JP2012182817A

JP2012182817A - ミキサ回路を備える受信回路および無線通信装置

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Publication number: JP2012182817A
Application number: JP2012100570A
Authority: JP
Inventors: Sven Mattison; マッティソン，スヴェン; Macgenius Nilsson; ニルソン，マグニゥス; Andreas Neder; ニーダール，アンドレアス; Thomas Mattson; マットソン，トーマス
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2012-09-20
Also published as: CN101331679B; CN101331679A; JP2009519643A; TW200731719A; KR20080075920A; KR101051544B1; EP2363951A3; RU2008128884A; WO2007068547A1; US7890076B2; EP2363951A2; US20070142019A1; RU2437205C2; EP1961112A1

Abstract

【課題】コア内の相互コンダクタンス不平衡による２次高調波歪み成分が適切に除去できるミキサを提供する。
【解決手段】低ノイズ増幅回路からの出力信号を、誘導結合回路または容量結合回路を含むＡＣ結合回路を介してミキサ回路のミキサ入力端に結合する。容量結合構成の場合、結合コンデンサは、ミキサ回路の相互コンダクタンス感度に応じて決定される静電容量値を有するように構成されている。
【選択図】なし

Description

背景
本発明は一般に通信受信器に関し、特に通信受信器に用いるミキサ回路に関する。

通信受信回路は、厳しい性能環境で動作する。例えば、広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）標準に従い構成されている周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）システムにおいて、受信器は局所送信器と同時に動作して、良好な送信周波数除去を示さなければならない。ＷＣＤＭＡ送信器は、数値面で自己干渉問題をもたらし、５０ｄＢの受信／送信デュープレクサ減衰を仮定すれば、＋２５ｄＢｍにおいてＷＣＤＭＡ受信器に−２５ｄＢｍの干渉信号を生じさせる。受信器性能基準が−１０８ｄＢｍを超えない静的干渉を要求する場合、補正された送信スペクトルが上限の−１０８ｄＢｍを下回るために、受信器の２次インターセプト・ポイント（ＩＰ_２）は＋４９ｄＢｍ以上でなければならない。

受信器の低ノイズ増幅器とミキサ回路の間に抑圧フィルタを配置することは、局所送信器からの「漏出」干渉を含む干渉を抑制する一つのアプローチを示す。しかし、「二重距離」とも呼ばれる送受信周波数同士の近さにより、これら抑圧フィルタに対し比較的厳しいフィルタ性能特性が必要とされる。実際、要求されるフィルタ感度に起因して、表面音響波（ＳＡＷ）フィルタ、または他の高性能フィルタ回路を使用せざるを得ないため、オンチップ・トランシーバ回路との集積化を容易に行なうことが阻害される。

要約
一実施形態において、受信回路は、低ノイズ増幅回路、直交ミキサ回路、および低ノイズ増幅回路の出力信号を直交ミキサ回路の直交入力端に結合するための整合容量結合回路を備えた容量結合回路を含んでいる。低ノイズ増幅回路は、単一または平衡出力信号を与える単一端増幅器を含んでいてよい。いずれの場合も、容量結合回路は、低ノイズ増幅回路の出力信号をミキサ入力端に結合する１個以上の結合コンデンサを提供する。平衡低ノイズ増幅出力構成の場合、容量結合は分割された結合路を含んでいて各経路が整合結合コンデンサを有する。

別の実施形態において、受信回路は、低ノイズ増幅回路、４相ミキサ回路、および低ノイズ増幅回路の出力信号を４相ミキサ回路のミキサ入力端に結合する容量結合回路を含んでいる。低ノイズ増幅回路は、単一出力信号を与える単一端低ノイズ増幅回路であってよく、その場合容量結合回路は、単一出力信号を４相ミキサ回路の単一端ミキサ入力端に結合する。別の実施形態において、４相ミキサ回路は二重平衡４相ミキサ回路を含んでいて、低ノイズ増幅回路は平衡出力端を含んでいる。このような構成において、容量結合回路は、低ノイズ増幅回路からの平衡出力信号を二重平衡４相ミキサ回路の各々の平衡ミキサ入力端に容量結合する整合結合コンデンサを含んでいる。二重平衡４相ミキサ回路の平衡ミキサ入力端は、単一端終端回路を含んでいてもよい。

直交および４相ミキサの両方の実施形態において、容量結合回路はミキサの相互コンダクタンス感度を考慮して構成することができる。例えば、低ノイズ増幅回路の出力信号の結合に用いる結合コンデンサの寸法は、ミキサ回路の相互コンダクタンス感度に応じて決定することができる。一実施形態において、結合コンデンサの寸法はωＣ＞ｇ_ｍとなるように決定される。ここでωは目的周波数、Ｃは結合コンデンサの静電容量値、およびｇ_ｍはミキサ回路の相互コンダクタンス値である。低ノイズ増幅回路により平衡出力が与えられる場合、各々の平衡信号経路において適切に寸法決定された整合結合コンデンサを用いることができる。

別の実施形態において、受信回路は低ノイズ増幅回路、直交ミキサ回路、および誘導結合回路を含んでいる。誘導結合回路は、低ノイズ増幅回路の出力信号を直交ミキサ回路の直交入力端に結合するように構成された１個以上のトランス結合インダクタを含んでいる。

