JP2013509056A - 低減した2次混変調を伴うパッシブミキサ - Google Patents

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Abstract

本開示は、一般に、無線通信システムにおける受信機構造の分野に関し、より詳細には、受信機構造におけるパッシブミキサと、第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に、第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、変換する、技術とに関する。第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に変換する、パッシブミキサが、キャンセル値で加重された第1の信号を、第3の信号に重畳することによって、2次混変調成分を打ち消す第1のキャンセル信号を生成する、キャンセルコンポーネント220と、第1の信号を受信する第1の端子232と、第2の信号を出力する第2の端子234と、第1のキャンセル信号を受信する第3の端子236とを有する混合コンポーネント231とを備え、混合コンポーネント231が、第1の端子232で入力として与えられる第1の信号と、第3の端子236で入力として与えられる第1のキャンセル信号とを混合することによって、第2の端子234での出力として、第2の信号を与えるように適合される。

Description

本発明は、一般に、無線通信システムにおける受信機構造の分野に関する。より詳細には、本発明は、受信機構造におけるパッシブミキサと、第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に変換する、技術とに関する。
無線通信システムにおいて、ミキサは、送信を容易にするために(ミキサが送信機で使用される場合)、ベースバンド(BB)信号または中間周波数(IF)信号を、高周波信号、例えば、無線周波数(RF)信号にアップコンバートするために使用されるか、または、信号処理を容易にするために(ミキサが受信機で使用される場合)、高周波信号、例えば、RF信号を、低周波信号、例えば、BB信号またはIF信号にダウンコンバートするために使用される。アップコンバージョンまたはダウンコンバージョンは、それぞれ、ミキサの入力信号と、局部発振器によって生成された局部発振器(LO)信号とを混合することによって、実行される。受信機の場合には、RF信号は、IF信号またはBB信号を生成するために、LO信号と混合される。
いくつかの移動無線通信デバイスでは、送信機アーキテクチャおよび受信機アーキテクチャは、分離されている、すなわち、受信機および送信機に、別々の回路が使用されている。しかしながら、他の移動通信デバイスでは、トランシーバが使用されており、これは、送信機および受信機の両方が組み合わされ、かつ、共通の回路を共有する、デバイスである。トランシーバは、通常、単一のチャネル上で同時双方向(全二重)通信を可能にするデバイスである、デュプレクサを備えている。無線通信システムでは、デュプレクサは、受信機と送信機が共通のアンテナを共有した状態のまま、受信機と送信機とを隔離する。
最新の無線通信システムの課題は、これまでも、そして今もなお、小型化するパッケージに適合しながら、厳しさを増す性能規格を満たすことができる受信機(および送信機)を設計することである。このため、多くの最新の無線受信機(および送信機)は、単一の特定用途向け集積回路(ASIC)に実装される。
これらの厳しい性能規格の1つは、混変調要件、特に、いわゆる、2次混変調(IM2)要件である。混変調は、非線形システムでのみ起こりうる。非線形システムは、一般に、アクティブコンポーネントから構成され、つまり、コンポーネントは、入力信号ではない外部電源でバイアスがかけられなければならない、ということを意味する(すなわち、アクティブコンポーネントは、「オン」にされなければならない)。しかしながら、パッシブコンポーネントでも、非線形式に動作して、混変調を生じうる。ダイオードやトランジスタは、そのパッシブ非線形効果が広く知られているが、寄生非線形性が、他のコンポーネントにも生じうる。例えば、音声周波変圧器は、飽和点付近で非線形挙動を示し、電解キャパシタは、大信号条件下で、整流器として挙動し始めることがあり、かつ、RFコネクタおよびアンテナは、非線形特性を示しうる。
受信機の場合には、パッシブミキサは、ミキサで混合されたLO信号およびRF信号の和および差から得られる、IF信号またはBB信号を生成する。IFポートでのこれらの和信号および差信号は、同じ振幅のものであるが、一般に、処理および復調には、差信号のみが望ましいため、和周波数(イメージ信号としても知られる)は、典型的には、IFバンドパスフィルタリングまたはBBロウパスフィルタリングによって、除去されなければならない。
非線形の場合には、IM2成分のような、さらに高次の成分(高調波によって生じる)が、典型的には、ミキサ出力で生じる。2次インターセプトポイント(IP2)は、非線形システムおよび非線形デバイスによって生成された2次ひずみを定量化する線形性の尺度である。低電力レベルでは、基本出力電力は、入力電力の1対1の割合(dB)で生じるのに対して、2次出力電力は、2対1の割合で生じる。入力電力が十分に高く、かつ、デバイスが飽和状態に達すると、出力電力は、1次および2次の場合の両方で、平坦化される。2次インターセプトポイントは、電力レベルが飽和状態により平坦化されないと仮定すると、1次および2次の線が交差する点である。言い換えれば、IP2は、RF入力対IF出力の曲線の理論点であり、この曲線では、RF入力が高くなると、所望の入力信号および2次積の振幅が、等しくなる。
時分割多元接続(TDMA)および時分割複信(TDD)システム用の最近の低コストワイヤレス受信機市場では、ゼロ受信機アーキテクチャおよび低IF受信機アーキテクチャが、普及している。周波数分割多元接続(FDMA)システムおよび符号分割多元接続(CDMA)システムに関しては、広帯域符号分割多元接続(WCDMA)システムのように、厳しいIM2要件およびIP2要件は、典型的には、より複雑な受信機の解決策を必要としている。
TDMAシステムまたはTDDシステムにおいて、ワイヤレス送信機およびワイヤレス受信機は、同時にはオン状態にはならないが、重なり合うことのない異なるタイムスロットで、オン状態になる。このように、これらのシステムの場合には、最も強い受信機(Rx)干渉は、外部送信機が原因であり、TDMAシステムまたはTDDシステムのアンテナを介して、拾われる。FDMAシステムまたはCDMAシステムでは、WCDMAシステムのように、最も強いRx干渉源は、典型的には、システムのデュプレックスフィルタを通る漏れによって、ワイヤレス送信機(Tx)自体である。全出力での送信機の漏れは、典型的には、任意の外部干渉源より強い10dB以上であるため、主に、IM2要件およびIP2要件を定めることになる。
例えば、+25dBm出力でのWCDMA送信機により、デュプレクサの減衰が50dBである場合に、−25dBmのRx信号が得られる。−108dBmの静的Rx干渉(常に存在する干渉)しか許容できない場合には、整流されたTxスペクトルが、−108dBmの限界値を下回るように、受信機IP2は、+44dBm以上である必要がある。例えば、GSM(グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーションズ)の場合には、最も強い干渉源は、5dB低くなるか、または、−30dBmであり、その結果、同じひずみレベルに対するIP2要件は、10dB低くなる。
これまで、送信機の高い漏れレベルへの一般的な対処法は、低雑音増幅器(LNA)と受信機のミキサとの間に、フィルタ、典型的には、雑音対策用のアクティブミキサを導入することであった。近接するTxバンドエッジとRxバンドエッジとの間の相対周波数の間隔、すなわち、デュプレックスギャップが小さいために、このフィルタは、典型的には、表面弾性波(SAW)フィルタであるが、このフィルタは、トランシーバASICに一体化することはできず、プリント回路基板(PCB)またはモジュール基板に設置する必要があり、これにより、受信機のコストの増加および構造の複雑化をもたらす。
最近では、LNAとミキサコアとの間の交流(AC)結合が、低周波IM2雑音がミキサコアに入力されるのを阻止することによって、IP2を高めるための手段として、採用されており、これにより、ミキサの不均衡による漏れを防止することができる。
パッシブ金属酸化物半導体(MOS)ミキサは、特に、ミキサのBBポートまたはIFポートが仮想グラウンドにある場合に、雑音および線形性の面で、優れた性能を提供する。仮想グラウンドは、IP2を改善するBB信号またはIF信号によるミキサスイッチの変調を取り除く。MOSデバイス固有の性質により、MOSのスイッチング閾値およびチャネルのコンダクタンスは、LO信号、RF信号およびIF信号に依存する。これらの相互依存性は、これらの信号のクロス積を生成するものであり、これらの信号は、IM2を引き起こす信号を含んでいる。IFポートを、例えば、仮想グラウンドによって接地することによって、これらのクロス積の一部を低減できるので、IM2が減り、結果的に、IP2が高くなる。それでも、スイッチング閾値が、RF信号によって変調されることにより、非線形チャネルコンダクタンスの他に、IM2の寄与が得られる。
