JP5182895B2 - サンプリングミキサ、フィルタ装置および無線機 - Google Patents

サンプリングミキサ、フィルタ装置および無線機 Download PDF

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Description

本発明は、フィルタリングなどのデジタル信号処理を行う離散フィルタ装置、サンプリングミキサおよび無線機に関する。
サンプリングミキサにおいては、デジタル変調された信号がサンプリング回路においてサンプリングされ、サンプリング回路に内蔵されているスイッチトキャパシタによりフィルタ効果が得られる(例えば、特許文献1)。
図6は特許文献1に記載されたサンプリングミキサ600の回路図であり、図7はサンプリングミキサ600における制御信号のタイミングチャートを示す図である。
図6において、サンプリングミキサ600は、受信した無線周波数(RF)信号をRF電流iRFに変換するTA(トランスコンダクタンスアンプ)1と、TA1により生成されたRF電流iRFをサンプリングする同相ミキサ部2と、それと組み合わせられた逆相ミキサ部3と、同相ミキサ部2および逆相ミキサ部3への制御信号を生成するDCU(デジタルコントロールユニット)4とを備えている。
同相ミキサ部2は、サンプリングスイッチ5と、このサンプリングスイッチ5でサンプリングされた信号を時間的に連続して積分するCh(ヒストリキャパシタ)6とを含んでいる。また、同相ミキサ部2は、サンプリングスイッチ5でサンプリングされた信号の積分と放出とを繰り返す複数のCr(ローテートキャパシタ)7〜14と、各Cr7〜14で放出した信号をバッファするCb(バッファキャパシタ)15とを含んでいる。
さらに、同相ミキサ部2は、各Cr7〜14に保持された信号をCb15へ放出させるためのダンプスイッチ16と、信号放出後に各Cr7〜14に保持されている信号をリセットさせるリセットスイッチ17と、各Cr7〜14にCh6を順次接続させるための複数の積分スイッチ18〜25とを含んでいる。
さらに、同相ミキサ部2は、各Cr7〜14をCb15に順次接続させるための複数の放出スイッチ26〜33と、DA(デジタル・アナログ)変換器からサンプリングミキサ600側へのフィードバック信号の入力を制御するフィードバックスイッチ34とを含んでいる。
次に、同相ミキサ部2の動作を例にしてサンプリングミキサ600の動作について説明する。
まず、RF電流iRFは、スイッチ5においてサンプリングされ、時間的に離散化されて離散信号となる。
この離散信号は、SV0信号〜SV7信号に基づいて、順次、Ch6および各Cr7〜14に積分され、フィルタリングおよびデシメーション(decimation:間引き)が行われる。
このようにすると、8タップのFIR(Finite Impulse Response)フィルタの効果が得られる。このときのサンプリングレートは、1/8にデシメーションされる。8個の積分スイッチ18〜25に保持された信号が、移動平均されるからである。このようなフィルタを1段目FIRフィルタという。1段目FIRフィルタの伝達関数は次式で表される。
Figure 0005182895
また、各Cr7〜14に順次接続されるCh6は、出力電位を保持するので、IIR(Infinite Impulse Response)フィルタの効果も得られる。このようなフィルタを1段目IIRフィルタという。1段目IIRフィルタの伝達関数は次式で表される。ただし、Ch6の容量値をCh、各Cr7〜14の容量値をCrとする。
Figure 0005182895
さらに、SAZ信号が、各放出スイッチ26〜33のゲートに入力すると、すべての放出スイッチ26〜33が、SAZ信号のハイレベルの間オンする。すると、各Cr7〜10に積分された離散信号が、オン状態の各放出スイッチ26〜33を介して、Cb15に同時に放出される。
この放出後、次に、D信号がローレベルになり、ダンプスイッチ16がオフし、Cb15が、各Cr7〜10から切り離される。次に、R信号がハイレベルになり、リセットスイッチ17がオンし、各Cr7〜10に保持されている信号がリセットされる。
このようにすると、各Cr7〜10に積分された信号が、同時にCb15に放出され、これにより、4タップのFIRフィルタの効果が得られる。このときのサンプリングレートは、1/4にデシメーションされる。4個のCr7〜10に積分された信号が、Cb15に移動平均されるからである。
また、各Cr11〜14に積分された信号も、各Cr7〜10の場合と同様に機能する。このようなフィルタを2段目FIRフィルタという。2段目FIRフィルタの伝達関数は次式で表される。
