JP2009518901A

JP2009518901A - マルチスタンダード入力を備える広帯域ミキサ

Info

Publication number: JP2009518901A
Application number: JP2008543625A
Authority: JP
Inventors: ホールデン、アラン、アール．; イエニグ、ジェイソン、ピー．
Original assignee: シリフィックワイヤレスコーポレーション
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: JP4778069B2; US20070135076A1; WO2007065270A1; EP1994647A1

Abstract

広帯域ミキサ回路は、いくつかの同一の広帯域ミキサ回路をいくつかの固定狭帯域ミキサに代えて用いることができるように、柔軟性があり再構成可能である。このような広帯域ミキサ回路は、チップ内において複数設けられ、複数の入力は、それぞれ広周波数帯域（すなわち３ＧＨｚ）内にあり、回路アーキテクチャに固有の動作により任意の所望の周波数帯域にアクティブに狭められる。このようなチップは、各入力において複数の規格に対応している。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、一般にマルチスタンダード、マルチバンド直接変換無線トランシーバに役立つミキシング回路に関する。

現在の無線通信で用いられるチップセットは、一般的に、標準規格の回路を利用している。このような回路は、携帯電話機、ラップトップコンピュータ、およびＰＤＡ（personal digital assistants）を含むアプリケーションにおいて、無線通信マーケットの無線データサービスに対する着実に増加する需要に対応していかなければならない。業界の予測は、間もなく販売される携帯電話機の過半数が内蔵されたデジタルカメラを有し、販売されるノートパソコンの９８％がＷＬＡＮ（wireless local area network）８０２．１１を有し、そして公衆ＷＬＡＮのホットスポットを頻繁に使うユーザが３０００万人以上いるだろうという予測を含んでいる。この結果、このような様々な無線機器に対する接続性やデータ転送への無線データに対する消費者の依存は増加するであろう。

急成長する無線機器の多様性は、このような無線データの伝達媒体における対応する多様性を含んでいる。このような伝達媒体および関連規格は、さまざまな技術世代、すなわち２．５Ｇ、２．７５Ｇ、３Ｇ、４Ｇ、およびそれ以降の形における変化とハイブリッド技術とともに、ＷＬＡＮ、ＧＳＭ（global system for mobile communications）、ＷＣＤＭＡ（wideband code division multiple access）、ＧＰＲＳ（general packet radio service）、ＥＤＧＥ（enhanced data for global evolution）を含む既存技術および次世代技術の両方を含んでいるであろう。

同時に、この無線マーケットの需要は、複数の帯域と規格をシングルチップに組み込んだ高性能な無線半導体である。ＷＣＤＭＡやＧＳＭ技術などの現在の無線通信において用いられるチップセットは、一般に、標準規格のミキシング回路を利用している。複数の無線機器と関連規格を満たすために、１つのチップは一般に、たとえば１００ＭＨｚなどの狭帯域内でそれぞれが動作する２つ以上の狭帯域ミキサを含んでいる。たとえば、ＧＳＭ規格は、９００ＭＨｚと１９００ＭＨｚで動作するモードを含んでいる。

このようなＧＳＭチップへの各狭帯域ミキサの入力は、それゆえ、各ミキサが１００ＭＨｚの帯域幅を有している状態で、９００ＭＨｚと１９００ＭＨｚで別々に動作するよう設計される。このような典型的なミキサ１００が図１に示されている。ミキサ１００は、一対のトランジスタ１１０、１２０と、所定の動作周波数向けに最適化されたミキシングセル（すなわちクワッド）と、一般に回路基板レベルにおいてこのミキサ１００を接続するボンドワイヤの形で取り付けられる抵抗１１１、１２１とを備える。同様に、ＧＳＭチップなどの既存のインタフェースは、このＧＳＭチップに接続された他の回路モジュールが同じインタフェース設定に従わなければならないように設定される。すなわち、付加的な回路モジュールの９００ＭＨｚの出力は、ＧＳＭチップの９００ＭＨｚのミキサ入力にのみ接続可能である。このような整合する物理インタフェースが存在しないか、または任意の標準規格の移行が進展しない場合には、レイアウト設計および複雑な接続パターンにより生成されるノイズの観点から、このようなチップ間の接続は、コストが高くなる可能性がある。

