JP2023010371A - Frequency multiplier and output power detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ミリ波、テラヘルツ帯の通信で使用される周波数逓倍器及び出力電力の検知方法に関する。 The present invention relates to a frequency multiplier and an output power detection method used in millimeter wave and terahertz band communications.
ミリ波帯やテラヘルツ帯(例えば、30GHzから10THzの周波数帯)を使用する通信技術は、次世代の技術として研究されている。ミリ波、テラヘルツ帯通信用の局部発振器(Local Oscillator、以下LOと略記する)の信号は、周波数が高いため、PLLで直接生成することが難しく、十分な位相雑音特性を得ることも難しい。このため、周波数を低く設定したPLLの信号を周波数逓倍器で逓倍することによって、LO信号を生成することが行われている。
一方、LOの出力電力の制御は、例えば、送信機の出力電力の制御、ミキサファースト型受信機の変換利得や雑音特性の改善において、極めて重要である(例えば特許文献1参照)。出力電力を制御するためには、出力電力を検知することが必要となる。
高周波信号の電力を測る場合、高周波信号の一部を分岐して電力検出回路で検出する方法がある。例えば、非特許文献1には、電力増幅器の後段にカプラを挿入して信号の一部を分岐して取り出し、電力検出回路に入力する技術が記載されている。
Communication technologies using millimeter wave bands and terahertz bands (for example, frequency bands from 30 GHz to 10 THz) are being studied as next-generation technologies. A local oscillator (hereinafter abbreviated as LO) signal for millimeter wave and terahertz band communication has a high frequency, so it is difficult to directly generate it with a PLL, and it is also difficult to obtain sufficient phase noise characteristics. Therefore, the LO signal is generated by multiplying the PLL signal whose frequency is set low with a frequency multiplier.
On the other hand, control of the LO output power is extremely important, for example, in controlling the output power of a transmitter and improving the conversion gain and noise characteristics of a mixer-first receiver (see
When measuring the power of a high-frequency signal, there is a method of branching a part of the high-frequency signal and detecting it with a power detection circuit. For example, Non-Patent
しかし、信号を分岐することで信号経路における電力は減衰し、カプラを挿入することで挿入損失が生じてしまう。ミリ波、テラヘルツ帯の信号の生成や増幅は困難であり、減衰を抑えることが重要となる。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたのであり、ミリ波、テラヘルツ帯通信において、高周波信号の減衰を抑えて出力電力を検知することができる周波数逓倍器及び出力電力の検知方法を提供することを課題とする。
However, branching the signal attenuates the power in the signal path, and inserting the coupler causes insertion loss. It is difficult to generate and amplify millimeter-wave and terahertz-band signals, and suppression of attenuation is important.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems, and provides a frequency multiplier and an output power detection method capable of detecting output power while suppressing attenuation of high-frequency signals in millimeter wave and terahertz band communications. The task is to
かかる課題を解決するために、本発明に係る周波数逓倍器は、基本波の信号にバイアス電圧を重畳させた駆動信号を生成する入力部と、非線形素子によって、前記駆動信号から前記基本波の高調波を含む歪み信号を発生させる非線形回路部と、前記歪み信号の前記高調波から所望の高調波を残りの高調波を減衰させて出力する出力部と、電源から前記非線形回路部への配線に設けられ、前記電源から前記非線形回路部に流れる電源電流の大きさを検出し、前記電源電流の大きさに応じた電気的検出値を生成して出力する検出部と、前記電源から前記非線形回路部への配線における前記検出部と前記非線形回路部との間に設けられ、前記基本波及び前記所望の高調波の周波数を阻止帯域に含むフィルタを有する阻止部とを備える。 In order to solve such a problem, a frequency multiplier according to the present invention includes an input unit that generates a drive signal in which a bias voltage is superimposed on a fundamental wave signal, and a nonlinear element that converts the drive signal into a higher harmonic of the fundamental wave. an output unit for outputting a desired harmonic from the harmonics of the distortion signal after attenuating the remaining harmonics; and wiring from a power supply to the nonlinear circuit. a detection unit provided for detecting the magnitude of a power supply current flowing from the power supply to the nonlinear circuit unit and generating and outputting an electrical detection value corresponding to the magnitude of the power supply current; a blocking section provided between the detecting section and the nonlinear circuit section in the wiring to the section, and having a filter containing the frequencies of the fundamental wave and the desired harmonic wave in a blocking band.
また、本発明に係る出力電力の検知方法は、実施形態に係る周波数逓倍器における出力電力の検知方法であって、前記所望の高調波の出力電力の値及び前記電源電流の値のデータを予め取得する準備工程を含み、前記検出部から出力される前記電気的検出値及び前記データに基づいて前記出力電力を計算する。 Further, an output power detection method according to the present invention is a method for detecting output power in a frequency multiplier according to an embodiment, wherein data of the output power value of the desired harmonic and the value of the power supply current are stored in advance. and calculating the output power based on the electrical detection value and the data output from the detection unit.
本発明によれば、高周波信号の減衰を抑えて出力電力を検知することができる周波数逓倍器及び出力電流の検知方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a frequency multiplier and an output current detection method capable of detecting output power while suppressing attenuation of a high frequency signal.