Figure 0005182895
また、上述した4個のCr7〜10、または4個のCr11〜14のグループ単位で、4個のCrがCb15に接続される。これにより、IIRフィルタの効果が得られる。このようなフィルタを2段目IIRフィルタという。2段目IIRフィルタの伝達関数は次式で表される。ただし、Cb15の容量値をCbとする。
Figure 0005182895
なお、逆相ミキサ部3は、同相ミキサ部2よりも1/2周期遅れてサンプリングすることを除いては、同相ミキサ部2とほぼ同様に動作する。
このようにしてサンプリングミキサ900を構成すると、そのサンプリングミキサ900の出力信号は、1段目FIRフィルタ、1段目IIRフィルタ、2段目FIRフィルタおよび2段目IIRフィルタを通過した信号となり、全体のフィルタ伝達関数は、式(1)、式(2)、式(3)、式(4)及びTA1による電流変換の式を用いて次式となる。ただし、TA1の相互コンダクタンスをgm、入力するRF信号の周波数をfRFとする。
Figure 0005182895
次に、上述した各種フィルタを含むフィルタ特性について図8を参照して説明する。ここでは、LO信号周波数を2.4GHz、Ch6を15pF、各Cr7〜14を0.5pF、Cb15を15pF、TA1の相互コンダクタンスを7.5mSとするものとする。
図8(a)には、1段目FIRフィルタの特性が示され、同8(b)には、1段目IIRフィルタの特性が示されている。また、図8(c)には、2段目FIRフィルタの特性が示され、図8(d)には、2段目IIRフィルタの特性が示されている。そして、図8(e)には、サンプリングミキサ600全体のフィルタ特性が示されている。
このようにして構成されたサンプリングミキサ600では、4つのフィルタ、すなわち1段目FIRフィルタ、1段目IIRフィルタ、2段目FIRフィルタおよび2段目IIRフィルタを通過した信号がAD変換器に出力される。
特開2004−289793号公報(第6−9頁、図3a、図3b、図4)
しかしながら、特許文献1に記載されたサンプリングミキサにおいては、式(5)に示す通りCh、Cr及びCbの容量値の比でフィルタ特性が決定される。また、この従来のサンプリングミキサは、1次のフィルタが縦続して接続されているため、所望帯域内でも緩やかに減衰するフィルタ特性を有する。
以上のように、従来のサンプリングミキサは、所望帯域内で、平坦なフィルタ特性や、バンドパス特性を得ることができず、フィルタ特性の設計自由度が低いという課題を有していた。さらに、無線システムごとに適したフィルタ特性が得られず、受信感度劣化を起こしやすいという課題もあった。
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、所望帯域内のフィルタ特性の設計自由度の向上が可能なサンプリングミキサ、フィルタ装置および無線機を提供することを目的とする。
本発明に係るサンプリングミキサは、受信信号を電流に変換する第1のトランスコンダクタンスアンプと、前記受信信号を電流に変換し、前記第1のトランスコンダクタンスの相互コンダクタンスをα倍した相互コンダクタンスを持つ第2のトランスコンダクタンスアンプと、前記第1のトランスコンダクタンスアンプにより電流変換された信号をサンプリングする第1のサンプリングスイッチと、前記第2のトランスコンダクタンスアンプにより電流変換された信号をサンプリングする第2のサンプリングスイッチと、前記第1のサンプリングスイッチでサンプリングされた信号を積分する第1のヒストリキャパシタと、前記第2のサンプリングスイッチでサンプリングされた信号を積分する第2のヒストリキャパシタと、前記第1のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第1のトランスコンダクタンスアンプが電流変換した信号を積分する第1のローテートキャパシタと、前記第2のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第2のトランスコンダクタンスアンプが電流変換した信号を積分する第2のローテートキャパシタと、前記第1のローテートキャパシタから放出された信号を積分するバッファキャパシタと、前記第2のローテートキャパシタに積分された信号を前記第1のローテートキャパシタに放出する第1の放出スイッチと、を備える。
上記構成によれば、異なる相互コンダクタンスで電流変換された信号を用いたIIRフィルタを構成することにより、容量比以外に、相互コンダクタンスの重み付けでフィルタ特性を設計することができる。
