JP4673910B2

JP4673910B2 - 搬送波発振器

Info

Publication number: JP4673910B2
Application number: JP2008198569A
Authority: JP
Inventors: 俊良蔡; 劭彰張
Original assignee: 晶隼科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: US20100277249A1; US20090295491A1; US7847646B2; JP2009290853A

Description

本発明は、一般に送信機に関し、より詳細には、任意の周波数にて搬送波を発振する搬送波発振器（キャリア・ジェネレーター）に関するものである。

無線通信システムにおいて、送信機から送信されるべき情報及びデータは、送信機によって生成される搬送波によって搬送されうる。図１は、従来の無線送信機１０の概略ブロック線図である。図１を参照すると、無線送信機１０は、水晶振動子１１と、結晶回路１２と、位相周波数検出器（ＰＦＤ）１３と、電荷ポンプ（ＣＰ）１４と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１６と、分周器１７と、電力増幅器（パワーアンプＰＡ）１８と、アンテナ１９とを含む。上記部品１３〜１７は、無線送信機１０の位相ロックループ（ＰＬＬ）回路を形成しうる。

能動部品を備えるＰＡ１８は、アンテナを駆動し信号レベルを変換するのに用いられ、それゆえ作動中にかなりの量の電力を要することがある。ＰＡ１８を備える送信機は、通信装置に対する低消費電力および低コストへの高まる要求に応えられないことがある。

本発明の実施例は、無線通信システムにおいて任意の周波数で搬送波を生成する搬送波発振器を提供しうる。この搬送波発振器は、少なくとも一つのインダクタと少なくとも一つのキャパシタとを含み周期信号を生成するように構成されたエネルギー貯蔵タンクと、前記エネルギー貯蔵タンクに合体され前記周期信号の振幅を増幅するように構成された増幅器とを有し、第１のインピーダンスを示す発振器と、前記第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスを示すアンテナと、前記発振器と前記アンテナの間に接続され、少なくとも一つのインダクタまたは少なくとも一つのキャパシタを含み、第３のインピーダンスを提供するように構成されて、前記発振器から前記アンテナに向けて見た場合の前記第２のインピーダンス及び前記第３のインピーダンスの合成インピーダンスが、任意の周波数で前記搬送波を生成するよう前記発振器を促進するのに充分な大きさとなるようにしたネットワークとを備える。

本発明の別の適用例は、同様に無線通信システムにおいて任意の周波数で搬送波を生成する搬送波発振器を提供しうる。この搬送波発振器は、第１の周期信号を第１の周波数にて生成するように構成された第１の発振器と、少なくとも一つのインダクタと少なくとも一つのキャパシタとを含み前記第１の周期信号に基づいてアナログ又はデジタル調整回路を介して第２の周期信号を生成するように構成されたエネルギー貯蔵タンクと、前記エネルギー貯蔵タンクに合体され前記第２の周期信号の振幅を増幅させるように構成された増幅器とを有し、第１のインピーダンスを示す第２の発振器と、前記第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスを示すアンテナと、前記第２の発振器と前記アンテナの間に接続され、少なくとも一つのインダクタまたは少なくとも一つのキャパシタを含み、第３のインピーダンスを提供するよう構成されて、前記第２の発振器から前記アンテナに向けて見た場合の前記第２のインピーダンス及び前記第３のインピーダンスの合成インピーダンスが、任意の周波数で前記搬送波を生成するよう前記第２の発振器を促進するのに充分な大きさとなるようにしたネットワークとを備える。

本発明のさらに別の実施例は、同様に無線通信システムにおいて任意の周波数で搬送波を生成する搬送波発振器を提供しうる。この搬送波発振器は、前記搬送波を生成するように構成され第１のインピーダンスを示す第１の発振器と、前記第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスを示すアンテナと、前記第１の発振器と前記アンテナの間に接続され、第３のインピーダンスを提供するように構成されて、前記第１の発振器から前記アンテナに向けて見た場合の前記第２のインピーダンス及び前記第３のインピーダンスの合成インピーダンスが、任意の周波数で前記搬送波を生成するよう前記第１の発振器を促進するようにしたＬＣネットワークとを備える。