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明に係る周波数逓倍器1は、例えば通信装置における受信側及び送信側のLО(局部発振器)に使用される。図1は、受信側のLOに使用される例であり、周波数逓倍器1は、PLLからの信号を受けて、周波数をn倍(2倍、3倍等の整数倍)に逓倍している。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A
[周波数逓倍器]
図2に示すように、周波数逓倍器1は、入力部10と、検出部20と、阻止部30と、非線形回路部40と、出力部50とを備えている。周波数逓倍器1は、検出値処理部60をさらに備えてもよい。
また、周波数逓倍器1は、基本波入力端子81と、逓倍波出力端子82と、検知出力端子83と、バイアス入力端子84とを備えている。周波数逓倍器1は、データ入力端子85をさらに備えてもよい。
[Frequency multiplier]
As shown in FIG. 2, the
The
(入力部)
入力部10は、基本波信号Sinにバイアス電圧Vbを重畳させた駆動信号Sbを生成する回路である。駆動信号Sbは、後記する非線形回路部40に入力される。バイアス電圧Vbは直流電圧であり、バイアス電圧Vbによって、後記する非線形回路部40の非線形素子41の動作点を設定することができる。
バイアス電圧Vbは、周波数逓倍器1の外部で生成され、バイアス入力端子84から入力される。周波数fの基本波信号Sinは、周波数逓倍器1の外部の信号源G1によって生成され、基本波入力端子81から入力される。
(input section)
The
A bias voltage Vb is generated outside the
(非線形回路部)
非線形回路部40は、非線形素子41によって、駆動信号Sbから基本波の高調波を含む歪み信号Sdを発生させる回路である。非線形素子41は、例えばFET等のトランジスタである。歪み信号Sdは、後記する出力部50に入力される。歪み信号Sdは、基本波信号Sinの複数の高調波を含んでいる。
電源から非線形回路部40への配線は、他の回路とは独立して設けられており、検出部20及び阻止部30を経由している。
(Non-linear circuit part)
The
The wiring from the power source to the
(検出部)
検出部20は、電源から非線形回路部40への配線に設けられ、電源から非線形回路部40に流れる電源電流Iddの大きさを検出し、電源電流Iddの大きさに応じた電気的検出値Sdetを生成して出力する回路である。
電源から非線形回路部40への配線は、検出部20を経由し、検出部20と非線形回路部40との間で他の回路に分岐していない。このため、検出部20は、電源から非線形回路部40に流れる電源電流Iddの値を検出することができる。
電気的検出値Sdetは、非線形回路部40に流れる電源電流Iddの大きさに応じて変化する直流電圧又は直流電流であり、電気的検出値Sdetによって電源電流Iddの値を知ることができる。電気的検出値Sdetは、検知出力端子83から周波数逓倍器1の外部へ出力されてもよく、後記する検出値処理部60に入力され、計算等の処理を行った後で出力電力Poutの値として出力されてもよい。
(Detection unit)
The
The wiring from the power supply to the
The electrical detection value Sdet is a DC voltage or DC current that changes according to the magnitude of the power supply current Idd flowing through the
後記するように、電源電流Iddの値は、逓倍波信号Sоutの出力電力と相関する。従って、周波数逓倍器1によれば、電気的検出値Sdetから逓倍波信号Soutの出力電力Poutを検知することができる。
As will be described later, the value of the power supply current Idd correlates with the output power of the multiplied wave signal Sout. Therefore, according to the
(阻止部)
阻止部30は、検出部20と非線形回路部40との間で交流信号が伝搬されないように阻止する回路である。阻止部30は、電源から非線形回路部40への配線における検出部20と非線形回路部40との間に設けられている。
阻止部30は、少なくとも基本波信号Sinの周波数fから逓倍波信号Soutの周波数nfの周波数範囲を阻止帯域に含むフィルタ31を有している。
(Blocking part)
The
The
(出力部)
出力部50は、歪み信号Sdに含まれる高調波から所望の高調波を逓倍波信号Soutとして出力する回路である。出力部50は、基本波及び所望の高調波以外の残りの高調波を減衰させる。
逓倍波信号Soutは、基本波の周波数fをn倍(2倍、3倍等の整数倍)に逓倍した周波数nfの信号である。逓倍波信号Soutは、逓倍波出力端子82から周波数逓倍器1の外部へ出力される。
(output part)
The
The multiplied wave signal Sout is a signal having a frequency nf obtained by multiplying the frequency f of the fundamental wave by n times (integer multiples such as double and triple). The multiplied wave signal Sout is output from the multiplied
(検出値処理部)
検出値処理部60は、電気的検出値Sdetを用いて計算等の処理を行い、逓倍波信号Soutの出力電力Poutの値を生成し出力する回路である。
出力電力Poutの値は、検知出力端子83から周波数逓倍器1の外部へ出力される。検出値処理部60が計算等の処理をするために用いる値は、データ入力端子85から入力することができる。
(Detected value processing unit)
The detection
The value of the output power Pout is output from the
上記のような構成を備える周波数逓倍器1は、電気的検出値Sdetによって逓倍波信号Soutの出力電力を検知することができるため、逓倍波信号Soutの経路にカプラや電力検出用の回路を設ける必要がない。このため、出力電力を検知するために逓倍波信号Soutを減衰させることがない。特に、ミリ波、テラヘルツ帯の高周波信号は、生成や増幅が困難である。周波数逓倍器1によれば、逓倍波信号Soutを減衰させることなく出力電力を検知することができる。
検出部20は、電源電流Iddに応じた電気的検出値Sdetとして直流電圧又は直流電流を使用する。電源電流Iddの検出回路は、単純な構成のものでよく、高周波信号経路を避けたレイアウト及び配線が可能である。直流信号は、レイアウト上の寄生容量等の影響が小さく、配線を引き回しても大きな問題が生じない。このため、レイアウトの面積効率を高め、チップの小型化を図ることができる。
Since the
The
また、例えば通信装置においてファイズドアレイアンテナが採用される場合には、LOの出力電力をモニタする必要がある。特に、フェイズドアレイアンテナの規模が大きくなると、出力電力の検出回路を設けることが難しくなる。周波数逓倍器1は、LOの信号経路に出力電力の検出回路を設けずに、LOの出力電力を簡易に検出できる。そして、ミリ波、テラヘルツ帯の高周波信号を減衰させることがない。このため、ファイズドアレイアンテナの性能向上を図ることができる。
Also, for example, when a communication device employs a fused array antenna, it is necessary to monitor the LO output power. In particular, when the scale of the phased array antenna increases, it becomes difficult to provide an output power detection circuit. The
[二逓倍器]
次に、周波数逓倍器1を具体的な回路例で説明する。図3に、基本波の2倍の周波数2fの信号を出力する例として二逓倍器1Aの回路図を示す。基本波信号Sinは、位相が互いに180度異なる一対の基本波信号Sin1、Sin2であり、外部の信号源G1で生成され、基本波入力端子81A、81Bに入力されている。
[Doubler]
Next, the
入力部10Aは、一対の基本波信号Sin1、Sin2のそれぞれに一対のバイアス電圧Vb1、Vb2を重畳させて一対の駆動信号Sb1、Sb2を生成している。一対の駆動信号Sb1、Sb2は、非線形回路部40Aに入力される。
