JP2006510264A - 3相ミキサーシステム - Google Patents

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Abstract

周波数をアップ/ダウンコンバートするミキサーシステムは、多数のコンポーネントを有する。バランスト4相変換の場合、パーツの一部は4つの繰り返しを示す(洞察)。3相ミキサーシステム(10、40)とすることにより、必要なコンポーネントの数を減らすことができる(基本的アイデア)。副出力における副信号グループ中の副信号は、100°―140°の範囲内にある2つの後続副信号間にある位相差を有する。この位相差により副信号はすでに(実質的に)バランスされている。位相差が各々118°−122°の範囲内にある場合、副信号はよりよくバランスし、120°のとき、副信号は完全にバランスする。副入力(1、2、3)ごとのトランジスタグループ(11−13、14−16、17−19、41−43、44−46、47−49)は、副入力における副信号をスイッチおよび/または増幅する。アクティブミキサーシステム(10)において、トランジスタグループ(11−13、14−16、17−19)は別のトランジスタ(20−22)によりスイッチされる。パッシブミキサーシステムにおいて、トランジスタグループ(41−49)は、ロー/ハイからハイ/ローインピーダンスにスイッチされた別の副入力(4、5、6)における副信号グループに応じる。

Description

発明の詳細な説明
本発明は、入力信号を別の入力信号とミキシングすることにより、ある周波数の前記入力信号をそれと異なる周波数の出力信号に変換するミキサーシステムに関する。
また、本発明は、入力信号を別の入力信号とミキシングすることにより、ある周波数の前記入力信号をそれと異なる周波数の出力信号に変換するミキサーシステムを有する装置と、入力信号を別の入力信号とミキシングすることにより、ある周波数の前記入力信号をそれと異なる周波数の出力信号に変換する方法にも関する。
上記のミキサーシステムは、例えば、周波数をアップコンバージョンを実行し、この場合その装置は例えばトランスミッタの一部を形成する。あるいは、ダウンコンバージョンを実行し、この場合その装置は例えばレシーバの一部を形成する。上記の装置は、例えば携帯電話・モデム・トランシーバ等の通信装置であってもよく、例えばラジオ等のオーディオレシーバであってもよく、例えばテレビジョン等のオーディオ/ビデオレシーバであってもよい。

従来技術のミキサーシステムは、Farbod Behbahani、Yoji Kishigami、John Leete、Asad A Abidiによる「大画像除去のためのCMOSミキサーおよび複数位相フィルター」、IEEE Journal of Solid−State Circuits、Vol. 36、No.6、2001年6月により知られている。この文献の図17には単一直交ミキサーを2つ使用した二重直交アップコンバージョン構成が開示されており、図20には二重直交ダウンコンバージョンミキサーが開示されている。例えば、バランスされたIおよびQ信号の場合、実際には4つの信号I、Q、−I、−Qがあり、その装置の大部分は4つの繰り返し(fourfold repetition)を示す。
既知のミキサーシステムは、なかんずく、装置のみでなくミキサーシステム自体に多数のコンポーネントを必要とし、そのため集積する時に大きなチップ面積を必要とする点で不利である。
本発明の1つの目的は、なかんずく、変換性能を低下させることなく少ないコンポーネントだけですむ、上記ミキサーシステムを提供することである。
本発明の別の目的は、なかんずく、上記装置を提供することであり、上記変換性能を低下させることなく少ないコンポーネントだけですむ方法を提供することである。

本発明によるミキサーシステムは、入力信号を別の入力信号と混合することにより、1つの周波数を有する前記入力信号を他の周波数の出力信号に変換するミキサーシステムであって、第1の副信号グループを受け取る少なくとも3つの副入力と、第2の副信号グループを受け取る少なくとも3つの別の副入力と、第3の副信号グループを生成する少なくとも3つの副出力とを有し、前記第3の副信号グループは少なくとも、第2の副信号と第1の副信号の間にある第1位相差と、第3の副信号と前記第2の副信号の間にある第2位相差とを有する3つの副信号を有し、前記第1位相差と前記第2位相差は各々100°−140°の範囲内にあることを特徴とする。
