JP5429191B2 - 受信装置、イメージ信号の減衰方法及びミスマッチ補償方法 - Google Patents

受信装置、イメージ信号の減衰方法及びミスマッチ補償方法 Download PDF

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Description

この発明は、受信装置、低IF型受信装置及び複素フィルタ並びに受信装置におけるイメージ信号の減衰方法及び低IF型受信装置のミスマッチ補償方法に係り、詳しくは、受信系内の回路素子のミスマッチ等があっても、受信信号の受信で発生するイメージ信号を除去する手段を改良した受信装置、低IF型受信装置及び複素フィルタ並びに受信装置におけるイメージ信号の減衰方法及び低IF型受信装置のミスマッチ補償方法に関する。
従来から知られている低IF(Intermediate Frequency:中間周波数)方式の無線信号受信システムにおいては、その原理上、復調信号の中に、所望の実信号のほかに実信号の周波数成分に対してその発生上異符号関係となる周波数成分のイメージ信号が不所望成分として含まれる。この不所望成分を可及的に除去するために複素フィルタが用いられている。
複素フィルタは、実信号を通過させ、イメージ信号を減衰させる機能を有するものである。複素フィルタの実信号の周波数帯域の利得は、イメージ信号の周波数帯域の利得に比べて高いのが望ましく、この利得の比をイメージ除去比と呼んでいる。したがって、複素フィルタには、高いイメージ除去比が要求される。
上述したような無線信号受信システムの例を図10に示す。この受信システムにおいては、アンテナで受信した直交変調された高周波受信信号をLNA(Low Noise Amplifier)111で増幅する。LNA111で増幅された高周波受信信号と局部発振器(LO:Local Oscillator)112の出力信号LO−Iとの積算を直交ミキサ113Iで、また、LNA111で増幅された高周波受信信号と出力信号LO−Iの位相と互いに90度ずれた局部発振器112の出力信号LO−Qとの積算を直交ミキサ113Qで行う。
これにより、高周波受信信号を中間周波数(IF帯)にダウンコンバートしつつ直交復調が行われ、位相が互いに90度ずれたIF−I信号及びIF−Q信号が生成される。複素フィルタ114は、入力されるIF−I信号及びIF−Q信号についてのイメージ信号の除去を行う。
VGA(Variable Gain Amplifier)115は、入力された信号を適正な振幅に増幅する。ADC(Analog Digital Converter)116は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号は、デジタル信号処理部117に入力されてそこで各種のデジタル処理が行われる。
上述したように、複素フィルタを用いることにより、イメージ信号の除去を行うことはできるが、それにより十分なイメージ除去比を確保するには、そこに入力されるIF−I信号及びIF−Q信号の振幅が等しく、かつ、位相が90度であることが必要である。
しかし、直交ミキサや複素フィルタにおける素子や配線のミスマッチが原因となってIF−I信号とIF−Q信号との関係を理想的に保つことは現実的に不可能である。この影響は、図11に示すように、イメージ周波数帯域で顕著に現れ、わずかなミスマッチがイメージ除去比を大幅に劣化させる。
イメージ除去比を向上させる第1の関連技術が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載の第1の関連技術は、図12に示すように、IF帯模擬イメージ信号を複素フィルタ回路125に入力し、複素フィルタ回路125から出力される模擬イメージ信号の振幅を振幅検出部126で検出する。そして、検出された振幅に基づいてフィルタ制御部127がIF帯模擬イメージ信号の振幅を小さくするように素子値制御部1252内のレジスタ群に素子値を設定する。その素子値制御部1252によって、複素フィルタ回路125内のIフィルタ1251I及びQフィルタ1251Qの素子値を調整制御して複素フィルタ回路125でのIQミスマッチを補償しようとしている。
イメージ除去比を向上させる第2の関連技術が特許文献2に記載されている。特許文献2に記載の第2の関連技術は、図13に示すように、校正制御回路130の制御の下に、校正信号源131からRF帯の校正信号を発生させ、その校正信号をスイッチ132を介して直交ミキサ133に入力してそこでIF帯に周波数変換したI成分の信号及びQ成分の信号を出力する。そして、I成分の信号及びQ成分の信号は、それぞれ、各別にI成分信号経路134及びQ成分信号経路135、ADC136、137を経てフィルタミスマッチ校正回路138及びフィルタミスマッチ検出回路139に入力される。
フィルタミスマッチ検出回路139において、直交ミキサ133、I成分信号経路134、Q成分信号経路135、ADC136、137で生ずるミスマッチを検出する。
検出されたミスマッチに基づいてタップ係数算出回路140が、フィルタミスマッチ校正回路138のタップ係数を算出し、算出されたタップ係数にフィルタミスマッチ校正回路138のタップ計数を更新する。
これにより、I成分の信号及びQ成分の信号のイメージ除去比を改善している。
また、特許文献3には、入力信号を、周波数が同一で位相が互いに90度異なる2つの局部発振信号毎の混合器で周波数変換して1対の中間周波数信号を発生させ、90度遅れの局部発振信号対応の中間周波数信号を所定の移相量だけ移相した後、移相した中間周波数信号と他方の中間周波数信号とを加算して中間周波数信号を出力する無線受信回路が第3の関連技術として示されている。この第3の関連技術としての無線受信回路は、上記2つの中間周波数信号が通る経路のばらつきに起因して生ずるイメージ信号成分の相殺を行うための無線受信回路の調整モードにおいて、上記混合器へ供給される入力信号として局部発振周波数と中間周波数との差の周波数であるイメージ周波数の基準イメージ信号を用いてイメージ信号成分の相殺を行うように構成されている。
