JP2006050472A - Mixer circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ミキサ回路に関するもので、特に、電子機器、無線通信用などのマイクロ波帯、ミリ波帯の通信機器に用いられるミキサ回路に関する。 The present invention relates to a mixer circuit, and more particularly, to a mixer circuit used in electronic devices and microwave and millimeter wave communication devices for wireless communication.
近年、マイクロ波帯、ミリ波帯において使用される通信機器はますます小形で高出力な機器が要求され、これに伴って周波数変換効率の高いミキサ回路が求められるようになってきた。
ミキサ回路の一例として、バランス型ミキサ回路がある。バランス型ミキサ回路は、逆相分配回路、例えばマーチャントバラン(Marchand balun)を介して局部発振信号(以下、LO信号という)が位相差π(180°)の2つの信号に分配されて2つのダイオードに個別に入力され、この2つのダイオードの他方の端子が接続させるとともにこの接続点に高周波信号(以下、RF信号という)が入力され、この2つのダイオードの接続点から低域フィルターを介して、中間周波信号(以下IF信号という)が取り出されるものである。
In recent years, communication devices used in the microwave band and the millimeter wave band are increasingly required to have smaller and higher output devices, and accordingly, mixer circuits having high frequency conversion efficiency have been required.
An example of the mixer circuit is a balanced mixer circuit. The balanced mixer circuit is a two-diode diode in which a local oscillation signal (hereinafter referred to as LO signal) is distributed to two signals having a phase difference of π (180 °) via a reverse-phase distribution circuit, for example, a Merchant balun. And the other terminal of the two diodes are connected to each other, and a high-frequency signal (hereinafter referred to as an RF signal) is input to the connection point, and the connection point between the two diodes is passed through a low-pass filter. An intermediate frequency signal (hereinafter referred to as IF signal) is taken out.
公知のミキサ回路として、使用されるマーチャントバランが設計周波数の略1/8波長の結合伝送線路2つから構成され、その平衡端子に1/4波長の線路を接続することによりミキサダイオード側から見た伝送線路長を長くし、インピーダンスを下げ整合性を高めた例が開示されている。またマーチャントバランの略1/8波長の結合伝送線路を通常の1/4波長短絡伝送線路2つから構成した例が開示されている。(例えば、特許文献1、段落番号[0015]、[0023]〜[0025]、図5、図6参照)。
また公知のバラン補償のための回路として、バランの平衡側でバランのポートの一つと直列に、伝送ラインや誘導性集中素子および容量性集中素子などの振幅・位相補償回路を追加することと、これを増幅回路に使用した例が開示されている(例えば、特許文献2、段落番号[0005]、[0014]、図1〜図3参照)。
As a known mixer circuit, a merchant balun to be used is composed of two coupled transmission lines having a wavelength of approximately 1/8 of the design frequency, and a 1/4 wavelength line is connected to the balanced terminal, so that it can be viewed from the mixer diode side. An example in which the transmission line length is increased, the impedance is lowered, and the matching is improved is disclosed. In addition, an example is disclosed in which a combined transmission line of approximately 1/8 wavelength of a merchant balun is composed of two normal 1/4 wavelength short-circuit transmission lines. (For example, refer to
In addition, as a known circuit for balun compensation, an amplitude / phase compensation circuit such as a transmission line, an inductive lumped element and a capacitive lumped element is added in series with one of the balun ports on the balanced side of the balun; An example in which this is used in an amplifier circuit is disclosed (see, for example, Patent Document 2, paragraph numbers [0005] and [0014], FIGS. 1 to 3).
さらに公知のマイクロ波バラン回路として、プッシュプル型FET増幅器におけるバラン回路の分配位相変換時の位相偏差を補正するために、ケーブル外導体に位相偏差補償用外導体ラインを設けた例が開示されている(例えば、特許文献3、段落番号[0005]、[0015]、図2参照)。
さらに公知技術として、トランジスタをミキサダイオードとして使用したミキサ回路の例が開示されている(例えば非特許文献1の図1、および非特許文献2の図2)。
Further, as a known microwave balun circuit, an example in which an outer conductor line for phase deviation compensation is provided on the cable outer conductor in order to correct the phase deviation at the time of distribution phase conversion of the balun circuit in the push-pull type FET amplifier is disclosed. (For example, refer to Patent Document 3, paragraph numbers [0005] and [0015], FIG. 2).
