JP2020129779A - Transmitter - Google Patents
Transmitter Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020129779A JP2020129779A JP2019022518A JP2019022518A JP2020129779A JP 2020129779 A JP2020129779 A JP 2020129779A JP 2019022518 A JP2019022518 A JP 2019022518A JP 2019022518 A JP2019022518 A JP 2019022518A JP 2020129779 A JP2020129779 A JP 2020129779A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- modulator
- amplitude
- transmitter
- frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、送信機に関し、特に、ベースバンド信号を搬送波に乗せて送信する送信機に関する。 The present invention relates to a transmitter, and more particularly to a transmitter that transmits a baseband signal on a carrier.
従来、ベースバンド信号と搬送信号とを混合して得られた中間周波数信号を周波数逓倍器で周波数を逓倍して高周波の送信信号を生成する送信機が開発されている。このような送信機では、周波数逓倍器で中間周波数信号が逓倍されるとベースバンド信号の振幅が累乗されて元のベースバンド信号の振幅の線型性が崩れてしまうという問題がある。そこで、中間周波数信号に搬送信号を重ね合わせた信号を逓倍することでベースバンド信号を線型性よく高周波の送信信号にアップコンバートする送信機が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been developed a transmitter that multiplies an intermediate frequency signal obtained by mixing a baseband signal and a carrier signal by a frequency multiplier to generate a high frequency transmission signal. In such a transmitter, when the intermediate frequency signal is multiplied by the frequency multiplier, the amplitude of the baseband signal is raised to the power, and the linearity of the amplitude of the original baseband signal is lost. Therefore, there is known a transmitter that upconverts a baseband signal into a high-frequency transmission signal with good linearity by multiplying a signal obtained by superimposing a carrier signal on an intermediate frequency signal (see, for example, Patent Document 1).
送信機において、ベースバンド信号を線型性よく高周波の送信信号にアップコンバートすること以外に、送信信号に含まれるさまざまな信号成分のうち中間周波数信号の基本波成分の強度を上げるかということも重要な課題の一つである。 In the transmitter, in addition to up-converting the baseband signal to a high-frequency transmission signal with good linearity, it is important to increase the strength of the fundamental wave component of the intermediate frequency signal among various signal components included in the transmission signal. This is one of the challenges.
そこで、本発明は、送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度を最大にすることができる送信機を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a transmitter capable of maximizing the intensity of the fundamental wave component of the intermediate frequency signal included in the transmission signal.
本発明の一局面に従った送信機は、ベースバンド信号と搬送信号とが入力され、前記ベースバンド信号と前記搬送信号とを混合して得られた中間周波数信号に前記搬送信号を重ね合わせた信号を出力する変調部と、前記変調部の後段に接続され、前記変調部の出力信号を逓倍する周波数混合部とを備え、前記変調部が、印加されるバイアス電圧により、前記中間周波数信号に重ね合わせる前記搬送信号の振幅電圧が調整可能に構成されているものである。 In a transmitter according to one aspect of the present invention, a baseband signal and a carrier signal are input, and the carrier signal is superimposed on an intermediate frequency signal obtained by mixing the baseband signal and the carrier signal. A modulation unit that outputs a signal, and a frequency mixing unit that is connected to the subsequent stage of the modulation unit and that multiplies the output signal of the modulation unit, and the modulation unit converts the intermediate frequency signal into the intermediate frequency signal by the applied bias voltage. The amplitude voltage of the carrier signals to be superimposed is adjustable.
前記周波数混合部は、前記変調部の出力信号の周波数を2倍する2乗回路を有していてもよく、前記バイアス電圧は、前記中間周波数信号に重ね合わされる前記搬送信号の振幅電圧が前記中間周波数信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定されていることが好ましい。 The frequency mixer may include a squaring circuit that doubles the frequency of the output signal of the modulator, and the bias voltage may be the amplitude voltage of the carrier signal superimposed on the intermediate frequency signal. The value is preferably set to be equal to the amplitude voltage of the intermediate frequency signal.
あるいは、前記周波数混合部は、前記変調部の出力信号の周波数を3倍する3乗回路を有していてもよく、前記バイアス電圧は、前記中間周波数信号に重ね合わされる前記搬送信号の振幅電圧が前記中間周波数信号の振幅電圧の√2倍になるような値に設定されていることが好ましい。 Alternatively, the frequency mixing unit may include a cube circuit that triples the frequency of the output signal of the modulator, and the bias voltage is an amplitude voltage of the carrier signal that is superimposed on the intermediate frequency signal. Is preferably set to a value that is √2 times the amplitude voltage of the intermediate frequency signal.
例えば、前記変調部が、前記ベースバンド信号と前記搬送信号とを混合して前記中間周波数信号を生成する変調器と、入力された前記搬送信号を前記バイアス電圧に応じた振幅電圧にして出力する振幅調整器と、前記変調器の出力信号と前記振幅調整器の出力信号とを加算する加算器とを有するものである。 For example, the modulation unit mixes the baseband signal and the carrier signal to generate the intermediate frequency signal, and outputs the inputted carrier signal as an amplitude voltage corresponding to the bias voltage and outputs the amplitude voltage. An amplitude adjuster and an adder for adding the output signal of the modulator and the output signal of the amplitude adjuster are included.
例えば、前記変調部がギルバートセルで構成されており、前記ギルバートセルの差動入力対の一方にシングルエンド信号としての前記ベースバンド信号が接続され、他方に前記バイアス電圧が接続されている。 For example, the modulator is composed of a Gilbert cell, one of the differential input pairs of the Gilbert cell is connected to the baseband signal as a single-ended signal, and the other is connected to the bias voltage.
前記ベースバンド信号が直交位相振幅変調された信号であってもよい。 The baseband signal may be a quadrature phase amplitude modulated signal.
中間周波数信号に重ね合わされる搬送信号の振幅電圧に応じて周波数混合部による逓倍後の送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度が変化する。本発明によると、変調部に印加するバイアス電圧により中間周波数信号に重ね合わせる搬送信号の振幅電圧を調整できるため、バイアス電圧を最適値にして送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度を最大にすることができる。 The intensity of the fundamental wave component of the intermediate frequency signal included in the transmission signal multiplied by the frequency mixing unit changes according to the amplitude voltage of the carrier signal superimposed on the intermediate frequency signal. According to the present invention, since the amplitude voltage of the carrier signal to be superimposed on the intermediate frequency signal can be adjusted by the bias voltage applied to the modulator, the bias voltage is optimized and the strength of the fundamental wave component of the intermediate frequency signal included in the transmission signal is adjusted. Can be maximized.
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed description of well-known matters and repeated description of substantially the same configuration may be omitted. This is for avoiding unnecessary redundancy in the following description and for facilitating understanding by those skilled in the art.
なお、発明者は、当業者が本発明を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。 It is to be noted that the inventor provides the accompanying drawings and the following description in order for those skilled in the art to fully understand the present invention, and is not intended to limit the subject matter described in the claims by these. Absent.
