JP5044674B2

JP5044674B2 - 周波数変換器及びこれを用いた送信機

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Publication number: JP5044674B2
Application number: JP2010073702A
Authority: JP
Inventors: 洋昭星野; 敏也三友
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP2011205600A; US8594593B2; US20110235739A1

Description

本発明は、周波数変換器及びこれを用いた送信機に関する。

無線装置に用いる周波数変換器として、アクティブ型ダブルバランスミキサが広く用いられている。しかし、アクティブ型ダブルバランスミキサはミキサ段で電流を消費してしまい，低消費電力化が困難である。そこで、消費電力が小さい周波数変換器としてパッシブ型ダブルバランスミキサが知られている。（例えば非特許文献１参照。）。

Ｗ．Ｒｅｄｍａｎ−Ｗｈｉｔｅ，ｅｔａｌ．， "１／ｆｎｏｉｓｅｉｎｐａｓｓｉｖｅＣＭＯＳｍｉｘｅｒｓｆｏｒｌｏｗａｎｄｚｅｒｏＩＦｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｒｅｃｅｉｖｅｒｓ，" Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２７ｔｈＥｕｒｏｐｅａｎＳｏｌｉｄ−ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００１，ｐｐ．４１−４４

しかし、上述した非特許文献１に開示されるパッシブ型ダブルバランスミキサでは、スイッチングトランジスタの寄生容量の充放電により、ミキサ入力側から見た入力インピーダンスが低下してしまうという問題がある。特に、近年の無線装置では、ローカル信号の周波数を複数切り替えられる無線装置が知られている。このように、周波数が異なるローカル信号がパッシブ型ダブルバランスミキサに入力されると、入力インピーダンスの低下がローカル信号の周波数によって変化してしまうという問題が発生する。
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであって、ローカル信号の周波数が変化しても入力インピーダンスの低下を一定にできる周波数変換器及びこれを用いた送信機を提供する。

本発明の一観点によると、正相入力端子及び逆相入力端子に入力される正相入力信号及び逆相入力信号の周波数を変換し、正相出力端子及び逆相出力端子から出力する周波数変換器であって、ソース端子が前記正相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記正相出力端子に接続され、ゲート端子に正相ローカル信号が入力される第１トランジスタと、ソース端子が前記正相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記逆相出力端子に接続され、ゲート端子に逆相ローカル信号が入力される第２トランジスタと、を有する第１トランジスタ対と、ソース端子が前記逆相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記正相出力端子に接続され、ゲート端子に前記逆相ローカル信号が入力される第３トランジスタと、ソース端子が前記逆相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記逆相出力端子に接続され、ゲート端子に前記正相ローカル信号が入力される第４トランジスタと、を有する第２トランジスタ対と、一端が前記正相入力端子に接続され、他端が前記逆相入力端子に接続され、前記正相及び逆相ローカル信号の周波数に応じてインピーダンス値が変化する可変インピーダンス回路と、を備えることを特徴とする周波数変換器を提供する。

本発明によれば、ローカル信号の周波数が変化しても入力インピーダンスの低下を一定にできる周波数変換器及びこれを用いた送信機を提供することができる。

第１実施形態に係る周波数変換器１００を示す図。可変インピーダンス回路１０３の一例を示す図。第２実施形態に係る周波数変換器２００を示す図。第２実施形態に係る可変インピーダンス回路２０３を示す図。第３実施形態に係る周波数変換器３００を示す図。第５−１スイッチ部Ｓ３１１の一例を示す図。第５−１スイッチ部Ｓ４１１の一例を示す図。第４実施形態に係る周波数変換器５００を示す図。第２５スイッチ部Ｓ２５の一例を示す図。第６実施形態に係る送信機を示す図。

以下、図面を参照し本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例中では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとし、重ねての説明を省略する。

（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態に係る周波数変換器１００を示す。周波数変換器１００は、正相入力端子ＢＢ＋及び逆相入力端子ＢＢ−に入力される正相入力信号及び逆相入力信号の周波数を正相及び逆相ローカル信号を用いて変換し、正相出力端子ＲＦ＋及び逆相出力端子ＲＦ−から出力する。

周波数変換器１００は、正相入力信号の周波数を変換する第１トランジスタ対１０１と、逆相入力信号の周波数を変換する第２トランジスタ対１０２と、正相及び逆相ローカル信号の周波数に応じてインピーダンス値が変化する可変インピーダンス回路１０３と、可変インピーダンス回路１０３を制御する制御部１０４と、を備える。本実施形態では、周波数変換器１００が制御部１０４を有する構成を示しているが、制御部１０４を周波数変換器１００の外部に設けてもよい。

第１トランジスタ対１０１は、ソース端子が正相入力端子ＢＢ＋に接続され、ドレイン端子が正相出力端子ＲＦ＋に接続され、ゲート端子に正相ローカル信号が入力される第１トランジスタＭ１と、ソース端子が正相入力端子ＢＢ＋に接続され、ドレイン端子が逆相出力端子ＲＦ−に接続され、ゲート端子に逆相ローカル信号が入力される第２トランジスタＭ２と、を備える。

第２トランジスタ対１０２は、ソース端子が逆相入力端子ＢＢ−に接続され、ドレイン端子が正相出力端子ＲＦ＋に接続され、ゲート端子に逆相ローカル信号が入力される第３トランジスタＭ３と、ソース端子が逆相入力端子ＢＢ−に接続され、ドレイン端子が逆相出力端子ＲＦ−に接続され、ゲート端子に正相ローカル信号が入力される第４トランジスタＭ４と、を備える。以下、第１〜第４トランジスタＭ１〜Ｍ４をトランジスタとも称する。

正相及び逆相ローカル信号（以下、正相及び逆相ローカル信号をあわせてローカル信号とも称する。）は、例えば図示しない発振器から入力される。発振器は、周波数の異なる複数のローカル信号を生成する。従って、周波数変換器１００には周波数の異なるローカル信号が入力される。

