JP2014096614A - Transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低消費電力化を図るようにした送信器に関し、より詳細には、所望の送信出力電力に応じて、混合器と周波数分周器の双方の低消費電力化を図ることで、従来の送信器よりも平均的な消費電力を低く抑えるようにしたIQ直交変調型の送信器に関する。 The present invention relates to a transmitter designed to reduce power consumption, and more specifically, by reducing power consumption of both a mixer and a frequency divider according to a desired transmission output power. The present invention relates to an IQ quadrature modulation type transmitter in which the average power consumption is kept lower than that of a conventional transmitter.
近年、携帯電話に代表される携帯型の通信端末装置(以下、「携帯端末」という)の送信器において、送信出力信号の出力電力(以下、「送信出力電力」という)は、広い可変幅と低消費電力であることが求められている。低消費電力であることは、携帯端末のバッテリーを長持ちさせることに不可欠であり、時々刻々と変化する携帯端末の使用状態において、その平均的な消費電力を低く抑える事が重要である。また、消費電力は、消費電流と電源電圧との積であるため、消費電流を低減させることは、すなわち、消費電力を低減させることになる。 In recent years, in a transmitter of a portable communication terminal device represented by a mobile phone (hereinafter referred to as “mobile terminal”), the output power of a transmission output signal (hereinafter referred to as “transmission output power”) has a wide variable width. There is a demand for low power consumption. The low power consumption is indispensable for extending the battery of the mobile terminal, and it is important to keep the average power consumption low in the usage state of the mobile terminal that changes every moment. Further, since the power consumption is the product of the current consumption and the power supply voltage, reducing the current consumption means that the power consumption is reduced.
例えば、特許文献1に記載の送信器は、電力調整型の送信器である。この送信器では、消費電流を低減させるための手段として、入力されるベースバンド信号の振幅を変化させなくとも、並列に配置された複数個の変調器を、動作もしくは非動作させることで、所望の送信出力電力を実現している。所望の送信出力電力を実現するためにベースバンド信号の振幅を変化させる方法では、混合器に流れる電流を減らすことはできないが、この特許文献1に記載の送信出力電力の調整方法によれば、少ない電流消費で送信出力電力の調整を行うことができる。これにより、電源電圧と消費電流との積で求められる消費電力も低減できることになる。
For example, the transmitter described in
ところで、上述した特許文献1に記載の送信器は、ベースバンド部とIQ直交変調器とバンドパスフィルタとパワーアンプ(PA)とアンテナと電力検出器とインターフェース回路とから構成されている。ベースバンド部は、デジタル信号処理部とデジタル/アナログ変換器(DA変換器)とローパスフィルタとアナログ/デジタル変換器(AD変換器)とからなっている。また、IQ直交変調器は、電圧制御発振回路(VCO)と周波数分周器と2つの混合器と加算ノードとからなっている。なお、IQ直交変調の“I”は波形の同相(In−phase)成分、“Q”は直交位相(Quadrature)成分を示している。
By the way, the transmitter described in
また、2つの混合器は、それぞれ以下のような構成となっている。すなわち、ベースバンド部のローパスフィルタからの信号は、IQ直交変調器の有効信号入力部を介して、混合器の並列に接続された4つの混合器セルに入力される。そして、各混合器セルから出力される電流の総和は、カレントミラーを介して、局所発振器入力部からの局所発振器信号を他方の入力とする4つのトランジスタに供給される。また、この4つのトランジスタの出力は、2つの高周波数出力部から出力される。 The two mixers are configured as follows. In other words, the signal from the low-pass filter in the baseband part is input to four mixer cells connected in parallel to the mixer via the effective signal input part of the IQ quadrature modulator. Then, the sum of the currents output from each mixer cell is supplied to four transistors using the local oscillator signal from the local oscillator input unit as the other input via the current mirror. The outputs of the four transistors are output from two high frequency output units.
ここで、上述した特許文献1の混合器では、制御入力部からの信号に応じて、4つの混合器セル間を接続しているスイッチによって各混合器セル間を接続又は切断することで、送信出力電力を調整できる。これにより、ベースバンド信号の振幅を変化させて送信出力電力を調整する方法よりも、少ない電流消費で送信出力電力の調整を行うことができる。すなわち、混合器自体の平均的な消費電力を低く抑えることが可能である。
Here, in the mixer of
次に、上述した特許文献1における2つの混合器を駆動する周波数分周器の電力消費に関して説明する。周波数分周器は、高周波回路において多くの場合、CML(Current Mode Logic)回路で実現される。
図14は、従来の2分周器をCML回路で実現した場合の回路構成図である。図14に示されるCML回路は、N型MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ901,902,903と負荷抵抗904と定電流源900とから構成されている。このCML回路は、キャリア波周波数の2倍の周波数の高周波差動信号LOP,LONを入力とし、キャリア波周波数と同じ周波数の差動出力LOIP,LOINと、これらの差動出力と各々90度位相の異なる差動出力LOQP,LOQNを出力する。
Next, the power consumption of the frequency divider that drives the two mixers in
FIG. 14 is a circuit configuration diagram in the case where a conventional divide-by-2 divider is realized by a CML circuit. The CML circuit shown in FIG. 14 includes N-type MOS (Metal Oxide Semiconductor)
ここで、差動出力LOIP,LOINは、2つの混合器のうちの一方の混合器に入力され、差動出力LOQP,LOQNは、他方の混合器に入力される。周波数分周器を図14に示した2分周器で実現したとき、2分周器の出力LOIP,LOIN,LOQP,LOQNの各々の出力先である各混合器内のトランジスタの容量性負荷をCLとし、2分周器の負荷抵抗904の抵抗値をRとすると、CLとRとからなる時定数はR・CLとなる。混合器回路がMOSトランジスタで構成される場合、容量性負荷CLの支配要因は、MOSトランジスタのゲート酸化膜が形成するゲートの面積に比例する。 Here, the differential outputs LOIP and LOIN are input to one of the two mixers, and the differential outputs LOQP and LOQN are input to the other mixer. When the frequency divider is realized by the divide-by-2 shown in FIG. 14, the capacitive load of the transistor in each mixer, which is the output destination of each of the outputs LOIP, LOIN, LOQP, and LOQN of the divide-by-2, is obtained. If CL is R and the resistance value of the load divider 904 of the two-frequency divider is R, the time constant composed of CL and R is R · CL. When the mixer circuit is composed of MOS transistors, the dominant factor of the capacitive load CL is proportional to the area of the gate formed by the gate oxide film of the MOS transistor.
なお、ここでは、図14に示したトランジスタ902のドレインの寄生容量と、トランジスタ903のゲートの寄生容量と、配線の寄生効果などは無視して数式を簡易化している。
キャリア波の周波数をfcとするとき、時定数R・CLが周期1/2・π・fcよりも小さいことが必要であるとすると、抵抗値Rの選択範囲は、以下の式(1)を満たす。
Here, the mathematical expression is simplified by ignoring the parasitic capacitance of the drain of the
Assuming that the frequency of the carrier wave is fc and the time constant R · CL needs to be smaller than the period ½ · π · fc, the selection range of the resistance value R is given by the following equation (1): Fulfill.
次に、出力LOIP,LOIN,LOQP,LOQNの出力振幅が、シングルエンドのピーク・ピーク値でV0必要であるとすると、定電流源900の電流値I0は、上記式(1)を考慮すると、以下の式(2)を満たす。
Next, assuming that the output amplitude of the outputs LOIP, LOIN, LOQP, and LOQN is V0 at a single-ended peak-to-peak value, the current value I0 of the constant
上記式(1)及び上記式(2)より、2分周器での消費電流は、混合器内のトランジスタの容量性負荷CLに比例して増大することがわかる。 From the above formulas (1) and (2), it can be seen that the current consumption in the frequency divider increases in proportion to the capacitive load CL of the transistors in the mixer.