このような１個以上の実施形態において、低ノイズ増幅回路は単一出力信号を与える単一端低ノイズ増幅回路を含んでいて、誘導結合回路の１個以上のトランス結合インダクタが、平衡ＲＦ入力信号を直交ミキサ回路に与えるトランス結合インダクタを含んでいる。少なくとも１つの実施形態において、ミキサ回路は、４相局所発振器駆動信号用に構成された直交ミキサ回路を含んでいて、誘導結合回路の１個以上のトランス結合インダクタ回路が単一の出力信号を一対の平衡ＲＦ入力信号に分割する。このような実施形態において、誘導結合回路は、低ノイズ増幅回路内でインダクタの巻きに結合する一対の整合トランス結合インダクタを含んでいてもよい。

このように、本明細書で考察するミキサ回路への結合は、誘導結合および容量結合の実施形態を含んでいて、低ノイズ増幅器の単一端実施形態からの分割および非分割ＲＦ出力信号を含んでいる。更に、本明細書に開示する増幅器／ミキサの実施形態は、性能面で多くのの利点をもたらす。このような利点として、簡素化されたＲＦ経路、追加ゲイン段を利用する場合と比較して少ない電力消費、および適切な寸法の増幅器からミキサへの結合コンデンサを用いることによる良好な低周波ノイズ除去およびパラメータ制御性が含まれるが、これに限定されない。

無論、本発明は上述の特徴および利点に限定されない。実際、当業者には、以下の詳細記述を読み、添付の図面を参照したならば追加的な特徴および利点が認識されよう。

図面の簡単な説明
受信回路の一実施形態のブロック図である。無線通信受信器で用いる増幅器、ミキサ、および結合回路の一実施形態のブロック図である。無線通信受信器で用いる増幅器、ミキサ、および結合回路の別の実施形態のブロック図である。無線通信受信器で用いる増幅器、ミキサ、および結合回路の別の実施形態のブロック図である。無線通信受信器で用いる増幅器、ミキサ、および結合回路の別の実施形態のブロック図である。無線通信受信器で用いる増幅器、ミキサ、および結合回路の別の実施形態のブロック図である。無線通信受信器で用いる増幅器、ミキサ、および結合回路の別の実施形態のブロック図である。無線通信受信器で用いる増幅器、ミキサ、および結合回路の別の実施形態のブロック図である。無線通信受信器で用いる増幅器、ミキサ、および結合回路の別の実施形態のブロック図である。無線通信受信器で用いる増幅器、ミキサ、および結合回路の別の実施形態のブロック図である。本明細書に開示する増幅器、ミキサ、および結合回路の実施形態を含む、無線通信装置の一実施形態のブロック図である。

詳細な説明
図１に、携帯無線電話機その他の無線通信機器で用いられる無線通信受信器を部分的に示す。受信回路１０は、低ノイズ増幅回路１２、ミキサ回路１４、および結合回路１６を含んでおり、ここでは容量結合回路として実装されている。図１は更に、低ノイズ増幅回路１２の出力信号を受信されたＲＦ周波数信号から中間周波数（ＩＦ）信号に下方変換すべく、ミキサ回路１４に局所発振器（ＬＯ）信号を与える局所発振回路１８を示す。中間周波数信号はフィルタ回路２０−１、２０−２を介してフィルタリングすることができる。図ではこれらのフィルタ回路を、図示するミキサ回路１４の直交（ＩおよびＱ）構成に対応するフィルタリング済みＩＦ_ＩおよびＩＦ_Ｑ信号を出力するものとして示しているが、ミキサ回路１４は直交構成に限定されず、またＩＦ変換にも限定されない。

動作時において、低ノイズ増幅回路１２は、フィルタリング済みのアンテナ受信された無線通信信号等のＲＦ入力信号に応答する出力信号を生成する。次いで、結合回路１６は、出力信号をミキサ回路１４の対応する入力端にＡＣ結合する。本構成の利点の少なくとも一部が分かるように図２に受信回路１０の直交ミキサの実施形態を示す。

図２において、低ノイズ増幅回路１２は、入力トランジスタＭ１、負荷抵抗Ｒ１、およびソース減衰インダクタＬ１を含んでいる。抵抗Ｒ１は、入力トランジスタ・ドレインを第１の供給レール（例：ＶＤＤ接続）に結合し、増幅器の出力信号が取り出される出力負荷として動作する一方、減衰インダクタＬ１は、低ノイズ増幅回路１２にＲＦＩＮ信号を送り込むソース（図示せず）のためにインピーダンス整合を提供する。

図示する結合回路１６の実施形態は並列結合路を含んでおり、各々の経路は２個の整合結合コンデンサＣ１−１、Ｃ１−２のうち１個を含んでいる。本構成により、結合回路１６は、低ノイズ増幅回路１２からの単一端出力信号を、第１の直交ミキサ入力端３０に印加される第１の信号と第２の直交ミキサ入力端３２に印加される第２の信号に分割する。ミキサ回路１４が、ミキサ入力端３０、３２を第２の供給レール（例：入力端３０、３２をＶＳＳまたは接地接続に結合する抵抗Ｒ２、Ｒ３）に結合する単一端終端回路３４、３６を提供する点に注意されたい。

図示するミキサ回路１４は更に、トランジスタ対Ｍ２／Ｍ３、Ｍ４／Ｍ５を含むミキサコア回路を含んでいる。抵抗Ｒ４、Ｒ５はトランジスタ対Ｍ２／Ｍ３をＶＤＤ供給レールに結合し、抵抗Ｒ６、Ｒ７も同様にトランジスタ対Ｍ４／Ｍ５をＶＤＤ供給レールに結合する。コンデンサＣ２〜Ｃ５の各々が、抵抗Ｒ４〜Ｒ７の各々と並列に接続している。この回路構成により、出力端４０、４２は、入力端３０、３２に印加されたＲＦ信号とトランジスタ対Ｍ２／Ｍ３、Ｍ４／Ｍ５のゲート接続に結合する入力端４４、４６に各々印加された局所発振器信号ＬＯ_Ｉ、ＬＯ_Ｑとから得られる直交ミキサ出力信号ＩＦ_Ｉ、ＩＦ_Ｑを与える。

