JP2009194888A - Mixer circuit and radio communication device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain high linearity of a base band signal to a current in a voltage-current conversion circuit for carrying out voltage-current conversion requiring high linearity, and to reduce the cost by realizing reduction in a channel width of a transistor subjected to cascode connection and reduction in a chip size of the entirety of the circuit. <P>SOLUTION: The device is constituted of a carrier wave modulating part 100 and a voltage-current conversion part 1. The voltage-current conversion part 1 has a transistor M1, which operates in a linear region, and a transistor M2 which is subjected to cascode connection to the transistor M1 and whose drain side is connected to a carrier wave modulating part 100. A negative feed back amplifier A1, whose feed back gain is A, is added between the drain of the transistor M1 and the gate of the transistor M2. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ギルバートセル・ミキサ等に代表されるミキサ回路、及びそれを有する無線通信装置に関わり、入力信号に対する出力信号の周波数成分の線形性に関するものである。   The present invention relates to a mixer circuit typified by a Gilbert cell mixer and the like, and a wireless communication apparatus having the mixer circuit, and relates to linearity of frequency components of an output signal with respect to an input signal.

特許文献1には、入力3次インターセプトポイントIIP3のピークを優先することは、多少なりとも変換電圧利得を犠牲にすることになり、それに伴って雑音指数NFが低下してしまうので、ミキサの性能を最大限に引出しているとは言えない。そこで、電源ライン間に第1の電流源、増幅段、スイッチ段および出力負荷が直列に接続され、前記増幅段およびスイッチ段に入力される第1および第2の信号を混合した出力を前記スイッチ段と出力負荷との間から出力するようにしたミキサ回路において、前記増幅段とスイッチ段との間にバイアス電流を供給することによって、該増幅段とスイッチ段との動作電流を個別に設定する第2の電流源を備え、前記第2の電流源によるバイパス電流の値を、出力3次インターセプトポイントOIP3が最大、つまり線形性が向上するように設定したミキサ回路が開示されている。   In Patent Document 1, giving priority to the peak of the input third-order intercept point IIP3 sacrifices the conversion voltage gain to some extent, and accordingly, the noise figure NF is lowered. It cannot be said that it is drawing out to the maximum. Therefore, a first current source, an amplification stage, a switch stage, and an output load are connected in series between the power supply lines, and an output obtained by mixing the first and second signals input to the amplification stage and the switch stage is the switch. In a mixer circuit configured to output from between a stage and an output load, by supplying a bias current between the amplification stage and the switch stage, the operating currents of the amplification stage and the switch stage are individually set. There is disclosed a mixer circuit that includes a second current source and sets a value of a bypass current by the second current source so that an output third-order intercept point OIP3 is maximized, that is, linearity is improved.

また、特許文献2には、カスコードではなく、反転端子を入力子とする演算増幅回路の出力がPMOSトランジスタのゲートにあたえられており、該PMOSトランジスタのドレイン側が抵抗を介して接地され、ソース側は電源に接続されている。この回路は前記抵抗の両端に入力端子に印加される電圧と同じ電圧を印加させて出力端子に電流を発生させるものである。前記PMOSトランジスタに流れる電流は入力電圧に比例したものとして取り出すことができるPLL回路が開示されている。
特開2004−104515公報 特開2006−33197公報
Further, in Patent Document 2, an output of an operational amplifier circuit having an inverting terminal as an input, not a cascode, is given to the gate of a PMOS transistor, and the drain side of the PMOS transistor is grounded via a resistor, and the source side Is connected to the power supply. In this circuit, the same voltage as that applied to the input terminal is applied to both ends of the resistor to generate a current at the output terminal. A PLL circuit is disclosed in which the current flowing through the PMOS transistor can be taken out as being proportional to the input voltage.
JP 2004-104515 A JP 2006-33197 A

電気通信において情報を伝送するベースバンド信号の帯域を高周波側に周波数変換する(以下、「アップコンバージョン」という)ミキサ回路において、搬送波(高周波)とベースバンド信号を乗算する際、その搬送波の高調波を含む成分はLPFによって容易に除去し得る。しかし、ベースバンド信号の周波数は搬送波のそれと比べ低く設定されているため、基準搬送波周波数を中心としたベースバンド信号の高調波に関する成分はフィルタ等でも容易に除去できず、さらには図6に示すようにミキサ回路の中間周波数帯に入り込むおそれがある。
図6に示すω1は搬送波角周波数、ω2はベースバンド信号の角周波数である。この図6から破線で囲った不要信号が所望信号に近接することが分かる。
In a mixer circuit that converts the frequency of a baseband signal that transmits information in telecommunications to a high frequency side (hereinafter referred to as “up-conversion”), when the carrier wave (high frequency) is multiplied by the baseband signal, the harmonics of the carrier wave Components containing can be easily removed by LPF. However, since the frequency of the baseband signal is set lower than that of the carrier wave, components related to the harmonics of the baseband signal centered on the reference carrier frequency cannot be easily removed by a filter or the like. Thus, there is a risk of entering the intermediate frequency band of the mixer circuit.
Ω 1 shown in FIG. 6 is the carrier angular frequency, and ω 2 is the angular frequency of the baseband signal. It can be seen from FIG. 6 that the unnecessary signal surrounded by the broken line is close to the desired signal.

また、ベースバンド信号の帯域を低周波側に周波数変換する(以下、「ダウンコンバージョン」という)ミキサ回路において搬送波(高周波)とベースバンド信号を乗算する際においても、搬送波及びベースバンド信号の高調波に関する成分はLPFによって容易に除去し得る。しかし、搬送波−ベースバンド信号の高調波に関する成分はその周波数帯域が中間周波数のそれと比べても大きな違いがないため、LPF等でも容易に除去できず、さらには図7に示すようにミキサ回路の中間周波数帯に入り込むおそれがある。
図7に示すω1は搬送波角周波数、ω2はベースバンド信号の角周波数である。この図7から破線で囲った不要信号が所望信号に近接することが分かる。
以上のことから、ベースバンド信号の高調波成分が生じることは、アップコンバージョン及びダウンコンバージョン共に妨害信号を送受信することに繋がる。そのため、目的外の信号によって目的となる信号の送受信が妨げられることのないように、妨害排除能力を高めておくことが送受信性能として重要になる。
In addition, when a carrier wave (high frequency) is multiplied by a baseband signal in a mixer circuit that performs frequency conversion of the band of the baseband signal to the low frequency side (hereinafter referred to as “down conversion”), harmonics of the carrier wave and the baseband signal are also used. Can be easily removed by LPF. However, since the component related to the harmonics of the carrier wave-baseband signal is not significantly different from that of the intermediate frequency, it cannot be easily removed by LPF or the like, and further, as shown in FIG. There is a risk of entering the intermediate frequency band.
Ω 1 shown in FIG. 7 is the carrier angular frequency, and ω 2 is the angular frequency of the baseband signal. It can be seen from FIG. 7 that the unnecessary signal surrounded by the broken line is close to the desired signal.
From the above, the generation of harmonic components in the baseband signal leads to transmission / reception of interference signals in both up-conversion and down-conversion. For this reason, it is important as transmission / reception performance to increase the interference elimination capability so that transmission / reception of a target signal is not hindered by an unintended signal.