しかしながら、従来の送信器をCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路で実現した場合、混合器自体の平均的な電力消費を抑えることは可能であるが、混合器を駆動するためのキャリア波信号である高周波信号を生成する周波数分周器の電力消費は、送信出力電力とは無関係であり、その平均電力は高いままであるという課題がある。 However, when the conventional transmitter is realized by a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) circuit, it is possible to suppress the average power consumption of the mixer itself, but it is a carrier wave signal for driving the mixer. The power consumption of the frequency divider that generates the high-frequency signal is irrelevant to the transmission output power, and there is a problem that the average power remains high.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、所望の送信出力電力に応じて、混合器と周波数分周器の双方の低消費電力化を図ることで、従来の送信器よりも平均的な消費電力を低く抑えるようにしたIQ直交変調型の送信器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its object is to reduce the power consumption of both the mixer and the frequency divider according to the desired transmission output power. Another object of the present invention is to provide an IQ quadrature modulation type transmitter in which average power consumption is kept lower than that of a conventional transmitter.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、並列に配置されたK個(Kは2以上の自然数)の混合器セル(2002,2002’,2003,2003’)からなり、前記K個の混合器セルにベースバンド信号がそれぞれ入力される混合器(5,5’)と、前記K個の混合器セルにキャリア波信号を出力し、N個(NはK≧Nの自然数)の周波数分周器セル(2000,2001)からなる周波数分周器(50)と、前記混合器と前記周波数分周器の動作状態を設定するための制御信号を出力する制御回路(5000)と、前記N個の周波数分周器セルのそれぞれの出力信号の位相関係を検出する位相検出器(15)と、前記周波数分周器セルの信号入力トランジスタに接続される容量調整電圧を生成する容量調整電圧生成回路(2006)と、前記容量調整電圧を前記周波数分周器セルの動作/非動作に応じて非接続/接続するN−1個のスイッチ(SW1)とを含み、前記制御回路(5000)は、互いに接続された前記混合器セルと前記周波数分周器セルとを独立して動作状態を設定し、前記混合器セルは、前記位相検出器の検出結果に応じて、入力される前記ベースバンド信号の位相を調整することを特徴とする。(図1,図6,図7)
The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記容量調整電圧生成回路(2006)は、温度依存性を持つ電流を流す定電流源(42)と、前記周波数分周器セルの入力トランジスタ(101)と同種であるトランジスタ(46)を用いて、一定の電圧(Vc)を生成して出力することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the capacitance adjustment voltage generation circuit (2006) includes a constant current source (42) that supplies a temperature-dependent current, and the frequency component. A constant voltage (Vc) is generated and output using a transistor (46) that is the same type as the input transistor (101) of the peripheral cell.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記周波数分周器セル(60’)は、複数の周波数帯域に対応した複数の入力電圧信号を電流信号に変換するVI変換器(70,80)と、前記電流信号を周波数を分周しながら出力電圧信号に変換する1つのIV変換器(90)とを含み、全ての前記VI変換器から出力される電流信号は共通化されてIV変換器に接続され、出力するRF変調信号の周波数帯域に応じて、一組の前記電流信号を流すVI変換器と前記入力電圧信号を選択することで、一つの出力端子から複数の周波数帯域の信号を出力することを特徴とする。(図10,図11,図12) According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the frequency divider cell (60 ') converts a plurality of input voltage signals corresponding to a plurality of frequency bands into current signals. Current signals output from all the VI converters, including VI converters (70, 80) and one IV converter (90) that converts the current signal into an output voltage signal while dividing the frequency. Are connected to the IV converter in common and select one VI converter for passing the current signal and the input voltage signal in accordance with the frequency band of the RF modulation signal to be output. To output signals in a plurality of frequency bands. (FIGS. 10, 11, and 12)
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記VI変換器は、前記入力電圧信号を受けて前記電流信号に変換する入力差動対(101)と、前記差動対のテイル電流である定電流源(100)と、前記差動対の入力DC電圧を生成して付加するDC付加回路(71)と、前記差動対と前記定電流源を結ぶノードと前記容量調整電圧を接続されたスイッチ(SW1)を含み、前記スイッチは、前記周波数分周器セルの動作/非動作に応じて非接続/接続することを特徴とする。(図12) According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the VI converter receives the input voltage signal and converts the input voltage signal into the current signal, and the difference. A constant current source (100) that is a tail current of a dynamic pair; a DC addition circuit (71) that generates and adds an input DC voltage of the differential pair; and a node that connects the differential pair and the constant current source; The switch includes a switch (SW1) connected to the capacitance adjustment voltage, and the switch is disconnected / connected according to the operation / non-operation of the frequency divider cell. (Fig. 12)
また、請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記DC付加回路(71)は、定電流源と複数の抵抗を含み、前記定電流源は、前記VI変換器の動作/非動作に応じて動作/非動作し、前記定電流源に電流が流れるときは、前記VI変換器における前記入力差動対の動作状態が適切になるようなDC電圧を生成して印加し、前記定電流源に電流が流れないときは、前記VI変換器における前記入力差動対が線形領域でオンするように電源電圧に近い値を生成することを特徴とする。(図13) According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the DC addition circuit (71) includes a constant current source and a plurality of resistors, and the constant current source is provided in the VI converter. When a current flows through the constant current source, the DC voltage is generated and applied so that the operating state of the input differential pair in the VI converter is appropriate. When no current flows through the constant current source, a value close to the power supply voltage is generated so that the input differential pair in the VI converter is turned on in a linear region. (Fig. 13)
また、請求項6に記載の発明は、請求項1又は3に記載の発明において、前記周波数分周器セルの個数Nと前記混合器セルの個数Kとは同一であり、前記K個の混合器セルと前記N個の周波数分周器セルを1対1で接続したことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first or third aspect of the present invention, the number N of the frequency divider cells and the number K of the mixer cells are the same, and the K number of mixed cells is the same. And the N frequency divider cells are connected in a one-to-one relationship.
また、請求項7に記載の発明は、請求項1又は3に記載の発明において、前記周波数分周器セルの個数Nが前記混合器セルの個数Kよりも小さく、前記K個の混合器セルと前記N個の周波数分周器セルを1対1もしくは1対複数で接続したことを特徴とする。
The invention according to