≪実施形態≫
図1は、本発明の一実施形態に係る送信機のブロック図である。本実施形態に係る送信機10は、変調部11と、増幅部12と、周波数混合部13とを備えている。送信機10は、図略のベースバンドユニットから出力されたベースバンド信号(以下、BB信号という)を高周波(例えば、300GHz帯)の無線周波数信号(以下、RF信号という)にアップコンバートして送信する。
<<Embodiment>>
FIG. 1 is a block diagram of a transmitter according to an embodiment of the present invention. The
変調部11には、図略のベースバンドユニットから出力されたBB信号と、図略の局部発振器から出力された搬送信号(以下、LO信号という)とが入力される。変調部11は、BB信号とLO信号とを混合して得られた中間周波数信号(以下、IF信号という)にLO信号を重ね合わせた信号を出力する。すなわち、一般的な変調部はLO信号を用いてBB信号をアップコンバートしてIF信号を出力するのに対し、変調部11は、IF信号だけでなく、LO信号を漏洩させて出力する。
A BB signal output from a baseband unit (not shown) and a carrier signal (hereinafter, referred to as LO signal) output from a local oscillator (not shown) are input to the
さらに変調部11にはバイアス電圧VBが印加されている。変調部11においてIF信号にLO信号をどの程度の振幅電圧にして重ね合わせるかは、変調部11に印加するバイアス電圧VBにより調整できるようになっている。
Further, the bias voltage VB is applied to the
図2は、一例に係る変調部11のブロック図である。変調部11は、変調器111と、振幅調整器112と、加算器113とを備えている。変調器111は、BB信号にLO信号を乗算してIF信号を生成する。振幅調整器112は、入力されたLO信号をバイアス電圧VBに応じた振幅電圧にして出力する。加算器113は、変調器111の出力信号と振幅調整器112の出力信号とを加算する。これにより、変調部11から、IF信号にLO信号を重ね合わせた信号が出力される。便宜上、この信号を“αLO+IF”と表す。αはIF信号に重ね合わされるLO信号の振幅電圧が調整可能であることを表している。
FIG. 2 is a block diagram of the
図1へ戻り、増幅部12は、変調部11から出力される信号を増幅する。なお、増幅部12は、IF信号およびLO信号の帯域において十分なゲインを有するものとする。
Returning to FIG. 1, the
周波数混合部13は、増幅部12から出力される信号をアップコンバートしてRF信号を生成する。具体的には、周波数混合部13は、一般的な周波数逓倍器と同様にCMOS素子を用いて構成することができ、また、周波数逓倍特性を有する他の能動素子や受動素子で構成することもできる。ただし、一般的な周波数逓倍器とは異なり、周波数混合部13は、IF信号とLO信号とが重ね合わされた信号(αLO+IF)を逓倍する。後述するように周波数混合部13として2乗回路や3乗回路が使用可能である。
The
次に、本実施形態に係る送信機10のより具体的な構成例について説明する。
Next, a more specific configuration example of the
≪第1の具体例≫
図3は、第1の具体例に係る送信機のブロック図である。第1の具体例に係る送信機10Aは、図1に示した送信機10における変調部11をSDBM(Semi Double Balanced Mixer)11Aで具体化し、さらに周波数混合部13を2乗回路13Aで具体化したものである。なお、SDBMとはギルバートセルを用いて構成される一般的なDBM(Double Balanced Mixer)を一部変形した回路であり、SDBMという呼び名は発明者による造語である。
<<First Specific Example>>
FIG. 3 is a block diagram of a transmitter according to the first specific example. The
図4は、第1の具体例に係る送信機10Aにおける変調部(SDBM11A)の回路図である。同図に示すように、SDBM11Aはギルバートセルで構成することができる。
FIG. 4 is a circuit diagram of the modulator (
一般にギルバートセルは、2つの差動スイッチングトランジスタペアを交差接続した回路(以下、交差接続回路という)と、差動増幅回路とが縦積み、すなわち直列に接続されて構成される。ギルバートセルでBB信号とLO信号を混合する場合、交差接続回路にLO信号を差動入力し、差動増幅回路にBB信号を差動入力するのが一般的である。これに対して、SDBM11Aでは、ギルバートセルにおける差動増幅回路にBB信号を差動入力せずに、差動入力対の一方にシングルエンド信号としてのBB信号を接続し、他方にバイアス電圧VBを接続している。すなわち、SDBM11Aでは、敢えてBB信号をアンバランスに入力している。
Generally, a Gilbert cell is configured by vertically stacking a circuit in which two differential switching transistor pairs are cross-connected (hereinafter referred to as a cross-connecting circuit) and a differential amplifier circuit, that is, connecting them in series. When the BB signal and the LO signal are mixed in the Gilbert cell, it is general to differentially input the LO signal to the cross-connect circuit and differentially input the BB signal to the differential amplifier circuit. On the other hand, in the
一般にギルバートセルにおいて、LO信号が高周波になると交差接続回路を構成するトランジスタのゲート−ドレイン間の寄生容量を通じて出力側へLO信号の漏れ(図中の破線矢印)が大きくなるが、差動増幅回路の入力バランスが取れていればLO信号の漏れとLO信号の反転信号の漏れとが打ち消しあってIF信号に重ね合わされるLO信号はキャンセルされる。ところが、SDBM11Aでは差動増幅回路の差動入力がアンバランスであるため、LO信号の漏れとLO信号の反転信号の漏れとの打ち消しが不十分となりIF信号にLO信号が重ね合わされる。すなわち、SDBM11Aから、IF信号にLO信号を重ね合わせた差動信号(αLO+IF)が出力される。さらに、係数α、すなわち、IF信号に重ね合わされるLO信号の振幅電圧はバイアス電圧VBにより調整することができる。
Generally, in a Gilbert cell, when the LO signal has a high frequency, the leakage of the LO signal to the output side (broken line arrow in the figure) increases due to the parasitic capacitance between the gate and drain of the transistor forming the cross-connect circuit. If the input signal is balanced, the leakage of the LO signal and the leakage of the inverted signal of the LO signal cancel each other and the LO signal superimposed on the IF signal is canceled. However, in the
次にSDBM11Aのシミュレーション結果を示す。LO信号を136GHzに設定し、BB信号を1−21GHzの範囲で変化させてシミュレーションを行った。図5Aは、バイアス電圧VBを0Vに設定したときの変調部(SDBM11A)出力に含まれる各種信号強度を表すグラフである。図5Bは、バイアス電圧VBを0.9Vに設定したときの変調部出力に含まれる各種信号強度を表すグラフである。横軸はBB信号の周波数を表し、縦軸は各種信号の強度を表す。グラフには変調部出力に含まれるIF信号、LO信号、およびイメージ信号のそれぞれの上側波帯(136−186GHz)および下側波帯(116−136GHz)の強度をプロットしている。 Next, the simulation result of SDBM11A is shown. The LO signal was set to 136 GHz and the BB signal was changed in the range of 1 to 21 GHz to perform the simulation. FIG. 5A is a graph showing various signal intensities included in the output of the modulator (SDBM11A) when the bias voltage VB is set to 0V. FIG. 5B is a graph showing various signal intensities included in the modulator output when the bias voltage VB is set to 0.9V. The horizontal axis represents the frequency of the BB signal, and the vertical axis represents the intensity of various signals. In the graph, the intensities of the upper sideband (136-186 GHz) and the lower sideband (116-136 GHz) of the IF signal, the LO signal, and the image signal included in the output of the modulator are plotted.
例えば、BB信号が10GHzのところを見ると、バイアス電圧VBが0Vのとき、変調器出力に含まれるLO信号の強度はおよそ−7dBmである(図5Aを参照)。一方、バイアス電圧VBが0.9Vのとき、変調器出力に含まれるLO信号の強度はおよそ−1.5dBmである(図5Bを参照)。この結果から、SDBM11Aでは、バイアス電圧VBにより、IF信号に重ね合わされるLO信号の振幅電圧を調整できることがわかる。
For example, looking at the BB signal at 10 GHz, when the bias voltage VB is 0 V, the intensity of the LO signal contained in the modulator output is approximately -7 dBm (see FIG. 5A). On the other hand, when the bias voltage VB is 0.9 V, the intensity of the LO signal included in the modulator output is approximately -1.5 dBm (see FIG. 5B). From this result, it is understood that in the
図4へ戻り、SDBM11Aから出力された差動信号(αLO+IF)は増幅部12により増幅されて2乗回路13Aに入力される。2乗回路13Aは、差動信号(αLO+IF)の周波数を2倍にしてRF信号を出力する。なお、2乗回路13Aは、ペアトランジスタで構成されたアクティブダブラ(周波数ダブラともいう)などの既知の回路であるため、回路構成の詳細な説明については省略する。
Returning to FIG. 4, the differential signal (αLO+IF) output from the
2乗回路13Aは実質的に次の(1)式で表される演算を実行する。
The squaring
(αLO+βIF)2=α2LO2+2αβ・LO・IF+β2IF2 …(1)
ただし、(1)式中、LOはLO信号、IFはIF信号を表す。また、α、βはそれぞれLO信号およびIF信号の振幅電圧を表す。
(ΑLO+βIF) 2 =α 2 LO 2 +2αβ·LO·IF+β 2 IF 2 (1)
However, in the formula (1), LO represents a LO signal and IF represents an IF signal. Further, α and β represent the amplitude voltage of the LO signal and the IF signal, respectively.