バランストI信号およびQ信号を有する4相の場合と比較して、3相ミキサーシステムは必要とするコンポーネントの数が少ない。バランスさせなければいけないIおよびQ信号と対照的に、(第3の副信号グループの)副信号R、S、Tはすでに(実質的に)バランスしている。集積するとき、従来のミキサーシステムと比較して、チップ上のパーツを3/4に減らすことができる。
本発明によるミキサーシステムの第1の実施形態は、請求項2に記載してある。
各副信号グループについて、前記第1位相差と前記第2位相差が各々前記範囲内にある場合、本ミキサーシステムはより対称的構成となり、(各副信号グループの)副信号R、S、Tは(実質的に)バランスする。
本発明によるミキサーシステムの第2の実施形態は、請求項3に記載してある。
前記第1位相差と前記第2位相差が各々、118°−122°の範囲内にある場合、(各副信号グループの)副信号R、S、Tはより一層バランスする。前記第1位相差と前記第2位相差が各々120°の場合、(各副信号グループの)副信号R、S、Tは完全にバランスする。
本発明によるミキサーシステムの第3の実施形態は、請求項4に記載してある。
副信号ごとにトランジスタグループを導入することにより、副入力における副信号をスイッチおよび/または増幅することができる。
本発明によるミキサーシステムの第4の実施形態は、請求項5に記載してある。
前記トランジスタグループの1つをスイッチするために、別の副入力ごとに別のトランジスタを導入することにより、アクティブミキサーシステムを作ることができる。
本発明によるミキサーシステムの第5の実施形態は、請求項6に記載してある。
各トランジスタグループの少なくとも前記トランジスタがバイポーラトランジスタである場合、集積したとき、これらのトランジスタは比較的お互いに類似しており、集積差異の補償は必要でないか、必要でも小さいレベルでよい。前記トランジスタは増幅機能も有する。
本発明によるミキサーシステムの第6の実施形態は、請求項7に記載してある。
1つのトランジスタグループ各トランジスタの制御電極が他のトランジスタグループの各々の1つのトランジスタの制御電極と、別の副入力とに結合され、各トランジスタグループの第1主電極が相互に結合され、および副入力と結合され、1つのトランジスタグループの各トランジスタの第2主電極が他のトランジスタグループの各々の1つのトランジスタの第2主電極と、副出力とに結合された場合、パッシブミキサーシステムを作ることができる。このパッシブミキサーシステムは、通常、アクティブミキサーシステムよりも線形性がよい。
本発明による装置は、入力信号を別の入力信号と混合することにより、1つの周波数を有する前記入力信号を他の周波数の出力信号に変換するミキサーシステムであって、第1の副信号グループを受け取る少なくとも3つの副入力と、第2の副信号グループを受け取る少なくとも3つの別の副入力と、第3の副信号グループを生成する少なくとも3つの副出力とを有し、前記第3の副信号グループは少なくとも、第2の副信号と第1の副信号の間にある第1位相差と、第3の副信号と前記第2の副信号の間にある第2位相差とを有する3つの副信号を有し、前記第1位相差と前記第2位相差は各々100°−140°の範囲内にあることを特徴とするミキサーシステムと、前記第3の副信号グループを前記出力信号に結合するために前記副出力に結合された、少なくとも1つの多相フィルターとを有することを特徴とする。
前記少なくとも1つの多相フィルターは、前記第3の副信号グループをフィルターし、前記出力信号の形で少なくとも1つのフィルター結果を生成する。
本発明による装置の第1の実施形態は、請求項8に記載してある。
前記少なくとも1つの別の多相フィルターは、前記入力信号をフィルターし、前記第1の副信号グループの形で少なくとも1つのフィルター結果を生成する。前記少なくとも1つのさらに別の多相フィルターは、前記別の入力信号をフィルターし、前記第2の副信号グループの形で少なくとも1つのフィルター結果を生成する。前記少なくとも1つのリングオシレータは、前記第2の副信号グループを生成し、前記別の入力信号を形成する。