また、請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の発明において、同相(I)ベースバンド信号(BIP1,BIN1)が入力される前記混合器を有する第1混合器(2002,2003)と、直交(Q)ベースバンド信号(BQP1,BQN1)が入力される前記混合器を有する第2混合器(2002’,2003’)と、前記第1混合器に入力される第1キャリア波信号(LIP1,LIN1,LIP2,LIN2)と、前記第2混合器に入力され、第1高周波信号と位相が90度異なる第2キャリア波信号(LQP1,LQN1,LQP2,LQN2)とを生成する前記周波数分周器を有するIQ周波数分周器(2000,2001)と、前記第1混合器の出力信号と前記第2混合器の出力信号とを加算する加算部(2004)とを含むことを特徴とする。(図4,図5)
The invention according to claim 8 is the first mixer having the mixer to which the in-phase (I) baseband signal (BIP1, BIN1) is inputted in the invention according to any one of
本発明によれば、送信出力電力を最大から下げる際に、混合器を構成する混合器セルと対となる周波数分周器セルを、混合器とともに非動作とすることで、所望の送信出力電力に応じて、周波数分周器での電力消費を抑えることができる。 According to the present invention, when the transmission output power is reduced from the maximum, the frequency divider cell paired with the mixer cell constituting the mixer is deactivated together with the mixer, so that the desired transmission output power can be obtained. Accordingly, power consumption in the frequency divider can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示してある。また、以下に説明する構成において用いられるトランジスタは、すべてN型MOSトランジスタである。
図1は、本発明に係るIQ直交変調型の送信器の回路構成図である。図1に示されるIQ直交変調型の送信器は、ベースバンド部20とIQ直交変調器30と制御回路5000とバンドパスフィルタ9とパワーアンプ(PA)10とアンテナ11と電力検出器12とインターフェース回路14と位相検出器15とから構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In each drawing referred to in the following description, the same parts as those in other drawings are denoted by the same reference numerals. All transistors used in the configuration described below are N-type MOS transistors.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an IQ quadrature modulation type transmitter according to the present invention. An IQ quadrature modulation type transmitter shown in FIG. 1 includes a
ベースバンド部20は、IQ直交変調器30と接続されており、このIQ直交変調器30は、制御回路5000とバンドパスフィルタ9と位相検出器15とインターフェース回路14と接続されている。また、パワーアンプ(PA)10はバンドパスフィルタ9と接続されており、アンテナ11はパワーアンプ(PA)10と接続されている。また、電力検出器12はベースバンド部20及びパワーアンプ(PA)10と接続されており、インターフェース回路14は、ベースバンド部20及び制御回路5000とも接続されている。
The
つまり、本発明の送信器は、少なくとも、並列に配置されたK個(Kは2以上の自然数)の混合器セルからなり、K個の混合器セルにベースバンド信号がそれぞれ入力される混合器5,5’と、K個の混合器セルにキャリア波信号を出力し、N個(NはK≧Nの自然数)の周波数分周器セルからなる周波数分周器50と、混合器5,5’と周波数分周器50の動作状態を設定するための制御信号を出力する制御回路5000と、N個の周波数分周器セルのそれぞれの出力信号の位相関係を検出する位相検出器15とを備えている。
That is, the transmitter of the present invention includes at least K (K is a natural number of 2 or more) mixer cells arranged in parallel, and a baseband signal is input to each of the K mixer cells. 5, 5 ′, a carrier wave signal is output to K mixer cells, and a
また、ベースバンド部20は、デジタル信号処理部(DSP)1とデジタル/アナログ変換器3(DAC;DA変換器)とローパスフィルタ4とアナログ/デジタル変換器13(ADC;AD変換器)とから構成され、デジタル信号処理部(DSP)1は、デジタル/アナログ変換器3及びアナログ/デジタル変換器13と接続され、デジタル/アナログ変換器3はそれぞれローパスフィルタ4と接続されている。また、それぞれのローパスフィルタ4は、IQ直交変調器30を構成する混合器5,5’と接続され、アナログ/デジタル変換器13は、電力検出器12と接続されている。
The
また、IQ直交変調器30は、電圧制御発振回路(VCO)7と周波数分周器50と2つの混合器5,5’と加算ノード8とから構成され、電圧制御発振回路(VCO)7は、周波数分周器50と接続され、周波数分周器50は、2つの混合器5,5’及び加算ノード8と接続されている。また、加算ノード8は、2つの混合器5,5’及びバンドパスフィルタ9と接続されており、2つの混合器5,5’は、それぞれ位相検出器15及び制御回路5000と接続されている。
The
周波数分周器50からの差動出力は、混合器5の高周波差動入力(後述する図2の高周波差動入力1201,1301)へと接続される。同様に、周波数分周器50からの差動出力は、混合器5’の高周波差動入力(後述する図2の高周波差動入力1201,1301)へと接続される。なお、混合器5,5’及び周波数分周器50の構成については後述する。
The differential output from the
また、制御回路5000は、インターフェース回路14からの送信電力設定を受けて、周波数分周器50内部の複数の周波数分周器セルと、混合器5,5’の複数の混合器セルとについて、動作もしくは非動作の状態を制御する。具体的には、制御回路5000は、あらかじめ設定された制御テーブルに従い、インターフェース回路14からの送信電力設定に応じて、動作もしくは非動作の制御信号を混合器5,5’及び分周器50に送信する。
Further, the
つまり、制御回路5000は、互いに接続された混合器セル1601〜160Kと周波数分周器セル50’とを独立して動作状態を設定し、混合器セル1601〜160Kは、位相検出器15の検出結果に応じて、入力されるベースバンド信号の位相を調整する。
以下に、制御回路5000の動作について説明する。
図2は、本発明に係る送信器における混合器の一例を示す回路構成図である。ただし、図2においては、制御回路5000の動作に限定して説明するために、位相検出器15からの出力信号が入力される回路部分については省略して図示している。
That is, the
Hereinafter, the operation of the
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an example of a mixer in the transmitter according to the present invention. However, in FIG. 2, in order to explain only the operation of the
図1に示した混合器5,5’は、K個(Kは2以上の自然数)の混合器セル1601〜160Kを備えている。混合器セル1601は、ベースバンド入力1100,1101のそれぞれを電圧から電流に変換するためのNMOS1011と、抵抗1001と、カスコードトランジスタ1021と、高周波差動入力1201、1301に応じて周波数変換を行うトランジスタ1031と、カスコードトランジスタ1021のゲート電圧を動作/非動作制御信号1501に応じてバイアス電圧Vbもしくはグランドに設定するためのトランジスタ1041と、反転論理素子1050とから構成されている。
1 includes
動作/非動作制御信号1501は、図2に示した混合器5(5’)の動作状態を設定するための制御信号であり、図1に示した制御回路5000から混合器5(5’)に入力される。動作/非動作制御信号1501が論理的にハイの場合、カスコードトランジスタ1021のゲートにはバイアス電圧Vbが入力され、混合器セル1601は適切にバイアスされた状態(動作状態)となる。
The operation /
一方、動作/非動作制御信号1501が論理的にローの場合、カスコードトランジスタ1021のゲートにはグランド電圧が入力され、抵抗1001とトランジスタ1011との接続点における電圧がグランド電圧に等しくなる。
これにより、混合器セル1601に流れる電流がゼロとなり、その動作を停止(非動作)する。なお、混合器セル1602〜160Kの動作も同様である。
On the other hand, when the operation /
Thereby, the electric current which flows into the
図3は、本発明に係る送信器における周波数分周器セルの回路構成図である。この周波数分周器セル50’を、N個(NはK≧Nの自然数)用いることで図1の周波数分周器50を構成することができる。この周波数分周器50は、図2に示した混合器5,5’を駆動するための高周波信号を生成する。
図3に示した周波数分周器セル50’は、図14と同様に、N型MOSトランジスタ101,102,103と、負荷抵抗104と、定電流源100とを有する周波数分周器の構成に、図2と同様の、カスコードトランジスタ1020と、カスコードトランジスタ1020のゲート電圧を動作/非動作制御信号1500に応じてバイアス電圧Vbもしくはグランドに設定するためのトランジスタ1040と、反転論理素子1050とが付加されたものである。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a frequency divider cell in the transmitter according to the present invention. The
The
また、図3に示した周波数分周器セル50’の差動出力LOIP,LOINは、図2に示した高周波差動入力1201,1301へと接続される。同様に、差動出力LOQP,LOQNも、図2に示した高周波差動入力1201,1301へと接続される(高周波差動入力1202〜120K,1302〜130Kについても同様である)。
つまり、混合器セル1601と接続される周波数分周器セル50’も、動作/非動作制御信号1500に応じて、その電源とグランド間に流れる電流をゼロとし、その動作を停止させる。具体的には、動作/非動作制御信号1500が論理的にハイの場合、定電流源100は所定の電流を流し、動作/非動作制御信号1500が論理的にローの場合、定電流源100の電流をゼロとすることで、動作もしくは非動作の設定が実現される。
Further, the differential outputs LOIP and LOIN of the
That is, the
また、図2に示した混合器における混合器セル1602〜160Kは、混合器セル1601と同一の構造を有する。すなわち、混合器セル1602〜160Kは、抵抗1002〜100Kとトランジスタ1012〜101Kと1022〜102Kと1032〜103Kと1042〜104K及び反転論理素子1050とから構成されている。
なお、各々の混合器セル1601〜160Kに入力される動作/非動作制御信号1501〜150Kは、制御回路5000により独立に制御される。また、高周波差動入力1201〜120Kと1301〜130Kは、N個の周波数分周器セルと1対1もしくは複数対1で接続されている。つまり、周波数分周器セル50’の個数Nが、混合器セル1601〜160Kの個数Kよりも小さく、K個の混合器セル1601〜160KとN個の周波数分周器セル50’を1対1もしくは1対複数で接続されている。
Further, the
The operation /