デュプレクサのアイソレーションが、50dBである、または、それよりも良好である場合には、最近のAC結合されたミキサの解決策は、十分な性能を提供する。より小さなデュプレックスギャップ、ひいては、より小さなデュプレクサアイソレーションを有する新しい帯域構成に関しては、この解決策は、適当ではない場合がある。また、コスト面の理由から、ミキサIP2を改善することにより、例えば、デュプレクサアイソレーションが小さいデュプレクサを許容することにより、これらのデュプレクサ要件を緩和することが、有益な場合もある。
したがって、改良されたIP2性能を有する、改良され、かつ、コスト効率の良い、パッシブミキサを提供することが必要とされている。
この目的は、第1の態様によれば、第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に変換する、パッシブミキサによって、達成される。このパッシブミキサは、キャンセルコンポーネントと、混合コンポーネントとを備え、このキャンセルコンポーネントは、キャンセル値で加重された第1の信号を、第3の信号に重畳することによって、2次混変調成分を打ち消す第1のキャンセル信号を生成し、この混合コンポーネントは、第1の信号を受信する第1の端子と、第2の信号を出力する第2の端子と、第1のキャンセル信号を受信する第3の端子とを有し、第1の端子で入力として与えられる第1の信号と、第3の端子で入力として与えられる第1のキャンセル信号とを混合することによって、第2の端子での出力として、第2の信号を与えるように適合される。
第2の態様によれば、上記目的は、第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に変換する、追加のパッシブミキサによって、達成される。この追加のパッシブミキサは、キャンセルコンポーネントと、混合コンポーネントとを備え、このキャンセルコンポーネントは、キャンセル値で加重された第1の信号を、バイアス電圧または基準電圧に重畳することによって、2次混変調成分を打ち消す第2のキャンセル信号を生成し、この混合コンポーネントは、第1の信号を受信する第1の端子と、第2の信号を出力する第2の端子と、第3の信号を受信する第3の端子と、第2のキャンセル信号を受信する第4の端子とを有し、第1の端子で入力として与えられる第1の信号と、第3の端子で入力として与えられる第3の信号とを、第4の端子で入力として与えられる第2のキャンセル信号と混合することによって、第2の端子での出力として、第2の信号を与えるように適合される。
両態様によるキャンセルコンポーネントは、第1のキャンセル信号および第2のキャンセル信号の1つのみを、または第1のキャンセル信号および第2のキャンセル信号の両方を、適用するように適合されてもよい。混合コンポーネントが、4つの端子、すなわち、第2の態様による第1の端子から第4の端子を備えてもよいが、4つの端子のうちの3つ、例えば、第1の端子から第3の端子のみを、使用してもよい。例えば、3つの端子は、端子にそれぞれの信号を与えることによって使用され、第4の端子は、使用されないままの状態であり、かつ、混合コンポーネントは、第4の信号(バイアス電圧)を考慮することなく、第1のキャンセル信号を生成する。バイアス電圧がさらに与えられた場合には、混合コンポーネントは、4つの端子を使用して、第2のキャンセル信号を生成してもよい。混合コンポーネントは、第1のキャンセル信号および第2のキャンセル信号の両方を受信し、かつ、第1の端子で入力として与えられる第1の信号と、第3の端子で入力として与えられる第1のキャンセル信号とを、第4の端子で入力として与えられる第2のキャンセル信号と混合することによって、第2の端子での出力として、第2の信号を与えるように適合されてもよい。
両態様によれば、混合コンポーネントは、電圧制御スイッチを備えてもよい。例えば、混合コンポーネントは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、接合電界効果トランジスタ(JFET)、金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)などのような電界効果トランジスタスイッチ、または、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のような電界効果トランジスタと同様の特性を与えるトランジスタ、を備える。電界効果トランジスタスイッチは、第1の端子に作動的に接続されたドレインと、第3の端子に作動的に接続されたゲートと、第2の端子に作動的に接続されたソースとを有してもよい。特に、第2の態様によれば、電界効果トランジスタスイッチは、第1の端子に作動的に接続されたドレインと、第3の端子に作動的に接続されたゲートと、第2の端子に作動的に接続されたソースと、第4の端子に接続されたバルクとを有してもよい。
周知のように、ソースおよびドレインは、対称的なデバイスに対して交換されてもよく、かつ、電界効果トランジスタのドレインおよびソースを構成するものは、バイアス、または信号に依存するものであってもよい。しかしながら、簡略化のために、一般性を失うことがないように、ドレインは、第1の端子に接続され、かつ、ソースは、第2の端子に接続されるものとする。
代替的には、混合コンポーネントは、複数の電圧制御スイッチ、例えば、2つの相補電圧制御スイッチを備えてもよい。この場合には、1つのNチャネルトランジスタおよび1つのPチャネルトランジスタは、互いに並列接続されてもよく、第1の端子および第2の端子を共有してもよいが、別個の第3の端子と、第2の態様の場合には、別個の第4の端子、例えば、別個のゲートおよびバルク端子と、を有してもよい。
パッシブミキサは、送信機および受信機の両方を備える、トランシーバの例の受信機配置において使用されてもよい。この場合には、パッシブミキサは、トランシーバの受信機および送信機の少なくとも1つにおいて、使用されてもよい。例えば、パッシブミキサは、トランシーバの同じ特定用途向け集積回路(ASIC)に設けられた集積回路として、実現される。
第1の変形例によれば、パッシブミキサは、受信機に配置されてもよい。第1の信号は、受信機によって受信される無線周波数(RF)信号であってもよく、第3の信号は、受信機に配置される局部発振器によって与えられる局部発振器(LO)信号であってもよく、第2の信号は、パッシブミキサが直接変換または間接変換のどちらを実行するように適合されているかに応じた、中間周波数(IF)信号およびベースバンド(BB)信号の1つであってもよい。パッシブミキサが、間接変換を実行するように適合されている場合には、受信したRF信号は、パッシブミキサによって、ゼロとは異なる中央周波数を有するIF信号にダウンコンバートされる。次に、IF信号は、同様のミキサまたは異なるミキサによって、BB信号に、さらにダウンコンバートされてもよい。直接変換の場合には、RF信号は、ゼロに等しい中央周波数を有する、すなわち、ゼロ付近のある一定の帯域幅のスペクトルを有する、BB信号に直接変換される。
第1の変形例と組み合わせられる第2の変形例によれば、パッシブミキサは、送信機に配置されてもよい。次に、第1の信号は、パッシブミキサが直接変換または間接変換のどちらを実行するように適合されるかに応じた、IF信号およびBB信号の1つであってもよく、第3の信号は、送信機に配置されたLOによって与えられるLO信号であってもよく、かつ、第2の信号は、送信機によって送信されるRF信号であってもよい。
打ち消されるべき2次混変調(IM2)成分は、混合コンポーネントの第1の端子の電圧(混合コンポーネントの入力電圧)に応じた項を含んでもよい。1つの変形例によれば、混合コンポーネントの第2の端子(出力端子)は、仮想グラウンドに接続されることにより、または、グラウンド付近の電圧を有することにより、第1の端子の電圧の振れと比較して非常に低くなるようにしてもよい。次に、IM2成分は、第1の端子の電圧の2乗に比例してもよい。あるいは、別の変形例によれば、第2の端子での電圧の振れは、第1の端子より大きく下回るものではなく、IM2成分は、第1の端子の電圧および第2の端子の電圧の両方に依存するものであってもよい。例えば、IM2成分は、第1の端子の電圧と第2の端子の電圧との電圧差に依存する。
IM2成分を打ち消すために、第1のキャンセル信号および第2のキャンセル信号の両方のキャンセル値は、固定値として設定されてもよい。例えば、両方のキャンセル値は、0.5であってもよく、または、0.5の近似値であってもよい。あるいは、キャンセル値は、最初に、固定値に設定され、次に、パッシブミキサの動作条件が変わるときに、例えば、パッシブミキサの温度が動作中に変化するときに、適合されてもよい。追加の別の実施形態では、1つのキャンセル値が固定されてもよく、もう1つキャンセル値は、動作条件、デバイスの不整合、処理速度または温度の少なくとも1つに依存する値に適合されてもよい。
上記のように、混合コンポーネントは、第1の端子に作動的に接続されたドレインと、第3の端子に作動的に接続されたゲートと、第2の端子に作動的に接続されたソースとを有する、電界効果トランジスタスイッチを備えてもよい。これにより、打ち消されるべきIM2成分は、ドレインソース電圧の2次に比例する項を含むことができる。