図１Ａは、周知のタイプのマルチ周波数コンポーネント１１０の典型的な構成を示す。周知のタイプのマルチ周波数コンポーネント１１０（たとえば、フィルタバンク）は、周知のミキサ構造１２０のマルチ周波数入力に接続された、たとえば、８００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ、および１９００ＭＨｚの出力を含んでいる。図示されていないが、もちろん、コンデンサやその他の任意の物理的なコンポーネントがマルチ周波数コンポーネントと周知のミキサ構造との間の物理的な接続経路内に配置されてもよいことを理解されたい。このような周知のミキサ構造１２０は、対応する８００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ、および１９００ＭＨｚの入力を受け入れるために、物理的に固定して構成された専用のミキサ入力を含んでいる。理想的には、マルチ周波数コンポーネント１１０と周知のミキサ構造１２０との間に形成された接続は、真っすぐ物理接続である。しかしながら、任意のマルチ周波数コンポーネント１１０において、ピン配置は変わる可能性がある。他のタイプの任意のマルチ周波数コンポーネントとの真っすぐな物理接続を維持するために、周知のミキサ構造１２０におけるピン配置を再設計および再製造してもよいかもしれないが、これはコストのかかるアプローチである。多くの場合、このような再設計および再製造は、通常、図１Ｂに示されるように真っすぐな物理接続ではない状態に接続をルーティングすることにより回避される。

図１Ｂにより示される構成において、真っすぐな物理接続ではない状態に接続をルーティングした結果として、様々な有害な影響が生じることは当業者にとって明らかである。図１Ｂは、別の周知のタイプのマルチ周波数コンポーネント１１１の典型的な構成を示す。このマルチ周波数コンポーネント１１１は、周知のミキサ構造１２０のマルチ周波数入力に接続された、たとえば、８００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ、および１９００ＭＨｚの出力を含む。ここで、真っすぐな物理接続ではない物理的特性（レイヤリングおよびビア）により生成される様々なインダクタンス、キャパシタンス、および／または抵抗は、ノイズなどによる大きな損失を導く可能性がある。従って、真っすぐな物理接続ではない状態に接続をルーティングすることにより、任意の周知のミキサ構造の再設計および再製造を回避することは、最適な解決手段ではない。さらに、任意の無線技術向けに各周波数帯域が専用に固定された狭帯域ミキサをそれぞれ有する固定入力を備える任意のチップは、製造原価の上昇、変化する規格およびそれに対応して変更される動作周波数帯域に対する柔軟性の低下、基板レベルのピン配置の互換性の低下を含むいくつかの理由において不利である。

本発明の目的は、特にマルチスタンダード、マルチバンド直接変換無線トランシーバに役立つ広帯域ミキシング回路を提案することにより、上述のような欠点を改善することである。

この目的を達成するために、本発明は、広帯域ミキシング回路を提供する。この広帯域ミキシング回路は、差動入力と差動出力との間に位置し、広帯域ミキシング回路の入力インピーダンスを設定する第１回路部分と、広帯域ミキシング回路を線形化する第２回路部分と、第１回路部分と第２回路部分との間に接続された一対のトランジスタとを含む。

別の態様において、本発明は、マルチスタンダード、マルチバンド直接変換無線トランシーバ用の集積回路パッケージを提供する。このパッケージは、３ＧＨｚの周波数帯域内で動作する複数のミキシング回路を含む。ミキシング回路のそれぞれは、少なくとも、差動入力と差動出力との間に位置し、ミキシング回路の入力インピーダンスを設定する第１回路部分と、ミキシング回路を線形化する第２回路部分と、第１回路部分と第２回路部分との間に接続された一対のトランジスタとを含む。