特開2006−157866号公報 特開2007−104522号公報 特開2008−124954号公報
ところで、上記した第1乃至第3の関連技術のいずれもが、受信機内に形成される2つの信号経路内の素子、配線等で生ずる信号経路間のミスマッチを補償しようとするものであるが、特許文献1に記載の第1の関連技術は、IF帯模擬イメージ信号を複素フィルタに入力して上記ミスマッチを補償するものであるから、原理的に、直交ミキサで生ずるミスマッチには対応できない。
また、特許文献2に記載の第2の関連技術は、RF帯の校正信号を直交ミキサに入力して特許文献1と同種のミスマッチを補償するので、直交ミキサで生ずるミスマッチの補償はできるが、校正信号源である高周波信号源を必須の構成要素としている。したがって、受信機の面積を増大させ、結果としてコストの上昇が避けられない。また、RF帯の校正信号を用いて上記ミスマッチの補償を行う例を示しているに過ぎず、その他の校正信号による同一の技術的課題の解決に対する言及は見出せない。
また、特許文献3に記載の第3の関連技術についても、特許文献2と同様のことが言える。その理由は、調整モードにおいて、混合器へ入力される信号が、上述のように局部発振周波数と中間周波数との差の周波数であるイメージ周波数の基準イメージ信号であることにある。
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、装置で生ずるイメージ信号(不所望成分信号)を模擬したIF帯模擬イメージ信号等を装置の較正モードで用いるようにした受信装置、低IF型受信装置及び複素フィルタ並びに受信装置におけるイメージ信号の減衰方法及びミスマッチ補償方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、この発明の第1の構成は、受信信号の受信の際に発生するイメージ信号を減衰させる手段を備える受信装置に係り、受信信号に基づいて実信号及びイメージ信号を出力する信号処理手段と、前記イメージ信号の減衰度を調整する較正モードにおいて、前記イメージ信号を模擬した模擬イメージ信号を較正信号として前記信号処理手段に供給する信号供給手段と、前記信号処理手段を介して入力される較正信号を使用して前記イメージ信号の減衰度を調整後、前記イメージ信号を減衰させつつ前記実信号を通過させるフィルタリング手段と、を備えることを特徴としている。
この発明の第2の構成は、受信装置におけるイメージ信号の減衰方法に係り、信号処理手段が受信信号に基づいて実信号及びイメージ信号を出力し、出力される上記イメージ信号の減衰度の調整を、上記信号処理手段を介して入力される較正信号に基づいてフィルタリング手段で行う較正モードにおいて、上記較正信号として上記イメージ信号を模擬した模擬イメージ信号が上記信号処理手段に供給されることを特徴としている。
この発明によれば、受信装置で発生するイメージ信号の減衰度の調整に、イメージ信号を模擬した模擬イメージ信号を用いるので、高周波信号源を用いることなく、小面積で、イメージ信号の除去度を向上させることができる。
この発明の実施形態1である低IF型受信装置の電気的構成を示す図である。 同低IF型受信装置で用いるIF帯模擬イメージ信号生成部の回路構成を示す図である。 同低IF型受信装置で用いる1つの経路切り替え回路を示す図である。 同低IF型受信装置で用いる他の経路切り替え回路を示す図である。 同低IF型受信装置に用いる直交ミキサを構成するIミキサ及びQミキサの回路構成を示す図である。 同低IF型受信装置に用いる1つの複素フィルタの例を示すブロック図である。 同低IF型受信装置に用いる他の複素フィルタの例を示すブロック図である。 同低IF型受信装置で用いる振幅検出部の構成例を示すブロック図である。 この発明の実施形態2である低IF型受信装置の電気的構成を示すブロック図である。 従来の無線信号受信システムの電気的構成を示すブロック図である。 図10に示す無線信号受信システムの周波数に対する利得特性を示す図である。 本願に係る関連技術の1つの電気的構成例を示すブロック図である。 本願に係る関連技術の他の電気的構成例を示すブロック図である。
この発明は、受信装置内で発生するイメージ信号の減衰度の調整に用いる較正信号として、そのイメージ信号を模擬した模擬イメージ信号を用いることを含んで構成される。
実施形態1
図1は、この発明の実施形態1である低IF型受信装置の電気的構成を示す図、図2は、同低IF型受信装置で用いるIF帯模擬イメージ信号生成部の回路構成を示す図、図3は、同低IF型受信装置で用いる1つの経路切り替え回路を示す図、図4は、同低IF型受信装置で用いる他の経路切り替え回路を示す図、図5は、同低IF型受信装置に用いる直交ミキサを構成するIミキサ及びQミキサの回路構成を示す図、図6は、同低IF型受信装置に用いる1つの複素フィルタの例を示すブロック図、図7は、同低IF型受信装置に用いる他の複素フィルタの例を示すブロック図、また、図8は、同低IF型受信装置で用いる振幅検出部の構成例を示すブロック図である。
この実施形態の低IF型受信装置(受信装置の一例)10は、直交変調信号を復調する復調回路系内の回路素子のミスマッチがあっても不所望成分信号(イメージ信号)に対するイメージ除去比を向上させるのにIF帯模擬イメージ信号を用いた装置に係る。この低IF型受信装置10の主要部は、IF帯模擬イメージ信号生成部12と、経路切り替え器13と、直交ミキサ14と、局部発振器(LO:Local Oscillator)15と、複素フィルタ16と、振幅検出部17と、素子値制御部18とから概略構成されている。低IF型受信装置10は、そのほかに、図示しないアンテナで受信される高周波の直交変調信号を増幅するLNA(Low Noise Amplifier)19と、可変利得増幅器(VGA;Variable Gain Amplifier)20と、アナログ−デジタル変換器(ADC;Analog-Digital Converter)21と、デジタル信号処理部22とを有する。上記IFは、Intermediate Frequency(中間周波数)の略称である。