前記の要旨、及び以下の本発明の好ましい実施の形態の詳細な説明についても、添付の図面とともに読むことで、よりよく理解されよう。本発明を図解する目的で、図面には現在のところ好ましい実施の形態を示している。しかしながら、本発明は図示の配置及び手段に厳密に限定されるものでないことは言うまでもない。

以下に、添付の図面に示される、本発明の実施例について、詳細に述べる。同一もしくは類似の部位については、可能な限り同一の参照番号が使用される。

図２は、本発明の一実施例に対応する搬送波発振器２０のブロック線図である。図２を参照すると、搬送波発振器２０は、発振器２１と、インダクタキャパシタ（以下、「ＬＣ」）ネットワーク２２と、アンテナ２３とを含む。発振器２１は、ＬＣタンク２１−１と増幅器２１−２とを含む。ＬＣタンク２１−１はエネルギー貯蔵庫として役立ち、さらに一つ以上のインダクタと、一つ以上のキャパシタとを含む。一つ以上のインダクタのインダクタンス「Ｌ」、および一つ以上のキャパシタのキャパシタンス「Ｃ」に基づき、任意の搬送波周波数「Ｆ」は、以下に与えられる方程式によって定まる。

一実施例において、発振器２１は約３００〜４００メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲の周波数で搬送波信号を発生しうるが、この数値は異なる用途によって変わることがある。

増幅器２１−２は、搬送波信号の振幅を増幅するように構成されうる。発振器２１は、搬送波周波数を調整するための一つ以上のトリミングピン２１１と、変調器（図示せず）からの変調信号を受信するための一つ以上の変調ピン２１２とをさらに含む。発振器２１からの搬送波信号は、変調器の変調方式に基づき、アンテナ２３を介して送信されるべきメッセージを伝達するように変調されうる。

ＬＣネットワーク２２は、一つ以上のインダクタと、一つ以上のキャパシタ、またはその両方を含む。ＬＣネットワーク２２は、発振器２１の発振を容易にするのに十分な大きさのインピーダンスを提供するように構成されうる。一般に、アンテナ２３は、例えば、比較的小さいインピーダンスである５０オーム程度の抵抗を示しうる。ＬＣネットワーク２２を欠いた場合、発振器２１からアンテナ２３の方向を向いた発振器２１の出力側で、約５０オームの入力インピーダンスがありうる。しかしながら、発振器２１自体が、比較的高いインピーダンスを示すことがある。発振器２１がアンテナ２３に直接に接続されている場合、低インピーダンスのアンテナ２３は、発振器２１が発振できなくなるまでに発振器２１の増幅率を下げることがありうる。発振器２１とアンテナ２３の間にＬＣネットワーク２２を電気的に接続することによって、発振器２１の出力側からアンテナ２３を向いた合成インピーダンス「Ｚ」は、以下のように求めうる。

ここで、リアクタンス「Ｘ」は、ＬＣネットワーク２２によって寄与されうる、合成インピーダンスの虚数部である。インピーダンスＺは、ＬＣネットワーク２２が一つ以上のインダクタＸＬ=２πｆＬからなる場合、（Ｒ＋ｊＸＬ）と等しくなることがある。同様に、インピーダンスＺは、ＬＣネットワーク２２が一つ以上のキャパシタＸＣ＝−１／２πｆＣからなる場合、（Ｒ＋ｊＸＣ）と等しくなることがある。さらに、インピーダンスＺは、ＬＣネットワーク２２が一つ以上のインダクタと一つ以上のキャパシタとを含む場合、[Ｒ＋ｊ（ＸＬ＋ＸＣ）]と等しくなることがある。