入力部10Aは、キャパシタC1、C2及びインダクタL1、L2を有している。キャパシタC1、C2の一端には駆動信号Sb1、Sb2が入力され、インダクタL1、L2の一端にはバイアス電圧Vb1、Vb2が入力されている。キャパシタC1、C2の他端は、インダクタL1、L2の他端に接続され、次段の非線形回路部40AのトランジスタT1、T2に入力されている。キャパシタC1、C2は、直流をブロックし、インダクタL1、L2と共にインピーダンス整合回路を構成している。
The
The
一対のバイアス電圧Vb1、Vb2は、次段の一対のトランジスタT1、T2の動作点を設定している。一対のバイアス電圧Vb1、Vb2を調整することによって、逓倍波信号Soutの出力電力を調整することができる。ここでは、バイアス電圧Vb1、Vb2は、逓倍波信号Soutの出力電力が最大となるように予め調整されており、二逓倍器1Aの外部で生成されてバイアス入力端子84A、84Bに入力されている。なお、一対のバイアス電圧Vb1、Vb2は、同じ大きさでもよく、異なっていてもよい。
The pair of bias voltages Vb1 and Vb2 set the operating points of the pair of transistors T1 and T2 in the next stage. By adjusting the pair of bias voltages Vb1 and Vb2, the output power of the multiple wave signal Sout can be adjusted. Here, the bias voltages Vb1 and Vb2 are adjusted in advance so that the output power of the multiplied wave signal Sout is maximized, are generated outside the doubler 1A, and are input to the
非線形回路部40Aは、一対のNMOSトランジスタT1、T2によって一対の駆動信号Sb1、Sb2から一対の歪み信号を発生させる。入力部10Aからの一対の駆動信号Sb1、Sb2は、一対のトランジスタT1、T2のゲートにそれぞれ入力されている。
非線形回路部40Aは、インダクタL3、L4及びキャパシタC3、C4を有し、インダクタL3とキャパシタC3、インダクタL4とキャパシタC4は、それぞれインピーダンス整合回路を構成している。
The
The
トランジスタT1のソースは接地され、ドレインはインダクタL3及びキャパシタC3の一端に接続されている。インダクタL3の他端は、阻止部30Aを経由した電源からの配線に接続されている。キャパシタC3の他端は、非線形回路部40Aの一対の出力端子の一方であり、出力部50Aに入力されている。
同様に、トランジスタT2のソースは接地され、ドレインはインダクタL4及びキャパシタC4の一端に接続されている。インダクタL4の他端は、阻止部30Aを経由した電源からの配線に接続されている。キャパシタC4の他端は、非線形回路部40Aの一対の出力端子の他方であり、出力部50Aに入力されている。
The source of transistor T1 is grounded and the drain is connected to one end of inductor L3 and capacitor C3. The other end of the inductor L3 is connected to the wiring from the power supply via the
Similarly, transistor T2 has its source grounded and its drain connected to one end of inductor L4 and capacitor C4. The other end of the inductor L4 is connected to the wiring from the power supply via the
検出部20Aは、電源と阻止部30Aとの配線に設けられ、抵抗素子R1によって電源電流Iddの大きさに応じた電気的検出値Sdetを生成して出力する。ここでは、電気的検出値Sdetは、抵抗素子R1の電圧降下によって生じる電圧値Vdetであり、検知出力端子83から二逓倍器1Aの外部へ出力される。電源電流Iddの値は、電気的検出値Vdetからオームの法則によって求めることができる。他の回路への影響を考慮すると、抵抗素子R1の抵抗値は、必要となる電気的検出値Vdetを生成できる範囲で、できるだけ小さく設定するのが好ましい。
電源から非線形回路部40Aへの配線は、検出部20Aと非線形回路部40Aとの間で他の回路に分岐していない。このため、検出部20Aは、電源から非線形回路部40Aに流れる電源電流Iddの値を検出することができる。また、抵抗素子R1から検知出力端子83への配線は、例えば、二逓倍器1Aの外部で電気的検出値VdetがMOSトランジスタに入力される場合は、直流電流が流れないため電源電流Iddの大きさに影響しない。電気的検出値Vdetが入力される素子等への入力電流は、例えば電源電流Iddの百分の一よりも小さいことが好ましい。
The
The wiring from the power source to the
阻止部30Aは、非線形回路部40Aと検出部20Aとの配線に設けられ、検出部20Aと非線形回路部40Aとの間の交流信号の伝搬を阻止している。ここでは、交流信号を阻止するフィルタは、伝送線路TL1、TL2である。阻止部30Aは、非線形回路部40AのトランジスタT1、T2に対して、別々に伝送線路TL1、TL2を有している。すなわち、伝送線路TL1は、インダクタL3を介してトランジスタT1のドレインに接続され、伝送線路TL2は、インダクタL4を介してトランジスタT2のドレインに接続されている。
The
伝送線路TL1、TL2は、特性インピーダンスZ0ができるだけ小さくなるように設計されている。特性インピーダンスZ0は、0Ωに近いほどよく、例えば1Ωより小さいことが好ましい。特性インピーダンスZ0を小さくすることで、高周波信号における伝送線路TL1、TL2の入力インピーダンスを小さくすることができる。このため、阻止部30Aは、基本波信号Sinの周波数fが例えば100GHzであるような高周波信号であっても、基本波信号Sinから逓倍波信号Soutの周波数範囲の信号を効果的に阻止することができる。
伝送線路TL1、TL2は、特性インピーダンスZ0を0Ωに近づけるために、伝送線路TL1、TL2に直列な抵抗はできるだけ小さく、伝送線路TL1、TL2と接地線との間のキャパシタンスはできるだけ大きくなるようにレイアウトされている。伝送線路TL1、TL2のレイアウトは、例えば、直流の経路として厚みのある配線層を確保し、櫛形や層間に形成した複数の種類のキャパシタを重ねてキャパシタを並列させるといった方法を採用することができる。
The transmission lines TL1 and TL2 are designed so that the characteristic impedance Z0 is as small as possible. The closer the characteristic impedance Z0 is to 0Ω, the better, for example, it is preferably smaller than 1Ω. By reducing the characteristic impedance Z0 , the input impedance of the transmission lines TL1 and TL2 for high frequency signals can be reduced. Therefore, even if the frequency f of the fundamental wave signal Sin is a high-frequency signal such as 100 GHz, the blocking
For the transmission lines TL1 and TL2, the resistance in series with the transmission lines TL1 and TL2 should be as small as possible and the capacitance between the transmission lines TL1 and TL2 and the ground line should be as large as possible in order to bring the characteristic impedance Z0 close to 0Ω. laid out. For the layout of the transmission lines TL1 and TL2, for example, a thick wiring layer is secured as a direct current path, and a plurality of types of capacitors formed in a comb shape or between layers are stacked and arranged in parallel. .