IF帯模擬イメージ信号生成部12は、直交ミキサ14で周波数変換されて直交ミキサ14から出力される所望のIF実信号の周波数に対してIF帯信号とは発生上異符号関係となる周波数のIF帯模擬イメージ信号IM−I、IM−Qを各別に生成して出力する信号生成手段である。
このIF帯模擬イメージ信号生成部12は、図2に示すように、遅延式フリップフロップ回路(DFF;Delay Flip-Flop)26、27から構成される。
そして、クロック源(図示せず)から1相のクロック信号CLKが遅延式フリップフロップ回路26、27へ入力される。そのクロック信号の周波数は、直交ミキサ14から出力されるIF帯実信号の中間周波数の4倍の周波数である。遅延式フリップフロップ回路26は、IF帯模擬イメージ信号IM−I、IM−IBを生成する回路であり、また、遅延式フリップフロップ回路27は、IF帯模擬イメージ信号IM−Q、IM−QBを生成する回路である。但し、この実施形態では、IF帯模擬イメージ信号IM−I及びIF帯模擬イメージ信号IM−Qが用いられる。すなわち、図1に示すようにIF帯模擬イメージ信号生成部12は、IF帯模擬イメージ信号IM−I及びIF帯模擬イメージ信号IM−Qを出力する機能を有する。
また、径路切り替え器13の前段に、IF帯模擬イメージ信号に含まれる不要な高周波を除去する目的で低域通過型フィルタを配置してもよい。
遅延式フリップフロップ回路26及び遅延式フリップフロップ回路27で生成されるIF帯模擬イメージ信号のうちのIM−Iに対して、IM−IB、IM−Q、IM−QBの位相は、それぞれ、180、90、270度ずれた信号である。また、IF帯模擬イメージ信号IM−I、IM−IB、IM−Q、IM−QBの振幅は、直交ミキサ14と複素フィルタ16の入力ダイナミックレンジ内で、できるだけ大きくすることが好ましい。
経路切り替え器13は、LNA19からの直交変調信号とIF帯模擬イメージ信号生成部12からのIF帯模擬イメージ信号IM−I、IM−Qとを直交ミキサ14のIミキサ51及びQミキサ52に選択的に供給するスイッチである。
径路切り替え器13の1つの例を図3に示し、他の例を図4に示す。図3に示す径路切り替え器13は、LNA19からの直交変調信号を直交ミキサ14のIミキサ51及びQミキサ52に供給するスイッチ31と、IF帯模擬イメージ信号生成部12からのIF帯模擬イメージ信号IM−I、IM−Qを直交ミキサ14のIミキサ51及びQミキサ52に供給するスイッチ32とから構成されている。
スイッチ31は、2個のNチャンネルMOSEFT(以下、NMOSと略称する)311、312とから構成されている。スイッチ32は、2個のNMOS321、322と、インバータ323とから構成されている。インバータ323の入力は、スイッチ31のNMOS311、312のゲートに接続される切り替え信号線313が接続され、インバータ323の出力は、NMOS321、322のゲートに接続されている。切り替え信号線313に切り替え信号Sが供給される。
また、図4に示す径路切り替え器13Aは、図3に示す径路切り替え器13のスイッチ31をスイッチ41で構成している。スイッチ41は、後述するLNA19から信号を出力させないことと、コンデンサ411、412とで構成している。
図3に示す径路切り替え器13では、切り替え信号線313に供給される切り替え制御信号Sを、較正モードのとき低レベルにし、通信モードのとき高レベルにすることにより、直交ミキサ14に供給される信号を切り替えるように構成されている。但し、高周波信号のLNA19の出力信号を図3構成の経路切り替え器13を介して転送しようとすると、その径路に有限のオン抵抗が入ることになり、信号電力の損失が無視できなくなる。
この欠点を回避するために、図4構成の径路切り替え器13Aを用いる。すなわち、図4に示す構成において、コンデンサ411、412の容量を直交ミキサ14の入力容量と比べて十分大きく選べば、高周波信号に対してはコンデンサ411、412は、殆ど短絡とみなすことができるため、信号電力の損失を抑えることができる。なお、図4に示す経路切り替え器13Aを用いる場合の較正モードにおいて、LAN19から信号を出力しないようにし、スイッチ32への切り替え制御信号は、高レベルにする構成にする。高周波信号径路にスイッチを用いることなく、LAN19から信号を出力しないようにする技術的手段として、LAN19に供給されるバイアス電流や電源を遮断する方法がある。
直交ミキサ14は、高周波信号であるRF帯の直交変調信号を局部発振信号で周波数変換する回路で、Iミキサ51とQミキサ52とからなる。直交ミキサ14に入力されるRF帯の直交変調信号は周波数変換されて出力されるが、直交ミキサ14に入力されるIF帯模擬イメージ信号はそのままフィードスルーして出力される。
直交ミキサ14は、図5に示すように、NMOS56と、抵抗57と、NMOS58と、コンデンサ59とから構成されており、直交成分(Iフィルタ61及びQフィルタ62)毎に設けられている。NMOS56のゲートに径路切り替え器13からの信号(IN)が入力される。NMOS58のゲートには局部発振信号(LO)が入力される。直交ミキサ14の出力信号には、高周波受信信号(又はIF帯模擬イメージ信号)周波数のフィードスルー成分、LO周波数のフィードスルー成分、高周波受信信号(又はIF帯模擬イメージ信号)の周波数と局部発振信号の周波数との和と差の周波数成分、その他の高周波成分が含まれる。そして、コンデンサ59は、出力信号に含まれる高周波信号を除去する素子である。
図5に示す直交ミキサ14では、上述したIQミスマッチを検出可能にする場合と、検出不可能にする場合とがある。IQミスマッチの検出可能にする事項は、受信信号又はIF帯模擬イメージ信号が入力されるトランジスタのしきい値電圧のばらつきや負荷抵抗のばらつきである。負荷容量のばらつきは、受信信号かIF帯模擬イメージ信号かを問わず、等しく出力信号の振幅又は位相に影響を与えるので、入力されるIF帯模擬イメージ信号でのIQミスマッチの度合いを検出できる。
