JP2010521851A

JP2010521851A - 信号変換装置及び信号変換方法

Info

Publication number: JP2010521851A
Application number: JP2009553151A
Authority: JP
Inventors: レナードヘルベルト; クリーバーナグジョゼフ; ボアタールファビアン
Original assignee: Austriamicrosystems AG
Current assignee: Ams Osram AG
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: ATE496424T1; US8067974B2; WO2008113743A3; US20100214003A1; DE602007012049D1; JP4681074B2; EP1971028A1; WO2008113743A2; EP1971028B1

Abstract

信号変換装置は、第１の入力信号（ＩＮ＿Ｐ）を受信する第１の入力タップ（１）と、第１の出力信号（ＯＵＴ＿Ｐ）を供給する第１の出力端子（３）と、第１のクロック信号（ＣＬＫ＿１）に応じて第１の入力タップ（１）を第１のエネルギー蓄積デバイス（１１）に結合し、且つ、第１の反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿１）に応じて第１のエネルギー蓄積デバイス（１１）を第１の出力端子（３）に結合する第１の結合回路（１０）と、を備える。更に、信号変換装置は、第２のクロック信号（ＣＬＫ＿２）に応じて第１の入力タップ（１）を第２のエネルギー蓄積デバイス（２１）に結合し、且つ、第２の反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿２）に応じて第２のエネルギー蓄積デバイス（２１）を第１の出力端子（３）に結合する第２の結合回路（２０）を備える。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、信号変換装置、変調装置、及び信号変換方法に関する。

広く用いられている信号変換装置の形態は、ミキサである。無線周波数とベースバンド・レベルとの間で信号を変換するために、アップミキシング又はダウンミキシングが用いられている。入力信号の他に局所発振器信号もミキサに印加することができる。入力信号は多くの場合、ミキサ内で、理想的な正弦波局所発振器信号と乗算することによって処理される。

米国特許第７，０４３，２２２Ｂ２号には、アップミキサ及び正弦波コード化デジタル−アナログ・コンバータを用いた変調器が開示されている。

米国特許第７，０４３，２２２号

本発明の目的は、より高い柔軟性を実現する信号変換装置、変調装置、及び信号変換方法を供給することである。

この目的は、請求項１の特徴を備えた信号変換装置、請求項１４の特徴を備えた変調器、及び請求項１５に係る信号変換方法によって解決される。好適な態様は、それぞれ従属請求項に提示されている。

信号変換装置は、第１の入力タップと、第１の結合回路と、第２の結合回路と、第１の出力タップと、を備えている。第１の結合回路は第１のエネルギー蓄積デバイスを備えており、第２の結合回路は第２のエネルギー蓄積デバイスを備えている。

第１の入力信号は、第１の入力タップで受信される。第１の結合回路は、第１のクロック信号に応じて、第１の入力タップを第１のエネルギー蓄積デバイスに結合する。更に、第１の結合回路は、第１の反転クロック信号に応じて、第１のエネルギー蓄積デバイスを第１の出力端子に結合する。第１の反転クロック信号は、第１のクロック信号の反転信号である。上記に対応して、第２の結合回路は、第２のクロック信号に応じて、第１の入力タップを第２のエネルギー蓄積デバイスに結合する。更に、第２の結合回路は、第２の反転クロック信号に応じて、第２のエネルギー蓄積デバイスを第１の出力端子に結合する。第２の反転クロック信号は、第２のクロック信号の反転信号である。第１の出力信号は、第１の出力端子に供給される。

第１の入力タップを第１の出力端子に結合するために２個のエネルギー蓄積デバイスが用いられていることは、信号変換装置の利点である。したがって、第１の入力タップは第１の出力端子に、直接的には接続されない。第１のクロック信号及び第２のクロック信号を用いることで、第１の入力信号が標本化される時点において高い柔軟性が達成される。２個のエネルギー蓄積デバイスを設けることで、第１の出力信号は、単に標本化されただけの入力信号に比べて滑らかな信号になる。第１のクロック信号及び第２のクロック信号をデジタル信号として供給可能なことは、信号変換装置の更なる利点である。

一態様において、信号変換装置は、少なくとも１つの追加（further）結合回路を備えている。この少なくとも１つの追加結合回路は、少なくとも１つの追加エネルギー蓄積デバイスを備えている。更に、この少なくとも１つの追加結合回路は、少なくとも１つの追加クロック信号に応じて、第１の入力タップを上記少なくとも１つの追加エネルギー蓄積デバイスに結合する。更に、この少なくとも１つの追加結合回路は、少なくとも１つの追加反転クロック信号に応じて、上記少なくとも１つの追加エネルギー蓄積デバイスを第１の出力端子に結合する。上記少なくとも１つの追加反転クロック信号は、上記少なくとも１つの追加クロック信号の反転信号である。したがって、より一層高い柔軟性で、第１の出力信号を発生することができる。上記少なくとも１つの追加クロック信号は、デジタル信号であることが好ましい。

一態様において、第１のクロック信号及び第２のクロック信号は、共通のクロック信号により発生される。少なくとも１つの追加クロック信号も、この共通のクロック信号から得られることが好ましい。

一態様において、第１のエネルギー蓄積デバイスは第１のコンデンサを備え、第２のエネルギー蓄積デバイスも同様に、第２のコンデンサを備えている。更に進展させたものでは、少なくとも１つの追加結合回路は、少なくとも１つの追加コンデンサを備えている。第１の入力信号は、電圧信号であることが好ましい。エネルギー蓄積デバイスのコンデンサは、第１の入力信号を有利に標本化（sampling）する。標本化は、コンデンサを充放電することによって実施される。

好適な態様において、第１のコンデンサの容量値は、第２のコンデンサの容量値と異なる。更に進展させたものでは、少なくとも１つの追加コンデンサの容量値は、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサの容量値と異なる。