非限定的な例において、Ｃ１−１、Ｃ１−２の静電容量は０．５〜１０ｐＦ、抵抗Ｒ１の抵抗値は１００〜１０００オーム、抵抗Ｒ２、Ｒ３の抵抗値は１００〜１０００オーム、ミキサ回路１４の相互コンダクタンスｇ_ｍは５０〜２００ｍＳであってよい。無論、図２に示すこれらおよび他の構成要素の絶対値および相対値は設計要件に応じて適宜異なっていてよい。

図３に平衡直交ミキサの実施形態を示す。これは図２の直交ミキサの実施形態に類似している。しかし、この実施形態では、低ノイズ増幅回路１２は、入力トランジスタＭ６、ソース減衰インダクタＬ２、および結合回路１６の整合結合コンデンサＣ６−１、Ｃ６−２を介して、各々が抵抗Ｒ８、Ｒ９を介して終端されているミキサ回路１４のＲＦ入力端５０、５２の各々に結合する平衡ＲＦ出力信号を与える負荷インダクタＬ３を含んでいる。非限定的な例として、バラン・インダクタＬ３のインダクタンスは１〜２０ｎＨであってよい。また、本明細書において、トランスまたは差動増幅器を用いて低ノイズ増幅回路１２から平衡出力を得ることを考慮している点にも注意されたい。例えば、いくつかの実施形態において、オンチップ集積に適したトランス回路を用いることに利点がある。

引き続き回路要素を説明する。ミキサコア回路は、トランジスタ対Ｍ７／Ｍ８、Ｍ９／Ｍ１０を含んでおり、トランジスタ対Ｍ７／Ｍ８はＲ１０／Ｃ７、Ｒ１１／Ｃ８により形成された並列抵抗／コンデンサ接続を介してＶＤＤ供給レールに結合されている。ミキサ回路１４のこの構成において、トランジスタ対Ｍ９／Ｍ１０は、Ｒ１０／Ｃ７、Ｒ１１／Ｃ８の接続をトランジスタ対Ｍ７／Ｍ８と共有し、出力端５４は、ＲＦ入力端５０、５２に印加された平衡ＲＦ信号とＬＯ入力端５６に印加された局所発振器信号とから得られるＩＦ出力信号を与える。

別の平衡、直交の例として、図４に二重平衡直交ミキサの実施形態を示す。ここで、低ノイズ増幅回路１２は、入力トランジスタＭ１１、ソース減衰インダクタＬ４、および平衡ＲＦ出力信号を与える負荷インダクタＬ５を含んでいる。しかし、図３の平衡直交の実施形態とは異なり、結合回路１６は、整合結合コンデンサＣ９−１〜Ｃ９−４を含んでいる。コンデンサＣ９−１、Ｃ９−２は、低ノイズ増幅回路１２からの平衡ＲＦ出力信号のうち１個を１７−１と表記された分割並列経路に分割するのに対し、コンデンサＣ９−３、Ｃ９−４は、低ノイズ増幅回路１２からのもう一方の平衡出力信号を１７−２と表記された分割並列経路に分割する。より具体的には、コンデンサＣ９−１は、分割された並列経路１７−１の一方の分岐をミキサ回路１４のＲＦ入力端６２に結合するのに対し、Ｃ９−２は、分割された並列経路１７−１のもう一方の分岐をミキサ回路１４のＲＦ入力端６６に結合する。同様に、コンデンサＣ９−３は、分割された並列経路１７−２の一方の分岐をミキサ回路１４のＲＦ入力端６０に結合するのに対し、Ｃ９−４は、分割された並列経路１７−２のもう一方の分岐をミキサ回路１４のＲＦ入力端６４に結合する。このように、ミキサ回路１４のＲＦ入力端６０、６２、６４、および６６は、これらの分割経路とＡＣ結合信号の各々を受信し、ミキサ回路１４は、抵抗Ｒ１２−Ｒ１５を介してそのような各々のＲＦ入力端に対して単一端終端回路を提供する。

ミキサコア回路１４は、トランジスタ対Ｍ１２／Ｍ１３、Ｍ１４／Ｍ１５、Ｍ１６／Ｍ１７、およびＭ１８／Ｍ１９を含んでいる。トランジスタ対Ｍ１２／Ｍ１３、Ｍ１４／Ｍ１５は、Ｒ１６／Ｃ１０、Ｒ１７／Ｃ１１により形成された並列抵抗／コンデンサ接続を介してＶＤＤ供給レールに結合されており、同様に、トランジスタ対Ｍ１６／Ｍ１７、Ｍ１８／Ｍ１９は、Ｒ１８／Ｃ１２、Ｒ１９／Ｃ１３により形成された並列抵抗／コンデンサ接続を介してＶＤＤ供給レールに結合されている。本構成により、出力７０は第１の直交ＩＦ信号を与えて、出力７２は第２の直交ＩＦ信号を与え、ミキサ回路１４は、そのＲＦ入力端６０、６２、６４、６６、および局所発振器入力端７４、７６に印加された平衡ＲＦ信号に応答するＩＦ信号を生成する。

上述の直交ミキシングの実施形態から転じて、図５に、ミキサ回路１４が４相ミキサを含む受信回路１０の一実施形態を示す。より詳しくは、低ノイズ増幅回路１２は入力トランジスタＭ２０、ソース減衰インダクタＬ６、および結合回路１６に含まれる結合コンデンサＣ１４を介してミキサ回路１４に単一端ＲＦ出力信号を与える負荷抵抗Ｒ２０を含んでいる。