ここで、図8に上記の課題を解決することができるミキサ回路の一例を示す。
図8に示すミキサ回路は、搬送波変調部100と、ベースバンド信号の電圧−電流変換部110とにより構成される。搬送波変調部100のノードLO+、及びLO−には各々搬送波信号の同相成分、差動成分が入力され、変調された信号が負荷により差動出力OUT1及びOUT2として出力する。
このミキサ回路は、NMOSトランジスタを用い、ベースバンド信号が単相である構成となっている。ちなみにベースバンド信号が差動入力であるミキサ及び各種能動ミキサでも同様である。
Here, FIG. 8 shows an example of a mixer circuit that can solve the above problem.
The mixer circuit shown in FIG. 8 includes a carrier wave modulation unit 100 and a baseband signal voltage-current conversion unit 110. The in-phase component and the differential component of the carrier signal are input to the nodes LO + and LO− of the carrier modulation unit 100, respectively, and the modulated signals are output as differential outputs OUT1 and OUT2 by the load.
This mixer circuit uses an NMOS transistor and has a single-phase baseband signal. Incidentally, the same applies to a mixer in which the baseband signal is a differential input and various active mixers.

電圧−電流変換部110では、ベースバンド信号を電流の形で搬送波変調部に伝達している。そのため、ベースバンド信号の高調波成分が発生しないよう、ベースバンド信号を電圧−電流変換するMOSトランジスタM1は、線形領域で動作することが望ましい。しかし、線形領域ではソース−ドレイン間電圧(片方が固定電位の場合はソースまたはドレイン電位)に変動が生じると、それがドレイン電流に比例関係で影響し、非線形要素が生じる。特に、図8に示すミキサ回路ではトランジスタM1のゲートに入力される信号が変動した際、ドレイン電流に変化が生じ、結果的にドレインの電位(ソース−ドレイン間電圧)に変動が生じる。
また、搬送波が入力される回路がトランジスタM1のドレイン側に接続されるため搬送波の影響も受けやすい。さらには線形領域で動作するため飽和領域のときに比べ利得が低くなってしまう。
当該影響を回避するためベースバンド信号を電圧−電流変換する際、トランジスタM1のドレインが変動するのを抑え、かつより高い利得を得るようにするため、トランジスタM2をカスコード接続しているような従来技術も存在する(例えば、Behzad Razavi著/黒田 忠広 監訳;アナログCMOS集積回路の設計 基礎編、第7刷、丸善株式会社、3.5節参照に記載の技術など)。なお、トランジスタM2のゲートはバイアス電圧で固定されている。
The voltage-current conversion unit 110 transmits the baseband signal to the carrier modulation unit in the form of current. Therefore, it is desirable that the MOS transistor M1 that performs voltage-current conversion of the baseband signal operates in a linear region so that harmonic components of the baseband signal are not generated. However, if a change occurs in the source-drain voltage (source or drain potential when one of them is a fixed potential) in the linear region, it affects the drain current in a proportional relationship, resulting in a nonlinear element. In particular, in the mixer circuit shown in FIG. 8, when the signal input to the gate of the transistor M1 changes, the drain current changes, and as a result, the drain potential (source-drain voltage) changes.
Further, since the circuit to which the carrier wave is input is connected to the drain side of the transistor M1, it is easily affected by the carrier wave. Furthermore, since it operates in the linear region, the gain is lower than that in the saturation region.
Conventionally, the transistor M2 is cascode-connected in order to suppress the fluctuation of the drain of the transistor M1 and obtain a higher gain when performing voltage-current conversion of the baseband signal to avoid the influence. There are also technologies (for example, Behzad Razavi / translated by Tadahiro Kuroda; analog CMOS integrated circuit design basics, 7th edition, Maruzen Co., Ltd., refer to Section 3.5). Note that the gate of the transistor M2 is fixed by a bias voltage.

この回路において線形領域で動作しているトランジスタM1及びトランジスタM2のドレインに流れる電流I0に関する式を式(1)に示す。

Figure 2009194888
ただし、式内のβは、式(2)のようにチャネル幅W、チャネル長L及びプロセスによって決まる定数β0で表される。以降βの値は各トランジスタによって決められるものとする。
Figure 2009194888
式(1)の電流I0が流れている状態からVinが△Vinだけ変化し、それに伴いV1が△V1、I0が△I0だけ変化したものとすると、式(1)から式(3)が得られる。
Figure 2009194888
トランジスタM1に関する式(1)及び(3)から△I0に関する式(4)が求められる。
Figure 2009194888
Equation (1) shows an equation regarding the current I 0 flowing through the drains of the transistors M1 and M2 operating in the linear region in this circuit.
Figure 2009194888
However, β in the equation is represented by a constant β 0 determined by the channel width W, the channel length L, and the process as in equation (2). Hereinafter, the value of β is determined by each transistor.
Figure 2009194888
Assuming that V in changes by ΔV in from the state where the current I 0 in equation (1) flows, V 1 changes by ΔV 1 and I 0 changes by ΔI 0 accordingly, equation (1) From which equation (3) is obtained.
Figure 2009194888
Equation (4) relating to ΔI 0 is obtained from equations (1) and (3) relating to transistor M1.
Figure 2009194888

ここで、トランジスタM1及びM2に流れる△I0は等しいので、トランジスタM1及びM2の各トランスコンダクタンスgm1、gm2を用いて式(5)が成立する。

Figure 2009194888
式(5)からトランジスタM2のトランスコンダクタンスによって、△Vinに対するトランジスタM1のドレイン電位の変動△V1が抑えられていることが分かる。
この式(5)を上述の式(4)に代入すると式(6)が得られ、その式(6)の△Vinの二乗に関する項が非線形項となる。
Figure 2009194888
式(6)からトランジスタM1のトランスコンダクタンスをより低く、トランジスタM2のトランスコンダクタンスをより高く設定することが望ましいことが分かる。そのため、トランジスタM2は飽和領域で動作させることが良いことも分かる。 Here, since ΔI 0 flowing through the transistors M1 and M2 is equal, Expression (5) is established using the transconductances g m1 and g m2 of the transistors M1 and M2.

Figure 2009194888
From the equation (5), it can be seen that the variation ΔV 1 of the drain potential of the transistor M1 with respect to ΔV in is suppressed by the transconductance of the transistor M2.
By substituting this equation (5) into the above equation (4), equation (6) is obtained, and the term relating to the square of ΔV in in the equation (6) becomes a nonlinear term.
Figure 2009194888
From equation (6), it can be seen that it is desirable to set the transconductance of the transistor M1 lower and the transconductance of the transistor M2 higher. Therefore, it can be seen that the transistor M2 is preferably operated in the saturation region.

