JP2013201580A - Ａｓｋ信号発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】オン・オフ比を向上することが可能なＡＳＫ信号発生器を提供する。
【解決手段】差動発振器１０は、第１の信号と第１の信号と逆位相の第２の信号を発振し、第１の信号を第１の出力端１０ａから出力し、第２の信号を第２の出力端１０ｂから出力する。第１の変調器１１は、差動発振器１０の第１の出力端１０ａに接続され、常時オフ状態とされている。第２の変調器１５は、差動発振器１０の第２の出力端１０ｂに接続され、変調信号によりオン又はオフとされる。第１の伝送線路１４は、差動発振器１０の発振周波数の１／４波長の長さを有する。第２の伝送線路１８は、差動発振器１０の発振周波数の１／４波長の長さを有し、出力端が第１の伝送路１４の出力端に接続されている。インピーダンス調整回路１９は、第１、第２の伝送線路１４、１８の出力端に接続され、変調信号により第２の変調器１５とともに動作される。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、例えば狭域通信に適用される振幅偏移変調（Amplitude Shift Keying : ASK）の信号発生器に関する。

ＡＳＫ信号発生器は、正弦波の振幅が大きい場合をオン、正弦波の振幅が非常に小さい場合をオフとしている。オフにおいて、正弦波の振幅がゼロの状態を理想とするが、実際にはリークにより正弦波の振幅が出力される。そのため、ＡＳＫ信号の品質を表す指標の一つとして、オン・オフのＡＳＫ変調出力振幅の比（オン・オフ比）がある。受信機でＡＳＫ信号を正しく復調するためには、例えば１５ｄＢ程度のオン・オフ比を実現する必要がある。

一般的なＡＳＫ信号発生器において、オン・オフ比はＡＳＫ変調器の挿入損失とトレードオフの関係にあり、ＡＳＫ信号発生器を設計する場合、オン・オフ比と挿入損失の２つの特性が所望の仕様を満たすような最適設計が行われる。

さらに、ＡＳＫ信号発生器で扱う信号電力が大きくなると、ＡＳＫ変調器が大きな入力信号により非線形動作し、オン時の出力電力が低下するとともにオフ時のリーク電力が増大し、オン・オフ比を劣化させる。ＡＳＫ変調器への入力電力が十分小さい場合は目標であるオン・オフ比を達成しているが、入力信号が増大するに従ってオン・オフ比が劣化し、目標仕様を満たせなくなる。

特開２０００−４９８７４号公報 特開平１１−３１３１１６号公報 特開２００４−２０８１３５号公報

本実施形態は、オン・オフ比を向上することが可能なＡＳＫ信号発生器を提供しようとするものである。

本実施形態のＡＳＫ信号発生器は、第１、第２の出力端を有し、第１の信号と前記第１の信号と逆位相の第２の信号を発振し、前記第１の信号を前記第１の出力端から出力し、前記第２の信号を前記第２の出力端から出力する差動発振器と、前記差動発振器の前記第１の出力端に接続され、常時オフ状態とされた第１の変調器と、前記差動発振器の前記第２の出力端に接続され、変調信号によりオン又はオフとされる第２の変調器と、前記差動発振器の第１の出力端に接続され、前記差動発振器の発振周波数の１／４波長の長さを有する第１の伝送線路と、前記差動発振器の第２の出力端に接続され、前記差動発振器の発振周波数の１／４波長の長さを有し、出力端が前記第１の伝送線路の出力端に接続された第２の伝送線路と、前記第１、第２の伝送線路の出力端に接続され、前記変調信号により前記第２の変調器とともに動作されるインピーダンス調整回路とを具備することを特徴とする。

第１の実施形態に係るＡＳＫ信号発生器の構成を示す図。 図２（ａ）（ｂ）は、図１に示すＡＳＫ信号発生器の動作を説明するために示す図。 第２の実施形態に係るＡＳＫ信号発生器の構成を示す図。

以下、図面を参照して本実施形態について説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付す。また、重複する説明は、必要に応じて行う。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係るＡＳＫ信号発生器１の構成を示している。

このＡＳＫ信号発生器１において、発振器１０は例えば差動発振器であり、搬送波としての第１の信号と第１の信号と逆位相の第２の信号を発振する。この発振器１０は例えば６０〜１２０ＧＨｚの正弦波信号を発振しており、図１に破線で示すように例えばバッファ１０ｃ、１０ｄを介して出力インピーダンスが例えば５０Ωに設定されている。