図３Ａ〜図３Ｅは、図２に示される搬送波発振器２０の例示的な発振器３１〜３５の回路図である。図３Ａを参照すると、発振器３１は、インダクタＬとキャパシタＣ１およびＣ２とを有するＬＣタンクと、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタＭ１およびＭ２を有する増幅器とを含む。キャパシタＣ１およびＣ２の少なくとも一つは可変キャパシタを含み、発振器３１が任意の搬送波周波数を確実に発生できるようにする。発振器３１は、ＬＣネットワーク２２に接続される出力端子ＶＯを有し、「シングルエンド型」発振器と呼ばれる。

図３Ｂを参照すると、発振器３２は、インダクタＬ１およびＬ２と可変キャパシタＣとを有するＬＣタンクと、ＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４、Ｍ５を有する増幅器とを含む。発振器３２は、例えば図２に示されるＬＣネットワーク２２のようなＬＣネットワークにそれぞれが接続される出力端子ＶＯ１およびＶＯ２を有し、「完全微分型」発振器と呼ばれる。

図３Ｃを参照すると、発振器３３は、インダクタＬ１およびＬ２と可変キャパシタＣとを有するＬＣタンクと、Ｎ型ＭＯＳ（ＮＭＯＳ）トランジスタＭＮ１およびＭＮ２を有する増幅器とを含む。発振器３３はＮＭＯＳ型発振器と呼ばれる。

図３Ｄを参照すると、発振器３４は、インダクタＬ１およびＬ２と可変キャパシタＣとを有するＬＣタンクと、Ｐ型ＭＯＳ（ＰＭＯＳ）トランジスタＭＰ１およびＭＰ２を有する増幅器とを含む。発振器３４はＰＭＯＳ型発振器と呼ばれる。

図３Ｅを参照すると、発振器３５は、インダクタＬと可変キャパシタＣとを有するＬＣタンクと、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１およびＭＮ２とＰＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＭＰ２とを有する増幅器とを含む。発振器３５は相補ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）型発振器と呼ばれる。

図４Ａ〜図４Ｈまでは、図２に示される搬送波発振器２０の例示的なＬＣネットワーク２２−１〜２２−６の回路図である。図４Ａを参照すると、ＬＣネットワーク２２−１は、発振器２１とアンテナ２３の間に接続されたキャパシタＣと、発振器２１に並列に接続されたインダクタＬとを含む。発振器２１はシングルエンド型発振器を含む。

図４Ｂを参照すると、ＬＣネットワーク２２−２は、発振器２１とアンテナ２３の間のインダクタＬと、発振器２１に並列に接続されたキャパシタＣとを含む。

図４Ｃを参照すると、ＬＣネットワーク２２−３は、発振器２１とアンテナ２３の間に接続されたキャパシタＣと、発振器２１に並列に接続されたインダクタＬ１およびＬ２とを含む。

図４Ｄを参照すると、ＬＣネットワーク２２−４は、発振器２１とアンテナ２３の間に接続されたインダクタＬと、発振器２１に並列に接続されたキャパシタＣ１およびＣ２とを含む。

図４Ｅを参照すると、ＬＣネットワーク２２−５は、発振器２１とアンテナ２３の間に直列に接続されたキャパシタＣ１およびＣ２と、発振器２１に並列に接続されたインダクタＬとを含む。

図４Ｆを参照すると、ＬＣネットワーク２２−６は、発振器２１とアンテナ２３の間に直列に接続されたインダクタＬ１およびＬ２と、発振器２１に並列に接続されたキャパシタＣとを含む。当業者であれば、図２に示されるＬＣネットワーク２２には幅広い種類のＬＣネットワークが使用可能であることが理解できる。例えば、ＬＣネットワーク２２は、図４Ｇに示されるただ一つのインダクタ２２−７、または、図４Ｈに示されるただ一つのキャパシタ２２−８を含む。別の実施例において、ＬＣネットワーク２２は二つ以上のキャパシタと二つ以上のインダクタとを含む。

