JP2016115977A - 受信装置及びその歪み抑圧方法、半導体装置並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術に比較して高精度でかつ消費電流を軽減して二次高調波成分を抑圧することができる受信装置を提供する。【解決手段】それぞれカスコード構成の２個のトランジスタを有する２個の増幅回路にてなる差動増幅回路を備え、シングルエンドの無線信号を低雑音増幅して差動無線信号として出力するカスコード構成の低雑音増幅回路を備える受信装置であって、低雑音増幅回路で発生した二次高調波レベルを検出する検出手段と、検出した二次高調波レベルに応じて低雑音増幅回路の各トランジスタのゲートに接続される容量を調整する制御手段とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、例えば無線受信装置などの受信装置及びその歪み抑圧方法、前記受信装置を備える半導体装置並びに電子機器に関する。

例えば無線受信装置などの受信装置において発生する二次高調波成分を抑圧するために、例えば非特許文献１では、シングルエンドの入力信号を差動出力信号に変換する低雑音増幅回路において、当該低雑音増幅回路の出力振幅を検出し、フィードバック制御により電流を調整することでトランジスタの相互コンダクタンスｇｍを調整して差動出力信号の二次高調波成分を抑圧することが開示されている。

また、例えば特許文献１では、差動入力信号を低雑音増幅して差動出力信号を出力する低雑音増幅回路において、ベースバンド回路で検出した二次高調波レベルが小さくなるように差動入力信号が入力されるトランジスタのゲートバイアス電圧を調整して、振幅補正により二次高調波成分を抑圧することが開示されている。

特表２０１３−５４３３１３号公報

D. Manstretta, "A Broadband Low-Noise Single-Ended Input Differential Output Amplifier with IM2 Cancelling," IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium 2008, RMO1D-2, pp.70-82, June 17, 2008.

しかし、低雑音増幅回路の出力振幅を検出し、フィードバック制御により電流を調整することでバイアス電圧を制御するため、消費電流が増加するという問題点があった。また、アナログ回路でフィードバック制御するので、二次高調波成分の抑圧精度が悪いという問題点があった。

本開示の目的は、従来技術に比較して高精度でかつ消費電流を軽減して二次高調波成分を抑圧することができる受信装置を提供することにある。

第１の態様に係る受信装置は、それぞれカスコード構成の２個のトランジスタを有する２個の増幅回路にてなる差動増幅回路を備え、シングルエンドの無線信号を低雑音増幅して差動無線信号として出力するカスコード構成の低雑音増幅回路を備える受信装置であって、
前記低雑音増幅回路で発生した二次高調波レベルを検出する検出手段と、
前記検出した二次高調波レベルに応じて前記低雑音増幅回路の各トランジスタのゲートに接続される容量を調整する制御手段とを備えることを特徴とする。

第２の態様に係る半導体装置は、上記受信装置を集積化したことを特徴とする。

第３の態様に係る電子機器は、上記受信装置、もしくは上記半導体装置を備えることを特徴とする。

第４の態様に係る受信装置の歪み抑圧方法は、それぞれカスコード構成の２個のトランジスタを有する２個の増幅回路にてなる差動増幅回路を備え、シングルエンドの無線信号を低雑音増幅して差動無線信号として出力するカスコード構成の低雑音増幅回路を備える受信装置の歪み抑圧方法であって、
前記低雑音増幅回路で発生した二次高調波レベルを検出するステップと、
前記検出した二次高調波レベルに応じて前記低雑音増幅回路の各トランジスタのゲートに接続される容量を調整するステップとを含むことを特徴とする。

これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。

本開示に係る受信装置等によれば、カスコード段の容量を調整するため、回路対称性が保つことができる。また、ベースバンド回路からフィードバック制御を行うため、精度よく歪み補正可能であり、前記カスコード段の容量を制御するのみなので、制御が簡単であって消費電流を低減できる。

実施形態１に係る無線受信装置１の構成を示す回路図である。 実施形態２に係る無線受信装置１のための低雑音増幅回路１０Ａの構成を示す回路図である。 実施形態３に係るナビゲーション装置４の構成を示すブロック図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

実施形態１．
図１は実施形態１に係る無線受信装置１の構成を示す回路図である。図１において、無線受信装置１にはアンテナ２が接続され、アンテナ２により受信された無線信号はインピーダンス整合回路１１を介して低雑音増幅回路１０の入力端子Ｔ１に入力される。一方、テスト信号発生回路１２からの所定のテスト信号も低雑音増幅回路１０の入力端子Ｔ１に入力される。