阻止部30の周波数fからnfの周波数範囲を阻止帯域に含むフィルタ31は、キャパシタンス及びインダクタンスが調整されたマイクロストリップ線路等他の手段によるフィルタであってもよい。
The
出力部50Aは、非線形回路部40Aの一対のトランジスタT1、T2のドレインから出力される一対の歪み信号がキャパシタC3、C4を介して入力され、基本波を二逓倍した信号を出力する。周波数2fの逓倍波信号Soutは、逓倍波出力端子82から二逓倍器1Aの外部へ出力されている。
出力部50Aは、一対の歪み信号に含まれる2次高調波を除く残りの高調波及び基本波を減衰させて、2次高調波を二逓倍信号として出力する。基本波及び奇数次高調波の各信号は、トランジスタT1のドレインとトランジスタT2のドレインとで、それぞれ位相が180度異なっているため、キャパシタC3、C4からの信号線を結線することによって減衰させることができる。4次以上の偶数次高調波は、2次高調波と比較して弱い信号であり、出力部50Aは、基本波及び奇数次高調波を減衰させることで、2次高調波を効率よく取り出すことができる。4次以上の高調波がさらに弱くなるように、Vb1、Vb2を調整しておいてもよい。
The
The
[三逓倍器]
図4に、基本波の3倍の周波数3fの信号を出力する例として三逓倍器1Bの回路図を示す。三逓倍器1Bの回路は、出力部50Bが二逓倍器1Aと異なる。他の回路は二逓倍器1Aと共通するため、説明を省略する。
出力部50Bは、非線形回路部40Aの一対のトランジスタT1、T2のドレインから出力される一対の歪み信号Sd1、Sd2がキャパシタC3、C4を介して入力され、基本波を三逓倍した信号を出力する。周波数3fの逓倍波信号Soutは、逓倍波出力端子82から三逓倍器1Bの外部へ出力されている。
[triple multiplier]
FIG. 4 shows a circuit diagram of a
The
出力部50Bは、キャパシタC5、C6、インダクタL5、L6及びトランスX1を有している。キャパシタC3からの信号線は、インダクタL5の一端及びトランスX1の一次側の一端に接続されている。キャパシタC4からの信号線は、インダクタL6の一端及びトランスX1の一次側の他端に接続されている。インダクタL5、L6のそれぞれの他端は、キャパシタC5、C6を介して接地されている。トランスX1が一次側に有するセンタータップは接地されている。トランスX1の二次側は、一端が逓倍波出力端子82に接続され、他端は接地されている。
The
出力部50Bは、一対の歪み信号Sd1、Sd2に含まれる3次高調波を除く残りの高調波及び基本波を減衰させて、3次高調波を三逓倍信号として出力する。
直列に接続されたインダクタL5及びキャパシタC5は、共振周波数が基本波の周波数fに設定されており、基本波を減衰させることができる。インダクタL6及びキャパシタC6も同様である、また、センタータップが接地されたトランスX1は、偶数次高調波を減衰させることができる。5次以上の奇数次高調波は、3次高調波と比較して弱い信号であり、出力部50Bは、基本波及び偶数次高調波を減衰させることで、3次高調波を効率よく取り出すことができる。5次以上の高調波がさらに弱くなるように、Vb1、Vb2を調整しておいてもよい。
The
The inductor L5 and capacitor C5 connected in series have a resonance frequency set to the frequency f of the fundamental wave, and can attenuate the fundamental wave. Similarly, inductor L6 and capacitor C6, and center-tapped grounded transformer X1 can attenuate even harmonics. The fifth and higher odd harmonics are weaker than the third harmonic, and the
(出力電力と電源電流との相関)
ここで、逓倍波信号Soutの出力電力Poutと電源電流Iddとの相関について説明する。逓倍波信号Soutは、非線形回路部40の非線形素子41によって、駆動信号Sbから生成された歪み信号Sdに含まれる高調波から取り出される。FET等の非線形素子の出力を歪ませようとする回路では、例えば歪みが大きいときに電源電流Iddが大きいといった傾向がある。出力の歪みが大きいとき、高調波の出力電力は大きくなる。
非線形素子41の出力の歪みは、入力する駆動信号Sbの振幅や非線形素子41の動作点によって調整することができる。周波数逓倍器1では、駆動信号Sbの振幅は、外部の信号源G1から入力される基本波信号Sinの振幅によって調整することができる。非線形素子41の動作点は、バイアス電圧Vbによって調整することができる。
このため、駆動信号Sbの振幅やバイアス電圧Vbが一定であるとき、逓倍波信号Soutの出力電力は、非線形回路部40に流れる電源電流Iddと相関する。この相関を二逓倍器1A、三逓倍器1Bで確認した。
(Correlation between output power and power supply current)
Here, the correlation between the output power Pout of the multiplied wave signal Sout and the power supply current Idd will be described. The multiplied wave signal Sout is extracted from harmonics contained in the distortion signal Sd generated from the drive signal Sb by the
The distortion of the output of the
Therefore, when the amplitude of the drive signal Sb and the bias voltage Vb are constant, the output power of the multiplied wave signal Sout correlates with the power supply current Idd flowing through the
図5A、5Bに、逓倍波信号Soutの出力電力と差分電流Idiffとの相関の例を示す。差分電流Idiffは、基本波信号Sinが入力され、逓倍波信号Soutが出力されているときの電源電流Iddから待機電流Istbを差し引いた電流である。待機電流Istbは、バイアス電圧Vbが与えられており、基本波信号Sinが入力されていないときの電源電流である。図5A、5Bの縦軸は、差分電流Idiff(単位[mA])、横軸は出力電力Pout(単位[dBm])である。なお、[dBm]を単位とする値は、P[mW]の電力に対し、10・lоg10Pという式によって換算することができる。例えば1mWは0dBm、0.1mWは-10dBmに相当する。
図5A、5Bより、出力電力Poutが増加すると差分電流Idiffが増加する相関があることがわかる。すなわち、差分電流Idiffの値から出力電力Poutの値を検知することができる。なお、待機電流Istbは、バイアス電圧Vbによって、基本波信号Sinが入力されているときの電源電流Iddと同程度の大きさになる場合がある。このような場合、待機電流Istbを電源電流Iddから差し引いた電流である差分電流Idiffを用いれば、出力電力Poutの変化幅に対する電流の変化幅を大きくすることができ、計算の精度を高めることができる。
