JP5233994B2 - Mixer - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信分野において高周波の受信信号を中間周波信号に引き下げたり、中間周波信号を高周波の送信信号に引き上げるミキサに関するものである。 The present invention relates to a mixer that lowers a high-frequency received signal to an intermediate frequency signal or raises an intermediate frequency signal to a high-frequency transmission signal in the wireless communication field.
図10は、従来のミキサの構成を示す図である。図10に示すように、従来、バイポーラトランジスタにより構成されるミキサが公知である(例えば、特許文献1参照。)。バイポーラトランジスタは、高周波でもトランスコンダクタンスgmが高い。それゆえ、抵抗1の抵抗値R1が小さくても、1/gmを無視することができる。ミキサの利得は、抵抗1の抵抗値R1に対する抵抗2の抵抗値R2の値、すなわち[R2/R1]で決まる。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional mixer. As shown in FIG. 10, a mixer composed of bipolar transistors is conventionally known (see, for example, Patent Document 1). Bipolar transistors have high transconductance gm even at high frequencies. Therefore, even if the resistance value R1 of the
しかしながら、バイポーラトランジスタを用いると、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)構造でミキサを構成するよりも、高くなるという欠点がある。また、図10に示すミキサには、Ioの電流源が1個と2Ioの電流源が2個あるため、Ioの電流源が発するノイズをInとすると、合計で5Inのノイズが発生することになり、ノイズが大きいという欠点もある。 However, when a bipolar transistor is used, there is a drawback that it is higher than a mixer configured with a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) structure. Further, since the mixer shown in FIG. 10 has one Io current source and two 2Io current sources, if the noise generated by the Io current source is In, a total of 5In noise is generated. Therefore, there is a drawback that noise is large.
一方、CMOS構造では、トランスコンダクタンスgmが低いため、高周波回路に、バイポーラトランジスタの場合のような抵抗比で利得を決める構成を適用することができない。そこで、CMOS構造では、トランスコンダクタンスgmと抵抗2の抵抗値R2で利得を決める構成となる。この場合、利得を一定にするには、トランスコンダクタンスgmを一定に保つ必要がある。しかし、CMOSプロセスのトランスコンダクタンスgmのばらつきが、無視できないほど大きいため、図10における電流源3,4として、差動対を構成するトランジスタ5,6のトランスコンダクタンスgmのばらつきを補償し得る電流源を用いる提案がある(例えば、特許文献2参照。)。
On the other hand, since the transconductance gm is low in the CMOS structure, a configuration in which the gain is determined by the resistance ratio as in the case of the bipolar transistor cannot be applied to the high frequency circuit. Therefore, the CMOS structure has a configuration in which the gain is determined by the transconductance gm and the resistance value R2 of the
しかしながら、トランスコンダクタンスgmのばらつきを補償する電流源を用いる構成では、トランスコンダクタンスgmのばらつきが1.5倍程度であり、これを補償するには電流値を2.3倍程度、変える必要がある。そうすると、最適な電流値からずれる分、ミキサの線形範囲が狭くなってしまう。これは、ミキサに求められる特性の一つに広い線形性があることに鑑みると、好ましくない。 However, in a configuration using a current source that compensates for the variation in transconductance gm, the variation in transconductance gm is about 1.5 times. To compensate for this, the current value needs to be changed by about 2.3 times. . As a result, the linear range of the mixer is narrowed by the amount deviated from the optimum current value. This is not preferable in view of the fact that one of the characteristics required for the mixer has a wide linearity.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広い線形性を有するCMOS構造のミキサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a CMOS-structured mixer having a wide linearity.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ミキサ回路と、このミキサ回路の出力特性の線形範囲を補償する線形範囲補償回路を備えることを特徴とする。ミキサ回路は、出力端子と電源ラインの間に接続された負荷抵抗を有する。線形範囲補償回路は、ミキサ回路の出力電圧の中点電圧に応じて、その負荷抵抗を流れる電流量を制御する。具体的には、線形範囲補償回路は、ミキサ回路の出力電圧の中点電圧が所望の電圧よりも高いときに、ミキサ回路の負荷抵抗を流れる電流量を増やし、その負荷抵抗での電圧降下量が大きくなるように制御する。また、線形範囲補償回路は、ミキサ回路の出力電圧の中点電圧が所望の電圧よりも低いときに、ミキサ回路の負荷抵抗を流れる電流量を減らし、その負荷抵抗での電圧降下量が小さくなるように制御する。線形範囲補償回路の出力信号は、局発信号の入力端子に対して、出力端子の反対側にフィードバックされる。また、ミキサ回路は、CMOS回路で構成される。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a mixer circuit and a linear range compensation circuit that compensates for a linear range of output characteristics of the mixer circuit. The mixer circuit has a load resistor connected between the output terminal and the power supply line. The linear range compensation circuit controls the amount of current flowing through the load resistance in accordance with the midpoint voltage of the output voltage of the mixer circuit. Specifically, the linear range compensation circuit increases the amount of current flowing through the load resistance of the mixer circuit when the midpoint voltage of the output voltage of the mixer circuit is higher than the desired voltage, and the amount of voltage drop at the load resistance. Is controlled to be large. Further, the linear range compensation circuit reduces the amount of current flowing through the load resistance of the mixer circuit when the midpoint voltage of the output voltage of the mixer circuit is lower than the desired voltage, and the amount of voltage drop at the load resistance is reduced. To control. The output signal of the linear range compensation circuit is fed back to the opposite side of the output terminal with respect to the input terminal of the local oscillation signal. Further, the mixer circuit is composed of a CMOS circuit.