低雑音増幅回路１０はカスコード構成の低雑音増幅器を含み、入力端子Ｔ１を介して入力されるシングルエンドの無線信号を低雑音増幅して差動無線信号として出力端子Ｔ２，Ｔ３を介して出力する。低雑音増幅回路１０は、第１の増幅回路Ａ１と、第２の増幅回路Ａ２と、バイアス発生回路Ｂ１とを備えて構成される。ここで、第１の増幅回路Ａ１と、第２の増幅回路Ａ２とにより差動増幅回路を構成する。

（１）第１の増幅回路Ａ１は、電源電圧ＶＤＤと接地との間に直列に接続された負荷抵抗ＲＬ１と、カスコード構成の２個のＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２を含み、低雑音増幅後の第１の無線信号を、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ２のドレインと負荷抵抗ＲＬ１との接続点に接続された出力端子Ｔ２に出力する。
（２）第２の増幅回路Ａ２は、電源電圧ＶＤＤと接地との間に直列に接続された負荷抵抗ＲＬ２と、カスコード構成の２個のＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ３，Ｍ４を含み、低雑音増幅後の第２の無線信号（第１の無線信号と第２の無線信号とにより差動無線信号を構成する）を、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ４のドレインと負荷抵抗ＲＬ２との接続点に接続された出力端子Ｔ３に出力する。
（３）バイアス発生回路Ｂ１は、電源電圧ＶＤＤと接地との間に直列に接続されたバイアス電流源Ｉｂと、互いにカスコード接続されかつそれぞれダイオード接続された２個のＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ６を含み、バイアス電流源Ｉｂからの基準電流から第１及び第２のバイアス電圧を発生し、第１のバイアス電圧を、片端接地の可変容量キャパシタＣａを介してＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ４の各ゲートに印加し、第２のバイアス電圧を片端接地のキャパシタＣｂ及び高周波阻止用抵抗Ｒｂを介してＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ３の各ゲートに印加する。

ここで、増幅用ＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ４のバイアス電圧と、それらにそれぞれカスコード接続されたカスコードＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ３のバイアス電圧とを同一のバイアス電流源Ｉｂから作成して供給したことを特徴としている。

入力端子Ｔ１に入力される無線信号又はテスト信号はＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ１のゲートに印加され、低雑音増幅された後、第１の無線信号及び第２の無線信号からなる差動無線信号が出力端子Ｔ２，Ｔ３を介してミキサ１３に出力される。ミキサ１３は、入力される差動無線信号を、局部発振器１４からのダイレクトコンバージョン用局部発振信号と混合して、混合結果の信号を、所定の低域通過特性を有するローパスフィルタ１５及び利得制御増幅器１６を介してベースバンド信号としてＡ／Ｄ変換器１７に出力する。Ａ／Ｄ変換器１７は入力されるベースバンド信号をディジタルベースバンド信号にＡ／Ｄ変換してベースバンド信号処理回路１８に出力する。ベースバンド信号処理回路１８は入力されるベースバンド信号に対して所定の信号処理を行った後、二次高調波検出及びキャリブレーション回路１９に出力する。

コントローラ又はコンピュータ（制御手段）を構成する二次高調波検出及びキャリブレーション回路１９は、アンテナ２からの無線信号を遮断した状態でテスト信号発生回路１２からの所定の無線受信周波数を有するテスト信号を端子Ｔ１に入力したときに、当該回路１９に入力されるベースバンド信号から、波形歪みにより発生する二次高調波レベル（受信周波数の２倍の高調波レベルをいう）を検出して、検出された二次高調波レベルが小さくなるように（歪みが抑圧されるように）制御信号Ｓｃを用いて可変容量キャパシタＣａの容量を調整する。

ここで、キャパシタＣａは端子Ｔ１からＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ１及びＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ２のソース−ゲート間容量を介してゲート側に漏洩する高周波信号がバイアス発生回路Ｂ１側に漏洩することを防止するために挿入される。抵抗Ｒｂも例えば１００ｋΩなどの大きな抵抗値を有する高周波阻止用抵抗であり、キャパシタＣｂも高周波信号の漏洩を防止する。ここで、キャパシタＣａ，Ｃｂの容量は、ＦＭ放送用受信装置で約十数ｐＦであり、ＡＭ放送用受信装置で約１００ｐＦである。

