JP2003520487A - 多段逓減フィルタリング・アーキテクチャを有するrfフロントエンド - Google Patents
多段逓減フィルタリング・アーキテクチャを有するrfフロントエンドInfo
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Abstract
Description
における無線周波数(RF)フロントエンド内の多段逓減フィルタリングに関す
る。
、何らかの媒体を介して情報信号をそれぞれ送信および受信する送信機および受
信機を備える。この媒体は、ケーブル配線である場合もあり、大気である場合も
ある。通信が大気または電波を介して行われるとき、これらの通信は一般的に「
無線」通信と呼ばれる。無線通信システムの例には、ディジタル・セルラー電話
機、パケット・データ・ページング電話機、ディジタル・コードレス電話機、無
線モデム、無線ローカル・エリア・ネットワークおよびワイド・エリア・ネット
ワーク、ディジタル衛星通信、パーソナル通信ネットワークが含まれる。
めた、異なるいくつかのアーキテクチャを有する。これらの手法には、異なるい
くつかの問題が関連する。例えばスーパーヘテロダイン手法では、ある種のフィ
ルタで使用するのに必要な低い中間周波数(IF)が、所望のRF信号にかなり
近いイメージ・チャネルをもたらす。この近いイメージ・チャネルを補償するた
めに、受信機は、ミキシングの前に十分にイメージを抑制するためのシャープな
イメージ除去フィルタをフロントエンド内に必要とする。ダイレクト・コンバー
ジョン・アーキテクチャは、イメージ信号と所望のチャネルがほぼ同じになるよ
うに設計することができ、したがってイメージ除去フィルタが必要ない。しかし
、局部発振器(LO)とアンテナとの間の分離が不完全な場合、LO信号がアン
テナによって検出され、それにより受信機の出力にDC成分が生成される。また
通常、ほとんどの信号増幅はベースバンドで行われ、したがって、チャネル選択
フィルタの入力における信号レベルは1/f雑音で完全にマスキングされるほど
低い場合がある。
urnal of Solidstate Circuits,Vol.33,
No.12,1998年12月の、Saneilevici他による「A 90
0−MHz Transceiver Chipset for Two−wa
y Paging Applications」という題名の記事に出ている。
図7は、ダブル・ダウンコンバージョン手法を用いたRFフロントエンドのブロ
ック図である。図8は、図7に示したRFフロントエンドの概略図である。この
アーキテクチャでは、RFフィルタを使用してLO干渉を低減し、LO除去フィ
ルタを使用してLOを所望の信号からフィルタリングする。この設計はページン
グ用途なので、この手法に伴う問題の一つに、より高い周波数の信号をサポート
するように調整するのが難しいということがある。この手法でより高い信号帯域
幅に調整するのが難しい理由の一つは、より高い帯域幅ではRFフィルタおよび
LO除去フィルタがより高い熱雑音を生じるからである。
ントエンドは、低雑音増幅器(LNA)、第1のミキサ、およびI/Q直交ミキ
サを備える。LNAは、搬送波周波数の受信信号を増幅し、また誘導負荷を有す
る。第1のミキサは、低雑音増幅器に結合され、増幅された受信信号を第1の局
部発振器(LO)信号とミキシングして、増幅された受信信号を中間周波数(I
F)にダウンコンバートする。第1のミキサは誘導負荷を有する。搬送波とLO
信号の周波数とに関連するイメージ・チャネルがLNAの誘導負荷の帯域幅外に
あるように、第1の周波数が搬送波周波数に関係する。I/Q直交ミキサ段は、
第1のミキサに結合された第2のミキサおよび第3のミキサを有する。I/Q直
交ミキサは、第1のLO信号に関係する第2のLO信号を使用して、増幅された
IFの受信信号をI信号およびQ信号に変換する。
付の図面から、より完全に理解されるであろう。ただしこれらは、本発明を特定
の実施形態に限定するものと解釈すべきではなく、説明および理解のためのもの
に過ぎない。
周波数やプロトコルなど多くの詳細について述べる。ただし、本発明がこれらの
具体的な詳細なしでも実施できることは当業者には明らかであろう。他の場合で
は、本発明をあいまいにしないために、周知の構造およびデバイスは詳細にでは
なくブロック図の形で示す。
されるRFフロントエンドについて以下に述べるが、適切に選択されたミキサ局
部発振器(LO)周波数と共に、抵抗器ベースとは対照的にインダクタ・ベース