しかし、ミキサ回路全体の利得もある程度必要なのでトランジスタM1の利得はゼロにはできない。それに伴いトランジスタM2のトランスコンダクタンスgm2も大きくなり、そのチャネル幅は著しく増大し、トランジスタM1及びM2のドレインに流れる電流値及びミキサ回路全体の電力消費も増大してしまうという問題点があった。
また、特許文献1で挙げられた回路によれば、回路を構成する素子が前記カスコード回路に比べ多くなり、チップ面積・消費電力量の増大や設計の煩雑さを招くという問題点があった。
さらに特許文献2では、電流に対する入力電圧の非線形成分を低く設定しようとすると線形成分も低くなり、十分な利得が得られない等の問題点があった。
本発明は、上記したような点を鑑みてなされたものであり、上述のように高い線形性を必要とする電圧−電流変換を行うカスコード回路において、電流に対するベースバンド信号の高い線形性を得、かつカスコード接続させるトランジスタのチャネル幅の節減及び回路全体のチップサイズの縮小化によりコスト削減を図ることができるミキサ回路、及びそれを有する無線通信装置を提供することを目的とする。
However, since the gain of the entire mixer circuit is also required to some extent, the gain of the transistor M1 cannot be made zero. As a result, the transconductance g m2 of the transistor M2 is also increased, the channel width is remarkably increased, and the current value flowing through the drains of the transistors M1 and M2 and the power consumption of the entire mixer circuit are increased.
Further, according to the circuit described in Patent Document 1, there are problems that the number of elements constituting the circuit is larger than that of the cascode circuit, resulting in an increase in chip area / power consumption and complicated design.
Further, in Patent Document 2, when the nonlinear component of the input voltage with respect to the current is set to be low, the linear component also becomes low, and a sufficient gain cannot be obtained.
The present invention has been made in view of the above points, and in the cascode circuit that performs voltage-current conversion that requires high linearity as described above, high linearity of the baseband signal with respect to current is obtained. Another object of the present invention is to provide a mixer circuit capable of reducing costs by reducing the channel width of a transistor to be cascode-connected and reducing the chip size of the entire circuit, and a wireless communication apparatus having the mixer circuit.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、2つの入力信号を掛け合わせることによって周波数変換を行うミキサ回路において、少なくとも一つの線形領域で動作する第1MOSトランジスタを有する入力段、及び前記第1MOSトランジスタに対してカスコード接続された少なくとも1つの第2MOSトランジスタを有し、前記2つの入力信号のうち一方の信号を電圧−電流変換する電圧−電流変換回路と、前記第1MOSトランジスタのドレインと前記第2MOSトランジスタのゲートとの間に設けられ、前記第1MOSトランジスタのドレイン電位を前記第2MOSトランジスタのゲートにネガティブフィードバックするフィードバック回路と、を備えたことを特徴とする。   To achieve the above object, the invention according to claim 1 is a mixer circuit that performs frequency conversion by multiplying two input signals, and an input stage having a first MOS transistor that operates in at least one linear region, and A voltage-current conversion circuit that has at least one second MOS transistor that is cascode-connected to the first MOS transistor, converts one of the two input signals to a voltage-current, and a drain of the first MOS transistor; And a feedback circuit provided between the gate of the second MOS transistor and negatively feeding back the drain potential of the first MOS transistor to the gate of the second MOS transistor.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のミキサ回路において、前記フィードバック回路は、レギュレーティング用増幅器を備え、前記第1MOSトランジスタのドレインに反転入力端子が接続され、出力端子が前記第2MOSトランジスタのゲートに接続されることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のミキサ回路において、前記レギュレーティング用増幅器は、第3MOSトランジスタによるソース接地またはエミッタ接地増幅回路を含み、前記第1MOSトランジスタのドレインが前記第3MOSトランジスタのゲートまたはベースに接続され、前記第3MOSトランジスタのドレインまたはエミッタが前記第2MOSトランジスタのゲートに接続されることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載のミキサ回路において、前記電圧−電流変換回路に入力される信号が単相であることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載のミキサ回路において、前記電圧−電流変換回路が2組設けられ、前記2組の電圧−電流変換回路に差動入力信号がそれぞれ入力されることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the mixer circuit according to the first aspect, the feedback circuit includes a regulating amplifier, an inverting input terminal is connected to a drain of the first MOS transistor, and an output terminal is the first circuit. It is connected to the gate of a 2MOS transistor.
According to a third aspect of the present invention, in the mixer circuit according to the second aspect, the regulating amplifier includes a common-source or common-emitter amplifier circuit using a third MOS transistor, and the drain of the first MOS transistor is the third MOS transistor. The third MOS transistor is connected to the gate or base of the transistor, and the drain or emitter of the third MOS transistor is connected to the gate of the second MOS transistor.
According to a fourth aspect of the present invention, in the mixer circuit according to any one of the first to third aspects, the signal input to the voltage-current conversion circuit is single-phase.
According to a fifth aspect of the present invention, in the mixer circuit according to any one of the first to third aspects, two sets of the voltage-current conversion circuits are provided, and a differential input signal is provided to the two sets of voltage-current conversion circuits. Are inputted respectively.

請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載のミキサ回路において、前記電圧−電流変換回路に入力される信号の帯域を高周波側に周波数変換することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載のミキサ回路において、前記電圧−電流変換回路に入力される信号の帯域を低周波側に周波数変換することを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載のミキサ回路を2組有し、前記電圧−電流変換回路への入力信号をそれぞれ同相成分及び直交成分に分けて入力し、もう一方の入力信号である搬送波をそれぞれ同相成分及び直交成分に分けて前記各ミキサ回路に入力することを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、情報を伝送する信号に関して高い線形性を必要とする無線通信装置であって、請求項1乃至8のいずれかに記載のミキサ回路を有することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the mixer circuit according to any of the first to fifth aspects, a frequency band of a signal input to the voltage-current conversion circuit is frequency-converted to a high frequency side.
According to a seventh aspect of the present invention, in the mixer circuit according to any one of the first to fifth aspects, a band of a signal input to the voltage-current conversion circuit is frequency-converted to a low frequency side. .
The invention according to claim 8 has two sets of the mixer circuits according to any one of claims 1 to 7, and inputs the input signals to the voltage-current conversion circuit separately into in-phase components and quadrature components, respectively. The carrier wave, which is the other input signal, is divided into an in-phase component and a quadrature component, respectively, and input to the mixer circuits.
The invention described in claim 9 is a wireless communication apparatus that requires high linearity with respect to a signal for transmitting information, and includes the mixer circuit according to any one of claims 1 to 8.

本発明のミキサ回路によれば、入力段として線形領域で動作し入力信号を電圧−電流変換する第1MOSトランジスタ、及びその第1MOSトランジスタにカスコード接続された第2MOSトランジスタを有し、線形領域で動作する第1MOSトランジスタのドレインもしくは第2MOSトランジスタのソースをカスコード接続された第2MOSトランジスタのゲートにネガティブフィードバックすることによって、入力信号に対する出力信号への線形性が高められる。さらには線形性向上とのトレードオフによって、カスコード接続された第2MOSトランジスタのチャネル幅の節減、及びそれに伴う消費電流の低減等、コストの削減を図ることもできる。
また本発明の無線通信装置によれば、高い線形性を得、カスコード接続された第2MOSトランジスタのチャネル幅の節減、それに伴う消費電流の低減等コスト削減を実現できる。また無線通信の狭帯域に含有する多種の周波数成分とミキサ回路の非線形性による相互変調を抑えることが出来る。相互変調による妨害信号の影響をキャンセルまたは回避するためには増幅、フィルタリングなどにおいても洗練された技術が必要となるが、これらのコストの削減や設計の煩雑さの緩和を図ることができる。
According to the mixer circuit of the present invention, the input stage has a first MOS transistor that operates in a linear region and converts an input signal to voltage-current, and a second MOS transistor that is cascode-connected to the first MOS transistor, and operates in the linear region. By negatively feeding back the drain of the first MOS transistor or the source of the second MOS transistor to the gate of the second MOS transistor connected in cascode, the linearity of the input signal to the output signal is improved. Furthermore, by reducing the linearity, the cost can be reduced by reducing the channel width of the cascode-connected second MOS transistor and reducing the current consumption associated therewith.
Further, according to the wireless communication apparatus of the present invention, high linearity can be obtained, and cost reduction such as reduction in channel width of the second MOS transistor connected in cascode and reduction in current consumption associated therewith can be realized. Further, it is possible to suppress intermodulation due to various frequency components contained in a narrow band of wireless communication and nonlinearity of the mixer circuit. In order to cancel or avoid the influence of interfering signals due to intermodulation, sophisticated techniques are required for amplification, filtering, etc., but these costs can be reduced and the complexity of the design can be reduced.