結合コンデンサＣ１４は、増幅器のＲＦ出力信号をミキサ回路１４のＲＦ入力端８０に結合する。ＲＦ入力端８０は、抵抗Ｒ２１により形成された単一端終端回路を介して接地点または基準供給レール（ＶＳＳ）に結合されている。ミキサのコア回路はその４相構成において、トランジスタＭ２１、Ｍ２２、Ｍ２３、およびＭ２４を含んでおり、これらのトランジスタは、各々ＬＯ入力端８２、８４、８６、８８に印加される４相クロック信号と協調的に駆動される。トランジスタＭ２１は、Ｒ２２／Ｃ１５により形成された並列抵抗／コンデンサ接続を介してＶＤＤ供給レールに結合されている。抵抗／コンデンサ対Ｒ２３／Ｃ１６、Ｒ２４／Ｃ１７、およびＲ２５／Ｃ１８は、残りのコアトランジスタに同様の接続を提供する。この構成により、ＩＦ出力端９０、９２、９４、９６は、ＲＦ入力端８０に印加されたＲＦ信号およびＬＯ入力端８２、８４、８６、８８に印加された４相ＬＯ信号から得られる４相ＩＦ出力信号を与える。

引き続き別の４相実施形態として、図６に受信回路１０の二重平衡、４相構成を示す。ここで、低ノイズ増幅回路１２は、入力トランジスタＭ２５、ソース減衰インダクタＬ７、および結合回路１６に平衡、単一端ＲＦ出力信号を与える負荷インダクタＬ８を含んでいる。結合回路１６は、各々の平衡ＲＦ出力信号をミキサ回路１４のＲＦ入力端１００、１０２に結合する整合結合コンデンサＣ１９−１、Ｃ１９−２を含んでいる。ＲＦ入力端１００、１０２は各々、抵抗Ｒ２６、Ｒ２７により形成された単一端終端回路を介して接地点または基準供給レール（ＶＳＳ）に結合している。ＲＦ入力端１００、１０２はまた、各々平衡ＲＦ出力信号を、第１組の４相トランジスタＭ２６、Ｍ２７、Ｍ２８、Ｍ２９、および第２組の４相トランジスタＭ３０、Ｍ３１、Ｍ３２、Ｍ３３を含むミキサ・コアトランジスタのソースノードに結合する。

二組の４相トランジスタは、Ｒ２８／Ｃ２０、Ｒ２９／Ｃ２１、Ｒ３０／Ｃ２２、およびＲ３１／Ｃ２３により形成された並列抵抗／コンデンサ接続を介してＶＤＤ供給レールへの接続を共有する。ＩＦ出力端１０４、１０６は、ミキサ回路１４が、そのＲＦ入力端１００、１０２に印加された平衡ＲＦ信号、ならびにその二組の４相ＬＯ入力端１０８、１１０、１１２、１１４および１１６、１１８、１２０、１２２に印加された４相クロック信号に応答して生成する、ミキサのＩＦ出力信号を与える。

受信回路１０の上述の実施形態は、例えば、平衡対二重平衡、または直交対４相など、特定の回路実装の観点から異なるが、そのような実施形態は全て、例えばＲＦ経路が簡素化される、必要な動作電力が少なくて済む、およびノイズ性能が良好であるなど、動作面で特定の利点をもたらす。例えば、図２に関して、ＩＦ出力端４０、４２で出力されるＩＦ_ＩおよびＩＦ_Ｑ信号間の「ゲイン不平衡」は、ＬＯ入力端４４、４６に印加されるＬＯ信号レベルにおける意図しない差異、およびＩＦ側負荷インピーダンス、例えばポスト・ミキサフィルタリングおよび増幅回路における差異を含む、多くの変数に依存する。

しかし、トランジスタ対Ｍ２／Ｍ３およびトランジスタ対Ｍ４／Ｍ５の相互コンダクタンス感度ｇ_ｍの不整合は、特に影響力のある直交不平衡要素を表わす。本明細書に開示する方法によれば、結合回路１６の構成は、ミキサコア内の相互コンダクタンス不平衡を少なくとも部分的に解決する。一実施形態において、整合容量結合コンデンサＣ１−１、Ｃ１−２は各々、ｋＴ／ｑ（室温で≒２５ｍＶ）の電圧降下に対して寸法設定がなされる。結合コンデンサＣ１−１とＣ１−２の間で生じた電圧降下は、ミキサ回路１４の感度を、ミキサコア内の直交トランジスタ対Ｍ２／Ｍ３、Ｍ４／Ｍ５の相互コンダクタンスゲインｇ_ｍにおける不平衡が生ずるまで低下させる。より具体的には、整合結合コンデンサＣ１−１とＣ１−２の間で生じた電圧降下は、ゲイン感度を

倍低下させる。ここで、Ｃは静電容量であり、ωは低ノイズ増幅回路１２が与えるＲＦ出力信号の目的周波数を表わす。

従って、本明細書に開示するゲイン感度補償方法は、結合回路１６で用いる整合結合コンデンサの値をωＣ＞ｇ_ｍとなるように設定する。この関係により、各々の結合コンデンサＣ１−１、Ｃ１−２の静電容量値が相互コンダクタンス感度を支配し、これはＣ１−１とＣ１−２の厳密な整合が不平衡を制御することを意味する。上述のゲイン感度補償およびコンデンサの寸法設定関係が、例えば図６に示すような４相ミキサ回路の実施形態にも適合する点に注意されたい。