IQミスマッチの検出不可能にする事項は、配線抵抗やトランジスタの入力容量にミスマッチである。IミキサとQミキサとにおいて、配線抵抗やトランジスタの入力容量にミスマッチがあると、高周波帯とIF帯とでは、位相の回転角が異なるため、IF帯模擬イメージ信号ではミスマッチを検出不能となる。また、局部発振信号LO−Iと局部発振信号LO−Qとの位相差が理想的な90度からずれている場合も、IF帯イメージ信号ではずれの度合いを検出できない。
これらの不都合を回避するためには、特に高周波信号の径路においては、IミキサとQミキサとの対称性に注意したレイアウトをすること、局部発振信号LO−Iと局部発振信号LO−Qとの位相差が90度になるように配慮した局部発振器(LO)15の設計をすることが必要である。
なお、較正モードにおいても、Iミキサ51及びQミキサ52に局部発振信号LO−I及び局部発振信号LO−Qを入力することで、LO−I、LO−Qのデューティ比のずれに起因するIF帯模擬イメージ信号IF−I及びIF帯模擬イメージ信号IF−Qの振幅のずれも含めた補正が可能であるが、必ずしも、LO−IとLO−Qとを入力する必要はなく、LO出力信号を高レベルに固定していても動作させることができる。
局部発振器15は、直交ミキサ(Iミキサ)51に局部発振信号LO−Iを、直交ミキサ(Qミキサ)52に局部発振信号LO−Qを供給する発振回路である。
複素フィルタ16は、Iフィルタ61とQフィルタ62とからなる(図1及び図6)。
複素フィルタ16は、電圧電流変換器とコンデンサを用いた1次Gm−Cである。
Iフィルタ61は、図6に示すように、電圧電流変換器63a、64a、65a、66aと、コンデンサ67aとから構成される。電圧電流変換器64aは、入出力端子が短絡されている。Qフィルタ62も、同様に、電圧電流変換器63b、64b、65b、66bと、コンデンサ67bとから構成される。電圧電流変換器64bは、入出力端子が短絡されている。電圧電流変換器65aと電圧電流変換器65b及び電圧電流変換器66aと電圧電流変換器66bとは、Iフィルタ61とQフィルタ62とを接続する電圧電流変換器である。
電圧電流変換器63a、電圧電流変換器63bは、それぞれの入力電圧信号IF−I、IF−Qに対応する電流を出力する。電圧電流変換器64a、64bは、負荷抵抗と等価であり、電流を電圧に変換する。コンデンサ67a、67bは、負荷容量である。
複素フィルタ16の通過帯域幅は、電圧電流変換器63a及び電圧電流変換器63bの電圧電流変換利得とコンデンサ67a及びコンデンサ67bの容量との比で決定される。また、複素フィルタ16の中心周波数は、電圧電流変換器66a及び電圧電流変換器66bの電圧電流変換利得とコンデンサ67a及びコンデンサ67bの容量との比で決定される。さらに、電圧電流変換器63a及び電圧電流変換器63bの電圧電流変換利得と電圧電流変換器65a及び電圧電流変換器65bの電圧電流変換利得との比によって、信号IF−I及び信号IF−Qの位相が回転する量が決定される。そして、複素フィルタ16の利得は、電圧電流変換器63a及び電圧電流変換器63bの電圧電流変換利得と電圧電流変換器64a及び電圧電流変換器64bの電圧電流変換利得との比で決定される。
上述したように、複素フィルタ16は、電圧電流変換器63a、63bの電圧電流変換利得の調整によってIQ間の利得の補償を可能にし、また、電圧電流変換器65a、65bの電圧電流変換利得の調整によって、IQ間の位相の補償が可能なる。この実施形態では、電圧電流変換器63a、63bの電圧電流変換利得の調整及び電圧電流変換器65a、65bの電圧電流変換利得の調整は、それらを構成する構成素子の素子値を制御するようにして構成されている。
したがって、上記複素フィルタ16は、複素フィルタ16内の素子値の調整により、直交ミキサ14及び複素フィルタ16のIQミスマッチの補償をし、高いイメージ除去比を得るための条件を探索可能にする構成に構築されている。
上述したIQ間の位相の補償を行うために、信号IF−I及び信号IF−Qの位相を回転させる必要があるが、それらの位相を回転させる方向として、信号IF−I及び信号IF−Qの位相差を小さくする方向と、大きくする方向の2種類がある。位相差を小さくするには、電圧電流変換器63a、63bの電圧電流変換利得と電圧電流変換器65a、65bの電圧電流変換利得とを同符号で変え、逆に、位相差を大きくするには、電圧電流変換器63a、63bの電圧電流変換利得に対して、電圧電流変換器65a、65bの電圧電流変換利得を異符号で変える。
したがって、信号IF−I及び信号IF−Qの位相差を任意の方向に調整するには、電圧電流変換器65a、65bの電圧電流変換利得を正負で切り換えなければならない。
電圧電流変換器65a、65bの電圧電流変換利得の正負の切り換えのための技術的手段が複素フィルタの中に組み込む必要がある。その複素フィルタ16Aを図7に示す。
図7では、上記技術的手段は、電圧電流変換器65a、65bの各各に各別に異符号の電圧電流変換器65c、65dを並列に接続して構成されている。例えば、電圧電流変換器65aの電圧電流変換利得の絶対値が電圧電流変換器65cの電圧電流変換利得よりも大きければ、合計したときには正の電流が出力され、大小関係が逆の場合になると、負の電流が出力される。
この複素フィルタ16Aによれば、信号IF−I及び信号IF−Qの位相差を任意の方向に調整することができる。
上述した構成により、本実施形態では、受信信号の受信の際に発生するイメージ信号を減衰させる手段を備える受信装置を実現している。具体的には、直交ミキサ14から構成される信号処理手段、複素フィルタ16から構成されるフィルタリング手段、並びに、IF帯模擬イメージ信号生成部12及び経路切り替え器13から構成される信号供給手段を実現する。ここで、信号処理手段は、受信信号に基づいて実信号及びイメージ信号を出力する。フィルタリング手段は、該信号処理手段を介して入力される較正信号による上記イメージ信号の減衰度の調整後、上記イメージ信号を減衰させつつ上記実信号を通過させる。また、信号供給手段は、該フィルタリング手段における上記イメージ信号の減衰度を調整する較正モードにおいて、上記較正信号として上記イメージ信号を模擬した模擬イメージ信号を上記信号処理手段に供給させる。