5A and 5B show an example of the correlation between the output power of the multiplied wave signal Sout and the differential current Idiff. The difference current Idiff is a current obtained by subtracting the standby current Istb from the power supply current Idd when the fundamental wave signal Sin is input and the multiplied wave signal Sout is output. The standby current Istb is the power supply current when the bias voltage Vb is applied and the fundamental wave signal Sin is not input. The vertical axis of FIGS. 5A and 5B is the differential current Idiff (unit [mA]), and the horizontal axis is the output power Pout (unit [dBm]). It should be noted that the value in units of [dBm] can be converted by the
It can be seen from FIGS. 5A and 5B that there is a correlation that the difference current Idiff increases as the output power Pout increases. That is, the value of the output power Pout can be detected from the value of the differential current Idiff. Depending on the bias voltage Vb, the standby current Istb may become as large as the power supply current Idd when the fundamental wave signal Sin is being input. In such a case, if the difference current Idiff, which is the current obtained by subtracting the standby current Istb from the power supply current Idd, is used, it is possible to increase the variation width of the current with respect to the variation width of the output power Pout, thereby improving the accuracy of the calculation. can.
待機電流Istbは一定の値であるため、出力電力Poutは、電源電流Iddと相関するということができる。そして、電気的検出値Sdetは、電源電流Iddの大きさに応じた値である。このため、周波数逓倍器1によれば、電気的検出値Sdetから出力電力Poutを検知することができる。
二逓倍器1A、三逓倍器1Bでは、電気的検出値Sdetは、検知出力端子83から二逓倍器1A、三逓倍器1Bの外部へ出力されている。この場合、二逓倍器1A、三逓倍器1Bの外部にある回路が、電気的検出値Sdetを使用して、基本波信号Sinの振幅やバイアス電圧Vbを調整することができる。また、外部にある回路は、電気的検出値Sdetから出力電力Poutの値を算出する等の処理を行うことができる。
Since the standby current Istb is a constant value, it can be said that the output power Pout correlates with the power supply current Idd. The electrical detection value Sdet is a value corresponding to the magnitude of the power supply current Idd. Therefore, according to the
In the doubler 1A and
(検出値処理部)
電気的検出値Sdetから出力電力Poutの値を算出する等の処理は、周波数逓倍器1の内部で行ってもよい。この場合、周波数逓倍器1は、検出値処理部60を備え、図1に示すように、電気的検出値Sdetは検出値処理部60に入力され、出力電力Pout等の値が検知出力端子83から周波数逓倍器1の外部へ出力される。
図6は、検出値処理部60の一例を示すブロック図である。検出値処理部60は、入出力部61と、記憶部62と、演算部63とを有する。電気的検出値Sdetから出力電力Pout等の値を算出するために用いる値は、データ入力端子85から入力することができる。
(Detected value processing unit)
Processing such as calculating the value of the output power Pout from the electrical detection value Sdet may be performed inside the
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the detection
入出力部61は、電気的検出値Sdet及び外部から入力される値Dprevを取得して、記憶部62及び演算部63から受け取る値を外部へ出力する。
電気的検出値Sdetは、数値化されていない直流電圧又は直流電流である。入出力部61は、直流電圧又は直流電流を数値化し、記憶部62及び演算部63に送ることができる。また、入出力部61は、外部から入力される値Dprevを記憶部62及び演算部63に送ることができる。
The input/output unit 61 acquires the electrical detection value Sdet and the value Dprev input from the outside, and outputs the values received from the
The electrical detection value Sdet is a non-quantified DC voltage or DC current. The input/output unit 61 can quantify the DC voltage or the DC current and send it to the
記憶部62は、予め取得される複数の異なる出力電力Poutの値及び電源電流Iddの値のデータを記憶する。また、記憶部62は、待機電流Istbの値を記憶する。
このとき、異なる出力電力Poutには、それぞれ異なる電源電流Iddが対応するため、記憶部62は、出力電力Poutと電源電流Iddとを組にして、複数の組を記憶する。できるだけ多くの組が記憶されているのが好ましい。さらに、電源電流Iddから待機電流Istbを差し引いた差分電流Idiffを記憶するようにしてもよい。
図7A、7Bに、記憶部62に記憶されるデータの例を示す。図7Aは二逓倍器1A、図7Bは三逓倍器1Bの例であり、シミュレーションによる値である。なお、図7A、7Bは、一部を取り出して示している。記憶されるデータは、予め実測した値でもよい。
The
At this time, since different power supply currents Idd correspond to different output powers Pout, the