Furthermore, as a known technique, an example of a mixer circuit using a transistor as a mixer diode is disclosed (for example, FIG. 1 of Non-Patent
しかしながら、バランス型ミキサ回路に用いられるマーチャントバランには、LO信号の波長をλとすると、2分の1波長(以下λ/2、のように表記する。)の長さの結合線路が必要になる。このためにLO信号の中心周波数によっては結合線路が長くなり、チップサイズの制限上回路基板におけるマーチャントバランの配置が制約される。また場合によってマーチャントバランを直線的な結合線路ではなく複雑に屈曲した結合線路を用いて構成することが必要となる。
例えば、マイクロ波回路によく用いられるGaAs基板においては、38GHz帯のLO信号についてのマーチャントバランの結合線路の長さは1.2mm(λ/2)であるが、19GHz帯のLO信号においてはマーチャントバランの結合線路の長さは2.4mmになりチップサイズの制限上結合線路を折り曲げて配置せざるを得ないということが生じる。
However, a merchant balun used in a balanced mixer circuit requires a coupled line having a length of a half wavelength (hereinafter referred to as λ / 2), where the wavelength of the LO signal is λ. Become. For this reason, the coupling line becomes long depending on the center frequency of the LO signal, and the arrangement of the merchant balun on the circuit board is restricted due to the limitation of the chip size. In some cases, it is necessary to configure the merchant balun using a complicatedly bent coupled line instead of a linear coupled line.
For example, in a GaAs substrate often used for a microwave circuit, the length of the coupling line of the merchant balun for the 38 GHz band LO signal is 1.2 mm (λ / 2), but in the 19 GHz band LO signal, The length of the coupled line of the balun is 2.4 mm, and the coupled line must be bent and disposed due to chip size limitations.
特にミリ波帯においてはマーチャントバランの結合線路の配置の制約や複雑に屈曲した結合線路を構成すると、場合によってはマーチャントバランから出力される2つの信号の位相差が正しく180°にならず位相差の偏倚が発生し、また振幅も等振幅にならない場合が生じる。そして逆相の2つの信号が等振幅・位相差πという条件から偏倚すると周波数変換効率が低下するという問題点があった。
またチップサイズの縮小に伴って、このような逆相信号を発生させる分配回路の設計・製造の自由度が低下し、延いてはチップの歩留まりが低下するという問題点があった。
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第1の目的は周波数変換効率が高く、小形で簡単な構成のミキサ回路を提供することである。
In particular, in the millimeter wave band, if the arrangement of the coupling line of the merchant balun or a complicated bent coupling line is configured, the phase difference between the two signals output from the merchant balun may not be 180 ° correctly and the phase difference may occur. There is a case where the deviation occurs and the amplitudes do not become equal. When two signals having opposite phases deviate from the condition of equal amplitude and phase difference π, there is a problem that the frequency conversion efficiency is lowered.
Further, as the chip size is reduced, the degree of freedom in designing and manufacturing a distribution circuit that generates such a reverse phase signal is reduced, and as a result, the yield of the chip is lowered.
The present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the invention is to provide a small and simple mixer circuit having high frequency conversion efficiency.
この発明に係るミキサ回路は、第1の信号が入力される第1の信号端子と、この第1の信号端子に接続された入力端部と第1、第2の出力端部とを有するとともに第1の信号を設定された位相差πの第2,第3の信号に変換しこの第2,第3の信号を第1、第2の出力端部から出力する分配回路と、この分配回路の第1、第2の出力端部と個別にその入力端子が接続され、その出力端子が互いに接続された第1、第2の半導体素子を有する半導体素子部と、この半導体素子部の第1の半導体素子の入力端子の前置部および第2の半導体素子の入力端子の前置部の少なくとも一方に配設され、第2の信号と第3の信号との間の位相差と設定された位相差πとの偏差を補償する第1の位相調整回路と、第1、第2の半導体素子の出力端子を接続する接続部に接続された第2の信号端子と、接続部に所定の帯域フィルター回路を介して接続された第3の信号端子と、を備えたものである。 The mixer circuit according to the present invention includes a first signal terminal to which a first signal is input, an input end connected to the first signal terminal, and first and second output ends. A distribution circuit that converts the first signal into second and third signals having a set phase difference π and outputs the second and third signals from the first and second output ends, and the distribution circuit The first and second output end portions of the first and second output terminals are individually connected to the input terminals, and the output terminals are connected to each other. The semiconductor element portion includes first and second semiconductor elements, and the first of the semiconductor element portions. The phase difference between the second signal and the third signal is set in at least one of the front part of the input terminal of the semiconductor element and the front part of the input terminal of the second semiconductor element. The first phase adjustment circuit that compensates for the deviation from the phase difference π is connected to the output terminals of the first and second semiconductor elements. A second signal terminal connected to the connecting portion and a third signal terminal connected to the connecting portion via a predetermined band-pass filter circuit are provided.
この発明に係るミキサ回路においては、第1の位相調整回路を備えたことにより、分配回路の構成上発生する場合がある、第2の信号と第3の信号との間の位相差と位相差πとの偏差を零に近づけることが可能となり、また第2の信号と第3の信号との振幅差も零に近づけることが可能となり、周波数変換効率を高くすることができる。 In the mixer circuit according to the present invention, since the first phase adjustment circuit is provided, the phase difference and the phase difference between the second signal and the third signal that may occur due to the configuration of the distribution circuit. The deviation from π can be made close to zero, and the amplitude difference between the second signal and the third signal can be made close to zero, so that the frequency conversion efficiency can be increased.