ここでK≧Nである。なお、N個の周波数分周器セルは、例えば、図3に示した周波数分周器セル50’をN個設置することで実現される。
制御回路5000によりK個の混合器セルの内の一部を非動作状態に設定することで、ベースバンド信号の振幅を変化させることなく、所望の送信出力電力を実現することが出来る。所望の送信出力電力を実現するためにベースバンド信号の振幅を変化させる方法では、混合器5,5’に流れる電流を減らすことはできないが、これに対し、本発明のように、ベースバンド信号の振幅を変化させずに送信出力電力を調整する方法であれば、少ない電流消費で送信出力電力の調整を行うことができる。
Here, K ≧ N. The N frequency divider cells can be realized by installing N
By setting a part of the K mixer cells to the non-operating state by the
さらに、非動作に設定された混合器セル1601〜160Kへ接続された周波数分周器セル50’を、非動作となるように制御することで、周波数分周器セル50’で不要に消費される電流を削減することができる。よって、電源電圧と消費電流の積で求められる消費電力も低減できる。
次に、本発明に係る送信器の周波数分周器50における電力消費について説明する。なお、以下の説明においては、簡単のため、周波数分周器50を構成する周波数分周器セル50’の個数Nは、混合器セル1601〜160Kの個数Kと同一であるとして説明する。つまり、周波数分周器セル50’の個数Nと混合器セル1601〜160Kの個数Kとは同一であり、K個の混合器セル1601〜160KとN個の周波数分周器セル50’を1対1で接続している。
Further, the
Next, power consumption in the
なお、図3に示した周波数分周器セル50’から高周波信号が入力される図2に示したトランジスタ1031〜103Kは、上述した特許文献1に記載の局所発振器入力部からの局所発振器信号を入力とする4つのトランジスタに相当する。
図2に示した混合器5,5’と、上述した特許文献1に記載の混合器とにおいて、同じ電流を出力する場合、上述した特許文献1においてカレントミラーを介して各混合器セルからの電流の総和が入力される4つのトランジスタのゲート面積の総和をS0とすると、図2に示したトランジスタ1031〜103Kのゲート面積の総和はS0となる。
Note that the
In the case of outputting the same current in the
なお、ここでは、全てのMOSトランジスタは、同じ種類かつ、ゲート長を全て同一としており、また、高周波信号の周波数も同一であるとした。また、上述した特許文献1では、カレントミラーと、これに接続される4つのトランジスタとがグランドから2段で構成されている一方、本発明に係る送信器における混合器5,5’では、抵抗1001とトランジスタ1011,1021,1031とから多段接続で構成されている。しかし、簡単のため、消費電力に関してはこの点は考慮していない。
Here, it is assumed that all the MOS transistors have the same type, the same gate length, and the same high-frequency signal frequency. In
ここで、混合器セル1601〜160Kが同一であるとすると、トランジスタ1031の面積はS0/Kで示される。これは、上述した特許文献1の4つのトランジスタのゲートの容量性負荷の値CLに対し、本発明に係る図2に示したトランジスタ1031の容量性負荷の値がCL/Kとなることを示している。このとき、図2に示した混合器セル1601と1対1の関係で図3に示した周波数分周器(2分周器)セル50’が接続されるとすると、その定電流源100の電流値I0xは、以下の式(3)で示される。
Here, if the
ここで、2分周器の出力の高周波信号出力振幅はシングルエンドのピーク・ピーク値でV0必要であるとし、送信キャリア波の周波数をfcとした。また、上述した特許文献1の混合器を駆動する2分周器の定電流源の電流値I0と、電流値I0xとの間には、I0=K・I0xの関係が成り立っている。
Here, it is assumed that the high frequency signal output amplitude of the output of the divide-by-2 is a single-ended peak / peak value and V0 is required, and the frequency of the transmission carrier wave is fc. Further, a relationship of I0 = K · I0x is established between the current value I0 of the constant current source of the two-frequency divider that drives the mixer of
本発明では、混合器セル1601〜160Kの動作/非動作に合わせて2分周器も動作/非動作となる。そのため、K個の混合器セル1601〜160KとN(=K)個の周波数分周器セル50’とが動作する際の送信出力電力が最大の場合、本発明では、2分周器の定電流源100の電流値は、上述した特許文献1の場合と同一である。一方、送信出力電力が非常に小さく、図2に示したK個の混合器セル1601〜160Kのうちの1つのみが動作し、K個の周波数分周器セル50’のうちの1つのみが動作するような状況では、定電流源100の電流値はI0xとなる。上述した特許文献1と比較して、1/Kの消費電流となり、すなわち、1/Kの消費電力となる。
In the present invention, the divide-by-2 is also operated / not operated in accordance with the operation / non-operation of the
上述したように、本発明においては、所望の送信出力電力に応じて、混合器と周波数分周器の低消費電力化が可能である。
図2に示した混合器5,5’の代わりに、高周波入力用のトランジスタとベースバンド入力用トランジスタを混合器セルごとに設置し、さらに、混合器セルを独立に動作/非動作制御可能な他の混合器を使用してもよい。この場合も同様に、送信器の平均的な消費電力を低減することができる。
As described above, in the present invention, it is possible to reduce the power consumption of the mixer and the frequency divider according to the desired transmission output power.
In place of the
ところで、本発明では、図1に示した電圧制御発振器(VCO)7と接続されるK個の周波数分周器セル50’の動作/非動作切り替え時に、以下に説明する理由によって、電圧制御発振器7の出力に発生する容量の微小な変化にともない、電圧制御発振器7の発振周波数(fvco)が瞬間的に変化する場合がある。この瞬間的なfvcoの変化は、送信出力信号周波数の瞬間的変化を引き起こし、送信器として正しく通信ができない場合がある。そこで、周波数分周器セル50’の動作/非動作切り替えに伴う容量の微小変化を補正する回路の設置が好ましい。
By the way, in the present invention, when switching the operation / non-operation of the K
図4は、図3に示した周波数分周器セルと混合器セルと加算ノードとで構成されるIQ直交変調型の送信器の回路構成図である。このIQ直交変調型の送信器は、周波数分周器セル2000,2001と混合器セル2002,2002’,2003,2003’と加算ノード(加算部)2004とで構成され、周波数分周器セル2000は、混合器セル2002と混合器セル2002’とに接続され、周波数分周器セル2001は、混合器セル2003と混合器セル2003’とに接続され、加算ノード2004は、混合器セル2002,2002’,2003,2003’に接続されている。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of an IQ orthogonal modulation type transmitter including the frequency divider cell, the mixer cell, and the addition node shown in FIG. This IQ orthogonal modulation type transmitter includes
つまり、図4に示した送信器は、同相(I)ベースバンド信号BIP1,BIN1が入力される混合器を有する第1混合器2002,2003と、直交(Q)ベースバンド信号BQP1,BQN1が入力される前記混合器を有する第2混合器2002’,2003’と、第1混合器に入力される第1キャリア波信号LIP1,LIN1,LIP2,LIN2と、第2混合器に入力され、第1高周波信号と位相が90度異なる第2キャリア波信号LQP1,LQN1,LQP2,LQN2とを生成する周波数分周器を有するIQ周波数分周器2000,2001と、第1混合器の出力信号と第2混合器の出力信号とを加算する加算部2004とを備えている。
That is, the transmitter shown in FIG. 4 receives
周波数分周器セル2000,2001は、それぞれ、図3に示した周波数分周器(2分周器)セル50’と同様の構成の周波数分周器セルであり、混合器セル2002,2003,2002’,2003’は、それぞれ、図2に示した1601,1602と同様の構成の混合器セルである。ここで、電圧制御発振器7の発振周波数は、周波数分周器セル50’の分周数が2であるため、送信キャリア周波数(fc)の2倍の周波数に等しい。
Each of the
周波数分周器セル2000,2001と、混合器2002,2003,2002’,2003’が動作状態であるとき、大きな送信出力電力を得ることができ、周波数分周器セル2000と混合器2002と2002’を動作状態としたとき、小さな送信出力電力を得ることができる。周波数分周器セル2000,2001に入力される差動の高周波信号は、電圧制御発振器7の出力である。このため電圧制御発振器7の差動出力の一方には、周波数分周器50’のトランジスタ101が4つ接続され、電圧制御発振器7の差動出力のもう一方には周波数分周器セル50’のトランジスタ101が4つ接続される。
When the
図5は、MOSトランジスタのゲート端子にあらわれる容量とバイアス条件の関係を表す図である。トランジスタ101のゲート端子にあらわれる容量は、ゲート−ドレイン間容量CGDとゲート−ソース間容量CGSの和で表すことができ、図5で示される曲線に従って、バイアス条件(ゲート−ソース間電圧VGS)に依存する。
特に、トランジスタ101のゲート端子にあらわれる容量は、トランジスタ101が飽和領域で動作している時に式(4)で示され、三極管領域で動作している時に式(5)で示される。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the capacitance appearing at the gate terminal of the MOS transistor and the bias condition. The capacitance appearing at the gate terminal of the
In particular, the capacitance appearing at the gate terminal of the
2/3・W・L・Cox+2・W・Cov ・・・(4)
W・L・Cox+2・W・Cov ・・・(5)
ここでWはゲート幅である。Lはゲート長である。Coxは単位面積当たりのゲート容量である。Covはゲートポリとソース領域もしくはドレイン領域の間のオーバーラップ容量である。
周波数分周器セル50’が動作状態であるとき、トランジスタ101は飽和領域で動作し、また、周波数分周器セル50’が非動作状態であるとき、トランジスタ101は三極間領域で動作する。
2/3 · W · L · Cox + 2 · W · Cov (4)
W ・ L ・ Cox + 2 ・ W ・ Cov (5)
Here, W is the gate width. L is the gate length. Cox is a gate capacitance per unit area. Cov is an overlap capacitance between the gate poly and the source or drain region.
