JP2003527794A - 直接変調用の回路構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 直接変調用の回路構造は発振器（１）を備えており、この発振器の出力信号は、有効信号による変調を行うために直交成分（ＬＯＩ、ＬＯＱ）に分割される。周波数シフト回路（１０）により、出力周波数と発振器（１）の周波数とは互いに分数有理倍数の関係になる。この回路（１０）は、第１のさらなる直交成分（Ｓ１Ｉ、Ｓ１Ｑ）を生成する移相器（１１）と、第２のさらなる直交成分（Ｓ２Ｉ、Ｓ２Ｑ）を生成する分周器（１２）とを備えている。この直交成分（Ｓ１Ｉ、Ｓ２Ｉ；Ｓ１Ｑ、Ｓ２Ｑ）は互いに混合される（１３、１４）。周波数がずれる結果、発振器（１）の発振周波数は有効周波数帯外へとシフトされる。再変調効果は隣接するチャネルに影響を及ぼさない。この回路は、簡易で安価に実現することができ、特に単一の発振器（１）しか必要としない。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、直接変調用の回路構造に関する。この回路構造は以下のものを備え
ている。高周波信号を出力する発振器；入力側で発振器の出力と結合しており、
互いに位相シフトされた信号をそれぞれ出力する第１移相装置；入力側で上記移
相装置の出力の１つにそれぞれ接続されているとともに、有効信号の互いに位相
シフトされた信号成分の入力端子とも接続されており、それぞれ変調された信号
を出力する第１ミクサおよび第２ミクサ；入力側で上記ミクサの出力に接続され
ており、有効信号で変調された高周波信号を取り出して出力する結合装置。

【０００１】 移動無線システムの場合、送信機において、有効な情報を含むベースバンド信
号は、適切な増幅の後にアンテナを介して放射されるようにするために、高周波
の搬送周波数へと変調される。有効信号を搬送周波数に変換するための多数のさ
まざまな変調器が知られている。

【０００２】 直接変調を行う場合、有効信号は直交成分に供給され、搬送周波数の各直交成
分と混合される。変調された直交成分の加算により、放射される高周波信号が生
成される。搬送周波数は発振器によって与えられる。発振器の出力信号は、移相
器によって互いに９０°位相シフトされた信号成分に分割される。また、分周器
が信号経路に挿入されることもある。直接変調は、特にデジタルセルラ移動無線
ユニットに用いられる。その際、単一の発振器を使用するので、簡易で安価に実
現できることが有利な点である。許容周波数帯外に存在する伝送信号のノイズお
よび周波数成分は、アンテナの上流側にあるフィルタによって抑制される。

【０００３】 有効信号変調は別として、発振器は放射信号と同じ周波数または放射信号の周
波数の整数倍で発振する。この場合に問題となることは、出力側の変調器によっ
て生成された信号が、入力側に位置する発振器に寄生的にフィードバックされる
ことである。これには様々なことが影響しているが、特に単一の半導体チップへ
の集積化を行う場合に大きな影響が現れる。発振器を、ボンディングワイヤがチ
ップから引き出される共振回路として実現することが一般的である。このボンデ
ィングワイヤは、一方では他の場所で放射される高周波信号の受信アンテナとし
て作用し得るので、これにより、変調器の出力信号が再び回路にフィードバック
される。もう一方では、変調器のボンディングワイヤは、送信アンテナとして作
用し得て、その放射が印加電位の入力を担うボンディングワイヤによって受信さ
れるので、それによって変調器へのフィードバックが起こる。さらに、送信部ま
たは受信部とちょうど同じように振る舞うプレーナコイルが集積された共振回路
も、また一般的である。その上、変調器を含む半導体チップの基板に流れる電流
によって、出力側の信号の、入力側の発振器へのフィードバックが生じる。発振
器は選択性が高いので、発振器の同調可能な周波数領域では、極度に結合が起こ
りやすい。