可変インピーダンス回路１０３は、一端が正相入力端子ＢＢ＋に接続され、他端が逆相入力端子ＢＢ−に接続され、ローカル信号の周波数に応じてインピーダンス値が変化する。

図２を用いて、可変インピーダンス回路１０３の一例を説明する。可変インピーダンス回路１０３は、一端が正相入力端子ＢＢ＋に接続された第１の抵抗Ｒｋ１と、一端が逆相入力端子ＢＢ−に接続された第２の抵抗Ｒｋ２と、一端が第１の抵抗の他端に、他端が第２の抵抗の他端に接続されたスイッチと、を有する複数の抵抗部１０３−ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ、ｎは２以上の整数）とを有する。図２ではスイッチとして、トランジスタＭｋ１を用いている。トランジスタＭｋ１のゲート端子は制御部１０４に接続されている。可変インピーダンス回路１０３は、複数の抵抗部１０３−ｋのスイッチＭｋ１をオン・オフすることでインピーダンス値を変化させる。

図１に戻り、本実施形態に係る周波数変換器１００の動作を説明する。

正相入力信号は、正相入力端子ＢＢ＋から第１トランジスタＭ１及び第２トランジスタＭ２のソース端子に入力される。逆相入力信号は、逆相入力端子ＢＢ−から第３トランジスタＭ３及び第４トランジスタＭ４のソース端子に入力される。

正相入力信号は、第１トランジスタＭ１で正相ローカル信号とミキシングされ第１信号となる。逆相入力信号は、第３トランジスタＭ３で逆相ローカル信号とミキシングされ第３信号となる。第１信号及び第３信号の和が正相出力信号として正相出力端子ＲＦ＋から出力される。具体的には、第１トランジスタＭ１と第３トランジスタＭ３は、ローカル信号の周波数に応じて相補的に動作する。つまり、第１トランジスタＭ１が動作している間は、第３トランジスタＭ３が動作を停止しており、第１信号が正相出力信号として出力される。一方、第３トランジスタＭ３が動作している間は、第１トランジスタＭ１が動作を停止しており、第３信号が正相出力信号として出力される。第１信号と第３信号とが出力される周期は、ローカル信号の周波数で決定する。

正相入力信号は、第２トランジスタＭ２で逆相ローカル信号とミキシングされ第２信号となる。逆相入力信号は第４トランジスタＭ４で正相ローカル信号とミキシングされ第４信号となる。第２信号及び第４信号の和が逆相出力信号として逆相出力端子ＲＦ−から出
力される。具体的には、第２トランジスタＭ２と第４トランジスタＭ４は、ローカル信号の周波数に応じて相補的に動作する。つまり、第２トランジスタＭ２が動作している間は、第４トランジスタＭ４が動作を停止しており、第２信号が逆相出力信号として出力される。一方、第４トランジスタＭ４が動作している間は、第２トランジスタＭ２が動作を停止しており、第４信号が逆相出力信号として出力される。第２信号と第４信号とが出力される周期は、ローカル信号の周波数で決定する。

ここで、第１〜４トランジスタＭ１〜Ｍ４にはゲート端子とドレイン端子の間に寄生容量Ｃｇｄが生じる。第１〜４トランジスタＭ１〜Ｍ４がローカル信号の周波数に応じてオン・オフを繰り返すスイッチングトランジスタとして動作する。そのため、寄生容量Ｃｇｄも、ローカル信号の周波数に応じて充放電を繰り返すスイッチングキャパシタとして動作する。周波数変換器１００の正相及び逆相入力端子からみた入力インピーダンスＺは、寄生容量の影響により、Ｚ＝１／（４＊Ｃｇｄ＊ｆＬＯ）となる。ただし、ｆＬＯは、ローカル信号の周波数である。上述したようにローカル信号の周波数は、ｆＬＯ１，ｆＬＯ２・・・と複数の値をとる。これに従い、周波数変換器１００の入力インピーダンスＺも１／（４＊Ｃｇｄ＊ｆＬＯ１）、１／（４＊Ｃｇｄ＊ｆＬＯ２）・・・と複数の値に変化する。

周波数変換器１００の入力インピーダンスＺが変化すると、例えば前段に接続されるフィルタの特性に影響を及ぼす。そこで、本実施形態に係る周波数変換器１００では、制御部１０４が可変インピーダンス回路１０３のスイッチＭｋを制御し可変インピーダンス回路１０３のインピーダンス値を変化させる。具体的には、可変インピーダンス回路１０３は、制御部１０４の指示に従い、抵抗値がＲ＝（１／Ｚ−４ｆＬＯ＊Ｃｇｄ）^−１となるよう複数の抵抗部１０３−ｋのスイッチＭｋをオン・オフする。

以上のように、本実施形態の周波数変換器１００は、第１〜４トランジスタＭ１〜Ｍ４の影響により入力インピーダンスが低下することを抑制できる。特に、ローカル信号の周波数ｆＬＯに応じて可変インピーダンス回路１０３の抵抗値がＲ＝（１／Ｚ−４ｆＬＯ＊Ｃｇｄ）^−１とすることで、ローカル信号の周波数ｆＬＯが変化しても入力インピーダンスＺを一定とすることができる。

（第２実施形態）
図３を用いて本実施形態に係る周波数変換器２００を説明する。周波数変換器２００は、図２に示す可変インピーダンス回路１０３の代わりに図４に示す可変インピーダンス回路２０３を有している。また、周波数変換器２００は、制御部１０４を有していない。

図４に示す可変インピーダンス回路２０３は、第１キャパシタ部２１１及び第２キャパシタ部２１２を有している。

第１キャパシタ部２１１は、複数の第１キャパシタＣ１ｋと、第１〜第３スイッチＭ１３〜Ｍ１５を有している。第１スイッチＭ１３は、一端が正相入力端子ＢＢ＋に接続され、他端が複数の第１キャパシタＣ１ｋに接続される。第１スイッチＭ１３は、正相ローカル信号の値に応じてオン・オフする。第２スイッチＭ１４は、一端が逆相入力端子ＢＢ−に接続され、他端が複数の第１キャパシタＣ１ｋに接続される。第２スイッチＭ１４は、正相ローカル信号の値に応じてオン・オフする。第３スイッチＭ１５は、一端が第１スイッチＭ１３の他端に接続され、他端が第２スイッチＭ１４の他端に接続される。第３スイッチＭ１５は、逆相ローカル信号の値に応じて、第１，２スイッチＭ１３，Ｍ１４と相補的にオン・オフする。