この発明によれば、ミキサ回路の出力電圧の中点電圧が、広い線形範囲が得られる場合の中点電圧よりも高いときに、ミキサ回路の負荷抵抗での電圧降下量が大きくなり、線形範囲が広くなるように、ミキサ回路の出力電圧の中点電圧が制御される。また、ミキサ回路の出力電圧の中点電圧が、広い線形範囲が得られる場合の中点電圧よりも低いときに、ミキサ回路の負荷抵抗での電圧降下量が小さくなり、線形範囲が広くなるように、ミキサ回路の出力電圧の中点電圧が制御される。 According to the present invention, when the midpoint voltage of the output voltage of the mixer circuit is higher than the midpoint voltage when a wide linear range is obtained, the amount of voltage drop at the load resistance of the mixer circuit becomes large, and the linear range Is controlled so that the midpoint voltage of the output voltage of the mixer circuit is controlled. In addition, when the midpoint voltage of the output voltage of the mixer circuit is lower than the midpoint voltage when a wide linear range is obtained, the amount of voltage drop at the load resistance of the mixer circuit becomes small and the linear range becomes wide. In addition, the midpoint voltage of the output voltage of the mixer circuit is controlled.
本発明にかかるミキサは、CMOS構造を有し、安価で、広い線形性を有するという効果を奏する。 The mixer according to the present invention has a CMOS structure, is inexpensive, and has a wide linearity.
10,50,60 ミキサ
11,13,14 ミキサ回路
12,15 線形範囲補償回路
21 電流源、第1の電流源
22,23 第1の差動対
24,25 第1のカレントミラー回路
26,27 第2のカレントミラー回路
28,29 第2の差動対
30,31 第3の差動対
32,33 負荷抵抗
34 第2の電流源
35 第3の電流源10, 50, 60
以下に、本発明にかかるミキサの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、pチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスおよびnチャネルMOSトランジスタを、それぞれ、PMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタとする。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a mixer according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, a p-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor and an n-channel MOS transistor are referred to as a PMOS transistor and an NMOS transistor, respectively. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明の実施例1にかかるミキサの構成を示す図である。図1に示すように、ミキサ10は、CMOS構造のミキサ回路11と、このミキサ回路11の出力特性の線形範囲を補償する線形範囲補償回路12を備えている。
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the mixer according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
ミキサ回路11は、等価的にIoの電流源となる第1のPMOSトランジスタ21と、第1の差動対を構成する第2のPMOSトランジスタ22および第3のPMOSトランジスタ23と、第1のカレントミラー回路を構成する第1のNMOSトランジスタ24および第2のNMOSトランジスタ25と、第2のカレントミラー回路を構成する第3のNMOSトランジスタ26および第4のNMOSトランジスタ27を備えている。また、ミキサ回路11は、第2の差動対を構成する第5のNMOSトランジスタ28および第6のNMOSトランジスタ29と、第3の差動対を構成する第7のNMOSトランジスタ30および第8のNMOSトランジスタ31と、第1の負荷抵抗32と、第2の負荷抵抗33を備えている。
The
第1のPMOSトランジスタ21のソース端子は、電源電位VDDが印加される電源ラインに接続されている。第1のPMOSトランジスタ21のゲート端子には、バイアス(bias1)が印加される。このバイアス(bias1)の値は、第1のPMOSトランジスタ21が所望の電流を流すように、適宜、選択される。第1のPMOSトランジスタ21のドレイン端子は、第2のPMOSトランジスタ22および第3のPMOSトランジスタ23の各ソース端子に接続されている。
The source terminal of the
第2のPMOSトランジスタ22のゲート端子には、入力信号INが入力する。第2のPMOSトランジスタ22のドレイン端子は、第1のNMOSトランジスタ24のドレイン端子に接続されている。第1のNMOSトランジスタ24のゲート端子は、自身のドレイン端子に接続されている。第1のNMOSトランジスタ24のソース端子は、接地電位VSSが印加される接地ラインに接続されている。
The input signal IN is input to the gate terminal of the
第3のPMOSトランジスタ23のゲート端子には、入力信号INの反転信号(以下、入力反転信号とする)INXが入力する。第3のPMOSトランジスタ23のドレイン端子は、第3のNMOSトランジスタ26のドレイン端子に接続されている。第3のNMOSトランジスタ26のゲート端子は、自身のドレイン端子に接続されている。第3のNMOSトランジスタ26のソース端子は、接地ラインに接続されている。
An inverted signal (hereinafter referred to as an input inverted signal) INX of the input signal IN is input to the gate terminal of the
第1の負荷抵抗32および第2の負荷抵抗33の各一端は、電源ラインに接続されている。第1の負荷抵抗32の他端は、第5のNMOSトランジスタ28および第7のNMOSトランジスタ30の各ドレイン端子に接続されている。第2の負荷抵抗33の他端は、第8のNMOSトランジスタ31および第6のNMOSトランジスタ29の各ドレイン端子に接続されている。
One end of each of the
