JP5034126B2

JP5034126B2 - 周波数変換装置

Info

Publication number: JP5034126B2
Application number: JP2009173937A
Authority: JP
Inventors: 純一笹山
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: JP2011029959A

Description

本発明は、周波数変換装置に関し、特に、周波数混合した信号と混合しない信号との双方を出力可能な装置に関する。

近年、ＴＤＭＡ方式、ＣＤＭＡ方式等の異なる通信方式に対応可能な送受信機の開発が盛んに行われており、例えば、特許文献１には、図１３に示すように、同相成分（Ｉ：In Phase component）の信号と、直交成分（Ｑ：Quadrature componet）の信号と、局部発振部８２からの局部発振（ＬＯ：Local Oscillation）信号とを混合する直交ミキサ部８１と、直交ミキサ部８１を迂回して信号を伝送する信号経路８３と、直交ミキサ部８１の出力と信号経路８３とのいずれか一方を選択する切替スイッチ部８４とを備えた受信機が提案されている。

上記受信機では、切替スイッチ部８４の選択動作を制御することで、後段回路（不図示）に対し、直交ミキサ部８１で混合した信号と、直交ミキサ部８１を介さない信号とを選択的に出力し得るように構成されている。

特開２００３−４６４０１号公報

しかし、特許文献１に記載の受信機においては、高周波動作に対応することが困難になるという問題がある。すなわち、トランスファゲートにより切替スイッチ部８４を構成したとすると、信号経路８３と後段回路を接続した際に、トランスファゲートのオン抵抗と後段回路の入力ゲートの容量成分とにより低域通過フィルタが構成される。その結果、伝送する信号の高域成分が減衰されるようになり、高周波信号の帯域劣化を招くことになる。

こうした問題を回避する手法の１つとして、直交ミキサ部８１を迂回する信号経路８３にバッファ回路を追加することが考えられるが、バッファ回路自体の回路規模が大きくなるため、受信機全体の回路規模の大規模化を招くという問題が生じる。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、周波数混合した信号と混合しない信号とを選択的に出力する周波数変換装置において、回路規模の増大を少なく抑えつつ、高周波動作に対応することが可能な周波数変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、周波数混合した信号と混合しない信号とを選択的に出力する周波数変換装置であって、第１信号及び第２信号を入力し、該第１信号を出力するとともに、切替信号に応じて前記第２信号と所定レベルに固定された第１固定信号とのいずれか一方を選択的に出力する第１スイッチ回路と、前記第１及び第２信号と周波数が異なる第３信号を入力し、前記切替信号に応じて前記第３信号と所定レベルに固定された第２固定信号とのいずれか一方を選択的に出力する第２スイッチ回路と、前記第１及び第２スイッチ回路の出力を入力し、入力状態に応じて、前記第１乃至第３信号を周波数混合して出力する状態と、前記第１乃至第３信号を混合せずに出力する状態とを切り替える周波数変換回路とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、周波数変換回路を迂回する信号経路が不要となり、高周波動作に対応するためのバッファ回路を設ける必要がなくなるため、回路規模の増大を少なく抑えつつ、高周波動作に対応することが可能になる。

上記周波数変換装置において、前記周波数変換回路が、前記第１スイッチ回路から前記第１及び第２信号が出力され、前記第２スイッチ回路から前記第３信号が出力されたときに、前記第１乃至第３信号を混合して出力し、前記第１スイッチ回路から前記第１信号及び前記第１固定信号が出力され、前記第２スイッチ回路から前記第２固定信号が出力されたときに、前記第１乃至第３信号を混合せずに出力するように構成することができる。

上記周波数変換装置において、前記第１スイッチ回路が、前記第１信号を入力する第１入力部と、該第１入力部に対応して設けられる一対の第１出力部と、前記第２信号を入力する第２入力部と、該第２入力部に対応して設けられる一対の第２出力部とを備え、前記第１出力部の一方に前記第１信号を出力するとともに、他方に該第１信号と前記第１固定信号のいずれか一方を選択的に出力し、前記第２出力部の一方に前記第２信号を出力するとともに、他方に該第２信号と前記第１固定信号のいずれか一方を選択的に出力するように構成することができる。