第２キャパシタ部２１２は、複数のキャパシタＣ２ｋ、第４〜第６スイッチＭ２３〜Ｍ２５を有している。第４スイッチＭ２３は、一端が正相入力端子ＢＢ＋に接続され、他端が複数の第２キャパシタＣ２ｋに接続される。第４スイッチＭ２３は、逆相ローカル信号の値に応じてオン・オフする。第５スイッチＭ２４は、一端が逆相入力端子ＢＢ−に接続され、他端が複数の第２キャパシタＣ２ｋに接続される。第５スイッチＭ２４は、逆相ローカル信号の値に応じてオン・オフする。第６スイッチＭ２５は、一端が第４スイッチＭ２３の他端に接続され、他端が第５スイッチＭ２４の他端に接続される。第６スイッチＭ２５は、正相ローカル信号の値に応じて、第４，５スイッチと相補的にオン・オフする。

第１キャパシタ部２１１及び第２キャパシタ部２１２は、ローカル信号の周波数に応じて充放電を行うスイッチングキャパシタとして動作する。つまり、第１キャパシタ部２１１及び第２キャパシタ部２１２の容量値がローカル信号の周波数によって変化する。第１キャパシタ部２１１の複数のキャパシタＣ１ｋの容量、及び第２キャパシタ部２１２の複数のキャパシタＣ２ｋの容量の和をＣｖとすると、Ｃｖが、Ｃｖ＝１／（Ｚ・ｆＬＯ）−４Ｃｇｄを満たすように複数のキャパシタＣ１ｋ、Ｃ２ｋを設定する。なおＺは周波数変換器２００の所望の入力インピーダンス値であり、周波数変換器２００の前段に設けられる回路の出力インピーダンスに応じて決まる値である。Ｃｖの値を上述した式を満たすように設定することで、ローカル信号の周波数ｆＬＯによらず、所望の入力インピーダンス値Ｚを実現することができる。

以上のように、本実施形態に係る周波数変換器２００は、第１実施形態の周波数変換器１００と同様の効果が得られるとともに、周波数変換器２００の設計時に所望の入力インピーダンス値Ｚを実現できるよう複数のキャパシタＣ１ｋ、Ｃ２ｋの容量を設定することで、可変インピーダンス回路２０３を制御する必要がない。

（第３実施形態）
図５を用いて本実施形態に係る周波数変換器３００を説明する。周波数変換器３００は、可変インピーダンス回路１０３を有していない点で図１の周波数変換器１００と異なる。周波数変換器３００は、第５−ｓ〜８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓ（ｓ＝１，２，・・・，ｍ、ｍは１以上の整数）を有しており、第５−１〜８−１、第５−２〜８−２スイッチ部Ｓ３１１〜Ｓ３４１，Ｓ３１２〜Ｓ３４２によって正相出力端子ＲＦ＋に接続される第５−ｓ〜８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓ及び第１〜４トランジスタＭ１〜Ｍ４を選択することで、周波数変換器３００の入力インピーダンスが一定となるようにしている。

第１トランジスタＭ１及び第５−ｓトランジスタＭ３１ｓは、ソース端子が第５−１スイッチ部Ｓ３１１に接続され、ドレイン端子が第５−２スイッチ部Ｓ３１２に接続される。第１トランジスタＭ１及び第５−ｓトランジスタＭ３１ｓのゲート端子には正相ローカル信号が入力される。第５−１スイッチ部Ｓ３１１は、一端が正相入力端子ＢＢ＋に接続されており、図示しない制御部からの指示に従い、正相入力端子ＢＢ＋と接続されるトランジスタを、第１トランジスタＭ１及び第５−ｓトランジスタＭ３１ｓを選択する。第５−２スイッチ部Ｓ３１２は、一端が正相出力端子ＲＦ＋に接続されており、図示しない制御部からの指示に従い、正相出力端子ＲＦ＋と接続されるトランジスタを、第１トランジスタＭ１及び第５−ｓトランジスタＭ３１ｓを選択する。なお、第５−１、５−２スイッチ部Ｓ３１１，Ｓ３１２は、同じトランジスタを選択する。

第２トランジスタＭ２及び第６−ｓトランジスタＭ３２ｓは、ソース端子が第６−１スイッチ部Ｓ３２１に接続され、ドレイン端子が第６−２スイッチ部Ｓ３１２に接続される。第２トランジスタＭ２及び第６−ｓトランジスタＭ３２ｓのゲート端子には逆相ローカル信号が入力される。第６−１スイッチ部Ｓ３２１は、一端が正相入力端子ＢＢ＋に接続されており、図示しない制御部からの指示に従い、正相入力端子ＢＢ＋と接続されるトランジスタを、第２トランジスタＭ２及び第６−ｓトランジスタＭ３２ｓを選択する。第６−２スイッチ部Ｓ３２２は、一端が逆相出力端子ＲＦ−に接続されており、図示しない制御部からの指示に従い、逆相出力端子ＲＦ−と接続されるトランジスタを、第２トランジスタＭ２及び第６−ｓトランジスタＭ３２ｓから選択する。なお、第６−１、６−２スイッチ部Ｓ３２１，Ｓ３２２は、同じトランジスタを選択する。