振幅検出部17は、図8に示すように、2乗回路81、82と、加算回路83と、ADC84とから構成される。
2乗回路81は、Iフィルタ61の出力電圧信号を2乗して出力する回路であり、2乗回路82は、Qフィルタ62の出力電圧信号を2乗して出力する回路である。加算回路83は、2乗回路81、82それぞれからの出力電圧を加算し、信号振幅に対応する電圧として出力する回路である。ADC84は、加算回路83の出力電圧をデジタル信号に変換する回路である。
なお、上記振幅検出部17は、Iフィルタ61及びQフィルタ62の両方の出力電圧信号から振幅を算出しているが、いずれか一方の信号から振幅を算出するようにしてもよい。
素子値制御部18は、振幅検出部17によって検出された模擬イメージ信号の振幅が小くなるように複素フィルタ16の素子値を制御するもので、複素フィルタ16の素子値を制御するレジスタと、該レジスタの設定値を掃引し、IF帯模擬イメージ信号の振幅が最小となるレジスタの設定値を探索するデジタル信号処理部とから構成される。
次に、図1乃至図8を参照して、この実施形態の動作を説明する。
低IF型受信装置10を通常の動作状態にするのに先立って、低IF型受信装置10を較正モードで動作させる。この較正モードでは、LNA19から出力される高周波受信信号に代えて、IF帯模擬イメージ信号を直交ミキサ14に供給するため、経路切り替え信号線313(図3)を介して経路切り替え器13に低レベルの経路切り替え信号Sが供給される。これにより、スイッチ31は開放状態となる一方、スイッチ32は閉状態となる。
また、経路切り替え信号Sの供給と共に、IF帯模擬イメージ信号生成部12にクロック信号CLKが供給されてそのDFF26から所望のIF実信号の周波数に対して異符号関係となる周波数のIF帯模擬イメージ信号IM−Iが、また、DFF27から所望のIF実信号の周波数に対して異符号関係となる周波数のIF帯模擬イメージ信号IM−Qが出力される。
上述のようにして経路切り替え器13の切り替えが行われると、IF帯模擬イメージ信号生成部12から出力されるIF帯模擬イメージ信号IM−I、IM−Qは、それぞれ、各別に、経路切り替え器13を介して直交ミキサ14のIミキサ51及びQミキサ52に入力される。
IF帯模擬イメージ信号IM−Iは、Iミキサ51で周波数変換が行われないし、また、IF帯模擬イメージ信号IM−Qは、Qミキサ52で周波数変換が行われないから、IF帯模擬イメージ信号IM−IはIミキサ51を、また、IF帯模擬イメージ信号IM−QはQミキサ52を、フィードスルーしてそれぞれのミキサから出力される。
このようにして、Iミキサ51から出力されるIF帯模擬イメージ信号IM−Iと、Qミキサ52から出力されるIF帯模擬イメージ信号IM−Qとの間には、内部の素子や配線のミスマッチの影響を受けて、位相差が理想的な90度からのずれが生じる上、振幅にも誤差が生ずる。
これらの信号は、そのまま後段に続く複素フィルタ16に入力され、複素フィルタ16の働きによって減衰される。その減衰量は、直交ミキサ14及び複素フィルタ16のミスマッチの程度に応じて異なる。
Iミキサ61及びQミキサ62から出力されるIF帯模擬イメージ信号IM−I及びIF帯模擬イメージ信号IM−Qは、振幅検出部17に入力されると共に、VAG20に入力される。
振幅検出部17は、IF帯模擬イメージ信号の振幅を検出して素子値制御部18に供給する。
素子値制御部18は、IF帯模擬イメージ信号の振幅に基づいて複素フィルタ16を構成する各電圧電流変換器の構成素子の素子値を調整して複素フィルタ16から入力される信号の振幅及び位相を変更する。その調整は、振幅検出部17で検出されるIF帯模擬イメージ信号の振幅が最小となるようにして行う。
上述の素子値の調整は、直交ミキサ14と複素フィルタ16を含む回路で生ずるIQミスマッチを補償し、高いイメージ除去比が生成される条件を探索して行われる。
上述したような調整後に、低IF型受信装置10を通信モードで動作させると、径路切り替え器13は、LNA19から出力される高周波受信信号を直交ミキサ14のIミキサ51及びQミキサ52へ供給するように切り替えられる。
Iミキサ51及びQミキサ52からIF帯実信号が出力されて複素フィルタ16へ供給される。その複素フィルタ16は、上述した調整が完了しているから、複素フィルタ16の素子値は、直交ミキサ14及び複素フィルタ16のIQミスマッチを補償した状態になっており、結果として、通信時においても高イメージ除去比を得ることができる。
複素フィルタ16から出力される信号のうちのイメージ信号を含む妨害波が除去された(乃至はIF帯実信号に対する影響度が大幅に弱められた)状態のIF帯実信号が複素フィルタ16から出力され、そのIF帯実信号はVGA20でその振幅を適切な範囲に増幅される。増幅されたアナログ信号は、ADC21でデジタル信号に変換されてデジタル信号処理部22に供給される。デジタル信号処理部22は、復調処理を含む各種の信号処理を行う。
このように、この実施形態の構成によれば、IF帯模擬イメージ信号生成用の高周波信号源を用いることなく、直交ミキサを含めたIQミスマッチを補償し、小面積で、高いイメージ除去比を得ることができる。
実施形態2
図9は、この発明の実施形態2である低IF型受信装置の電気的構成を示すブロック図である。
この実施形態の構成が、実施形態1のそれと大きく異なる点は、直交ミキサの出力を差動化し、それ以降の信号処理を差動で行うようにした点である。
すなわち、この実施形態の低IF型受信装置10Bは、図9に示すように、IF帯模擬イメージ信号生成部12Bと、経路切り替え器13Bと、差動直交ミキサ14Bと、局部発振器15Bと、複素フィルタ16Bと、振幅検出部17と、素子値制御部18Bとから概略構成されている。
IF帯模擬イメージ信号生成部12Bは、実施形態1の説明で参照した図2に示すIF帯模擬イメージ信号生成部12から出力されるIF帯模擬イメージ信号IM−I、IM−IB及IF帯模擬イメージ信号IM−Q、IM−QBを生成する回路である。