第1の態様および第2の態様の両方の第1の実現方法によれば、パッシブミキサは、電流モードにおいて使用されてもよく、すなわち、混合コンポーネントの第2の端子(出力端子)は、接地されてもよく、または、仮想グラウンドであってもよい。この実現における混合コンポーネントが、電界効果トランジスタスイッチを備える場合には、電界効果トランジスタのドレインは、RF信号を受信してもよく、かつ、電界効果トランジスタのソースは、グラウンドまたは仮想グラウンドに接続されてもよい。電界効果トランジスタのドレインソース電圧の2乗に比例しうるIM2成分の量を決定するために、第1の検知コンポーネントが、第1の端子の電圧、例えば、電界効果トランジスタのドレインの電圧を検知するために、使用されてもよい。電流モード(第1の実現)では、パッシブミキサの第2の端子(出力端子)は、グラウンドまたは仮想グラウンドに接続されるので、上述したように、IM2成分は、第1の端子の電圧の2乗、すなわち、RF信号の電圧の2乗に比例してもよい。
第1の信号、例えば、RF信号を加重するためのキャンセル値を決定するために、第1の実現方法によれば、第1の検知コンポーネントによって第1の端子で検知される電圧が、考慮されてもよい。第1の態様によれば、加重された第1の信号、例えば、加重されたRF信号は、第1のキャンセル信号を生成するために、第3の信号、例えば、局部発振器信号に重畳されてもよい。あるいは、第2の態様によれば、加重された第1の信号、例えば、加重されたRF信号は、第2のキャンセル信号を生成するために、バイアス電圧、例えば、電界効果トランジスタのバルク電圧に重畳されてもよい。第1の態様の第1の実現方法によれば、第1の検知コンポーネントは、第1の端子で電圧を検知するために、および、加重された第1の信号をキャンセルコンポーネントに供給するために、第1の端子およびキャンセルコンポーネントに接続されてもよい。同様に、キャンセルコンポーネントは、加重された第1の信号を受信し、かつ、加重された第1の信号および第3の信号を重畳するために、第1の検知コンポーネントを介して第1の端子に接続され、かつ、第3の端子に接続されてもよい。第2の態様の第1の実現方法によれば、第1の検知コンポーネントは、第1の端子で電圧を検知し、かつ、加重された第1の信号をキャンセルコンポーネントに供給するために、第1の端子およびキャンセルコンポーネントに接続されてもよい。同様に、キャンセルコンポーネントは、加重された第1の信号を受信し、かつ、加重された第1の信号およびバイアス電圧を重畳するために、第1の検知コンポーネントを介して第1の端子に接続され、かつ、第4の端子に接続されてもよい。
あるいは、特に、第1の態様の第2の実現方法において、混合コンポーネントの第2の端子は、仮想グラウンドに接続されなくてもよく、かつ、パッシブミキサは、電流モードではなく、電圧モードで使用されてもよい。電圧モードにおいて、混合コンポーネントの第2の端子、例えば、電界効果トランジスタのソースは、仮想グラウンドノードに接続されず、グラウンドに接続可能なキャパシタに接続されてもよい。このように、混合コンポーネントの第2の端子には、グラウンドに対してRF短絡を提供可能なキャパシタが設けられてもよい。第1の端子のRF信号と、第2の端子のIF信号またはBB信号とは、周波数が、広範囲にわたって分離されたものであってもよい。したがって、第1の端子および第2の端子の電圧は、互いに、独立に検知されてもよい。
例えば、パッシブミキサは、第1の端子で電圧を検知するための第1の検知コンポーネントに加えて、第2の端子で電圧を検知するための第2の検知コンポーネントを備える。第2の検知コンポーネントは、第2の端子で電圧を検知するために、第2の端子に接続され、かつ、キャンセルコンポーネントに、第2の端子で検知された電圧に関する情報を提供するために、キャンセルコンポーネントに接続されてもよい。キャンセルコンポーネントは、第1の端子で検知された電圧を考慮するだけでなく、第2の端子で検知された電圧もさらに考慮することによって、第1のキャンセル信号を生成するために、第1の検知コンポーネントおよび第3の端子に接続されるだけでなく、第2の検知コンポーネントを介して第2の端子にさらに接続されてもよい。
追加の変形例によれば、パッシブミキサは、複数の混合コンポーネントと、複数の異なる位相を有する第3の信号を生成するための多位相生成器とをさらに備えてもよい。この変形例によれば、多位相生成器は、2つの対向する信号源によって供給されてもよく、このようにして、第3の信号の複数の位相を生成するために、グラウンドに対して浮動してもよい。対向する位相を有する信号を供給するための2つの対向する電流源は、キャパシタを介して局所的に切り離されてもよい。第3の信号の異なる位相は、複数の混合コンポーネントの少なくとも1つに個別に与えられてもよい。例えば、複数の異なる位相の両方は、複数の混合コンポーネントのすべてに与えられてもよい。あるいは、異なる位相の1つは、混合コンポーネントの1つに供給されてもよく、異なる位相の別のものは、混合コンポーネントの別のものなどに供給されてもよい。
例えば、この追加の変形例によれば、キャンセル値で加重された第1の信号は、第3の信号の1つの位相に重畳され、同じキャンセル値または適合キャンセル値で加重された第1の信号は、複数の位相を有する第1のキャンセル信号を生成するために、第3の信号の別の位相に重畳される。第3の信号のいくつかの異なる位相の場合には、第3の信号の各位相が、それぞれの混合コンポーネントで第1のキャンセル信号を生成するために、適切に加重された第1の信号で変調されてもよい。
第2の態様によれば、キャンセルコンポーネントは、キャンセル値で加重された第1の信号をバイアス電圧に重畳することによって、第2のキャンセル信号を生成するように適合されてもよい。次に、第3の信号の異なる位相は、複数の混合コンポーネントの少なくとも1つの第3の端子に与えられてもよい。
両方の態様によれば、送信電力、ひいては、受信機に導入される干渉が、ある閾値より低い場合には、(例えば、第1のセンス増幅器をオフにすることによって)省電力化のために、キャンセルコンポーネントで加重された第1の信号、例えば、加重されたRF信号を、オフにすることも可能である。送信機からのIM2成分に加えて、パッシブミキサは、他のデバイス、例えば、ベースステーションによるIM2も考慮するように適合されてもよい。
第3の態様によれば、無線周波数送信信号を送信する送信機と、無線周波数受信信号を受信する受信機とを備えるトランシーバによって、上記要件は、満たされる。トランシーバの受信機は、高周波受信信号を増幅する低雑音増幅器と、パッシブミキサと、を備え、このパッシブミキサは、局部発振器と、キャンセルコンポーネントと、混合コンポーネントとを備え、この局部発振器は、局部発振器信号を生成し、このキャンセルコンポーネントは、キャンセル値で加重された増幅無線周波数受信信号を、局部発振器信号に重畳することによって、2次混変調成分を打ち消す第1のキャンセル信号を生成し、この混合コンポーネントは、増幅無線周波数受信信号を受信する第1の端子と、中間周波数信号およびベースバンド信号の1つを出力する第2の端子と、第1のキャンセル信号を受信する第3の端子とを有し、第1の端子で入力として与えられる増幅無線周波数受信信号と、第3の端子で入力として与えられる第1のキャンセル信号とを混合することによって、第2の端子での出力として、中間周波数信号およびベースバンド信号の1つを与えるように適合される。
第4の態様によれば、無線周波数送信信号を送信する送信機と、無線周波数受信信号を受信する受信機とを備える追加のトランシーバによって、上記要件は、満たされる。この追加のトランシーバの受信機は、低雑音増幅器と、パッシブミキサと、キャンセルコンポーネントと、混合コンポーネントとを備え、この低雑音増幅器は、高周波受信信号を増幅し、このパッシブミキサは、局部発振器と、キャンセルコンポーネントと、混合コンポーネントとを備え、この局部発振器は、局部発振器信号を生成し、このキャンセルコンポーネントは、キャンセル値で加重された増幅無線周波数受信信号を、バイアス電圧に重畳することによって、2次混変調成分を打ち消す第2のキャンセル信号を生成し、この混合コンポーネントは、増幅された無線周波数受信信号を受信する第1の端子と、中間周波数信号およびベースバンド信号の1つを出力する第2の端子と、局部発振器信号を受信する第3の端子と、第2のキャンセル信号を受信する第4の端子とを有し、第1の端子で入力として与えられる増幅無線周波数受信信号と、第3の端子で入力として与えられた局部発振器信号とを、第4の端子で入力として与えられる第2のキャンセル信号と混合することによって、第2の端子での出力として、中間周波数信号およびベースバンド信号の1つを与えるように適合される。