以下の説明においては、一例としてLO信号とRF信号の差信号を取り出すダウンコンバータについて説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の一実施の形態に係るミキサ回路の回路図である。
図1において、ミキサ回路としてのバランス型ミキサ回路10が示されている。このバランス型ミキサー回路10は例えば障害物などの検知に用いられる76GHz帯の車載用レーダの受信用ミキサー回路とか、60GHz帯の無線通信用のミキサ回路などに使用される。
In the following description, a down converter that extracts a difference signal between an LO signal and an RF signal will be described as an example.
FIG. 1 is a circuit diagram of a mixer circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1 shows a
バランス型ミキサ回路10は、LO信号が入力されるLO信号端子12とこのLO信号端子12から入力されたLO信号を2つの逆相信号に変換する分配回路14と、この分配回路14から出力される2つの信号の間の位相差が設定された位相差πから偏倚した偏差Δθを零に近づけるために補償する第1位相調整回路16と、この第1位相調整回路16を介して分配回路14に接続される半導体素子部18と、この半導体素子部18に印加されるRF信号が入力されるRF信号端子20と、低域フィルター回路22を介して半導体素子部18に接続され、IF信号が出力されるIF信号端子24を備えている。
さらにこの実施の形態1においては、半導体素子部18の半導体素子としてトランジスタが使用されているので、そのゲートバイアス電圧Vggを印加するためのゲートバイアス端子26が配設され、これが帯域フィルタ回路28を介してトランジスタの制御端子側に接続されている。
The balanced
Further, in the first embodiment, since a transistor is used as a semiconductor element of the
図2はこの発明の一実施の形態に係るミキサ回路の分配回路の一例の回路図である。
分配回路14としてのバラン141は、LO信号の波長をλLOとすると略λLO/2の電気長を有する第1の線路としてのλ/2結合線路14aと、このλ/2結合線路14aに並行し略λLO/4の電気長を有する第2の線路としての第1λ/4結合線路14bと、λ/2結合線路14aに並行し略λLO/4の電気長を有し、λ/2結合線路14aの中央部に対して第1λ/4結合線路14bと対称的に配設された第3の線路としての第2λ/4結合線路14cとから構成されている。
λ/2結合線路14aの一端はLO信号端子12に接続された入力端部14dに接続されている。
第1λ/4結合線路14bは、λ/2結合線路14aの一端部に隣接する側の一端において接地され、λ/2結合線路14aの中央部に隣接する他端が第1出力端部14eに接続されている。
第2λ/4結合線路14cは、λ/2結合線路14aのもう一つの一端部に隣接する側の一端において接地され、λ/2結合線路14aの中央部に隣接する他端が第2出力端部14fに接続されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a distribution circuit of the mixer circuit according to the embodiment of the present invention.
The
One end of the λ / 2
The first λ / 4 coupled
The second λ / 4 coupled
図1において、分配回路14の第1出力端部14eは直流遮断のためのキャパシタ30を介して半導体素子部18の第1の半導体素子としての第1HEMT18aのゲート端子に接続されている。また分配回路14の第2出力端部14fは第1位相調整回路16に接続され、この第1位相調整回路16から直流遮断のためのキャパシタ32を介して半導体素子部18の第2の半導体素子としての第2HEMT18bのゲート端子に接続されている。
分配回路14から出力される2つの信号の間の位相差が設定された位相差πから偏差Δθだけ偏倚する場合には、第1位相調整回路16は、例えばΔθの電気長を有する伝送線路で構成される。
第1出力端部14eから出力され第1HEMT18aのゲート端子に入力される信号を第2の信号としてのLO1信号とし、第2出力端部14fから出力され第2HEMT18bのゲート端子に入力される信号を第3の信号としてのLO2信号とした場合に、LO2信号の位相がLO1信号よりも位相差πから偏倚した偏差Δθだけ遅れる場合には、図1のように第2出力端部14fと第2HEMT18bのゲート端子との間にΔθの電気長を有する伝送線路で構成される第1位相調整回路16が配設され、LO2信号がLO1信号よりもΔθ進む場合には第1出力端部14eと第1HEMT18aのゲート端子との間にΔθの電気長を有する伝送線路で構成される第1位相調整回路16が配設される。
In FIG. 1, the first
When the phase difference between the two signals output from the
The signal output from the
図3はこの発明の一実施の形態の変形例に係るミキサ回路の回路図である。
図3においては、第1出力端部14eと第1HEMT18aのゲート端子との間に第1位相調整回路16aを、また第2出力端部14fと第2HEMT18bのゲート端子との間に第1位相調整回路16bをそれぞれ配設して、LO1信号およびLO2信号を各々調整する例を示している。
LO2信号がLO1信号より中心周波数において位相差πから偏倚した偏差Δθだけ遅れる場合には、第2出力端部14fと第2HEMT18bのゲート端子との間に第1位相調整回路16bとしてθ2の電気長を有する線路を、また第1出力端部14eと第1HEMT18aのゲート端子との間に第1位相調整回路16aとしてθ1の電気長を有する線路をそれぞれ接続し、Δθ=θ2−θ1を満足するように設定すれば、Δθの遅れを零に近づけることができる。
またLO2信号がLO1信号より中心周波数において位相差πから偏倚した偏差Δθだけ進む場合には、Δθ=θ1−θ2を満足するように設定すれば、Δθの進みを零に近づけることができる。
FIG. 3 is a circuit diagram of a mixer circuit according to a modification of the embodiment of the present invention.