発振器１０の第１の信号を出力する第１の出力端１０ａには、第１のＡＳＫ変調器１１が並列に接続されている。すなわち、第１のＡＳＫ変調器１１は、発振器１０の第１の出力端子１０ａと接地間に並列に接続された例えばｎチャネルＭＯＳトランジスタにより構成された第１のトランジスタ１２を有している。具体的には、第１のトランジスタ１２のドレインは、第１の出力端子１０ａに接続され、ソースは接地され、ゲートにはハイレベル信号が印加されている。このため、第１のトランジスタ１２は常時オンしている。

このように、トランジスタがオンし、変調出力信号が出ない状態を変調器がオフしているという。また、トランジスタがオフし、変調信号出力信号が出る状態を変調器がオンしているという。

さらに、発振器１０の第１の出力端１０ａは、第１の伝送線路１４を介して出力端子２０に接続されている。第１の伝送線路１４は発振器１０の発信周期λの１／４波長の配線長を有する所謂λ／４の伝送線路である。

一方、発振器１０の第２の信号を出力する第２の出力端１０ｂには、第２のＡＳＫ変調器１５が並列に接続されている。第２のＡＳＫ変調器１５は、発振器１０の第２の出力端子１０ｂと接地間に並列に接続された、例えばｎチャンネルＭＯＳトランジスタにより構成された第２のトランジスタ１５を有している。第２のトランジスタ１５のドレインは第２の出力端１０ｂに接続され、ソースは接地され、ゲートには図示せぬ信号処理から供給される変調信号としてのデジタル信号ＤＳが入力されている。このため、第２のトランジスタ１５は、デジタル信号ＤＳに基づきオン・オフされる。

さらに、発振器１０の第２の出力端１０ｂは、第２の伝送線路１８を介して出力端子２０に接続されている。第２の伝送線路１８は、第１の伝送線路１４と同様λ／４の伝送線路である。

前記出力端子２０と接地間には、インピーダンス調整回路を構成する第３のトランジスタ１９が接続されている。この第３のトランジスタ１９は、例えばｎチャンネルＭＯＳトンランジスタにより構成されている。この第３のトランジスタ１９のゲートには前記デジタル信号ＤＳが供給されている。このため、第３のトランジスタ１９は、第２のトランジスタ１６と共にオン・オフされる。

上記構成において、図２（ａ）、（ｂ）を参照してＡＳＫ信号発生器１の動作について説明する。

前述したように、第１のトランジスタ１２は常時オン状態とされている。図２（ａ）、（ｂ）において、符号Ｚ１２、Ｚ１６、Ｚ１９は、それぞれ第１乃至第３のトランジスタ１２のオン時のインピーダンスを示している。図２（ａ）はＡＳＫ変調器１５がオンの場合を示し、図２（ｂ）はＡＳＫ変調器１５がオフの場合は示している。

図２（ａ）に示す第１のＡＳＫ変調器１１おいて、発振器１０からの信号の殆どは、第１のトランジスタ１２を介してグランドに流れ込み、小さいリーク信号が出力される。このとき、第２のトランジスタ１６、及び第３のトランジスタ１９はオフであるため、発振器１０からの信号は、第２の伝送線路１８を通って出力端子２０へ出力され、第１のＡＳＫ変調器１１から出力される小さいリーク信号と加算される。

第１のＡＳＫ変調器１１から出力される小さいリーク信号と第２のＡＳＫ変調器１５から出力される信号は逆位相である。そのため、第２のＡＳＫ変調器１５から出力される信号は、第１のＡＳＫ変調器１１から出力される小さいリーク信号によって、若干振幅が小さくなるが、問題ないレベルの信号が出力端子２０に出力される。

ここで、出力インピーダンスに関して、第１のＡＳＫ変調器１１の出力はショート、すなわち、非常に小さいインピーダンスとなるが、第１の伝送線路１４を介してオープンとなる。一方、第２のＡＳＫ変調器１５の出力インピーダンスは、発振器１０の出力インピーダンスとしての５０Ωである。このため、ＡＳＫ信号発生器１全体の出力インピーダンスは５０Ωとなる。

次に、図２（ｂ）を参照して第２のＡＳＫ変調器１５がオフの場合の動作について説明する。

この場合、第１のＡＳＫ変調器１１と第２のＡＳＫ変調器１５は共にオフとなる。このため、両者の出力信号は互いに逆位相の小さなリーク信号となる。これら互いに逆位相のリーク信号が加算される。したがって、出力端子２０において、２つのリーク信号はキャンセルされ、信号は出力されない。