以上のように構成された無線受信装置１では、二次高調波レベルが小さくなるように（最小になるように）可変容量キャパシタＣａの容量を調整することで差動無線信号の２つの無線信号間の位相差を補正して二次高調波レベルを抑圧することができる。ここでは、ＮチャンネルＭＯＳで説明したが、ＰチャンネルＭＯＳを使用してもよい。

なお、可変容量キャパシタＣａは例えばバラクタダイオードで構成したときは、それに印加するバイアス電圧を調整することで当該容量を調整してもよい。

実施形態２．
図２は実施形態２に係る無線受信装置１のための低雑音増幅回路１０Ａの構成を示す回路図である。実施形態２に係る図２の低雑音増幅回路１０Ａは，図１の低雑音増幅回路１０に比較して以下の点が異なる。
（１）可変容量キャパシタＣａに代えて、スイッチ回路２１及びキャパシタ回路２２とを備える可変容量キャパシタ回路を構成した。

図２において、スイッチ回路２１は例えば３個のスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を備えて構成される。キャパシタ回路２２は例えば３個のキャパシタＣａ１，Ｃａ２，Ｃａ３を備えて構成される。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ４の各ゲートは、スイッチＳＷ１及びキャパシタＣａ１を介して接地され、スイッチＳＷ２及びキャパシタＣａ２を介して接地され、スイッチＳＷ３及びキャパシタＣａ３を介して接地される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は図１の二次高調波検出及びキャリブレーション回路１９からの制御信号Ｓｃに基づいてオン／オフされることにより、キャパシタ回路２２の全体容量を変化させることができる。

なお、キャパシタＣａ１〜Ｃａ３の各容量値は同一でもいいし、互いに異なってもよい。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３はそのうち１つもしくは複数をオンしてもよい。以上の構成により、全体容量を変化させることができる。ここでは、それぞれ３つのキャパシタＣａ１〜Ｃａ３及びスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を用いて説明したが、その限りではなく、１つ又は複数のキャパシタ及びスイッチを用いてもよい。

以上のように構成された実施形態２に係る低雑音増幅回路１０Ａを備えた無線受信装置１においても実施形態１と同様に動作して、同様の作用効果を有する。

実施形態３．
図３は実施形態３に係るナビゲーション装置４の構成を示すブロック図である。図３において、実施形態１又２の無線受信装置１及びアンテナ２は例えば大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）３に収容されて集積化され、ＬＳＩ３は例えば車両用のナビゲーション装置４内に実装されて、当該無線受信装置１は例えば放送波などの種々の無線信号を受信する。

以上の実施形態３においては、ナビゲーション装置４について説明しているが、本開示はこれに限られず、パーソナルコンピュータ、テレビジョン装置などの種々の電子機器に提供することができる。なお、ＬＳＩ３は受信ＬＳＩ又は無線ＬＳＩであってもよい。

以上の実施形態においては、無線受信装置１について説明しているが、本開示はこれに限られず、有線受信装置などの種々の受信装置に適用することができる。

実施形態のまとめ．
第１の態様に係る受信装置は、それぞれカスコード構成の２個のトランジスタを有する２個の増幅回路にてなる差動増幅回路を備え、シングルエンドの無線信号を低雑音増幅して差動無線信号として出力するカスコード構成の低雑音増幅回路を備える受信装置であって、
前記低雑音増幅回路で発生した二次高調波レベルを検出する検出手段と、
前記検出した二次高調波レベルに応じて前記低雑音増幅回路の各トランジスタのゲートに接続される容量を調整する制御手段とを備えることを特徴とする。

第２の態様に係る受信装置は、第１の態様に係る受信装置において、前記制御手段は、前記検出した二次高調波レベルが小さくなるように前記容量を調整することを特徴とする。

第３の態様に係る受信装置は、第１又は第２の態様に係る受信装置において、バイアス電流源と、前記バイアス電流源に接続されかつカスコード接続された２個のトランジスタとを備え、前記バイアス電流源から同一の基準電流から所定のバイアス電圧を発生して、前記低雑音増幅回路のカスコード構成の２個のトランジスタのゲートに印加するバイアス発生回路をさらに備えることを特徴とする。

第４の態様に係る受信装置は、第３の態様に係る受信装置において、前記容量は、前記バイアス発生回路の各トランジスタのゲートと、前記各増幅回路の各トランジスタのゲートとの間に接続されることを特徴とする。