図５は、本発明の別の実施例に対応する搬送波発振器５０の概略ブロック線図である。図５を参照すると、搬送波発振器５０は、図３Ｂを参照して記載および図解される発振器３２のような完全微分型発振器を含む。発振器３２は、第１のＬＣネットワーク５２−１に接続される第１の出力ＶＯ１と、第２のＬＣネットワーク５２−２に接続される第２の出力ＶＯ２とを有する。第１のＬＣネットワーク５２−１および第２のＬＣネットワーク５２−２のそれぞれは、図４Ａ〜図４Ｈそれぞれを参照して記載および図解されるＬＣネットワーク２２−１〜２２−８のうちの一つを含む。

図６は、本発明のさらに別の実施例に対応する送信機アーキテクチャ６０の概略ブロック線図である。図６を参照すると、送信機アーキテクチャ６０は、図２を参照して記載および図解される搬送波発振器２０と、第１の発振器６１と、調節回路６３とを含む。第１の発振器６１は、例えば約１ＭＨｚの第１の周波数にて、第１の周期信号を発生するよう構成されうる。本実施例では、第１の発振器６１は、図示されるような水晶振動子６１−１と結晶回路６１−２とを含む。

調節回路６３は、位相周波数検出器（ＰＦＤ）６３−１と、電荷ポンプ（ＣＰ）６３−２と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６３−３と、分周器６３−４とをさらに含むアナログ回路を含む。ＰＦＤ６３−１は、入力として分周器６３−４を介して、第１の発振器６１から第１の周期信号を、及び発振器２１からフィードバック信号をそれぞれ受信し、搬送波周波数を調節するために、入力に基づく出力電圧をＣＰ６３−２およびＬＰＦ６３−３経由で生成しうる。発振器２１は、第１の周期信号に基づいて第２の周期信号、つまり搬送波を生成するよう構成されうる。

図７Ａは、本発明の別の実施例に対応する送信機アーキテクチャ７０の概略ブロック線図である。図７Ａを参照すると、送信機アーキテクチャ７０は、例えば調節回路７３が調節回路６３を置き換えることを除いて、図６を参照して記載および図解される送信機アーキテクチャ６０に類似している。調節回路７３は、ＰＦＤ７３−１と、有限状態機械（ＦＳＭ）７３−２と、分周器７３−４とをさらに含むデジタル回路を含む。ＰＦＤ７３−１は、排他論理和（ＸＯＲ）素子を含みうるがこれに限定はされず、ＦＳＭ７３−２は、論理ゲートとフリップフロップとを含む。ＦＳＭ７３−２は、発振器２１の搬送波周波数を調節するために、有意数「Ｎ」個の出力を発生しうる。別の実施例では、送信機アーキテクチャ７０においてＰＦＤ７３−１と置き換えるために、ＴＤＣ（ＴｉｍｅｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）を用いうる。

図７Ｂは、図７Ａに記載された送信機アーキテクチャ７０の例示的な発振器３３−１およびＦＳＭ７３−２の概略図である。図７Ｂを参照すると、図３Ｃを参照して記載および図解される発振器３３に類似している発振器３３−１は、周波数選択のためにＦＳＭ７３−２からの制御信号に基づいて調節されうる。具体的には、制御信号は、それぞれが論理値１もしくは論理値０を有するＮ個の出力Ｂ１〜ＢＮを介して送信されうる。さらに、発振器３３−１は、互いに並列に接続され、それぞれが直列に接続されたキャパシタをさらに含んだ、Ｎ個のセットのキャパシタＣ１〜ＣＮを含む。第１のキャパシタＣ１の例として、第１のキャパシタＣ１１と第２のキャパシタＣ１２が直列に接続されうるのに加え、第１のキャパシタＣ１１と第２のキャパシタＣ１２の間のある地点は第１のビットＢ１に接続されうる。発振器３３−１によって発生すべき搬送波周波数を３００〜４００ＭＨｚの間、および制御信号を８ビットつまりＮ=８とすると、ＦＳＭ７３−２からの値１１１１１１１１は、４００ＭＨｚの搬送波周波数を発生するように発振器３３−１を、３００ＭＨｚの搬送波周波数を発生するように値００００００００を、制御しうる。