このように、2乗回路13AにおいてIF信号とLO信号とが重ね合わされた信号を2乗することで、(1)式の右辺第2項で表されるIF信号の1次高調波成分(基本波成分ともいう)および右辺第3項で表されるIF信号の2次高調波成分が生成される。このうち、IF信号の基本波成分が送信機10AからRF信号として出力すべき信号である。したがって、2乗回路13Aの後段に所望の帯域の信号を通過させる図略のバンドパスフィルタを設けてIF信号の基本波成分を通過させるようにすればよい。
In this way, by squaring the signal obtained by superimposing the IF signal and the LO signal in the squaring
(1)式の右辺各項の係数は各成分の振幅電圧を表す。すなわち、IF信号の基本波成分(RF信号)の振幅電圧は2αβ、IF信号の2次高調波成分の振幅電圧はβ2でそれぞれ表される。ここで、RF信号の振幅電圧、すなわち、(1)式の右辺第2項の係数(2αβ)が最大になる条件について考える。LO信号とIF信号のトータルの信号強度が一定、すなわち、α2+β2=1という条件で右辺第2項の係数(2αβ)が最大になるのはα=βのときである。すなわち、LO信号の振幅電圧をIF信号の振幅電圧と等しくしたときにRF信号の振幅電圧を最大化することができ、結果としてRF信号の強度が最大となる。 The coefficient of each term on the right side of the equation (1) represents the amplitude voltage of each component. That is, the amplitude voltage of the fundamental wave component (RF signal) of the IF signal is represented by 2αβ, and the amplitude voltage of the second harmonic component of the IF signal is represented by β 2 . Here, consider the condition where the amplitude voltage of the RF signal, that is, the coefficient (2αβ) of the second term on the right side of the equation (1) becomes maximum. It is when α=β that the coefficient (2αβ) of the second term on the right side becomes maximum under the condition that the total signal intensity of the LO signal and the IF signal is constant, that is, α 2 +β 2 =1. That is, when the amplitude voltage of the LO signal is made equal to the amplitude voltage of the IF signal, the amplitude voltage of the RF signal can be maximized, and as a result, the strength of the RF signal is maximized.
図6は、LO信号強度とRF信号強度との関係を表すグラフである。ここではIF信号の周波数を136GHz、強度を−10dBmにしている。同グラフからわかるように、LO信号の振幅電圧とIF信号の振幅電圧とが同じ、すなわち、LO信号の強度がIF信号の強度と同じ−10dBmのとき、RF信号の強度は最大となる。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between LO signal strength and RF signal strength. Here, the frequency of the IF signal is 136 GHz and the intensity is -10 dBm. As can be seen from the graph, when the amplitude voltage of the LO signal and the amplitude voltage of the IF signal are the same, that is, when the strength of the LO signal is the same as the strength of the IF signal, ie, −10 dBm, the strength of the RF signal becomes maximum.
上記知見から、送信機10Aから出力されるRF信号の強度を最大にするには、SDBM11Aにおいて、バイアス電圧VBを、LO信号の振幅電圧がIF信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定すればよいと言える。
From the above knowledge, in order to maximize the strength of the RF signal output from the
≪第2の具体例≫
図7は、第2の具体例に係る送信機のブロック図である。第2の具体例に係る送信機10Bは、直交位相振幅変調されたBB信号を変調できるようにしたものである。詳細には、送信機10Bは、図1に示した送信機10における変調部11をSDBQM(Semi Double Balanced Quadrature Mixer)11Bで具体化し、さらに周波数混合部13を2乗回路13Aで具体化したものである。なお、SDBQMとは2つギルバートセルを用いて構成される一般的なDBQM(Double Balanced Quadrature Mixer)を一部変形した回路であり、SDBQMという呼び名は発明者による造語である。
<<Second Specific Example>>
FIG. 7 is a block diagram of a transmitter according to the second specific example. The
図8は、第2の具体例に係る送信機10Bにおける変調部(SDBQM11B)の回路図である。同図に示すように、SDBQM11Bは2つギルバートセルで構成することができる。第1のギルバートセル(同図の左側に配置されたギルバートセル)はBB信号およびLO信号の同相位相成分であるBBI信号およびLOI信号の混合を行う。第2のギルバートセル(同図の右側に配置されたギルバートセル)はBB信号およびLO信号の直交位相成分であるBBQ信号およびLOQ信号の混合を行う。
FIG. 8 is a circuit diagram of the modulator (SDBQM11B) in the
いずれのギルバートセルにおいても、SDBM11Aの例と同様に、差動増幅回路にはBBI信号およびBBQ信号を差動入力せずに、差動入力対の一方にシングルエンド信号としてのBBI信号およびBBQ信号を接続し、他方にバイアス電圧VBを接続している。すなわち、SDBQM11Bでは、敢えてBBI信号およびBBQ信号をアンバランスに入力している。
In any of the Gilbert cell, as in the example of SDBM11A, BB I signal without differential inputs the BB I signal and the BB Q signal in the differential amplifier circuit, as a single-ended signal to one of the differential input pair and connect the BB Q signal, it connects the bias voltage VB to the other. That is, the
これにより、LOI信号の漏れとLOI信号の反転信号の漏れとの打ち消し、およびLOQ信号の漏れとLOQ信号の反転信号の漏れとの打ち消しがいずれも不十分となりIF信号にLO信号が重ね合わされる。すなわち、SDBQM11Bから、IF信号にLO信号を重ね合わせた差動信号(αLO+IF)が出力される。さらに、係数α、すなわち、IF信号に重ね合わされるLO信号の振幅電圧はバイアス電圧VBにより調整することができる。
Thus, LO cancellation of the leakage of the inverted signal of the leakage and LO I signal of the I signal, and LO Q signal leakage and LO Q signal LO signal to the IF signal becomes insufficient either cancel the leakage of the inverted signal of the Are overlaid. That is, the differential signal (αLO+IF) in which the LO signal is superimposed on the IF signal is output from the
送信機10Bでも送信機10Aと同様に、バイアス電圧VBは、LO信号の振幅電圧がIF信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定すればよい。これにより、送信機10Aから出力されるRF信号の強度を最大にすることができる。
In the
≪効果≫
上述したように、IF信号に重ね合わされるLO信号の振幅電圧に応じて周波数混合部13による逓倍後のRF信号に含まれるIF信号の基本波成分の強度が変化する。本実施形態に係る送信機10では、変調部11に印加するバイアス電圧VBによりIF信号に重ね合わせるLO信号の振幅電圧を調整できるため、バイアス電圧VBを最適値にしてRF信号に含まれるIF信号の基本波成分の強度を最大にすることができる。
<<Effect>>
As described above, the intensity of the fundamental wave component of the IF signal included in the RF signal multiplied by the
≪変形例≫
図4に示したギルバートセルではBB信号およびバイアス電圧VBは差動増幅回路におけるトランジスタのゲートに接続されているが、BB信号およびバイアス電圧VBを交差接続回路のペアトランジスタの共通ソースに直接接続してもよい。図9は、図4に示したギルバートセルの変形例を示す。図9に示したギルバートセルではBB信号およびバイアス電圧VBが交差接続回路のペアトランジスタの共通ソースに直接接続されている。なお、図8に示したギルバートセルについても図9と同様の考えに基づいて変形可能である。
≪Modification≫
In the Gilbert cell shown in FIG. 4, the BB signal and the bias voltage VB are connected to the gates of the transistors in the differential amplifier circuit, but the BB signal and the bias voltage VB are directly connected to the common source of the pair transistors of the cross-connect circuit. May be. FIG. 9 shows a modification of the Gilbert cell shown in FIG. In the Gilbert cell shown in FIG. 9, the BB signal and the bias voltage VB are directly connected to the common source of the pair transistors of the cross-connection circuit. The Gilbert cell shown in FIG. 8 can be modified based on the same idea as in FIG.