本発明による装置および本発明による方法の実施形態は、本発明によるミキサーシステムの実施形態に対応する。
本発明は、なかんずく、従来技術である4相ミキサーシステムの大部分は4つの繰り返しを示し、多数のコンポーネントを必要とするという洞察に基づく。本発明は、なかんずく、3相ミキサーシステムは必要とするコンポーネントが少ないと言う基本的アイデアに基づく。
本発明は、なかんずく、変換性能を低下させることなく少ないコンポーネントですむミキサーシステムを提供するという問題を解決し、バランスを取る必要がないという点で有利である。
本発明の上記その他の態様は、以下に説明する実施形態を参照すれば明らかになるであろう。

図1に示した本発明によるアクティブミキサーシステム10は、例えば、トランスミッタ(アップコンバージョン時)またはレシーバ(ダウンコンバージョン時)等の一部を形成し、3つの副入力1、2、3と、3つの別の副入力4、5、6と、3つの副出力7、8、9とを有する。副入力1はトランジスタ12、15、18の制御電極(例えばベース(basis))に結合され、R副入力を形成する。副入力2はトランジスタ13、16、19の制御電極に結合され、S副入力を形成する。副入力3はトランジスタ11、14、17の制御電極に結合され、T副入力を形成する。
別の副入力4は別のR副入力を形成し、別のトランジスタ20の制御電極に結合されている。その別のトランジスタ20の第1の主電極(例えばエミッタ)は、電流源の一方の側に抵抗を介して結合されており、第2の主電極(例えばコレクタ)は、トランジスタ11−13の第1のグループの第1の主電極に結合されている。別の副入力5は別のS副入力を形成し、別のトランジスタ21の制御電極に結合されている。その別のトランジスタ21の第1の主電極は、電流源の一方の側に抵抗を介して結合されており、第2の主電極は、トランジスタ14−16の第2のグループの第1の主電極に結合されている。別の副入力6は別のT副入力を形成し、別のトランジスタ22の制御電極に結合されている。その別のトランジスタ22の第1の主電極は、電流源の一方の側に抵抗を介して結合されており、第2の主電極は、トランジスタ17−19の第3のグループの第1の主電極に結合されている。電流源のもう一方の側は第1の電源ラインに結合されている。
トランジスタ12、14、19の第2の主電極は、R副出力を形成する副出力7に結合され、また抵抗を介して第2の電源ラインに結合されている。トランジスタ13、15、17の第2の主電極は、S副出力を形成する副出力8に結合され、また抵抗を介して第2の電源ラインに結合されている。トランジスタ11、16、18の第2の主電極は、T副出力を形成する副出力9に結合され、また抵抗を介して第2の電源ラインに結合されている。
本発明によるアクティブミキサーシステム10において、トランジスタ11−19は例えばバイポーラトランジスタである。このトランジスタ11−19は副入力1、2、3を介して入力された副信号の増幅も行う。それゆえ、両入力信号の最も弱い信号(例えばアンテナ信号等)がこれら副入力1、2、3に供給される。バイポーラトランジスタの場合、集積時、これらのトランジスタは互いに比較的類似しており、集積差異の補償がもはや必要ないか、必要であっても小さいレベルでよい。別のトランジスタ20−22は例えばバイポーラトランジスタ等であり、これらのバイポーラトランジスタは第2のグループの副信号に応じてトランジスタ11−13、14−16、17−19のグループをスイッチする。それゆえ、両入力信号の最も強い信号(例えばオシレーション信号等)は、これら別の副入力4、5、6に供給される。
図1の別の副入力4、5、6の副信号は、それが図1の副出力7、8、9の副信号に転送される転送のされ方を決定する。別の副入力4、5、6の3つの副信号について、別の副入力4の副信号の電圧が別の副入力5、6の副信号の電圧より高い時、その瞬間においては、副入力1、2、3の副信号は大部分が、副入力1から副出力7へ、副入力2から副出力8へ、副入力3から副出力9へ、それぞれ転送される。別の副入力5の副信号の電圧が別の副入力4、6の副信号の電圧より高いとき、副入力1、2、3の副信号は大部分が、副入力1から副出力8へ、副入力2から副出力9へ、副入力3から副出力7へ、それぞれ転送される。