以下、図面等を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るミキサ回路を示した図であり、第1の実施形態に係るミキサ回路は、搬送波変調部100と電圧−電流変換部1とにより構成される。搬送波変調部100のノードLO+、及びLO−には各々搬送波信号の同相成分、差動成分が入力され、変調された信号が負荷により差動出力OUT1及びOUT2として出力する。
電圧−電流変換部1は、線形領域で動作するトランジスタ(第1MOSトランジスタ)M1と、このトランジスタM1に対してカスコード接続され、ドレイン側が搬送波変調部100と接続されているトランジスタ(第2MOSトランジスタ)M2を有している。
そして、第1の実施形態では、トランジスタM1のドレイン(もしくはトランジスタM2のソース)とトランジスタM2のゲートとの間にネガティブフィードバックするフィードバック回路として、フィードバックゲインをAとするネガティブフィードバック増幅器(レギュレーティング用増幅器)A1を付加するようにした点に特徴がある。
ネガティブフィードバック増幅器A1は、トランジスタM1のドレインに反転入力端子が接続され、出力端子がトランジスタM2のゲートに接続され、トランジスタM1のドレイン電位の変動を負帰還させる回路として機能する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a mixer circuit according to a first embodiment of the present invention, and the mixer circuit according to the first embodiment includes a carrier wave modulation unit 100 and a voltage-current conversion unit 1. . The in-phase component and the differential component of the carrier signal are input to the nodes LO + and LO− of the carrier modulation unit 100, respectively, and the modulated signals are output as differential outputs OUT1 and OUT2 by the load.
The voltage-current conversion unit 1 includes a transistor (first MOS transistor) M1 that operates in a linear region, and a transistor (second MOS transistor) M2 that is cascode-connected to the transistor M1 and that has a drain side connected to the carrier wave modulation unit 100. have.
In the first embodiment, as a feedback circuit that performs negative feedback between the drain of the transistor M1 (or the source of the transistor M2) and the gate of the transistor M2, a negative feedback amplifier (regulating amplifier) having a feedback gain of A. ) There is a feature in that A1 is added.
The negative feedback amplifier A1 has an inverting input terminal connected to the drain of the transistor M1, an output terminal connected to the gate of the transistor M2, and functions as a circuit that negatively feeds back fluctuations in the drain potential of the transistor M1.

具体的に式を用いて説明する。この回路において線形領域で動作しているトランジスタM1のドレインに流れる電流I0に関する式を式(7)に示す。

Figure 2009194888
式(7)の電流I0が流れている状態からVinが△Vinだけ変化し、それに伴いV1が△V1、V2がΔV2、I0が△I0だけ変化したものとすると式(7)から式(8)が得られる。
Figure 2009194888
トランジスタM1に関する式(7)及び(8)から△I0に関する式(9)が求められる。
Figure 2009194888
This will be specifically described using equations. Expression (7) shows an expression relating to the current I 0 flowing through the drain of the transistor M1 operating in the linear region in this circuit.
Figure 2009194888
V in the state in which the current I 0 of the formula (7) is flowing is changed by △ V in, and that the accompanying V 1 is △ V 1, V 2 it changes [Delta] V 2, I 0 only △ I 0 Then, Expression (8) is obtained from Expression (7).
Figure 2009194888
Expression (9) regarding ΔI 0 is obtained from Expressions (7) and (8) regarding the transistor M1.
Figure 2009194888

ここで、トランジスタM1及びM2に流れる△I0は等しいので、トランジスタM1及びM2の各トランスコンダクタンスgm1、gm2を用いて式(10)が成立する。

Figure 2009194888
さらに、ネガティブフィードバック増幅器A1において、式(11)のような関係式が成り立つので、この式(11)を上述の式(10)に代入すると式(12)が得られる。
Figure 2009194888

Figure 2009194888
Here, since ΔI 0 flowing through the transistors M1 and M2 is equal, Expression (10) is established using the transconductances g m1 and g m2 of the transistors M1 and M2.
Figure 2009194888
Further, in the negative feedback amplifier A1, since a relational expression such as Expression (11) is established, Expression (12) is obtained by substituting Expression (11) into Expression (10) described above.
Figure 2009194888

Figure 2009194888

式(12)と従来方法で得られた式(5)を比較してみると、当式の分母が(1+A)倍され、その分△Vinに対するトランジスタM1のドレイン電位の変動△V1を抑える効力が増えたことが分かる。
この式(12)を上述の式(9)に代入すると式(13)が得られ、その式(13)の△Vinの二乗に関する項が非線形項となる。

Figure 2009194888
式(13)からトランジスタM1のトランスコンダクタンスをより低く、トランジスタM2のトランスコンダクタンスをより高く設定することが望ましいことが分かる。そのため、トランジスタM2は飽和領域で動作させることが良いことも分かる。
以上説明したように、第1の実施形態のミキサ回路によれば、電圧−電流変換部1にネガティブフィードバック増幅器A1を付加したことにより、トランジスタM2のトランスコンダクタンスが(1+A)倍された形となり、非線形項がより低く調整できるため線形性を高めることが出来る。また、チャネル幅と線形性がトレードオフの関係となり、同じ非線形性を持つ場合においては、チップサイズの縮小及び消費電力の面からも効果的である。 Comparing equations (12) and obtained expression in a conventional manner (5), the denominator of this equation is (1 + A) is multiplied, the variation △ V 1 of the drain potential of the transistor M1 for correspondingly △ V in It can be seen that the potency of suppression has increased.
By substituting this equation (12) into the above equation (9), equation (13) is obtained, and the term relating to the square of ΔV in in the equation (13) becomes a nonlinear term.
Figure 2009194888
From equation (13), it can be seen that it is desirable to set the transconductance of the transistor M1 lower and the transconductance of the transistor M2 higher. Therefore, it can be seen that the transistor M2 is preferably operated in the saturation region.
As described above, according to the mixer circuit of the first embodiment, by adding the negative feedback amplifier A1 to the voltage-current converter 1, the transconductance of the transistor M2 is multiplied by (1 + A), Since the nonlinear term can be adjusted lower, the linearity can be improved. In addition, the channel width and linearity are in a trade-off relationship, and in the case of the same nonlinearity, it is effective from the viewpoint of chip size reduction and power consumption.

次に本発明の第2の実施形態に係るミキサ回路について説明する。
図2は第2の実施形態に係るミキサ回路を示した図であり、この図2に示す第2の実施形態に係るミキサ回路は、電圧−電流変換部10にレギュレーティング用増幅器として、トランジスタ(第3MOSトランジスタ)M3及び負荷Zからなるソース接地増幅器11を付加するようにした点に特徴がある。このソース接地増幅器11は、トランジスタM1のドレイン電位の変動を帰還させる回路として機能する。
トランジスタM1のドレイン電位V1は、トランジスタM3のゲートと接続されている。このドレイン電位V1の変動は、トランジスタM3を介して電流I1へと伝播される。そして負荷Zによって増幅された信号となって電位V2に表れる。
具体的に式を用いて計算する。トランジスタM3と負荷Zで構成されるソース接地増幅器11において、トランジスタM3のトランスコンダクタンスgm3を用いると式(14)のような関係式が成り立つので、前記第1の実施形態からgm3ZはゲインAに相当することが分かる。