In FIG. 3, the first phase adjustment circuit 16a is provided between the
When the LO2 signal is delayed from the LO1 signal by a deviation Δθ deviated from the phase difference π at the center frequency, the electrical length of θ2 as the first
Further, when the LO2 signal advances by a deviation Δθ deviated from the phase difference π at the center frequency from the LO1 signal, if Δθ = θ1−θ2 is set, the advance of Δθ can be made close to zero.
図1において、半導体素子部18は並列に接続された第1HEMT18aおよび第2HEMT18bを有している。第1HEMT18aのゲート端子にLO1信号が入力され、また第2HEMT18bのゲート端子にLO2信号が入力される。
第1HEMT18aおよび第2HEMT18bのソース端子はともに接地されるとともに、ドレイン端子が相互に、例えば接続部18cで接続されている。
第1HEMT18aおよび第2HEMT18b各々のゲート端子には帯域フィルタ回路28を介して接続されたゲートバイアス端子26からバイアス電圧Vggが印加される。
帯域フィルタ回路28は、LO信号と分波するために、LO信号の波長をλLOとすると、λLO/4の電気長を有するショートスタッブ28aを含んでいる。
第2の信号端子としてのRF信号端子20は、半導体素子部18の接続部18cにキャパシタ34を介して接続されて、第4の信号としてのRF信号が接続部18cに印加される。
また第3の信号端子としてのIF信号端子24は、帯域フィルタ回路としての低域フィルター回路22を介して半導体素子部18の接続部18cに接続されている。IF信号端子24からは第5の信号としてのIF信号が出力される。
In FIG. 1, the
The source terminals of the
A bias voltage Vgg is applied to the gate terminals of the
The band-
The
The
図4はこの発明の一実施の形態に係る低域フィルター回路の回路構成図である。
図4において、低域フィルター回路22はRF信号と分波するために、RF信号の波長をλRFとすると、λRF/4の電気長を有するショートスタブ22aが含まれている。
伝送線路36に形成されたλRF/4の電気長を有するショートスタブ22aが、このショートスタブ22aの先端に隣接して配設されたキャパシタ22bの上電極22b1とエアブリッジ22cにより接続されている。
キャパシタ22bの下電極22b2はバイアホール22dを介して回路基板37裏面の下地金属(図示せず)と接続され、接地されている。
またキャパシタ22bの上電極22b1と線路38はエアブリッジ22eにより接続され、この線路38がIF信号端子24である端子パッドに接続している。
先に述べたゲートバイアス端子26に接続されている帯域フィルタ回路28の回路構成も、基本的に低域フィルタ回路22と同じ回路構成である。ただ相異する点は帯域フィルタ回路28がλLO/4の電気長を有するショートスタッブ28aを使用していることである。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a low-pass filter circuit according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 4, the low-
A
The lower electrode 22b2 of the
The upper electrode 22b1 of the
The circuit configuration of the band-
次にバランス型ミキサ回路10の動作について説明する。
バランス型ミキサ回路10は、RF信号(周波数fRF)とLO信号(周波数fLO)を入力し、IF信号(周波数fIF)を出力するものである。
LO信号端子12からLO信号が入力され、入力端部14dを介して分配回路14に入力される。この分配回路14により等振幅で位相差πを有する逆相信号を発生させ、分配回路14の第1出力端部14eおよび第2出力端部14fから位相差πを持った2つの信号、LO1信号とLO2信号が出力される。
この2つの信号の振幅や位相差は、チップの小形化に伴って分配回路14のλ/2結合線路14a、第1λ/4結合線路14bおよび第2λ/4結合線路14cの形状や配置や形成の精度によっては正確に等振幅でかつ位相差がπにならない場合が生じる。
Next, the operation of the
The
The LO signal is input from the
The amplitude and phase difference between the two signals are the shape, arrangement, and formation of the λ / 2 coupled
このために分配回路14と半導体素子部18との間に第1位相調整回路16を配設することにより、分配回路14から出力される2つの信号の間の位相差ができるだけπに近づくように、すなわち位相差πから偏倚した偏差Δθを零にするように、また等振幅に近づくように調整される。
第1位相調整回路16により振幅や位相差の調整が施された2つの信号は、半導体素子部18の第1HEMT18aおよび第2HEMT18bのゲート端子に入力される。