最後に、別の副入力6の副信号の電圧が別の副入力4、5の副信号の電圧より高いとき、副入力1、2、3の副信号は大部分が、副入力1から副出力9へ、副入力2から副出力7へ、副入力3から副出力8へ、それぞれ転送される。このように、3つの信号の各グループ内での順序に応じて、別の副入力4、5、6の副信号の瞬間的位相が、副入力1、2、3の副信号の位相に加えられるか、または引かれる。これにより、副出力7、8、9には、副入力1、2、3の周波数および副入力4、5、6の周波数を加えた周波数、または両者の差の周波数を有する実質的な成分を含む副信号が出力される。図1に示した実施形態において、この出力は3つの別のトランジスタ20、21、22により実現される。これら3つのトランジスタ20、21、22は、全電流が9つのトランジスタ11−19に分割される分割のされ方を決定する。この分割は、別の副入力4、5、6の副信号の瞬間値により決まる。この副信号は別のトランジスタ20、21、22の制御信号として作用する。その結果電流は9つのトランジスタ11−19のうち3つに多く流れ(favor)、上で説明したように、副入力1、2、3の副信号の副出力への3つの経路に多く流れる(favor)。
従来技術によるミキサーシステムにおける従来技術であるギルバートセル(Gilbert cells)と比較して、ミキサーシステム10ではトランジスタの数が24から12(電流源のトランジスタは数えない)に減っている。あるいは、トランジスタ11−19および/またはトランジスタ20−22はFET等でもよい。
図2に示した本発明によるパッシブミキサーシステム40は、例えばトランスミッタ(アップコンバート時)またはレシーバ(ダウンコンバート時)の一部を形成し、3つの副入力1、2、3、3つの別の副入力4、5、6、および3つの副出力7、8、9を有する。副入力1は抵抗を介してトランジスタ41、42、43の第1のグループの第2の主電極(例えばドレイン)に結合されており、アーリー(early)副入力を形成する。副入力2は抵抗を介してトランジスタ44、45、46の第2のグループの第2の主電極に結合されており、ノーマル(normal)副入力を形成する。副入力3は抵抗を介してトランジスタ47、48、49の第3のグループの第2の主電極に結合されており、レイト(late)副入力を形成する。前記第2の主入力には例えばアンテナ信号が入力される。
別の副入力4は別のアーリー副入力を形成し、トランジスタ41、44、47の制御電極(例えばゲート)に結合される。別の副入力5は別のノーマル副入力を形成し、トランジスタ42、45、48の制御電極に結合される。別の副入力6は別のレイト副入力を形成し、トランジスタ43、46、49の制御電極に結合される。前記制御電極には、例えばオシレーション信号が入力される。
トランジスタ42、44、49の第1の主電極(例えばソース)は、各々、抵抗を介して副出力7に結合されている。副出力7はアーリー副出力を形成する。トランジスタ43、45、47の第1の主電極は、各々、抵抗を介して副出力8に結合されている。副出力8はノーマル副出力を形成する。トランジスタ41、46、48の第1の主電極は、各々、抵抗を介して副出力9に結合されている。副出力9はレイト副出力を形成する。
本発明によるパッシブミキサーシステム40において、トランジスタ41−49は例えばFET等である。これらトランジスタ41−49は、副信号の第2のグループに応じて、低インピーダンスから高インピーダンスに、またはその反対にスイッチされる。
図1を参照して説明したのと同様に、図2において、別の副入力4、5、6の副信号は、副入力1、2、3の副信号が副出力7、8、9の副信号に転送されるその転送のされ方を決定する。それに加えて、図2において、トランジスタのインピーダンスがその制御電極の瞬間電圧により影響されるその影響のされ方を利用する。その瞬間電圧は別の副入力4、5、6の副信号により与えられる。
各々4つのMOSトランジスタを有する4つのパッシブミキサーと比較して、ミキサーシステム40はトランジスタ数を16から9に減らした。