変調部11の一例として図4、図8および図9に示したギルバートセルはMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)で構成されているが、NPN型バイポーラトランジスタなどの別のタイプのトランジスタでギルバートセル、すなわち変調部11を構成してもよい。
The Gilbert cell shown in FIGS. 4, 8 and 9 as an example of the
周波数混合部13に3乗回路を用いてもよい。なお、3乗回路は周波数トリプラといったような既知の回路であるため、回路構成の詳細な説明については省略する。
A cube circuit may be used for the
3乗回路としての周波数混合部13は実質的に次の(2)式で表される演算を実行する。
The
(αLO+βIF)3=α3LO3+3α2β・LO2・IF
+3αβ2・LO・IF2+β3IF3 …(2)
ただし、(2)式中、LOはLO信号、IFはIF信号を表す。また、α、βはそれぞれLO信号およびIF信号の振幅電圧を表す。
(ΑLO+βIF) 3 =α 3 LO 3 +3α 2 β·LO 2 ·IF
+3αβ 2 ·LO·IF 2 +β 3 IF 3 (2)
However, in the equation (2), LO represents the LO signal and IF represents the IF signal. Further, α and β represent the amplitude voltage of the LO signal and the IF signal, respectively.
このように、3乗回路においてIF信号とLO信号とが重ね合わされた信号を3乗することで、(2)式の右辺第2項で表されるIF信号の1次高調波成分(基本波成分ともいう)、右辺第3項で表されるIF信号の2次高調波成分、および右辺第4項で表されるIF信号の3次高調波成分が生成される。このうち、IF信号の基本波成分が送信機10からRF信号として出力すべき信号である。したがって、3乗回路としての周波数混合部13の後段に所望の帯域の信号を通過させる図略のバンドパスフィルタを設けてIF信号の基本波成分を通過させるようにすればよい。
In this way, the signal in which the IF signal and the LO signal are superposed is cubed in the cube circuit, so that the first harmonic component (fundamental wave component) of the IF signal represented by the second term on the right side of the equation (2) is expressed. (Also referred to as a component), the second harmonic component of the IF signal represented by the third term on the right side, and the third harmonic component of the IF signal represented by the fourth term on the right side. Among these, the fundamental wave component of the IF signal is a signal to be output as an RF signal from the
(2)式の右辺各項の係数は各成分の振幅電圧を表す。すなわち、IF信号の基本波成分(RF信号)の振幅電圧は3α2β、IF信号の2次高調波成分の振幅電圧は3αβ2、IF信号の3次高調波成分の振幅電圧はβ3でそれぞれ表される。ここで、RF信号の振幅電圧、すなわち、(2)式の右辺第2項の係数(3α2β)が最大になる条件について考える。LO信号とIF信号のトータルの信号強度が一定、すなわち、α2+β2=1という条件で右辺第2項の係数(3α2β)が最大になるのはα=√2βのときである。すなわち、LO信号の振幅電圧をIF信号の振幅電圧の√2倍にしたときにRF信号の振幅電圧が最大化することができ、結果としてRF信号の強度が最大となる。 The coefficient of each term on the right side of the equation (2) represents the amplitude voltage of each component. That is, the amplitude voltage of the fundamental wave component (RF signal) of the IF signal is 3α 2 β, the amplitude voltage of the second harmonic component of the IF signal is 3αβ 2 , and the amplitude voltage of the third harmonic component of the IF signal is β 3 . Represented respectively. Here, the condition that the amplitude voltage of the RF signal, that is, the coefficient (3α 2 β) of the second term on the right side of the expression (2) becomes maximum will be considered. It is when α=√2β that the coefficient (3α 2 β) of the second term on the right side becomes maximum under the condition that the total signal intensity of the LO signal and the IF signal is constant, that is, α 2 +β 2 =1. That is, when the amplitude voltage of the LO signal is √2 times the amplitude voltage of the IF signal, the amplitude voltage of the RF signal can be maximized, and as a result, the strength of the RF signal is maximized.
上記知見から、周波数混合部13として3乗回路を用いる場合、送信機10から出力されるRF信号の強度を最大にするには、変調部11において、バイアス電圧VBを、LO信号の振幅電圧がIF信号の振幅電圧の√2倍になるような値に設定すればよいと言える。
From the above knowledge, when the cube circuit is used as the
以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。 As described above, the embodiment has been described as an example of the technique of the present invention. To that end, the accompanying drawings and detailed description are provided.
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 Therefore, among the components described in the accompanying drawings and the detailed description, not only the components essential for solving the problem but also the components not essential for solving the problem in order to exemplify the above technology Can also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that the non-essential components are essential by the fact that the non-essential components are described in the accompanying drawings and the detailed description.
また、上述の実施の形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Further, since the above-described embodiment is for exemplifying the technique of the present invention, various changes, replacements, additions, omissions, etc. can be made within the scope of the claims or the scope equivalent thereto.
10、10A、10B…送信機、11…変調部、11A…SDBM(変調部の具体例)、11B…SDBQM(変調部の具体例)、13…周波数混合部、13A…2乗回路(周波数混合部の具体例)、111…変調器、112…振幅調整器、113…加算器、BB…ベースバンド信号、LO…搬送信号、IF…中間周波数信号、VB…バイアス電圧 10, 10A, 10B... Transmitter, 11... Modulation section, 11A... SDBM (specific example of modulation section), 11B... SDBQM (Specific example of modulation section), 13... Frequency mixing section, 13A... Square circuit (frequency mixing) Specific example), 111... Modulator, 112... Amplitude adjuster, 113... Adder, BB... Baseband signal, LO... Carrier signal, IF... Intermediate frequency signal, VB... Bias voltage
本発明は、送信機に関し、特に、ベースバンド信号を搬送波に乗せて送信する送信機に関する。 The present invention relates to a transmitter, and more particularly, to a transmitter that transmits a baseband signal on a carrier wave.
従来、ベースバンド信号と搬送信号とを混合して得られた中間周波数信号を周波数逓倍器で周波数を逓倍して高周波の送信信号を生成する送信機が開発されている。このような送信機では、周波数逓倍器で中間周波数信号が逓倍されるとベースバンド信号の振幅が累乗されて元のベースバンド信号の振幅の線型性が崩れてしまうという問題がある。そこで、中間周波数信号に搬送信号を重ね合わせた信号を逓倍することでベースバンド信号を線型性よく高周波の送信信号にアップコンバートする送信機が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been developed a transmitter that multiplies an intermediate frequency signal obtained by mixing a baseband signal and a carrier signal by a frequency multiplier to generate a high frequency transmission signal. In such a transmitter, when the intermediate frequency signal is multiplied by the frequency multiplier, the amplitude of the baseband signal is raised, and the linearity of the amplitude of the original baseband signal is lost. Therefore, there is known a transmitter that upconverts a baseband signal into a high-frequency transmission signal with good linearity by multiplying a signal obtained by superimposing a carrier signal on an intermediate frequency signal (for example, refer to Patent Document 1).
送信機において、ベースバンド信号を線型性よく高周波の送信信号にアップコンバートすること以外に、送信信号に含まれるさまざまな信号成分のうち中間周波数信号の基本波成分の強度を上げるかということも重要な課題の一つである。 In the transmitter, in addition to up-converting the baseband signal to a high-frequency transmission signal with good linearity, it is also important to increase the strength of the fundamental wave component of the intermediate frequency signal among various signal components included in the transmission signal. It is one of the challenges.