このとき、出力インピーダンスは、第１のＡＳＫ変調器１１と第２のＡＳＫ変調器１５の出力はそれぞれショートとなるが、１／４波長の第１、第２の伝送線路１４、１８を介してオープンに変換される。ここで、第３のトランジスタ１９のオン時のインピーダンス１９ａが５０Ωとなるように調整しておけば、ＡＳＫ信号発生器１全体の出力インピーダンスは５０Ωとなる。

上記第１の実施形態によれば、差動信号を発生する発振器１０の第１の出力端１０ａに並列に常時オンとされた第１のトランジスタ１２を有する第１のＡＳＫ変調器１１を設け、発振器１０の第２の出力端１０ｂに、変調信号としてのデジタル信号ＤＳによりオン、オフされる第２のトランジスタ１６を有する第２のＡＳＫ変調器１６を並列接続している。このため、第１、第２のＡＳＫ変調器１５、１６が共にオフのとき、リーク信号をキャンセルすることが可能となり、オン・オフ比を改善することができる。

また、挿入損失を２ｄＢ以下に設定しようとした場合、一般的なＡＳＫ変調器の場合、オン・オフ比を２０ｄＢ程度しか実現できない。しかし、本実施形態の場合、オフの時のリークをデバイスのバラツキレベルまで低減できるため、オン・オフ比として例えば５０ｄＢ以上の値とすることが期待できる。

また、発振器１０から大振幅の信号が入力され、第１、第２のＡＳＫ変調器１１、１５が非線形動作をしても、信号のリーク量は実際の回路やデバイスの対称性だけで決まるため、リーク信号を低減することができる。したがって、大振幅の信号が入力された時も、良好なオン・オフ比を保つことが可能となる。

例えば無線機において、実用的な通信距離を確保するには、ＡＳＫ信号発生器の出力電力は＋１０ｄＢｍ以上必要である。これに対して、本実施形態は、オフ時のリーク信号をキャンセルするタイプのＡＳＫ発信器を用いているため、大振幅の信号を入力しても非線形によるオン・オフ比の劣化が起こらない。そのため、十分な出力電力を確保できる。

さらに、本実施形態によれば、ＡＳＫ変調器がオンのときもオフのときも出力インピーダンスは一定値であるため、出力端子からのノイズの発生を抑制できる。

このように、本実施形態は、挿入損失の低減、オン・オフ比の劣化を抑制でき、動作周波数帯域を向上できる。

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係るＡＳＫ信号発生器の構成を示すものであり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付している。

第１の実施形態において、第１、第２のトランジスタ１２、１６はオン状態において理想的にはショートされていることが望ましいが、僅かなインピーダンスを有している。このため、リーク電流が生じている。そこで、第２の実施形態は、第１の実施形態よりリーク電流を一層低減しようとするものである。

図３において、第１のＡＳＫ変調器１１は、１対の第１、第４のトランジスタ１２、１２ａと、第３の伝送線路１４ａとにより構成されている。第３の伝送線路１４ａは１／４波長の伝送線路である。第１のトランジスタ１２は、発振器１０の第１の出力端１０ａと接地間に並列に接続されている。第３の伝送経路１４ａの入力端子は発振器１０の第１の出力端１０ａに接続されている。第４のトランジスタ１２ａは第３の伝送線路１４ａの出力端と接地間に接続されている。第１、第４のトランジスタ１２、１２ａのゲートにはハイレベル信号（Ｖｄｄ）が供給されている。このため、１対の第１、第４のトランジスタ１２、１２ａは常時オンしている。

第２のＡＳＫ変調器１５は、一対の第２第５のトランジスタ１６、１６ａと、第４の伝送線路１８ａとにより構成されている。第４の伝送線路１８ａは、１／４波長の伝送線路である。第２のトランジスタ１６は、発振器１０の第２の出力端１０ｂと接地間に接続されている。第４の伝送経路１８ａの入力端子は、発振器１０の第２の出力端１０ｂに接続されている。第５のトランジスタ１６ａは、第２の伝送線路１８ａの出力端と接地間に接続されている。第２、第５のトランジスタ１６、１６ａのゲートには、図示せぬ信号処理から変調信号としてのデジタル信号ＤＳが供給されている。このため、第２、第５のトランジスタ１６、１６ａはデジタル信号処理に基づきオン・オフされる。