選択された設計および製造パラメータを制御することにより、良好なコンデンサ整合が保証される。例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の集積化された受信回路が受信回路１０を実装している場合、コンデンサＣ１−１、Ｃ１−２を金型の同一場所に配置することによりプロセスの変動が最小化され、コンデンサ間の良好な熱整合が得られる。無論、同一の配置および配列を用いてコンデンサＣ１−１、Ｃ１−２を同一金属化層および同一絶縁層上に実装することにより、良好なコンデンサ間整合が更に得られる。これらの整合および寸法設定への考慮は、例えば、結合回路１６の各種分割経路の実施形態に示す整合コンデンサに適合する。

上述のコンデンサの寸法設定および整合への考慮は、本明細書に示す結合回路１６の各種分割経路の実施形態、例えばコンデンサＣ１−１／Ｃ１−２、Ｃ６−１／Ｃ６−２、およびＣ９−１／Ｃ９−２／Ｃ９−３／Ｃ９−４に適合する。他の設計および実装構成により更なる回路の改良が得られる。例えば、図５、６に示す受信回路の実施形態における４相ミキシングを利用することにより、受信回路１０の動作が向上する。

４相ミキシングによる改良を理解するには、スイッチング・ミキサ、すなわちＬＯ信号がコアトランジスタのオン・オフを切り換えるミキサ回路の理想化された挙動を理解することから始める。理想的なスイッチング・ミキサは、（ＲＦ）入力信号に時間領域矩形波を乗算することによりミキサ出力信号を生成する線形時変装置である。

図５の構成に示すように、出力端９０、９２、９４、９６から取り出されたＩＦ出力信号は、ＲＦ入力端８０に印加されたＲＦ入力信号と、ＬＯ入力端８２、８４、８６、８８に印加された時間領域矩形波との乗算を表わす。印加されたＬＯ信号は、ミキサ・コアトランジスタＭ２１、Ｍ２２、Ｍ２３、Ｍ２４のゲートを駆動して、出力（ＩＦ）信号の生成を行なう。

ミキサのゲインは、ＬＯ波形のフーリエ係数を乗算することにより評価でき、各々の乗算から和および差の項が得られる。２相ミキサにおいて、２個のＬＯ信号波形は５０％のデューティサイクルを有する矩形波であり、これはＬＯ信号のフーリエ係数Ｆが次式で表わされることを意味する。

ここで、ＡはＬＯ矩形波の振幅、ＴはＬＯ波形周期、ｔ_０はＬＯ波形のデューティサイクル、ｎは調和次数である。ｎ＝１の場合、式（２）から、従来より用いられている２相５０％デューティサイクルのＬＯ波形に対してＦ_１＝Ａ・２／πが得られる。逆に、図５、６の４相ミキサ実施形態において用いられている２５％デューティサイクルＬＯ波形に対して式（２）からＦ_１＝Ａ・√２／πが得られる。

２５％デューティサイクルの場合、それ以外の場合で比較可能な２相ミキサコアと比較して、４相ミキサコアの総電流消費を増やすことなくＬＯ信号波形振幅Ａを２倍にできることがわかる。振幅を２倍にすることにより、√２（３ｄＢ）の信号ゲインが得られる。あるいは、Ａを√２倍増やして２相の実施形態と同じゲインを維持することができるが、ノイズレベルが３ｄＢ低下する。（ノイズレベルは、ミキサコアの総電流に比例する）。それ以外の場合で比較可能な２相ミキサ回路と同じノイズレベルおよび電流消費に対する４相ミキサのゲインの方が３ｄＢ高いため、ミキサコアに高ゲインのフロントエンド増幅器、または追加的なゲイン段を用いる必要なしにノイズ性能が向上する。更に、図５、６の低ノイズ増幅回路１２とミキサ回路１４との間にＡＣ結合が存在することにより、これが無ければ低ノイズ増幅回路１２からミキサ回路１４内に流入する恐れのある２次高調波歪み成分が適切に除去される。

本明細書に開示する他の実施形態もまた、局所発振器およびバイアス・ノイズに対し、適切な電圧ヘッドルームと共に、適切な低感度を与える。図７に、低ノイズ増幅回路１２の実施形態を含む受信回路を示す。低ノイズ増幅回路１２からの単一端（ＲＦ）出力信号が結合回路１６を介してミキサ回路１４の実施形態に結合されている状態を示す。ここで、結合回路１６は、１個以上のトランス結合インダクタを含む誘導結合回路として構成されている。すなわち、この実施形態における結合回路１６の１個以上のトランス結合インダクタは、ミキサ回路１４に平衡ＲＦ入力信号を与えるトランス結合インダクタを含んでいる。

より具体的には、図７に二重平衡ＡＣ結合ミキサの実施形態をトランス・バランで示す。低ノイズ増幅回路１２は、入力トランジスタＭ３４、ソース減衰インダクタＬ９、および結合回路１６のインダクタＬ１１にトランス結合されている負荷インダクタＬ１０を含んでいる。ここで、結合回路１６は、インダクタＬ１０、Ｌ１１が低ノイズ増幅回路１２の出力をミキサ回路１４に結合するトランスを形成する、誘導結合回路を含んでいる。本構成において、インダクタＬ１１の巻きの各終端がミキサ回路１４への入力として平衡信号を与えるのに対し、抵抗Ｒ３２はインダクタＬ１１のセンタータップを基準接地点（ＶＳＳ）に結合する。