第3の態様および第4の態様の両方によれば、受信機は、第2の端子に接続されたバンドパスフィルタおよびロウパスフィルタの1つをさらに備えてもよい。直接変換の場合には、すなわち、パッシブミキサが、無線周波数受信信号をベースバンド信号に直接変換するように適合される場合には、ロウパスフィルタが、典型的には、所定の周波数範囲の通過帯域を介して、ベースバンド信号をフィルタリングする混合コンポーネントの第2の端子に接続されてもよい。間接変換の場合には、すなわち、パッシブミキサが、無線周波数受信信号を中間周波数信号に変換するように適合される場合には、所定の周波数範囲の通過帯域を有するバンドパスフィルタが、典型的には、第2の端子で出力された中間周波数信号をフィルタリングする混合コンポーネントの第2の端子に接続されてもよい。ロウパスフィルタは、DCで信号エネルギーがほとんどなく(例えば、WCDMAの場合)、かつ、バンドパスフィルタがハイパスフィルタ(またはAC結合)およびロウパスフィルタの組み合わせとして、実装可能な場合には、AC結合(すなわちハイパスフィルタ)によって、増大されてもよい。
第5の態様によれば、上述したような第3の態様または第4の態様によるトランシーバを備える移動通信端末が提供される。
第6の態様によれば、上記要件は、第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に変換する方法により、さらに満たされる。この方法は、キャンセルコンポーネントによって、キャンセル値で加重された第1の信号を、第3の信号に重畳することにより、2次混変調成分を打ち消す第1のキャンセル信号を生成するステップと、混合コンポーネントの第1の端子で、第1の信号を受信するステップと、混合コンポーネントの第3の端子で、第1のキャンセル信号を受信するステップと、混合コンポーネントの第2の端子で、第1の端子で入力として与えられる第1の信号と、第3の端子で入力として与えられる第1のキャンセル信号とを混合することによって、第2の信号を出力するステップとを備える。
第7の態様によれば、上記要件は、第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に変換する方法により、さらに満たされる。この方法は、キャンセルコンポーネントによって、キャンセル値で加重された第1の信号を、バイアス電圧に重畳することにより、2次混変調成分を打ち消す第2のキャンセル信号を生成するステップと、混合コンポーネントの第1の端子で、第1の信号を受信するステップと、混合コンポーネントの第3の端子で、第3の信号を受信するステップと、混合コンポーネントの第4の端子で、第2のキャンセル信号を受信するステップと、混合コンポーネントの第2の端子で、第1の端子で入力として与えられる第1の信号と、第3の端子で入力として与えられる第3の信号とを、第4の端子で入力として与えられる第2のキャンセル信号と混合することによって、第2の信号を出力するステップとを備える。
第1および第2のキャンセル信号を生成するために、第1の信号が加重されたキャンセル値が、固定値、例えば、0.5または0.5付近の値であってもよい。あるいは、動作条件を考慮に入れて、例えば、プロセスおよび温度への妥協が良好な固定キャンセル値の他の値が使用されてもよい。また、異なるキャンセル値のセットが設けられ、そして、異なるキャンセル値のセットの1つが、動作条件に基づいて選択されてもよいことが考えられる。固定キャンセル値のセットは、異なる動作条件で異なる値を含んでもよい。
また、キャンセル値は、第1の端子で第1の検知コンポーネントによって検知された電圧に基づいて、決定されてもよい。加えて、第2の端子の電圧が、第2の検知コンポーネントおよび第1のキャンセル信号によって検知されてもよく、第2のキャンセル信号または第1および第2のキャンセル信号の両方が、第2の端子で検知された電圧をさらに考慮することによって生成されてもよい。
以下、図面に示す例示的な実施形態を参照しながら、本発明についてさらに記載する。
トランシーバの実施形態を概略的に示すブロック図。 図1のトランシーバの実施形態の受信機の概略図。 図2に示す受信機の第1のパッシブミキサの実施形態の概略図。 図2に示す受信機の第2のパッシブミキサの実施形態の概略図。 第1の方法の実施形態を示すフローチャート。 図2に示す受信機の第3のパッシブミキサの実施形態の概略図。 第2の方法の実施形態を示すフローチャート。 図2に示す受信機の第4のパッシブミキサの実施形態の概略図。 図2に示す受信機の第5のパッシブミキサの実施形態の概略図。 図2に示す受信機の第6のパッシブミキサの実施形態の概略図。 図2に示す受信機の第7のパッシブミキサの実施形態の概略図。 図2に示す受信機の第8のパッシブミキサの実施形態の概略図。 図2に示す受信機の第9のパッシブミキサの実施形態の概略図。
以下の記載において、本発明の完全な理解を与えるために、説明を目的として、非制限的に、特定のコンポーネント、要素などを含む特定の回路などの具体的な詳細が示される。当業者であれば、本発明は、これらの具体的な詳細から逸脱する他の実施形態において実施されてもよいことは明らかであろう。例えば、当業者であれば、本発明は、金属酸化物半導体(MOS)電界効果トランジスタ(FET)に関して以下に説明するが、接合電界効果トランジスタ(JFET)、金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)などの、他のトランジスタを利用してもよいことを認識するであろう。例えば、本発明は、nチャネルMOSFET、pチャネルMOSFET、nチャネルJFETまたはpチャネルJFETを利用してもよい。
当業者であれば、個別のハードウェア回路を使用して、および/または、特定用途向け集積回路(ASIC)を使用して、以下に説明する機能が実装されてもよいことをさらに認識するであろう。ASICは、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、複合プログラマブルロジックデバイス(CPLD)のようなプログラマブルロジックデバイス(PLD)、当業者に既知の任意の他の標準的な部品、から作られてもよい。また、本発明が方法として記載される場合には、この方法は、ASICに組み入れられてもよいことを認識されたい。
図1は、移動通信デバイス100用の無線周波数(RF)トランシーバ110のブロック図を示す。図1に概略的に示すように、RFトランシーバ110を備える移動通信デバイス100は、アンテナ112から無線周波数送信信号102を送信するように適合され、かつ、アンテナ112で無線周波数受信信号104を受信するように適合される。移動端末は、インピーダンス整合網116および電力増幅器118を介してRFトランシーバ110に接続された、デュプレクサ114を備えるため、トランシーバ110は、送信機130による無線周波数送信信号の送信および受信機120による無線周波数受信信号の受信の両方に使用可能である。インピーダンス整合網116は、RFトランシーバ110の受信機120に接続され、かつ、電力増幅器118は、RFトランシーバ110の送信機130に接続される。
RFトランシーバ110の送信機130は、ドライバ増幅器310と、ミキサ330と、局部発振器(LO)340と、ベースバンド(BB)フィルタ350とを備える。RFトランシーバ110の受信機120は、低雑音増幅器(LNA)210と、ミキサ230と、局部発振器(LO)240と、ベースバンド(BB)フィルタ250とを備える。RFトランシーバ110が送信モードで使用される場合には、データ信号が、BBフィルタ350に送られ、BBフィルタ350によってフィルタリングされ、そして、ミキサ330に送られ、ミキサ330において、BBデータ信号は、LO340によって生成されたLO信号を用いてRF信号にアップコンバートされる。次に、RF信号は、ドライバ増幅器310、電力増幅器118、デュプレクサ114、そして最後に、RF送信信号102を送信するためのアンテナ112に、送られる。
トランシーバ110が受信モードで使用される場合には、RF受信信号104が、アンテナ112によって受信され、そして、デュプレクサ114によって、インピーダンス整合網116、次に、RFトランシーバ110の受信機120に、送られる。受信機120において、LNA210は、RF受信信号を増幅し、ミキサ230は、増幅されたRF受信信号とLO240によって生成されたLO信号とを混合することによって、増幅されたRF受信信号を、BB信号に直接ダウンコンバートし、次に、追加のBBフィルタリングおよび増幅のために、BB信号をBBフィルタ250に送る。
図2は、図1に示すRFトランシーバ110の受信機120を示しており、この受信機120は、RF受信信号を増幅するLNA210と、LO240によって生成されたLO信号を使用することによって、増幅されたRF受信信号を、BB信号にダウンコンバートするミキサ230と、ダウンコンバートされたBB信号を、フィルタリングし、かつ、増幅するBB増幅器250とを備える。
図3は、図2に示す受信機120の第1のパッシブミキサ230の実施形態を概略的に示す。図3に示すように、パッシブミキサ230は、ドレイン、ゲートおよびソース(簡略化するためにバルクは接地される)を有する混合コンポーネントとしてのMOSFET231を備え、ドレインは、第1の端子232に作動的に接続され、ソースは、第2の端子234に作動的に接続され、かつ、ゲートは、パッシブミキサ230の第3の端子236に作動的に接続される。第1の端子232は、(LNA210によって増幅された)RF受信信号を受信するように適合され、第2の端子234は、BB信号を出力するように適合され、かつ、第3の端子は、第3の信号および第1のキャンセル信号を受信するように適合されるが、第1のキャンセル信号の生成については、以下にさらに詳細に記載される。