の負荷を伴う(すなわち誘導負荷を伴う)実装形態を用いて述べる。このアーキ
テクチャは、低雑音増幅器(LNA)およびダウンコンバート・ミキサを含むダ
ウンコンバージョン実装形態である。LNAおよびダウンコンバート・ミキサは
誘導負荷を有する。したがって、ダウンコンバート・ミキサのためのIF周波数
を適切に選択することにより、イメージ・チャネルおよびその他の望ましくない
チャネルはすべて誘導負荷の帯域幅外に配置される。言い換えれば、RF搬送波
との関係でミキサによって採用されるLO周波数は十分に低く、それにより、L
NAとダウンコンバート・ミキサとの間で別個のRFフィルタを使用する必要が
なくなり、ダウンコンバート・ミキサとI/Q直交ミキサとの間で別個のLO除
去フィルタを使用する必要がなくなる。
間に所定の最小限の分離があるように選択される。一実施形態では、LO周波数
の選択により、RF搬送波周波数とLO周波数との間に約900MHzまたはそ
れ以上の分離が得られる。一実施形態では、LOによって使用される中間周波数
(IF)は、RF搬送波の80%よりも近くならないように、または約80%に
選択される。
を参照すると、受信機として動作するとき、アンテナ100が信号を受信する。
一実施形態では、RF信号は5GHzである。信号は、任意の無線通信信号(例
えばセルラー、WLAN、コードレス・ホンなどのための通信信号)とすること
ができる。
チ102がBPF101に結合されている。これはアンテナ100の使用を受信
パスと送信パスの間で切り換えるように動作する。スイッチ102は、受信パス
上の平衡不平衡(バラン)変成器103と、送信パス上のバラン変成器104に
結合される。BPT101、スイッチ102、バラン変成器103および104
は、当技術分野で周知の方式で動作する。
成器103に結合されている。LNA105は、当技術分野で周知の方式で受信
信号を増幅する。LNA105の出力は、結合コンデンサ112を介してミキサ
106に結合される。
07からの第2の信号を使用して受信信号のRF周波数をIF周波数にダウンコ
ンバートする。一実施形態では、ミキサ106に入力されるLO信号は4.24
GHzのRF周波数を有する。したがって、ミキサ106は約1GHz、すなわ
ちRF搬送波の5分の1の周波数に信号をダウンコンバートする。
・チャネルをフィルタリングするためのイメージ除去フィルタは必要ない。とい
うのは、イメージは3GHzにあり、これは入力信号から約2GHz離れている
からである。
8に結合される。一実施形態では、ミキサ106と第2段ミキサ108との間に
中間周波数(IF)増幅器が結合される。第2のミキサ段108は、Iミキサ1
08AおよびQミキサ108Bを有するI/Q直交ミキサである。ミキサ108
A〜Bに向けた発振器の周波数入力は、4分周器109に結合される。Iミキサ
およびQミキサは、ダブル・バランスド・アーキテクチャで設計されているので
、本来的にそれらの出力の中にLO成分があれば除去する。
部発振器としてミキサ108Aおよび108Bに出力する。このようにすると、
第2のLOは第1のLOの4分の1である。一実施形態では、I出力およびQ出
力は1.06GHzである。一実施形態では、I/Qダウンコンバージョンはベ
ースバンドへの変換である。代替実施形態では、第1のI/Qダウンコンバージ
ョンはベースバンド以外への変換とすることができる。
周回路を備える。図2を参照すると、ラッチは当技術分野で周知の一般的なDフ
リップフロップである。1および3における出力は、出力2および4に対して位
相が90度ずれている。任意のフリップフロップ・デバイスを使用することがで
きる。すなわち、この回路はDタイプのラッチに限定しない。位相が正確に90
度ずれた信号が生成されることは、単一変換手法に勝る利点である。また、4分
周手法は、イメージ周波数をRF周波数の5分の3まで動かし、LNAによるR
Fイメージ除去を容易にする。代替実施形態では、4分周器109は、ツイスト
・リング・アーキテクチャを有するカウンタとして実装される。この場合、カウ
ンタは2つのマスタスレーブ・フリップフロップを備え、これらはそれぞれ電流
ステアリング完全差動ラッチによって実現される。
る。これにより、第2のミキサに加えられる第2の局部発振器信号が依然として
第1の局部発振器の4分の1をその入力として受け取ることができることが保証
され、RFフロントエンド内に別個のRFフィルタおよびLO除去フィルタを含
める必要をなくすことができる。前述の周波数方式に加えて、別の例では、入来