一方、第1HEMT18aおよび第2HEMT18bの出力側であるドレイン端子は相互に接続され、接続部18cにRF信号が印加される。
For this purpose, by arranging the first
The two signals whose amplitude and phase difference have been adjusted by the first
On the other hand, the drain terminals on the output side of the
この時、半導体素子部18の入出力両端に、すなわち第1HEMT18aおよび第2HEMT18bのゲート端子側と接続部18cとに、RF信号とLO信号の混合波が発生する。混合波の周波数をfoutとすると、
fout=mfRF±nfLO ・・・・・(1)
となる。ここでm、nは整数である。
foutのうち、バランス型ミキサ回路10を基本波ミキサとして使用する場合には、周波数fIFが、
fIF=fRF−fLO・・・・・・・・・(2)
となる信号を、低域フィルター回路22を通してIF信号として取り出すものである。
例えばバランス型ミキサ回路10において、LO信号の周波数をfLO=76GHzとし、RF信号の周波数をfRF=76.0001GHzとし、LO信号の周波数fLOとRF信号の周波数fRFとを近接させることにより、例えばfIF=100kHzのIF信号を、周波数変換効率が高い状態で、取り出すことができる。
At this time, a mixed wave of the RF signal and the LO signal is generated at both input and output ends of the
fout = mfRF ± nfLO (1)
It becomes. Here, m and n are integers.
Of the fout, when the
fIF = fRF−fLO (2)
Is extracted as an IF signal through the low-
For example, in the
またバランス型ミキサ回路10を偶高調波ミキサとして使用する場合には、周波数fIFが、
fIF=fRF−2nfLO・・・・・・・・・(3)
となる信号を、低域フィルター回路22を通してIF信号としてを取り出すものである。 ここでnは整数である。
ただnが高次になるほど周波数変換利得が小さくなるので、通常はn=1として偶高調波ミキサが構成される。ここでもn=1の場合で説明すると、
When the
fIF = fRF-2nfLO (3)
Is extracted as an IF signal through the low-
However, since the frequency conversion gain becomes smaller as n becomes higher, normally even harmonic mixers are configured with n = 1. Again, in the case of n = 1,
例えば、バランス型ミキサ回路10において、LO信号の周波数をfLO=38GHzとし、RF信号の周波数をfRF=76.0001GHzとして入力することにより、例えばfIF=100kHzのIF信号を、周波数変換効率が高い状態で、取り出すことができる。
このように、偶高調波ミキサでは、LO信号の周波数fLOとRF信号の周波数fRFとの間で、式(4)の関係が成立する。
fLO=fRF/(2n)・・・・・・・(4)
高周波数のLO信号は発生させるのが困難な場合があるので、fRF/(2n)に周波数を低くすることができるので、特にミリ波帯のシステムとして偶高調波ミキサが構成される。
For example, in the
As described above, in the even harmonic mixer, the relationship of Expression (4) is established between the frequency fLO of the LO signal and the frequency fRF of the RF signal.
fLO = fRF / (2n) (4)
Since it may be difficult to generate a high-frequency LO signal, the frequency can be lowered to fRF / (2n), so that an even harmonic mixer is configured particularly as a millimeter wave band system.
このようにバランス型ミキサ回路10においては、基本波ミキサおよび偶高調波ミキサのいずれの場合においても、第1位相調整回路16を備えているので、第1位相調整回路16のインピーダンスを調整することにより、分配回路14から出力されるLO1信号とLO2信号の2つの信号の間の位相差と設定された位相差πとの偏差Δθを零に近づけることができる。また2つの信号の間の振幅差をも0dBに近づけている。
従って、RF信号とLO信号の混合波を発生させ、IF信号を取り出すときに、変換損失を最小にすることができ、周波数変換効率の高いバランス型ミキサ回路を構成することができる。
As described above, the
Therefore, when a mixed wave of an RF signal and an LO signal is generated and an IF signal is extracted, conversion loss can be minimized, and a balanced mixer circuit with high frequency conversion efficiency can be configured.