図８は、本発明のさらに別の実施例に対応する送信機アーキテクチャ８０の概略ブロック線図である。図８を参照すると、送信機アーキテクチャ８０は、搬送波発振器２０と、デジタル制御回路８２と、及びメモリ８１とを備える。メモリ８１は、所定の周波数選択信号と変調データを格納しうる。搬送波発振器２０とメモリ８１の間に電気的に接続されたデジタル制御回路８２は、メモリ８１から周波数選択信号を読み出し、トリミングピン２１１を通し発振器２１へその信号を送信するように構成される。メモリ８１において、所定の周波数選択信号は、例えば、約３００ＭＨｚの搬送波周波数のための００００００００や、約４００ＭＨｚの搬送波周波数のための１１１１１１１１や、３００〜４００ＭＨｚの間の搬送周波数のための００００００００〜１１１１１１１１の間の他の値のような８ビットデジタル信号を含む。さらに、所定の変調データは、デジタル制御回路８２によってメモリ８１から読み出され、変調操作のために変調ピン２１２を通しデジタルビットとして発振器２１に送信される。

当業者であれば、上記実施例に対し、その広い発明の概念から離れることなく変更が可能であることが理解できよう。したがって、本発明は開示された特定の実施例に限定されることなく、添付の請求項によって定義される本発明の趣旨及び範囲内における変更を含むものとする。

従来の無線送信機の概略ブロック線図である。本発明の一実施例に対応する搬送波発振器の概略ブロック線図である。図２に示される搬送波発振器の例示的な発振器の回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的な発振器の回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的な発振器の回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的な発振器の回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的な発振器の回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的なＬＣネットワークの回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的なＬＣネットワークの回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的なＬＣネットワークの回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的なＬＣネットワークの回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的なＬＣネットワークの回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的なＬＣネットワークの回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的なＬＣネットワークの回路図である。図２に示される搬送波発振器の例示的なＬＣネットワークの回路図である。本発明の別の実施例に対応する搬送波発振器の概略ブロック線図である。本発明の一実施例に対応する送信機アーキテクチャの概略ブロック線図である。本発明の別の実施例に対応する送信機アーキテクチャの概略ブロック線図である。図７Ａに示される送信機アーキテクチャの例示的な発振器および有限状態機械（ＦＳＭ）の概略図である。本発明のさらに別の実施例に対応する送信機アーキテクチャの概略ブロック線図である。

符号の説明

１０無線送信機
１１水晶振動子
１２結晶回路
１３位相周波数検出器（ＰＦＤ）
１４電荷ポンプ（ＣＰ）
１５ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１６電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１７分周器
１８電力増幅器（パワーアンプＰＡ）
１９アンテナ
２０搬送波発振器
２１発振器
２１−１ＬＣタンク
２１−２増幅器
２２ＬＣネットワーク
２２−１〜２２−６ＬＣネットワーク
２２−７インダクタ
２２−８キャパシタ
２３アンテナ
３１〜３５発振器
３３−１発振器
５０搬送波発振器
５２−１第１のＬＣネットワーク
５２−２第２のＬＣネットワーク
６０送信機アーキテクチャ
６１第１の発振器
６１−１水晶振動子
６１−２結晶回路
６３調節回路
６３−１位相周波数検出器（ＰＦＤ）
６３−２電荷ポンプ（ＣＰ）
６３−３ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
６３−４分周器
７０送信機アーキテクチャ
７３調節回路
７３−１ＰＦＤ
７３−２有限状態機械（ＦＳＭ）
７３−４分周器
８０送信機アーキテクチャ
８１メモリ
８２デジタル制御回路
２１１トリミングピン
２１２変調ピン
Ｂ１〜ＢＮ出力
Ｃ可変キャパシタ
Ｃ１〜ＣＮキャパシタ
Ｃ１１第１のキャパシタ
Ｃ１２第２のキャパシタ
Ｌインダクタ
Ｍ１〜Ｍ２金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタ
Ｍ３〜Ｍ５ＭＯＳトランジスタ
ＭＮ１〜ＭＮ２Ｎ型ＭＯＳ（ＮＭＯＳ）トランジスタ
ＭＰ１〜ＭＰ２Ｐ型ＭＯＳ（ＰＭＯＳ）トランジスタ
ＰＡパワーアンプ
ＶＯ出力端子
ＶＯ１第１の出力
ＶＯ２第２の出力
ＸＣキャパシタ
ＸＬインダクタ
Ｚインピーダンス