信号が7GHzであると仮定すると、第1の局部発振器は5.6GHz未満にな
るはずであり、第2の局部発振器信号はこの4分の1である。
号出力およびQ信号出力を含む。これらの出力が受信信号を表す。
。I/Q直交ミキサ120は、Iミキサ120AおよびQミキサ120Bを備え
、これらは共にLO(図示せず)から5.3GHzのLO信号を受け取る。Iミ
キサ120Aの出力とQミキサ120Bの出力は減算器121によって結合され
、電力増幅器122に入力される。電力増幅器122は、送信されるようにこれ
らの信号を増幅する。送信信号は、結合コンデンサ115および116を使用し
てバラン変成器104に結合される。
を参照すると、差動入力301と302の対が、負荷303と304の対にカス
コード接続されている。先に論じたように、これらの負荷は抵抗器ベースの負荷
ではない。本質的に、抵抗器は増幅器負荷103および104から除去されて、
誘導負荷で置き換えられている。一実施形態では、これらの誘導負荷はそれぞれ
、並列に結合されたコンデンサとインダクタとを有するLC回路を備える。LC
回路は低帯域幅を有する。一実施形態では、LC回路は5GHzになり、約20
0MHzの帯域幅しか有しない。増幅された信号は、出力305および306に
出力される。インダクタ307および308が備わるが、これらはノード307
Aおよび308Aで生み出される寄生キャパシタンスをほぼ打ち消すための雑音
の対として動作する。図3に示す回路の動作は当業者には明らかであろう。
なくなる。すなわち、例えば4GHzのLOに対して入来信号が5GHzの場合
、イメージは3GHzとなる。この結果、入来信号とイメージ信号との間に2G
Hzの差が生じる。イメージ信号が入来信号から2GHz離れているので、イメ
ージ信号はLC回路の帯域幅外にあり、したがって入来信号に影響を与えない(
すなわち雑音を生み出さない)。したがって、イメージ・フィルタは必要ない。
調整して得られるものではないことに留意されたい。従来技術の実装形態を単純
に調整するだけでは雑音が生成される。というのは、従来技術の実装形態を5G
Hzに調整した場合は特にそうだが、抵抗器が熱雑音を生成するからである。前
述の実装形態では、熱雑音はほぼ除去される。
。図4を参照すると、第1のミキサ段は、バイアシング部分401およびギルバ
ート・セル402を備える。バイアシング部分401の動作は、当業者には明ら
かであろう。ギルバート・セル402は、入力LO+およびLO−上で受け取っ
た局部発振器信号を使用してミキシング・オペレーションを行う。ギルバート・
セル402については、___に出願され本発明の譲受人と共通の譲受人に譲渡
された「Differential Mixer with Improved
Linearity」という名称の米国特許出願第09/392982号に、
より詳細に記載されている。この出願を参照により本明細書に組み込む。前述の
LNAと同様、負荷403および404は、並列に結合されたインダクタとコン
デンサとを有するLC回路の形をとる誘導負荷である。一実施形態では、LC回
路は1GHzになる。第1のミキサ段によって行われるミキシングの結果は、出
力405および406上に出力される。
当業者には明らかであろう。
を参照すると、この無線機は、図1に示したようなフロントエンドを備える。こ
れは受信機602、送信器603、および周波数合成器601として示されてい
る。周波数合成器601は、20MHzの入力信号を使用してクロック信号を受
信機602および送信器603に供給する。
)604に結合され、LPF604は、所定の周波数(設計に基づいて設定され
る)よりも高い周波数の信号をフィルタリングする。フィルタリングされた信号
は、アナログ・ディジタル変換器(ADC)606Aおよび606Bを使用して
ディジタルに変換される。ディジタル信号はディジタル信号プロセッサ(DSP
)608に入力される。
、LPF605から受け取られ、LPF605は、ディジタル・アナログ変換器
(DAC)607Aおよび607BからのI信号およびQ信号をフィルタリング
する。DAC607Aおよび607Bは、DSP608から信号を受け取る。
では、DSP608は利得制御信号およびオフセット制御信号を生成し、これら
の信号は、当技術分野で周知の方式でフロントエンドを制御するためにRFフロ
ントエンドに送られる。
らかになるであろうが、例として図示および記述した特定の実施形態は限定的な
ものでは決してないことを理解されたい。したがって、様々な実施形態の詳細に
ついての言及は特許請求の範囲を限定するものではなく、特許請求の範囲自体に