更に進展させたものでは、第１の結合回路は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを備えている。第１のスイッチは第１の入力タップを第１のコンデンサの第１の電極に結合し、第２のスイッチは第１のコンデンサの第１の電極を第１の出力端子に結合する。第２の結合回路も同様に、第３のスイッチ及び第４のスイッチを備えている。第３のスイッチは第１の入力タップを第２のコンデンサの第１の電極に結合し、第４のスイッチは第２のコンデンサの第１の電極を第１の出力端子に結合する。上記に対応して、少なくとも１つの追加結合回路は、追加スイッチ及び付加（additional）スイッチを備えていることが好ましい。追加スイッチは第１の入力タップを少なくとも１つの追加コンデンサの第１の電極に結合し、付加スイッチは少なくとも１つの追加コンデンサの第１の電極を第１の出力端子に結合する。

第１のクロック信号は、第１のスイッチの制御端子に供給される。第１の反転クロック信号は、第２のスイッチの制御端子に供給される。同様に、第２のクロック信号は、第３のスイッチの制御端子に印加され、第２の反転クロック信号は第４のスイッチの制御端子に印加される。上記に対応して、少なくとも１つの追加クロック信号が追加スイッチの制御端子に供給され、少なくとも１つの追加反転クロック信号が付加スイッチの制御端子に印加される。第１のスイッチ及び第２のスイッチは、ある時点で両方が閉じられることはないため、第１の入力タップと第１の出力タップが直接的に接続されることが、有利に回避される。加えて、第３のスイッチ及び第４のスイッチもまた、ある時点で両方が閉じられることはない。追加スイッチ及び付加スイッチも同様に、ある時点で両方が閉じられることはない。

更に進展させたものでは、信号変換装置は、第２の入力タップと、第２の出力端子とを備えている。第１の結合回路は、第１のクロック信号に応じて、第２の入力タップを第１のコンデンサの第２の電極に結合する。更に、第１の結合回路は、第１の反転クロック信号に応じて、第１のコンデンサの第２の電極を第２の出力端子に結合する。上記に対応して、第２の結合回路は、第２のクロック信号に応じて、第２の入力タップを第２のコンデンサの第２の電極に結合する。更に、第２の結合回路は、第２の反転クロック信号に応じて、第２のコンデンサの第２の電極を第２の出力端子に結合する。第２の入力信号は第２の入力タップで受信され、第２の出力信号は第２の出力端子に供給される。第２の入力信号は、第１の入力信号に対して相補的な信号、若しくは第１の入力信号に対する差動信号とすることができる。第２の出力信号は、第１の出力信号に対して相補的な信号、若しくは第１の出力信号に対する差動信号とすることができる。第１の入力信号及び第２の入力信号を対称的に信号変換することは、この態様を用いて有利に達成される。

上記信号変換装置を、対称信号の正弦波整形変換用に設計することができる。

更に他の態様では、少なくとも１つの追加結合回路は、上記に加えて、少なくとも１つの追加クロック信号に応じて、第２の入力タップを少なくとも１つの追加コンデンサの第２の電極に結合する。更に、少なくとも１つの追加結合回路は、少なくとも１つの追加反転クロック信号に応じて、少なくとも１つの追加コンデンサの第２の電極を第２の出力端子に結合する。

一態様において、信号変換装置は、出力エネルギー蓄積デバイスを備えている。この出力エネルギー蓄積デバイスは、第１の出力端子に結合される。出力エネルギー蓄積デバイスは、出力コンデンサを備えることができる。この出力コンデンサは、第１の出力端子に結合することができる。第１の出力信号及び第２の出力信号は、第１のコンデンサと出力コンデンサとの間の電荷移動及び第２のコンデンサと出力コンデンサとの間の電荷移動によって、有利に生成される。更に、２個の出力信号は、少なくとも１つの追加コンデンサと出力コンデンサとの間の電荷移動によって、有利に発生される。

更に進展させたものでは、信号変換装置は、第１の入力端子と、第２の入力端子と、交差結合器（cross-coupler）と、を備えている。この交差結合器は、交差結合器信号に応じて、第１の入力端子を第１の入力タップに結合する。更に、交差結合器は、反転交差結合器信号に応じて、第２の入力端子を第１の入力タップに結合する。反転交差結合器信号は、交差結合器信号の反転信号である。第１の信号は、第１の入力端子で受信される。第２の信号は、第２の入力端子で受信される。第１の信号又は第２の信号が、交差結合器によってある時点で、第１の入力信号として第１の入力タップに印加される。交差結合器は効果的に、第１の入力信号と第２の入力信号との間のある時点の電圧差を反転し、且つ別の時点でその電圧差を移送する。

更に進展させたものでは、交差結合器は、反転交差結合器信号に応じて、第１の入力端子を第２の入力タップに結合し、更に、交差結合器信号に応じて、第２の入力端子を第２の入力タップに結合する。したがって、第１の信号は、ある時点において第１の入力タップ又は第２の入力タップに供給され、第２の信号もその時点において、第２の入力タップ又は第１の入力タップに供給される。交差結合器信号はデジタル信号であり、反転交差結合器信号もデジタル信号である。したがって、交差結合器は、デジタルミキサとして実現される。第１の結合回路、第２の結合回路、及び／又は少なくとも１つの追加結合回路を用いた結果、第１の入力信号及び第２の入力信号は滑らかになり、２個のアナログ出力信号が得られる。正弦波整形器網（sine-shaper network）は、第１の結合回路、第２の結合回路、及び／又は少なくとも１つの追加結合回路を備えている。第１の信号が値１に等しく、第２の信号が値０に等しい場合、信号変換装置によって、正弦波の形を有する第１の出力信号を発生することができる。これは、交差結合器信号、第１のクロック信号、第２のクロック信号、及び少なくとも１つの追加クロック信号がデジタル信号であっても、達成可能である。デジタル信号は、値離散信号である。デジタル信号は、時間離散信号とすることができる。デジタル信号は、バイナリ信号であることが好ましい。

第１の結合回路、第２の結合回路、及び少なくとも１つの追加結合回路は、スイッチドキャパシタ回路（switched capacitor circuit）で構成される。