上記周波数変換装置において、前記周波数変換回路が、前記第１出力部の一方からの出力と、前記第２出力部の他方からの出力と、前記第２スイッチ回路の出力とを入力し、前記第１乃至第３信号を周波数混合した混合信号と前記第１信号のいずれか一方を出力する第１変換部と、前記第２出力部の一方からの出力と、前記第１出力部の他方からの出力と、前記第２スイッチ回路の出力とを入力し、前記第１乃至第３信号を周波数混合した混合信号と前記第２信号のいずれか一方を出力する第２変換部とを備えることができる。

上記周波数変換装置において、前記第１信号を同相成分（Ｉ：In Phase component）の信号とし、前記第２信号を直交成分（Ｑ：Quadrature componet）の信号とし、前記第３信号を局部発振（ＬＯ：Local Oscillation）信号とすることができる。

以上のように、本発明によれば、周波数混合した信号と混合しない信号とを選択的に出力する周波数変換装置において、回路規模の増大を少なく抑えつつ、高周波動作に対応することが可能になる。

本発明にかかる周波数変換装置の一実施の形態を示す構成図である。図１の第１スイッチ回路の構成を示す回路図である。図１の第２スイッチ回路の構成を示す回路図である。図１の周波数変換回路の構成を示す回路図である。第１スイッチ回路の入力を示す波形図である。第２スイッチ回路の入力を示す波形図である。第１スイッチ回路の出力を示す波形図である。第２スイッチ回路の出力を示す波形図である。周波数変換回路の出力を示す波形図である。第１スイッチ回路の出力を示す波形図である。第２スイッチ回路の出力を示す波形図である。周波数変換回路の出力を示す波形図である。従来の受信機を示す構成図である。

次に、発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、周波数変換装置への入力信号として、同相成分（Ｉ：In Phase component）の信号、直交成分（Ｑ：Quadrature componet）の信号、及び、局部発振（ＬＯ：Local Oscillation）信号を用いる場合を例にとって説明する。

図１は、本発明にかかる周波数変換装置の一実施の形態を示し、この周波数変換装置１は、大別して、第１スイッチ回路２、第２スイッチ回路４及び周波数変換回路６から構成される。

第１スイッチ回路２は、入力端子２１、２２を通じてＩ信号及びＱ信号を入力し、それらの信号を４つの出力端子２１ａ〜２２ｂに振り分けつつ、出力状態を切り替えて出力する。尚、Ｉ信号及びＱ信号は、何れも差動伝送用の信号であり、互いに逆相となる一対の信号から構成される（図５（ａ）、（ｂ）参照）。

第１のスイッチ回路２において、Ｉ信号を受信する入力端子２１には、常時、Ｉ信号を出力端子２１ａへ出力する第１信号経路２１ｃと、Ｉ信号を選択的に出力端子２１ｂへ出力する第２信号経路２１ｄとが接続される。また、Ｑ信号を受信する入力端子２２には、常時、Ｑ信号を出力端子２２ａへ出力する第１信号経路２２ｃと、Ｑ信号を選択的に出力端子２２ｂへ出力する第２信号経路２２ｄとが接続される。

図２は、第１スイッチ回路２の構成を示す回路図である。尚、差動伝送を行う場合、互いに逆相となる一対の信号を伝送するための２本の信号線が必要になるが、同図においては、１本の信号線のみを示し、簡略的に図示している。

図２に示すように、入力端子２１に接続される第２信号経路２１ｄ上には、外部から入力される切替信号ＳＳ、及びインバータ２１ｅを介した反転信号に応じて導通するトランスファゲート２１ｄ−１と、切替信号ＳＳの反転信号をゲートに受け、出力端子２１ｂからの出力信号を選択的にＬｏｗレベルに固定するスイッチ素子２１ｄ−２とが配置される。

また、負荷整合を図るため、第１信号経路２１ｃにもトランスファゲート２１ｃ−１及びスイッチ素子２１ｃ−２が配置される。但し、これらの素子２１ｃ−１、２は、切替信号ＳＳに関係なく、入力端子２１に入力された信号（Ｉ信号）を出力端子２１ａへ伝送するように構成される。

図２では図示を省略しているが、出力端子２１ｂ、２１ａの各々から差動伝送信号を出力するため、図示の第１及び第２信号経路２１ｃ、２１ｄとは別に、逆相のＩ信号を伝送するための第１及び第２信号経路が配置される。この際、逆相用の第１信号経路は、Ｉ信号（逆相の信号）を出力端子２１ａ（逆相側）へそのまま伝送するように構成され、一方、逆相用の第２信号経路は、図示の第２信号経路２１ｄと同様に、出力端子２１ｂ（逆相側）の出力を切替信号ＳＳに応じて選択的にＬｏｗレベルへ固定するように構成される。