そこで、本発明は、送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度を最大にすることができる送信機を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a transmitter capable of maximizing the intensity of the fundamental wave component of the intermediate frequency signal included in the transmission signal.
本発明の一局面に従った送信機は、ベースバンド信号と搬送信号とが入力され、前記ベースバンド信号と前記搬送信号とを混合して得られた中間周波数信号に前記搬送信号を重ね合わせた信号を出力する変調部と、前記変調部の後段に接続され、前記変調部の出力信号を逓倍する周波数混合部とを備え、前記変調部が、印加されるバイアス電圧により、前記中間周波数信号に重ね合わせる前記搬送信号の振幅電圧が調整可能に構成されているものである。 In a transmitter according to one aspect of the present invention, a baseband signal and a carrier signal are input, and the carrier signal is superimposed on an intermediate frequency signal obtained by mixing the baseband signal and the carrier signal. A modulation unit that outputs a signal, and a frequency mixing unit that is connected to the subsequent stage of the modulation unit and that multiplies the output signal of the modulation unit, and the modulation unit converts the intermediate frequency signal into the intermediate frequency signal by the applied bias voltage. The amplitude voltage of the carrier signals to be superimposed is adjustable.
前記周波数混合部は、前記変調部の出力信号の周波数を2倍する2乗回路を有していてもよく、前記バイアス電圧は、前記中間周波数信号に重ね合わされる前記搬送信号の振幅電圧が前記中間周波数信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定されていることが好ましい。 The frequency mixer may include a squaring circuit that doubles the frequency of the output signal of the modulator, and the bias voltage may be the amplitude voltage of the carrier signal superimposed on the intermediate frequency signal. The value is preferably set to be equal to the amplitude voltage of the intermediate frequency signal.
あるいは、前記周波数混合部は、前記変調部の出力信号の周波数を3倍する3乗回路を有していてもよく、前記バイアス電圧は、前記中間周波数信号に重ね合わされる前記搬送信号の振幅電圧が前記中間周波数信号の振幅電圧の√2倍になるような値に設定されていることが好ましい。 Alternatively, the frequency mixing unit may include a cube circuit that triples the frequency of the output signal of the modulator, and the bias voltage is an amplitude voltage of the carrier signal that is superimposed on the intermediate frequency signal. Is preferably set to a value that is √2 times the amplitude voltage of the intermediate frequency signal.
例えば、前記変調部が、前記ベースバンド信号と前記搬送信号とを混合して前記中間周波数信号を生成する変調器と、入力された前記搬送信号を前記バイアス電圧に応じた振幅電圧にして出力する振幅調整器と、前記変調器の出力信号と前記振幅調整器の出力信号とを加算する加算器とを有するものである。 For example, the modulation unit mixes the baseband signal and the carrier signal to generate the intermediate frequency signal, and outputs the inputted carrier signal as an amplitude voltage corresponding to the bias voltage and outputs the amplitude voltage. An amplitude adjuster and an adder for adding the output signal of the modulator and the output signal of the amplitude adjuster are included.
例えば、前記変調部がギルバートセルで構成されており、前記ギルバートセルの差動入力対の一方にシングルエンド信号としての前記ベースバンド信号が接続され、他方に前記バイアス電圧が接続されている。 For example, the modulator is composed of a Gilbert cell, one of the differential input pairs of the Gilbert cell is connected to the baseband signal as a single-ended signal, and the other is connected to the bias voltage.
前記ベースバンド信号が直交位相振幅変調された信号であってもよい。 The baseband signal may be a quadrature phase amplitude modulated signal.
中間周波数信号に重ね合わされる搬送信号の振幅電圧に応じて周波数混合部による逓倍後の送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度が変化する。本発明によると、変調部に印加するバイアス電圧により中間周波数信号に重ね合わせる搬送信号の振幅電圧を調整できるため、バイアス電圧を最適値にして送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度を最大にすることができる。 The intensity of the fundamental wave component of the intermediate frequency signal included in the transmission signal multiplied by the frequency mixing unit changes according to the amplitude voltage of the carrier signal superimposed on the intermediate frequency signal. According to the present invention, since the amplitude voltage of the carrier signal to be superimposed on the intermediate frequency signal can be adjusted by the bias voltage applied to the modulator, the bias voltage is optimized and the strength of the fundamental wave component of the intermediate frequency signal included in the transmission signal is adjusted. Can be maximized.
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed description of well-known matters and repeated description of substantially the same configuration may be omitted. This is for avoiding unnecessary redundancy in the following description and for facilitating understanding by those skilled in the art.
なお、発明者は、当業者が本発明を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。 It is to be noted that the inventor provides the accompanying drawings and the following description in order for those skilled in the art to fully understand the present invention, and is not intended to limit the subject matter described in the claims by these. Absent.
≪実施形態≫
図1は、本発明の一実施形態に係る送信機のブロック図である。本実施形態に係る送信機10は、変調部11と、増幅部12と、周波数混合部13とを備えている。送信機10は、図略のベースバンドユニットから出力されたベースバンド信号(以下、BB信号という)を高周波(例えば、300GHz帯)の無線周波数信号(以下、RF信号という)にアップコンバートして送信する。
<<Embodiment>>
FIG. 1 is a block diagram of a transmitter according to an embodiment of the present invention. The
変調部11には、図略のベースバンドユニットから出力されたBB信号と、図略の局部発振器から出力された搬送信号(以下、LO信号という)とが入力される。変調部11は、BB信号とLO信号とを混合して得られた中間周波数信号(以下、IF信号という)にLO信号を重ね合わせた信号を出力する。すなわち、一般的な変調部はLO信号を用いてBB信号をアップコンバートしてIF信号を出力するのに対し、変調部11は、IF信号だけでなく、LO信号を漏洩させて出力する。
A BB signal output from a baseband unit (not shown) and a carrier signal (hereinafter, referred to as LO signal) output from a local oscillator (not shown) are input to the