信号変換装置を、ダウンミキシングに用いてもよい。信号変換装置は、アップミキシングに用いられることが好ましい。

好適な態様において、信号変換装置は、出力コンデンサ、第１のコンデンサ、第２のコンデンサ、及び少なくとも１つの追加コンデンサが結合される半導体本体（semiconductor body）を用いて実現される。信号変換装置にコイルが含まれないことは、有利なことである。

別の態様において、半導体本体は更に、出力コンデンサ、第１のコンデンサ、第２のコンデンサ、及び少なくとも１つの追加コンデンサを備えている。別の態様を実現するために外部コンポーネントの必要性が認められないことは、有利なことである。

一態様によれば、信号を変換する方法は、第１の入力信号を受信することと、第１の入力信号を第１のエネルギー蓄積デバイス及び第２のエネルギー蓄積デバイスに供給することと、を含む。第１の入力信号は、第１のクロック信号に応じて第１のエネルギー蓄積デバイスに印加され、第２のクロック信号に応じて第２のエネルギー蓄積デバイスに印加される。本方法は、第１のエネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギー並びに第２のエネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーに応じて変わる第１の出力信号を供給することを含む。第１の出力信号は、第１の反転クロック信号に応じて第１のエネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーを用いるほか、第２の反転クロック信号に応じて第２のエネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーを用いて発生される。

更に進展させたものでは、第１の信号及び第２の信号が受信される。第１の入力信号は、第１の信号及び交差結合器信号だけでなく、第２の信号及び反転交差結合器信号に応じて発生される。反転交差結合器信号は、交差結合器信号の反転信号である。

一態様において、第１の信号は、交差結合器信号が第１の論理値を有するときに、第１の入力信号として供給される。第２の信号は、反転交差結合器信号が第１の論理値を有するときに、第１の入力信号として供給される。反転交差結合器信号は、交差結合器信号が第２の論理値を有する場合に、第１の論理値を有する。第２の論理値は、第１の論理値に対して反転されている。

２個のエネルギー蓄積デバイスを用いて第１の入力信号の標本化を行っているが故に高い柔軟性が達成されることは、信号変換方法の利点である。滑らかな第１の出力信号は、第１のエネルギー蓄積デバイス及び第２のエネルギー蓄積デバイスに蓄積されたエネルギーを用いて発生される。

一態様において、第１のクロック信号及び第２のクロック信号はデジタル信号である。第１のクロック信号及び第２のクロック信号は、共通のクロック信号を用いて発生されることが好ましい。

例示的実施形態の図面に関する下記の記述は、本発明を更に図解し説明するものである。同一構造及び同一作用を有するデバイスにはそれぞれ、同じ参照番号が付されている。異なる図面の回路又はデバイスのある部分が同一機能を有する場合には、その部分の説明は、以下の図面毎に繰り返さないこともある。

提示の原理による信号変換装置の例示的実施形態を示す図である。提示の原理による信号変換装置に対応する信号を示す図である。提示の動作原理による信号変換装置を備えた変調器の例示的実施形態を示す図である。提示の動作原理による信号変換装置で使用可能なスイッチの例示的実施形態を示す図である。提示の動作原理による信号変換装置で使用可能なスイッチの例示的実施形態を示す図である。

図１Ａは、提示の原理による信号変換装置の例示的実施形態を示す。信号変換装置は、第１及び第２の入力タップ１，２と、第１、第２及び第３の結合回路１０，２０，３０と、第１及び第２の出力端子３，４と、を備えている。第１の結合回路１０は、入力側において、第１及び第２の入力タップ１，２に接続される。第１の結合回路１０は、出力側において、第１及び第２の出力端子３，４に接続される。上記に対応して、第２及び第３の結合回路２０，３０は、入力側において第１及び第２の入力タップ１，２に接続され、出力側において第１及び第２の出力端子３，４に接続される。

第１の結合回路１０は、第１及び第２のスイッチ１５，１６と、第１のコンデンサ１２を具備する第１のエネルギー蓄積デバイス１１と、を備えている。第１のコンデンサ１２の第１の電極は、第１のスイッチ１５を介して第１の入力タップ１に接続され、第２のスイッチ１６を介して出力端子３に接続される。上記に対応して、第２及び第３の結合回路２０，３０は、第２及び第３のエネルギー蓄積デバイス２１，３１を備えている。第２のエネルギー蓄積デバイス２１は第２のコンデンサ２２を具備し、第３のエネルギー蓄積デバイス３１は第３のコンデンサ３２を具備する。第２の結合回路２０は、第３及び第４のスイッチ２５，２６を備えている。第２のコンデンサ２２の第１の電極は、第３のスイッチ２５を介して第１の入力タップ１に接続され、第４のスイッチ２６を介して出力端子３に接続される。第３の結合回路３０も同様に、第５及び第６のスイッチ３５，３６を備えている。第３のコンデンサ３２の第１の電極は、第５のスイッチ３５を介して第１の入力タップ１に接続され、第６のスイッチ３６を介して出力端子３に接続される。

第１の結合回路１０は更に、第７及び第８のスイッチ１７，１８を備えている。第１のコンデンサ１２の第２の電極は、第７のスイッチ１７を介して第２の入力タップ２に接続され、第８のスイッチ１８を介して第２の出力端子４に接続される。上記に対応して、第２の結合回路２０は、第９及び第１０のスイッチ２７，２８を備えている。第９のスイッチ２７は第２の入力タップ２を第２のコンデンサ２２の第２の電極に結合し、第１０のスイッチ２８は第２のコンデンサ２２の第２の電極を第２の出力端子４に結合する。上記に対応して、第３の結合回路３０は、第１１及び第１２のスイッチ３７，３８を備えている。第１１のスイッチ３７は第２の入力タップ２を第３のコンデンサ３２の第２の電極に結合し、第１２のスイッチ３８は第３のコンデンサ３２の第２の電極を第２の出力端子４に結合する。