ミキサ回路１４の入力端１２４に印加されたＬＯ信号は、ミキサ・コアトランジスタＭ３５、Ｍ３６、Ｍ３７、Ｍ３８のゲートを駆動する。このように、ＩＦ出力端１２６は、並列ＲＣ回路Ｒ３３／Ｃ２４、Ｒ３４／Ｃ２５を介して正値の供給レールＶＤＤに結合されており、ＲＦ入力端１２８、１３０に印加されたＲＦ入力信号と、ＬＯ入力端１２４に印加された時間領域矩形波との乗算を表わす中間周波数信号を与える。

図８に、トランス・バランを備えた二重平衡のＡＣ結合された「スタック」直交ミキサとして別の実施形態を示す。この実施形態は、４相ＬＯ構成から得られる利点と組み合わせて、局所発振器およびバイアス・ノイズに適切な低感度をもたらす。より具体的には、図示する実施形態は、ｆ_０における直交ＬＯ信号および２ｆ_０における単一ＬＯ信号を用いて４相ＬＯを生成すべく構成されており、そのいずれも５０％デューティサイクルで生成される。とりわけ、図示するミキサ構成は、低ノイズ増幅器１２から信号分割を除去することにより、より適切なゲイン（またはより低いノイズ）をもたらす。

図示する実施形態において、低ノイズ増幅回路１２は、入力トランジスタＭ３９、ソース減衰インダクタＬ１２、および本例では誘導結合回路を含む結合回路１６のインダクタＬ１４に結合しているトランスである負荷インダクタＬ１３を含んでいる。すなわち、インダクタＬ１３、Ｌ１４は、低ノイズ増幅回路１２の出力をミキサ回路１４へのＲＦ入力信号として結合するトランスを形成する。この構成において、インダクタＬ１４の巻きの各終端がミキサ回路１４への入力として平衡信号を与えるのに対し、抵抗Ｒ３５はインダクタＬ１４のセンタータップを基準接地点（ＶＳＳ）に結合する。

スタックコア構成の第１のミキサコア１４−１の入力端１３２に印加された２ｆ_０ＬＯ２信号がミキサ・コアトランジスタＭ４０、Ｍ４１、Ｍ４２、Ｍ４３のゲートを駆動する。

同様に、第２のミキサコア１４−２の直交ＬＯ入力端１３４、１３６（各々ＬＯ_Ｉ、ＬＯ_Ｑ）に印加されたｆ_０ＬＯ信号は、ミキサ・コアトランジスタＭ４４、Ｍ４５、Ｍ４６、Ｍ４７、Ｍ４８、Ｍ４９、Ｍ５０、Ｍ５１のゲートを駆動する。直交ＩＦ出力端１３８、１４０（各々ＩＦ_Ｉ、ＩＦ_Ｑ）は、ＩＦ_Ｉ出力の場合は並列ＲＣ回路Ｒ３６／Ｃ２６、Ｒ３７／Ｃ２７、ＩＦ_Ｑ出力の場合はＲ３８／Ｃ２８、Ｒ３９／Ｃ２９を介して、正値供給レール（ＶＤＤ）に結合されていて、ＲＦ入力端１４２、１４４に印加されたＲＦ入力信号と、ＬＯ入力端１３２、１３４、１３６に印加された時間領域矩形波との乗算を表わす中間周波数信号を与える。

図９に、トランス・バランを備えた二重平衡ＡＣ結合直交ミキサとして構成された別のミキサ回路の実施形態を示す。この実施形態は、スタックミキサコア構成が無い点以外は図８に示すものと同様であって、同様の動作上の利点をもたらす。

図９において、低ノイズ増幅回路１２は、入力トランジスタＭ５２、ソース減衰インダクタＬ１５、および結合回路１６のインダクタＬ１７にトランス結合されている負荷インダクタＬ１６を含んでいる。すなわち、結合回路１６は、Ｌ１６にトランス結合されていて、直交ミキサコア１４−３、１４−４を含むミキサ回路１４に低ノイズ増幅回路１２の出力をＲＦ入力信号として結合するインダクタＬ１７を含む誘導結合回路を含んでいる。この構成において、インダクタＬ１７の巻きの各終端がミキサ回路１４への入力として平衡信号を与えるのに対し、抵抗Ｒ４０はインダクタＬ１７のセンタータップを基準接地点（ＶＳＳ）に結合する。

同相（Ｉ）ＬＯ入力端１４６、１４８、１５０、１５２に印加された同相ＬＯ信号（ＬＯ_１〜ＬＯ_４）、および直交（Ｑ）ＬＯ入力端１５４、１５６、１５８、１６０に印加された直交ＬＯ信号（ＬＯ_１〜ＬＯ_４）が、ミキサコア・トランジスタＭ５３、Ｍ５４、Ｍ５５、Ｍ５６、Ｍ５７、Ｍ５８、Ｍ５９、Ｍ６０のゲートを駆動し、直交コア１４−３と１４−４の間で分割される。直交ＩＦ出力端１６２、１６４（各々ＩＦ_Ｉ、ＩＦ_Ｑ）は、ＩＦ_Ｉ出力の場合は並列ＲＣ回路Ｒ４１／Ｃ３０、Ｒ４２／Ｃ３１、ＩＦ_Ｑ出力の場合はＲ４３／Ｃ３２、Ｒ４４／Ｃ３３を介して正値の供給レール（ＶＤＤ）に結合されていて、ＲＦ入力端１６６、１６８に印加されたＲＦ入力信号と、ＬＯ入力端に印加された時間領域矩形波との乗算を表わす中間周波数信号を与える。

図１０に、トランス・バランおよび信号分割器を備えた二重平衡ＡＣ結合直交ミキサとして構成された別のミキサ回路の実施形態を示す。この構成は、局所発振器およびバイアス・ノイズの適切な低感度、および適切な電圧ヘッドルームを含めて、図８、９に示す実施形態と同様の動作上の利点をもたらす。