また、本発明に係るサンプリングミキサは、前記第1の放出スイッチが、前記第1のサンプリングスイッチでサンプリングされた信号を前記第1のローテートキャパシタが積分するのと同じタイミングで、前記第2のローテートキャパシタに既に積分されている信号を前記第1のローテートキャパシタに放出することを特徴とするものである。
上記構成によれば、第1のローテートキャパシタで構成される第1のIIRフィルタ伝達関数に、第2のトランスコンダクタンスアンプの相互コンダクタンスで重み付けした信号を用いることができるので、第2のトランスコンダクタンスアンプの相互コンダクタンスで、第1のIIRフィルタのフィルタ特性を制御することができる。
また、本発明に係るサンプリングミキサは、前記第2のトランスコンダクタンスアンプの相互コンダクタンスが可変であることを特徴とするものである。
上記構成によれば、第2のトランスコンダクタンスアンプの相互コンダクタンスを可変制御することにより、サンプリングミキサのフィルタ特性を可変制御することができる。
また、本発明に係るサンプリングミキサは、受信信号を電流に変換するトランスコンダクタンスアンプと、前記トランスコンダクタンスアンプと接続され、電流変換された信号を時間軸で離散化する第1のサンプリングスイッチと、前記トランスコンダクタンスアンプと接続され、前記第1のサンプリングスイッチと180度異なる位相で、電流変換された信号を時間軸で離散化する第2のサンプリングスイッチと、前記第1のサンプリングスイッチにより離散化された信号を積分する第1のヒストリキャパシタと、前記第2のサンプリングスイッチにより離散化された信号を積分する第2のヒストリキャパシタと、前記第1のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第1のサンプリングスイッチが離散化した信号を積分する第1のローテートキャパシタと、前記第2のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第2のサンプリングスイッチが離散化した信号を積分する第2のローテートキャパシタと、前記第1および第2のローテートキャパシタから放出された信号を積分するバッファキャパシタと、前記第2のローテートキャパシタに積分された信号を前記第1のローテートキャパシタに放出する第1の放出スイッチと、前記第1のローテートキャパシタに積分された信号を前記第2のローテートキャパシタに放出する第2の放出スイッチと、を備える。
上記構成によれば、第2のサンプリングスイッチが第1のサンプリングスイッチと180度異なる位相で受信信号を離散化することにより、α=−1のフィルタ特性を実現でき、バンドパスフィルタ特性の実現に加え、回路規模を削減することができる。
また、本発明に係るフィルタ装置は、受信信号を電流に変換する第1のトランスコンダクタンスアンプと、前記受信信号を電流に変換し、前記第1のトランスコンダクタンスの相互コンダクタンスをα倍した相互コンダクタンスを持つ第2のトランスコンダクタンスアンプと、前記第1のトランスコンダクタンスアンプにより電流変換された信号を積分する第1のヒストリキャパシタと、前記第2のトランスコンダクタンスアンプにより電流変換された信号を積分する第2のヒストリキャパシタと、前記第1のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第1のトランスコンダクタンスアンプが電流変換した信号を積分する第1のローテートキャパシタと、前記第2のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第2のトランスコンダクタンスアンプが電流変換した信号を積分する第2のローテートキャパシタと、前記第1および第2のローテートキャパシタから放出された信号を積分するバッファキャパシタと、前記第2のローテートキャパシタに積分された信号を前記第1のローテートキャパシタに放出する第1の放出スイッチと、を備える。
上記構成によれば、αを所定の値に設定することにより、広帯域フィルタ特性またはバンドパスフィルタ特性が得られ、無線通信システムに最適なフィルタ特性を設計することができ、受信感度の劣化を抑えることができる。
また、本発明に係るフィルタ装置は、前記第1の放出スイッチが、前記第1のトランスコンダクタンスアンプによって電流変換された信号を前記第1のローテートキャパシタが積分するのと同じタイミングで、前記第2のローテートキャパシタに既に積分されている信号を前記第1のローテートキャパシタに放出することを特徴とするものである。