7A and 7B show examples of data stored in the
演算部63は、検出部20から出力される電気的検出値Sdetを電源電流Iddの値に変換し、記憶部62のデータに基づいて出力電力Poutを計算する。
電気的検出値Sdetの電源電流Iddの値への変換は、予め設定された変換式によって行う。変換式は、検出部20の回路及び素子によって異なる。例えば図3、4に示す検出部20Aの場合、電源電流Iddは電気的検出値Vdetに比例する。
The
Conversion of the electrical detection value Sdet to the value of the power supply current Idd is performed by a preset conversion formula. The conversion formula differs depending on the circuit and elements of the
演算部63は、電源電流Iddと出力電力Poutとの相関に基づいて、例えば次のように出力電力Poutの計算を行う。演算部63は、電源電流Iddの値と一致する記憶部62のデータを探す。一致するデータがある場合は、対応する出力電力Poutの値を入出力部61に送る。一致するデータがない場合、演算部63は、出力電力Poutの値をデータから内挿して求め、求めた出力電力Poutの値を入出力部61に送る。内挿とは、例えば隣り合うデータ同士の間を直線で補間して、補間した直線の式に電源電流Iddの値を代入することをいう。
出力電力Poutの計算は、差分電流Idiffと出力電力Poutとの相関に基づいて、同様に行ってもよい。
The
Calculation of the output power Pout may be similarly performed based on the correlation between the differential current Idiff and the output power Pout.
(検出部の変形例)
検出部20は、電源電流Iddに応じた電圧又は電流を出力する回路であればよい。図8A、8Bは、すでに説明した検出部20Aと異なる回路の例である。
図8Aに示す検出部20Bは、トランジスタT3のゲートとドレインとを接続し、ドレイン電圧を電気的検出値Vdetとして出力する回路である。図8Bに示す検出部20Cは、トランジスタT4、T5のゲート同士を接続し、トランジスタT5のドレイン電流を電気的検出値Idetとして出力する回路である。
(Modified example of detector)
The
The
[検知方法]
次に、本発明に係る出力電力の検知方法について説明する。
出力電力の検知方法は、すでに説明した周波数逓倍器1における出力電力の検知方法であって、図9に示すように、準備工程S1と、記録工程S2と、検出工程S3と、算出工程S4とを含む。
[Detection method]
Next, a method for detecting output power according to the present invention will be described.
The method of detecting the output power is the method of detecting the output power in the
(準備工程)
準備工程S1は、出力電力Poutの値及び電源電流Iddの値のデータを予め取得する工程である。
データは、出力電力Poutと電源電流Iddとを組にして、複数の組を取得する。データには、待機電流Istbを含めてもよい。データは、実測によって取得してもよく、シミュレーションによって取得してもよく、実測とシミュレーションを組み合わせて取得してもよい。
(Preparation process)
The preparation step S1 is a step of obtaining in advance data on the value of the output power Pout and the value of the power supply current Idd.
As for the data, a plurality of sets are acquired by making a set of the output power Pout and the power supply current Idd. The data may include the standby current Istb. The data may be acquired by actual measurement, may be acquired by simulation, or may be acquired by combining actual measurement and simulation.
(記録工程)
記録工程S2は、準備工程S1で予め取得したデータを外部にある記録媒体に記録する工程である。記録媒体は、周波数逓倍器1の内部にあってもよく、外部にあってもよい。
記録するデータには、電源電流Iddから待機電流Istbを差し引いた差分電流Idiffを含めてもよい。
(Recording process)
The recording step S2 is a step of recording the data previously obtained in the preparation step S1 on an external recording medium. The recording medium may be inside or outside the
The data to be recorded may include the difference current Idiff obtained by subtracting the standby current Istb from the power supply current Idd.
(検出工程)
検出工程S3は、実際に動作している周波数逓倍器1において、電源から非線形回路部40に流れる電源電流Iddを検出する工程である。
電源電流Iddの検出は、電源から非線形回路部40への配線に検出部20を設けることによって行う。検出部20は、電源電流Iddの大きさに応じた電気的検出値Sdetを生成し、検出値処理部60又は周波数逓倍器1の外部へ出力する。
(Detection process)
The detection step S3 is a step of detecting the power supply current Idd flowing from the power supply to the
The detection of the power supply current Idd is performed by providing the
(算出工程)
算出工程S4は、電気的検出値Sdetを用いて、出力電力Poutを計算する工程である。
算出工程S4は、記録工程S2で記録したデータを利用するために、電気的検出値Sdetを電源電流Iddの値に変換する。電気的検出値Sdetの電源電流Iddの値への変換は、予め用意された変換式によって行う。変換式は、検出部20の回路及び素子によって異なる。
周波数逓倍器1では、出力電力Poutは電源電流Iddと相関する。従って、準備工程S1で取得し、記録工程S2で記録した出力電力Poutと電源電流Iddとの組のデータに基づいて、検出工程S3で検出した電源電流Iddの値から出力電力Poutを計算することができる。
(Calculation process)
The calculation step S4 is a step of calculating the output power Pout using the electrical detection value Sdet.