第５の態様に係る受信装置は、第１〜第４の態様のうちのいずれか１つに係る受信装置において、前記容量は、複数のキャパシタと、各キャパシタに直列に接続された複数のスイッチとを備え、前記複数のスイッチを切り替えることにより前記容量の容量値を変化可能な可変容量キャパシタ回路であることを特徴とする。

第６の態様に係る半導体装置は、第１〜第５の態様のうちのいずれか１つに係る受信装置を集積化したことを特徴とする。

第７の態様に係る電子機器は、第１〜第５の態様のうちのいずれか１つに係る受信装置、もしくは第６の態様に係る半導体装置を備えることを特徴とする。

第８の態様に係る受信装置の歪み抑圧方法は、それぞれカスコード構成の２個のトランジスタを有する２個の増幅回路にてなる差動増幅回路を備え、シングルエンドの無線信号を低雑音増幅して差動無線信号として出力するカスコード構成の低雑音増幅回路を備える受信装置の歪み抑圧方法であって、
前記低雑音増幅回路で発生した二次高調波レベルを検出するステップと、
前記検出した二次高調波レベルに応じて前記低雑音増幅回路の各トランジスタのゲートに接続される容量を調整するステップとを含むことを特徴とする。

以上詳述したように、本開示によれば、カスコード段の容量を調整するため、回路対称性が保つことができる。また、ベースバンド回路からフィードバック制御を行うため、精度よく歪み補正可能であり、前記カスコード段の容量を制御するのみなので、制御が簡単であって消費電流を低減できる。

１…無線受信装置、
２…アンテナ、
３…ＬＳＩ、
４…ナビゲーション装置、
１０，１０Ａ…低雑音増幅回路、
１１…インピーダンス整合回路、
１２…テスト信号発生回路、
１３…ミキサ、
１４…局部発振器、
１５…ローパスフィルタ、
１６…利得制御増幅器、
１７…Ａ／Ｄ変換器、
１８…ベースバンド信号処理回路、
１９…二次高調波検出及びキャリブレーション回路、
２１…スイッチ回路、
２２…キャパシタ回路、
Ｃａ，Ｃｂ，Ｃａ１，Ｃａ２，Ｃａ３…キャパシタ、
Ｉｂ…バイアス電流源、
Ｍ１〜Ｍ６…ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ、
ＲＬ１，ＲＬ２，Ｒｂ…抵抗、
ＳＷ１〜ＳＷ３…スイッチ、
Ｔ１…入力端子、
Ｔ２，Ｔ３…出力端子。

Claims (8)

1. それぞれカスコード構成の２個のトランジスタを有する２個の増幅回路にてなる差動増幅回路を備え、シングルエンドの無線信号を低雑音増幅して差動無線信号として出力するカスコード構成の低雑音増幅回路を備える受信装置であって、
   前記低雑音増幅回路で発生した二次高調波レベルを検出する検出手段と、
   前記検出した二次高調波レベルに応じて前記低雑音増幅回路の各トランジスタのゲートに接続される容量を調整する制御手段とを備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記制御手段は、前記検出した二次高調波レベルが小さくなるように前記容量を調整することを特徴とする請求項１記載の受信装置。
3. バイアス電流源と、前記バイアス電流源に接続されかつカスコード接続された２個のトランジスタとを備え、前記バイアス電流源から同一の基準電流から所定のバイアス電圧を発生して、前記低雑音増幅回路のカスコード構成の２個のトランジスタのゲートに印加するバイアス発生回路をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の受信装置。
4. 前記容量は、前記バイアス発生回路の各トランジスタのゲートと、前記各増幅回路の各トランジスタのゲートとの間に接続されることを特徴とする請求項３記載の受信装置。
5. 前記容量は、複数のキャパシタと、各キャパシタに直列に接続された複数のスイッチとを備え、前記複数のスイッチを切り替えることにより前記容量の容量値を変化可能な可変容量キャパシタ回路であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の受信装置。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の受信装置を集積化したことを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の受信装置、もしくは請求項６記載の半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
8. それぞれカスコード構成の２個のトランジスタを有する２個の増幅回路にてなる差動増幅回路を備え、シングルエンドの無線信号を低雑音増幅して差動無線信号として出力するカスコード構成の低雑音増幅回路を備える受信装置の歪み抑圧方法であって、
   前記低雑音増幅回路で発生した二次高調波レベルを検出するステップと、
   前記検出した二次高調波レベルに応じて前記低雑音増幅回路の各トランジスタのゲートに接続される容量を調整するステップとを含むことを特徴とする受信装置の歪み抑圧方法。

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