【０００４】 直接変調器の変調出力信号が、入力側の発振器にフィードバックされると、次
にはこの干渉が変調される。すなわち、いわゆる再変調効果が起こる。この結果
、出力側のスペクトルが広がる。しかし、この移動無線システム用の許容周波数
帯は限られている。許容周波数帯内で、それぞれの送信機に割り当てられる伝送
チャネルは少ない。再変調効果のために起こる周波数スペクトルの広がりによっ
て、有効信号の周波数成分が許容伝送チャネルを超え、特定のスペクトル伝送マ
スクが傷つけられる危険が生じる。したがって、隣接チャネルが干渉されやすい
。それゆえ、再変調効果を回避しなければならない。

【０００５】 本発明の目的は、簡易に実現することができる上に、再変調効果を非常に確実
に回避する、直接変調用の回路構造を提供することにある。

【０００６】 本発明によれば、この目的は以下のような直接変調用の回路構造によって達成
される。この回路構造は以下のものを備えている。高周波信号を出力する発振器
；入力側で発振器の出力と結合しており、互いに位相シフトされた信号をそれぞ
れ出力する第１移相装置；入力側で上記移相装置の出力の１つにそれぞれ接続さ
れているとともに、有効信号の互いに位相シフトされた信号成分の入力端子とも
接続されており、それぞれ変調された信号を出力する第１ミクサおよび第２ミク
サ；入力側で上記ミクサの出力に接続されており、有効信号で変調された高周波
信号を取り出して出力する結合装置。以上の場合において、入力側で発振器の出
力と結合しており、出力側で互いに位相シフトされた信号をそれぞれ出力する第
２移相装置。入力側で上記第２移相装置の出力の１つに接続されており、互いに
位相シフトされた信号をそれぞれ出力する第２移相装置。入力側で第２および第
３移相装置の出力に接続されており、変調された信号をそれぞれ出力する第３お
よび第４ミクサ。そして、入力側で第３および第４ミクサの出力に接続されてお
り、出力側で第１移相装置に接続されている、さらなる結合装置。

【０００７】 本発明による直接変調構造の場合、発振器は実際には伝送周波数の整数倍では
発振しておらず、発振器の発振周波数は、出力側の搬送周波数の単なる分数有理
倍数（gebroches rational Vielfach）である。すなわち、発振器の周波数は、
出力周波数に応じてシフトする。搬送周波数は、発振器の最も感度の高い範囲外
に、すなわち発振器の一時的な共振周波数の範囲外に存在するので、フィードバ
ックは減少する。周波数のずれの度合いが適切な場合、それにもかかわらず再変
調積や混合積が生じても、確実に、再変調積や混合積が移動無線システムの周波
数帯の隣接伝送チャネル外に位置するようにすることができる。このような再変
調積を、移動無線ユニットの適度に効果的なバンド制限フィルタによって、問題
なく抑制することができる。このフィルタはもともと備えられており、移動無線
サービス用に用意された周波数帯外の周波数成分を抑制するものである。製造費
用が発振器しだいで決まることは、明白である。さらに、本発明による回路の場
合、発振器は１つだけ必要なので、直接変調回路の製造費は安価である。直接変
調器の出力信号は、適度な増幅後にアンテナに結合されて放射される。

【０００８】 移相器は、処理信号の周波数を変更しない全域通過回路網として具現化するこ
とができる。あるいはそれに替わるものとして、入力信号を２分割するマスタ・
スレーブ・フリップフロップを用いることができる。ＭＳフリップフロップのス
レーブの出力分岐は、移相器の出力信号の１つ、たとえば入力信号と同相で周波
数が半分の出力信号を供給する。ＭＳフリップフロップのマスタの出力分岐は、
入力信号に対して位相シフトされた、移相器の出力信号を供給する。この出力信
号は直交成分であり、互いに９０°位相シフトされている。発振器の周波数と出
力搬送周波数との間の周波数の関係に応じて、すべての移相器を、分周器として
、または、全域通過回路網として、または、この２つを組み合わせたものとして
具現化することができる。