線形領域において、すなわち、0<Vds<Vgs−Vthにおいて、NチャネルMOSFETを流れる電流は、1次的には、以下の式で与えることができる。
Figure 2013509056
式中、Idsは、ドレイン−ソース電流であり、βは、形状依存定数であり、Vgsは、ゲート−ソース電圧であり、Vdsは、ドレイン−ソース電圧であり、Vthは、MOSFET閾値電圧である。ここでは、Nチャネルデバイスが想定されているが、Pチャネルデバイスに関しても、同様の関係が容易に導き出される。一般性を失うことのないように、ソースおよび第2の端子234が接地されていると仮定すると、Vdsの極性に応じた2つのシナリオがあり、すなわち、第1のシナリオは、Vds≧0の場合であり、第2のシナリオは、Vds<0の場合である。
ds≧0の場合には、第2の端子234は、ソースとして作用し、すなわち、ソースVの電圧は、ゼロに等しく(接地され)(V=0)、第1の端子232は、ドレインとして作用し、すなわち、ドレインVの電圧は、RF信号Vrfの電圧に等しい(V=Vrf)。Vds<0の場合には、ドレインとソースが、置き換えられる(V=0およびV=Vrf)。
第1のシナリオ(Vds≧0)の場合には、ドレイン−ソース電流Idsは、式(1)によって、以下のようになり、
Figure 2013509056
第2のシナリオ(Vds<0)の場合には、ドレイン−ソース電流Idsは、式(1)によって、以下のようになるが、
Figure 2013509056
式中、Vloは、ソースが接地されているため、ゲート−ソース電圧Vgsに等しいLO信号の電圧である。ドレイン−ソース電流Idsの符号の逆転は、端子の置き換えによる基準方向の変化を反映している。
式(2)および式(3)から分かるように、両方のシナリオにおいて、線形電流成分(Vrf×Vlo)が1つ、かつ、2次変調(IM2)成分(Vrf×Vrf/2)が1つある。MOSFETスイッチは、主に、線形領域で動作するため、上記式(2)および(3)は、ミキサ電流の非線形チャネルコンダクタンスの主な影響を表している。
RF信号をキャンセル値αで加重することによりRF信号の一部をLO信号に重畳することによって、すなわち、ゲート電圧Vが、
(4)V=Vlo+α×Vrf
になるときに、IM2項は、キャンセル値αを適切に選択することによって打ち消される。ソースは接地されているため、Vは、Vgsに等しい。上記に示すように、IM2成分は、Vrf rf/2に比例する。
このように、α=1/2を選択することによって、IM2成分は、式(1)が式(4)と組み合わせて生じるために、打ち消され、
Figure 2013509056
loおよびVthが一定であると見なせる場合には、Idsは、Vrfに比例し、すなわち、線形である。
このように、キャンセル値をα=1/2に設定し、RF信号をキャンセル値αで加重し、かつ、加重されたRF信号をLO信号に重畳(追加)することによって、IM2成分を打ち消すことができる。
後者は、図3に例示的に示されており、ここでは、RF信号は、増幅器222によってキャンセル値αに加重され(LOに対して第1のセンス増幅器222の駆動強度のスケーリングにより)、次に、キャンセルコンポーネント220で第1のキャンセル信号を生成するために、LO信号に追加される。次に、第1のキャンセル信号は、(ゲートに接続された)第3の端子236に供給され、RF信号は、(ドレインに接続された)第1の端子232に供給され、BB信号は、RF信号および第1のキャンセル信号を混合することによって、(ソースに接続された)第2の端子234での出力として、生成される。
上述したものは、MOSFET231スイッチチャネルコンダクタンスにより、IM2を打ち消すものであり、このMOSFET231スイッチチャネルコンダクタンスは、スイッチ導通角のほとんどをカバーする。スイッチング閾値では、MOSFET231は、準閾値領域で始まり、著しい電流がMOSFET231を流れ始めるとすぐに、飽和領域に入る。飽和領域にあるドレイン−ソース電流Idsは、以下のように表される。
Figure 2013509056
ds≧0の場合には、式(5)は以下の式になるが、
Figure 2013509056
この場合には、Idsは、Vloの2乗に比例し、
さらに、Vds<0の場合には、式(5)は、以下の式になるが、
Figure 2013509056
この場合には、Idsは、また、Vrfの2乗に比例するIM2項を有する。
準閾値領域において、ドレイン−ソース電流Idsは、極めて小さく、かつ、その特性は、指数関数的であり、IM2につれて寄与する。
キャンセル値αが線形キャンセル基準からわずかに外れるように選択される場合には、すなわち、キャンセル値αが0.5ではないように選択されると、準閾値領域および飽和領域において生成したIM2は、線形領域の残りIM2を許容することによって、補償することができる。言い換えれば、キャンセル値αは、すべてのIM2寄与の和をゼロにするが、すべての個別のIM2成分、例えば、線形領域に1つのIM2成分を、別々にゼロにしないように、調整することができる。
図3に示すように、キャンセルコンポーネント220は、キャンセル値αで加重されたRF受信信号を、LO信号に重畳することによって、IM2成分を打ち消す第1のキャンセル信号を生成するように適合される。キャンセル値αを固定値に設定する代わりに、第1のセンス増幅器222は、第1の端子232で電圧を検知するために使用することができる。第1の端子232で電圧を検知することによって、IM2成分を打ち消すのに適切なキャンセル値を、式(1)の値を求めることによって、決定することができる。加重されていないRF受信信号は、MOSFET231の第1の端子232に与えられ、かつ、第1のキャンセル信号は、MOSFET231の第3の端子236に与えられる。増幅されたRF受信信号を、第1のキャンセル信号と混合することによって、MOSFET231スイッチは、ソースで、ひいては、混合コンポーネントの第2の端子234で、BB信号を出力する。次に、BB信号は、BB増幅器250によって、フィルタリングされ、かつ、増幅されるが、このBB増幅器250は、例えば、図3に示すように、増幅器252と、レジスタ254と、キャパシタ256とを備え、このレジスタ254およびキャパシタは、フィードバック制御用に、増幅器252の入力および出力に、作動的に接続される。
図4は、図2に示す受信機の第2のミキサの実施形態であって、電圧モードにおいて使用されるものを示す。電圧モードでは、MOSFET231のソース、ひいては、第2の端子234は、仮想グラウンドに直接接続されず、インピーダンス、例えば、図4に示すようなキャパシタ258を介して、グラウンドに接続され、すなわち、MOSFET231には、キャパシタ258が装荷される。図3の第1のパッシブミキサの実施形態とは対照的に、第2の端子234の電圧は、第2の端子234が仮想グラウンドに接続されていないため、ゼロに近似しない。したがって、第2の端子234の電圧は、ドレイン−ソース電圧Vdsおよびゲート−ソース電圧Vgsを決定するために、式(1)〜式(4)において考慮される必要がある。ドレイン−ソース電圧Vdsは、第1の実施形態の場合とは異なり、単にRF電圧Vrfに等しいだけでなく、第1の端子232のRF電圧Vrfと第2の端子234のIF電圧Vとの差にも等しい。同様に、ゲート−ソース電圧Vgs(任意の追加のキャンセル信号なし)は、単にLO信号Vloの電圧に等しいだけでなく、LO信号の電圧とソース電圧Vとの差にも等しい(第2の端子234の電圧)。このように、キャンセル値αを選択するために、第1の端子232のドレイン電圧Vおよび第2の端子234のソース電圧Vの両方は、ドレイン−ソース電圧VdsおよびMOSFET231のゲート−ソース電圧Vgsを決定するために、検知される必要がある。
第1の端子232のRF電圧および第2の端子234のIF電圧は、周波数が広く分離しているため、独立して検知可能である。第1の端子232での電圧を検知するために、第1のセンス増幅器222が使用され、第2の端子234での電圧を検知するために、第2のセンス増幅器224が使用される。次に、第1の端子232での検知電圧および第2の端子234での検知電圧は、キャンセル値αを適合するために使用される。RF信号は、キャンセル値αで加重され、IF信号は、キャンセル値αで加重され、かつ、加重信号は、キャンセルコンポーネント220に与えられる。キャンセル値αおよびαは、簡潔にするために、同じであってもよく、また、性能を最大にするために、個別に設定されてもよい。キャンセルコンポーネント220で、第3の端子236およびMOSFET231のゲートに与えられる第1のキャンセル信号を生成するために、LO信号は、加重RF信号および加重IF信号の両方に重畳される。次に、第2の端子234の出力は、増幅およびフィルタリングのために、BB増幅器252に再度与えられる。
図3および図4に対して上述した2つのパッシブミキサの実施形態は、第1の方法の実施形態を示す図5のフローチャートによって、さらに示される。