さらに、入力端子２２に繋がる第１及び第２信号経路２２ｃ、２２ｄにも、上記と同様、トランスファゲート２２ｃ−１、２２ｄ−１及びスイッチ素子２２ｃ−２、２２ｄ−２が配置される。

図１に戻り、第２スイッチ回路４は、局部発振部８から出力される局部発振信号ＬＯを入力し、局部発振信号ＬＯをそのまま出力するか、所定のレベルに固定された信号を出力するかを切り替えて出力する。尚、局部発振部８からは、第１局部発振信号ＬＯ１（位相０°）と、同信号ＬＯ１と位相が９０°異なる第２局部発振信号ＬＯ２（位相９０°）とが出力され、各々、第２スイッチ回路４の入力端子４１、入力端子４２に出力される。また、第１及び第２局部発振信号ＬＯ１、ＬＯ２においても、Ｉ信号及びＱ信号と同様、差動伝送用の信号で構成される（図６（ａ）、（ｂ）参照）。

図３は、第２スイッチ回路４の構成を示す回路図である。同図においては、図２の場合と異なり、差動伝送用の一対の信号線を省略せずに図示している。

図３に示すように、第１局部発振信号ＬＯ１を伝送する信号経路４５（４５ａ、４５ｂ）には、切替信号ＳＳ及びインバータ５１を介した反転信号に応じて導通するトランスファゲート４６（４６ａ、４６ｂ）と、切替信号ＳＳ又は反転信号をゲートに受け、出力端子４３の出力をＨｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルに固定するためのスイッチ素子４７、４８（４７ａ〜４８ｂ）とが配置される。尚、第２局部発振信号ＬＯ２を伝送する信号経路４９（４９ａ、４９ｂ）にも、トランスファゲート５０（５０ａ、５０ｂ）及びスイッチ素子５１、５２（５１ａ〜５２ｂ）が配置される。

図１に戻り、周波数変換回路６は、第１スイッチ回路２からの出力と、第２スイッチ回路４からの出力とを取り込み、Ｉ信号、Ｑ信号及び局部発振信号ＬＯを周波数混合して出力するか、それらを混合せずに出力するかを切り替えて出力する。

周波数変換回路６には、第１変換部６１及び第２変換部６２からなる２系の変換部が設けられる。第１変換部６１には、第１スイッチ回路２の出力端子２１ａからの出力信号と、第２スイッチ回路４からの第１局部発振信号ＬＯ１とを混合する第１ミキサ６１ａと、第１スイッチ回路２の出力端子２１ａからの出力信号と、第１局部発振信号ＬＯ１とを混合する第２ミキサ６１ｂとが配置される。

一方、第２変換部６２には、第１スイッチ回路２の出力端子２１ｂからの出力信号と、第２スイッチ回路４からの第２局部発振信号ＬＯ２とを混合する第１ミキサ６２ａと、第１スイッチ回路２の出力端子２２ａからの出力信号と、第２局部発振信号ＬＯ２とを混合する第２ミキサ６２ｂとが配置される。

図４は、周波数変換回路６の構成を示す回路図である。同図においては、図３の場合と同様に、差動伝送用の一対の信号線を省略せずに図示している。また、第１及び第２変換部６１、６２は、同様の構成を有するため、ここでは、第２変換部６２に関する説明を省略する。

図４に示すように、第１変換部６１において、第１ミキサ６１ａは、第２スイッチ回路４の出力端子４３（図３参照）からの出力をゲートに受ける差動対トランジスタ６１ａ−１と、差動対トランジスタ６１ａ−１と出力信号線６６ａの間に配置され、第１スイッチ回路２の出力端子２１ａ（図２参照）からの出力信号をゲートに受ける差動対トランジスタ６１ａ−２、３等から構成される。一方、第２ミキサ６１ｂは、第２スイッチ回路４の出力端子４４（図３参照）からの出力をゲートに受ける差動対トランジスタ６１ｂ−１と、差動対トランジスタ６１ｂ−１と出力信号線６６ａの間に配置され、第１スイッチ回路２の出力端子２２ａ（図２参照）からの出力信号をゲートに受ける差動対トランジスタ６１ｂ−２、３等から構成される。