【０００９】 第２および第３移相器と第２・第３ミクサおよびさらなる結合装置との組み合
わせは、出力側の搬送周波数に関する発振器の周波数を、これらの周波数が互い
の比が分数有理倍数となるように、シフトさせる。ミクサ自身で発生するイメー
ジ周波数は、結合部材によって再び抑制される。移相器の出力と同じタイプの位
相角の直交成分がミクサにそれぞれ入力されると、加算部材において下側波帯が
抑制され、上側波帯が通される。移相器の出力と異なるタイプの位相角の直交成
分がミクサにそれぞれ入力されると、上側波帯が抑制され、下側波帯が通される
。従って、このような組み合わせは、単に、入力側でこの組み合わせに入力され
るスペクトルのシフトを引き起こす。第２および第３移相器で生成される直交成
分は、互いに９０°位相シフトされている。ミクサへの移相器の出力の接続に応
じて、２つの側波帯の一方が加算点の下流側で抑制される。ミクサ間で１つの出
力の接続を交換すると、他方の側波帯が抑制される。

【００１０】 本発明にとって付加する必要のある構成要素は、従来の全域通過回路網または
マスタ・スレーブ・フリップフロップと、ミクサと、加算部材とである。従って
、回路構成のさらなる経費を、標準的な構成要素を用いて納得できる経費で実現
することができる。したがって、この回路は、特に、セルラデジタル移動無線ユ
ニットに使用するのに適している。

【００１１】 次に、本発明を図に示された実施形態を用いて詳述する。対応する部材には、
同じ参照記号を付してある。

【００１２】 図１は、本発明による直接変調器を示している。図２は、セルラ移動無線ユニ
ット用のトリプルバンド送信機における、直接変調器用の実施形態を示している
。図３は、従来技術にしたがった直接変調器を示している。

【００１３】 図３による従来の直接変調器は、直接変調器の出力信号ＯＵＴと同じ搬送周波
数で発振する高周波発振器１を備えている。この発振器１は電圧制御発振器（Ｖ
ＣＯ）であり、許容周波数帯において、使用可能な伝送チャネルの搬送周波数の
１つに同調可能である。この発振器１は半導体チップに集積されており、集積回
路のパッドから引き出されてもう一方のパッドで元へ戻されるボンディングワイ
ヤは、共振器として機能する。さらに、金属相互接続の形態を有するプレーナコ
イルは共振器と見なせる。移相器２は、ＶＣＯ１の出力信号から、直交成分ＬＯ
ＩおよびＬＯＱを発生させる。この直交成分は、互いに９０°位相シフトされた
信号であり、入力側の位相と比べて０°または９０°の位相角を有している。こ
の移相器を全域通過回路網として実現することができ、その結果、移相器の出力
周波数および入力周波数は同じとなる。それに替わるものとしては、出力信号の
周波数が入力信号の周波数の半分であるマスタ・スレーブ・フリップフロップと
しての実現がある。場合によっては、任意の整数分周比を有する分周器を用いる
ことも可能である。これらの場合、直接変調器の出力周波数およびＶＣＯの発振
周波数は、整数の倍数だけ互いに異なっている。ミクサ３では、搬送信号の１つ
の直交成分ＬＯＩが有効信号の１つの直交成分Ｉと混合される。他のミクサ４で
は、搬送信号の他方の直交成分ＬＯＱが有効信号の他方の直交成分Ｑと混合され
る。信号成分Ｉ，Ｑは、それぞれ端子７，８に供給される。この変調積は加算器
５で加算され、変調出力信号ＯＵＴを導出する。場合によっては、ＶＣＯ１と移
相器２との間に、分周因子１／Ｒを有する分周器６が配置されることもある。こ
こで、Ｒは２、４、などの値をとりうる。この場合、出力信号ＯＵＴの搬送周波
数は、ＶＣＯ１の発振周波数にさらに別の倍数をかけた周波数である。

