JP2894004B2 - 周波数変換回路 - Google Patents

周波数変換回路

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JP2894004B2 JP3141684A JP14168491A JP2894004B2 JP 2894004 B2 JP2894004 B2 JP 2894004B2 JP 3141684 A JP3141684 A JP 3141684A JP 14168491 A JP14168491 A JP 14168491A JP 2894004 B2 JP2894004 B2 JP 2894004B2
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    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06Receivers
    • H04B1/16Circuits
    • H04B1/26Circuits for superheterodyne receivers
    • H04B1/28Circuits for superheterodyne receivers the receiver comprising at least one semiconductor device having three or more electrodes
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
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  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、FETを用いた低歪、
低消費電流の高周波受信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、放送のマルチチャネル化、及び高
周波受信装置の小型、高性能化に伴い、受信装置初段の
周波数変換回路の低歪、低消費電流化に対する要求が高
まってきている。
【0003】図4に従来の高周波受信回路のブロック図
を示す。図4において、501は受信アンテナ、50
2、506は帯域通過フィルター、503は初段増幅
器、504はミキサ、505は発振器、507は増幅
器、508は中間周波(以後IFと呼ぶ)信号出力端子
である。
【0004】以上のように構成された高周波受信回路に
ついて、以下その動作を説明する。受信アンテナ501
により受信された高周波信号は、帯域通過フィルター5
02により希望する周波数以外の信号を取り除いた後、
初段増幅器503により増幅され、ミキサ504に送ら
れる。ミキサ504において、発振器505からの局発
信号(以後LO信号とする)によりIF信号に周波数変
換され、帯域通過フィルター506、IF増幅器507
を経て、IF信号出力端子508より出力される。
【0005】また、図5に従来の周波数変換回路の回路
図を示す。図5の発振器部180とLOバッファ部18
1は図4の505に、図5のRFバッファ182とミキ
サ部183は図4のミキサ部504にそれぞれ相当す
る。図5において、101〜111はFET、120〜
139は抵抗器、140〜147はコンデンサ、150
はインダクタ、151、152は可変容量ダイオード、
160〜162は電源端子、163、164はIF信号
出力端子、165はRF信号入力端子、170は接地、
180は発振器部、181はLOバッファ部、182は
RFバッファ部、183はミキサ部である。以上のよう
に構成された周波数変換回路について、以下その動作を
説明する。
【0006】発振器部180は可変容量ダイオード15
1、152及びインダクタ150より構成される共振回
路の共振周波数で発振し、LO信号を出力する。LOバ
ッファ部181の差動対を構成するFET102のゲー
ト端子に入力された前記LO信号は、LOバッファ部1
81において互いに位相の異なるLO信号(以後平衡L
O信号と呼ぶ)に変換されミキサ部183へ出力され
る。一方、RFバッファ182の差動対を構成するFE
T109のゲート端子165に入力されたRF信号は、
RFバッファ部182により平衡RF信号に変換され、
ミキサ部183へ出力される。前記平衡LO信号と前記
平衡RF信号は、ミキサ部183において周波数変換さ
れ、それぞれの周波数の和と差の周波数を持つ平衡IF
信号として、IF信号出力端子163、164より出力
される。ミキサには、LO信号がRF端子に漏洩せず、
2次歪特性に優れるダブルバランストミキサが用いられ
ている。ミキサから出力された平衡IF信号は後段の平
衡−不平衡変換器において2信号を合成することにより
不平衡IF信号に変換され、IF信号処理部へ送られ
る。
【0007】このような高周波受信回路に要求される性
能としては、高利得、低歪特性、低消費電流があげられ
る。このうち、利得は回路を構成するFETのK値とg
mに依存し、歪特性はFETの入出力特性の線形性に依
存している。すなわち、FETのK値及びgmが大きい
ほど高い利得が得られ、線形性に優れているほど歪特性
に優れる。FETのドレイン電流(Ids)は近似的に
次のように表される。
【0008】 Ids=K(Vgs−Vth)2 (1) (1)式においてVgsはゲート−ソース間電圧、Vt
hはFETのしきい値、KはFETのK値と呼ばれるパ
ラメータである。(1)式において、両辺をVgsで微
分するとgmが求まり、 gm=2K(Vgs−Vth) (2) と表される。(2)式から明らかなようにgmはK値及
びVgsに比例する。ところが一般に、選択イオン注入
により作成されたFETのK値を大きくするためには、
Vthを浅くする必要があるが、入出力の線形性は劣化
し、歪特性は劣化する。また入出力特性の線形性を改善
するためには、K値を小さくし動作点付近のVgsに対
するgm特性を平坦にする必要があるが、結果的にVt
hが深くなり、消費電流が増える。従って利得と歪特
性、及び歪特性と消費電流は互いに相反する項目であ
り、同一の特性のFETを用いて回路を構成する場合、
それぞれの特性の妥協点で設計せざるを得ない。図5の
従来の例では、図6に示す特性を有するFETを用いて
いる。図6のFETは、K値が170mA/V2・m
m、しきい値が−0.6V、gmが160mS/mmの
特性を有している。図5の従来の例においては、RFバ
ッファの差動対を構成するFETのソースに抵抗13
8、139を挿入することにより歪特性を改善している