The calculation step S4 converts the electrical detection value Sdet into the value of the power supply current Idd in order to use the data recorded in the recording step S2. Conversion of the detected electrical value Sdet to the value of the power supply current Idd is performed by a previously prepared conversion formula. The conversion formula differs depending on the circuit and elements of the
In the
出力電力Poutの計算は、検出工程S3で検出した電源電流Iddから、記録工程S2で記録した待機電流Istbを差し引いて差分電流Idiffを求め、記録工程S2で記録したデータにおける差分電流Idiffと出力電力Poutとの相関に基づいて行ってもよい。 The output power Pout is calculated by subtracting the standby current Istb recorded in the recording step S2 from the power supply current Idd detected in the detection step S3 to obtain the difference current Idiff, and the difference current Idiff and the output power in the data recorded in the recording step S2. You may perform based on correlation with Pout.
本発明に係る周波数逓倍器は、基本波の信号にバイアス電圧Vbを重畳させた駆動信号Sbを生成する入力部10と、非線形素子41によって、駆動信号Sbから基本波の高調波を含む歪み信号Sdを発生させる非線形回路部40と、歪み信号Sdの高調波から所望の高調波を残りの高調波を減衰させて出力する出力部50と、電源から非線形回路部40への配線に設けられ、電源から非線形回路部40に流れる電源電流Iddの大きさを検出し、電源電流Iddの大きさに応じた電気的検出値Sdetを生成して出力する検出部20と、電源から非線形回路部40への配線における検出部20と非線形回路部40との間に設けられ、基本波及び所望の高調波の周波数を阻止帯域に含むフィルタ31を有する阻止部30とを備える。
The frequency multiplier according to the present invention has an
かかる構成により、周波数逓倍器は、入力部10が生成した駆動信号Sbから、非線形回路部40が基本波の高調波を含む歪み信号Sdを発生させ、歪み信号Sdから出力部50が所望の高調波を出力することができる。阻止部30は、検出部20と非線形回路部40との間で基本波等の周波数を阻止し、検出部20は、電源から非線形回路部40に流れる電源電流Iddの大きさに応じた電気的検出値Sdetを出力することができる。そして、電源電流Iddの値は逓倍波信号Sоutの出力電力と相関するため、周波数逓倍器1は、電気的検出値Sdetから出力電力Poutを検知することができる。
With such a configuration, in the frequency multiplier, the
本発明に係る周波数逓倍器は、出力部50は、高調波において第2次高調波又は第3次高調波を出力するのが好ましい。
かかる構成により、周波数逓倍器は、第2次高調波を出力する二逓倍器1A、第3次高調波を出力する三逓倍器1Bとすることができる。
In the frequency multiplier according to the present invention, the
With such a configuration, the frequency multiplier can be a doubler 1A that outputs the second harmonic and a
本発明に係る周波数逓倍器は、予め取得される所望の高調波の出力電力Poutの値及び電源電流Iddの値のデータを記憶する記憶部62と、検出部20から出力される電気的検出値Sdetを電源電流Iddの値に変換し、データに基づいて出力電力Poutを計算する演算部63とをさらに備えるのが好ましい。
かかる構成により、周波数逓倍器は、予め取得するデータと電気的検出値Sdetによって、出力電力Poutを計算することができる。
The frequency multiplier according to the present invention includes a
With such a configuration, the frequency multiplier can calculate the output power Pout based on the data obtained in advance and the electrical detection value Sdet.
記憶部62のデータは、基本波の信号が入力されていないときの電源電流である待機電流Istbを含み、演算部63の出力電力Poutの計算は、データにおける、電源電流Iddから待機電流Istbを差し引いた電流である差分電流Idiffと出力電力Poutとの相関に基づくのが好ましい。
かかる構成により、周波数逓倍器は、待機電流Istbを差し引くことで、出力電力Poutの変化幅に対する電流の変化幅を大きくすることができ、相関に基づく計算の精度を高めることができる。
The data of the
With this configuration, the frequency multiplier can increase the variation width of the current with respect to the variation width of the output power Pout by subtracting the standby current Istb, and can improve the accuracy of the calculation based on the correlation.
本発明に係る出力電力の検知方法は、本発明に係る周波数逓倍器における出力電力の検知方法であって、所望の高調波の出力電力Poutの値及び電源電流Iddの値のデータを予め取得する準備工程S1を含み、検出部20から出力される電気的検出値Sdet及びデータに基づいて出力電力Poutを計算する。
かかる構成により、出力電力の検知方法は、準備工程S1で予めデータを取得し、データと電気的検出値Sdetに基づいて、出力電力Poutを計算することができる。
A method for detecting output power according to the present invention is a method for detecting output power in a frequency multiplier according to the present invention, in which data on a value of output power Pout and a value of power supply current Idd of desired harmonics are obtained in advance. Including a preparation step S1, the output power Pout is calculated based on the electrical detection value Sdet output from the
With such a configuration, the output power detection method can acquire data in advance in the preparation step S1 and calculate the output power Pout based on the data and the electrical detection value Sdet.
本発明に係る出力電力の検知方法は、準備工程S1のデータは、基本波の信号が入力されていないときの電源電流である待機電流Istbを含み、出力電力Poutの計算は、データにおける、電源電流Iddから待機電流Istbを差し引いた電流である差分電流Idiffと出力電力Poutとの相関に基づくのが好ましい。
かかる構成により、出力電力の検知方法は、待機電流Istbを差し引くことで、出力電力Poutの変化幅に対する電流の変化幅を大きくすることができ、相関に基づく計算の精度を高めることができる。
In the output power detection method according to the present invention, the data in the preparation step S1 includes the standby current Istb, which is the power supply current when the fundamental wave signal is not input, and the calculation of the output power Pout is performed by the power supply It is preferably based on the correlation between the differential current Idiff, which is the current Idd minus the standby current Istb, and the output power Pout.
With such a configuration, the method of detecting the output power can increase the variation width of the current with respect to the variation width of the output power Pout by subtracting the standby current Istb, and can improve the accuracy of the calculation based on the correlation.