When the frequency divider cell 50 'is in operation, the
さらに、周波数分周器セル50’が動作状態であるときであって、入力振幅がピークに達する場合などは、トランジスタ101は三極管領域に近いところで動作する。特に、低消費電力化のために電源電圧が低く、ドレイン−ソース間の電圧が低くなる場合などは、それが顕著になるが、周波数分周器セル50’は、多くの場合、線形性が重要ではなく、問題にならない。
Further, when the frequency divider cell 50 'is in the operating state and the input amplitude reaches a peak, the
その場合、周波数分周器セル50’が動作状態であるときの、トランジスタ101のゲート端子にあらわれる容量は、式(4)から式(5)に近づき、図5で示す、曲線領域の値になる。
一方、周波数分周器セル50’が非動作状態であるときであって、ドレイン端子とソース端子の電位を高くして、ゲート端子の電位に近づけた場合などは、ゲート端子にあらわれる容量は、式(5)から式(4)に近づき、図5で示す、曲線領域の値になる。
In that case, when the
On the other hand, when the
以下では、説明を単純化させるために、周波数分周器セル50’が動作状態であるとき、トランジスタ101は飽和領域で動作するとする。また、周波数分周器セル50’が非動作状態であるとき、トランジスタ101は三極間領域で動作するとする。
この場合、大きな送信出力を得ることができる周波数分周器セル2000,2001が動作状態であるとき、電圧制御発振器7の出力の差動の高周波信号各々には、トランジスタ101が4つずつ接続され、その容量負荷は式(6)で示される。
In the following, for simplicity of explanation, it is assumed that the
In this case, when the
8/3・W・L・Cox+8・W・Cov ・・・(6)
また、小さな送信出力を得ることができる周波数分周器セル2000のみが動作状態であるとき、電圧制御発振器7の出力の差動の高周波信号各々にあらわれる容量負荷は、式(7)で示される。
8/3 · W · L · Cox + 8 · W · Cov (6)
Further, when only the
10/3・W・L・Cox+8・W・Cov ・・・(7)
よって、大きな送信出力から小さな送信出力へ状態が変化する場合、すなわち周波数分周器セル2001が動作状態から非動作状態に切り替わる際の、電圧制御発振器7の出力の高周波信号各々に容量負荷の変化は、式(7)−式(6)=式(8)で示される。
10/3 · W · L · Cox + 8 · W · Cov (7)
Therefore, when the state changes from a large transmission output to a small transmission output, that is, when the
10/3・W・L・Cox+8・W・Cov
−8/3・W・L・Cox+8・W・Cov
=2/3・W・L・Cox ・・・(8)
図1には示されていないが、電圧制御発振器7は、通常PLL(Phase Locked Loop)の一部として動作している。ここで電圧制御発振器7の発振周波数は、LC共振型発振器である場合、式(9)で示される。
10/3 · W · L · Cox + 8 · W · Cov
-8/3 · W · L · Cox + 8 · W · Cov
= 2/3 · W · L · Cox (8)
Although not shown in FIG. 1, the voltage-controlled
1/(2π√L(C1+C2+C3)) ・・・(9)
ここでLはインダクタンスである。C1は可変容量であり、PLLの帰還動作により所望の発振周波数を実現する容量に調整される。C2は固定の容量成分である。C3は周波数分周器セル50’の入力容量であり、周波数分周器セル50’の動作/非動作によって値が変化する。
1 / (2π√L (C1 + C2 + C3)) (9)
Here, L is an inductance. C1 is a variable capacitor, and is adjusted to a capacitor that realizes a desired oscillation frequency by a feedback operation of the PLL. C2 is a fixed capacitance component. C3 is an input capacity of the
容量の合計値C1+C2+C3が瞬間的に変化した場合、容量の変化に合わせ電圧制御発振器7の発振周波数が変化し、所望の周波数からずれが発生する。その後、PLLの帰還動作によってC1の容量が調整され、一定時間経過したのちに、所望の発振周波数に復帰し安定する。このC1の容量値を調整する動作に要する時間は、式(8)に示される容量負荷の変化ΔCが大きいほど長く、また、PLLのループ帯域幅が狭いほど長い。このC1の容量が調整されている間の電圧制御発振器7の発振周波数は所望の周波数からずれたままであり、送信器として正しく通信ができない場合がある。
When the total capacitance value C1 + C2 + C3 changes instantaneously, the oscillation frequency of the voltage controlled
図6は、本発明に係る送信器における周波数分周器セルの他の回路構成図で、容量変化の補正を行ったものである。図6に示した周波数分周器セル60’は、図3で示す周波数分周器セル50’の構成に、動作/非動作制御信号1500に応じて、N型MOSトランジスタ101のドレイン端子及びソース端子に、容量調整電圧Vcを非接続/接続するスイッチSW1が付加されたものである。
FIG. 6 is another circuit configuration diagram of the frequency divider cell in the transmitter according to the present invention, in which the change in capacitance is corrected. The
つまり、周波数分周器セル60’は、複数の周波数帯域に対応した複数の入力電圧信号を電流信号に変換するVI変換器70,80と、電流信号を周波数を分周しながら出力電圧信号に変換する1つのIV変換器90とを含み、全てのVI変換器から出力される電流信号は共通化されてIV変換器に接続され、出力するRF変調信号の周波数帯域に応じて、一組の電流信号を流すVI変換器と入力電圧信号を選択することで、一つの出力端子から複数の周波数帯域の信号を出力する。
That is, the
また、VI変換器は、入力電圧信号を受けて電流信号に変換する入力差動対101と、差動対のテイル電流である定電流源100と、差動対の入力DC電圧を生成して付加するDC付加回路71と、差動対と定電流源を結ぶノードと容量調整電圧を接続されたスイッチSW1を含み、スイッチSW1は、周波数分周器セルの動作/非動作に応じて非接続/接続する。
The VI converter receives an input voltage signal and converts it into a current signal, an input
図7は、図6に示した周波数分周器セルと混合器セルと加算ノードとで構成されるIQ直交変調型の送信器の他の回路構成図で、容量変化の補正を行ったものである。
つまり、図7に示した送信器は、並列に配置されたK個(Kは2以上の自然数)の混合器セル2002,2002’,2003,2003’からなり、K個の混合器セルにベースバンド信号がそれぞれ入力される混合器5,5’と、K個の混合器セルにキャリア波信号を出力し、N個(NはK≧Nの自然数)の周波数分周器セル2000,2005と、周波数分周器セル2005が非動作時に周波数分周器セル2001に入力する容量調整電圧Vcを生成する容量調整電圧生成回路2006から構成される。
FIG. 7 is another circuit configuration diagram of the IQ quadrature modulation type transmitter composed of the frequency divider cell, the mixer cell, and the addition node shown in FIG. is there.