信号変換装置は更に、第１の出力端子３を第２の出力端子４に結合する出力エネルギー蓄積デバイス７を備えている。出力エネルギー蓄積デバイス７は、出力コンデンサ９を具備する。第１、第２及び第３の結合回路１０，２０，３０は、正弦波整形器網５０を構成する。正弦波整形器網５０は、スイッチドキャパシタの技術を用いている。第１、第２及び第３のコンデンサ１２，２２，３２は、２進加重コンデンサである。第３のコンデンサ３２は第２のコンデンサ２２の約２倍の容量値を有し、第２のコンデンサ２２は第１のコンデンサ１２の約２倍の容量値を有する。

信号変換装置は、第１及び第２の入力端子５，６と、交差結合器４０と、を更に備えている。交差結合器４０は、入力側において第１及び第２の入力端子５，６に接続され、出力側において第１及び第２の入力タップ１，２に接続される。交差結合器４０は、第１の入力端子５を第１の入力タップ１に結合する第１の交差結合器スイッチ４１を備えている。交差結合器４０は更に、第２の入力端子６を第１の入力タップ１に結合する第２の交差結合器スイッチ４２を備えている。交差結合器４０の第３の交差結合器スイッチ４３は、第１の入力端子５を第２の入力タップ２に結合する。同様に、交差結合器４０の第４の交差結合器スイッチ４４は、第２の入力端子６を第２の入力タップ２に結合する。

信号変換装置は更に、出力側が、第１〜第１２のスイッチ１５〜１８，２５〜２８，３５〜３８の制御端子、及び第１〜第４の交差結合器スイッチ４１〜４４に接続されるタイミング回路７５を備えている。タイミング回路７５を上記スイッチの制御端子に接続する接続線は、理解し易くするために、図１Ａには示していない。

第１の信号ＳＰは第１の入力端子５に印加され、第２の信号ＳＮは第２の入力端子６に印加される。交差結合器４０は、出力側に、第１及び第２の入力タップ１，２にそれぞれ印加される第１の入力信号ＩＮ＿Ｐ及び第２の出力信号ＩＮ＿Ｎを発生する。第１、第２及び第３の結合回路１０，２０，３０は、第１の出力端子３に印加される第１の出力信号ＯＵＴ＿Ｐを発生すると共に、第２の出力端子４に印加される第２の出力信号ＯＵＴ＿Ｎを発生する。

タイミング回路７５は、共通クロック信号ＣＬＫを受信し、この共通クロック信号ＣＬＫを用いて交差結合器信号ＣＬＫ＿０及び交差結合器信号ＣＬＫ＿０の反転信号である反転交差結合器信号ＸＣＬＫ＿０を発生する。交差結合器信号ＣＬＫ＿０は、第１及び第４の交差結合器スイッチ４１，４４の制御端子に供給される。上記に対応して、反転交差結合器信号ＸＣＬＫ＿０は、第２及び第３の交差結合器スイッチ４２，４３の制御端子に供給される。

タイミング回路７５は更に、共通クロック信号ＣＬＫを用いて第１のクロック信号ＣＬＫ＿１及び第１のクロック信号ＣＬＫ＿１の反転信号である第１の反転クロック信号ＸＣＬＫ＿１を発生する。第１のクロック信号ＣＬＫ＿１は、第１及び第７のスイッチ１５，１７の制御端子に印加される。第１の反転クロック信号ＸＣＬＫ＿１は、第２及び第８のスイッチ１６，１８の制御端子に印加される。上記に対応して、タイミング回路７５は更に、第２のクロック信号ＣＬＫ＿２及び第２のクロック信号ＣＬＫ＿２の反転信号である第２の反転クロック信号ＸＣＬＫ＿２を発生する。第２のクロック信号ＣＬＫ＿２は、第３及び第９のスイッチ２５，２７の制御端子に加えられる。上記に対応して、第２の反転クロック信号ＸＣＬＫ＿２は、第４及び第１０のスイッチ２６，２８の制御端子に加えられる。同様に、タイミング回路７５は、第３のクロック信号ＣＬＫ＿３及び第３のクロック信号ＣＬＫ＿３の反転信号である第３の反転クロック信号ＸＣＬＫ＿３を発生する。第３のクロック信号ＣＬＫ＿３は第５及び第１１のスイッチ３５，３７の制御端子に供給され、第３の反転クロック信号ＣＬＫ＿３は第６及び第１２のスイッチ３６，３８の制御端子に供給される。図１Ｂを用いて、各信号について更に詳細に説明する。

図１Ｂは、提示の原理による図１Ａに示された信号変換装置の信号のタイミングスケジュールの例示的実施形態を示す。図１Ｂは、交差結合器信号ＣＬＫ＿０と、反転交差結合器信号ＸＣＬＫ＿０と、第１、第２及び第３のクロック信号ＣＬＫ＿１，ＣＬＫ＿２，ＣＬＫ＿３と、電圧差ＶＯＵＴと、を時間ｔとの関係で示す。電圧差ＶＯＵＴは、第１の出力信号ＯＵＴ＿Ｐと第２の出力信号ＯＵＴ＿Ｎとの差である。交差結合器信号ＣＬＫ＿０、並びに第１、第２及び第３のクロック信号ＣＬＫ＿１，ＣＬＫ＿２，ＣＬＫ＿３は、デジタル信号である。交差結合器信号ＣＬＫ＿０は、サイクル時間Ｔで繰り返される。交差結合器信号ＣＬＫ＿０のデューティ・サイクルは５０％である。

交差結合器信号ＣＬＫ＿０は、第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間、第３の時点ｔ３と第４時の点ｔ４との間、更には第５の時点ｔ５以降も、３Ｖのアナログ値に対応するデジタル値１を有する。交差結合器信号ＣＬＫ＿０は、第２の時点ｔ２と第３の時点ｔ３との間、更には第４の時点ｔ４と第５の時点ｔ５との間も、０Ｖのアナログ値に対応する論理値０を有する。サイクルの前半Ａは第２の点ｔ２と第３の点ｔ３との間にあり、サイクルの後半Ｂは第３の時点ｔ３と第４の時点ｔ４との間にある。交差結合器信号ＣＬＫ＿０及び反転交差結合器信号ＸＣＬＫ＿０は、互いに重ならない２個の信号である。したがって、第１の信号ＳＰは、サイクルの後半Ｂの間に第１の入力タップ１に供給され、前半Ａの間に第２の入力タップ２に供給される。第２の信号ＳＮは、前半Ａの間に第１の入力タップ１に供給され、後半Ｂの間に第２の入力タップ２に供給される。結果的に、第２の信号ＳＮは、第１の信号ＳＰが第１の入力タップ１に印加されていないときにのみ第１の入力タップ１に印加され、第１の信号ＳＰが第２の入力タップ２に印加されていないときにのみ第２の入力タップ２に印加される。