なお、周波数逓倍器1では、外部で生成したバイアス電圧Vbが入力されていたが、バイアス電圧Vbは、周波数逓倍器1の内部で生成するようにしてもよい。
また、周波数逓倍器1が検出値処理部60を備える場合、検出値処理部60は、電気的検出値Sdetから出力電力Poutを計算して出力することを説明した。検出値処理部60は、取得した電気的検出値Sdetをそのまま出力するようにしてもよい。
また、記憶部62に記憶するデータは、実測又はシミュレーションの値とすることを説明した。このとき、出力電力Poutは実測又はシミュレーションの値とし、待機電流Istb及び電源電流Iddは、周波数逓倍器1を実際に動作させて取得した電気的検出値Sdetから変換した値としてもよい。
Although the bias voltage Vb generated externally is input to the
Further, when the
Further, it has been explained that the data stored in the
また、電源電流Idd又は差分電流Idiffと出力電力Poutとの相関から出力電力Poutを計算するとき、一致する記憶部62のデータを探すことを説明した。これとは異なるが、予め相関の関係式を導出して記憶部62に記憶しておき、その関係式によって出力電力Poutを計算するようにしてもよい。
また、演算部63は、電気的検出値Sdetを電源電流Iddに変換することを説明した。これとは異なるが、電源電流Iddや待機電流Istbに対応する電気的検出値Sdetを予め取得して記憶し、電気的検出値Sdetと出力電力Poutとの相関に基づいて、電気的検出値Sdetから出力電力Poutを計算するようにしてもよい。
Also, when calculating the output power Pout from the correlation between the power supply current Idd or the differential current Idiff and the output power Pout, searching for matching data in the
Further, it has been explained that the
1 周波数逓倍器
1A 二逓倍器
1B 三逓倍器
10 入力部
10A 入力部(二逓倍器、三逓倍器)
20 検出部
20A 検出部(二逓倍器、三逓倍器)
30 阻止部
30A 阻止部(二逓倍器、三逓倍器)
31 フィルタ
40 非線形回路部
40A 非線形回路部(二逓倍器、三逓倍器)
41 非線形素子
50 出力部
50A 出力部(二逓倍器)
50B 出力部(三逓倍器)
60 検出値処理部
61 入出力部
62 記憶部
63 演算部
81 基本波入力端子
82 逓倍波出力端子
83 検知出力端子
84 バイアス入力端子
85 データ入力端子
1 frequency
20
30
31
41
50B output section (triple multiplier)
60 detection value processing unit 61 input/
Claims (6)
非線形素子によって、前記駆動信号から前記基本波の高調波を含む歪み信号を発生させる非線形回路部と、
前記歪み信号の前記高調波から所望の高調波を残りの高調波を減衰させて出力する出力部と、
電源から前記非線形回路部への配線に設けられ、前記電源から前記非線形回路部に流れる電源電流の大きさを検出し、前記電源電流の大きさに応じた電気的検出値を生成して出力する検出部と、
前記電源から前記非線形回路部への配線における前記検出部と前記非線形回路部との間に設けられ、前記基本波及び前記所望の高調波の周波数を阻止帯域に含むフィルタを有する阻止部と
を備える周波数逓倍器。 an input unit that generates a drive signal in which a bias voltage is superimposed on a fundamental wave signal;
a nonlinear circuit section for generating a distortion signal including harmonics of the fundamental wave from the drive signal by a nonlinear element;
an output unit for outputting a desired harmonic from the harmonics of the distorted signal with remaining harmonics attenuated;
provided in a wiring from a power supply to the nonlinear circuit unit, detects the magnitude of a power supply current flowing from the power supply to the nonlinear circuit unit, and generates and outputs an electrical detection value corresponding to the magnitude of the power supply current a detection unit;
a blocking unit provided between the detection unit and the nonlinear circuit unit in the wiring from the power supply to the nonlinear circuit unit, and having a filter including the frequencies of the fundamental wave and the desired harmonic wave in a stopband. frequency multiplier.
前記検出部から出力される前記電気的検出値を前記電源電流の値に変換し、前記データに基づいて前記出力電力を計算する演算部と
をさらに備える請求項1又は請求項2に記載の周波数逓倍器。 a storage unit for storing data of the output power value of the desired harmonic and the value of the power supply current obtained in advance;
3. The frequency according to claim 1 or 2, further comprising: a calculation unit that converts the electrical detection value output from the detection unit into a value of the power supply current and calculates the output power based on the data. multiplier.
前記演算部の出力電力の計算は、前記データにおける、前記電源電流から前記待機電流を差し引いた電流である差分電流と前記出力電力との相関に基づく請求項3に記載の周波数逓倍器。 The data in the storage unit includes a standby current that is the power supply current when the fundamental wave signal is not input,
4. The frequency multiplier according to claim 3, wherein the calculation of the output power of said arithmetic unit is based on the correlation between said output power and a differential current, which is a current obtained by subtracting said standby current from said power supply current, in said data.
前記所望の高調波の出力電力の値及び前記電源電流の値のデータを予め取得する準備工程を含み、
前記検出部から出力される前記電気的検出値及び前記データに基づいて前記出力電力を計算する出力電力の検知方法。 A method for detecting output power in the frequency multiplier according to claim 1,
A preparation step of obtaining in advance data of the output power value of the desired harmonic and the value of the power supply current,
An output power detection method, wherein the output power is calculated based on the electrical detection value and the data output from the detection unit.
前記出力電力の計算は、前記データにおける、前記電源電流から前記待機電流を差し引いた電流である差分電流と前記出力電力との相関に基づく請求項5に記載の出力電力の検知方法。 The data of the preparation step includes a standby current that is the power supply current when the fundamental wave signal is not input,
6. The output power detection method according to claim 5, wherein the calculation of the output power is based on a correlation between the output power and a differential current obtained by subtracting the standby current from the power supply current in the data.
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