Figure 2009194888
以上説明したように、第2の実施形態のミキサ回路によれば、フィードバック回路としてソース接地増幅器11を付加したことによりトランジスタM2のトランスコンダクタンスが(1+gm3Z)倍された形となり、非線形項がより低く調整できるため線形性を高めることが出来る。特許文献1の構成と比べても比較的少量の素子数で非線形性に対して対応が出来る。また、チャネル幅と線形性がトレードオフの関係となり、同じ非線形性を持つ場合においては、チップサイズの縮小及び消費電力の面からも効果的である。 Next, a mixer circuit according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a diagram showing a mixer circuit according to the second embodiment. The mixer circuit according to the second embodiment shown in FIG. 2 includes a transistor ( The third MOS transistor) is characterized in that a common source amplifier 11 composed of M3 and a load Z is added. The grounded source amplifier 11 functions as a circuit that feeds back the fluctuation of the drain potential of the transistor M1.
The drain potential V 1 of the transistor M1 is connected to the gate of the transistor M3. The fluctuation of the drain potential V 1 is propagated to the current I 1 through the transistor M3. A signal amplified by the load Z appears at the potential V 2 .
Specifically, it is calculated using an equation. In the common source amplifier 11 composed of the transistor M3 and the load Z, if the transconductance g m3 of the transistor M3 is used, the relational expression as shown in the equation (14) is established. Therefore, from the first embodiment, g m3 Z is a gain. It can be seen that this corresponds to A.
Figure 2009194888
As described above, according to the mixer circuit of the second embodiment, by adding the common source amplifier 11 as a feedback circuit, the transconductance of the transistor M2 is multiplied by (1 + g m3 Z), and the nonlinear term is Since it can be adjusted lower, the linearity can be increased. Compared with the configuration of Patent Document 1, it is possible to cope with nonlinearity with a relatively small number of elements. In addition, the channel width and linearity are in a trade-off relationship, and in the case of the same nonlinearity, it is effective from the viewpoint of chip size reduction and power consumption.

次に本発明の第3の実施形態に係るミキサ回路について説明する。
第3の実施形態のミキサ回路は、上記図1、図2に示した第1又は第2の実施形態のミキサ回路において、電圧−電流変換が単相のベースバンド信号によってなされること(シングルバランスという)を特徴とする。
このミキサ回路では、搬送波から出力へのフィードスルーが欠点としてあるが、ベースバンド入力段では電圧−電流変換によってベースバンド信号が搬送波との変調部に供給されることから、変換回路の非線形性によって生ずるベースバンド信号の高調波成分は必ずミキサ回路の出力に妨害波の発生を引き起こす。
以上説明したように、第3の実施形態に係るミキサ回路によれば、シングルバランス・ミキサにおいても電流に対するベースバンド信号の線形性は肝要であることから、第1又は第2の実施形態のようなネガティブフィードバック増幅器を付加したカスコード回路で電圧−電流変換することによりその線形性を高めることは重要である。さらには妨害信号の抑制やチップサイズの縮小及び消費電力の面での効率化が図れる。
Next, a mixer circuit according to a third embodiment of the present invention will be described.
In the mixer circuit of the third embodiment, voltage-current conversion is performed by a single-phase baseband signal in the mixer circuit of the first or second embodiment shown in FIGS. Called).
In this mixer circuit, the feedthrough from the carrier wave to the output has a drawback. However, in the baseband input stage, the baseband signal is supplied to the modulation unit with the carrier wave by voltage-current conversion. The generated harmonic component of the baseband signal always causes an interference wave at the output of the mixer circuit.
As described above, according to the mixer circuit according to the third embodiment, since the linearity of the baseband signal with respect to the current is important even in the single balance mixer, as in the first or second embodiment. It is important to improve the linearity by performing voltage-current conversion with a cascode circuit to which a negative feedback amplifier is added. Furthermore, interference signals can be suppressed, the chip size can be reduced, and power consumption can be improved.

次に本発明の第4の実施形態に係るミキサ回路について説明する。
図3は第4の実施形態に係るミキサ回路を示した図であり、この図3に示すミキサ回路は、搬送波変調部20及び電圧−電流変換部30からなり、搬送波変調部20及び電圧−電流変換部30は第1の実施形態のミキサ回路を二つ並べた構成になっている。特徴としては搬送波信号とベースバンド信号が共に差動入力されておりダブルバランスと呼ばれる。図3に示しているのは、その能動型の例であるギルバートセルの形式である。
第4の実施形態でも、ミキサとしての基本的な周波数変換方法は変わらない。入力段でベースバンド信号を電圧−電流変換し、ノードLO+及びLO−には各々搬送波信号の同相成分、差動成分が入力され、変調された信号が負荷によって差動出力OUT1及びOUT2として出力される。
Next, a mixer circuit according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a diagram showing a mixer circuit according to the fourth embodiment. The mixer circuit shown in FIG. 3 includes a carrier wave modulation unit 20 and a voltage-current conversion unit 30, and the carrier wave modulation unit 20 and the voltage-current conversion circuit. The conversion unit 30 has a configuration in which two mixer circuits of the first embodiment are arranged. As a feature, both the carrier wave signal and the baseband signal are differentially input, which is called double balance. FIG. 3 shows the form of the Gilbert cell which is an example of the active type.
Even in the fourth embodiment, the basic frequency conversion method as a mixer does not change. The baseband signal is voltage-to-current converted at the input stage, and the in-phase component and differential component of the carrier signal are input to the nodes LO + and LO-, respectively, and the modulated signals are output as differential outputs OUT1 and OUT2 by the load. The

シングルバランス・ミキサと比べ、ダブルバランス・ミキサの場合、搬送波変調部20のトランジスタM5−M6とトランジスタM7−M8の差動ペアを有しているので逆位相の搬送波信号を合わせることで、一次的な相殺を提供する。しかし、ベースバンド信号変換部は、シングルバランス・ミキサとの大きな変換方式の違いはなく、その高調波成分は直接出力へと影響する。
以上説明したように、第4の実施形態のミキサ回路によれば、ダブルバランス・ミキサにおいても電流に対するベースバンド信号の線形性は肝要であるが、ネガティブフィードバック増幅器A1、A2を付加したことにより、トランジスタM2及びトランジスタM4のトランスコンダクタンスが(1+A)倍された形となり、非線形項がより低く調整できるため線形性を高めることが出来る。また、チャネル幅と線形性がトレードオフの関係となり、同じ非線形性を持つ場合においては、チップサイズの縮小及び消費電力の面からも効果的である。
Compared with a single-balance mixer, a double-balance mixer has a differential pair of transistors M5-M6 and transistors M7-M8 of the carrier modulation unit 20, so that by combining the carrier signals of opposite phases, Provide a good offset. However, the baseband signal conversion unit is not greatly different from the single balance mixer, and its harmonic component directly affects the output.
As described above, according to the mixer circuit of the fourth embodiment, the linearity of the baseband signal with respect to the current is important even in the double balance mixer, but by adding the negative feedback amplifiers A1 and A2, The transconductance of the transistor M2 and the transistor M4 is multiplied by (1 + A), and the nonlinearity can be adjusted lower, so that the linearity can be improved. In addition, the channel width and linearity are in a trade-off relationship, and in the case of the same nonlinearity, it is effective from the viewpoint of chip size reduction and power consumption.