第３トランジスタＭ３及び第７−ｓトランジスタＭ３３ｓは、ソース端子が第７−１スイッチ部Ｓ３３１に接続され、ドレイン端子が第７−２スイッチ部Ｓ３３２に接続される。第３トランジスタＭ３及び第７−ｓトランジスタＭ３３ｓのゲート端子には逆相ローカル信号が入力される。第７−１スイッチ部Ｓ３３１は、一端が逆相入力端子ＢＢ−に接続されており、図示しない制御部からの指示に従い、逆相入力端子ＢＢ−と接続されるトランジスタを、第３トランジスタＭ３及び第７−ｓトランジスタＭ３３ｓを選択する。第７−２スイッチ部Ｓ３３２は、一端が正相出力端子ＲＦ＋に接続されており、図示しない制御部からの指示に従い、正相出力端子ＲＦ＋と接続されるトランジスタを、第３トランジスタＭ３及び第７−ｓトランジスタＭ３３ｓから選択する。なお、第７−１、７−２スイッチ部Ｓ３３１，Ｓ３３２は、同じトランジスタを選択する。

第４トランジスタＭ４及び第８−ｓトランジスタＭ３４ｓは、ソース端子が第８−１スイッチ部Ｓ３４１に接続され、ドレイン端子が第８−２スイッチ部Ｓ３４２に接続される。第４トランジスタＭ４及び第８−ｓトランジスタＭ３４ｓのゲート端子には逆相ローカル信号が入力される。第８−１スイッチ部Ｓ３４１は、一端が逆相入力端子ＢＢ−に接続されており、図示しない制御部からの指示に従い、逆相入力端子ＢＢ−と接続されるトランジスタを、第４トランジスタＭ４及び第８−ｓトランジスタＭ３４ｓから選択する。第８−２スイッチ部Ｓ３４２は、一端が逆出力端子ＲＦ−に接続されており、図示しない制御部からの指示に従い、逆相出力端子ＲＦ−と接続されるトランジスタを、第４トランジスタＭ４及び第８−ｓトランジスタＭ３４ｓを選択する。なお、第８−１、８−２スイッチ部Ｓ３４１，Ｓ３４２は、同じトランジスタを選択する。

なお、第５−１〜第８−１トランジスタＭ３１１〜Ｍ３４１のトランジスタサイズは同じであるとする。これは、第５−ｓ〜第８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓも同様である（ｓ＝２，３，・・・，ｍ）。

次に図６を用いて、第５−１スイッチ部Ｓ３１１の一例を説明する。なお、第６−１〜８−１スイッチ部Ｓ３２１〜Ｓ３４１及び第５−２〜８−２スイッチ部Ｓ３１２〜Ｓ３４２は第５−１スイッチ部Ｓ３１１と同じ構成であるため説明を省略する。以下、第５−１〜８−１スイッチ部Ｓ３１１〜Ｓ３４１及び第５−２〜８−２スイッチ部Ｓ３１２〜Ｓ３４２をまとめて、単にスイッチとも呼ぶ。

第５−１スイッチ部Ｓ３１１は、複数の第５−１ｋスイッチＳ３１１ｋを有している（ｋは、ｋ＝０，１，２，・・・，ｍ）。第５−１０スイッチＳ３１１０は、一端が正相入力端子ＢＢ＋に接続されており、他端が第１トランジスタＭ１に接続されている。第５−１ｓスイッチＳ３１１ｓは、一端が第５−１０スイッチＳ３１１０の一端に、他端が第５−ｓトランジスタＭ３１ｓに接続されている。

複数の第５−１ｋスイッチＳ３１１ｋは、図示しない制御部からの指示に従い、いずれか１つがオンとなり、残りがオフとなる。周波数変換器３００には互いに周波数が異なるｍ＋１個のローカル信号が入力される。ここでｍ＋１個のローカル信号のうち、周波数ｆＬＯｋのローカル信号ＬＯｋが周波数変換器３００に入力されるとする。このとき、第５−１スイッチ部Ｓ３１１は、第５−１ｋスイッチＳ３１１ｋをオンとし、残りをオフする。例えば、ｋ＝０の場合、周波数変換器３００には周波数ｆＬＯ０のローカル信号ＬＯ０が入力される。第５−１スイッチ部Ｓ３１１は、第５−１０スイッチＳ３１１０がオンとなり、残りの第５−１１〜第５−１ｍスイッチ部Ｓ３１５〜Ｓ３１１ｍがオフとなる。これにより、第１トランジスタＭ１が正相入力端子ＢＢ＋に接続される。このように、周波数ｆＬＯ０のローカル信号ＬＯ０が入力されると、第１〜４トランジスタＭ１〜Ｍ４が入力端子及び出力端子に接続される。第１〜４トランジスタＭ１〜Ｍ４は、入力信号とローカル信号をミキシングし出力信号を生成する。

周波数ｆＬＯｓのローカル信号が入力されると、第５−ｓ〜第８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓが入力端子及び出力端子に接続されるようスイッチが動作する。第５−ｓ〜第８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓ入力信号とローカル信号をミキシングし出力信号を生成する。

第１〜４トランジスタＭ１〜Ｍ４と、第５−ｓ〜第８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓとは、トランジスタのサイズが異なる。第１〜４トランジスタＭ１〜Ｍ４のサイズは、寄生容量がＣｇｄ０となるサイズであるとする。このときの周波変換器３００の入力インピーダンスＺは、Ｚ＝１／（４＊Ｃｇｄ０＊ｆＬＯ０）となる。周波数変換器３００の前段に接続される回路は、周波数変換器３００の入力インピーダンスＺに合わせて出力インピーダンスが調整されているものとする。このとき、第５−ｓ〜第８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓのサイズは、寄生容量がＣｇｄｓ＝（ｆＬＯ０／ｆＬＯｓ）Ｃｇｄ０となるサイズとする。

第５−ｓ〜第８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓのサイズを、寄生容量がＣｇｄｓ＝（ｆＬＯ０／ｆＬＯｓ）Ｃｇｄ０となるサイズとし、周波数がｆＬＯｋであるローカル信号が入力された場合、第５−１ｋ〜第８−１ｋスイッチ及び第５−２ｋ〜第８−２ｋスイッチがオンとなるようにスイッチが動作することで、ローカル信号の周波数ｆＬＯｋが変化しても、周波数変換器３００の入力インピーダンスＺをＺ＝１／（４＊Ｃｇｄ０＊ｆＬＯ０）にすることができる。