上記構成によれば、第1のローテートキャパシタで構成される第1のIIRフィルタ伝達関数に、第2のトランスコンダクタンスアンプの相互コンダクタンスで重み付けした信号を用いることができるので、第2のトランスコンダクタンスアンプの相互コンダクタンスで、第1のIIRフィルタのフィルタ特性を制御することができる。
また、本発明に係るフィルタ装置は、前記第2のトランスコンダクタンスアンプの相互コンダクタンスが可変であることを特徴とするものである。
上記構成によれば、第2のトランスコンダクタンスアンプの相互コンダクタンスを可変制御することにより、フィルタ特性を可変制御することができる。
また、本発明に係る無線機は、上記のサンプリングミキサを備える無線機である。さらに、本発明に係る無線機は、上記のフィルタ装置を備える無線機である。
上記構成によれば、所望帯域内で平坦なフィルタ特性やバンドパス特性を得ることができ、フィルタ特性の設計自由度が高くなるので、無線システムごとに適したフィルタ特性を得ることができ、受信感度の劣化を防止することができる。
本発明によれば、異なる相互コンダクタンスを有する2以上のトランスコンダクタアンプを有し、それぞれのトランスコンダクタアンプを用いて電流変換された信号を用いたIIRフィルタを構成することで、キャパシタの容量比以外に、相互コンダクタンスの重み付けでフィルタ特性を設計することができる。これにより、広帯域フィルタ特性、バンドパスフィルタ特性が得られ、無線通信システムに最適なフィルタ特性を設計することで受信感度劣化を抑えることができる。
本発明の実施の形態1におけるサンプリングミキサの回路図 本発明の実施の形態1におけるサンプリングミキサの制御信号のタイミングチャート 本発明の実施の形態1におけるサンプリングミキサの特性図 本発明の実施の形態2におけるサンプリングミキサの回路図 本発明の実施の形態3における無線機のブロック図 従来技術のサンプリングミキサの回路図 従来技術のサンプリングミキサの制御信号タイミングチャート 従来技術のサンプリングミキサの特性図 地上デジタルテレビ放送(ISDB−T、13セグメント)受信に対応したサンプリングミキサのフィルタ特性例を示す図
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるサンプリングミキサの回路図である。図1において、サンプリングミキサ100は、第1のトランスコンダクタンスアンプTA1aと、第2のトランスコンダクタンスアンプTA1bと、TA1a及びTA1bに接続された同相ミキサ部102と、同相ミキサ部102と並列接続された逆相ミキサ部103と、同相ミキサ部102及び逆相ミキサ部103への制御信号を生成する信号生成部104とを備えている。
同相ミキサ部102は、第1のサンプリングスイッチ5a、第2のサンプリングスイッチ5bと、第1のヒストリキャパシタ(Ch)6a、第2のヒストリキャパシタ6bと、積分スイッチ18a、18b、19a、19bと、放出スイッチ26a、26b、27a、27bと、第1のローテートキャパシタ群(Cr)7a、8a、第2のローテートキャパシタ群7b、8bと、バッファキャパシタ(Cb)15と、ダンプスイッチ16と、リセットスイッチ17と、フィードバックスイッチ34を備えている。ここで放出スイッチ26bは、第1のローテートキャパシタCr8aに積分された信号を第2のローテートキャパシタCr7bに放出するための第1の放出スイッチであり、放出スイッチ27bは、第2のローテートキャパシタCr8bに積分された信号を第1のローテートキャパシCr7aに放出するための第2の放出スイッチである。
第1のヒストリキャパシタCh6aは第1のサンプリングスイッチ5aを介して、第1のトランスコンダクタンスアンプTA1aと接続している。Cr7aは、積分スイッチ18aを介してCh6aと接続し、放出スイッチ26aとダンプスイッチ16を介してCb15と接続している。Cr8aは、積分スイッチ19aを介してCh6aと接続し、放出スイッチ27aとダンプスイッチ16を介してCb15と接続している。
第2のヒストリキャパシタCh6bは第2のサンプリングスイッチ5bを介して、第2のトランスコンダクタンスアンプTA1bと接続している。Cr7bは、積分スイッチ18bを介してCh6bと接続し、放出スイッチ26bを介してCr8aと接続している。Cr8bは、積分スイッチ19bを介してCh6bと接続し、放出スイッチ27bを介してCr7aと接続している。