図１０において、低ノイズ増幅回路１２は、入力トランジスタＭ６１、ソース減衰インダクタＬ１８、および結合回路１６のインダクタＬ２０、Ｌ２１にトランス結合する負荷インダクタＬ１９を含んでいる。すなわち、インダクタＬ１９、Ｌ２０、Ｌ２１は、低ノイズ増幅回路１２の出力を分割ＲＦ入力信号としてミキサ回路１４に結合するトランスを形成する。この構成において、インダクタＬ２０の巻きの各終端が、ミキサ回路１４への入力として平衡信号を与えるのに対し、抵抗Ｒ４５はインダクタＬ２０のセンタータップを基準接地点（ＶＳＳ）に結合する。同様に、インダクタＬ２１の巻きの各終端がミキサ回路１４への入力として平衡信号を与えるのに対し、抵抗Ｒ４６はインダクタＬ２１のセンタータップを基準接地点（ＶＳＳ）に結合する。

同相（Ｉ）ＬＯ入力端１７０および直交（Ｑ）ＬＯ入力端１７２に印加されたＬＯ信号は、ミキサ・コアトランジスタＭ６２、Ｍ６３、Ｍ６４、Ｍ６５、Ｍ６６、Ｍ６７、Ｍ６８、Ｍ６９のゲートを駆動する。直交ＩＦ出力端１７４、１７６（各々ＩＦ_Ｉ、ＩＦ_Ｑ）は、ＩＦ_Ｉ出力の場合は並列ＲＣ回路Ｒ４５／Ｃ３４、Ｒ４６／Ｃ３５、ＩＦ_Ｑ出力の場合はＲ４７／Ｃ３６、Ｒ４８／Ｃ３７を介して正値の供給レール（ＶＤＤ）に結合されている。これらのＩＦ出力は、ＲＦ入力端１７８、１８０、１８２、１８４に印加されたＲＦ入力信号と、ＬＯ入力端１７０、１７２に印加された時間領域矩形波との乗算を表わす中間周波数信号を与える。

当業者には、本明細書に開示されている受信回路の広範な適用可能性が理解されよう。非限定的な実施形態として、図１に紹介したような受信回路１０を組み込んだ無線通信装置２００を図１１に示す。ここでは、受信回路１０は本明細書に開示する低ノイズ増幅器、ミキサ、および結合回路１２、１４、１６の実施形態を含んでいる。少なくとも１つの実施形態において、無線通信装置２００は、携帯無線電話その他の移動無線通信機器を含んでおり、これらはスタンドアロン機器として構成されていても、あるいは例えばラップトップ・コンピュータで用いる通信カードのように他の機器またはシステムに組み込まれていてもよい。

いずれの場合も、図示する無線通信装置２００の実施形態は、アンテナ２０２、スイッチ／デュープレクサ２０４、受信器２０６（受信回路１０を含む）、送信器２０８、ベースバンド・プロセッサ２１０、システムコントローラ２１２、および（無線通信装置２００の意図された用途における必要に応じて）ユーザー・インタフェース２１４を含んでいる。動作時に、受信器２０６は、本明細書に示す実施形態の任意の一つまたはその変形例に従い構成された受信回路１０に対しＲＦ入力信号を与える。

無論、本発明は上述の考察により限定されず、また添付の図面によっても限定されない。実際、本発明は添付の特許請求の範囲およびそれらの法的等価物によってのみ限定される。

従って、本明細書に開示するゲイン感度補償方法は、結合回路１６で用いる整合結合コンデンサの値をωＣ≦ｇ_ｍとなるように設定する。この関係により、各々の結合コンデンサＣ１−１、Ｃ１−２の静電容量値が相互コンダクタンス感度を支配し、これはＣ１−１とＣ１−２の厳密な整合が不平衡を制御することを意味する。上述のゲイン感度補償およびコンデンサの寸法設定関係が、例えば図６に示すような４相ミキサ回路の実施形態にも適合する点に注意されたい。