That is, the transmitter shown in FIG. 7 is composed of
周波数分周器セル2000は、図3に示した周波数分周器(2分周器)セル50’と同様の構成の周波数分周器セルであり、周波数分周器セル2005は、図6に示した周波数分周器(2分周器)セル60’と同様の構成の周波数分周器セルである。
図7に示す容量調整電圧生成回路2006から周波数分周器セル2005に容量調整電圧Vcを入力することで、上述の周波数の瞬間的変化を防ぐことができる。図6に示すスイッチSW1は、大きな送信出力を得ることができる動作状態のときオフ状態であり、小さな送信出力を得ることができる非動作状態であるときオン状態である。
The
By inputting the capacitance adjustment voltage Vc from the capacitance adjustment
図6に示す周波数分周器セル60’の非動作中のとき、トランジスタ101のゲート端子にあらわれる容量値が、動作中のときのゲート端子にあらわれる容量値と等しくなるときの、トランジスタ101のドレイン端子及びソース端子の電圧を、以下文中では、Vevnとする。
容量調整電圧生成回路において、Vc=Vevnとなるように、容量調整電圧Vcを生成することにより、小さい送信出力状態と大きい送信出力状態の切り替わりの瞬間の、電圧制御発振器7の出力に発生する容量負荷の変化が発生しない。
The drain of
In the capacitance adjustment voltage generation circuit, by generating the capacitance adjustment voltage Vc so that Vc = Vevn, the capacitance generated in the output of the voltage controlled
このように、周波数分周器セル60が非動作状態であるとき、トランジスタ101のドレイン端子とソース端子の電位を外部の回路から与えることで、動作状態であるときと、ゲート端子にあらわれる容量を等しくすることができる。
次に、容量調整電圧生成回路について説明する。
図8は、図7に示す容量調整電圧生成回路の回路構成図である。この容量調整電圧生成回路2006は、抵抗ラダーセル41と、定電流源42と、抵抗ラダーセル41に入力されるスイッチ選択信号430を出力する制御回路43と、定電流源42の電流値を決定するバイアス440を出力するバンドギャップ44と、バッファ45と、N型MOSトランジスタ46と、抵抗47から構成される。
As described above, when the
Next, the capacity adjustment voltage generation circuit will be described.
FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the capacitance adjustment voltage generation circuit shown in FIG. The capacitance adjustment
つまり、容量調整電圧生成回路2006は、温度依存性を持つ電流を流す定電流源42と、周波数分周器セルの入力トランジスタ101と同種であるトランジスタ46を用いて、一定の電圧(Vc)を生成して出力する。
図9は、図8に示す抵抗ラダーセルの回路構成図で、抵抗ラダーセル41の抵抗4101とスイッチSW_mのペアを示している。抵抗ラダーセル41は、図9に示す抵抗とスイッチのn個のペアが直列に接続されて構成される。また、抵抗ラダーセル41のn個の抵抗4101は全て同じ値で、それをRxとする。一番上の抵抗とスイッチのペア、すなわち電源電圧に接続されたペアのスイッチをSW_1とし、直列接続されて上からm番目のペアのスイッチをSW_mと順番に番号づけることにする。
電源電圧をVDDで表し、制御回路43によって抵抗ラダーセル41の中でオンしているスイッチをSW_mとすると、バッファ45の入力電圧Vcxは、式(10)に従う。
In other words, the capacity adjustment
FIG. 9 is a circuit configuration diagram of the resistance ladder cell shown in FIG. 8 and shows a pair of the
When the power supply voltage is represented by VDD and the switch that is turned on in the
Vcx=VDD−Idc・m・Rx ・・・(10)
バッファ45は一般的なオペアンプを負帰還接続したもので、入力電圧を利得1倍にして出力電圧を得る。N型MOSトランジスタ46は、ダイオード接続、つまり、ゲート電圧とドレイン電圧が同電位になるように接続されており、抵抗47が十分大きいとき、Vcは、おおよそVcx−Vthで与えられる。ただし、Vthは、N型MOSトランジスタ46の閾値電圧を示す。
従って、容量調整電圧生成回路2006出力する容量調整電圧Vcは式(11)に従う。
Vcx = VDD−Idc · m · Rx (10)
The
Accordingly, the capacitance adjustment voltage Vc output from the capacitance adjustment
VDD−Idc・m・Rx−Vth ・・・(11)
一方で、容量調整電圧VcはVevnになることが求められるので、式(11)がVevnと等しくなるように、抵抗値Rx,定電流Idcが設定される。
VDD-Idc.m.Rx-Vth (11)
On the other hand, since the capacitance adjustment voltage Vc is required to be Vevn, the resistance value Rx and the constant current Idc are set so that the equation (11) becomes equal to Vevn.
製造上の個体バラツキや温度の変化によって、Vevnが変動しても、制御回路43によって、抵抗ラダーセル41の中でオンしているスイッチを変えて、式(11)におけるmを変更することで、常に、式(11)をVevnと等しくすることができる。
しかし、N型MOSトランジスタ46を、図6におけるトランジスタ101と同一の種類のトランジスタを用いることで、製造上の個体バラツキや温度の変化によるVevnの変動に対して、mを変更せずに式(11)で与えられる値を追従させることができる。
Even if Vevn fluctuates due to individual variations in manufacturing or changes in temperature, the switch turned on in the
However, by using the same type of transistor as the
MOSトランジスタの閾値電圧などのパラメーターは、個体毎で設計上の理想的な値を中心に様々な値にばらつき、温度変化に対しても変動するが、同一チップ上においては、同種のMOSトランジスタのこれらのパラメーターは、おおよそ同じ傾向に変動することが期待できる。
例えば、図6における、トランジスタ101の閾値電圧が高くなると、動作状態においてトランジスタ101にドレイン電流が流れるときの、ドレイン−ソース間の電位差が小さくなり、ソース端子の電圧は高くなる。従って、そのときのトランジスタ101のゲート端子にあらわれる容量は、図5で示す、曲線領域において、三極管領域側である右にシフトし、大きくなる。一方で、図8におけるN型MOSトランジスタ42の閾値電圧Vthが高くなると、式(11)から容量調整電圧Vcは低くなることがわかる。
Parameters such as the threshold voltage of MOS transistors vary from individual to individual, with various values centered on ideal design values, and also vary with temperature changes. These parameters can be expected to vary in roughly the same trend.
For example, when the threshold voltage of the
すなわち、図6における、トランジスタ101の非動作状態におけるゲート−ソース間の電位差は大きくなる。従って、そのときのトランジスタ101のゲート端子にあらわれる容量は、図5で示す、曲線領域において、三極管領域側である右にシフトし、大きくなる。
このように、N型MOSトランジスタの閾値電圧の変動によって、Vevnが変動しても、式(11)で与えられるVcも同じ傾向に変動する。
That is, the potential difference between the gate and the source in the non-operating state of the
Thus, even if Vevn varies due to the variation of the threshold voltage of the N-type MOS transistor, Vc given by equation (11) also varies in the same tendency.
また、抵抗値の個体バラツキや温度変化に対しては、定電流源に流れる電流が、ある一定の基準電圧と抵抗によって生成されているならば、同一チップ内においては、同種類の抵抗に対しては、抵抗値と電流の積は一定であることが期待できる。これは一般的に用いられる手法で、図8で示すバンドギャップ44が生成する定電流源42の電流Idcと抵抗ラダー41の抵抗Rxにも当てはまることとする。また、図6における、定電流源100の電流と抵抗104の関係も同様とする。
Also, for individual variations in resistance values and temperature changes, if the current flowing through the constant current source is generated by a certain reference voltage and resistance, the same type of resistance can be used within the same chip. Therefore, the product of the resistance value and the current can be expected to be constant. This is a generally used technique, and applies to the current Idc of the constant
また、以上に加えて、温度変化に対しては、図8におけるバンドギャップ44において、定電流源42に与えるバイアス440に温度依存性を持たせることで、容量調整電圧Vcの温度依存性を更に調整して、温度変化によるVevnの変動に対してより精度よく追従させることができる。
次に、複数の周波数帯域(バンド)に対応した送信器において、容量変化の補正を行う場合の回路構成とその動作について説明する。
In addition to the above, the temperature dependence of the capacitance adjustment voltage Vc is further increased by giving the temperature dependence of the
Next, a description will be given of a circuit configuration and operation in a case where a change in capacity is corrected in a transmitter corresponding to a plurality of frequency bands (bands).
図10は、周波数分周器セルと混合器セルと加算ノードとで構成されるIQ直交変調型の送信器の他の回路構成図で、複数の周波数帯域(バンド)に対応して、かつ、容量変化の補正を行ったものである。
図10に示した送信器は、バンドA及びバンドBの周波数帯域のRF変調信号を出力し、並列に配置されたK個(Kは2以上の自然数)の混合器セル2002,2002’,2003,2003’からなり、K個の混合器セルにベースバンド信号がそれぞれ入力される混合器5,5’と、K個の混合器セルにキャリア波信号を出力し、N個(NはK≧Nの自然数)のIV変換器セル3000,3001と、バンドAに対応する高周波信号Aを電流信号に変換するVI変換器セル3002,3002’と、バンドBに対応する高周波信号Bを電流信号に変換するVI変換器セル3003,3003’と、VI変換器セル3002’及び3003’に入力する容量調整電圧Vcを生成する容量調整電圧生成回路3006から構成されている。
FIG. 10 is another circuit configuration diagram of an IQ orthogonal modulation type transmitter composed of a frequency divider cell, a mixer cell, and an addition node, corresponding to a plurality of frequency bands (bands), and The capacitance change is corrected.