第5のNMOSトランジスタ28および第8のNMOSトランジスタ31の各ゲート端子には、局発信号Loが入力する。第6のNMOSトランジスタ29および第7のNMOSトランジスタ30の各ゲート端子には、局発信号Loの反転信号(以下、局発反転信号とする)LoXが入力する。第5のNMOSトランジスタ28のドレイン端子からは、出力信号OUTが出力される。第8のNMOSトランジスタ31のドレイン端子からは、出力信号OUTの反転信号(以下、出力反転信号とする)OUTXが出力される。
The local oscillation signal Lo is input to the gate terminals of the
第5のNMOSトランジスタ28および第6のNMOSトランジスタ29の各ソース端子は、第2のNMOSトランジスタ25のドレイン端子に接続されている。第2のNMOSトランジスタ25のゲート端子は、第1のNMOSトランジスタ24のゲート端子に接続されている。第2のNMOSトランジスタ25のソース端子は、接地ラインに接続されている。
The source terminals of the
第8のNMOSトランジスタ31および第7のNMOSトランジスタ30の各ソース端子は、第4のNMOSトランジスタ27のドレイン端子に接続されている。第4のNMOSトランジスタ27のゲート端子は、第3のNMOSトランジスタ26のゲート端子に接続されている。第4のNMOSトランジスタ27のソース端子は、接地ラインに接続されている。
The source terminals of the
線形範囲補償回路12は、電流源となる第4のPMOSトランジスタ41および第5のPMOSトランジスタ42と、第3の負荷抵抗43と、第4の負荷抵抗44と、オペアンプ45を備えている。第3の負荷抵抗43の一端は、出力信号OUTの信号ラインに接続されている。第4の負荷抵抗44の一端は、出力反転信号OUTXの信号ラインに接続されている。第3の負荷抵抗43および第4の負荷抵抗44の各他端は、オペアンプ45の非反転入力端子に共通接続されている。オペアンプ45の反転入力端子には、基準電圧Vrefが印加される。
The linear
オペアンプ45は、その出力端子から、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧と、基準電圧Vrefの差に応じた電圧を出力する。基準電圧Vrefは、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧が所望の値になるように、適宜、選択される。オペアンプ45の出力端子は、第4のPMOSトランジスタ41および第5のPMOSトランジスタ42の各ゲート端子に接続されている。第4のPMOSトランジスタ41および第5のPMOSトランジスタ42の各ソース端子は、電源ラインに接続されている。第4のPMOSトランジスタ41のドレイン端子は、第2のNMOSトランジスタ25のドレイン端子に接続されている。
The
第5のPMOSトランジスタ42のドレイン端子は、第4のNMOSトランジスタ27のドレイン端子に接続されている。従って、第4のPMOSトランジスタ41および第5のPMOSトランジスタ42は、それぞれ、オペアンプ45の出力電圧をバイアスとし、その電圧に応じた電流を、第2のNMOSトランジスタ25および第4のNMOSトランジスタ27を流れる電流の一部として流す。
The drain terminal of the
次に、図1に示す回路の動作について説明する。第1のPMOSトランジスタ21が流す電流量を2Ioとし、その半分のIoが第1のNMOSトランジスタ24と第3のNMOSトランジスタ26にそれぞれ流れるとする。第1のNMOSトランジスタ24と第2のNMOSトランジスタ25、および第3のNMOSトランジスタ26と第4のNMOSトランジスタ27は、それぞれカレントミラー回路を構成しているので、第2のNMOSトランジスタ25および第4のNMOSトランジスタ27にもIoの電流が流れる。
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described. It is assumed that the amount of current flowing through the
オペアンプ45の出力電圧によって第4のPMOSトランジスタ41と第5のPMOSトランジスタ42が流す電流量をIbとすると、第1の負荷抵抗32を流れる電流量および第2の負荷抵抗33を流れる電流量は、[Io−Ib]となる。第1の負荷抵抗32および第2の負荷抵抗33の各抵抗値をRとすると、このRによる電圧降下量Vbは、次の(1)式で表される。Vbは、電源電位VDDと、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧との差になる。
Vb=R・(Io−Ib) ・・・(1)When the amount of current flowing through the
Vb = R · (Io−Ib) (1)
差動対を構成する第2のPMOSトランジスタ22および第3のPMOSトランジスタ23のトランスコンダクタンスgmが高い場合、Ibがゼロであり、Ioが最小値Iminとなるときに、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧が最適になるように設計する。[Io=Imin]および[Ib=0]であるので、前記(1)式より、Vbは、次の(2)式で表される。また、Iminは、次の(3)式で表される。例えば、Vbが1Vであり、Rが1kΩであれば、Iminは1mAとなる。
Vb=R・(Imin−0)=R・Imin ・・・(2)
Imin=Vb/R ・・・(3)When the transconductance gm of the
Vb = R · (Imin−0) = R · Imin (2)
Imin = Vb / R (3)
上述したように設計されたミキサにおいて、トランスコンダクタンスgmが典型的であり、Ioが[1.4×Imin]である場合には、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧が最適になるようにIbが調整される。[Io=1.4×Imin]であるので、前記(1)式より、Vbは、次の(4)式で表される。(3)式および(4)式より、Ibは、次の(5)式で表される。従って、Vbは、次の(6)式で表される。
Vb=R・(1.4×Imin−Ib) ・・・(4)
Ib=1.4×Imin−Vb/R=1.4×Imin−Imin=0.4×Imin
・・・(5)
Vb=R・(1.4×Imin−0.4×Imin)=R・Imin ・・・(6)In the mixer designed as described above, when the transconductance gm is typical and Io is [1.4 × Imin], the midpoint voltage of the output signal OUT and the output inverted signal OUTX is optimized. Ib is adjusted as follows. Since [Io = 1.4 × Imin], Vb is expressed by the following equation (4) from the above equation (1). From the expressions (3) and (4), Ib is expressed by the following expression (5). Therefore, Vb is expressed by the following equation (6).