Claims

低ノイズ増幅回路と、
直交ミキサ回路と、
前記低ノイズ増幅回路の出力信号を前記直交ミキサ回路の直交入力端に結合するための整合容量結合回路を備えた容量結合回路と、
を含んでいる受信回路。
前記低ノイズ増幅回路は、単一出力信号を与える単一端低ノイズ増幅回路を含んでいて、前記容量結合回路は、前記単一端出力信号を前記直交ミキサ回路の直交入力端に分割する、請求項１に記載の受信回路。
前記整合結合回路の各々が、前記受信回路の相互コンダクタンス感度に応じて寸法設定された結合コンデンサを含んでいる、請求項１に記載の受信回路。
前記整合結合回路の各々における前記結合コンデンサの寸法がωＣ＞ｇ_ｍとなるように決定されていて、ここでωは目的周波数、Ｃは前記結合コンデンサの静電容量値、およびｇ_ｍは前記直交ミキサ回路の相互コンダクタンス値である、請求項３に記載の受信回路。
前記低ノイズ増幅回路は、平衡出力端を含んでいて、前記容量結合回路は、前記低ノイズ増幅回路からの平衡出力信号を前記直交ミキサ回路の直交入力端に容量結合する、請求項１に記載の受信回路。
前記容量結合回路は、前記平衡出力信号を前記直交ミキサ回路の前記直交入力端に容量結合するための整合結合コンデンサを含んでいる、請求項５に記載の受信回路。
前記直交ミキサ回路は、二重平衡直交ミキサ回路を含んでいて、前記低ノイズ増幅回路は、前記直交ミキサ回路の第１および第２の平衡直交入力端へ各々第１および第２の出力信号を与える平衡出力端を含んでいる、請求項１に記載の受信回路。
前記直交ミキサ回路は、前記第１および第２の平衡直交入力端の各々について容量結合回路を含んでいて、各々の容量結合回路が整合結合コンデンサを含んでいる、請求項７に記載の受信回路。
前記第１および第２の平衡直交入力端の各々が単一端終端回路を含んでいる、請求項８に記載の受信回路。
請求項１に記載の受信回路を含んでいる無線通信装置。
低ノイズ増幅回路と、
４相ミキサ回路と、
前記低ノイズ増幅回路の出力信号を前記４相ミキサ回路のミキサ入力端に結合する容量結合回路と、
を含んでいる受信回路。
前記低ノイズ増幅回路は、単一出力信号を与える単一端低ノイズ増幅回路を含んでいて、前記容量結合回路は、前記単一出力信号を前記４相ミキサ回路の単一端ミキサ入力端に結合する、請求項１１に記載の受信回路。
前記容量結合回路が、前記４相ミキサ回路の相互コンダクタンス感度に応じて寸法設定された結合コンデンサを含んでいる、請求項１１に記載の受信回路。
前記結合コンデンサの寸法がωＣ＞ｇ_ｍとなるように決定されていて、ここでωは目的周波数、Ｃは前記結合コンデンサの静電容量値、およびｇ_ｍは前記４相ミキサ回路の相互コンダクタンス値である、請求項１３に記載の受信回路。
前記４相ミキサ回路は、二重平衡４相ミキサ回路を含んでおり、前記低ノイズ増幅回路は、平衡出力端を含んでおり、前記容量結合回路は、前記低ノイズ増幅回路からの平衡出力信号を前記二重平衡４相ミキサ回路の各々の平衡ミキサ入力端に容量結合する整合結合コンデンサを含んでいる、請求項１１に記載の受信回路。
前記二重平衡４相ミキサ回路の前記平衡ミキサ入力端が単一端終端回路を含んでいる、請求項１５に記載の受信回路。
請求項１１に記載の受信回路を含んでいる無線通信装置。
ミキサ回路へ入力信号を与える方法であって、
低ノイズ増幅回路からの出力信号を、結合コンデンサを介して前記ミキサ回路のミキサ入力端に結合するステップと、
前記ミキサ回路の相互コンダクタンス感度に応じて決定される静電容量値を有するように前記結合コンデンサを構成するステップと、
を含んでいる方法。
前記低ノイズ増幅回路が平衡出力信号を与え、結合コンデンサを介して低ノイズ増幅回路からの出力信号を前記ミキサ回路のミキサ入力端に結合するステップが、整合結合コンデンサを介して前記平衡出力信号を各ミキサ入力端に結合するステップを含んでいる、請求項１８に記載の方法。
低ノイズ増幅回路と、
直交ミキサ回路と、
前記低ノイズ増幅回路の出力信号を前記直交ミキサ回路の直交入力端に結合するために構成された１個以上のトランス結合インダクタを含む誘導結合回路と、
を含んでいる受信回路。
前記低ノイズ増幅回路は、単一出力信号を与える単一端低ノイズ増幅回路を含んでおり、前記誘導結合回路の前記１個以上のトランス結合インダクタは、平衡ＲＦ入力信号を前記直交ミキサ回路に与えるトランス結合インダクタを含んでいる、請求項２０に記載の受信回路。
前記直交ミキサ回路は、４相局所発振器駆動信号用に構成された直交ミキサ回路を含んでいる、請求項２１に記載の受信回路。
前記低ノイズ増幅回路は、単一出力信号を与える単一端低ノイズ増幅回路を含んでおり、前記誘導結合回路の前記１個以上のトランス結合インダクタは、前記単一出力信号を一対の平衡ＲＦ入力信号に分割すると共に、一対の整合トランス結合インダクタを含んでいる、請求項２０に記載の受信回路。
請求項２０に記載の受信回路を含んでいる無線通信装置。
ミキサ回路にミキサ入力信号を与える方法であって、
対応する増幅器入力信号を受信するように構成された低ノイズ増幅回路から増幅出力信号を取得するステップと、
前記低ノイズ増幅回路からの前記増幅出力信号を、１個以上のトランス結合インダクタを介して直交ミキサ回路の直交入力端に誘導結合するステップと、
を含む方法。
前記低ノイズ増幅回路は、前記増幅出力信号を単一端増幅出力信号として出力するように構成されており、前記低ノイズ増幅回路からの前記増幅出力信号を、１個以上のトランス結合インダクタを介して直交ミキサ回路の直交入力端に誘導結合するステップは、前記単一端増幅出力信号を前記ミキサ回路の直交入力端に印加するための平衡ミキサ入力信号に変換するように前記１個以上のトランス結合インダクタを構成するステップを含んでいる、請求項２５に記載の方法。
前記直交ミキサ回路を４相局所発振器駆動信号で動作するように構成するステップを更に含んでいる、請求項２６に記載の方法。
前記低ノイズ増幅回路は、単一の増幅出力信号を与える単一端低ノイズ増幅回路を含んでおり、前記低ノイズ増幅回路からの前記増幅出力信号を、１個以上のトランス結合インダクタを介して直交ミキサ回路の直交入力端に誘導結合するステップは、前記１個以上のトランス結合インダクタを、前記単一の増幅出力信号を一対の平衡直交ミキサ入力信号に分割する一対の整合トランス結合インダクタとして構成するステップを含んでいる、請求項２５に記載の方法。