図3に示した本発明による装置70は、例えば携帯電話・モデム・トランシーバ等の通信装置であってもよく、例えばラジオ等のオーディオレシーバであってもよく、例えばテレビジョン等のオーディオ/ビデオレシーバであってもよい。装置70は、本発明によるミキサーシステム10、40と、少なくとも1つの多相フィルター73と、少なくとも1つの別の多相フィルター71とを有する。少なくとも1つの多相フィルター73の入力は前記副出力7、8、9に結合され、出力信号76を出力する。少なくとも1つの別の多相フィルター71は入力信号74を入力され、出力は副入力1、2、3と結合されている。本装置70は、さらに、少なくとも1つのさらに別の多相フィルター72、または少なくとも1つのリングオシレータ72を有する。少なくとも1つのさらに別の多相フィルター72の出力は前記別の副入力4、5、6に結合されており、その入力には別の入力信号75が入力される。少なくとも1つのリングオシレータ72の出力は前記別の副入力4、5、6に結合されており、その信号の前記第2のグループが別の入力信号を形成する。
副信号の第3のグループを出力信号76と結合するため、多相フィルター73は副出力7、8、9と結合されている。それに加えて、多相フィルター73は副信号の第3のグループをフィルターし、出力信号76の形式である少なくとも1つのフィルター結果を生成する。
副信号の第1のグループを入力信号74に分割するため、多相フィルター71は副入力1、2、3と結合されている。それに加えて、多相フィルター71は入力信号74をフィルターし、副信号の第1のグループの形式である少なくとも1つのフィルター結果を生成する。
別の入力信号75を副信号の第2のグループに分割するため、多相フィルター72は別の副入力4、5、6に結合されている。それに加えて、多相フィルター72は別の入力信号75をフィルターし、副信号の第2のグループの形式である少なくとも1つのフィルター結果を生成する。あるいは、リングオシレータ72は、副信号の第2のグループを生成する。その副信号の第2のグループはリングオシレータとともに前記別の入力信号を形成する。
例えば「変換するため」、「受信するため」、「スイッチするため」等における「〜のため」という表現は、同時であろうとなかろうと、他の機能が実行されることを排除するものではない。例えば、「Yに結合されたX」、「XとYの結合」、「XとYを結合する」等の表現は、XとYの間にエレメントZがあることを排除するものではない。「PはQを有する」等の表現は、エレメントRを有する/含むことを排除するものではない。「1つの」と言う用語は1以上の存在を排除するものではない。
図3において、多相フィルタ71、72、73はいくつかの多相フィルタを有していてもよい(相当してもよい)。あるいは、入力信号74は副信号の第1のグループを含むと考えてもよい。別の入力信号75は副信号の第2のグループを含むと考えてもよい。出力信号76は副信号の第3のグループを含むと考えてもよい。前記多相フィルターの代替物を排除すべきではない。アーリー副入力、ノーマル副入力、レイト副入力はそれぞれR副入力、S副入力、T副入力に対応する。
本発明は、なかんずく、従来技術による4相ミキサーシステムは4つの繰り返しを示し、多数のコンポーネントを要するという洞察に基づく。3相ミキサーシステムは、なかんずく、より少ないコンポーネントですむという基本的アイデアにもとづく。
本発明は、なかんずく、変換性能を低下させることなく少ないコンポーネントですむミキサーシステムを提供するという問題を解決し、バランスを取る必要がないという点で有利である。
本発明によるアクティブミキサーシステムを示す概略図である。 本発明によるパッシブミキサーシステムを示す概略図である。 本発明によるミキサーシステムを有する、本発明による装置を示すブロック図である。

Claims (10)

  1. 入力信号を別の入力信号と混合することにより、1つの周波数を有する前記入力信号を他の周波数の出力信号に変換するミキサーシステムであって、
    第1の副信号グループを受け取る少なくとも3つの副入力と、
    第2の副信号グループを受け取る少なくとも3つの別の副入力と、
    第3の副信号グループを生成する少なくとも3つの副出力と
    を有し、前記第3の副信号グループは少なくとも、
    第2の副信号と第1の副信号の間にある第1位相差と、
    第3の副信号と前記第2の副信号の間にある第2位相差と
    を有する3つの副信号を有し、
    前記第1位相差と前記第2位相差は各々100°−140°の範囲内にあることを特徴とするミキサーシステム。
  2. 請求項1に記載のミキサーシステムであって、