図6は、2次混変調成分を打ち消すための第3のミキサパッシブの実施形態を示す。パッシブミキサは、図3の第1のパッシブミキサの実施形態のように、電流モードで動作するが、図3に示す第1のパッシブミキサの実施形態とは対照的に(および図4に示す第2のパッシブミキサの実施形態とも対照的に)、パッシブミキサの第4の端子238に作動的に接続されたMOSFET231のバルク端子が、さらに考慮される。
バルク端子238をさらに考慮する場合には、閾値電圧Vthは、バルク−ソース電圧Vbsに比例する。
(8)Vth=Vth0−γ×Vbs
式中、Vthは、変調されていない閾値電圧であり、Vbsは、バルク−ソース電圧である。バルク端子238で適切にスケーリングされた第2のキャンセル信号を投入(重畳)することによって、望ましくないIM2成分も抑制されうる。Vbs=α×Vrf、α×γ=1/2およびV=Vloである場合(ソースおよび第2の端子234が接地されているため)には、ドレイン−ソース電流Idsから、式(1)を用いて以下の式が得られる。
Figure 2013509056
このようにして、IM2項は、上記仮定条件で、再び打ち消される。
実際には、Vthは、バルク、ソース電圧およびドレイン電圧の複合非線形関数であるため、上記線形化モデルは、正確ではないが、良好な推定を与える。また、小さな中反転および弱反転導通角により、キャンセル基準α×γは、集合IM2成分を最小限に抑えるために、0.5からわずかに外れるように、選択できる。
図6に示すように、増幅されたRF受信信号は、MOSFET231のドレインに与えられ、かつ、第1のセンス増幅器242は、適切なキャンセル値を選択するために、第1の端子232でRF信号の電圧を検知するように適合される。RF受信信号は、決定されたキャンセル値で加重され、かつ、第2のキャンセル信号を生成するために、キャンセルコンポーネント240で、バイアス電圧に重畳される。第2のキャンセル信号は、MOSFET231のバルク端子に与えられる。MOSFET231のスイッチは、ソースでBB信号を生成して出力するために、ドレインで入力として与えられる増幅されたRF受信信号と、ゲートで入力として与えられる局部発振器信号とを、MOSFET231のバルクで入力として与えられる第2のキャンセル信号と混合するように、適合される。次に、BB信号は、BB増幅器250によって増幅される。
図6に対して上述した第3のパッシブミキサの実施形態は、第2の方法の実施形態を示す図7のフローチャートによってさらに示される。
図3の第1のパッシブミキサの実施形態および図6の第3のパッシブミキサの実施形態は、図8に示すように、第4のパッシブミキサの実施形態に組み合わせることができる。この実施形態において、第1の端子232の電圧は、2つの別個のセンス増幅器222、242、すなわち、(第1のキャンセルコンポーネント220を介して)第1の端子232および第3の端子236に接続された第1のセンス増幅器222と、(第2のキャンセルコンポーネント240を介して)第1の端子232および第4の端子238に接続された第2のセンス増幅器242とによって、検知される。このように、2つの別個のキャンセル値は、2つのセンス増幅器222、242、すなわち、第1のセンス増幅器222によって決定された第1のキャンセル値と、第2のセンス増幅器242によって決定された第2のキャンセル値とによって、決定することができる。次に、第1のキャンセル信号が、第1のキャンセル値によって加重されたRF信号をLO信号に追加することによって、決定され、かつ、第2のキャンセル信号が、第2のキャンセル値で加重されるRF信号をバイアス電圧に追加することによって、決定される。図8に示すように、第1のキャンセル信号は、第3の端子236を介して、MOSFET231のゲートに入力され、かつ、第2のキャンセル信号は、第4の端子238を介して、MOSFET231のバルクに入力される。ドレインで入力として与えられる第1の信号と、ゲートで入力として与えられる第1のキャンセル信号とを、バルクで入力として与えられる第2のキャンセル信号と混合することによって、MOSFET231のソースおよび第2の端子234に、BB信号が与えられる。BB信号は、最終的に、BB増幅器250によって、フィルタリングされ、かつ、増幅される。
図9の第5のパッシブミキサの実施形態では、また、図8の第4の実施形態のように、図6の第3のパッシブミキサの実施形態に、追加のセンス増幅器244が追加される。図8に示す第4の実施形態とは異なり、追加の(第2の)センス増幅器244が、第1の端子232および第1のキャンセルコンポーネント220ではなく、第2の端子234と第2のキャンセルコンポーネント244との間に、接続される。このように、図9に示す第5のパッシブミキサの実施形態は、電圧モードにおいて動作する。RF受信信号は、(第1の端子232で電圧を検知することによって、第1のセンス増幅器242によって決定される)第1のキャンセル値で加重され、そして、これに加えて、第2の端子234の電圧(BB電圧)は、第2のセンス増幅器244によって検知されることによって、(第2の端子234で電圧を検知することによって、第2のセンス増幅器244によって決定された)第2のキャンセル値でBB信号が加重される。第1のキャンセル値で加重されるRF信号および第2のキャンセル値で加重されるIF信号(BB信号)の両方が、第2のキャンセル信号を生成するために、キャンセルコンポーネント240で、バイアス電圧に追加される。第2のキャンセル信号は、MOSFET231のバルク端子に与えられる。MOSFET231のスイッチは、ソースで、BB信号を生成して出力するために、ドレインで入力として与えられる増幅されたRF受信信号と、ゲートで入力として与えられる局部発振器信号とを、MOSFET231のバルクで入力として与えられる第2のキャンセル信号と混合するように適合される。次に、BB信号は、BB増幅器250によって増幅される。
図10に示す第6のパッシブミキサの実施形態では、図9の第5のパッシブミキサの実施形態に、追加のセンス増幅器224が追加される。MOSFET231のバルクに与えられる第2のキャンセル信号は、上記の図9に対して記載するような方法で決定される。これに追加して、追加のセンス増幅器224は、(センス増幅器244のように)第2の端子で電圧を検知するように、適合される。センス増幅器244およびセンス増幅器224の両方が、第2の端子234で電圧を検知するように適合されるが、BB信号は、2つの増幅器224、244によって、異なるキャンセル値で加重することができる。1つのキャンセル値で加重されたBB信号は、(第2のキャンセル信号を生成するために)第2のキャンセルコンポーネント240に供給され、同じキャンセル値または異なるキャンセル値で加重されたBB信号は、第1のキャンセル信号を生成するために、LO信号に追加される第1のキャンセルコンポーネント220に供給される。ドレインで入力として与えられる増幅されたRF受信信号と、ゲートで入力として与えられる第1のキャンセル信号とを、MOSFET231のバルクで入力として与えられる第2のキャンセル信号と混合することによって、BB信号が、生成され、ソースで出力され、最終的には、BB増幅器250によって、フィルタリングされ、かつ、増幅される。
図11に示す第7のパッシブミキサの実施形態は、第1から第6のパッシブミキサの実施形態に対して、前述したものとの組み合わせである。この実施形態では、第1のキャンセル信号が、キャンセル値で加重されたRF信号およびキャンセル値で加重されたBB信号を、第1のキャンセルコンポーネント220で、LO信号に重畳することによって、生成され、かつ、第2のキャンセル信号が、キャンセル値で加重されたRF信号およびキャンセル値で加重されたBB信号を、第2のキャンセルコンポーネント240で、バルク電圧に重畳することによって、生成される。次に、第1のキャンセル信号および第2のキャンセル信号は、第1から第6の実施形態に対して、上述したようなソースでBB信号を生成するために、MOSFET231のそれぞれの端子(ゲートおよびバルク)に供給される。
図12に、第8のパッシブミキサの実施形態が示されている。この実施形態によれば、例示的に、図12に、4位相生成器270として示された多位相生成器が与えられる。4位相生成器は、入力として4位相生成器270によって受信されたLO信号の異なる位相を生成するために、2つの対向する信号源を備える。(LNA210によって増幅された)RF受信信号は、図12に示す4つのMOSFET231のドレインで与えられる。上述したものと同じ方法で、RF信号の電圧(4つのMOSFET230のドレインでの電圧)は、第1のセンス増幅器222によって検知され、かつ、RF受信信号は、第1のセンス増幅器222によって、キャンセル値で加重される。次に、加重RF受信信号は、それぞれのキャンセルコンポーネント220で、4位相生成器270によって生成された異なる位相に、追加される。それぞれのキャンセルコンポーネント220に適用されたRF信号は、同じキャンセル値または異なるキャンセル値で加重されてもよい。必要であれば、動作条件(不整合、処理速度、温度など)によって、RF信号は、第1のキャンセル値で加重され、かつ、4位相生成器270によって生成されたLO信号の第1の位相に(第1のキャンセルコンポーネント220で)追加されうるし、また、RF信号は、(第1のキャンセル値とは異なる)第2のキャンセル値によって加重され、かつ、4位相生成器によって生成されたLO信号の第2の位相に(第2のキャンセルコンポーネント220で)追加され、その後も同様である。このようにして、適切なキャンセル信号が決定される。