【００１４】 図３に示されている回路に加えて、図１の直接変調器は、回路ブロック１０を
有している。回路ブロック１０は、入力側に、分周器６に接続されるかまたはＶ
ＣＯ１に直接接続することのできる第２移相器１１を含んでいる。この移相器１
１は、直交成分Ｓ１ＩおよびＳ１Ｑを発生させる。そして第２移相器１１の出力
信号の１つ（図１では信号Ｓ１Ｑで示されている）は、第３移相器１２に入力さ
れる。この第３移相器１２は、直交成分Ｓ２ＩおよびＳ２Ｑを順次発生させる。
この移相器１２は、常に１／Ｎ分周器である。この移相器は、マスタ・スレーブ
・フリップフロップを含んでいる。この０位相の直交成分Ｓ１ＩおよびＳ２Ｉは
、第３ミクサ１３に入力される。移相器１１，１２のそれぞれの入力信号に対し
て９０°位相シフトされた出力信号Ｓ１Ｑ・Ｓ２Ｑは、第４ミクサ１４に入力さ
れる。ミクサ１３，１４の出力に現れている混合積は、加算器１５で加算される
。その加算器の出力信号は、移相部材２の入力信号を形成している。

【００１５】 ミクサ１３・１４の混合積は、上下側波帯を含んでいる。その側波帯の１つは
、結合部材１５で加算されることによって抑制される。したがって、回路ブロッ
ク１０は、いわゆるＩＭＲミクサという一種のイメージ阻止ミクサと見なすこと
ができる。１つの側波帯のみが回路ブロック１０から出力されるので、ブロック
１０の出力信号の搬送周波数は、その入力信号の搬送周波数と異なる値になって
いる。それから、それと同様のことが、ＶＣＯ１の周波数に対する変調器の出力
信号ＯＵＴの周波数についてもいえる。また、ミクサ１３・１４へのＳ１Ｉ，Ｓ
１ＱまたはＳ２Ｉ，Ｓ２Ｑの配線の接続に応じて、側波帯の１つが抑制される。
Ｓ１ＩがＳ１Ｑに、または、Ｓ２ＩがＳ２Ｑに置き換えられると、もう一方の側
波帯が抑制される。

【００１６】 移相器２が単なる移相器として（たとえば全域通過回路網として）、および、
移相器１１が１／２分周器として具現化されているとき、図示されている構造の
場合、出力信号ＯＵＴの周波数ｆ_OUTと発振器ＶＣＯ１の周波数ｆ_VCOとの関係に
ついて、次式が成り立つ。

【００１７】

【数１】

【００１８】 ミクサ１３・１４に、Ｉ信号成分とＱ信号成分との両方が入力されるとき、下
側波帯が回路ブロック１０の出力で発生する。たとえば、ミクサ１３に信号Ｓ１
ＩおよびＳ２Ｑが入力され、ミクサ１４に信号Ｓ１ＱおよびＳ２Ｉが入力される
。移相器２が全域通過回路網として実現される移相器であるとき、出力周波数ｆ _OUT とＶＣＯ１の周波数ｆ_VCOとの関係について、次式が成り立つ。

【００１９】

【数２】

【００２０】 移相器２が全域通過回路網でなく、１／２分周器であるとき、ＶＣＯ１の周波
数は出力信号の周波数ｆ_OUTに対して、さらに因子２だけ高められる。注目すべ
きことに、出力周波数は、発振器の発振周波数の分数有理倍数であり、すなわち
Ｎ／（Ｎ＋１）に比例、または、Ｎ／（Ｎ−１）に比例している。

【００２１】 本発明を改善するにあたって、移相器２・１１を別々に実現することができる
。全域通過回路網、または、マスタ・スレーブ・フリップフロップの形態におけ
る１／２分周器が可能である。移相器１２は、常に、分周因子１／Ｎ（そのとき
Ｎは２，４，８などの値をとりうる）を有するマスタ・スレーブ・フリップフロ
ップの形態の分周器である。分周器６は、所望の周波数比に応じて任意追加する
ことができる。移相器２，１１用の全域通過回路網またはマスタ・スレーブ・フ
リップフロップと、分周器１２，６の分周因子との組み合わせが異なれば、出力
信号ＯＵＴの搬送周波数と発振器１の発振周波数との間に、多くの分数有理数倍
の周波数関係が発生し得る。この組み合わせは、出力信号ＯＵＴからＶＣＯにフ
ィードバックされる信号成分が、ミクサ３・４による再変調の際に、移動無線サ
ービス用の許容周波数帯の有効チャネルに位置することが決してないように選ば
れる。この周波数帯外の再変調積は、いずれにしても、この目的のために設計さ
れた、十分な減衰率を有するフィルタによって抑制される。

