中の少なくとも一方のシステ ム、制御システム、遠隔計測システム、地上／衛星システム、ローカルエリアネ ットワーク、コードレス若しくはセルラページャー又は電話システム、移動通信 用の自動車トランシーバー、或いは、移動ネットワークの無線基地局のトランシ ーバーである、請求項９又は１０記載の少なくとも一台の通信装置を含む通信シ ステム。