次に、上記構成を有する周波数変換装置１の動作について、図１〜図１２を参照しながら説明する。尚、図５〜図１２に示す波形は、いずれも差動波形を示したものである。また、ここでは、第１スイッチ回路２の入力端子２１、２２へ図５（ａ）、（ｂ）に示す信号を入力し、第２スイッチ回路４の入力端子４１、４２へ図６（ａ）、（ｂ）に示す信号を入力するものとする。

Ｉ信号、Ｑ信号及び局部発振信号ＬＯを混合して出力する場合には、切替信号ＳＳをＨｉｇｈレベルに設定する。この場合、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１スイッチ回路２の出力端子２１ａ、２１ｂの双方からＩ信号が出力されるとともに、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、出力端子２２ａ、２２ｂの双方からＱ信号が出力される。

また、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第２スイッチ回路４の出力端子４３、４４からも、各々、第１及び第２局部発振信号ＬＯ１、ＬＯ２が出力される。

そして、周波数変換回路６の第１変換部６１において、図４に示す差動対トランジスタ６１ａ−２、３と接続される入力端子６３にＩ信号が入力されるとともに、差動対トランジスタ６１ｂ−２、３と接続される入力端子６４にＱ信号が入力され、さらに、差動対トランジスタ６１ａ−１、６１ｂ−１と接続される入力端子６５に第１局部発振信号ＬＯ１が入力される。これらの結果、Ｉ信号、Ｑ信号及び第１局部発振信号ＬＯ１が周波数混合され、第１変換部６１の出力端子６６からは、図９（ａ）に示す混合信号（変調信号）がＲＦ信号として出力される。

このことは、第２変換部６２においても同様であり、各入力端子６７、６８、６９（図４参照）にＩ信号、Ｑ信号及び第２局部発振信号ＬＯ２が入力されるとともに、それらの信号が周波数混合され、第２変換部６２の出力端子７０からは、図９（ｂ）に示す混合信号が出力される。

一方、Ｉ信号、Ｑ信号及び局部発振信号ＬＯを混合せずに出力する場合には、切替信号ＳＳをＬｏｗレベルに設定する。この場合、図１０（ａ）、（ｄ）に示すように、第１スイッチ回路２の出力端子２１ａ、２２ａのみからＩ信号及びＱ信号が出力され、出力端子２１ｂ、２２ｂの出力は、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｌｏｗレベルに固定される。

また、第２スイッチ回路４においても、第１及び第２局部発振信号ＬＯ１、ＬＯ２の出力が停止され、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、出力端子４３、４４の出力がＬｏｗレベル又はＨｉｇｈレベルに固定される。

これらの結果、周波数変換回路６の第１変換部６１では、図４に示す入力端子６３にＩ信号が入力される一方で、入力端子６４への入力はＬｏｗレベルに固定される。また、入力端子６５への入力も、差動信号の一方がＨｉｇｈレベルに固定され、他方がＬｏｗレベルに固定される。

上記の際、差動対トランジスタ６１ｂ−２、６１ｂ−３への入力をＬｏｗレベルとすることで、第１変換部６１の第２ミキサ６１ｂが停止し、また、差動対トランジスタ６１ａ−１への入力をＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルとすることで、差動対トランジスタ６１ａ−２、６１ａ−３のいずれか１つの入力が出力端子６６に出力されるようになる。その結果、出力端子６６からは、図１２（ａ）に示すように、混合されていない状態の信号（図５（ａ）に示すＩ信号と同一の信号）が出力される。

また、第２変換部６２においても、上記と同様、信号が混合されることがなく、第２変換部６２の出力端子７０からは、図１２（ｂ）に示すように、混合されていない状態の信号（図５（ｂ）に示すＱ信号と同一の信号）が出力される。

以上のように、本実施の形態においては、周波数変換回路６の入力状態を切替信号ＳＳで変化させることにより、周波数混合を行う状態と周波数混合を行わない状態を切り替えるようにしている。すなわち、信号経路の切り替えに頼るのではなく、動作状態を切り替えることで、混合信号と非混合信号を選択的に出力するため、周波数変換回路６を迂回する信号経路が不要となり、高周波動作に対応するためのバッファ回路を設ける必要がなくなる。

その一方で、第１及び第２スイッチ回路２、４等の追加回路が必要となるが、これらは、バッファ回路に比べて回路規模が小さくて済むため、回路規模の増大を少なく抑えつつ、高周波動作に対応することが可能になる。