図5はこの発明の一実施の形態に係るミキサ回路に使用される半導体素子部の他の一例の回路図である。
図5において示された半導体素子部18は、個別のトランジスタである第1HEMT18aおよび第2HEMT18bに変えて、デュアルゲートFET18dとしたものである。
デュアルゲートFET18dの第1ゲート端子g1が分配回路14の第1出力端部14eと接続されて、LO1信号が入力される。
また第2ゲート端子g2が第1位相調整回路16に接続され、この第2ゲート端子g2にLO2信号が入力される。
デュアルゲートFET18dのソース端子は接地され、ドレイン端子はRF信号端子20およびIF信号端子24が接続される。
従ってデュアルゲートFET18dは図1のバランス型ミキサ回路10における第1HEMT18aおよび第2HEMT18bを使用した半導体素子部18と代替可能である。 このようなデュアルゲートFET18dを使用することにより、半導体素子部18の専有面積を小さくすることができるので、チップを小型化することができる。
FIG. 5 is a circuit diagram showing another example of the semiconductor element portion used in the mixer circuit according to the embodiment of the present invention.
The
The first gate terminal g1 of the
The second gate terminal g2 is connected to the first
The source terminal of the
Therefore, the
図6はこの発明の一実施の形態に係るミキサ回路に使用される半導体素子部の他の一例の回路図である。
図6の半導体素子部はトランジスタに変えて逆並列に接続されたダイオード18e及びダイオード18fにより構成されている。ダイオード18eはそのアノードが分配回路14の第1出力端部14eと接続されて、このアノードにLO1信号が入力される。またダイオード18fのカソードは第1位相調整回路16に接続され、このカソードにLO2信号が入力される。ダイオード18eのカソードとダイオード18fのアノードは接続部18cで接続され、この接続部18cはRF信号端子20およびIF信号端子24が接続される。
従ってこのダイオードを使用した半導体素子部18は図1のバランス型ミキサ回路10におけるトランジスタを使用した半導体素子部18と代替可能である。ただしこの場合には、バイアス電圧Vggを印加するためのバイアス端子26および帯域フィルタ回路28からなるゲートバイアス回路は不要である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another example of the semiconductor element portion used in the mixer circuit according to the embodiment of the present invention.
The semiconductor element portion of FIG. 6 includes a
Therefore, the
図7はこの発明の一実施の形態に係るミキサ回路に使用される分配回路の他の一例の回路図である。
図7に示されたバラン142は、LO信号の波長をλLOとすると略λLO/2の電気長を有する第1の線路としてのλ/2結合線路14aと、このλ/2結合線路14aに並行し略λLO/4の電気長を有する第2の線路としての第1λ/4結合線路14bと、λ/2結合線路14aに並行し略λLO/4の電気長を有し、λ/2結合線路14aの中央部に対して第1λ/4結合線路14dと対称的に配設された第3の線路としての第2λ/4結合線路14cとから構成されている点はバラン141と同じである。
しかしこのバラン142では、例えばLO信号の周波数が低くなると、λLOの電気長は長くなってλ/2結合線路14aを直線的に配置すると、チップサイズを大きくしてしまうので、専有面積を小さくするために、複数の屈曲部14gを有する形状にしてバランを形成したものである。
FIG. 7 is a circuit diagram of another example of the distribution circuit used in the mixer circuit according to the embodiment of the present invention.
The
However, in this
バラン142のλ/2結合線路14aは複数の屈曲部14gを備え、切欠のある環状に配置され、切欠とλ/2結合線路14aの中央部とを結ぶ線分に対して、対称の形状になるように線路が配置されている。従って切欠を挟んで、λ/2結合線路14aの2つの端部が対向して配置され、切欠に隣接するλ/2結合線路14aの一方の一端が入力端部14dに接続されている。
第1λ/4結合線路14bと第2λ/4結合線路14cはλ/2結合線路14aに並行して、λ/2結合線路14aの外側に配置されている。
第1λ/4結合線路14bと第2λ/4結合線路14cもλ/2結合線路14aの切欠とλ/2結合線路14aの中央部とを結ぶ線分に対して、対称に配置されている。
第1λ/4結合線路14bと第2λ/4結合線路14cはともにλ/2結合線路14aの2つの端部に隣接するそれぞれの端部において接地され、λ/2結合線路14aの中央部に隣接する端部において、第1λ/4結合線路14bは第1出力端部14eに接続され、第2λ/4結合線路14cは第2出力端部14fに接続されている。
The λ / 2
The first λ / 4 coupled
The first λ / 4 coupled
Both the first λ / 4 coupled
このように複数の屈曲部14gを有するバラン142を用いて、分配回路14とした場合には、屈曲部におけるλ/2結合線路14aと第1λ/4結合線路14bとの結合度、またはλ/2結合線路14aと第2λ/4結合線路14cとの結合度が正確に評価し難い。このために分配回路14から出力される逆相を持ったLO1信号とLO2信号の位相差を正確にπにすることは困難になる。
しかしながらバランス型ミキサー回路10においては、第1位相調整回路16が挿入されており、これによって分配回路14から出力されるLO1信号とLO2信号との間の位相差と設定された位相差πとの偏差Δθを零に近づけることがができ、また振幅差も0dBに調整することができる。
When the
However, in the
図8はこの発明の一実施の形態に係るミキサ回路に使用される分配回路の他の一例の回路図である。
図8に示された分配回路14には、ランゲカップラ143とπ/2の電気長を有する第2位相調整回路144とを含んでいる。
ランゲカップラ143は第1の線路としての複数の第1λ/4結合線路14hと第2の線路としての複数の第2λ/4結合線路14iが、1本ずつ交互に配設され、図8のランゲカップラ143においては、第1λ/4結合線路14hの両端においてエアブリッジ14jにより第1λ/4結合線路14hが相互に接続されている。
この第1λ/4結合線路14hの共通に接続された一端は接地され、第1λ/4結合線路14hの共通に接続された他端はLO信号端子12に接続された入力端部14dに接続されている。
FIG. 8 is a circuit diagram of another example of the distribution circuit used in the mixer circuit according to the embodiment of the present invention.