    各副信号グループについて、前記第1位相差と前記第2位相差は各々前記範囲内にあることを特徴とするミキサーシステム。
  3. 請求項2に記載のミキサーシステムであって、
    前記第1位相差と前記第2位相差は各々118°−122°の範囲内にあることを特徴とするミキサーシステム。
  4. 請求項2に記載のミキサーシステムであって、
    副入力ごとに1つのトランジスタグループを有することを特徴とするミキサーシステム。
  5. 請求項4に記載のミキサーシステムであって、
    各々が前記トランジスタグループの1つをスイッチングする、別の副入力ごとに別のトランジスタを有し、
    前記グループごとのトランジスタの制御電極は前記副入力に結合され、
    前記別のトランジスタの制御電極は各々前記別の副入力の1つに結合され、
    前記別のトランジスタの第1主電極は相互に結合され、
    前記別のトランジスタの第2主電極は前記トランジスタグループの1つのすべての第1主電極に結合され、
    1つのトランジスタグループの各トランジスタの第2主電極は他のトランジスタグループの各々の1つのトランジスタの第2主電極と、副出力とに結合されたことを特徴とするミキサーシステム。
  6. 請求項5に記載のミキサーシステムであって、
    各トランジスタグループの前記トランジスタは少なくともバイポーラトランジスタであることを特徴とするミキサーシステム。
  7. 請求項4に記載のミキサーシステムであって、
    1つのトランジスタグループ各トランジスタの制御電極は他のトランジスタグループの各々の1つのトランジスタの制御電極と、別の副入力とに結合され、
    各トランジスタグループの第1主電極は相互に結合され、および副入力と結合され、
    1つのトランジスタグループの各トランジスタの第2主電極は他のトランジスタグループの各々の1つのトランジスタの第2主電極と、副出力とに結合されたことを特徴とするミキサーシステム。
  8. 装置であって、
    入力信号を別の入力信号と混合することにより、1つの周波数を有する前記入力信号を他の周波数の出力信号に変換するミキサーシステムであって、
    第1の副信号グループを受け取る少なくとも3つの副入力と、
    第2の副信号グループを受け取る少なくとも3つの別の副入力と、
    第3の副信号グループを生成する少なくとも3つの副出力と
    を有し、前記第3の副信号グループは少なくとも、
    第2の副信号と第1の副信号の間にある第1位相差と、
    第3の副信号と前記第2の副信号の間にある第2位相差と
    を有する3つの副信号を有し、
    前記第1位相差と前記第2位相差は各々100°−140°の範囲内にあることを特徴とするミキサーシステムと、
    前記第3の副信号グループを前記出力信号に結合するために前記副出力に結合された、少なくとも1つの多相フィルターと
    を有することを特徴とする装置。
  9. 請求項8に記載の装置であって、前記装置は
    前記入力信号を前記第1の副信号グループに分割するために前記副入力に結合された少なくとも1つの別の多相フィルターを有し、
    前記別の入力信号を前記第2の副信号グループに分割する、前記別の副信号に結合された、少なくとも1つのさらに別の多相フィルター、または前記第2の副信号グループを生成し前記別の入力信号を形成する少なくとも1つのリングオシレータのいずれかを有することを特徴とする装置。
  10. 入力信号を別の入力信号と混合することにより、1つの周波数を有する前記入力信号を他の周波数の出力信号に変換する方法であって、
    第1の副信号グループを受け取るステップと、
    第2の副信号グループを受け取るステップと、
    第3の副信号グループを生成するステップと
    を有し、前記第3の副信号グループは少なくとも、
    第2の副信号と第1の副信号の間にある第1位相差と、
    第3の副信号と前記第2の副信号の間にある第2位相差と
    を有する3つの副信号を有し、
    前記第1位相差と前記第2位相差は各々100°−140°の範囲内にあることを特徴とする方法。
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