The transmitter shown in FIG. 10 outputs RF modulation signals in frequency bands of band A and band B, and K (K is a natural number of 2 or more)
IV変換器セル3000は、VI変換器セル3002及びVI変換器セル3004に接続され、IV変換器セル3001は、VI変換器セル3003及びVI変換器セル3005に接続される。
IV変換器セル3000,3001及びVI変換器セル3002,3002’が動作状態で、VI変換器セル3003,3003’が非動作状態であるとき、バンドAのRF変調信号の大きな送信出力電力を得ることができ、IV変換器セル3000及びVI変換器セル3002のみが動作状態で、IV変換器セル3001,VI変換器セル3002’とVI変換器セル3003,3003’が非動作状態であるとき、バンドAのRF変調信号の小さな送信出力電力を得ることができる。
The
When the
IV変換器セル3000,3001及びVI変換器セル3003,3003’が動作状態で、VI変換器セル3002,3002’が非動作状態であるとき、バンドBのRF変調信号の大きな送信出力電力を得ることができ、IV変換器セル3000及びVI変換器セル3003のみが動作状態で、IV変換器セル3001,VI変換器セル3003’とVI変換器セル3002,3002’が非動作状態であるとき、バンドBのRF変調信号の小さな送信出力電力を得ることができる。
When the
図11は、本発明に係る複数の周波数帯域に対応した周波数分周器の回路構成図で、本発明に係る送信器におけるIV変換器70と2つのVI変換器80、90の回路構成を示している。
IV変換器セル3000,3001は、IV変換器70と同様の回路構成であり、VI変換器セル3002は、VI変換器80と同様の回路構成であり、VI変換器セル3003は、VI変換器90と同様の回路構成である。IV変換器70をVI変換器80またはVI変換器90と接続したそれぞれの回路構成は、図3で示す分周器50’と同一の回路構成になる。VI変換器80が非動作状態であるときは、定電流源810に電流が流れない。VI変換器90が非動作状態であるときは、定電流源910に電流が流れない。
FIG. 11 is a circuit configuration diagram of a frequency divider corresponding to a plurality of frequency bands according to the present invention, and shows a circuit configuration of an
The
図12は、本発明に係る複数の周波数帯域に対応した周波数分周器の他の回路構成図で、本発明に係る送信器におけるIV変換器70と2つのVI変換器80’,90’の回路構成を示している。
IV変換器70は、図11におけるIV変換器70と同様の回路構成であり、VI変換器セル3002’は、VI変換器80’と同様の回路構成であり、VI変換器セル3003’は、VI変換器90’と同様の回路構成である。IV変換器70をVI変換器80’またはVI変換器90’と接続したそれぞれの回路構成は、図6で示す分周器60からトランジスタ101のドレイン電圧に接続するスイッチSW1を削除した回路構成と同一になる。VI変換器80’が非動作状態であるときは、定電流源820に電流が流れない。VI変換器90’が非動作状態であるときは、定電流源920に電流が流れない。
FIG. 12 is another circuit configuration diagram of a frequency divider corresponding to a plurality of frequency bands according to the present invention, and shows an
The
VI変換器80’,90’は、それぞれ入力部にDC付加回路81,91を持ち、入力された高周波信号のDC成分を除去し、適切なDC電圧を付加する。尚、このDC付加回路は、上述のVI変換器80,90や、周波数分周器セル50, 50’の入力部には明記しなかったが、あってもよい。
従って、バンドAのキャリア周波数は、高周波信号Aを2分周して得られ、バンドBのキャリア周波数は、高周波信号Bを2分周して得られる。
The
Therefore, the carrier frequency of band A is obtained by dividing the high frequency signal A by 2, and the carrier frequency of band B is obtained by dividing the high frequency signal B by 2.
スイッチSW1は、出力するRF変調信号のバンドに係らず、大きな送信出力を得ることができる動作状態のときオフ状態であり、小さな送信出力を得ることができる非動作状態であるときオン状態である。
次に、トランジスタ821,921のゲート端子に印加されるDC電圧について説明する。
The switch SW1 is in an off state when it is in an operating state where a large transmission output can be obtained, and is in an on state when it is in a non-operating state where a small transmission output can be obtained regardless of the band of the RF modulation signal to be output. .
Next, a DC voltage applied to the gate terminals of the
図13は、図9に示すDC付加回路の回路構成図で、DC付加回路71の回路構成を示している。DC付加回路71は、DC電圧を生成する定電流源713と、抵抗711,712と、入力高周波信号LOP’,LON’のDC成分を除去するコンデンサ715と、DC成分が除去された高周波信号に前記DC電圧Vdcを供給する抵抗714から構成される。
FIG. 13 is a circuit configuration diagram of the DC addition circuit shown in FIG. 9 and shows a circuit configuration of the
DC付加回路71は、図12に示すVI変換器80’におけるDC付加回路91及びDC付加回路91と同様の回路構成である。
つまり、DC付加回路71は、定電流源と複数の抵抗を含み、定電流源は、VI変換器の動作/非動作に応じて動作/非動作し、定電流源に電流が流れるときは、VI変換器における入力差動対の動作状態が適切になるようなDC電圧を生成して印加し、定電流源に電流が流れないときは、VI変換器における入力差動対が線形領域でオンするように電源電圧に近い値を生成する。
The
That is, the
VI変換器が動作状態のときは、それに付随するDC付加回路71における定電流源713に一定の電流が流れ、その電流が抵抗711,712に流れる。このとき、DC電圧Vdcは、VI変換器の入力トランジスタが適切な動作状態になるように、電流源713の電流及び抵抗711,712の値が設定される。VI変換器が非動作状態のときは、それに付随するバイアス回路71における定電流源713には電流が流れず、DC電圧Vdcは電源電圧に近いハイの電位になる。
When the VI converter is in an operating state, a constant current flows through the constant
従って、トランジスタ821のゲート端子に入力されるDC電圧は、バンドAのRF変調信号の大きな送信出力を得ることができる動作状態のときは適切な電位が与えられ、出力するRF変調信号のバンドに係らず、小さな送信出力を得ることができる非動作状態であるときは、電源電圧に近いハイの電位が与えられる。トランジスタ921のゲート端子に入力されるDC電圧は、バンドBのRF変調信号の大きな送信出力を得ることができる動作状態のときは適切な電位が与えられ、出力するRF変調信号のバンドに係らず、小さな送信出力を得ることができる非動作状態であるときは、電源電圧に近いハイの電位が与えられる。
Therefore, the DC voltage input to the gate terminal of the
バンドAのRF変調信号の小さな送信出力を得ることができる動作状態のときは、トランジスタ821のソース端子に対しては、スイッチSW1のみを介して容量調整電圧Vcが接続される。トランジスタ821のドレイン電圧に対しては、スイッチSW1とトランジスタ921を介して容量調整電圧Vcが接続される。このとき、トランジスタ921のゲート端子に与えられるDC電圧はハイの電位であり、高周波信号Bは入力されないので、トランジスタ921はオン状態にある。
In an operation state in which a small transmission output of the RF modulation signal of band A can be obtained, the capacitance adjustment voltage Vc is connected to the source terminal of the
バンドBのRF変調信号の小さな送信出力を得ることができる動作状態のときは、トランジスタ921のソース端子に対しては、スイッチSW1のみを介して容量調整電圧Vcが接続される。トランジスタ921のドレイン電圧に対しては、スイッチSW1とトランジスタ821を介して容量調整電圧Vcが接続される。このとき、トランジスタ821のゲート端子に与えられるDC電圧はハイの電位であり、高周波信号Aは入力されないので、トランジスタ821はオン状態にある。
In an operation state in which a small transmission output of the band B RF modulation signal can be obtained, the capacitance adjustment voltage Vc is connected to the source terminal of the
VI変換器80’または、VI変換器90’が動作状態のときは、トランジスタ821,921のそれぞれのドレイン端子の負荷容量が大きいと、分周できる限界周波数が低くなることなどの特性劣化が起こる。しかし、このように、スイッチSW1がトランジスタ821,921のドレイン端子に接続されず、トランジスタ821に対してはトランジスタ921を、トランジスタ921に対してはトランジスタ821を、それぞれスイッチとして機能させることで、動作状態のときに余分な負荷容量を付加させないという効果が得られる。
When the
以上、本発明のIQ直交変調型の送信器について説明したが、本発明の技術的範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含んでいる。さらに、本発明の技術的範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって構成されうる。 Although the IQ quadrature modulation type transmitter of the present invention has been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, and is intended by the present invention. All embodiments that provide the same effect are also included. Further, the technical scope of the present invention may be constituted by any desired combination of specific features among all the disclosed features.