本実施の形態では、サンプリングスイッチ5a、5b、積分スイッチ18a、18b、19a、19b、放出スイッチ26a、26b、27a、27b、ダンプスイッチ16、リセットスイッチ17、フィードバックスイッチ34は、n型FETで構成してもよいし、p型FETによる構成、または、CMOSによる構成でも構わない。
サンプリングスイッチ5a、5bのゲートには、LO信号が入力される。積分スイッチ18a、18bと放出スイッチ27a、27bのゲートには、信号生成部104からSV0信号が入力される。積分スイッチ19a、19bと放出スイッチ26a、26bのゲートには、信号生成部104からSV1信号が入力される。
図2は、信号生成部104が生成する制御信号のタイミングチャートである。D信号、R信号及びF信号は、それぞれダンプスイッチ16のゲート、リセットスイッチ17のゲート及びフィードバックスイッチ34のゲートに入力される。逆相ミキサ部103は、同相ミキサ部102と同じ構成であり、サンプリングスイッチにLO信号と位相が180度異なるLOB信号が入力されている。
サンプリングミキサ100の動作を同相ミキサ部102を用いて説明する。電圧受信信号VRFは、TA1a、1bにて、電流受信信号iRFa、iRFbに変換される。電流受信信号iRFaは、サンプリングスイッチ5aでサンプリングされて、SV0信号がハイであるときは、Ch6a、Cr7a及びCr8bに積分される。
また、電流受信信号iRFbは、サンプリングスイッチ5bでサンプリングされて、SV0信号がハイであるときは、Ch6b及びCr7bに積分される。次に、SV1信号がハイになると、Cr7aに積分された信号は、Cb15に放出される。
また、SV1信号がハイのときは、電流受信信号iRFaは、サンプリングスイッチ5aでサンプリングされ、Ch6a、Cr8a及びCr7bに積分される。電流受信信号iRFbは、サンプリングスイッチ5bでサンプリングされ、Ch6b及びCr8bに積分される。次に、SV0信号がハイになると、Cr8aに積分された信号は、Cb15に放出される。
以降、信号生成部104において生成される、制御信号に従って動作を繰り返す。Ch6a、Cr7a及びCr8aで第1のIIRフィルタ(主系統)を構成し、Ch6b、Cr7b及びCr8bで第2のIIRフィルタ(ダミー回路系)を構成し、Cr7a、Cr8a及びCb15で第3のIIRフィルタを構成している。
この動作の中で、サンプリングスイッチ5aでサンプリングされた受信信号をCh6a、Cr7a及びCr8bで積分する際に、Cr8bに既に積分されている電荷(SV1信号がハイのときにサンプリングスイッチ5b経由でサンプリングされた受信信号)の一部が、放出スイッチ27bを経由してCh6a及びCr7aに放出されている。すなわち、Ch6a、Cr7a及びCr8bは、サンプリングスイッチ5aから入力される受信信号と、Ch6aに既に積分されている電荷と、Cr8bに既に積分されている電荷とをシェアしている。このように、複数のキャパシタ間で電荷をシェアすることを電荷共有ともいう。
同様に、サンプリングスイッチ5aでサンプリングされた受信信号をCh6a、Cr8a及びCr7bで積分する際に、Cr7bに既に積分されている受信信号(SV0信号がハイのときにサンプリングスイッチ5b経由でサンプリングされた受信信号)の一部が、放出スイッチ26bを経由してCh6a及びCr8aに放出されている。すなわち、Ch6a、Cr8a及びCr7bは、サンプリングスイッチ5aから入力される受信信号と、Ch6aに既に積分されている電荷と、Cr7bに既に積分されている電荷とをシェアしている。このように、複数のキャパシタ間で電荷をシェアすることを電荷共有ともいい、電荷共有後の各キャパシタに積分される電荷の量は、電荷を分け合う複数のキャパシタの容量比により決まる。
よって、第2のIIRフィルタ(ダミー回路系)から第1のIIRフィルタ(主系統)へ電荷を放出することにより、Ch6a、Cr7a及びCr8aで構成される第1のIIRフィルタ(主系統)のIIRフィルタ伝達関数に、ダミー回路系のトランスコンダクタTA1bの相互コンダクタンスで重み付けした信号を用いることができる。つまり、ダミー回路系のトランスコンダクタTA1bの相互コンダクタンスの値を制御することにより、第1のIIRフィルタ(主系統)のフィルタ特性を制御することができる。
このときの第1のIIRフィルタ伝達関数は以下のように求められる。サンプリングスイッチ5aから出力される電荷をq(t)、q(t)入力後のCh6aの電圧をx(t)、サンプリングスイッチ5bから出力される電荷をq(t)のα倍としたα×q(t)、α×q(t)入力後のCh6bの電圧をy(t)、Ch6a、6bの容量値をCh、Cr7a、7b、8a、8bの容量値をCrとすると、電荷保存の式は以下のようになる。