第１のクロック信号ＣＬＫ＿１は、前半Ａに７個のパルスを含み、後半Ｂにも、前半Ａの７個のパルスと等しい時間フローを有する７個のパルスを含む。これは、前半Ａの間に現れる第１のクロック信号ＣＬＫ＿１の７個のパルスが、Ｔ／２に等しいサイクル時間で繰り返されることを意味する。第１のクロック信号ＣＬＫ＿１のパルスのときに第１及び第７のスイッチ１５，１７は導通（オン）し、そのため第１及び第２の入力信号ＩＮ＿Ｐ，ＩＮ＿Ｎはそれぞれ、第１のコンデンサ１２の第１及び第２の電極に印加される。これら７個のパルスのときは、第１のコンデンサ１２は出力コンデンサ９に接続されない。７個のパルスそれぞれの後で、第１のコンデンサ１２は、第２及び第８のスイッチ１６，１８を介して出力コンデンサ９に直接接続される。第１及び第２の出力信号ＯＵＴ＿Ｐ，ＯＵＴ＿Ｎは、第１のコンデンサ１２の電圧と、第２及び第８のスイッチ１６，１８が導通（オン）する各時点と、これら時点前の出力コンデンサ９の電圧とに依存する。

第２のクロック信号ＣＬＫ＿２は、前半Ａに６個のパルスを含み、後半Ｂにも、前半Ａの６個のパルスと同じ時間フローを有する６個のパルスを含む。６個のパルスの間に、第１及び第２の入力信号ＩＮ＿Ｐ，ＩＮ＿Ｎは、第２のコンデンサ２２の第１及び第２の電極に供給される。６個のパルスそれぞれの後で、第２のコンデンサ２２は、出力コンデンサ９に直接接続される。したがって、第１及び第２の出力信号ＯＵＴ＿Ｐ，ＯＵＴ＿Ｎはこの場合も、第２のコンデンサ２２によって蓄積された電圧と、第２のクロック信号ＣＬＫ＿２の６個のパルスの点とに依存する。

第３のクロック信号ＣＬＫ＿３も、前半Ａに６個のパルスを含み、後半Ｂにも、前半Ａの６個のパルスと同じ時間フローを有する６個のパルスを含む。どの時間に第１及び第２の入力信号ＩＮ＿Ｐ，ＩＮ＿Ｎが第３のコンデンサ３２に印加され、どの時間に第３のコンデンサ３２が出力コンデンサ９に直接接続されるかは、第３のクロック信号ＣＬＫ＿３のパルスによって制御される。

第１、第２及び第３のクロック信号ＣＬＫ＿１，ＣＬＫ＿２，ＣＬＫ＿３のパルスは、ほぼ同一の持続時間ＴＰを有する。前半Ａは、１２個の等しい時間ユニットに分割することができる。第１のクロック信号ＣＬＫ＿０は、第１、第２、第４、第５、第７、第９及び第１１の時間ユニットの間のパルスを備える。第２のクロック信号ＣＬＫ＿２は、第３、第４、第５、第８、第９及び第１０の時間ユニットの間のパルスを備える。第３のクロック信号ＣＬＫ＿３は、第６〜第１１の時間ユニットの間のパルスを備える。前半Ａにおいて、第１のクロック信号ＣＬＫ＿１のパルスのうちの３個のパルス及び第２のクロック信号ＣＬＫ＿２のパルスのうちの３個のパルスは、同一である。更に、前半Ａにおいて、第２のクロック信号ＣＬＫ＿２の３個のパルスは、第３のクロック信号ＣＬＫ＿３の３個のパルスと同一である。この結果、第１、第２及び／又は第３のコンデンサ１２，２２，３２は、出力コンデンサ９に並列接続されることになる。この並列接続を用いれば、大量のエネルギーを出力コンデンサ９に供給することができる。

第１の信号ＳＰが１Ｖの値を有し、第２の信号ＳＮが０Ｖの値を有する場合、電圧差ＵＯＵＴはアナログ信号であり、図１Ｂに示される正弦波の形を有する。正弦波のサイクル時間は、サイクル時間Ｔである。電圧差ＶＯＵＴは、時間フローに見られるように、小さな段差をいくつか含むだけである。

交差結合器４０は、第１及び第２の信号ＳＰ，ＳＮと、交差結合器信号ＣＬＫ＿０及び反転交差結合器信号ＸＣＬＫ＿０の形態をなす矩形発振器信号とのアップミキシングを行う。第１及び第２の出力信号ＯＵＴ＿Ｐ，ＯＵＴ＿Ｎの正弦波への波形整形は、第１及び第２の入力タップ１，２から出力コンデンサ９への電荷移動を制御することによって達成される。

したがって、正弦波クロック信号によって第１及び第２の信号ＳＰ，ＳＮを乗算することは、デジタル共通クロック信号ＣＬＫを用いる図１Ａの信号変換装置で、有利に置き換えることができる。信号変換装置は、純粋なデジタル・クロック信号を用いてアップミキシングを実施する。信号変換装置は、電力消費値が低い。

あるいは、信号変換装置は更に、少なくとも１つの追加結合回路を備えている。

一実施形態において、第１の出力端子３と第２の出力端子４との間で電圧差ＶＯＵＴを測定することができる。他方の信号を、基準電位端子８を基準にして供給することができる。