1 デジタル信号処理部
3 デジタル/アナログ変換器(DA変換器)
4 ローパスフィルタ
5,5’ 混合器
7 電圧制御発振回路(VCO)
8 加算ノード
9 バンドパスフィルタ
10 パワーアンプ
11 アンテナ
12 電力検出器
13 アナログ/デジタル変換器(AD変換器)
14 インターフェース回路
15 位相検出器
20 ベースバンド部
30 IQ直交変調器
40 容量調整電圧生成回路(容量調整電圧生成回路セル)
41 抵抗ラダーセル
42 定電流源
43 制御回路
44 バンドギャップ
45 バッファ
46 N型MOSトランジスタ
47 抵抗
410 抵抗ラダー
4101 抵抗
4102 スイッチ
50 周波数分周器
50’ 周波数分周器(周波数分周器セル)
60’ 周波数分周器(周波数分周器セル)
100,810,910,820,920 定電流源
101,102,103,811,911,821,921 トランジスタ
104 負荷抵抗
900 定電流源
901,902,903 トランジスタ
904 負荷抵抗
1001〜100K 抵抗
1011〜101K トランジスタ
1021〜102K カスコードトランジスタ
1031〜103K トランジスタ
1041〜104K トランジスタ
1050 反転論理素子
1100,1101 ベースバンド入力
1201〜120K 高周波差動入力
1301〜130K 高周波差動入力
1400,1401 RF出力
1500 動作/非動作制御信号
1501〜150K 動作/非動作制御信号
1601〜160K 混合器セル
2000,2001, 2005 周波数分周器セル
2002,2003,2002’,2003’ 混合器セル
2004 加算ノード
2006 容量調整電圧生成回路
3000,3001 IV変換器セル
3002,3002’,3003,3003’ VI変換器セル
70 IV変換器
80,90,80’,90’ VI変換器
71 DC付加回路
711,712 抵抗
713 定電流源
714 抵抗
715 コンデンサ
81,91 DC付加回路セル
5000 制御回路
LOP,LON 高周波差動信号
LOIP,LOIN 差動出力信号
LOQP,LOQN 差動出力信号
Vb バイアス電圧
SW1 スイッチ
BIP1,BIN1 同相(I)ベースバンド信号
BQP1,BQN1 直交(Q)ベースバンド信号
LIP1,LIN1,LIP2,LIN2 第1キャリア波信号
LQP1,LQN1,LQP2,LQN2 第2キャリア波信号
1
4 Low-
8
14
41
60 'frequency divider (frequency divider cell)
100, 810, 910, 820, 920 Constant current source 101, 102, 103, 811, 911, 821, 921 Transistor 104 Load resistance 900 Constant current source 901, 902, 903 Transistor 904 Load resistance 1001-100K Resistance 1011-101K Transistor 1021 to 102K Cascode transistors 1031 to 103K Transistors 1041 to 104K Transistor 1050 Inverting logic elements 1100 and 1101 Baseband inputs 1201 to 120K High frequency differential inputs 1301 to 130K High frequency differential inputs 1400 and 1401 RF outputs 1500 Operation / non-operation control signal 1501 ~ 150K operation / non-operation control signal 1601 ~ 160K mixer cell 2000, 2001, 2005 frequency divider cell 2002, 2003, 2002 ', 2003 'mixer cell 2004 addition node 2006 capacity adjustment voltage generation circuit 3000, 3001 IV converter cell 3002, 3002', 3003, 3003 'VI converter cell 70 IV converter 80, 90, 80', 90 'VI converter 71 DC additional circuit 711, 712 Resistor 713 Constant current source 714 Resistor 715 Capacitor 81, 91 DC additional circuit cell 5000 Control circuit LOP, LON High frequency differential signal LOIP, LOIN Differential output signal LOQP, LOQN Differential output signal Vb Bias voltage SW1 switch BIP1, BIN1 In-phase (I) baseband signal BQP1, BQN1 Quadrature (Q) baseband signal LIP1, LIN1, LIP2, LIN2 First carrier wave signal LQP1, LQN1, LQP2, LQN2 Second carrier wave signal
Claims (8)
前記K個の混合器セルにキャリア波信号を出力し、N個(NはK≧Nの自然数)の周波数分周器セルからなる周波数分周器と、
前記混合器と前記周波数分周器の動作状態を設定するための制御信号を出力する制御回路と、
前記N個の周波数分周器セルのそれぞれの出力信号の位相関係を検出する位相検出器と、
前記周波数分周器セルの信号入力トランジスタに接続される容量調整電圧を生成する容量調整電圧生成回路と、
前記容量調整電圧を前記周波数分周器セルの動作/非動作に応じて非接続/接続するN−1個のスイッチとを含み、
前記制御回路は、互いに接続された前記混合器セルと前記周波数分周器セルとを独立して動作状態を設定し、
前記混合器セルは、前記位相検出器の検出結果に応じて、入力される前記ベースバンド信号の位相を調整することを特徴とする送信器。 A mixer composed of K (K is a natural number of 2 or more) mixer cells arranged in parallel, and a baseband signal is input to each of the K mixer cells;
Outputting a carrier wave signal to the K mixer cells, and a frequency divider composed of N frequency divider cells (N is a natural number of K ≧ N);
A control circuit for outputting a control signal for setting an operating state of the mixer and the frequency divider;
A phase detector for detecting a phase relationship of respective output signals of the N frequency divider cells;
A capacitance adjustment voltage generation circuit for generating a capacitance adjustment voltage connected to the signal input transistor of the frequency divider cell;
N−1 switches that disconnect / connect the capacitance adjustment voltage according to the operation / non-operation of the frequency divider cell;
The control circuit sets an operation state independently of the mixer cell and the frequency divider cell connected to each other,
The transmitter, wherein the mixer cell adjusts the phase of the input baseband signal according to a detection result of the phase detector.
全ての前記VI変換器から出力される電流信号は共通化されてIV変換器に接続され、出力するRF変調信号の周波数帯域に応じて、一組の前記電流信号を流すVI変換器と前記入力電圧信号を選択することで、一つの出力端子から複数の周波数帯域の信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の送信器。 The frequency divider cell includes a VI converter that converts a plurality of input voltage signals corresponding to a plurality of frequency bands into current signals, and one IV that converts the current signals into output voltage signals while dividing the frequency. Including a converter,
The current signals output from all the VI converters are shared and connected to the IV converter, and the VI converter and the input that pass a set of the current signals according to the frequency band of the RF modulation signal to be output The transmitter according to claim 1, wherein a signal of a plurality of frequency bands is output from one output terminal by selecting a voltage signal.
直交(Q)ベースバンド信号が入力される前記混合器を有する第2混合器と、
前記第1混合器に入力される第1キャリア波信号と、前記第2混合器に入力され、第1高周波信号と位相が90度異なる第2キャリア波信号とを生成する前記周波数分周器を有するIQ周波数分周器と、
前記第1混合器の出力信号と前記第2混合器の出力信号とを加算する加算部と
を含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の送信器。 A first mixer having the mixer to which an in-phase (I) baseband signal is input;
A second mixer having the mixer to which a quadrature (Q) baseband signal is input;
The frequency divider that generates a first carrier wave signal input to the first mixer and a second carrier wave signal that is input to the second mixer and that is 90 degrees out of phase with the first high-frequency signal. An IQ frequency divider comprising:
The transmitter according to claim 1, further comprising: an adder that adds the output signal of the first mixer and the output signal of the second mixer.
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