Figure 0005182895
Figure 0005182895
式6、7から、z変換後の伝達関数Hは以下のようになる。
Figure 0005182895
次に、フィルタ特性の解析例を示す。TA1aの相互コンダクタンスを3mS、TA1bの相互コンダクタンスをTA1aのα倍、LO信号の周波数を2.4GHz、Ch6a、6bを15pF、Cr7a、7b、8a、8bを0.2pF、Cbを15pFとして、αを変化させたときのフィルタ特性を図3に示す。
図3において、α=1の場合のフィルタ特性は、従来構成と同一特性である。αを大きくするとフィルタ特性は急峻となり、αを小さくすると周波数変換後のDC(図3では2.4GHz)のレベルが小さくなる。α=−0.7で平坦な特性が得られ、α=−1で、減衰極となる。負の値のαは、TA1aと逆位相にすることで実回路の表現ができる。
α=−0.7のフィルタ特性は、通過帯域の広帯域化が可能であり、α=−1のフィルタ特性は、バンドパス特性の実現が可能である。上記のフィルタ特性はいずれも、キャパシタの容量比でフィルタ特性がきまる従来構成のサンプリングミキサでは得られない特性である。このように本実施の形態の構成によれば、電荷共有するキャパシタの容量比以外に、主系統とダミー回路系統の相互コンダクタンスの比αを用いてフィルタ特性を設定することができ、従来構成のサンプリングミキサよりもフィルタの設計自由度が格段に向上する。
また、本実施の形態では、Ch6a、6bの容量値をCh=15pFとしたが、これ以外でもよく、Ch6aとCh6bが違う値でも構わない。また、本実施の形態では、Cr7a、7b、8a、8bの容量値をCr=0.2pFとしたが、これ以外でもよく、それぞれ違う値でも構わない。
ここで具体例として、図9に、地上デジタルテレビ放送(ISDB−T、13セグメント)受信に対応したサンプリングミキサのフィルタ特性例を示す。LO信号の周波数は480MHzとし、ゲインは正規化している。ダイレクトコンバージョン方式では、受信信号の帯域はLO信号の周波数から2.8MHzの範囲となる。この特性例では、受信信号の帯域内におけるフィルタ特性の偏差を6dBとして設計している。このときの各設定値は、Ch=8pF、Cr=0.1pF、Cb=2.7pF、α=−0.65である。
また、図9に、従来のサンプリングミキサで同様に設計したフィルタ特性を併せて示す。このときの各設定値は、Ch=4.5pF、Cr=0.1pF、Cb=1pFである。受信信号の帯域外のフィルタ特性に注目すると、本実施の形態のサンプリングミキサの方が減衰していることがわかる。よって、受信信号に対して妨害波となる隣接チャンネルの信号(LO信号の周波数から3.2〜8.8MHzの範囲)をより減衰させることができ、受信感度劣化を抑えることができる。
以上説明したように、本実施の形態のサンプリングミキサによれば、互いに異なる相互コンダクタンスを有する第1及び第2のトランスコンダクタンスアンプで電流変換された信号を用いてIIRフィルタを構成することで、電荷共有するキャパシタの容量比以外に、相互コンダクタンスの重み付け(主系統とダミー回路系の相互コンダクタンスの比)でフィルタ特性を設計することができる。これにより、広帯域フィルタ特性や、バンドパスフィルタ特性が得られ、無線通信システムに最適なフィルタ特性を設計することで受信感度劣化を抑えることができる。
また、ダミー回路系のトランスコンダクタンスアンプTA1bの相互コンダクタンスを可変制御、または、切替制御を行うことでサンプリングミキサ100のフィルタ特性を可変制御、または、切替制御しても良い。相互コンダクタンスの可変制御、または、切替制御は、TAを構成するトランジスタの面積(個数)切替や、電流制御によって行うことが出来る。
また、本実施の形態では、サンプリングスイッチ5a、5bを用いて周波数変換を行ったが、サンプリングスイッチを無くし、ベースバンド信号を入力としたベースバンド帯フィルタ装置としても構わない。
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2におけるサンプリングミキサ200の回路図である。以下、実施の形態1と異なる点のみ説明する。
本実施の形態では、実施の形態1(図1)に示した逆相ミキサ部103、TA1bを設けず、同相ミキサ部202において、TA1aからの出力がサンプリングスイッチ5aおよび5bに入力されている。すなわち、本実施の形態では、サンプリングスイッチ5bがTA1aに接続し、LO信号と位相が180度異なるLOB信号が入力されている。これにより、TA1aは、α=−1に重み付けした動作を行うことができる。このときの伝達関数は以下のようになる。