尚、上記実施の形態においては、差動伝送方式により信号を伝送する場合を例示したが、本発明は、シングルエンド伝送方式により信号を伝送する場合にも広く適用することが可能である。

１周波数変換装置
２第１スイッチ回路
４第２スイッチ回路
６周波数変換回路
８局部発振部
２１、２２入力端子
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ出力端子
２１ｃ、２２ｃ第１信号経路
２１ｄ、２２ｄ第２信号経路
２１ｃ−１、２１ｄ−１トランスファゲート
２１ｃ−２、２１ｄ−２スイッチ素子
２２ｃ−１、２２ｄ−１トランスファゲート
２２ｃ−２、２２ｄ−２スイッチ素子
２１ｅ、２２ｅインバータ
４１（４１ａ、４１ｂ）入力端子
４２（４２ａ、４２ｂ）入力端子
４３（４３ａ、４３ｂ）出力端子
４４（４４ａ、４４ｂ）出力端子
４５（４５ａ、４５ｂ）信号経路
４６（４６ａ、４６ｂ）トランスファゲート
４７（４７ａ、４８ｂ）スイッチ素子
４８（４８ａ、４８ｂ）スイッチ素子
４９（４９ａ、４９ｂ）信号経路
５０（５０ａ、５０ｂ）トランスファゲート
５１インバータ
６１第１変換部
６２第２変換部
６１ａ、６２ａ第１ミキサ
６１ｂ、６２ｂ第２ミキサ
６１ａ−１、６１ａ−２、６１ａ−３差動対トランジスタ
６１ｂ−１、６１ｂ−２、６１ｂ−３差動対トランジスタ
６３、６４、６５入力端子
６６出力端子
６６ａ出力信号線
６７、６８、６９入力端子
７０出力端子

Claims

周波数混合した信号と混合しない信号とを選択的に出力する周波数変換装置であって、
第１信号及び第２信号を入力し、該第１信号を出力するとともに、切替信号に応じて前記第２信号と所定レベルに固定された第１固定信号とのいずれか一方を選択的に出力する第１スイッチ回路と、
前記第１及び第２信号と周波数が異なる第３信号を入力し、前記切替信号に応じて前記第３信号と所定レベルに固定された第２固定信号とのいずれか一方を選択的に出力する第２スイッチ回路と、
前記第１及び第２スイッチ回路の出力を入力し、入力状態に応じて、前記第１乃至第３信号を周波数混合して出力する状態と、前記第１乃至第３信号を混合せずに出力する状態とを切り替える周波数変換回路とを備えることを特徴とする周波数変換装置。
前記周波数変換回路は、
前記第１スイッチ回路から前記第１及び第２信号が出力され、前記第２スイッチ回路から前記第３信号が出力されたときに、前記第１乃至第３信号を混合して出力し、
前記第１スイッチ回路から前記第１信号及び前記第１固定信号が出力され、前記第２スイッチ回路から前記第２固定信号が出力されたときに、前記第１乃至第３信号を混合せずに出力することを特徴とする請求項１に記載の周波数変換装置。
前記第１スイッチ回路は、
前記第１信号を入力する第１入力部と、該第１入力部に対応して設けられる一対の第１出力部と、前記第２信号を入力する第２入力部と、該第２入力部に対応して設けられる一対の第２出力部とを備え、
前記第１出力部の一方に前記第１信号を出力するとともに、他方に該第１信号と前記第１固定信号のいずれか一方を選択的に出力し、
前記第２出力部の一方に前記第２信号を出力するとともに、他方に該第２信号と前記第１固定信号のいずれか一方を選択的に出力することを特徴とする請求項１に記載の周波数変換装置。
前記周波数変換回路は、
前記第１出力部の一方からの出力と、前記第２出力部の他方からの出力と、前記第２スイッチ回路の出力とを入力し、前記第１乃至第３信号を周波数混合した混合信号と前記第１信号のいずれか一方を出力する第１変換部と、
前記第２出力部の一方からの出力と、前記第１出力部の他方からの出力と、前記第２スイッチ回路の出力とを入力し、前記第１乃至第３信号を周波数混合した混合信号と前記第２信号のいずれか一方を出力する第２変換部とを備えることを特徴とする請求項３に記載の周波数変換装置。
前記第１信号が同相成分（Ｉ：In Phase component）の信号であり、前記第２信号が直交成分（Ｑ：Quadrature componet）の信号であり、前記第３信号が局部発振（ＬＯ：Local Oscillation）信号であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の周波数変換装置。