Vb = R · (1.4 × Imin−Ib) (4)
Ib = 1.4 × Imin−Vb / R = 1.4 × Imin−Imin = 0.4 × Imin
... (5)
Vb = R · (1.4 × Imin−0.4 × Imin) = R · Imin (6)
また、トランスコンダクタンスgmが低く、Ioが[2×Imin]である場合には、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧が最適になるようにIbが調整される。[Io=2×Imin]であるので、前記(1)式より、Vbは、次の(7)式で表される。(3)式および(7)式より、Ibは、次の(8)式で表される。従って、Vbは、次の(9)式で表される。
Vb=R・(2×Imin−Ib) ・・・(7)
Ib=2×Imin−Vb/R=2×Imin−Imin=Imin ・・・(8)
Vb=R・(2×Imin−Imin)=R・Imin ・・・(9)Further, when the transconductance gm is low and Io is [2 × Imin], Ib is adjusted so that the midpoint voltage of the output signal OUT and the output inverted signal OUTX is optimized. Since [Io = 2 × Imin], Vb is expressed by the following equation (7) from the above equation (1). From the expressions (3) and (7), Ib is expressed by the following expression (8). Therefore, Vb is expressed by the following equation (9).
Vb = R · (2 × Imin−Ib) (7)
Ib = 2 × Imin−Vb / R = 2 × Imin−Imin = Imin (8)
Vb = R · (2 × Imin−Imin) = R · Imin (9)
このように、トランスコンダクタンスgmがばらついても、第1の負荷抵抗32および第2の負荷抵抗33に[Io−Ib=Imin]の電流が流れるように、線形範囲補償回路12により流れる電流の値Ibが調整される。それによって、Vbは、常に[R・Imin]の一定値に保たれる。つまり、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧が常に一定値に保たれる。
Thus, even if the transconductance gm varies, the value of the current flowing through the linear
図2〜図4に、電源電圧を3Vとし、Vbを1Vとし、基準電圧Vrefを2Vとした場合について、Ioが最適である場合(図2)、トランスコンダクタンスgmの補償のためにIoが小さい場合(図3)、およびトランスコンダクタンスgmの補償のためにIoが大きい場合(図3)の出力特性のシミュレーション結果を示す。これらの図に示すように、いずれの場合においても、線形範囲補償回路12により、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧が2Vに調整され、それによって、1.8Vの広い線形範囲が得られていることがわかる。
2 to 4, when the power supply voltage is 3 V, Vb is 1 V, and the reference voltage Vref is 2 V, when Io is optimal (FIG. 2), Io is small for compensating the transconductance gm. The simulation result of the output characteristic in the case (FIG. 3) and the case where Io is large for the compensation of the transconductance gm (FIG. 3) is shown. As shown in these figures, in any case, the midpoint voltage of the output signal OUT and the output inversion signal OUTX is adjusted to 2 V by the linear
比較のため、図1に示す回路から線形範囲補償回路12を除いた構成のミキサについて、同様のシミュレーションを行った結果を図5および図6に示す。トランジスタのサイズや負荷抵抗の抵抗値など、ミキサの電気的特性を決めるパラメータは、図1に示すミキサのシミュレーション時と同じである。Ioが最適である場合のシミュレーション結果は、図2と同様であり、1.8Vの線形範囲が得られる。
For comparison, FIGS. 5 and 6 show the results of a similar simulation performed on a mixer having a configuration in which the linear
それに対して、図5に示すように、トランスコンダクタンスgmの補償のためにIoが小さい場合には、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧が2.3Vになり、線形範囲が1.1Vと狭くなってしまう。また、図6に示すように、トランスコンダクタンスgmの補償のためにIoが大きい場合には、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧が1.5Vになり、線形範囲が1.0Vとさらに狭くなってしまう。 On the other hand, as shown in FIG. 5, when Io is small to compensate for transconductance gm, the midpoint voltage of output signal OUT and output inversion signal OUTX is 2.3 V, and the linear range is 1. It becomes as narrow as 1V. Further, as shown in FIG. 6, when Io is large to compensate for the transconductance gm, the midpoint voltage of the output signal OUT and the output inversion signal OUTX is 1.5V, and the linear range is 1.0V. It gets narrower.