次に、RF信号は、IQ直交成分を生成するために、上述したものと同じ方法で、それぞれのキャンセル信号と4つのMOSFET231によって混合されて、が、最終的に、BB増幅器250によってフィルタリングされMOSFET231のソースでBB(またはIF)信号を出力する。
図13に示す第9のパッシブミキサの実施形態は、加重RF信号が、LO信号の異なる位相ではなく、MOSFET231のバイアス電圧に重畳される点で、図12の第8のパッシブミキサの実施形態とは異なる。その代わりに、LO信号の異なる位相は、MOSFET231のゲートに供給される。各MOSFET231で、ドレインで入力として与えられたRF信号は、BB(またはIF)信号を生成するために、バルクで入力として与えられたキャンセル信号とともに、ゲートで入力として与えられたLO信号のそれぞれの位相と混合される。
上述した技術により、特に、電流モードのミキサの場合には、20dBオーダーの顕著なIM2の改善が得られる。このような著しい改善により、デュプレクサ要件が低減し、ひいては、低コスト、小型化、および損失低減が図られる。デュプレクサTx−Rxのアイソレーションが、典型的に要求された50dBより低い周波数帯域の場合には、記載した技術により、LNAとミキサとの間にSAW段間フィルタが不要になり、これにより、帯域の柔軟性が高まり、かつ、受信機構造およびデバイスのコスト削減およびサイズ縮小が図られる。

Claims (33)

  1. 第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に、第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、変換する、パッシブミキサ(230)であって、
    − キャンセル値で加重された前記第1の信号を、前記第3の信号に重畳することによって、2次混変調成分を打ち消す第1のキャンセル信号を生成する、キャンセルコンポーネント(220)と、
    − 前記第1の信号を受信する第1の端子(232)と、前記第2の信号を出力する第2の端子(234)と、前記第1のキャンセル信号を受信する第3の端子(236)とを有する、混合コンポーネント(231)とを備え、
    前記混合コンポーネント(231)が、前記第1の端子(232)で入力として与えられる前記第1の信号と、前記第3の端子(236)で入力として与えられる前記第1のキャンセル信号とを混合することによって、前記第2の端子(234)での出力として、前記第2の信号を与えるように適合される、パッシブミキサ。
  2. 前記混合コンポーネント(231)が、電圧制御スイッチ、または、一対の2つの相補電圧制御スイッチを備え、
    前記2つの相補電圧制御スイッチが、互いに並列接続され、前記第1の端子(232)および前記第2の端子(234)を共有し、かつ、別個の第3の端子(236)を有する、請求項1に記載のパッシブミキサ(230)。
  3. 前記混合コンポーネントが、電界効果トランジスタスイッチを備え、
    前記電界効果トランジスタスイッチが、前記第1の端子(232)に作動的に接続されたドレインと、前記第3の端子(236)に作動的に接続されたゲートと、前記第2の端子(234)に作動的に接続されたソースとを有し、または、前記第1の端子(232)に作動的に接続されたソースと、前記第3の端子(236)に作動的に接続されたゲートと、前記第2の端子(234)に作動的に接続されたドレインとを有する、請求項1または2に記載のパッシブミキサ(230)。
  4. 前記第1のキャンセル信号の前記キャンセル値が、固定値である、請求項1から3のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  5. 前記第1の端子(232)で電圧を検知し、かつ、前記第1の端子(232)で検知された前記電圧に基づいて、前記キャンセル値を適合する、第1の検知コンポーネント(222)をさらに備える、請求項1から3のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  6. 前記キャンセルコンポーネント(220)が、前記第1の端子(232)および前記第3の端子(236)に接続される、請求項1から5のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  7. 前記第2の端子(234)で電圧を検知する第2の検知コンポーネント(224)をさらに備え、
    前記キャンセルコンポーネント(220)が、前記第2の端子(234)で検知された前記電圧をさらに考慮することによって、前記第1のキャンセル信号を生成するように適合される、請求項5または6に記載のパッシブミキサ(230)。
  8. 前記キャンセルコンポーネント(220)が、前記第2の端子(234)にさらに接続される、請求項5から7のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  9. 複数の混合コンポーネント(231)と、
    複数の異なる位相を有する前記第3の信号を生成し、かつ、前記第3の信号の異なる位相を、前記複数の混合コンポーネント(231)の少なくとも1つに、個別に供給するように適合された、多位相生成器(270)とをさらに備える、請求項1から8のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  10. 前記キャンセルコンポーネント(220)が、前記キャンセル値で加重された前記第1の信号を、前記第3の信号の1つの位相に重畳し、かつ、前記キャンセル値または適合キャンセル値で加重された前記第1の信号を、前記第3の信号の別の位相に重畳することによって、前記第1のキャンセル信号を生成するように適用される、請求項9に記載のパッシブミキサ(230)。
  11. 第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に、第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、変換する、パッシブミキサ(230)であって、
    − キャンセル値で加重された前記第1の信号を、バイアス電圧に重畳することによって、2次混変調成分を打ち消す第2のキャンセル信号を生成する、キャンセルコンポーネント(240)と、
    − 前記第1の信号を受信する第1の端子(232)と、前記第2の信号を出力する第2の端子(234)と、前記第3の信号を受信する第3の端子(236)と、前記第2のキャンセル信号を受信する第4の端子(238)とを有する、混合コンポーネント(231)とを備え、
    前記混合コンポーネント(231)が、前記第1の端子(232)で入力として与えられる前記第1の信号と、前記第3の端子(236)で入力として与えられる前記第3の信号とを、前記第4の端子(238)で入力として与えられる前記第2のキャンセル信号と混合することによって、前記第2の端子(234)での出力として、前記第2の信号を与えるように適合される、パッシブミキサ。
  12. 前記混合コンポーネント(231)が、電圧制御スイッチ、または、一対の2つの相補電圧制御スイッチを備え、
    前記2つの相補電圧制御スイッチが、互いに並列接続され、前記第1の端子(232)および前記第2の端子(234)を共有し、かつ、別個の第3の端子(236)および別個の第4の端子(238)を有する、請求項11に記載のパッシブミキサ(230)。
  13. 前記混合コンポーネント(231)が、電界効果トランジスタスイッチを備え、
    前記電界効果トランジスタスイッチが、前記第1の端子(232)に作動的に接続されたドレインと、前記第3の端子(236)に作動的に接続されたゲートと、前記第2の端子(234)に作動的に接続されたソースと、前記第4の端子(238)に接続されたバルクとを有し、または、前記第1の端子(232)に作動的に接続されたソースと、前記第3の端子(236)に作動的に接続されたゲートと、前記第2の端子(234)に作動的に接続されたドレインと、前記第4の端子(238)に接続されたバルクとを有する、請求項11または12に記載のパッシブミキサ(230)。
  14. 前記第2のキャンセル信号の前記キャンセル値が、固定値である、請求項11から13のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  15. 前記第1の端子(232)で電圧を検知し、かつ、前記第1の端子(232)で検知された前記電圧に基づいて、前記キャンセル値を適合する、第1の検知コンポーネント(242)をさらに備える、請求項11から13のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  16. 前記キャンセルコンポーネントが、前記第1の端子(232)および前記第4の端子(238)に接続される、請求項11から15のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  17. 前記第2の端子(234)で電圧を検知する第2の検知コンポーネント(244)をさらに備え、前記キャンセルコンポーネント(220)が、前記第2の端子(234)で検知された前記電圧をさらに考慮することによって、前記第2のキャンセル信号を生成するように適合される、請求項15または16に記載のパッシブミキサ(230)。