次に本発明の第5の実施形態に係るミキサ回路について説明する。
第5の実施形態に係るミキサ回路は、第1乃至第4の実施形態のミキサ回路において、ベースバンド信号の帯域を高周波側に周波数変換するミキサ回路を備えたものである。
このミキサ回路は、アップコンバージョンを行うため、アップコンバージョン・ミキサと呼ばれる。アップコンバージョンする際、その搬送波の高調波を含む成分はLPFによって容易に除去し得る。しかし、ベースバンド信号の周波数は搬送波のそれと比べ低く設定されているため、基準搬送波周波数を中心とした前記ベースバンド信号の高調波に関する成分は、フィルタ等でも容易に除去できず、さらにはミキサ回路の中間周波数帯に入り込むおそれがある(図6参照)。先に述べたように、図6のω1は搬送波角周波数、ω2はベースバンド信号の角周波数である。図6から破線で囲った不要信号が所望信号に近接することが分かる。
以上のことから、ベースバンド信号の高調波成分が生じることは不要信号を送受信することに繋がる。そのため、目的外の信号によって目的となる信号の送受信が妨げられることのないように、妨害排除能力を高めておくことが送受信性能として重要になる。
以上説明したように、第5の実施形態に係るミキサ回路によれば、アップコンバージョン・ミキサにおいても電流に対するベースバンド信号の線形性は肝要であることから、第1乃至第4の実施形態のようなネガティブフィードバック増幅器を付加したカスコード回路で電圧−電流変換することによりその線形性を高めることは重要である。さらには妨害信号の抑制やチップサイズの縮小及び消費電力の面での効率化が図れる。
Next, a mixer circuit according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
The mixer circuit according to the fifth embodiment is the mixer circuit according to the first to fourth embodiments, and includes a mixer circuit that converts the frequency band of the baseband signal to the high frequency side.
Since this mixer circuit performs up-conversion, it is called an up-conversion mixer. When up-converting, components including harmonics of the carrier can be easily removed by the LPF. However, since the frequency of the baseband signal is set lower than that of the carrier wave, the components related to the harmonics of the baseband signal around the reference carrier frequency cannot be easily removed by a filter or the like. In the intermediate frequency band (see FIG. 6). As described above, ω 1 in FIG. 6 is the carrier angular frequency, and ω 2 is the angular frequency of the baseband signal. It can be seen from FIG. 6 that the unnecessary signal surrounded by the broken line is close to the desired signal.
From the above, generation of harmonic components of the baseband signal leads to transmission / reception of unnecessary signals. For this reason, it is important as transmission / reception performance to increase the interference elimination capability so that transmission / reception of a target signal is not hindered by an unintended signal.
As described above, according to the mixer circuit according to the fifth embodiment, since the linearity of the baseband signal with respect to the current is important even in the upconversion mixer, as in the first to fourth embodiments. It is important to improve the linearity by performing voltage-current conversion with a cascode circuit to which a negative feedback amplifier is added. Furthermore, interference signals can be suppressed, the chip size can be reduced, and power consumption can be improved.

次に本発明の第6の実施形態に係るミキサ回路について説明する。
第6の実施形態に係るミキサ回路は、第1乃至第4の実施形態のミキサ回路において、ベースバンド信号の帯域を低周波側に周波数変換するミキサ回路を備えたものである。
このミキサ回路は、ダウンコンバージョンを行うためダウンコンバージョン・ミキサと呼ばれる。ダウンコンバージョンする際、搬送波及びベースバンド信号の高調波に関する成分はLPFによって容易に除去し得る。しかし、搬送波−ベースバンド信号の高調波に関する成分は、その周波数帯域が中間周波数のそれと比べても大きな違いがないため、LPF等でも容易に除去できず、さらにはミキサ回路の中間周波数帯に入り込むおそれがある(図7参照)。先に述べたように、図7のω1は搬送波角周波数、ω2はベースバンド信号の角周波数である。図7から破線で囲った不要信号が所望信号に近接することが分かる。
以上のことから、ベースバンド信号の高調波成分が生じることは不要信号を送受信することに繋がる。そのため、目的外の信号によって目的となる信号の送受信が妨げられることのないように、妨害排除能力を高めておくことが送受信性能として重要になる。
Next, a mixer circuit according to a sixth embodiment of the present invention will be described.
The mixer circuit according to the sixth embodiment is the mixer circuit of the first to fourth embodiments, and includes a mixer circuit that converts the frequency of the baseband signal to the low frequency side.
This mixer circuit is called a down conversion mixer because it performs down conversion. When down-converting, components related to the harmonics of the carrier wave and the baseband signal can be easily removed by the LPF. However, the component related to the harmonics of the carrier-baseband signal is not significantly different from that of the intermediate frequency, so it cannot be easily removed by LPF or the like, and further enters the intermediate frequency band of the mixer circuit. There is a risk (see FIG. 7). As described above, ω 1 in FIG. 7 is the carrier angular frequency, and ω 2 is the angular frequency of the baseband signal. It can be seen from FIG. 7 that the unnecessary signal surrounded by the broken line is close to the desired signal.
From the above, generation of harmonic components of the baseband signal leads to transmission / reception of unnecessary signals. For this reason, it is important as transmission / reception performance to increase the interference elimination capability so that transmission / reception of a target signal is not hindered by an unintended signal.

以上説明したように、第6の実施形態のミキサ回路によれば、ダウンコンバージョン・ミキサにおいても電流に対するベースバンド信号の線形性は肝要であることから、第1乃至4の実施形態のようなネガティブフィードバック増幅器を付加したカスコード回路で電圧−電流変換することによりその線形性を高めることは重要である。
さらには妨害信号の抑制やチップサイズの縮小及び消費電力の面での効率化が図れる。しかし、本実施形態ではベースバンド信号と搬送波信号が比較的近接するので、ベースバンド信号も比較的高周波となる。そのため、その周波数帯がフィードバック増幅器の遮断周波数を超えてしまう場合、フィードバック増幅器での利得の減少や位相遅れ等が顕著になり、変換回路の性能が十分に出せなかったり、さらにはミキサ回路全体の性能を削ぐとこにもなりかねないので注意が必要である。
As described above, according to the mixer circuit of the sixth embodiment, since the linearity of the baseband signal with respect to the current is important even in the down-conversion mixer, the negative circuit as in the first to fourth embodiments is used. It is important to improve the linearity by performing voltage-current conversion with a cascode circuit to which a feedback amplifier is added.
Furthermore, interference signals can be suppressed, the chip size can be reduced, and power consumption can be improved. However, in this embodiment, since the baseband signal and the carrier wave signal are relatively close to each other, the baseband signal also has a relatively high frequency. Therefore, if the frequency band exceeds the cutoff frequency of the feedback amplifier, the gain reduction or phase delay in the feedback amplifier becomes significant, and the conversion circuit performance cannot be sufficiently achieved. Care should be taken as it can be a bad thing if you cut the performance.