が、逆に利得及び雑音指数は劣化している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、発振器部及びLOバッファ部を構成するF
ETと、RFバッファ部を構成するFETに同じ特性の
FETが用いられていたため、発振器出力を重視してK
値の大きいFETを用いれば、RFバッファ部の歪特性
が劣化し、逆にRFバッファ部の歪特性を重視してK値
が小さくしきい値の大きいFETを用いれば、消費電流
が増える上、発振器出力が低下するという課題を有して
いた。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の周波数変換回路及び半導体装置は、発振器
部及びLOバッファ部にK値が大きくしきい値が浅いF
ETを、RFバッファ部にK値が小さくしきい値が深い
FETを用いている。
【0011】
【作用】この構成により、発振器及びLOバッファ部に
は、K値が大きく利得の高いFETを用い、RFバッフ
ァ部及びミキサ部には、K値が小さく低歪のFETを用
いることができる。これにより、発振器及びLOバッフ
ァ部の消費電流を増やさずに利得を大きくできると同時
に、RFバッファ部での歪の発生を抑えることができ
る。この結果、高利得、低歪、かつ低消費電流の周波数
変換回路を実現することができる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の実施例を示すものである。図
1において、101〜111はFET、120〜137
は抵抗器、140〜147はコンデンサ、150はイン
ダクタ、151、152は可変容量ダイオード、160
〜162は電源端子、163、164はIF信号出力端
子、165はRF信号入力端子、170は接地、180
は発振器部、181はLOバッファ部、182はRFバ
ッファ部、183はミキサ部である。以上のように構成
された第1の実施例について以下その動作を説明する。
【0013】発振器を構成するFET101、及びLO
バッファを構成するFET102〜104には、図2
(a)に示す特性を有するFETを用いた。図2(a)
のFETは、K値が200mA/V2・mm、しきい値
が−0.4V、相互コンダクタンス(以後gmと呼ぶ)
が180mS/mmの特性を示しており、発振器及びL
Oバッファは高い利得を有する回路構成となっている。
【0014】一方、RFバッファを構成するFET10
9〜111、及びミキサを構成するFET105〜10
8には、図2(b)に示す特性を有するFETを用い
た。図2(b)のFETは、K値が150mA/V2
mm、しきい値が−0.8V、gmが140mS/mm
の特性を示しており、RFバッファ及びミキサは、優れ
た歪特性を有する回路構成となっている。この構成によ
り、発振器及びLOバッファは、低消費電流と高利得特
性を得、RFバッファ及びミキサは、低歪特性を得るこ
とができる。この結果、従来の構成の高周波受信回路に
比べて、2次相互変調歪が5dB優れ、消費電流が約1
0mA少ない周波数変換回路を実現することができた。
【0015】図3は本発明の第2の実施例を示すもので
ある。図3において、101〜104、201〜203
はFET、120〜132、220〜222は抵抗器、
140〜146はコンデンサ、150はインダクタ、1
51、152は可変容量ダイオード、160〜162は
電源端子、163、164はIF出力端子、165はR
F信号入力端子、170は接地、180は発振器部、1
81はLOバッファ部、210はRFバッファ部、21
1はミキサ部である。以上のように構成された第2の実
施例について以下その動作を説明する。
【0016】第2の実施例が第1の実施例と異なる点
は、ミキサ部211にシングルバランストミキサを用い
ている点と、RFバッファ部210に単体のFETを用
いている点である。この構成によりミキサ部とRFバッ
ファ部の消費電流を第1の実施例の半分で済み、さらに
低消費電流化することができる。(表1)に従来、本発
明の第1の実施例、及び本発明の第2の実施例の周波数
変換回路の特性比較表を示す。
【0017】
【表1】
【0018】本発明の構成により、従来例と比較して、
変換利得で2dB、雑音指数で1dB、1%混変調歪で
6dBμ優れていると同時に、Iddにおいても10m
A以上低減されていることが分かる。
【0019】
【発明の効果】このように、発振器部及びLOバッファ
部には、K値が大きく利得の大きいFETを用い、RF
バッファ部及びミキサ部には、K値が小さく低歪のFE
Tを用いることにより、高利得、低歪、かつ低消費電流
の周波数変換回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の周波数変換回路図であ
る。
【図2】(a)本発明の高周波受信機の発振器及びLO
バッファを構成するFETのgm−Vgs特性図であ
る。 (b)本発明の高周波受信機のRFバッファ及びミキサ
を構成するFETのgm−Vgs特性図である。
【図3】本発明の第2の実施例の周波数変換回路図であ
る。
【図4】従来の周波数変換回路のブロック図である。
【図5】従来の周波数変換回路の発振器部とミキサ部の
回路図である。
【図6】従来の周波数変換回路を構成するFETのgm
−Vgs特性図である。
【符号の説明】
160 電源端子 162 電源端子 163 IF信号出力端子 164 IF信号出力端子 165 RF信号入力端子 170 接地 180 発振器部 181 LOバッファ部 182 RFバッファ部 210 RFバッファ部 183 ミキサ部 211 ミキサ部 501 受信アンテナ 502 帯域通過フィルター 506 帯域通過フィルター 503 初段増幅器 504 ミキサ部 507 F増幅器 508 IF信号出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03D 7/00 - 7/22

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発振器、発振器バッファ、増幅器、及び
    周波数混合器(以後ミキサと呼ぶ)より構成される高周
    波用周波数変換回路において、前記発振器及び発振器バ
    ッファをK値が大きくしきい値が浅い電界効果トランジ
    スタ(以後FETと呼ぶ)を用いて構成し、前記増幅器
    をK値が小さくしきい値が深いFETを用いて構成した
    ことを特徴とする周波数変換回路。
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