第２の実施形態において、基本的な動作は第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態において、第１のトランジスタ１２で発生したリーク信号は、第４のトランジスタ１２ａにより更に低減される。このため、第１のＡＳＫ変調器１１から出力されるリーク信号は非常に小さくなる。また、第２のＡＳＫ変調器１５も第１のＡＳＫ変調器１１と同様に、第２のトランジスタ１６で発生したリーク信号が第５のトランジスタ１６ａにより更に低減される。このため、第２のＡＳＫ変調器１５から出力されるリーク信号は非常に小さくなる。さらに、第１のＡＳＫ変調器１１から出力されるリーク信号と、第２のＡＳＫ変調器１５から出力されるリーク信号は互いに逆位相であるため、出力端子２０において、リーク信号は、ほぼ完全にキャンセルされる。

上記第２の実施形態によれば、第１のＡＳＫ変調器１１に第３の伝送線路１４ａと第４のトランジスタ１２ａをさらに設け、第２のＡＳＫ変調器１５に第４の伝送線路１８ａと第５のトランジスタ１６ａをさらに設けている。このため、第１のＡＳＫ変調器１１から出力されるリーク信号と、第２のＡＳＫ変調器１５から出力される逆位相のリーク信号を第１の実施形態に比べて大きく低減することが可能となる。したがって、ＡＳＫ信号発生器１から出力されるリーク信号をほぼ完全にキャンセルすることが可能となる。

その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…発信器、１１，１５…ＡＳＫ変調器、１２、１２ａ、１６、１６ａ、１９…トランジスタ、１４、１４ａ、１８、１８ａ…伝送線路。

Claims (4)

1. 第１、第２の出力端を有し、第１の信号と前記第１の信号と逆位相の第２の信号を発振し、前記第１の信号を前記第１の出力端から出力し、前記第２の信号を前記第２の出力端から出力する差動発振器と、
   前記差動発振器の前記第１の出力端に接続され、常時オフ状態とされた第１の変調器と、
   前記差動発振器の前記第２の出力端に接続され、変調信号によりオン又はオフとされる第２の変調器と、
   前記差動発振器の第１の出力端に接続され、前記差動発振器の発振周波数の１／４波長の長さを有する第１の伝送路と、
   前記差動発振器の第２の出力端に接続され、前記差動発振器の発振周波数の１／４波長の長さを有し、出力端が前記第１の伝送路の出力端に接続された第２の伝送路と、
   前記第１、第２の伝送路の出力端に接続され、前記変調信号により前記第２の変調器とともに動作されるインピーダンス調整回路と
   を具備することを特徴とするＡＳＫ信号発生器。
2. 前記第１の変調器は、前記差動発振器の前記第１の出力端と接地間に接続された常時オン状態とされた第１のトランジスタにより構成され、
   前記第２の変調器は、前記差動発振器の前記第２の出力端と接地間に接続され、前記変調信号によりオン又はオフとされる第２のトランジスタにより構成されることを特徴とする請求項１記載のＡＳＫ信号発生器。
3. インピーダンス調整回路は、前記第１、第２の伝送路の出力端と接地間に接続され、前記変調信号によりオン又はオフとされる第３のトランジスタにより構成され、前記第３のトランジスタのオン時のインピーダンスは、前記差動発振器の出力インピーダンスと等しく設定されていることを特徴とする請求項１記載のＡＳＫ信号発生器。
4. 前記第１の変調器は、
   前記差動発振器の前記第１の出力端と前記第１のトランジスタの接続ノードと前記第１の伝送路の入力端との間に接続され、前記差動発振器の発振周波数の１／４波長の長さを有する第３の伝送路と、
   前記第３の伝送路と、前記第１の伝送路の接続ノードと接地間に接続され、常時オン状態とされた第４のトランジスタをさらに具備し、
   前記第２の変調器は、
   前記差動発振器の前記第２の出力端と前記第２のトランジスタの接続ノードと前記第２の伝送路の入力端との間に接続され、前記差動発振器の発振周波数の１／４波長の長さを有する第４の伝送路と、
   前記第４の伝送路と、前記第２の伝送路の接続ノードと接地間に接続され、前記変調信号によりオン又はオフとされる第５のトランジスタをさらに具備することを特徴とする請求項１記載のＡＳＫ信号発生器。

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