次に本発明の第7の実施形態に係るミキサ回路について説明する。
図4は第7の実施形態に係るミキサ回路のブロック図であり、この図4において、第1の乗算記号MIX1及び第2の乗算記号MIX2は、第1乃至第6の実施形態におけるミキサ回路を示している。したがって、第7の実施形態では、ミキサ回路を二つ並べた構成となる。また、入力信号は大きく分けて4つあり、搬送波信号(ω1)及びベースバンド信号(ω2)とそれぞれの信号を90°位相シフトしたものが各ミキサMIX1、MIX2に入力される。
各同相信号及び直交信号が入力されると、式(15)または式(16)のような関係になり、片側波帯(シングルサイドバンド)が生成される。搬送波信号とベースバンド信号の組み合わせによってアッパー(周波数の和)かロアー(周波数の差)かが決定される。

Figure 2009194888

Figure 2009194888
Next, a mixer circuit according to a seventh embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a block diagram of a mixer circuit according to the seventh embodiment. In FIG. 4, the first multiplication symbol MIX1 and the second multiplication symbol MIX2 represent the mixer circuits in the first to sixth embodiments. Show. Therefore, in the seventh embodiment, two mixer circuits are arranged. There are roughly four input signals. The carrier signal (ω 1 ) and the baseband signal (ω 2 ) and the signals obtained by shifting the respective signals by 90 ° are input to the mixers MIX1 and MIX2.
When each in-phase signal and quadrature signal are input, a relationship such as Equation (15) or Equation (16) is established, and a single sideband (single sideband) is generated. Upper (frequency sum) or lower (frequency difference) is determined by the combination of the carrier wave signal and the baseband signal.
Figure 2009194888

Figure 2009194888

ここで、各ミキサ回路は前述のミキサと同様の変換方式で周波数変換されるが、第7の実施形態のミキサ回路にはミキサが2つ含まれている。搬送波信号(ω1)とベースバンド信号(ω2)の高調波信号は、それぞれのミキサの入力において存在するために、そこでそれぞれがミキシングされ、いくつかの高調波を生み出すこととなる。そして、最終的に各ミキサ回路の出力の和が全体としての出力となる。
そのため、周波数の差を出力するミキサ回路では、ダウン及びアップコンバージョン共にベースバンド信号の高調波成分が発生する場合、所望波付近に妨害波が入り込む可能性があり、それがさらにミキサ2つ分の大きさとして現れてしまう。
同様に、周波数の和を出力するミキサ回路でもベースバンド信号の周波数帯が搬送波信号のそれと比べて小さい時、ベースバンド信号の高調波成分が発生すると所望波付近に妨害波が入り込む可能性があり、それがさらにミキサ2つ分の大きさとして現れてしまう。
このように、片側波帯(シングルサイドバンド)を生成するミキサにおいても電流に対するベースバンド信号の線形性は非常に重要であることがわかる。
Here, each mixer circuit is frequency-converted by the same conversion method as the above-mentioned mixer, but the mixer circuit of the seventh embodiment includes two mixers. Since the harmonic signals of the carrier signal (ω 1 ) and the baseband signal (ω 2 ) are present at the input of each mixer, each is mixed there to produce several harmonics. Finally, the sum of the outputs of the mixer circuits becomes the overall output.
Therefore, in a mixer circuit that outputs a frequency difference, if harmonic components of the baseband signal are generated for both down and up conversion, an interference wave may enter near the desired wave, which is further equivalent to two mixers. Appears as a size.
Similarly, even in a mixer circuit that outputs the sum of frequencies, when the frequency band of the baseband signal is smaller than that of the carrier wave signal, if a harmonic component of the baseband signal is generated, an interference wave may enter the vicinity of the desired wave. , It appears as the size of two more mixers.
Thus, it is understood that the linearity of the baseband signal with respect to the current is very important even in a mixer that generates a single sideband (single sideband).

特に、第7の実施形態では、2つのミキサ回路の出力の和を全体の出力としているので、ベースバンド信号による高調波の発生(非線形性)には十分な注意が必要である。
さらにはミキサ回路が2つ増えることで、回路内のベースバンド信号入力段も倍増する。また、そのなかで線形性を十分に保つ入力段を2つのトランジスタを有するカスコード回路のみで構成するにはトランジスタのチャネル幅等が著しく大きくなり、チップ全体のサイズ(コスト)や消費電力の面で大きな劣化に繋がる。
以上説明したように、第7の実施形態に係るミキサ回路によれば、片側波帯(シングルサイドバンド)を生成するミキサにおいても電流に対するベースバンド信号の線形性は肝要である。さらにはミキサ回路を2つ有することから、ミキサの非線形性による妨害波やチップサイズの増大は単体のミキサに比べて回路全体の性能に大きく影響する。そのため、第1乃至6の実施形態のようなネガティブフィードバック増幅器を付加したカスコード回路で電圧−電流変換することによりその線形性を高めることは重要である。さらには妨害信号の抑制やチップサイズの縮小及び消費電力の面での効率化が図れ、その効果は単体のミキサに比べ大きなものとなる。
In particular, in the seventh embodiment, since the sum of the outputs of the two mixer circuits is used as the entire output, sufficient attention must be paid to the generation of harmonics (nonlinearity) due to the baseband signal.
Furthermore, by adding two mixer circuits, the baseband signal input stage in the circuit is doubled. In addition, in order to construct an input stage with sufficient linearity only by a cascode circuit having two transistors, the channel width of the transistor is remarkably increased, and the size (cost) and power consumption of the entire chip are increased. It leads to big deterioration.
As described above, according to the mixer circuit of the seventh embodiment, the linearity of the baseband signal with respect to the current is essential even in a mixer that generates a single sideband. Further, since two mixer circuits are provided, the interference wave and the increase in chip size due to the nonlinearity of the mixer greatly affect the performance of the entire circuit as compared with a single mixer. Therefore, it is important to improve the linearity by performing voltage-current conversion by a cascode circuit to which a negative feedback amplifier is added as in the first to sixth embodiments. Furthermore, the interference signal can be suppressed, the chip size can be reduced, and the power consumption can be improved. The effect is greater than that of a single mixer.

次に本発明の第8の実施形態に係る無線通信装置について説明する。
本発明の第8の実施形態に係る無線通信装置は、第1乃至第7の実施形態のミキサ回路を備え、電気通信において情報を伝送する信号に関して高い線形性を有している点に特徴がある。
無線通信システムを取り巻く環境は、とりわけ都市部における環境は非常に悪く、無線端末の設計には厳しい制約が課せられる。最も厳しい制約は、各利用者に割り当てられた周波数帯域が非常に狭いということである。
各利用者に割り当てられた周波数が狭いことは、ベースバンド信号入力段の設計に大きな影響を与える。送信側では歪の少ない変調をし、受信側では強い妨害信号が所望信号に隣接していてもそれを除去できなければならない。したがって、ミキサの線形性は非常に重要なこととなる。
Next, a wireless communication apparatus according to the eighth embodiment of the present invention is described.
The wireless communication apparatus according to the eighth embodiment of the present invention includes the mixer circuit according to the first to seventh embodiments, and is characterized by having high linearity with respect to a signal for transmitting information in telecommunication. is there.
The environment surrounding the wireless communication system is particularly bad in urban areas, and severe restrictions are imposed on the design of wireless terminals. The most severe limitation is that the frequency band assigned to each user is very narrow.
The narrow frequency assigned to each user greatly affects the design of the baseband signal input stage. The transmitter side must perform modulation with less distortion, and the receiver side must be able to remove a strong interference signal even if it is adjacent to the desired signal. Therefore, the linearity of the mixer is very important.