図7は、本発明の実施例2にかかるミキサの構成を示す図である。図7に示すように、実施例2は、ミキサ50のミキサ回路13の構成が実施例1と異なる。以下、実施例1と異なる構成についてのみ説明し、実施例1と同様の構成については実施例1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of the mixer according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the
ミキサ回路13には、第1のカレントミラー回路(第1のNMOSトランジスタと第2のNMOSトランジスタ)および第2のカレントミラー回路(第3のNMOSトランジスタと第4のNMOSトランジスタ)が設けられていない。その代わりに、ミキサ回路13は、第9のNMOSトランジスタ34および第10のNMOSトランジスタ35を電流源として有する。
The
第9のNMOSトランジスタ34において、そのドレイン端子およびソース端子は、それぞれ、第2のPMOSトランジスタ22のドレイン端子および接地ラインに接続されている。第9のNMOSトランジスタ34のゲート端子には、バイアス(bias2)が印加される。第10のNMOSトランジスタ35において、そのドレイン端子およびソース端子は、それぞれ、第3のPMOSトランジスタ23のドレイン端子および接地ラインに接続されている。第9のNMOSトランジスタ34のゲート端子には、バイアス(bias2)が印加される。このバイアス(bias2)の値は、第9のNMOSトランジスタ34および第10のNMOSトランジスタ35が所望の電流を流すように、適宜、選択される。
In the
また、第2の差動対を構成する第5のNMOSトランジスタ28および第6のNMOSトランジスタ29の各ソース端子は、第9のNMOSトランジスタ34のドレイン端子に接続されている。第3の差動対を構成する第7のNMOSトランジスタ30および第8のNMOSトランジスタ31の各ソース端子は、第10のNMOSトランジスタ35のドレイン端子に接続されている。さらに、線形範囲補償回路12の第4のPMOSトランジスタ41のドレイン端子は、第9のNMOSトランジスタ34のドレイン端子に接続されている。線形範囲補償回路12の第5のPMOSトランジスタ42のドレイン端子は、第10のNMOSトランジスタ35のドレイン端子に接続されている。
Further, the source terminals of the
次に、図7に示す回路の動作について説明する。第1のPMOSトランジスタ21が流す電流量を2Ioとし、その半分のIoが第9のNMOSトランジスタ34と第10のNMOSトランジスタ35へそれぞれ流れるとする。また、第9のNMOSトランジスタ34および第10のNMOSトランジスタ35が2Ioの電流を流すとする。この場合、第2の差動対(第5のNMOSトランジスタ28と第6のNMOSトランジスタ29)および第4のPMOSトランジスタ41から第9のNMOSトランジスタ34のドレイン端子へIoの電流が流れる。同様に、第3の差動対(第7のNMOSトランジスタ30と第8のNMOSトランジスタ31)および第5のPMOSトランジスタ42から第10のNMOSトランジスタ35のドレイン端子へIoの電流が流れる。
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 7 will be described. It is assumed that the amount of current flowing through the
第4のPMOSトランジスタ41および第5のPMOSトランジスタ42が流す電流量をIbとすると、第1の負荷抵抗32を流れる電流および第2の負荷抵抗33を流れる電流の各値は、実施例1と同様に、[Io−Ib]となる。これより、第1の負荷抵抗32および第2の負荷抵抗33の各抵抗値をRとすると、前記(1)式が得られる。従って、実施例1と同様に、実施例2においても、トランスコンダクタンスgmが高い場合、典型的である場合および低い場合について、前記(2)式〜(9)式が成り立つので、トランスコンダクタンスgmがばらついても、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧が常に一定値に保たれる。
Assuming that the current flowing through the
図8は、本発明の実施例3にかかるミキサの構成を示す図である。図8に示すように、実施例3は、ミキサ60のミキサ回路14および線形範囲補償回路15の構成が実施例1と異なる。以下、実施例1と異なる構成についてのみ説明し、実施例1と同様の構成については実施例1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the mixer according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the third embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the
ミキサ回路14において、第11のNMOSトランジスタ36と第12のNMOSトランジスタ37が追加されている。第11のNMOSトランジスタ36のドレイン端子は、第1のカレントミラー回路を構成する第1のNMOSトランジスタ24のドレイン端子に接続されている。第12のNMOSトランジスタ37のドレイン端子は、第2のカレントミラー回路を構成する第3のNMOSトランジスタ26のドレイン端子に接続されている。第11のNMOSトランジスタ36および第12のNMOSトランジスタ37の各ゲート端子は、線形範囲補償回路15のオペアンプ45の出力端子に接続されている。
In the
従って、第11のNMOSトランジスタ36および第12のNMOSトランジスタ37は、それぞれ、オペアンプ45の出力電圧をバイアスとし、その電圧に応じた電流を流す。第11のNMOSトランジスタ36および第12のNMOSトランジスタ37の各ソース端子は、接地ラインに接続されている。線形範囲補償回路15においては、オペアンプ45の非反転入力端子に基準電圧Vrefが印加され、反転入力端子に第3の負荷抵抗43の他端と第4の負荷抵抗44の他端が共通接続されている。線形範囲補償回路15は、第4のPMOSトランジスタおよび第5のPMOSトランジスタのない構成となっている。
Accordingly, each of the
次に、図8に示す回路の動作について説明する。第1のPMOSトランジスタ21が流す電流量を2Ioとし、その半分のIoが第1のNMOSトランジスタ24と第3のNMOSトランジスタ26へ向かってそれぞれ流れるとする。また、オペアンプ45の出力電圧によって第11のNMOSトランジスタ36と第12のNMOSトランジスタ37が流す電流量をIbとする。