なお、本実施形態では、入力インピーダンスＺをＺ＝１／（４＊Ｃｇｄ０＊ｆＬＯ０）としたが、Ｚ＝１／（４＊Ｃｇｄｋ＊ｆＬＯｋ）としてよい。この場合、第１〜４トランジスタＭ１〜Ｍ４及び第５−ｓ〜第８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓのサイズは、寄生容量が、Ｃｇｄ０＝（ｆＬＯｋ／ｆＬＯ０）Ｃｇｄｋ、Ｃｇｄｓ＝（ｆＬＯｋ／ｆＬＯｓ）Ｃｇｄｋとなるサイズとすればよい。（ｋは、ｋ＝０，１，２，・・・，ｍ、ｓは、ｓ＝１，２，・・・，ｍ）
また、周波数変換器３００の入力インピーダンスＺを一定にするためには、第５−２〜第８−２スイッチ部Ｓ３１２〜Ｓ３４２を備えておけばよく、第５−１〜第８−１スイッチ部Ｓ３１１〜Ｓ３４１は必ずしも備えている必要はない。これは、寄生容量Ｃｇｄｋがトランジスタのドレイン・ゲート間に発生するためである。従って、寄生容量の一端（本実施形態ではドレイン端子）をオープンにすれば、寄生容量が周波数変換器３００に与える影響を小さくすることができる。しかしながら、トランジスタには、ドレイン・ゲート間の寄生容量より影響は小さいが、ドレイン・ゲート間以外にも寄生容量が発生するため、第５−１〜第８−１スイッチ部Ｓ３１１〜Ｓ３４１を儲けることで、ドレイン・ゲート間以外に発生する寄生容量の影響を小さくすることができる。

（変形例）
図７を用いて本実施形態の変形例を説明する。本変形例の周波数変換器４００は、スイッチの構成・動作、第５−ｓ〜第８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓのサイズを除き、周波数変換器３００と同じ構成である。

図７は、第５−１スイッチ部Ｓ４１１の構成を示す図である。第５−１スイッチ部Ｓ４１１は、一端が正相入力端子に接続され、他端が第５−ｓトランジスタＭ３１ｓに接続される第５−１ｓスイッチＳ４１１ｓを有している。第１トランジスタＭ１は、第５−１スイッチ部Ｓ４１１を介して常に正相入力端子ＢＢ＋に接続される。

周波数変換器３００では、ローカル信号の周波数に応じてトランジスタを１つ選択していたが、本変形例では、ローカル信号の周波数に応じて１つ以上のトランジスタを選択する。

周波数ｆＬＯ０のローカル信号が入力される場合は、スイッチはすべての第５−１ｓ〜第８−２ｓスイッチＳ４１１ｓ〜Ｓ４４２ｓをオフする。即ち、第１〜第４トランジスタＭ１〜Ｍ４のみが入力端子、出力端子に接続される。

周波数ｆＬｏｓのローカル信号が入力される場合は、第５−１１〜第５−１ｓスイッチＳ４１１１〜Ｓ４１１ｓがオンとなり、第５−１（ｓ＋１）〜第５−ｍスイッチＳ４４１（ｓ＋１）〜Ｓ４４１ｍがオフとなる（ｓ＝１，２，・・・，ｍ−１）。ｓ＝ｍの場合は、全ての第５−１１〜第５−ｍスイッチＳ４４１１〜Ｓ４４１ｍがオンとなる。他のスイッチも同様に動作する。これにより、第１〜第４トランジスタＭ１〜Ｍ４に加え、第５−１〜第５−ｓ、第６−１〜第６−ｓ、第７−１〜第７−ｓ、第８−１〜第８−ｓトランジスタが入力端子、出力端子に接続される（ｓ＝１，２，・・・，ｍ）。

正相入力信号は、第１トランジスタＭ１及び第５−１〜第５−ｓトランジスタＭ３１１〜Ｍ３４１で正相ローカル信号とミキシングされる。各トランジスタでミキシングされた信号は足しあわされて第１信号となる。逆相入力信号は、第３トランジスタＭ３及び第７−１〜第７−ｓトランジスタＭ３３１〜Ｍ３３ｓで逆相ローカル信号とミキシングされる。各トランジスタでミキシング信号は足しあわされて第３信号となる。第１信号と第３信号とが足しあわされて正相出力信号となる。

正相入力信号は、第２トランジスタＭ２及び第６−１〜第６−ｓトランジスタＭ３２１〜Ｍ３２ｓで逆相ローカル信号とミキシングされる。各トランジスタでミキシングされた信号は足しあわされて第２信号となる。逆相入力信号は、第４トランジスタＭ４及び第８−１〜第８−ｓトランジスタＭ３４１〜Ｍ３４ｓでミキシングされる。各トランジスタでミキシングされた信号は足しあわされて第４信号となる。第２信号と第４信号とが足しあわされて逆相出力信号となる。

次に、各トランジスタのサイズについて説明する。第１〜第４トランジスタＭ１〜Ｍ４のサイズは周波数変換器３００と同じであり、前段の回路の出力インピーダンスも第３実施形態の場合と同じであるとする。なお、第６−ｓ〜第８−ｓトランジスタＭ３２ｓ〜Ｍ３４ｓのサイズは、第５−ｓトランジスタＭ３１ｓのサイズと同じであるため、説明を省略する。

第５−ｓトランジスタＭ３１ｓが入力／出力端子に接続されている場合、第１トランジスタＭ１及び第５−ｓトランジスタＭ３１ｓのドレイン・ゲート間の寄生容量の総量（以下、総寄生容量と称する。）は、第１トランジスタＭ１と第５−ｓトランジスタＭ３１ｓの寄生容量の和になる。これは、各トランジスタの寄生容量が並列に接続されているように見えるためである。なお、第５−ｓトランジスタＭ３１ｓは複数であってもよい。例えば、第５−１、第５−２トランジスタが入力／出力端子に接続されている場合、総寄生容量Ｃｇｄは、Ｃｇｄ＝Ｃｇｄ０＋Ｃｇｄ１＋Ｃｇｄ２となる。