【００２２】 トリプルバンド送信器に関する実施形態が、図３に示されている。なお，この
トリプルバンド送信器は、移動無線スタンダードであるＧＳＭ９００、ＤＣＳ１
８００、および、ＤＣＳ１９００の伝送周波数に適している。出力側では、ＧＳ
Ｍ９００用の一対のＩ，Ｑ変調器と、また近接する周波数帯のためにＤＣＳ１８
００およびＤＣＳ１９００用のただ一対のＩ，Ｑ変調器とが備えられている。回
路ブロック１０には、２つのマスタ・スレーブ・フリップフロップ１０，１１が
備えられている。ＩおよびＱ信号成分はそれぞれミクサ１３，１４で混合される
。入力側では、各周波数帯用に、ＶＣＯ１ａ，１ｂ，および１ｃが備えられてい
る。ＧＳＭ９００の場合、２１で示される１／２分周器が、マルチプレクサ２０
を介して信号経路に接続されている。ＤＣＳ１８００／ＤＣＳ１９００の場合、
この分周器を回避する。所望の周波数帯にあわせて、それぞれ所定の高周波発振
器１ａ、１ｂ、または、１ｃ、および、所定のＩ，Ｑ変調器が使用される。それ
ぞれの出力信号ｆ_OUTGSMまたはｆ_OUTDCSの搬送周波数と、入力側のＶＣＯのそれ
ぞれに所定の発振周波数との、分数有理周波数の関係は、ＧＳＭ９００に関して
はｆ_VCO＝２×２×４／３×ｆ_OUTGSMであり、また、ＤＣＳ１８００／ＤＣＳ１
９００に関してはｆ_VCO＝２×４／３×ｆ_OUTDCSである。全てに関わる再変調積
は、それぞれに所定のＶＣＯの１ａ、１ｂ、および１ｃにおける出力信号ＯＵＴ
ＧＳＭおよびＯＵＴＤＣＳのフィードバックから生じ、この移動無線スタンダー
ド用の許容周波数帯外に存在する。ＧＳＭ９００用に、たとえば８８０から９１
５ＭＨｚまでに伝送周波数帯があり、従って３５ＭＨｚのバンド幅を有している
。チャネルは２００ｋＨｚの間隔で配置されている。ＶＣＯ１ａは、４６９３．
３ＭＨｚから４８８０．０ＭＨｚまでの領域で同調することができる。生じた再
変調積、およびＩＭＲ回路１０によっても抑制されない混合積は、送信帯には入
らず、３５ＭＨｚ幅の送信バンド幅外にある。ＶＣＯが、直接変調器の残りの回
路構成を備える電圧制御ＨＦ発振器として、単一の半導体チップに集積されてい
ることが、有効である。誘導性の共振器は、ボンディングワイヤまたはプレーナ
コイル、たとえば幅の広いアルミニウムまたは銅の軌道として実現される。同調
領域を維持して各ＶＣＯのノイズを最小限に抑えるために、各帯用に個別の発振
器が選択された。その場合、適度に大きな同調領域を有する個々の発振器も考え
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による直接変調器を示す図である。