図示しない別の実施形態において、４個の交差結合器スイッチ４１〜４４が、第１、第２及び第３の結合回路１０，２０，３０の１２個のスイッチ１５〜１８，２５〜２８，３５〜３８と組み合わされている。このように組み合わせると、第１の入力端子５を第１のコンデンサ１２の第１の電極に接続するスイッチが１個しかないため、全体の抵抗が下がる。

図２は、提示の原理による信号変換装置１００と、追加の信号変換装置１０１と、を備えた変調器の例示的実施形態を示す。図１Ａの信号変換装置を、信号変換装置１００及び追加の信号変換装置１０１として配置することができる。変調装置は更に、加算段１０２を備えている。加算段１０２の第１の入力１０３は、信号変換装置１００の第１の出力端子３に接続される。加算段１０２の第２の入力１０４は、追加の信号変換装置１０１の第１の出力端子３’に接続される。上記に対応して、加算段１０２の第３及び第４の入力１０５，１０６は、信号変換装置１００の第２の出力端子４及び追加の信号変換装置１０１の第２の出力端子４’に接続される。加算段１０２は、第１及び第２の加算出力１０７，１０８を備えている。

変調装置は更に、第１及び第２の加算出力１０７，１０８を第１及び第２の変調器出力端子１１１，１１２に結合する受動回路網１１０を備えている。受動回路網１１０は、第１の加算出力１０７を第１の変調器出力端子１１１に結合する第１の抵抗１１３を備えている。受動回路網１１０は更に、上記に対応して第２の加算出力１０８を第２の変調器出力端子１１２に結合する第２の抵抗１１４を備えている。受動回路網１１０は更に、第１の変調器出力端子１１１を基準電位端子８に、第２の変調器出力端子１１２を基準電位端子８に、それぞれ結合する第１及び第２の回路網コンデンサ１１５，１１６を備えている。受動回路網１１０は更に、第１の変調器出力端子１１１と第２の変調器出力端子１１２の間に配置された第３の回路網コンデンサ１１７を備えている。受動回路網１１０はフィルタとして機能する。受動回路網１１０は、ローパス・フィルタ特性を有する。

第１及び第２の信号ＳＰ，ＳＮは、信号変換装置１００の第１及び第２の入力端子５，６に供給される。これら２個の信号は、同相信号である。２個の同相信号ＳＰ，ＳＮに対応する直交信号ＳＰ’，ＳＮ’は、追加の信号変換装置１０１の第１及び第２の入力端子５’，６’に印加される。したがって、信号変換装置１００が同相信号ＳＰ，ＳＮの変調を扱い、他方、追加の信号変換装置１０１が直交信号ＳＰ’，ＳＮ’の変調用と見込まれる。追加の信号変換装置１０１用の交差結合器信号ＣＬＫ＿０’並びに第１、第２及び第３のクロック信号ＣＬＫ＿１’，ＣＬＫ＿２’，ＣＬＫ＿３’は、信号変換装置１００に印加される交差結合器信号ＣＬＫ＿０並びに第１、第２及び第３のクロック信号ＣＬＫ＿１，ＣＬＫ＿２，ＣＬＫ＿３に対して位相が９０度遅延して供給される。２個の信号変換装置１００，１０１の出力信号ＯＵＴ＿Ｐ，ＯＵＴ＿Ｎ，ＯＵＴ＿Ｐ’，ＯＵＴ＿Ｎ’は、加算段１０２に供給される。第１の加算出力信号ＯＵＴ１＿Ｐ及び第２の加算出力信号ＯＵＴ１＿Ｎは、２個の信号変換装置１００，１０１の出力信号ＯＵＴ＿Ｐ，ＯＵＴ＿Ｎ，ＯＵＴ＿Ｐ’，ＯＵＴ＿Ｎ’を用いて、加算段１０２によって発生される。第１及び第２の加算出力信号ＯＵＴ１＿Ｐ，ＯＵＴ１＿Ｎは受動回路網１１０によってフィルタされ、その結果、第１の変調信号ＯＵＴＭ＿Ｐが第１の変調器出力端子１１１に供給され、第２の変調器出力信号ＯＵＴＭ＿Ｎが第２の変調器出力端子１１２に供給される。

変調器を、四位相偏移変調（quadrature phase-shift keying）の再変調段に用いてもよい。例示的実施形態において、最大帯域が２．５ＫＨｚである同相信号ＳＰ，ＳＮ及び直交信号ＳＰ’，ＳＮ’が信号変換装置１００及び追加の信号変換装置１０１に供給される。第１及び第２の出力変調器信号ＯＵＴＭ＿Ｐ，ＯＵＴＭ＿Ｎは、搬送周波数１９．２ＫＨｚの四位相偏移変調信号として供給される。

更なるデジタル信号処理用のために変調器の信号がコンパレータに与えられる場合、零交差の時点が重要になる可能性がある。デジタル信号の誤差は、時間不確実性の形で起こり得る。提示の原理による信号変換装置及び変調器では、正弦波に波形整形された出力変調器信号ＯＵＴＭ＿Ｐ，ＯＵＴＭ＿Ｎによって時間不確実性を明らかに低減でき、これが利点となる。

一実施形態において、出力コンデンサ９，９’の値Ｃ３及びＣ３’は、単位コンデンサの値の６倍である。第１及び第２の回路網コンデンサ１１５，１１６の値Ｃ４及びＣ５は、単位コンデンサの値の２倍である。第３の回路網コンデンサ１１７の値Ｃ６は、単位コンデンサの値の４倍である。

図示しない一実施形態において、２個の変調器出力信号ＺＯＵＴＭ＿Ｐ，ＯＵＴＭ＿Ｎは更に、増幅段及び無線通信用アンテナに印加することができる。

図３Ａは、図１Ａ及び図２に示される信号変換装置の第１〜第４の交差結合器スイッチ４１〜４４又は第１、第２及び第３の結合回路１０，２０，３０の第１〜第１２のスイッチとして配置可能なスイッチの例示的実施形態を示す。このスイッチは、トランジスタ６０を備える。トランジスタ６０は、電界効果トランジスタとして実現される。トランジスタ６０は、ｎチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタとして設計されることが好ましい。トランジスタ６０は、スイッチの制御端子に接続され、対応のクロック信号の供給を受ける制御端子を備えている。