さらに変調部11にはバイアス電圧VBが印加されている。変調部11においてIF信号にLO信号をどの程度の振幅電圧にして重ね合わせるかは、変調部11に印加するバイアス電圧VBにより調整できるようになっている。
Further, the bias voltage VB is applied to the
図2は、一例に係る変調部11のブロック図である。変調部11は、変調器111と、振幅調整器112と、加算器113とを備えている。変調器111は、BB信号にLO信号を乗算してIF信号を生成する。振幅調整器112は、入力されたLO信号をバイアス電圧VBに応じた振幅電圧にして出力する。加算器113は、変調器111の出力信号と振幅調整器112の出力信号とを加算する。これにより、変調部11から、IF信号にLO信号を重ね合わせた信号が出力される。便宜上、この信号を“αLO+IF”と表す。αはIF信号に重ね合わされるLO信号の振幅電圧が調整可能であることを表している。
FIG. 2 is a block diagram of the
図1へ戻り、増幅部12は、変調部11から出力される信号を増幅する。なお、増幅部12は、IF信号およびLO信号の帯域において十分なゲインを有するものとする。
Returning to FIG. 1, the
周波数混合部13は、増幅部12から出力される信号をアップコンバートしてRF信号を生成する。具体的には、周波数混合部13は、一般的な周波数逓倍器と同様にCMOS素子を用いて構成することができ、また、周波数逓倍特性を有する他の能動素子や受動素子で構成することもできる。ただし、一般的な周波数逓倍器とは異なり、周波数混合部13は、IF信号とLO信号とが重ね合わされた信号(αLO+IF)を逓倍する。後述するように周波数混合部13として2乗回路や3乗回路が使用可能である。
The
次に、本実施形態に係る送信機10のより具体的な構成例について説明する。
Next, a more specific configuration example of the
≪第1の具体例≫
図3は、第1の具体例に係る送信機のブロック図である。第1の具体例に係る送信機10Aは、図1に示した送信機10における変調部11をSDBM(Semi Double Balanced Mixer)11Aで具体化し、さらに周波数混合部13を2乗回路13Aで具体化したものである。なお、SDBMとはギルバートセルを用いて構成される一般的なDBM(Double Balanced Mixer)を一部変形した回路であり、SDBMという呼び名は発明者による造語である。
<<First Specific Example>>
FIG. 3 is a block diagram of a transmitter according to the first specific example. The
図4は、第1の具体例に係る送信機10Aにおける変調部(SDBM11A)の回路図である。同図に示すように、SDBM11Aはギルバートセルで構成することができる。
FIG. 4 is a circuit diagram of the modulator (
一般にギルバートセルは、2つの差動スイッチングトランジスタペアを交差接続した回路(以下、交差接続回路という)と、差動増幅回路とが縦積み、すなわち直列に接続されて構成される。ギルバートセルでBB信号とLO信号を混合する場合、交差接続回路にLO信号を差動入力し、差動増幅回路にBB信号を差動入力するのが一般的である。これに対して、SDBM11Aでは、ギルバートセルにおける差動増幅回路にBB信号を差動入力せずに、差動入力対の一方にシングルエンド信号としてのBB信号を接続し、他方にバイアス電圧VBを接続している。すなわち、SDBM11Aでは、敢えてBB信号をアンバランスに入力している。
Generally, a Gilbert cell is configured by vertically stacking a circuit in which two differential switching transistor pairs are cross-connected (hereinafter referred to as a cross-connecting circuit) and a differential amplifier circuit, that is, connecting them in series. When the BB signal and the LO signal are mixed in the Gilbert cell, it is general that the LO signal is differentially input to the cross-connect circuit and the BB signal is differentially input to the differential amplifier circuit. On the other hand, in the
一般にギルバートセルにおいて、LO信号が高周波になると交差接続回路を構成するトランジスタのゲート−ドレイン間の寄生容量を通じて出力側へLO信号の漏れ(図中の破線矢印)が大きくなるが、差動増幅回路の入力バランスが取れていればLO信号の漏れとLO信号の反転信号の漏れとが打ち消しあってIF信号に重ね合わされるLO信号はキャンセルされる。ところが、SDBM11Aでは差動増幅回路の差動入力がアンバランスであるため、LO信号の漏れとLO信号の反転信号の漏れとの打ち消しが不十分となりIF信号にLO信号が重ね合わされる。すなわち、SDBM11Aから、IF信号にLO信号を重ね合わせた差動信号(αLO+IF)が出力される。さらに、係数α、すなわち、IF信号に重ね合わされるLO信号の振幅電圧はバイアス電圧VBにより調整することができる。
Generally, in a Gilbert cell, when the LO signal has a high frequency, the leakage of the LO signal to the output side (broken line arrow in the figure) increases due to the parasitic capacitance between the gate and drain of the transistor forming the cross-connect circuit. If the input signal is balanced, the leakage of the LO signal and the leakage of the inverted signal of the LO signal cancel each other and the LO signal superimposed on the IF signal is canceled. However, in the
SDBM11Aから出力された差動信号(αLO+IF)は増幅部12により増幅されて2乗回路13Aに入力される。2乗回路13Aは、差動信号(αLO+IF)の周波数を2倍にしてRF信号を出力する。なお、2乗回路13Aは、ペアトランジスタで構成されたアクティブダブラ(周波数ダブラともいう)などの既知の回路であるため、回路構成の詳細な説明については省略する。
The differential signal (αLO+IF) output from the
2乗回路13Aは実質的に次の(1)式で表される演算を実行する。
The squaring
(αLO+βIF)2=α2LO2+2αβ・LO・IF+β2IF2 …(1)
ただし、(1)式中、LOはLO信号、IFはIF信号を表す。また、α、βはそれぞれLO信号およびIF信号の振幅電圧を表す。
(ΑLO+βIF) 2 =α 2 LO 2 +2αβ·LO·IF+β 2 IF 2 (1)
However, in the formula (1), LO represents a LO signal and IF represents an IF signal. Further, α and β represent the amplitude voltage of the LO signal and the IF signal, respectively.
このように、2乗回路13AにおいてIF信号とLO信号とが重ね合わされた信号を2乗することで、(1)式の右辺第2項で表されるIF信号の1次高調波成分(基本波成分ともいう)および右辺第3項で表されるIF信号の2次高調波成分が生成される。このうち、IF信号の基本波成分が送信機10AからRF信号として出力すべき信号である。したがって、2乗回路13Aの後段に所望の帯域の信号を通過させる図略のバンドパスフィルタを設けてIF信号の基本波成分を通過させるようにすればよい。
In this way, by squaring the signal obtained by superimposing the IF signal and the LO signal in the squaring
(1)式の右辺各項の係数は各成分の振幅電圧を表す。すなわち、IF信号の基本波成分(RF信号)の振幅電圧は2αβ、IF信号の2次高調波成分の振幅電圧はβ2でそれぞれ表される。ここで、RF信号の振幅電圧、すなわち、(1)式の右辺第2項の係数(2αβ)が最大になる条件について考える。LO信号とIF信号のトータルの信号強度が一定、すなわち、α2+β2=1という条件で右辺第2項の係数(2αβ)が最大になるのはα=βのときである。すなわち、LO信号の振幅電圧をIF信号の振幅電圧と等しくしたときにRF信号の振幅電圧を最大化することができ、結果としてRF信号の強度が最大となる。 The coefficient of each term on the right side of the equation (1) represents the amplitude voltage of each component. That is, the amplitude voltage of the fundamental wave component (RF signal) of the IF signal is represented by 2αβ, and the amplitude voltage of the second harmonic component of the IF signal is represented by β 2 . Here, consider the condition where the amplitude voltage of the RF signal, that is, the coefficient (2αβ) of the second term on the right side of the equation (1) becomes maximum. It is when α=β that the coefficient (2αβ) of the second term on the right side becomes maximum under the condition that the total signal intensity of the LO signal and the IF signal is constant, that is, α 2 +β 2 =1. That is, when the amplitude voltage of the LO signal is made equal to the amplitude voltage of the IF signal, the amplitude voltage of the RF signal can be maximized, and as a result, the strength of the RF signal is maximized.