さらに別の態様において、本発明は、無線トランシーバ用マルチスタンダード、マルチバンド直接変換装置を提供する。この装置は、第１周波数を有する第１入力信号を受信するために、所望の周波数帯域内において再構成可能に動作する第１ミキシング回路と、第２周波数を有する第２入力信号を受信するために、所望の周波数範囲内において再構成可能に動作する第２ミキシング回路とを含む。第１ミキシング回路は、第２入力信号を受信するよう再構成可能であり、第２ミキシング回路は、前記第１入力信号を受信するよう再構成可能である。第１および第２ミキシング回路のそれぞれは、少なくとも、差動入力と差動出力との間に位置し、ミキシング回路の入力インピーダンスを設定する第１回路部分と、ミキシング回路を線形化する第２回路部分と、第１回路部分と第２回路部分との間に接続された一対のトランジスタとを含んでもよい。第１ミキシング回路は第１出力信号を供給し、第２ミキシング回路は第２出力信号を供給し、第１出力信号と第２出力信号は、マルチプレクサ回路により選択的に通過されてもよい。

本発明は、いくつかの固定狭帯域ミキサに代えて、いくつかの同一の広帯域ミキサ回路を用いることができるように、柔軟性のある広帯域ミキサ回路を含む。それゆえ、このような広帯域ミキサ回路は、チップ内に複数設けられており、複数の入力は、それぞれ広周波数帯域（すなわち３ＧＨｚ）内にあり、且つ回路アーキテクチャに固有の動作により所望の周波数帯域にアクティブに狭められる。従って、このようなチップは、各入力における複数の規格に対応している。これは、このようなチップを必要な周波数帯域を有する任意の特定の規格向けに設計しなくてもよいという点において、柔軟性を提供する。さらに、システムレベルの観点からすると、このようなチップは、任意のマルチ周波数コンポーネントに適用された際に、真っすぐな物理接続ではない状態を避けるだけでなく、再設計および再製造を回避する。

図３は、本発明に係る広帯域ミキサ回路３００を示す概略図である。広帯域ミキサ回路３００は、抵抗３１０、３１３を介してバイアスされた差動入力を含んでおり、差動電圧を差動電流に変換するよう動作し、この電流を広帯域ミキサ回路３００を組み込んだチップの内部にある所定のデバイス（図示せず）に供給する。この広帯域ミキサ回路３００は、標準的な入力ミキサ回路よりも非常に大きい周波数帯域内で動作する。３ＧＨｚの拡張された帯域内の任意の信号が広帯域ミキサ回路３００に入ってくるとき、信号は電流出力に変換される。

広帯域ミキサ回路３００の入力インピーダンスは、コンデンサ３２０と直列接続の抵抗３１１と、コンデンサ３２１と直列接続の抵抗３１２とによりそれぞれ形成される２つのＲＣブランチ（branch）により設定される。線形化（linearizing）ブランチは、抵抗３１４、３１５と、コンデンサ３２２とにより形成され、回路３００の出力を線形化する働きをする。抵抗３１４、３１５は、低周波において回路３００の全体的なゲインを低下させる。コンデンサ３２２は、回路３００の動作帯域を効果的に拡張する。この様子は、図２に示されている。図２では、コンデンサ３２２がない状態の出力における動作周波数がグラフＡとして示されており、コンデンサ３２２により拡張された動作周波数の様子がグラフＢとして示されている。高周波において、コンデンサ３２２は、２つの抵抗３１４、３１５を効果的に短絡し、その結果回路のゲインが増加する。しかしながら、回路３００の全体的な周波数特性は、通常、高周波におけるゲインを減少させ、それゆえコンデンサ３２２による高周波での２つの抵抗３１４、３１５の効果的な短絡を補償する。このようにして、低周波（たとえば９００ＭＨｚ）または高周波（たとえば１９００ＭＨｚ）のどちらか一方における動作が保証される。

従来技術におけるミキサ回路と異なり、本発明のトランジスタ３３０および３３１は、前もって指定された動作周波数（たとえば、上述したようにＧＳＭモードに関しては９００ＭＨｚおよび１９００ＭＨｚ）向けに最適化される必要はない。それどころか、インピーダンスを設定するＲＣブランチ（コンデンサ３２０と直列接続の抵抗３１１およびコンデンサ３２１と直列接続の抵抗３１２）は、トランジスタ３３０および３３１が３ＧＨｚ以下の周波数帯域内において動作できるように、線形化ブランチ（抵抗３１４、３１５およびコンデンサ３２２）と組み合わされている。