Claims

無線通信システムにおいて任意の周波数で搬送波を生成する搬送波発振器であって、
該搬送波発振器は、
第１のインピーダンスを示し、搬送波を生成するように構成された第１の発振器と、
前記第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスを示すアンテナと、
少なくとも一つのインダクタまたは少なくとも一つのキャパシタを含み、第３のインピーダンスを提供するように構成されて、前記発振器から前記アンテナに向けて見た場合の前記第２のインピーダンス及び前記第３のインピーダンスの合成インピーダンスが、任意の周波数で前記搬送波を生成するよう前記発振器を促進するのに充分な大きさとなるようにした前記発振器と前記アンテナの間を接続するネットワークと、を備え、
前記第１の発振器は
少なくとも一つのインダクタと少なくとも一つのキャパシタとを含み周期信号を生成するように構成されたエネルギー貯蔵タンクと、前記エネルギー貯蔵タンクに合体され前記周期信号の振幅を増幅するように構成された増幅器と、
前記エネルギー貯蔵タンクの少なくとも１のキャパシタを調整するために構成された少なくとも１のトリミングピンと、
変調信号を受信するように構成された少なくとも１の変調ピンを有することを特徴とする搬送波発振器。
前記エネルギー貯蔵タンクの少なくとも一つの前記キャパシタの一つが可変キャパシタであることを特徴とする、請求項１に記載の搬送波発振器。
第２の周期信号を生成するように構成された第２の発振器をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の搬送波発振器。
更に前記第２の発振器と接続された位相周波数検出器をさらに備え、前記位相周波数検出器は分周器を介して入力として前記第２の発振器からの前記第２の周期信号及び前記第１の発振器からの第１の周期信号を受信することを特徴とする、請求項３に記載の搬送波発振器。
前記位相周波数検出器に接続された有限状態機械をさらに備え、前記有限状態機械は、複数の「Ｎ」出力ビットを含むことを特徴とする、請求項４に記載の搬送波発振器。
前記第１の発振器の前記エネルギー貯蔵タンクの少なくとも一つのキャパシタが他のキャパシタと並列に接続されていることを特徴とする、請求項５に記載の搬送波発振器。
前記発振器は、前記ネットワークの第１のサブネットワークに接続された第１の出力と、前記ネットワークの第２のサブネットワークに接続された第２の出力とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の搬送波発振器。
更に、周波数選択用既定信号を蓄積するメモリと、
前記メモリと前記発振器の間に電気的に接続されるデジタル制御回路と、を備え、
前記デジタル制御回路は前記メモリから前記既定信号を読み出すとともにそれを前記発振器へ少なくとも一つの前記トリミングピンを介して送信するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の搬送波発振器。
前記メモリはさらに既定モデュレーションデータを蓄積し、前記デジタル制御回路は前記メモリから前記モデュレーションデータを読み出し、少なくとも一つの前記モデュレーションピンを介してその読み出したデータを前記第１の発振器へ送信するように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の搬送波発振器。
少なくとも一つの変調ピンがモデュレータからの変調信号を受信するよう構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の搬送波発振器。