経路切り替え器13Bは、高周波受信信号と、IF帯模擬イメージ信号生成部12Bから出力されるIF帯模擬イメージ信号IM−I、IM−IB及IF帯模擬イメージ信号IM−Q、IM−QBとを選択的に差動直交ミキサ14Bに供給するスイッチである。この選択的供給を行うため、実施形態1のスイッチ31、32に加えて、スイッチ33、34を設けて構成される。スイッチ33は、高周波受信信号又はIF帯模擬イメージ信号生成部12BからのIF帯模擬イメージ信号IM−IBのうちのいずれか一方をIBミキサ51Bに供給し、スイッチ34は、高周波受信信号又はIF帯模擬イメージ信号生成部12AからのIF帯模擬イメージ信号IM−QBのうちのいずれか一方をQBミキサ52Bに供給する。
差動直交ミキサ14Bは、経路切り替え器13Bから入力される高周波受信信号をダウンコンバートしてIF帯実信号及びこれに付随して発生される不所望成分信号であるイメージ信号を出力するほか、IF帯模擬イメージ信号生成部12Bから経路切り替え器13Aを経て供給されるIF帯模擬イメージ信号IM−I、IM−IB及IF帯模擬イメージ信号IM−Q、IM−QBをフィードスルーして出力する回路である。
局部発振器(LO)15Bは、Iミキサ51及びIミキサ51Bに、各別に、局部発振信号LO−I及び局部発振信号LO−IBを、また、Iミキサ52及びIミキサ52Bに、各別に、局部発振信号LO−Q及び局部発振信号LO−QBを供給する。局部発振信号LO−Iと局部発振信号LO−IBとは、互いに180度異なり、また、局部発振信号LO−Qと局部発振信号LO−QBとは、互いに180度異なる。
複素フィルタ16Bは、Iフィルタ61B及びQフィルタ62Bからなり、Iフィルタ61Bは、Iミキサ51及びIBミキサ51Bから出力されるIF帯模擬イメージ信号の振幅を小さくして出力し、Qフィルタ62Bは、Qミキサ52及びQBミキサ52Bから出力されるIF帯模擬イメージ信号の振幅を小さくして出力するようにしてイメージ除去比を高める機能を有するフィルタである。
この機能は、実施形態1と同様、振幅検出部17で検出される複素フィルタ16Bの出力信号の振幅に基づいて素子値制御部18BがIフィルタ61B及びQフィルタ62Bの構成素子の素子値を、Iミキサ51及びIBミキサ51B並びにQミキサ52及びQBミキサ52Bから出力されるIF帯模擬イメージ信号の振幅を小さくなるように制御する実施形態1と同様の仕組みで構成されている。
この構成以外の実施形態の構成は、実施形態1と同じであるので、同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その逐一の説明は省略する。
次に、図9を参照して、この実施形態の動作について説明する。
この実施形態によれば、IF型受信装置10Bが較正モードで動作するときは、IF帯模擬イメージ信号生成部12Bから径路切り替え器13Bを介して、IF帯模擬イメージ信号IM−IがIミキサ51に、IF帯模擬イメージ信号IM−IBがIBミキサ51Bに供給されると共に、IF帯模擬イメージ信号IM−QがQミキサ52に、IF帯模擬イメージ信号IM−QBがQBミキサ52Bに供給される。
IF帯模擬イメージ信号IM−IはIミキサ51を、また、IF帯模擬イメージ信号IM−IBはIBミキサ51Bをフィードスルーして出力される。これと同様に、IF帯模擬イメージ信号IM−QはQBミキサ52を、IF帯模擬イメージ信号IM−QBはQBミキサ52Bをフィードスルーして出力される。
つまり、差動直交ミキサ14Bにおいて、I信号成分とQ信号成分とが差動化されて出力される。
差動化されたI信号成分IF−I、IF−IBがIフィルタ61Bに、また、差動化されたQ信号成分IF−Q、IF−QBがQフィルタ62Bに供給され、Iフィルタ61Bから出力されるI信号成分IF−I及びQフィルタ62Bから出力されるQ信号成分IF−Qの振幅が振幅検出部17で検出される。
検出されたI信号成分IF−I及びQ信号成分IF−Qの振幅に基づいて、実施形態1と同様にして、IF帯模擬イメージ信号の振幅を小さくなるような態様で、素子値制御部18BがIフィルタ61B及びQフィルタ62Bの構成素子の素子値を制御する。
このように、この実施形態の構成によれば、差動形式のIF帯模擬イメージ信号を差動直交ミキサに入力して以降の信号処理を差動で行うようにしているので、実施形態1で得られる効果に加えて、電源に起因する雑音に強い、信号振幅が大きく取れる、偶数次高周波を相殺できる等の効果が得られ、結果としてダイナミックレンジが向上する。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、この発明の具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもそれらはこの発明に含まれる。 例えば、実施形態1の複素フィルタ16の説明において、電圧電流変換利得が異符号である電圧電流変換器を用いる必要があることを説明したが、その電圧電流変換器を構成する手段には、次のようなものがある。逆相の電圧信号を入力する方法や、電流信号を電流ミラー回路で折り返して異符号の電流信号を得る方法がある。
また、電圧電流変換器の電圧電流変換利得を調整する方法としては、複数の電圧電流変換器を並置してスイッチで切り替える方法や、電圧電流変換器のバイアス電圧を調整する方法や、電圧電流変換器の出力電流を一定時間比で間歇的に取り出すことで実効的に電圧電流変換利得を調整する方法がある。
上記において、複素フィルタの構成例として、電圧電流変換器とコンデンサを用いた1次Gm−Cを示したが、その他の例として、演算増幅器と、抵抗と、コンデンサとから構成されるフィルタや、演算増幅器と、MOSFETと、コンデンサとから構成されるフィルタを用いることもできる。さらには、デジタルフィルタにおいても、同様の手法でIQ間の振幅及び位相を補償することもできる。
また、この実施形態では、複素フィルタ16に振幅や位相の調整機構を設ける例を示したが、同様の方法で直交ミキサに調整機構を設けることも可能である。この場合においても、複素フィルタ16の出力信号の振幅を検出しているため、複素フィルタ16において発生するミスマッチを含めた補償が可能である。