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 8 will be described. It is assumed that the amount of current flowing through the
この場合、第2のPMOSトランジスタ22および第3のPMOSトランジスタ23の各ドレイン端子から流れるIoの電流のうち、Ibが第11のNMOSトランジスタ36および第12のNMOSトランジスタ37へ流れることになる。つまり、第1のNMOSトランジスタ24および第3のNMOSトランジスタ26には、[Io−Ib]の電流が流れることになり、それらとカレントミラー回路を構成する第2のNMOSトランジスタ25および第4のNMOSトランジスタ27に流れる電流も[Io−Ib]となる。
In this case, of the current Io flowing from the drain terminals of the
従って、第1の負荷抵抗32を流れる電流および第2の負荷抵抗33を流れる電流の各値は、実施例1と同様に、[Io−Ib]となる。これより、第1の負荷抵抗32および第2の負荷抵抗33の各抵抗値をRとすると、前記(1)式が得られる。従って、実施例1と同様に、実施例3においても、トランスコンダクタンスgmが高い場合、典型的である場合および低い場合について、前記(2)式〜(9)式が成り立つので、トランスコンダクタンスgmがばらついても、出力信号OUTおよび出力反転信号OUTXの中点電圧が常に一定値に保たれる。
Therefore, each value of the current flowing through the
図9は、本発明にかかる線形範囲補償回路をバッファに適用した実施例4の構成を示す図である。図9に示すように、バッファ70は、バッファ回路16と線形範囲補償回路12を備えている。バッファ回路16の構成は、一部を除いて、実施例1のミキサ回路11の構成と同じである。線形範囲補償回路12は、実施例1と同じ構成のものである。以下、実施例1と異なる構成についてのみ説明し、実施例1と同様の構成については実施例1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a fourth embodiment in which the linear range compensation circuit according to the present invention is applied to a buffer. As shown in FIG. 9, the
バッファ回路16には、第2の差動対(第5のNMOSトランジスタおよび第6のNMOSトランジスタ)および第3の差動対(第7のNMOSトランジスタおよび第8のNMOSトランジスタ)が設けられていない。その代わりに、バッファ回路16は、第13のNMOSトランジスタ38および第14のNMOSトランジスタ39を有する。
The
第13のNMOSトランジスタ38において、そのドレイン端子およびソース端子は、それぞれ、第1の負荷抵抗32の他端および第2のNMOSトランジスタ25のドレイン端子に接続されている。第13のNMOSトランジスタ38のドレイン端子からは、出力信号OUTが出力される。第13のNMOSトランジスタ38のゲート端子には、バイアス(bias2)が印加される。
In the
第14のNMOSトランジスタ39において、そのドレイン端子およびソース端子は、それぞれ、第2の負荷抵抗33の他端および第4のNMOSトランジスタ27のドレイン端子に接続されている。第14のNMOSトランジスタ39のドレイン端子からは、出力反転信号OUTXが出力される。第14のNMOSトランジスタ39のゲート端子には、バイアス(bias2)が印加される。このバイアス(bias2)の値は、第13のNMOSトランジスタ38および第14のNMOSトランジスタ39が所望の電流を流すように、適宜、選択される。図9に示す回路の動作については、実施例1と同じであるので、説明を省略する。
In the
実施例1〜3によれば、ミキサ回路11,13,14の出力電圧の中点電圧が、広い線形範囲が得られる場合の中点電圧よりも高いときに、負荷抵抗32,33での電圧降下量が大きくなり、線形範囲が広くなるように、ミキサ回路11,13,14の出力電圧の中点電圧が制御される。また、ミキサ回路11,13,14の出力電圧の中点電圧が、広い線形範囲が得られる場合の中点電圧よりも低いときに、負荷抵抗32,33での電圧降下量が小さくなり、線形範囲が広くなるように、ミキサ回路11,13,14の出力電圧の中点電圧が制御される。従って、CMOS構造を有し、安価で、広い線形性を有するミキサ10,50,60が得られるという効果を奏する。実施例4のバッファ70においても同様の効果が得られる。
According to the first to third embodiments, when the midpoint voltage of the output voltages of the
例えば、1.8Vの線形範囲を確保できるような従来のミキサにおいて、トランスコンダクタンスgmが±30%ばらつくと、トランスコンダクタンスgmを補償するための電流のばらつきにより、線形範囲が1V程度まで劣化してしまう。それに対して、実施例によれば、その劣化がないので、従来に比べて1.8倍程度の線形範囲を確保することができる。温度変動を考慮すると、トランスコンダクタンスgmのばらつきは、±50%倍程度に達するので、さらに効果が増す。 For example, in a conventional mixer that can ensure a linear range of 1.8V, if the transconductance gm varies ± 30%, the linear range deteriorates to about 1V due to variations in current for compensating the transconductance gm. End up. On the other hand, according to the embodiment, since there is no deterioration, it is possible to secure a linear range about 1.8 times that of the conventional case. Considering temperature fluctuations, the variation in transconductance gm reaches about ± 50%, so the effect is further increased.