The
In the
One end of the first λ / 4 coupled
第2λ/4結合線路14iはその端部それぞれが共通接続線に接続されている。いま第1λ/4結合線路14hの接地端に隣接する方を第1共通接続線14kとし、第1λ/4結合線路14hの入力端部14dに接続されている一端に隣接する方を第2共通接続線14mとすれば、第1共通接続線14kは分配回路14の第1出力端部14eに接続され、第2共通接続線14mは第2位相調整回路144を介して第2出力端部14fに接続されている。
第2位相調整回路144は、例えばπ/2の電気長を有する伝送線路で構成されている。
ランゲカップラ143は、第2共通接続線14mからの出力信号と第1共通接続線14kからの出力信号との位相差はπ/2であるが、第2共通接続線14mに第2位相調整回路144を接続することにより、第1出力端部14eからのLO1信号と第2出力端部14fからのLO2信号との位相差をπにしている。
Each end of the second λ / 4 coupling line 14 i is connected to a common connection line. The one adjacent to the ground end of the first λ / 4 coupled
The second
The
しかしながらランゲカップラ143では複雑な形状に形成する必要があるので、分配回路14から出力されるLO1信号とLO2信号との位相差を正確にπにすることは困難になる。しかしながらバランス型ミキサー回路10においては第1位相調整回路16が挿入されており、これによって分配回路14から出力されるLO1信号とLO2信号との間の位相差と設定された位相差πとの偏差Δθを零に近づけることができ、また振幅差も0dBに調整することができる。
なお第2位相調整回路144のπ/2の電気長を有する線路と第1位相調整回路16の線路とを一体的に構成してもかまわない。
However, since the
The line having the electrical length of π / 2 of the second
以上のようにこの発明に係るミキサ回路においては、第1の信号を位相差πの第2,第3の信号に変換する分配回路と、第2,第3の信号が入力される第1、第2の半導体素子を有する半導体素子部と、第2の信号端子と所定の帯域フィルター回路を介して接続された第3の信号端子とを第1、第2の半導体素子の出力端子を相互に接続する接続部に接続するとともに、第1の半導体素子の入力端子および第2の半導体素子の入力端子の少なくとも一方の前置部に、第2の信号と第3の信号との間の位相差と設定された位相差πとの偏差を補償する第1の位相調整回路を配設したものである。
この構成により分配回路の構成上発生する、第2の信号と第3の信号との間の位相差と位相差πとの偏差を零に近づけるとともに第2の信号と第3の信号の振幅を等振幅に近づけることが可能となり、周波数変換効率を高くすることができる。延いては第1の位相調整回路を配設するという簡単な構成で、周波数変換効率が高く、小形のミキサ回路を提供することが可能となる。また分配回路の設計・製造の自由度を高めることができ、延いてはチップの歩留まりを高めることができる。
As described above, in the mixer circuit according to the present invention, the distribution circuit that converts the first signal into the second and third signals having the phase difference π, and the first and second signals to which the second and third signals are input, The semiconductor element portion having the second semiconductor element and the third signal terminal connected to the second signal terminal via a predetermined band-pass filter circuit are connected to each other as the output terminals of the first and second semiconductor elements. The phase difference between the second signal and the third signal is connected to the connecting portion to be connected and at least one front portion of the input terminal of the first semiconductor element and the input terminal of the second semiconductor element. And a first phase adjustment circuit that compensates for the deviation from the set phase difference π.
With this configuration, the difference between the phase difference between the second signal and the third signal and the phase difference π, which occurs in the configuration of the distribution circuit, is brought close to zero, and the amplitudes of the second signal and the third signal are reduced. It is possible to approach the same amplitude, and the frequency conversion efficiency can be increased. As a result, it is possible to provide a small mixer circuit with high frequency conversion efficiency with a simple configuration in which the first phase adjustment circuit is provided. In addition, the degree of freedom in designing and manufacturing the distribution circuit can be increased, and thus the yield of chips can be increased.