また、実施形態1で説明した振幅検出部17は、その入力信号として複素フィルタ16の出力電圧信号を用いているが、VGA20の出力電圧信号を入力信号としてもよい。複素フィルタ16やVGA20の出力電圧信号を入力とする場合は、ADC84は、図1のADC21と兼用可能である。
また、振幅検出部17をデジタル的に構成することも可能である。その構成としては、上述の2乗回路81、82や加算回路83をデジタル回路で構成し、その入力デジタル信号としてADC21で変換されたデジタル信号を用いる。この場合には、ADC84は不要である。
また、実施形態2において、単相出力のLNAを用いた場合の低IF型受信装置の構成を示したが、差動信号出力のLNAや、単相差動変換回路を用いることも可能である。
また、上記のいずれの実施形態でも、低IF型受信装置の較正モードにおいて低IF型受信装置の直交ミキサへ入力されるIF帯模擬イメージ信号をIF帯模擬イメージ信号生成部から入力させる仕組みを採用しているが、そのIF帯模擬イメージ信号を直交変調信号の送信側から送信して低IF型受信装置に入力させる仕組みに変更しても、この発明を実施できる。
上記のいずれの実施形態では、直交変調信号を受信する低IF型受信装置の例について説明したが、振幅位相変調(APSK;Amplitude Phase Shift Keying)信号を受信する受信装置でこの発明を実施することができる。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、2008年12月26日に出願された日本出願特願2008−332675を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
ここに開示している発明は、受信した信号の処理で当該信号から得られる実信号に付随して発生する不所望信号成分の除去を必要とする各種の受信装置乃至信号処理装置でも利用し得る。
10、10B 低IF型受信装置(受信装置)
12、12B IF帯模擬イメージ信号生成部(信号供給手段の一部)
13、13A、13B 経路切り替え器(信号供給手段の残部)
14、14B 直交ミキサ(信号処理手段、ミキサ)
14B 差動直交ミキサ(信号処理手段、ミキサ)
15、15B 局部発振器
16、16A、16B 複素フィルタ(フィルタリング手段)
17 振幅検出部(振幅検出手段)
18、18B 素子値制御部(素子値制御手段)
61、61B Iフィルタ(第1のフィルタ)
62、62B Qフィルタ(第2のフィルタ)
63a 電圧電流変換器(第1の電圧電流変換器)
64a 電圧電流変換器
65a 電圧電流変換器(第2の電圧電流変換器)
66a 電圧電流変換器
63b 電圧電流変換器(第3の電圧電流変換器)
64b 電圧電流変換器
65b 電圧電流変換器(第4の電圧電流変換器)
66b 電圧電流変換器
65c 電圧電流変換器(第5の電圧電流変換器)
66d 電圧電流変換器(第5の電圧電流変換器)
67a コンデンサ(第1の静電容量)
67b コンデンサ(第2の静電容量)

Claims (23)

  1. 受信信号に基づいて実信号及びイメージ信号を出力する信号処理手段と、
    前記イメージ信号の減衰度を調整する較正モードにおいて、前記イメージ信号を模擬した模擬イメージ信号を較正信号として前記信号処理手段に供給する信号供給手段と、
    前記信号処理手段を介して入力される較正信号を使用して前記イメージ信号の減衰度を調整後、前記イメージ信号を減衰させつつ前記実信号を通過させるフィルタリング手段と、を備え
    前記信号処理手段は、振幅位相変調された受信信号をIF帯の信号にダウンコンバートしてIF帯実信号及びIF帯イメージ信号を出力するミキサから構成され、
    前記フィルタリング手段は、前記ミキサを介して入力される較正信号による前記IF帯イメージ信号の減衰度の調整後、前記IF帯イメージ信号を減衰させつつ前記IF帯実信号を通過させ、
    前記信号供給手段は、前記フィルタリング手段における前記IF帯イメージ信号の減衰度を調整する較正モードにおいて、前記較正信号として前記IF帯イメージ信号を模擬したIF帯模擬イメージ信号を前記ミキサに供給する受信装置。
  2. 前記フィルタリング手段は、前記フィルタリング手段自身での前記イメージ信号の減衰度の調整及び前記信号処理手段での前記イメージ信号の減衰度の調整、又は前記信号処理手段のみでの前記イメージ信号の減衰度の調整を行うことを特徴とする請求項1記載の受信装置。
  3. 前記フィルタリング手段は、前記フィルタリング手段自身での前記イメージ信号の減衰度の調整及び前記ミキサでの前記イメージ信号の減衰度の調整、又は前記ミキサのみでの前記イメージ信号の減衰度の調整を行うことを特徴とする請求項記載の受信装置。
  4. 前記振幅位相変調された受信信号は直交変調された受信信号であり、前記ミキサは直交ミキサであることを特徴とする請求項又は記載の受信装置。
  5. 前記振幅位相変調された受信信号は直交変調された受信信号であり、前記ミキサは差動直交ミキサであることを特徴とする請求項又は記載の受信装置。
  6. 前記信号供給手段は、
    IF帯模擬イメージ信号を生成するIF帯模擬イメージ信号生成手段と、
    前記受信信号と前記IF帯模擬イメージ信号生成手段から出力される前記IF帯模擬イメージ信号とのいずれか一方を選択的に前記ミキサ又は前記直交ミキサに供給する切り替え手段と、を備えることを特徴とする請求項4記載の受信装置。
  7. 前記信号供給手段は、
    差動形式のIF帯模擬イメージ信号を生成するIF帯模擬イメージ信号生成手段と、
    前記受信信号と前記IF帯模擬イメージ信号生成手段から出力される差動形式のIF帯模擬イメージ信号とのいずれか一方を選択的に前記差動直交ミキサに供給する切り替え手段と、を備えることを特徴とする請求項記載の受信装置。
  8. 前記フィルタリング手段は、前記直交ミキサから出力される互いに直交関係にある第1及び第2の信号を入力とする複素フィルタを有することを特徴とする請求項又は記載の受信装置。