また、実施例1によれば、Ioの電流源が等価的に2個あり、Ioの電流源に相当するダイオード接続トランジスタが1個あるので、ノイズ発生量を合計で3Inに抑えることができるという効果が得られる。また、実施例2によれば、実施例1よりもトランジスタが2個少なくて済むという効果が得られる。さらに、実施例3によれば、実施例1よりも消費電流が少ないという効果が得られる。 Further, according to the first embodiment, since there are equivalently two current sources of Io and one diode-connected transistor corresponding to the current source of Io, the noise generation amount can be suppressed to 3In in total. An effect is obtained. Further, according to the second embodiment, the effect that two transistors are less than that of the first embodiment is obtained. Furthermore, according to the third embodiment, an effect that current consumption is smaller than that of the first embodiment can be obtained.
以上のように、本発明にかかるミキサは、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)方式等の無線通信において用いられる送信装置または受信装置に有用であり、特に、携帯電話機に適している。 As described above, the mixer according to the present invention is useful for a transmission device or a reception device used in wireless communication such as an OFDM (Orthogonal Frequency Multiple Access) method, and is particularly suitable for a mobile phone.
Claims (5)
前記ミキサ回路の出力電圧の中点電圧が所望の電圧よりも高いときに前記負荷抵抗を流れる電流量を増やし、前記ミキサ回路の出力電圧の中点電圧が所望の電圧よりも低いときに前記負荷抵抗を流れる電流量を減らすように制御し、出力信号を局発信号の入力端に対して、前記出力端子の反対側にフィードバックさせる線形範囲補償回路と、を備え、
前記線形範囲補償回路は、前記負荷抵抗に流れる電流が最小となるように、前記負荷抵抗に流れる電流を調整する電流源を有することを特徴とするミキサ。 A mixer circuit in which a load resistor is connected between the output terminal and the power supply line;
When the midpoint voltage of the output voltage of the mixer circuit is higher than a desired voltage, the amount of current flowing through the load resistor is increased, and when the midpoint voltage of the output voltage of the mixer circuit is lower than the desired voltage, the load A linear range compensation circuit that controls to reduce the amount of current flowing through the resistor, and feeds back the output signal to the opposite side of the output terminal with respect to the input terminal of the local oscillation signal,
The linear range compensation circuit, such that the current flowing through the load resistor is minimized, mixer characterized by having a current source for adjusting the current flowing through the load resistor.
該ミキサ回路の第1の出力端に、第1の負荷抵抗の一端と前記第2の差動対の第1の出力端と前記第3の差動対の第2の出力端と前記線形範囲補償回路の第1の入力端が接続され、
該ミキサ回路の第2の出力端に、第2の負荷抵抗の一端と前記第2の差動対の第2の出力端と前記第3の差動対の第1の出力端と前記線形範囲補償回路の第2の入力端が接続され、
前記第1のカレントミラー回路の出力端に前記線形範囲補償回路の第1の出力端が接続され、
前記第2のカレントミラー回路の出力端に前記線形範囲補償回路の第2の出力端が接続され、
前記線形範囲補償回路は、該ミキサ回路の第1の出力端および第2の出力端の電圧の中点電圧が所望の電圧になるように、前記第1のカレントミラー回路の出力端および前記第2のカレントミラー回路の出力端に流す電流量を制御することを特徴とする請求項1に記載のミキサ。 The mixer circuit includes a current source, a first differential pair connected to the current source and receiving an input signal from the outside, and an input end connected to a first output end of the first differential pair. Connected to the output terminal of the first current mirror circuit, the second current mirror circuit whose input terminal is connected to the second output terminal of the first differential pair, and the output terminal of the first current mirror circuit A second differential pair to which a local oscillation signal is input from the outside, and a third differential pair connected to the output terminal of the second current mirror circuit and to which a local oscillation signal is input from the outside, Have
The first output terminal of the mixer circuit includes one end of a first load resistor, the first output terminal of the second differential pair, the second output terminal of the third differential pair, and the linear range. The first input of the compensation circuit is connected;
The second output terminal of the mixer circuit includes one end of a second load resistor, the second output terminal of the second differential pair, the first output terminal of the third differential pair, and the linear range. The second input of the compensation circuit is connected;
A first output terminal of the linear range compensation circuit is connected to an output terminal of the first current mirror circuit;
A second output terminal of the linear range compensation circuit is connected to an output terminal of the second current mirror circuit;
The linear range compensation circuit includes a first output terminal of the first current mirror circuit and a second output terminal so that a midpoint voltage of the first output terminal and the second output terminal of the mixer circuit becomes a desired voltage. The mixer according to claim 1, wherein the amount of current flowing through the output terminal of the current mirror circuit is controlled.