  18. 前記キャンセルコンポーネント(220)が、前記第2の端子(234)にさらに接続される、請求項15から18のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  19. 複数の混合コンポーネント(231)と、
    複数の異なる位相を有する前記第3の信号を生成し、かつ、前記第3の信号の異なる位相を、前記複数の混合コンポーネント(231)の少なくとも1つに、個別に供給するように適合された、多位相生成器(270)とをさらに備える、請求項11から18のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  20. 請求項1に記載の前記キャンセルコンポーネント(220)をさらに備え、
    前記混合コンポーネント(231)が、前記第1のキャンセル信号および前記第2のキャンセル信号の両方を受信するように適合され、かつ、前記第1の端子(232)で入力として与えられる前記第1の信号と、前記第3の端子(236)で入力として与えられる前記第1のキャンセル信号とを、前記第4の端子(238)で入力として与えられる前記第2のキャンセル信号と混合することによって、前記第2の端子(234)での出力として、前記第2の信号を与えるように適合された、請求項11から19のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  21. 前記第1の信号が、無線周波数信号であり、
    前記第3の信号が、局部発振器信号であり、
    前記第2の信号が、中間周波数信号およびベースバンド信号の1つである、請求項1から20のいずれか一項に記載のパッシブミキサ(230)。
  22. 無線周波数送信信号を送信する送信機(130)と、無線周波数受信信号を受信する受信機(120)とを備えるトランシーバ(110)であって、
    前記受信機(120)が、
    − 高周波受信信号を増幅する低雑音増幅器(210)と、
    − パッシブミキサ(230)とを備え、
    前記パッシブミキサ(230)が、
    − 局部発振器信号を生成するための局部発振器(240)と、
    − キャンセル値で加重された増幅無線周波数受信信号を、前記局部発振器信号に重畳することによって、2次混変調成分を打ち消す第1のキャンセル信号を生成する、キャンセルコンポーネント(220)と、
    − 前記増幅無線周波数受信信号を受信する第1の端子(232)と、中間周波数信号およびベースバンド信号の1つを出力する第2の端子(234)と、前記第1のキャンセル信号を受信する第3の端子(236)とを有する、混合コンポーネント(231)とを備え、
    混合コンポーネント(231)は、前記第1の端子(232)で入力として与えられる前記増幅無線周波数受信信号と、前記第3の端子(236)で入力として与えられる前記第1のキャンセル信号とを混合することによって、前記第2の端子(234)での出力として、前記中間周波数信号および前記ベースバンド信号の1つを与えるように適合される、トランシーバ。
  23. 無線周波数送信信号を送信する送信機(130)と、無線周波数受信信号を受信する受信機(120)とを備えるトランシーバ(110)であって、
    前記受信機(120)が、
    − 高周波受信信号を増幅する低雑音増幅器(210)と、
    − パッシブミキサ(230)とを備え、
    前記パッシブミキサ(230)が、
    − 局部発振器信号を生成するための局部発振器(240)と、
    − キャンセル値で加重された増幅無線周波数受信信号を、バイアス電圧に重畳することによって、2次混変調成分を打ち消す第2のキャンセル信号を生成する、キャンセルコンポーネント(220)と、
    − 前記増幅無線周波数受信信号を受信する第1の端子(232)と、中間周波数信号およびベースバンド信号の1つを出力する第2の端子(234)と、前記局部発振器信号を受信する第3の端子(236)と、前記第2のキャンセル信号を受信する第4の端子(238)とを有する、混合コンポーネント(231)とを備え、
    前記混合コンポーネント(231)が、前記第1の端子(232)で入力として与えられる前記増幅無線周波数受信信号と、前記第3の端子(236)で入力として与えられる前記局部発振器信号とを、前記第4の端子(238)で入力として与えられる前記第2のキャンセル信号と混合することによって、前記第2の端子(234)での出力として、前記中間周波数信号および前記ベースバンド信号の1つを与えるように適合される、トランシーバ。
  24. 前記受信機が、前記第2の端子(234)に接続されたバンドパスフィルタ(250)およびロウパスフィルタの1つをさらに備え、
    前記バンドパスフィルタ(250)が、前記中間周波数信号をフィルタリングする、所定の周波数範囲の通過帯域を有し、
    前記ロウパスフィルタが、ベースバンド信号をフィルタリングする、所定の周波数範囲の通過帯域を有する、請求項22または23に記載のトランシーバ(110)。
  25. 請求項22から24のいずれか一項に記載の前記トランシーバ(110)を備える、移動通信端末(100)。
  26. 第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に、第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、変換する、方法であって、
    − キャンセルコンポーネント(220)によって、キャンセル値で加重された前記第1の信号を、前記第3の信号に重畳することにより、2次混変調成分を打ち消す第1のキャンセル信号を生成するステップと、
    − 混合コンポーネント(231)の第1の端子(232)で、前記第1の信号を受信するステップと、
    − 前記混合コンポーネント(231)の第3の端子(236)で、前記第1のキャンセル信号を受信するステップと、
    − 前記第1の端子(232)で入力として与えられる前記第1の信号と、前記第3の端子(236)で入力として与えられる前記第1のキャンセル信号とを混合することによって、前記混合コンポーネント(231)の第2の端子(234)で、前記第2の信号を出力するステップと、
    を含む方法。
  27. 前記第1のキャンセル信号の前記キャンセル値が、固定値である、請求項26に記載の方法。
  28. 前記第1の端子(232)の電圧が、第1の検知コンポーネント(222)によって検知され、
    前記キャンセル値が、前記第1の端子(232)で検知された前記電圧に基づいて適合される、請求項26に記載の方法。
  29. 前記第2の端子(234)の電圧が、第2の検知コンポーネント(224)によって検知され、
    前記第1のキャンセル信号が、前記第2の端子(234)で検知された前記電圧をさらに考慮することによって生成される、請求項28に記載の方法。
  30. 第1の周波数を有する第1の信号を、第2の周波数を有する第2の信号に、第3の周波数を有する第3の信号を使用することによって、変換する、方法であって、
    − キャンセルコンポーネント(220)によって、キャンセル値で加重された前記第1の信号を、バイアス電圧に重畳することにより、2次混変調成分を打ち消す第2のキャンセル信号を生成するステップと、
    − 混合コンポーネント(231)の第1の端子(232)で、前記第1の信号を受信するステップと、
    − 前記混合コンポーネント(231)の第3の端子(236)で、前記第3の信号を受信するステップと、
    − 前記混合コンポーネント(231)の第4の端子(238)で、前記第2のキャンセル信号を受信するステップと、
    − 前記混合コンポーネント(231)の第2の端子(234)で、前記第1の端子(232)で入力として与えられる前記第1の信号と、前記第3の端子(236)で入力として与えられる前記第3の信号とを、前記第4の端子(238)で入力として与えられる前記第2のキャンセル信号と混合することによって、前記第2の信号を出力するステップと、
    を含む、方法。
  31. 前記第2のキャンセル信号の前記キャンセル値が、固定値である、請求項30に記載の方法。
  32. 前記第1の端子(232)の電圧が、第1の検知コンポーネント(242)によって検知され、
    前記キャンセル値が、前記第1の端子(232)で検知された前記電圧に基づいて適合される、請求項30に記載の方法。
  33. 前記第2の端子(234)の電圧が、第2の検知コンポーネント(244)によって検知され、
    前記第2のキャンセル信号が、前記第2の端子(234)で検知された前記電圧をさらに考慮することによって生成される、請求項32に記載の方法。
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