第1乃至第7の実施形態では、ベースバンド信号が唯一つの周波数を持つとして説明したが、前述のような現実の環境では周波数帯域が非常に狭い中で多種の周波数を持つ信号が送受信されることがある。そのような環境では、ミキサ回路に非線形性があるときに2つの非常に近接した周波数が信号として入力された場合、奇数次の歪がこれらの近傍に発生してしまう。これは、本来存在していない信号を回路内部で勝手に作り出しているわけで、もしその妨害信号付近に所望する受信・送信信号があるならば、それを妨げることになる。これをインターモジュレーション(相互変調)という(図5参照)。
そのため、多くの周波数がベースバンド信号に含まれるときには、そのミキサ回路の線形性は実用上大きな問題となる。そのベースバンド信号を電圧−電流変換する部分は特に重要となる装置である。
以上説明したように、本発明の第8の実施形態によれば、電気通信において情報を伝送する信号に関して高い線形性を必要とする無線通信装置においては、相互変調の問題等も加わり、電圧−電流変換においてリニア動作をする能力が大変重要になる。そのため、第1乃至第7の実施形態のようなネガティブフィードバック増幅器を付加したカスコード回路で電圧−電流変換することによりその線形性を高めることは重要である。さらには妨害信号の抑制やチップサイズの縮小及び消費電力の面での効率化を図ることができる。
In the first to seventh embodiments, the baseband signal has been described as having only one frequency. However, in the actual environment as described above, signals having various frequencies are transmitted and received in a very narrow frequency band. Sometimes. In such an environment, when two very close frequencies are input as signals when the mixer circuit has nonlinearity, odd-order distortion occurs in the vicinity thereof. This is because a signal that does not originally exist is generated without permission in the circuit, and if there is a desired reception / transmission signal in the vicinity of the interference signal, it is prevented. This is called intermodulation (see FIG. 5).
Therefore, when many frequencies are included in the baseband signal, the linearity of the mixer circuit becomes a big problem in practice. The part for converting the baseband signal into voltage-current is a particularly important device.
As described above, according to the eighth embodiment of the present invention, in a wireless communication apparatus that requires high linearity with respect to a signal for transmitting information in telecommunications, the problem of intermodulation and the like are added, and the voltage − The ability to perform linear operation in current conversion becomes very important. Therefore, it is important to improve the linearity by performing voltage-current conversion with a cascode circuit to which a negative feedback amplifier is added as in the first to seventh embodiments. Furthermore, it is possible to suppress interference signals, reduce the chip size, and increase the efficiency in terms of power consumption.

本発明の第1の実施形態に係るミキサ回路を示した図である。1 is a diagram illustrating a mixer circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係るミキサ回路を示した図である。It is the figure which showed the mixer circuit which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るミキサ回路を示した図である。It is the figure which showed the mixer circuit which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に係るミキサ回路のブロック図である。It is a block diagram of the mixer circuit which concerns on the 7th Embodiment of this invention. ミキサ回路におけるインターモジュレーションの説明図である。It is explanatory drawing of the intermodulation in a mixer circuit. 従来のミキサ回路の問題点を説明する図である。It is a figure explaining the problem of the conventional mixer circuit. 従来のミキサ回路の問題点を説明する図である。It is a figure explaining the problem of the conventional mixer circuit. 従来のミキサ回路の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the conventional mixer circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1、10、30…電流変換部、11…ソース接地増幅器、20、100…搬送波変調部、A1、A2…ネガティブフィードバック増幅器、M1〜M8…トランジスタ、MIX…ミキサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 10, 30 ... Current conversion part, 11 ... Common source amplifier, 20, 100 ... Carrier wave modulation part, A1, A2 ... Negative feedback amplifier, M1-M8 ... Transistor, MIX ... Mixer

Claims (9)

2つの入力信号を掛け合わせることによって周波数変換を行うミキサ回路において、
少なくとも一つの線形領域で動作する第1MOSトランジスタを有する入力段、及び前記第1MOSトランジスタに対してカスコード接続された少なくとも1つの第2MOSトランジスタを有し、前記2つの入力信号のうち一方の信号を電圧−電流変換する電圧−電流変換回路と、
前記第1MOSトランジスタのドレインと前記第2MOSトランジスタのゲートとの間に設けられ、前記第1MOSトランジスタのドレイン電位を前記第2MOSトランジスタのゲートにネガティブフィードバックするフィードバック回路と、
を備えたことを特徴とするミキサ回路。
In a mixer circuit that performs frequency conversion by multiplying two input signals,
An input stage having a first MOS transistor operating in at least one linear region, and at least one second MOS transistor cascode-connected to the first MOS transistor, wherein one of the two input signals is a voltage A voltage-current conversion circuit for current conversion;
A feedback circuit provided between the drain of the first MOS transistor and the gate of the second MOS transistor and negatively feeding back the drain potential of the first MOS transistor to the gate of the second MOS transistor;
A mixer circuit comprising:
請求項1に記載のミキサ回路において、
前記フィードバック回路は、レギュレーティング用増幅器を備え、前記第1MOSトランジスタのドレインに反転入力端子が接続され、出力端子が前記第2MOSトランジスタのゲートに接続されることを特徴とするミキサ回路。
The mixer circuit according to claim 1,
The feedback circuit includes a regulating amplifier, an inverting input terminal is connected to a drain of the first MOS transistor, and an output terminal is connected to a gate of the second MOS transistor.
請求項2に記載のミキサ回路において、
前記レギュレーティング用増幅器は、第3MOSトランジスタによるソース接地またはエミッタ接地増幅回路を含み、前記第1MOSトランジスタのドレインが前記第3MOSトランジスタのゲートまたはベースに接続され、前記第3MOSトランジスタのドレインまたはエミッタが前記第2MOSトランジスタのゲートに接続されることを特徴とするミキサ回路。
The mixer circuit according to claim 2, wherein
The regulating amplifier includes a grounded source or grounded emitter amplifier circuit using a third MOS transistor, the drain of the first MOS transistor is connected to the gate or base of the third MOS transistor, and the drain or emitter of the third MOS transistor is the A mixer circuit connected to the gate of a second MOS transistor.
請求項1乃至3のいずれかに記載のミキサ回路において、
前記電圧−電流変換回路に入力される信号が単相であることを特徴とするミキサ回路。
The mixer circuit according to any one of claims 1 to 3,
A mixer circuit characterized in that a signal input to the voltage-current conversion circuit has a single phase.
請求項1乃至3のいずれかに記載のミキサ回路において、
前記電圧−電流変換回路が2組設けられ、前記2組の電圧−電流変換回路に差動入力信号がそれぞれ入力されることを特徴とするミキサ回路。
The mixer circuit according to any one of claims 1 to 3,
2. A mixer circuit, wherein two sets of the voltage-current conversion circuits are provided, and differential input signals are respectively input to the two sets of voltage-current conversion circuits.
請求項1乃至5のいずれかに記載のミキサ回路において、
前記電圧−電流変換回路に入力される信号の帯域を高周波側に周波数変換することを特徴とするミキサ回路。
The mixer circuit according to any one of claims 1 to 5,
A mixer circuit, wherein a frequency band of a signal input to the voltage-current conversion circuit is converted to a high frequency side.
請求項1乃至5のいずれかに記載のミキサ回路において、
前記電圧−電流変換回路に入力される信号の帯域を低周波側に周波数変換することを特徴とするミキサ回路。
The mixer circuit according to any one of claims 1 to 5,
A mixer circuit, wherein a frequency band of a signal input to the voltage-current conversion circuit is converted to a low frequency side.
請求項1乃至7のいずれかに記載のミキサ回路を2組有し、前記電圧−電流変換回路への入力信号をそれぞれ同相成分及び直交成分に分けて入力し、もう一方の入力信号である搬送波をそれぞれ同相成分及び直交成分に分けて前記各ミキサ回路に入力することを特徴とするミキサ回路。   8. A carrier wave that has two sets of mixer circuits according to claim 1 and that inputs an input signal to the voltage-current conversion circuit separately into an in-phase component and a quadrature component, and is another input signal. Is divided into an in-phase component and a quadrature component, respectively, and is input to each mixer circuit. 情報を伝送する信号に関して高い線形性を必要とする無線通信装置であって、請求項1乃至8のいずれかに記載のミキサ回路を有することを特徴とする無線通信装置。   A wireless communication apparatus that requires high linearity with respect to a signal for transmitting information, comprising the mixer circuit according to claim 1.
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