あるいは、トランジスタ６０は、ｐチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタとして実現される。

図３Ｂは、スイッチの別の実施形態を示す。このスイッチは図３Ａに示されるスイッチの別の実施形態であり、図１Ａ及び図２に示される信号変換装置に配置することが可能である。このスイッチは、伝送ゲート６３として設計されている。伝送ゲート６３は、トランジスタ６０と、追加トランジスタ６１と、インバータ６２と、を備えている。トランジスタ６０及び追加トランジスタ６１の被制御部は、並列に接続されている。スイッチの制御端子は、トランジスタ６０の制御端子に直接接続され、追加トランジスタ６１の制御端子にインバータ６２を介して接続される。

スイッチのオン抵抗値の低下を達成できることは、伝送ゲート６３の利点である。スイッチのオン抵抗値は、２個のトランジスタ６０，６１の被制御部の２個の端子に印加される電圧とは無関係である。

１、１’ 第１の入力タップ
２、２’ 第２の入力タップ
３、３’ 第１の出力端子
４、４’ 第２の出力端子
５、５’ 第１の入力端子
６、６’ 第２の入力端子
７出力エネルギー蓄積デバイス
８基準電位端子
９、９’ 出力コンデンサ
１０第１の結合回路
１１第１のエネルギー蓄積デバイス
１２第１のコンデンサ
１５第１のスイッチ
１６第２のスイッチ
１７第７のスイッチ
１８第８のスイッチ
２０第２の結合回路
２１第２のエネルギー蓄積デバイス
２２第２のコンデンサ
２５第３のスイッチ
２６第４のスイッチ
２７第９のスイッチ
２８第１０のスイッチ
３０第３の結合回路
３１第３のエネルギー蓄積デバイス
３２第３のコンデンサ
３５第５のスイッチ
３６第６のスイッチ
３７第１１のスイッチ
３８第１２のスイッチ
４０、４０’ 交差結合器
４１第１の交差結合器スイッチ
４２第２の交差結合器スイッチ
４３第３の交差結合器スイッチ
４４第４の交差結合器スイッチ
５０、５０’ 正弦波整形器網
６０トランジスタ
６１追加のトランジスタ
６２インバータ
６３伝送ゲート
７５、７５’ タイミング回路
１００信号変換装置
１０１追加の信号変換装置
１０２加算段
１０３第１の加算入力
１０４第２の加算入力
１０５第３の加算入力
１０６第４の加算入力
１０７第１の加算出力
１０８第２の加算出力
１１０受動回路網
１１１第１の変調器出力端子
１１２第２の変調器出力端子
１１３第１の抵抗
１１４第２の抵抗
１１５第１の回路網コンデンサ
１１６第２の回路網コンデンサ
１１７第３の回路網コンデンサ
ＣＬＫ＿０、ＣＬＫ＿０’ 交差結合器信号
ＣＬＫ＿１、ＣＬＫ＿１’ 第１のクロック信号
ＣＬＫ＿２、ＣＬＫ＿２’ 第２のクロック信号
ＣＬＫ＿３、ＣＬＫ＿３’ 第３のクロック信号
ＩＮ＿Ｐ、ＩＮ＿Ｐ’ 第１の入力信号
ＩＮ＿Ｎ、ＩＮ＿Ｎ’ 第２の入力信号
ＯＵＴＭ＿Ｎ第２の出力変調器信号
ＯＵＴＭ＿Ｐ第１の出力変調器信号
ＯＵＴ＿Ｎ、ＯＵＴ＿Ｎ’ 第２の出力信号
ＯＵＴ＿Ｐ、ＯＵＴ＿Ｐ’ 第１の出力信号
ＯＵＴ１＿Ｎ第２の加算出力信号
ＯＵＴ１＿Ｐ第１の加算出力信号
ＳＮ、ＳＮ’ 第２の信号
ＳＰ、ＳＰ’ 第１の信号
ｔ１第１の時点
ｔ２第２の時点
ｔ３第３の時点
ｔ４第４の時点
ｔ５第５の時点
ＶＯＵＴ電圧差
ＸＣＬＫ＿０、ＸＣＬＫ＿０’ 反転交差結合器信号
ＸＣＬＫ＿１第１の反転クロック信号
ＸＣＬＫ＿２第２の反転クロック信号
ＸＣＬＫ＿３第３の反転クロック信号