周波数変換器４００の第５−ｓトランジスタＭ３１ｓのサイズは、ドレイン・ゲート間の寄生容量がｆＬＯｓ／ｆＬＯ０＝Ｃｇｄ０／（Σ^s _p=1 Ｃｇｄｐ）の式を満たすサイズである。ただし、ｆＬＯ０＜ｆＬＯ１＜ｆＬＯ２＜・・・＜ｆＬＯｍとする。

トランジスタのサイズが小さいほどドレイン・ゲート間の寄生容量は小さくなる。従って、本変形例のように、複数のトランジスタを入力／出力端子に接続することで、第５−ｓトランジスタＭ３１ｓのサイズを小さくすることができ、周波数変換器４００の回路規模を小さくすることができる。

（第４実施形態）
図８を用いて本発明の第４実施形態に係る周波数変換器５００を説明する。第３実施形態では、トランジスタのドレイン・ゲート端子間の寄生容量の影響を、ドレイン端子をオープンにすることによって軽減している。本実施形態では、ゲート端子をオープンにすることで、トランジスタのドレイン・ゲート端子間の寄生容量の影響を低減する。

図８に示す周波数変換器５００は、図５に示す第５−１〜第８−１スイッチ部Ｓ３１１〜Ｓ３４１を有しておらず、第５−２〜第８−２スイッチ部Ｓ３１２〜Ｓ３４２の代わりに第１５〜第１８スイッチ部Ｓ４１１〜Ｓ４４１を備えている。

第１５スイッチ部Ｓ４１１は、一端が正相ローカル入力端子ＬＯ＋に接続され、他端が第１、第５−ｓトランジスタＭ１，Ｍ３１ｓに接続されている。第１５スイッチ部Ｓ４１１は、図示しない制御部からの指示に従い、正相ローカル入力端子ＬＯ＋と接続されるトランジスタを、第１トランジスタＭ１及び第５−ｓトランジスタＭ３１ｓから選択する。

第１６スイッチ部Ｓ４２１は、一端が逆相ローカル入力端子ＬＯ−に接続され、他端が第２、第６−ｓトランジスタＭ２，Ｍ３２ｓに接続されている。第１６スイッチ部Ｓ４２１は、図示しない制御部からの指示に従い、逆相ローカル入力端子ＬＯ−と接続されるトランジスタを、第２トランジスタＭ２及び第６−ｓトランジスタＭ３２ｓから選択する。

第１７スイッチ部Ｓ４３１は、一端が逆相ローカル入力端子ＬＯ−に接続され、他端が第３、第７−ｓトランジスタＭ３，Ｍ３３ｓに接続されている。第１７スイッチ部Ｓ４３１は、図示しない制御部からの指示に従い、逆相ローカル入力端子ＬＯ−と接続されるトランジスタを、第３トランジスタＭ３及び第７−ｓトランジスタＭ３３ｓから選択する。

第１８スイッチ部Ｓ４４１は、一端が正相ローカル入力端子ＬＯ＋に接続され、他端が第４、第８−ｓトランジスタＭ４，Ｍ３４ｓに接続されている。第１８スイッチ部Ｓ４４１は、図示しない制御部からの指示に従い、正相ローカル入力端子ＬＯ＋と接続されるトランジスタを、第４トランジスタＭ４及び第８−ｓトランジスタＭ３４ｓから選択する。

第１５〜第１８スイッチ部Ｓ４１１〜Ｓ４４１の構成及び動作は図７に示すスイッチと同じであるため、説明を省略する。このように、トランジスタのドレイン端子と接続するスイッチの代わりにゲート端子と接続する第１５〜第１８スイッチ部Ｓ４１１〜Ｓ４４１を設けても第３実施形態と同様の効果が得られる。第１５〜第１８スイッチ部Ｓ４１１〜Ｓ４４１の構成及び動作は、図７に示すスイッチとしてもよい。また、図７，８では、スイッチがオフとなっている場合、トランジスタのドレイン端子はオープンとなっているが、例えばグランドに接続されるようにしてもよい。周波数変換器５００は、図５と同様に、第５−１〜第８−１スイッチ部Ｓ３１２〜Ｓ３４２を設けてあってもよい。

（変形例）
図９を用いて第４実施形態の変形例に係る周波数変換器６００を説明する。周波数変換器６００は第１５〜第１８スイッチ部Ｓ４１１〜Ｓ４４１の代わりに、第２５〜第２８スイッチ部Ｓ２５〜Ｓ２８を備えている。

第２５スイッチ部Ｓ２５は、一端が第１、第５−ｓトランジスタＭ１，Ｍ３１ｓのゲート端子に接続されている。第２６スイッチ部Ｓ２６は、一端が第２、第６−ｓトランジスタＭ２，Ｍ３２ｓのゲート端子に接続されている。第２７スイッチ部Ｓ２７は、一端が第３、第７−ｓトランジスタＭ３，Ｍ３３ｓのゲート端子に接続されている。第２８スイッチ部Ｓ２８は一端が第４、第８−ｓトランジスタＭ４，Ｍ３４ｓのゲート端子に接続されている。第２５〜第２８スイッチ部Ｓ２５〜Ｓ２８の他端にはバイアス電圧が印加されている。第５−ｓ〜第８−ｓトランジスタＭ３１ｓ〜Ｍ３４ｓのゲート端子には、ローカル信号が入力されている。

図９を用いて第２５スイッチ部Ｓ２５の詳細を説明する。第２５スイッチ部Ｓ２５は、一端が第１、第５−ｓトランジスタＭ１，Ｍ３１ｓのゲート端子に接続された第５−ｋ抵抗Ｒ５ｋと、一端が第５−ｋ抵抗Ｒ５ｋの他端に接続され他端にバイアス電圧が印加される第２５−ｋスイッチＳ２５ｋと、一端が第１、第５−ｓトランジスタＭ１，Ｍ３１ｓのゲート端子及び第５−ｋ抵抗Ｒ５ｋの一端に接続され、他端にローカル信号が入力される第５−ｋキャパシタＣ３ｋを有している。第２５スイッチＳ２５は、図示しない制御部の指示に従い、ゲート端子にバイアス電圧が印加されるトランジスタを第１、第５ｓトランジスタＭ１，Ｍ３１ｓの中から１つ選択する。