Figure 0005182895
以上説明したように、本実施の形態のサンプリングミキサによれば、実施の形態1におけるバンドパスフィルタ特性の実現に加え、回路規模を削減することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1から2で説明したサンプリングミキサを用いた無線機について説明する。図5は、本発明の実施の形態3における無線機500のブロック図である。図5において、アンテナ501と低雑音増幅器502が接続している。低雑音増幅器502と実施の形態1から2で説明したサンプリングミキサのいずれかのサンプリングミキサ503、504が接続している。サンプリングミキサ503、504と信号処理部505が接続している。送信部は図示していない。
このように構成された無線機500について、受信時のその動作を説明する。本実施の形態の無線機500は、アンテナ501で受信した受信信号を低雑音増幅器502で増幅し、サンプリングミキサ503、504に出力する。サンプリングミキサ503、504は、低雑音増幅器502で増幅された受信信号を周波数変換及び時間離散化したベースバンド信号として信号処理部505に出力する。
サンプリングミキサ503とサンプリングミキサ504の違いは、サンプリングスイッチによるサンプリングタイミングが位相で90度ずれている点である。これにより、直交復調される。信号処理部505は、入力されたベースバンド信号を処理して、音声、データ等をユーザーに出力する。
以上説明したように、無線機500が通信を行う無線システムに応じたフィルタ特性をサンプリングミキサ503、504で実現することで、無線機500の受信感度劣化を抑えることができる。また、本実施の形態では、サンプリングミキサを用いた無線機としたが、サンプリングスイッチを用いずフィルタ装置としてもよい。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2007年3月29日出願の日本特許出願(特願2007−089446)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明は、異なる相互コンダクタンスで電流変換された信号を用いたIIRフィルタを構成することで、容量比以外に、相互コンダクタンスの重み付けでフィルタ特性を設計することができるという効果を有し、フィルタリングなどのデジタル信号処理を行う離散フィルタ装置、サンプリングミキサおよび無線機等に有用である。
1 トランスコンダクタンスアンプ
2、102、202 同相ミキサ部
3、103 逆相ミキサ部
4 デジタルコントロールユニット
5 サンプリングスイッチ
6 ヒストリキャパシタ
7、8、9、10、11、12、13、14 ローテートキャパシタ
15 バッファキャパシタ
16 ダンプスイッチ
17 リセットスイッチ
18、19、20、21、22、23、24、25 積分スイッチ
26、27、28、29、30、31、32,33 放出スイッチ
34 フィードバックスイッチ
35 サンプリングスイッチ
100、200、503、504 サンプリングミキサ
104 信号生成部
500 無線機
501 アンテナ
502 低雑音増幅器
505 信号処理部
600 従来技術のサンプリングミキサ

Claims (9)

  1. 受信信号を電流に変換する第1のトランスコンダクタンスアンプと、
    前記受信信号を電流に変換し、前記第1のトランスコンダクタンスの相互コンダクタンスをα倍した相互コンダクタンスを持つ第2のトランスコンダクタンスアンプと、
    前記第1のトランスコンダクタンスアンプにより電流変換された信号をサンプリングする第1のサンプリングスイッチと、
    前記第2のトランスコンダクタンスアンプにより電流変換された信号をサンプリングする第2のサンプリングスイッチと、
    前記第1のサンプリングスイッチでサンプリングされた信号を積分する第1のヒストリキャパシタと、
    前記第2のサンプリングスイッチでサンプリングされた信号を積分する第2のヒストリキャパシタと、
    前記第1のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第1のトランスコンダクタンスアンプが電流変換した信号を積分する第1のローテートキャパシタと、