Claims

交差結合器信号（ＣＬＫ＿０）に応じて第１の入力タップ（１）に供給される第１の信号（ＳＰ）を受信する第１の入力端子（５）と、前記交差結合器信号（ＣＬＫ＿０）の反転信号である反転交差結合器信号（ＸＣＬＫ＿０）に応じて前記第１の入力タップ（１）に供給される第２の信号（ＳＮ）を受信する第２の入力端子（６）とに結合する交差結合器（４０）と、
第１の入力信号（ＩＮ＿Ｐ）を受信する前記第１の入力タップ（１）と、
第１の出力信号（ＯＵＴ＿Ｐ）を供給する第１の出力端子（３）と、
第１のクロック信号（ＣＬＫ＿１）に応じて前記第１の入力タップ（１）を第１のエネルギー蓄積デバイス（１１）に結合し、且つ、前記第１のクロック信号（ＣＬＫ＿１）の反転信号である第１の反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿１）に応じて前記第１のエネルギー蓄積デバイス（１１）を前記第１の出力端子（３）に結合する第１の結合回路（１０）と、
第２のクロック信号（ＣＬＫ＿２）に応じて前記第１の入力タップ（１）を第２のエネルギー蓄積デバイス（２１）に結合し、且つ、前記第２のクロック信号（ＣＬＫ＿２）の反転信号である第２の反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿２）に応じて前記第２のエネルギー蓄積デバイス（２１）を前記第１の出力端子（３）に結合する第２の結合回路（２０）と、を備えたことを特徴とする信号変換装置。
少なくとも１つの追加クロック信号（ＣＬＫ＿３）に応じて前記第１の入力タップ（１）を少なくとも１つの追加エネルギー蓄積デバイス（３１）に結合し、且つ、前記少なくとも１つの追加クロック信号（ＣＬＫ＿３）の反転信号である少なくとも１つの追加反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿３）に応じて前記少なくとも１つの追加エネルギー蓄積デバイス（３１）を前記第１の出力端子（３）に結合する少なくとも１つの追加結合回路（３０）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の信号変換装置。
共通クロック信号（ＣＬＫ）に応じて前記第１及び第２のクロック信号（ＣＬＫ＿１，ＣＬＫ＿２）が供給されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の信号変換装置。
前記第１及び第２のクロック信号（ＣＬＫ＿１，ＣＬＫ＿２）がデジタル信号であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の信号変換装置。
前記第１のエネルギー蓄積デバイス（１１）が第１のコンデンサ（１２）を備え、
前記第２のエネルギー蓄積デバイス（２１）が第２のコンデンサ（２２）を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の信号変換装置。
前記第１の結合回路（１０）は、前記第１の入力タップ（１）を前記第１のコンデンサ（１２）の第１の電極（１３）に結合する第１のスイッチ（１５）と、前記第１のコンデンサ（１２）の前記第１の電極（１３）を前記第１の出力端子（３）に結合する第２のスイッチ（１６）と、を備え、
前記第２の結合回路（２０）は、前記第１の入力タップ（１）を前記第２のコンデンサ（２２）の第１の電極（２３）に結合する第３のスイッチ（２５）と、前記第２のコンデンサ（２２）の前記第１の電極（２３）を前記第１の出力端子（３）に結合する第４のスイッチ（２６）と、を備えたことを特徴とする請求項５記載の信号変換装置。
第２の入力信号（ＩＮ＿Ｎ）を受信する第２の入力タップ（２）と、
第２の出力信号（ＯＵＴ＿Ｎ）を供給する第２の出力端子（４）と、を備え、
前記第１の結合回路（１０）は、前記第１のクロック信号（ＣＬＫ＿１）に応じて前記第２の入力タップ（２）を前記第１のコンデンサ（１２）の第２の電極（１４）に結合し、且つ、前記第１の反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿１）に応じて前記第１のコンデンサ（１２）の前記第２の電極（１４）を前記第２の出力端子（４）に結合し、
前記第２の結合回路（２０）は、前記第２のクロック信号（ＣＬＫ＿２）に応じて前記第２の入力タップ（２）を前記第２のコンデンサ（２２）の第２の電極（２４）に結合し、且つ、前記第２の反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿２）に応じて前記第２のコンデンサ（２２）の前記第２の電極（２４）を前記第２の出力端子（４）に結合することを特徴とする請求項６記載の信号変換装置。
前記第１の出力端子（３）に結合される出力エネルギー蓄積デバイス（７）を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の信号変換装置。
前記出力エネルギー蓄積デバイス（７）が、前記第１の出力端子（３）と前記第２の出力端子（４）との間に配置された出力コンデンサ（９）を備えたことを特徴とする請求項７及び請求項８記載の信号変換装置。
前記交差結合器（４０）は、前記反転交差結合器信号（ＣＬＫ＿０）に応じて前記第１の入力端子（５）を第２の入力タップ（２）に結合し、且つ、前記交差結合器信号（ＣＬＫ＿０）に応じて前記第２の入力端子（６）を前記第２の入力タップ（２）に結合することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の信号変換装置。
前記第１、第２、第３及び第４のスイッチ（１５，１６，２５，２６）がそれぞれトランジスタ（７０）を備えたことを特徴とする請求項６乃至請求項１０の請求項６に関わる場合のいずれか１項に記載の信号変換装置。
前記第１、第２、第３及び第４のスイッチ（１５，１６，２５，２６）がそれぞれ伝送ゲート（６３）を備えたことを特徴とする請求項６乃至１１の請求項６に関わる場合のいずれか１項に記載の信号変換装置。
前記第１の結合回路（１０）に結合され、前記第１のクロック信号（ＣＬＫ＿１）及び前記第１の反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿１）を供給し、且つ、前記第２の結合回路（２０）に結合されて前記第２のクロック信号（ＣＬＫ＿２）及び前記第２の反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿２）を供給するタイミング回路（７５）を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の信号変換装置。
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の信号変換装置（１００）と、
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の追加の信号変換装置（１０１）と、
前記信号変換装置（１００）の前記第１の出力端子（３）に結合された第１の加算入力端子（１０３）と、前記追加の信号変換装置（１０１）の前記第１の出力端子（３’）に結合された第２の加算入力端子（１０４）とを有する加算段（１０２）と、を備えたことを特徴とする変調装置。
第１の信号（ＳＰ）及び第２の信号（ＳＮ）を受信し、
前記第１の信号（ＳＰ）、交差結合器信号（ＣＬＫ＿０）、前記第２の信号（ＳＮ）及び前記交差結合器信号（ＣＬＫ＿０）の反転信号である反転交差結合器信号（ＸＣＬＫ＿０）に応じて発生される第１の入力信号（ＩＮ＿Ｐ）を受信し、
第１のクロック信号（ＣＬＫ＿１）に応じて前記第１の入力信号（ＩＮ＿Ｐ）を第１のエネルギー蓄積デバイス（１１）に供給すると共に、第２のクロック信号（ＣＬＫ＿２）に応じて第２のエネルギー蓄積デバイス（２１）に供給し、
前記第１のエネルギー蓄積デバイス（１１）に蓄積されたエネルギー及び前記第１のクロック信号（ＣＬＫ＿１）の反転信号である第１の反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿１）、並びに、前記第２のエネルギー蓄積デバイス（２１）に蓄積されたエネルギー及び前記第２のクロック信号（ＣＬＫ＿２）の反転信号である第２の反転クロック信号（ＸＣＬＫ＿２）に応じて、第１の出力信号（ＯＵＴ＿Ｐ）を供給することを特徴とする信号変換方法。