バイアス電圧Ｖｂは、トランジスタのゲート閾値電圧Ｖｇ、ローカル信号のゼロピーク電圧Ｖｌｏとすると、Ｖｂ＞Ｖｇ／２−Ｖｌｏとなるように設定する。これにより、バイアス電圧Ｖｂがトランジスタのゲート端子に印加されている場合は、ローカル信号と入力信号がトランジスタでミキシングされる。バイアス電圧Ｖｂがトランジスタのゲート端子に印加されていない場合は、図示しないがトランジスタが動作しない電圧が印加されるようにする。第２５−ｋスイッチＳ２５ｋが図示しない制御部の指示に従いオンすると、第１トランジスタＭ１又は第５−ｋトランジスタＭ３１ｋのいずれか１つのゲート端子にバイアス電圧Ｖｂが印加される。第２６〜第２８スイッチ部Ｓ２６〜Ｓ２８の構成及び動作は第２５スイッチ部Ｓ２５と同じである。

以上のように、周波数変換器６００は、第２５〜第２８スイッチ部Ｓ２５〜Ｍ２８を用いても第４実施形態の周波数変換器５００と同じ効果を得ることができる。また、第２５〜第２８スイッチ部Ｓ２５〜Ｍ２８に抵抗を設けることで、ローカル信号が第２５〜第２８スイッチＳ２５〜Ｓ２８側に流れ込みにくくすることができる。本変形例では、ローカル信号がゲート端子に入力されるか否かをスイッチで切り替えるのではなく、ローカル信号は常にゲート端子に入力されているがトランジスタが動作するか否かをスイッチで切り替えている。スイッチを介してローカル信号を入力すると、ローカル信号が減衰してしまう可能性があるが、本変形例のようにローカル入力端子とトランジスタのゲート端子の間にスイッチを設けないことでこの問題を避けることができる。

なお、本変形例では、入力信号とローカル信号をミキシングするトランジスタは、それぞれ１つとしているが、図８に示すように、複数のトランジスタを用いて入力信号とローカル信号をミキシングするようにしてもよい。

（第６実施形態）
図１０を用いて本発明の第６実施形態を説明する。図１０は、本実施形態に係る送信機を示す図である。図１０の送信機は、信号処理部１と、Ｄ／Ａ変換器２と、フィルタ６と、図１に示す周波数変換器１００と、増幅器３とアンテナ４とローカル発振器５を備えている。

信号処理部１で生成されたベースバンド信号は、Ｄ／Ａ変換器２でデジタル信号からアナログ信号に変換される。フィルタ６は、アナログ信号から不要な帯域信号を抑制する。周波数変換器１００は、不要な帯域信号を抑制したベースバンド信号の周波数を、ローカル発振器５が生成するローカル信号を用いて変換し送信信号を生成する。増幅器３は、送信信号を増幅し、無線信号を生成する。無線信号は、アンテナ４を介して図示しない通信相手に送信される。なお、ローカル発振器５は、例えば信号処理部１の指示に従い周波数が異なるローカル信号を生成する。

一般的にローカル信号の周波数が変化すると、パッシブ型ダブルバランスミキサの入力インピーダンスも変化し、前段のフィルタ６の特性が変化する。しかしながら、図１に示す周波数変換器１００を用いて送信機を構成することで、周波数が異なるローカル信号が入力されても周波数変換器１００の入力インピーダンスが変化しにくくなるため、フィルタ６の特性を一定に保つことができる。

本実施形態では、送信機に図１の周波数変換器１００を用いているが、受信機に用いてもよい。また、周波数変換器２００〜６００を用いて送信機を構成してもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００〜６００周波数変換器、１０１，１０２トランジスタ対、１０３可変インピーダンス回路、１０４制御部、１信号処理部、２Ｄ／Ａ変換器、３増幅器、４アンテナ、５ローカル発振器、６フィルタ