実際には、本発明の広帯域ミキサ回路３００は、集積回路パッケージ（すなわちチップ）内に設けられる。これは、図３Ａにより示されている。図３Ａの広帯域ミキサチップ５００は、３つの本発明の係る広帯域ミキサ回路３００ａ、３００ｂ、３００ｃを有している。これら３つのミキサ回路３００ａ、３００ｂ、３００ｃが示されているが、本発明の範囲を逸脱することなく、任意の数の回路が用いられてもよいことを理解されたい。これらのミキサ回路３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、それぞれ入力５０１、５０２、５０３を有する。これらの入力はそれぞれ、マルチ周波数コンポーネント６００の出力６０１、６０２、６０３に接続されている。これらの各ミキサ回路３００ａ、３００ｂ、３００ｃの広帯域性能により、各出力６０１、６０２、６０３からの周波数は、各入力５０１、５０２、５０３の周波数許容性（frequency acceptability）に対応している必要はない。それどころか、各入力５０１、５０２、５０３の周波数許容性は、本発明のミキサ回路における広帯域（たとえば９００ＭＨｚ〜１９００ＭＨｚ）内における任意の周波数を受け入れるように設定可能である。

別の実施の形態として、図３Ｂに示されるように、広帯域ミキサチップ５００ａのチップ外部にＭＵＸが備えられてもよい。この実施例においては、１つのミキシング回路３００ｄだけがミキサチップ５００ａに必要である。

本発明の係る広帯域ミキサチップ５００は、再構成可能な（reconfigurable）ミキサチップを効果的に構成する。各ミキサ回路３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、図３に関して上述したような広帯域ミキサであるからである。特に、各ミキサ回路３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、各ミキシング回路３００ａ、３００ｂ、３００ｃを所望の動作周波数に駆動するのに対応する異なるミキシングセル入力Ｚを受ける。このようにして、１回に１つだけのミキシング回路が動作し、それにより、マルチプレクサＭＵＸは、適切な信号経路および関連するミキサ回路３００ａ、３００ｂ、３００ｃを、所定のデバイスにつながる広帯域ミキサチップ５００の出力５０４に切り替える。

このような広帯域ミキサチップ内において、広帯域ミキサ回路３００は、様々な周波数で動作する異なる信号用の複数の入力を設けるために、容易に複製すること（duplicated）が可能である。このように、シングルパッケージは、特定の動作周波数用の専用の特定入力を必要としない規格化された設計を用いて容易に製造可能である。それゆえ、結果として、製造コストの有益な削減およびチップの遍在（ubiquity）が生じる。

本発明の上述の実施の形態は、例示のみを意図している。当業者による特定の実施の形態に対する代替、変更および変形は、本発明の範囲を逸脱することなく有効であり、発明の範囲は、添付された請求項のみにより規定される。

典型的なミキサ入力の簡略図である。典型的なミキサとコンポーネントの構成の一例を示す図である。典型的なミキサとコンポーネントの構成の一例を示す図である。本発明のミキシング回路の線形化部分内におけるコンデンサの作用を説明するためのグラフを示す図である。本発明に係る広帯域ミキシング回路の概略図である。本発明に係る広帯域ミキシング回路を組み込んだミキサとコンポーネントの構成を示す図である。本発明の別の実施の形態に係る広帯域ミキシング回路を組み込んだミキサとコンポーネントの構成を示す図である。