    前記第2のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第2のトランスコンダクタンスアンプが電流変換した信号を積分する第2のローテートキャパシタと、
    前記第1のローテートキャパシタから放出された信号を積分するバッファキャパシタと、
    前記第2のローテートキャパシタに積分された信号を前記第1のローテートキャパシタに放出する第1の放出スイッチと、
    を備えるサンプリングミキサ。
  2. 前記第1の放出スイッチは、前記第1のサンプリングスイッチでサンプリングされた信号を前記第1のローテートキャパシタが積分するのと同じタイミングで、前記第2のローテートキャパシタに既に積分されている信号を前記第1のローテートキャパシタに放出する
    ことを特徴とする請求項1記載のサンプリングミキサ。
  3. 前記第2のトランスコンダクタンスアンプの相互コンダクタンスは可変であることを特徴とする請求項1又は2記載のサンプリングミキサ。
  4. 受信信号を電流に変換するトランスコンダクタンスアンプと、
    前記トランスコンダクタンスアンプと接続され、電流変換された信号を時間軸で離散化する第1のサンプリングスイッチと、
    前記トランスコンダクタンスアンプと接続され、前記第1のサンプリングスイッチと180度異なる位相で、電流変換された信号を時間軸で離散化する第2のサンプリングスイッチと、
    前記第1のサンプリングスイッチにより離散化された信号を積分する第1のヒストリキャパシタと、
    前記第2のサンプリングスイッチにより離散化された信号を積分する第2のヒストリキャパシタと、
    前記第1のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第1のサンプリングスイッチが離散化した信号を積分する第1のローテートキャパシタと、
    前記第2のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第2のサンプリングスイッチが離散化した信号を積分する第2のローテートキャパシタと、
    前記第1および第2のローテートキャパシタから放出された信号を積分するバッファキャパシタと、
    前記第2のローテートキャパシタに積分された信号を前記第1のローテートキャパシタに放出する第1の放出スイッチと、
    前記第1のローテートキャパシタに積分された信号を前記第2のローテートキャパシタに放出する第2の放出スイッチと、
    を備えるサンプリングミキサ。
  5. 受信信号を電流に変換する第1のトランスコンダクタンスアンプと、
    前記受信信号を電流に変換し、前記第1のトランスコンダクタンスの相互コンダクタンスをα倍した相互コンダクタンスを持つ第2のトランスコンダクタンスアンプと、
    前記第1のトランスコンダクタンスアンプにより電流変換された信号を積分する第1のヒストリキャパシタと、
    前記第2のトランスコンダクタンスアンプにより電流変換された信号を積分する第2のヒストリキャパシタと、
    前記第1のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第1のトランスコンダクタンスアンプが電流変換した信号を積分する第1のローテートキャパシタと、
    前記第2のヒストリキャパシタに所定時間接続され、前記第2のトランスコンダクタンスアンプが電流変換した信号を積分する第2のローテートキャパシタと、
    前記第1および第2のローテートキャパシタから放出された信号を積分するバッファキャパシタと、
    前記第2のローテートキャパシタに積分された信号を前記第1のローテートキャパシタに放出する第1の放出スイッチと、
    を備えるフィルタ装置。
  6. 前記第1の放出スイッチは、前記第1のトランスコンダクタンスアンプによって電流変換された信号を前記第1のローテートキャパシタが積分するのと同じタイミングで、前記第2のローテートキャパシタに既に積分されている信号を前記第1のローテートキャパシタに放出することを特徴とする請求項5記載のフィルタ装置。
  7. 前記第2のトランスコンダクタンスアンプの相互コンダクタンスは可変であることを特徴とする請求項5又は6記載のフィルタ装置。
  8. 請求項1から4のいずれか一項に記載のサンプリングミキサを備える無線機。
  9. 請求項5から7のいずれか一項に記載のフィルタ装置を備える無線機。
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