なお以上の説明において、トランジスタとしてHEMTを用いるミキサ回路について説明したが、HEMTに限らずFET、HBTでもかまわない。
またLO信号をゲート端子側から、RF信号をドレイン端子側から入力する例について説明したが、LO信号をドレイン端子側から入力し、RF信号をゲート端子側から入力しても同様の効果を奏する。
また以上の説明においては、LO信号とRF信号の差信号を取り出すダウンコンバータについて説明したが、同じ回路構成でLO信号を第1の信号端子から入力するとともに、第3の信号端子からIF信号を入力することにより、第2の信号端子からLO信号とIF信号の和信号としてRF信号を出力するアップコンバータの構成においても同様の効果を奏する。
In the above description, the mixer circuit using the HEMT as the transistor has been described. However, the present invention is not limited to the HEMT and may be an FET or an HBT.
Further, the example in which the LO signal is input from the gate terminal side and the RF signal is input from the drain terminal side has been described. However, the same effect can be obtained even if the LO signal is input from the drain terminal side and the RF signal is input from the gate terminal side. .
In the above description, the down converter that extracts the difference signal between the LO signal and the RF signal has been described. However, the LO signal is input from the first signal terminal and the IF signal is input from the third signal terminal with the same circuit configuration. By inputting, the same effect can be obtained in the configuration of the upconverter that outputs the RF signal as the sum signal of the LO signal and the IF signal from the second signal terminal.
以上のように、この発明に係るミキサ回路は、車載ミリ波レーダーなどの電子機器や、移動体通信や、無線通信用などのマイクロ波帯やミリ波帯用通信機器などの使用に適している。 As described above, the mixer circuit according to the present invention is suitable for use in electronic devices such as in-vehicle millimeter-wave radar, microwave communication devices for mobile communication and wireless communication, and communication devices for millimeter wave bands. .
12 LO信号端子、 14d 入力端部、 14e 第1出力端部、 14f 第2出力端部、 14 分配回路、 18a 第1HEMT、 18b 第2HEMT、 18 半導体素子部、 16 第1位相調整回路、 18c 接続部、 20 RF信号端子、 22 低域フィルター回路、 24 IF信号端子、 141 バラン、 14a λ/2結合線路、 14b 第1λ/4結合線路、 14c 第2λ/4結合線路、 14g 屈曲部、 14h 第1λ/4結合線路、 14i 第2λ/4結合線路、 143 ランゲカップラ。 12 LO signal terminal, 14d input terminal, 14e first output terminal, 14f second output terminal, 14 distribution circuit, 18a first HEMT, 18b second HEMT, 18 semiconductor element part, 16 first phase adjustment circuit, 18c connection Part, 20 RF signal terminal, 22 low-pass filter circuit, 24 IF signal terminal, 141 balun, 14a λ / 2 coupled line, 14b first λ / 4 coupled line, 14c second λ / 4 coupled line, 14g bent part, 14h first part 1λ / 4 coupled line, 14i second λ / 4 coupled line, 143 Lange coupler.
Claims (8)
この第1の信号端子に接続された入力端部と第1、第2の出力端部とを有するとともに上記第1の信号を設定された位相差πの第2,第3の信号に変換しこの第2,第3の信号を上記第1、第2の出力端部から出力する分配回路と、
この分配回路の第1、第2の出力端部と個別にその入力端子が接続され、その出力端子が互いに接続された第1、第2の半導体素子を有する半導体素子部と、
この半導体素子部の上記第1の半導体素子の入力端子の前置部および上記第2の半導体素子の入力端子の前置部の少なくとも一方に配設され、上記第2の信号と第3の信号との間の位相差と設定された位相差πとの偏差を補償する第1の位相調整回路と、
上記第1、第2の半導体素子の出力端子を接続する接続部に接続された第2の信号端子と、
上記接続部に所定の帯域フィルター回路を介して接続された第3の信号端子と、
を備えたミキサ回路。 A first signal terminal to which a first signal is input;
An input end connected to the first signal terminal and first and second output ends, and the first signal is converted into second and third signals having a set phase difference π. A distribution circuit for outputting the second and third signals from the first and second output ends;
A semiconductor element portion having first and second semiconductor elements in which the input terminals are individually connected to the first and second output ends of the distribution circuit and the output terminals are connected to each other;
The second signal and the third signal are disposed in at least one of a front part of the input terminal of the first semiconductor element and a front part of the input terminal of the second semiconductor element of the semiconductor element part. A first phase adjustment circuit that compensates for a deviation between the phase difference between and a set phase difference π;
A second signal terminal connected to a connecting portion for connecting the output terminals of the first and second semiconductor elements;
A third signal terminal connected to the connecting portion via a predetermined band-pass filter circuit;
A mixer circuit with
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