  9. 前記フィルタリング手段は、前記差動直交ミキサから出力される互いに直交関係にあって差動形式の第1及び第2の信号を入力とする複素フィルタを有することを特徴とする請求項又は記載の受信装置。
  10. 前記ミキサと前記複素フィルタとの少なくとも一方は、素子値を変更可能な可変素子を少なくとも1つを有することを特徴とする請求項又は記載の受信装置。
  11. 前記複素フィルタから出力される信号の振幅を検出する振幅検出手段と、
    該振幅検出手段によって検出される振幅に基づいて前記ミキサと前記複素フィルタとの少なくとも一方の素子値を制御する素子値制御手段と、を有し、
    前記素子値の制御は、前記信号供給手段が前記IF帯模擬イメージ信号を前記ミキサとに供給するときに行われるように構成されていることを特徴とする請求項又は10のいずれか一項に記載の受信装置。
  12. 前記複素フィルタは、
    前記第1の信号を入力とする第1のフィルタと、
    前記第2の信号を入力とする第2のフィルタと、を有し、
    前記第1のフィルタは、
    前記第1の信号の電圧を入力とし、該電圧に対応する電流を第1の静電容量に出力する第1の電圧電流変換器と、
    前記第2の信号の電圧を入力とし、該電圧に対応する電流を前記第1の静電容量に出力する第2の電圧電流変換器とからなり、
    前記第2のフィルタは、
    前記第2の信号の電圧を入力とし、該電圧に対応する電流を第2の静電容量に出力する第3の電圧電流変換器と、
    前記第1の信号の電圧を入力とし、該電圧に対応する電流を前記第2の静電容量に出力する第4の電圧電流変換器とからなることを特徴とする請求項10又は11のいずれか一項に記載の受信装置。
  13. 前記複素フィルタは、前記第1及び第2の電圧電流変換器並びに前記第3及び第4の電圧電流変換器の電圧電流変換利得が、少なくとも1つ以上可変であることを特徴とする請求項12記載の受信装置。
  14. 前記複素フィルタは、前記第2の電圧電流変換器及び前記第4の電圧電流変換器と並列に、前記第2の電圧電流変換器及び前記第4の電圧電流変換器と異符号の電圧電流変換利得を持つ第5の電圧電流変換器を配設して構成することを特徴とする請求項12又は13記載の受信装置。
  15. 信号処理手段が受信信号に基づいて実信号及びイメージ信号を出力し、
    出力される前記イメージ信号の減衰度の調整を、前記信号処理手段を介して入力される較正信号に基づいてフィルタリング手段で行う較正モードにおいて、前記較正信号として前記イメージ信号を模擬した模擬イメージ信号が前記信号処理手段に供給され、
    前記信号処理手段が振幅位相変調された受信信号をIF帯の信号にダウンコンバートしてIF帯実信号及びIF帯イメージ信号を出力するミキサから構成される受信装置におけるイメージ信号の減衰方法であって、
    前記フィルタリング手段が、前記ミキサを介して入力される較正信号による前記IF帯イメージ信号の減衰度の調整後、前記IF帯イメージ信号を減衰させつつ前記IF帯実信号を通過させ、
    前記フィルタリング手段における前記IF帯イメージ信号の減衰度を調整する較正モードにおいて、前記較正信号として前記IF帯イメージ信号を模擬したIF帯模擬イメージ信号を前記ミキサに供給することを特徴とする受信装置におけるイメージ信号の減衰方法。
  16. 前記較正モードで行う前記イメージ信号の減衰度の調整は、前記フィルタリング手段自身での前記イメージ信号の減衰度の調整及び前記信号処理手段での前記イメージ信号の減衰度の調整、又は前記信号処理手段のみでの前記イメージ信号の減衰度の調整であることを特徴とする請求項15記載の受信装置におけるイメージ信号の減衰方法。
  17. ミキサが振幅位相変調された受信信号に基づいてIF帯実信号及びIF帯イメージ信号を出力し、
    出力される前記IF帯イメージ信号の減衰度の調整を、前記ミキサを介して入力される較正信号に基づいてフィルタリング手段で行う較正モードにおいて、前記較正信号として前記IF帯イメージ信号を模擬したIF帯模擬イメージ信号が前記ミキサに供給されることを特徴とする受信装置のミスマッチ補償方法。
  18. 前記較正モードで行う前記IF帯イメージ信号の減衰度の調整は、前記フィルタリング手段自身での前記IF帯イメージ信号の減衰度の調整及び前記ミキサでの前記IF帯イメージ信号の減衰度の調整、又は前記ミキサのみでの前記IF帯イメージ信号の減衰度の調整を行うことを特徴とする請求項17記載の受信装置のミスマッチ補償方法。
  19. 前記振幅位相変調された受信信号は直交変調された受信信号であり、前記ミキサは直交ミキサであることを特徴とする請求項17又は18記載の受信装置のミスマッチ補償方法。
  20. 前記振幅位相変調された受信信号は直交変調された受信信号であり、前記ミキサは差動直交ミキサであることを特徴とする請求項17又は18記載の受信装置のミスマッチ補償方法。
  21. 前記信号処理手段への信号の供給は、前記フィルタリング手段の前記較正モードに際して、前記信号処理手段に入力される前記受信信号から前記受信装置の信号供給手段から出力される較正信号に切り替えられることを特徴とする請求項15又は16記載の受信装置におけるイメージ信号の減衰方法。
  22. 前記ミキサ又は前記直交ミキサへの信号の供給は、前記受信装置の前記較正モードに際して、前記受信装置に入力される受信信号から前記受信装置の信号供給手段から出力される前記IF帯模擬イメージ信号に切り替えられることを特徴とする請求項19記載の受信装置のミスマッチ補償方法。
  23. 前記差動直交ミキサへの信号の供給は、前記受信装置の前記較正モードに際して、前記受信装置に入力される前記受信信号から前記受信装置の信号供給手段から出力される差動形式の前記IF帯模擬イメージ信号に切り替えられることを特徴とする請求項20記載の受信装置のミスマッチ補償方法。
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