Claims

第１周波数を有する第１入力信号を受信するために、所望の周波数帯域内において再構成可能に動作する第１ミキシング回路と、
第２周波数を有する第２入力信号を受信するために、前記所望の周波数範囲内において再構成可能に動作する第２ミキシング回路と、
を備え、
前記第１ミキシング回路は、前記第２入力信号を受信するよう再構成可能であり、前記第２ミキシング回路は、前記第１入力信号を受信するよう再構成可能であることを特徴とする無線トランシーバ用マルチスタンダード、マルチバンド直接変換装置。
前記第１ミキシング回路および前記第２ミキシング回路のそれぞれは、少なくとも、
差動入力と差動出力との間に位置し、前記ミキシング回路の入力インピーダンスを設定する第１回路部分と、
前記ミキシング回路を線形化する第２回路部分と、
前記第１回路部分と前記第２回路部分との間に接続された一対のトランジスタと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線トランシーバ用マルチスタンダード、マルチバンド直接変換装置。
前記第１ミキシング回路は第１出力信号を供給し、前記第２ミキシング回路は第２出力信号を供給し、前記第１出力信号と前記第２出力信号は、マルチプレクサ回路により選択的に通過されることを特徴とする請求項１に記載の無線トランシーバ用マルチスタンダード、マルチバンド直接変換装置。
広帯域ミキシング回路であって、
差動入力と差動出力との間に位置し、前記広帯域ミキシング回路の入力インピーダンスを設定する第１回路部分と、
前記広帯域ミキシング回路を線形化する第２回路部分と、
前記第１回路部分と前記第２回路部分との間に接続された一対のトランジスタと、
を備えることを特徴とする広帯域ミキシング回路。
前記一対のトランジスタは、３ＧＨｚの周波数帯域内において動作可能であることを特徴とする請求項４に記載の広帯域ミキシング回路。
前記第１回路部分は、第１抵抗と直列接続の第１コンデンサと第２抵抗と直列接続の第２コンデンサとにより形成され、前記第１コンデンサは前記一対のトランジスタの第１トランジスタのドレインに接続され、且つ前記第１抵抗は前記一対のトランジスタの第１トランジスタのゲートに接続されており、前記第２コンデンサは前記一対のトランジスタの第２トランジスタのドレインに接続され、且つ前記第２抵抗は前記一対のトランジスタの第２トランジスタのゲートに接続されていることを特徴とする請求項５に記載の広帯域ミキシング回路。
前記第２回路部分は、前記一対のトランジスタの第１トランジスタのソースと前記一対のトランジスタの第２トランジスタのソースとの間に接続されたコンデンサと、前記一対のトランジスタの第１トランジスタのソースに接続された第３抵抗と、前記一対のトランジスタの第２トランジスタのソースに接続された第４抵抗とにより形成されていることを特徴とする請求項６に記載の広帯域ミキシング回路。
マルチスタンダード、マルチバンド直接変換無線トランシーバ用の集積回路パッケージであって、前記パッケージは、
３ＧＨｚの周波数帯域内で動作する複数のミキシング回路を備え、
前記ミキシング回路のそれぞれは、少なくとも、
差動入力と差動出力との間に位置し、前記ミキシング回路の入力インピーダンスを設定する第１回路部分と、
前記ミキシング回路を線形化する第２回路部分と、
前記第１回路部分と前記第２回路部分との間に接続された一対のトランジスタと、
を備えることを特徴とするパッケージ。
前記第１回路部分は、第１抵抗と直列接続の第１コンデンサと第２抵抗と直列接続の第２コンデンサとにより形成され、前記第１コンデンサは前記一対のトランジスタの第１トランジスタのドレインに接続され、且つ前記第１抵抗は前記一対のトランジスタの第１トランジスタのゲートに接続されており、前記第２コンデンサは前記一対のトランジスタの第２トランジスタのドレインに接続され、且つ前記第２抵抗は前記一対のトランジスタの第２トランジスタのゲートに接続されていることを特徴とする請求項８に記載のパッケージ。
前記第２回路部分は、前記一対のトランジスタの第１トランジスタのソースと前記一対のトランジスタの第２トランジスタのソースとの間に接続されたコンデンサと、前記一対のトランジスタの第１トランジスタのソースに接続された第３抵抗と、前記一対のトランジスタの第２トランジスタのソースに接続された第４抵抗とにより形成されていることを特徴とする請求項９に記載のパッケージ。