Claims

正相入力端子及び逆相入力端子に入力される正相入力信号及び逆相入力信号の周波数を変換し、正相出力端子及び逆相出力端子から出力する周波数変換器であって、
ソース端子が前記正相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記正相出力端子に接続され、ゲート端子に正相ローカル信号が入力される第１トランジスタと、
ソース端子が前記正相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記逆相出力端子に接続され、ゲート端子に逆相ローカル信号が入力される第２トランジスタと、
を有する第１トランジスタ対と、
ソース端子が前記逆相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記正相出力端子に接続され、ゲート端子に前記逆相ローカル信号が入力される第３トランジスタと、
ソース端子が前記逆相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記逆相出力端子に接続され、ゲート端子に前記正相ローカル信号が入力される第４トランジスタと、
を有する第２トランジスタ対と、
一端が前記正相入力端子に接続され、他端が前記逆相入力端子に接続され、前記正相及び逆相ローカル信号の周波数に応じてインピーダンス値が変化する可変インピーダンス回路と、を備え、
前記可変インピーダンス回路は、
一端が前記正相入力端子に接続された第１の抵抗と、
一端が前記逆相入力端子に接続された第２の抵抗と、
一端が前記第１の抵抗の他端に、他端が前記第２の抵抗の他端に接続されたスイッチと、を有する複数の抵抗部とを有し、
前記複数の抵抗部の前記スイッチをオン・オフすることで前記インピーダンス値を変化させること
を特徴とする周波数変換器。
前記可変インピーダンス回路は、抵抗値がＲ＝（１／Ｚ−４ｆＬＯ＊Ｃｇｄ）^−１（ｆＬｏ：前記正相及び逆相ローカル信号の周波数、ｚ：前記正相入力端子及び前記逆相入力端子からみた入力インピーダンス、Ｃｇｄ：前記第１乃至第４トランジスタのゲートドレイン間容量）となるよう前記複数の抵抗部のスイッチをオン・オフすることを特徴とする請求項１記載の周波数変換器。
正相入力端子及び逆相入力端子に入力される正相入力信号及び逆相入力信号の周波数を変換し、正相出力端子及び逆相出力端子から出力する周波数変換器であって、
ソース端子が前記正相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記正相出力端子に接続され、ゲート端子に正相ローカル信号が入力される第１トランジスタと、
ソース端子が前記正相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記逆相出力端子に接続され、ゲート端子に逆相ローカル信号が入力される第２トランジスタと、
を有する第１トランジスタ対と、
ソース端子が前記逆相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記正相出力端子に接続され、ゲート端子に前記逆相ローカル信号が入力される第３トランジスタと、
ソース端子が前記逆相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記逆相出力端子に接続され、ゲート端子に前記正相ローカル信号が入力される第４トランジスタと、
を有する第２トランジスタ対と、
一端が前記正相入力端子に接続され、他端が前記逆相入力端子に接続され、前記正相及び逆相ローカル信号の周波数に応じてインピーダンス値が変化する可変インピーダンス回路と、を備え、
前記可変インピーダンス回路は、
複数の第１キャパシタと、
一端が前記正相入力端子に接続され、他端が前記複数の第１キャパシタに接続され、前記正相ローカル信号の値に応じてオン・オフする第１スイッチと、
一端が前記逆相入力端子に接続され、他端が前記複数の第１キャパシタに接続され、前記正相ローカル信号の値に応じてオン・オフする第２スイッチと、
一端が前記第１スイッチの他端に接続され、他端が前記第２スイッチの他端に接続され、前記逆相ローカル信号の値に応じて、前記第１，２スイッチと相補的にオン・オフする第３スイッチと、を有する第１キャパシタ部と、
複数の第２キャパシタと、
一端が前記正相入力端子に接続され、他端が前記複数の第２キャパシタに接続され、前記逆相ローカル信号の値に応じてオン・オフする第４スイッチと、
一端が前記逆相入力端子に接続され、他端が前記複数の第２キャパシタに接続され、前記逆相ローカル信号の値に応じてオン・オフする第５スイッチと、
一端が前記第４スイッチの他端に接続され、他端が前記第５スイッチの他端に接続され、前記正相ローカル信号の値に応じて、前記第４，５スイッチと相補的にオン・オフする第６スイッチと、を有する第２キャパシタ部と、
を備えることを特徴とする周波数変換器。
前記可変インピーダンス回路は、前記第１，２キャパシタ部の容量値Ｃｖが、Ｃｖ＝（１／Ｚ−４ｆＬＯ＊Ｃｇｄ）（ｆＬｏ：前記正相及び逆相ローカル信号の周波数、ｚ：前記正相入力端子及び前記逆相入力端子からみた入力インピーダンス、Ｃｇｄ：前記第１乃至第４トランジスタのゲートドレイン間容量）となることを特徴とする請求項３記載の周波数変換器。
正相入力端子及び逆相入力端子に入力される正相入力信号及び逆相入力信号の周波数を変換し、正相出力端子及び逆相出力端子から出力する周波数変換器であって、
ソース端子が前記正相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記正相出力端子に接続され、ゲート端子に正相ローカル信号が入力される第１トランジスタと、
ソース端子が前記正相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記逆相出力端子に接続され、ゲート端子に逆相ローカル信号が入力される第２トランジスタと、
を有し、前記正相入力信号の周波数を変換する第１トランジスタ対と、
ソース端子が前記逆相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記正相出力端子に接続され、ゲート端子に前記逆相ローカル信号が入力される第３トランジスタと、
ソース端子が前記逆相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記逆相出力端子に接続され、ゲート端子に前記正相ローカル信号が入力される第４トランジスタと、
を有し、前記逆相入力信号の周波数を変換する第２トランジスタ対と、
ソース端子が前記正相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記正相出力端子に接続され、ゲート端子に正相ローカル信号が入力される第５トランジスタと、
ソース端子が前記正相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記逆相出力端子に接続され、ゲート端子に逆相ローカル信号が入力される第６トランジスタと、
を有し、前記正相入力信号の周波数を変換する第３トランジスタ対と、
ソース端子が前記逆相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記正相出力端子に接続され、ゲート端子に前記逆相ローカル信号が入力される第７トランジスタと、
ソース端子が前記逆相入力端子に接続され、ドレイン端子が前記逆相出力端子に接続され、ゲート端子に前記正相ローカル信号が入力される第８トランジスタと、
を有し、前記逆相入力信号の周波数を変換する第４トランジスタ対と、
前記正相ローカル信号及び前記逆相ローカル信号の周波数に応じて、前記第３トランジスタ対及び前記第４トランジスタ対が前記正相入力信号及び前記逆相入力信号の周波数を変換するか否か切り替えるスイッチと、
を備えることを特徴とする周波数変換器。
前記スイッチは、前記正相入力信号の周波数を変換する前記第３トランジスタ対及び前記逆相入力信号の周波数を変換する前記第４トランジスタ対が有する前記第５乃至第８トランジスタのゲートドレイン間容量の合計Ｃｖが、Ｃｖ＝（１／Ｚ−４ｆＬＯ＊Ｃｇｄ）（ｆＬｏ：前記正相及び逆相ローカル信号の周波数、ｚ：前記正相入力端子及び前記逆相入力端子からみた入力インピーダンス、Ｃｇｄ：前記第１乃至第４トランジスタのゲートドレイン間容量）となるように、前記第３トランジスタ対及び前記第４トランジスタ対が前記正相入力信号及び前記逆相入力信号の周波数を変換するか否か切り替えることを特徴とする請求項５記載の周波数変換器。
ベースバンド信号を生成する信号処理部と、
前記ベースバンド信号をデジタルからアナログに変換するＤ／Ａ変換器と、
前記ベースバンド信号の周波数を変換し送信信号を生成する請求項１、請求項３および請求項５のいずれか１項に記載の周波数変換器と、
前記送信信号を増幅し無線信号を生成する増幅器と、
前記無線信号を通信相手に送信するアンテナと、
を備えることを特徴とする送信機。