上記知見から、送信機10Aから出力されるRF信号の強度を最大にするには、SDBM11Aにおいて、バイアス電圧VBを、LO信号の振幅電圧がIF信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定すればよいと言える。
From the above knowledge, in order to maximize the strength of the RF signal output from the
≪第2の具体例≫
図5は、第2の具体例に係る送信機のブロック図である。第2の具体例に係る送信機10Bは、直交位相振幅変調されたBB信号を変調できるようにしたものである。詳細には、送信機10Bは、図1に示した送信機10における変調部11をSDBQM(Semi Double Balanced Quadrature Mixer)11Bで具体化し、さらに周波数混合部13を2乗回路13Aで具体化したものである。なお、SDBQMとは2つギルバートセルを用いて構成される一般的なDBQM(Double Balanced Quadrature Mixer)を一部変形した回路であり、SDBQMという呼び名は発明者による造語である。
<<Second Specific Example>>
FIG. 5 is a block diagram of a transmitter according to the second specific example. The
図6は、第2の具体例に係る送信機10Bにおける変調部(SDBQM11B)の回路図である。同図に示すように、SDBQM11Bは2つギルバートセルで構成することができる。第1のギルバートセル(同図の左側に配置されたギルバートセル)はBB信号およびLO信号の同相位相成分であるBBI信号およびLOI信号の混合を行う。第2のギルバートセル(同図の右側に配置されたギルバートセル)はBB信号およびLO信号の直交位相成分であるBBQ信号およびLOQ信号の混合を行う。
FIG. 6 is a circuit diagram of the modulator (SDBQM11B) in the
いずれのギルバートセルにおいても、SDBM11Aの例と同様に、差動増幅回路にはBBI信号およびBBQ信号を差動入力せずに、差動入力対の一方にシングルエンド信号としてのBBI信号およびBBQ信号を接続し、他方にバイアス電圧VBを接続している。すなわち、SDBQM11Bでは、敢えてBBI信号およびBBQ信号をアンバランスに入力している。
In any of the Gilbert cell, as in the example of SDBM11A, BB I signal without differential inputs the BB I signal and the BB Q signal in the differential amplifier circuit, as a single-ended signal to one of the differential input pair and connect the BB Q signal, it connects the bias voltage VB to the other. That is, the
これにより、LOI信号の漏れとLOI信号の反転信号の漏れとの打ち消し、およびLOQ信号の漏れとLOQ信号の反転信号の漏れとの打ち消しがいずれも不十分となりIF信号にLO信号が重ね合わされる。すなわち、SDBQM11Bから、IF信号にLO信号を重ね合わせた差動信号(αLO+IF)が出力される。さらに、係数α、すなわち、IF信号に重ね合わされるLO信号の振幅電圧はバイアス電圧VBにより調整することができる。
Thus, LO cancellation of the leakage of the inverted signal of the leakage and LO I signal of the I signal, and LO Q signal leakage and LO Q signal LO signal to the IF signal becomes insufficient either cancel the leakage of the inverted signal of the Are overlaid. That is, the differential signal (αLO+IF) in which the LO signal is superimposed on the IF signal is output from the
送信機10Bでも送信機10Aと同様に、バイアス電圧VBは、LO信号の振幅電圧がIF信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定すればよい。これにより、送信機10Aから出力されるRF信号の強度を最大にすることができる。
In the
次にSDBQM11Bのシミュレーション結果を示す。LO信号を136GHzに設定し、BB信号を1−21GHzの範囲で変化させてシミュレーションを行った。図7Aは、バイアス電圧VBを0Vに設定したときの変調部(SDBQM11B)出力に含まれる各種信号強度を表すグラフである。図7Bは、バイアス電圧VBを0.9Vに設定したときの変調部出力に含まれる各種信号強度を表すグラフである。横軸はBB信号の周波数を表し、縦軸は各種信号の強度を表す。グラフには変調部出力に含まれるIF信号、LO信号、およびイメージ信号のそれぞれの上側波帯(136−186GHz)および下側波帯(116−136GHz)の強度をプロットしている。 Next, the simulation result of SDBQM11B is shown. The LO signal was set to 136 GHz and the BB signal was changed in the range of 1 to 21 GHz to perform the simulation. FIG. 7A is a graph showing various signal intensities included in the output of the modulator ( SDBQM11B ) when the bias voltage VB is set to 0V. FIG. 7B is a graph showing various signal intensities included in the modulator output when the bias voltage VB is set to 0.9V. The horizontal axis represents the frequency of the BB signal, and the vertical axis represents the intensity of various signals. In the graph, the intensities of the upper sideband (136-186 GHz) and the lower sideband (116-136 GHz) of the IF signal, the LO signal, and the image signal included in the output of the modulator are plotted.
例えば、BB信号が10GHzのところを見ると、バイアス電圧VBが0Vのとき、変調器出力に含まれるLO信号の強度はおよそ−7dBmである(図7Aを参照)。一方、バイアス電圧VBが0.9Vのとき、変調器出力に含まれるLO信号の強度はおよそ−1.5dBmである(図7Bを参照)。この結果から、SDBQM11Bでは、バイアス電圧VBにより、IF信号に重ね合わされるLO信号の振幅電圧を調整できることがわかる。
For example, looking at the BB signal at 10 GHz, when the bias voltage VB is 0 V, the intensity of the LO signal included in the modulator output is approximately −7 dBm (see FIG. 7A ). On the other hand, when the bias voltage VB is 0.9 V, the intensity of the LO signal included in the modulator output is approximately -1.5 dBm (see FIG. 7B ). From this result, it is understood that in the
図8は、LO信号強度とRF信号強度との関係を表すグラフである。ここではIF信号の周波数を136GHz、強度を−10dBmにしている。同グラフからわかるように、LO信号の振幅電圧とIF信号の振幅電圧とが同じ、すなわち、LO信号の強度がIF信号の強度と同じ−10dBmのとき、RF信号の強度は最大となる。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between LO signal strength and RF signal strength. Here, the frequency of the IF signal is 136 GHz and the intensity is -10 dBm. As can be seen from the graph, when the amplitude voltage of the LO signal and the amplitude voltage of the IF signal are the same, that is, when the strength of the LO signal is the same as the strength of the IF signal, ie, −10 dBm, the strength of the RF signal becomes maximum.
≪効果≫
上述したように、IF信号に重ね合わされるLO信号の振幅電圧に応じて周波数混合部13による逓倍後のRF信号に含まれるIF信号の基本波成分の強度が変化する。本実施形態に係る送信機10では、変調部11に印加するバイアス電圧VBによりIF信号に重ね合わせるLO信号の振幅電圧を調整できるため、バイアス電圧VBを最適値にしてRF信号に含まれるIF信号の基本波成分の強度を最大にすることができる。
<<Effect>>
As described above, the intensity of the fundamental wave component of the IF signal included in the RF signal multiplied by the
≪変形例≫
図4に示したギルバートセルではBB信号およびバイアス電圧VBは差動増幅回路におけるトランジスタのゲートに接続されているが、BB信号およびバイアス電圧VBを交差接続回路のペアトランジスタの共通ソースに直接接続してもよい。図9は、図4に示したギルバートセルの変形例を示す。図9に示したギルバートセルではBB信号およびバイアス電圧VBが交差接続回路のペアトランジスタの共通ソースに直接接続されている。なお、図6に示したギルバートセルについても図9と同様の考えに基づいて変形可能である。
≪Modification≫
In the Gilbert cell shown in FIG. 4, the BB signal and the bias voltage VB are connected to the gates of the transistors in the differential amplifier circuit, but the BB signal and the bias voltage VB are directly connected to the common source of the pair transistors of the cross-connect circuit. May be. FIG. 9 shows a modification of the Gilbert cell shown in FIG. In the Gilbert cell shown in FIG. 9, the BB signal and the bias voltage VB are directly connected to the common source of the pair transistors of the cross-connection circuit. The Gilbert cell shown in FIG. 6 can be modified based on the same idea as in FIG.
変調部11の一例として図4、図6および図9に示したギルバートセルはMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)で構成されているが、NPN型バイポーラトランジスタなどの別のタイプのトランジスタでギルバートセル、すなわち変調部11を構成してもよい。
The Gilbert cell shown in FIGS . 4, 6 and 9 as an example of the
周波数混合部13に3乗回路を用いてもよい。なお、3乗回路は周波数トリプラといったような既知の回路であるため、回路構成の詳細な説明については省略する。
A cube circuit may be used for the
3乗回路としての周波数混合部13は実質的に次の(2)式で表される演算を実行する。
The
(αLO+βIF)3=α3LO3+3α2β・LO2・IF
+3αβ2・LO・IF2+β3IF3 …(2)
ただし、(2)式中、LOはLO信号、IFはIF信号を表す。また、α、βはそれぞれLO信号およびIF信号の振幅電圧を表す。
(ΑLO+βIF) 3 =α 3 LO 3 +3α 2 β·LO 2 ·IF
+3αβ 2 ·LO·IF 2 +β 3 IF 3 (2)
However, in the equation (2), LO represents the LO signal and IF represents the IF signal. Further, α and β represent the amplitude voltage of the LO signal and the IF signal, respectively.