該ミキサ回路の第1の出力端に、第1の負荷抵抗の一端と前記第2の差動対の第1の出力端と前記第3の差動対の第2の出力端と前記線形範囲補償回路の第1の入力端が接続され、
該ミキサ回路の第2の出力端に、第2の負荷抵抗の一端と前記第2の差動対の第2の出力端と前記第3の差動対の第1の出力端と前記線形範囲補償回路の第2の入力端が接続され、
前記第2の電流源の入力端に前記線形範囲補償回路の第1の出力端が接続され、
前記第3の電流源の入力端に前記線形範囲補償回路の第2の出力端が接続され、
前記線形範囲補償回路は、該ミキサ回路の第1の出力端および第2の出力端の電圧の中点電圧が所望の電圧になるように、前記第2の電流源の入力端および前記第3の電流源の入力端に流す電流量を制御することを特徴とする請求項1に記載のミキサ。 The mixer circuit includes a first current source, a first differential pair connected to the first current source and receiving an input signal from the outside, and a first output of the first differential pair. A second current source having an input terminal connected to the end, a third current source having an input terminal connected to the second output terminal of the first differential pair, and an input of the second current source A second differential pair connected to the terminal and receiving a local oscillation signal from the outside; and a third differential pair connected to the input terminal of the third current source and receiving a local oscillation signal from the outside. And having
The first output terminal of the mixer circuit includes one end of a first load resistor, the first output terminal of the second differential pair, the second output terminal of the third differential pair, and the linear range. The first input of the compensation circuit is connected;
The second output terminal of the mixer circuit includes one end of a second load resistor , the second output terminal of the second differential pair, the first output terminal of the third differential pair, and the linear range. The second input of the compensation circuit is connected;
A first output terminal of the linear range compensation circuit is connected to an input terminal of the second current source;
A second output terminal of the linear range compensation circuit is connected to an input terminal of the third current source;
The linear range compensation circuit includes the input end of the second current source and the third end so that the midpoint voltage of the voltage of the first output end and the second output end of the mixer circuit becomes a desired voltage. The mixer according to claim 1, wherein the amount of current flowing through the input terminal of the current source is controlled.
該ミキサ回路の第1の出力端に、第1の負荷抵抗の一端と前記第2の差動対の第1の出力端と前記第3の差動対の第2の出力端と前記線形範囲補償回路の第1の入力端が接続され、
該ミキサ回路の第2の出力端に、第2の負荷抵抗の一端と前記第2の差動対の第2の出力端と前記第3の差動対の第1の出力端と前記線形範囲補償回路の第2の入力端が接続され、
前記第1のカレントミラー回路の入力端に前記線形範囲補償回路の出力端が接続され、
前記第2のカレントミラー回路の入力端に前記線形範囲補償回路の出力端が接続され、
前記線形範囲補償回路は、該ミキサ回路の第1の出力端および第2の出力端の電圧の中点電圧が所望の電圧になるように、前記第1のカレントミラー回路の入力端および前記第2のカレントミラー回路の入力端に流れる電流量を制御することを特徴とする請求項1に記載のミキサ。 The mixer circuit includes a current source, a first differential pair connected to the current source and receiving an input signal from the outside, and an input end connected to a first output end of the first differential pair. Connected to the output terminal of the first current mirror circuit, the second current mirror circuit whose input terminal is connected to the second output terminal of the first differential pair, and the output terminal of the first current mirror circuit A second differential pair to which a local oscillation signal is input from the outside, and a third differential pair connected to the output terminal of the second current mirror circuit and to which a local oscillation signal is input from the outside, Have
The first output terminal of the mixer circuit includes one end of a first load resistor, the first output terminal of the second differential pair, the second output terminal of the third differential pair, and the linear range. The first input of the compensation circuit is connected;
The second output terminal of the mixer circuit includes one end of a second load resistor , the second output terminal of the second differential pair, the first output terminal of the third differential pair, and the linear range. The second input of the compensation circuit is connected;
An output terminal of the linear range compensation circuit is connected to an input terminal of the first current mirror circuit;
An output terminal of the linear range compensation circuit is connected to an input terminal of the second current mirror circuit;
The linear range compensation circuit includes: an input terminal of the first current mirror circuit and the first output terminal so that a midpoint voltage of the voltage of the first output terminal and the second output terminal of the mixer circuit becomes a desired voltage. 2. The mixer according to claim 1, wherein the amount of current flowing through an input terminal of the two current mirror circuits is controlled.
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