【図２】 セルラ移動無線ユニット用のトリプルバンド送信機における、直接変調器用の
実施形態を示す図である。

【図３】 従来技術にしたがった直接変調器を示す図である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波信号を出力する発振器（１）と、 入力側で上記発振器（１）の出力と結合しており、互いに位相シフトされた信
   号（ＬＯＩ、ＬＯＱ）をそれぞれ出力する第１移相装置（２）と、 入力側で上記移相装置（２）の出力の１つにそれぞれ接続されているとともに
   、有効信号の互いに位相シフトされた信号成分（Ｉ、Ｑ）の入力端子とも接続さ
   れており、それぞれ変調された信号を出力する第１ミクサ（３）および第２ミク
   サ（４）と、 入力側で上記ミクサ（３、４）の出力に接続されており、上記有効信号で変調
   された高周波信号（ＯＵＴ）を取り出して出力する結合装置（５）とを備える直
   接変調用の回路構造において、 入力側で上記発振器（１）の出力と結合しており、出力側で互いに位相シフト
   された信号（Ｓ１Ｉ、Ｓ１Ｑ）をそれぞれ出力する第２移相装置（１１）と、 入力側で上記第２移相装置（１１）の出力の１つに接続されており、互いに位
   相シフトされた信号（Ｓ２１、Ｓ２Ｑ）をそれぞれ出力する第２移相装置（１２
   ）と、 入力側で上記第２および第３移相装置（１１、１２）の出力に接続されており
   、変調された信号をそれぞれ出力する第３および第４ミクサ（１３、１４）と、 入力側で上記第３および第４ミクサ（１３、１４）の出力に接続されており、
   出力側で上記第１移相装置（２）に接続されている、さらなる結合装置（１５）
   とを備えることを特徴とする直接変調用の回路構造。
2. 【請求項２】 上記発振器（１）の出力と上記第１移相装置（２）の入力との間に、分周器（
   ６、２１）が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の直接変調用の回
   路構造。
3. 【請求項３】 互いに９０°位相シフトされた出力信号を発生させるように上記移相装置（２
   、１１、１２）が構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の直
   接変調用の回路構造。
4. 【請求項４】 上記移相装置（２、１１、１２）の少なくとも１つはマスタ・スレーブ・フリ
   ップフロップを備え、上記移相装置の出力の１つはマスタの出力によって形成さ
   れており、上記移相装置の他の出力はスレーブの出力によって形成されているこ
   とを特徴とする請求項３に記載の直接変調用の回路構造。
5. 【請求項５】 上記移相装置（２、１１）の少なくとも１つは全域通過回路網であることを特
   徴とする請求項３に記載の直接変調用の回路構造。
6. 【請求項６】 上記第３移相装置（１２）は分周器であることを特徴とする請求項１ないし５
   のいずれかに記載の回路構造。
7. 【請求項７】 上記第３および第４ミクサ（１３、１４）は、入力側で第２移相装置（１１）
   の出力と第３移相装置（１２）の出力とにそれぞれ接続されていることを特徴と
   する請求項１ないし６のいずれかに記載の直接変調用の回路構造。
8. 【請求項８】 上記第２および第３移相装置（１１、１２）は、出力信号が各入力信号に対し
   て同じ位相角となる同相の出力と、出力信号が各入力信号に対して９０°シフト
   された位相角となる位相シフトされた出力とを行い、 上記第３ミクサ（１３）は、入力側で上記第２および第３移相装置（１１、１
   ２）の上記同相の出力に接続されており、上記第４ミクサ（１４）は、入力側で
   上記第２および第３移相装置の上記位相シフトされた出力に接続されていること
   を特徴とする請求項７に記載の直接変調用の回路構造。
9. 【請求項９】 上記第２および第３移相装置（１１、１２）は、それぞれの出力信号が入力信
   号に対して同じ位相角となる同相の出力と、出力信号が各入力信号に対して９０
   °シフトされた位相角となる位相シフトされた出力とを行い、 上記第３および第４ミクサ（１３、１４）は、入力側で、上記第２および第３
   移相装置（１１、１２）の同相の出力と逆相の出力とにそれぞれ接続されている
   ことを特徴とする請求項７に記載の直接変調用の回路構造。
10. 【請求項１０】 セルラデジタル移動無線ユニットに対して用いられ、上記結合装置（５）の出
    力が増幅装置を介してアンテナと結合されていることを特徴とする請求項１ない
    し９のいずれかに記載の直接変調用の回路構造。