このように、3乗回路においてIF信号とLO信号とが重ね合わされた信号を3乗することで、(2)式の右辺第2項で表されるIF信号の1次高調波成分(基本波成分ともいう)、右辺第3項で表されるIF信号の2次高調波成分、および右辺第4項で表されるIF信号の3次高調波成分が生成される。このうち、IF信号の基本波成分が送信機10からRF信号として出力すべき信号である。したがって、3乗回路としての周波数混合部13の後段に所望の帯域の信号を通過させる図略のバンドパスフィルタを設けてIF信号の基本波成分を通過させるようにすればよい。
In this way, the signal in which the IF signal and the LO signal are superposed is cubed in the cube circuit, so that the first harmonic component (fundamental wave component) of the IF signal represented by the second term on the right side of the equation (2). Component), the second harmonic component of the IF signal represented by the third term on the right side, and the third harmonic component of the IF signal represented by the fourth term on the right side. Among these, the fundamental wave component of the IF signal is a signal to be output as an RF signal from the
(2)式の右辺各項の係数は各成分の振幅電圧を表す。すなわち、IF信号の基本波成分(RF信号)の振幅電圧は3α2β、IF信号の2次高調波成分の振幅電圧は3αβ2、IF信号の3次高調波成分の振幅電圧はβ3でそれぞれ表される。ここで、RF信号の振幅電圧、すなわち、(2)式の右辺第2項の係数(3α2β)が最大になる条件について考える。LO信号とIF信号のトータルの信号強度が一定、すなわち、α2+β2=1という条件で右辺第2項の係数(3α2β)が最大になるのはα=√2βのときである。すなわち、LO信号の振幅電圧をIF信号の振幅電圧の√2倍にしたときにRF信号の振幅電圧が最大化することができ、結果としてRF信号の強度が最大となる。 The coefficient of each term on the right side of the equation (2) represents the amplitude voltage of each component. That is, the amplitude voltage of the fundamental wave component (RF signal) of the IF signal is 3α 2 β, the amplitude voltage of the second harmonic component of the IF signal is 3αβ 2 , and the amplitude voltage of the third harmonic component of the IF signal is β 3 . Represented respectively. Here, the condition that the amplitude voltage of the RF signal, that is, the coefficient (3α 2 β) of the second term on the right side of the expression (2) becomes maximum will be considered. It is when α=√2β that the coefficient (3α 2 β) of the second term on the right side becomes maximum under the condition that the total signal intensity of the LO signal and the IF signal is constant, that is, α 2 +β 2 =1. That is, when the amplitude voltage of the LO signal is √2 times the amplitude voltage of the IF signal, the amplitude voltage of the RF signal can be maximized, and as a result, the strength of the RF signal is maximized.
上記知見から、周波数混合部13として3乗回路を用いる場合、送信機10から出力されるRF信号の強度を最大にするには、変調部11において、バイアス電圧VBを、LO信号の振幅電圧がIF信号の振幅電圧の√2倍になるような値に設定すればよいと言える。
From the above knowledge, when the cube circuit is used as the
以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。 As described above, the embodiment has been described as an example of the technique of the present invention. To that end, the accompanying drawings and detailed description are provided.
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 Therefore, among the components described in the accompanying drawings and the detailed description, not only the components essential for solving the problem but also the components not essential for solving the problem in order to exemplify the above technology Can also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that the non-essential components are essential by the fact that the non-essential components are described in the accompanying drawings and the detailed description.
また、上述の実施の形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Further, since the above-described embodiment is for exemplifying the technique of the present invention, various changes, replacements, additions, omissions, etc. can be made within the scope of the claims or the scope equivalent thereto.
10、10A、10B…送信機、11…変調部、11A…SDBM(変調部の具体例)、11B…SDBQM(変調部の具体例)、13…周波数混合部、13A…2乗回路(周波数混合部の具体例)、111…変調器、112…振幅調整器、113…加算器、BB…ベースバンド信号、LO…搬送信号、IF…中間周波数信号、VB…バイアス電圧 10, 10A, 10B... Transmitter, 11... Modulation section, 11A... SDBM (specific example of modulation section), 11B... SDBQM (Specific example of modulation section), 13... Frequency mixing section, 13A... Square circuit (frequency mixing) Specific examples), 111... Modulator, 112... Amplitude adjuster, 113... Adder, BB... Baseband signal, LO... Carrier signal, IF... Intermediate frequency signal, VB... Bias voltage
Claims (6)
前記変調部の後段に接続され、前記変調部の出力信号を逓倍する周波数混合部とを備え、
前記変調部が、印加されるバイアス電圧により、前記中間周波数信号に重ね合わせる前記搬送信号の振幅電圧が調整可能に構成されている
ことを特徴とする送信機。 A baseband signal and a carrier signal are input, and a modulator that outputs a signal in which the carrier signal is superimposed on an intermediate frequency signal obtained by mixing the baseband signal and the carrier signal,
A frequency mixing unit connected to the latter stage of the modulation unit and multiplying an output signal of the modulation unit,
The transmitter is configured such that an amplitude voltage of the carrier signal to be superimposed on the intermediate frequency signal can be adjusted by the applied bias voltage in the modulator.
前記バイアス電圧が、前記中間周波数信号に重ね合わされる前記搬送信号の振幅電圧が前記中間周波数信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定されている、請求項1に記載の送信機。 The frequency mixing section has a squaring circuit that doubles the frequency of the output signal of the modulation section,
The transmitter according to claim 1, wherein the bias voltage is set to a value such that an amplitude voltage of the carrier signal superimposed on the intermediate frequency signal becomes equal to an amplitude voltage of the intermediate frequency signal.
前記バイアス電圧が、前記中間周波数信号に重ね合わされる前記搬送信号の振幅電圧が前記中間周波数信号の振幅電圧の√2倍になるような値に設定されている、請求項1に記載の送信機。 The frequency mixing section has a cube circuit that triples the frequency of the output signal of the modulation section,
The transmitter according to claim 1, wherein the bias voltage is set to a value such that the amplitude voltage of the carrier signal superimposed on the intermediate frequency signal is √2 times the amplitude voltage of the intermediate frequency signal. ..
前記ギルバートセルの差動入力対の一方にシングルエンド信号としての前記ベースバンド信号が接続され、他方に前記バイアス電圧が接続されている、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の送信機。 The modulator is composed of a Gilbert cell,
The transmitter according to claim 1, wherein the baseband signal as a single-ended signal is connected to one of the differential input pairs of the Gilbert cell, and the bias voltage is connected to the other. ..
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019022518A JP2020129779A (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Transmitter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019022518A JP2020129779A (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Transmitter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020129779A true JP2020129779A (en) | 2020-08-27 |
Family
ID=72175031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019022518A Pending JP2020129779A (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Transmitter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020129779A (en) |
-
2019
- 2019-02-12 JP JP2019022518A patent/JP2020129779A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100519876B1 (en) | Mixer Circuit used for Direct Conversion with improved IP2 and Direct Conversion Transceiver using the Mixer Circuit | |
US7949313B2 (en) | Direct conversion device with compensation means for a transmission path of a wireless communication equipment | |
FI98014C (en) | Cube circuit for pre-distorting the signal | |
US8280333B2 (en) | Harmonic rejection mixer unit and method for performing a harmonic rejection mixing | |
US7978785B2 (en) | Quadrature frequency doubler with adjustable phase offset | |
US8552790B2 (en) | Harmonic rejection of signal converting device and method thereof | |
KR100260493B1 (en) | Circuit for simultaneous frequency doubler and mixer | |
US7085548B1 (en) | Harmonic mixer | |
JP2020129779A (en) | Transmitter | |
KR20210043366A (en) | A quadrature passive mixer and frequency down-converter for enhancing IIP2 | |
EP1469590A1 (en) | Up convertor mixer linearisation | |
JP2000183764A (en) | Output circuit | |
JP2005159587A (en) | Even harmonics mixer | |
JP5087444B2 (en) | Mixer circuit | |
US11211969B2 (en) | Enhanced linearity mixer | |
US6970687B1 (en) | Mixer | |
US11463047B2 (en) | Mixer | |
US20050140402A1 (en) | Frequency converter | |
JP5001186B2 (en) | Multiplier circuit and communication device | |
US20060006921A1 (en) | Mixer | |
KR100657009B1 (en) | Ultra-wideband up-conversion mixer | |
Liu | Design of transmitter front-end for WLAN 802.11 ax application | |
KR100574949B1 (en) | Carrier harmonic suppression mixer | |
JPH09289417A (en) | Frequency changing circuit | |
JP2005252931A (en) | Orthogonal modulator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190312 |