は、本発明にとって必須とみなされる特徴のみを記述する。
ついて述べた。
図である。
である。
Claims (14)
- 【請求項1】 搬送波周波数の受信信号を増幅するための、誘導負荷を有す
る低雑音増幅器(LNA)と、 増幅された受信信号を第1の局部発振器(LO)信号とミキシングして、増幅
された受信信号を中間周波数(IF)にダウンコンバートするための、前記低雑
音増幅器に結合された第1のミキサであって、誘導負荷を有し、搬送波とLO信
号の周波数とに関連するイメージ・チャネルがLNAの誘導負荷の帯域幅外にあ
るように第1の周波数が搬送波周波数に関係する第1のミキサと、 第1のミキサに結合された第2のミキサおよび第3のミキサを有するI/Q直
交ミキサ段であって、第1のLO信号に関係する第2のLO信号を使用して、増
幅されたIFの受信信号をI信号およびQ信号に変換するI/Q直交ミキサ段と
を備える無線周波数(RF)フロントエンド。 - 【請求項2】 第1の周波数が搬送波周波数の80%未満である請求項1に
記載のRFフロントエンド。 - 【請求項3】 搬送波周波数が5.3GHzであり、第1の周波数が4.2
4GHzである請求項1に記載のRFフロントエンド。 - 【請求項4】 第1の局部発振器信号を4で分周した第2の局部発振器信号
を生成するための4分周器をさらに備える請求項1に記載のRFフロントエンド
。 - 【請求項5】 LNAが第1のミキサに容量結合された請求項1に記載のR
Fフロントエンド。 - 【請求項6】 LNAが結合コンデンサの使用によって第1のミキサに結合
された請求項1に記載のRFフロントエンド。 - 【請求項7】 第1のミキサがI/Q直交ミキサ段に容量結合された請求項
1に記載のRFフロントエンド。 - 【請求項8】 第1のミキサが結合コンデンサの使用によってI/Q直交ミ
キサ段に容量結合された請求項1に記載のRFフロントエンド。 - 【請求項9】 搬送波周波数の受信信号を増幅するための、誘導負荷を有す
る低雑音増幅器(LNA)と、 増幅された受信信号を第1の局部発振器信号とミキシングして、増幅された受
信信号を中間周波数(IF)にダウンコンバートするための、前記低雑音増幅器
に結合された第1のミキサであって、誘導負荷を有し、第1の周波数が搬送波周
波数の80%未満であるように第1の周波数が搬送波周波数に関係する第1のミ
キサと、 第1のミキサに結合された第2のミキサおよび第3のミキサを有するI/Q直
交ミキサ段であって、第1の局部発振器に関係する第2の局部発振器を使用して
、増幅されたIFの受信信号をI信号およびQ信号に変換するI/Q直交ミキサ
段とを備える無線周波数(RF)フロントエンド。 - 【請求項10】 搬送波周波数が5.3GHzであり、第1の周波数が4.
24GHzである請求項9に記載のRFフロントエンド。 - 【請求項11】 第1の局部発振器信号を4で分周して第2の局部発振器信
号を生成するための4分周器をさらに備える請求項9に記載のRFフロントエン
ド。 - 【請求項12】 LNAが結合コンデンサの使用によって第1のミキサに結
合された請求項9に記載のRFフロントエンド。 - 【請求項13】 第1のミキサが結合コンデンサの使用によってI/Q直交
ミキサ段に容量結合された請求項9に記載のRFフロントエンド。 - 【請求項14】 通信デバイスであって、 搬送波周波数の受信信号を増幅するための、誘導負荷を有する低雑音増幅器(
LNA)と、 増幅された受信信号を第1の局部発振器(LO)信号とミキシングして、増幅
された受信信号を中間周波数(IF)にダウンコンバートするための、前記低雑
音増幅器に結合された第1のミキサであって、誘導負荷を有し、搬送波とLO信
号の周波数とに関連するイメージ・チャネルがLNAの誘導負荷の帯域幅外にあ
るように第1の周波数が搬送波周波数に関係する第1のミキサと、 第1のミキサに結合された第2のミキサおよび第3のミキサを有するI/Q直
交ミキサ段であって、第1のLO信号に関係する第2のLO信号を使用して、増
幅されたIFの受信信号をI信号およびQ信号に変換するI/Q直交ミキサ段と
を備える無線周波数(RF)フロントエンドを備え、さらに、 RFフロントエンドに結合されたフィルタと、 フィルタに結合されたアナログ・ディジタル変換器(ADC)と、 ADCに結合されたプロセッサとを備える通信デバイス。
Applications Claiming Priority (3)
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