JP5602791B2 - Transmitter - Google Patents

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本発明は、低消費電力化を図るようにした送信器に関し、より詳細には、所望の送信出力電力に応じて、混合器と周波数分周器の双方の低消費電力化を図ることで、従来の送信器よりも平均的な消費電力を低く抑えるようにしたIQ直交変調型の送信器に関する。   The present invention relates to a transmitter designed to reduce power consumption, and more specifically, by reducing power consumption of both a mixer and a frequency divider according to a desired transmission output power. The present invention relates to an IQ orthogonal modulation type transmitter in which average power consumption is kept lower than that of a conventional transmitter.

近年、携帯電話に代表される携帯型の通信端末装置(以下、「携帯端末」という)の送信器において、送信出力信号の出力電力(以下、「送信出力電力」という)は、広い可変幅と低消費電力であることが求められている。低消費電力であることは、携帯端末のバッテリーを長持ちさせることに不可欠であり、時々刻々と変化する携帯端末の使用状態において、その平均的な消費電力を低く抑える事が重要である。また、消費電力は、消費電流と電源電圧との積であるため、消費電流を低減させることは、すなわち、消費電力を低減させることになる。   In recent years, in a transmitter of a portable communication terminal device represented by a mobile phone (hereinafter referred to as “mobile terminal”), the output power of a transmission output signal (hereinafter referred to as “transmission output power”) has a wide variable width. There is a demand for low power consumption. The low power consumption is indispensable for extending the battery of the mobile terminal, and it is important to keep the average power consumption low in the usage state of the mobile terminal that changes every moment. Further, since the power consumption is the product of the current consumption and the power supply voltage, reducing the current consumption means that the power consumption is reduced.

例えば、特許文献1に記載の送信器は、電力調整型の送信器である。この送信器では、消費電流を低減させるための手段として、入力されるベースバンド信号の振幅を変化させなくとも、並列に配置された複数個の変調器を、動作もしくは非動作させることで、所望の送信出力電力を実現している。所望の送信出力電力を実現するためにベースバンド信号の振幅を変化させる方法では、混合器に流れる電流を減らすことはできないが、この特許文献1に記載の送信出力電力の調整方法によれば、少ない電流消費で送信出力電力の調整を行うことができる。これにより、電源電圧と消費電流との積で求められる消費電力も低減できることになる。   For example, the transmitter described in Patent Document 1 is a power adjustment type transmitter. In this transmitter, as a means for reducing current consumption, a plurality of modulators arranged in parallel can be operated or not operated without changing the amplitude of the input baseband signal. The transmission output power is realized. In the method of changing the amplitude of the baseband signal in order to achieve the desired transmission output power, the current flowing through the mixer cannot be reduced. However, according to the transmission output power adjustment method described in Patent Document 1, The transmission output power can be adjusted with low current consumption. Thereby, the power consumption calculated | required by the product of a power supply voltage and current consumption can also be reduced.

ところで、上述した特許文献1に記載の送信器は、ベースバンド部とIQ直交変調器とバンドパスフィルタとパワーアンプ(PA)とアンテナと電力検出器とインターフェース回路とから構成されている。ベースバンド部は、デジタル信号処理部とデジタル/アナログ変換器(DA変換器)とローパスフィルタとアナログ/デジタル変換器(AD変換器)とからなっている。また、IQ直交変調器は、電圧制御発振回路(VCO)と周波数分周器と2つの混合器と加算ノードとからなっている。   By the way, the transmitter described in Patent Document 1 described above includes a baseband unit, an IQ quadrature modulator, a bandpass filter, a power amplifier (PA), an antenna, a power detector, and an interface circuit. The baseband unit includes a digital signal processing unit, a digital / analog converter (DA converter), a low-pass filter, and an analog / digital converter (AD converter). The IQ quadrature modulator includes a voltage controlled oscillation circuit (VCO), a frequency divider, two mixers, and an addition node.

また、2つの混合器は、それぞれ以下のような構成となっている。すなわち、ベースバンド部のローパスフィルタからの信号は、IQ直交変調器の有効信号入力部を介して、混合器の並列に接続された4つの混合器セルに入力される。そして、各混合器セルから出力される電流の総和は、カレントミラーを介して、局所発振器入力部からの局所発振器信号を他方の入力とする4つのトランジスタに供給される。また、この4つのトランジスタの出力は、2つの高周波数出力部から出力される。   The two mixers are configured as follows. In other words, the signal from the low-pass filter in the baseband part is input to four mixer cells connected in parallel to the mixer via the effective signal input part of the IQ quadrature modulator. Then, the sum of the currents output from each mixer cell is supplied to four transistors using the local oscillator signal from the local oscillator input unit as the other input via the current mirror. The outputs of the four transistors are output from two high frequency output units.

ここで、上述した特許文献1の混合器では、制御入力部からの信号に応じて、4つの混合器セル間を接続しているスイッチによって各混合器セル間を接続又は切断することで、送信出力電力を調整できる。これにより、ベースバンド信号の振幅を変化させて送信出力電力を調整する方法よりも、少ない電流消費で送信出力電力の調整を行うことができる。すなわち、混合器自体の平均的な消費電力を低く抑えることが可能である。   Here, in the mixer of Patent Document 1 described above, transmission is performed by connecting or disconnecting each mixer cell with a switch connecting the four mixer cells in accordance with a signal from the control input unit. Output power can be adjusted. Thereby, the transmission output power can be adjusted with less current consumption than the method of adjusting the transmission output power by changing the amplitude of the baseband signal. That is, the average power consumption of the mixer itself can be kept low.

次に、上述した特許文献1における2つの混合器を駆動する周波数分周器の電力消費に関して説明する。周波数分周器は、高周波回路において多くの場合、CML(Current Mode Logic)回路で実現される。
図6は、従来の2分周器をCML回路で実現した場合の回路構成図である。図6に示されるCML回路は、N型MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ901,902,903と負荷抵抗904と定電流源900とから構成されている。このCML回路は、キャリア波周波数の2倍の周波数の高周波差動信号LOP,LONを入力とし、キャリア波周波数と同じ周波数の差動出力LOIP,LOINと、これらの差動出力と各々90度位相の異なる差動出力LOQP,LOQNを出力する。
Next, the power consumption of the frequency divider that drives the two mixers in Patent Document 1 will be described. The frequency divider is often realized by a CML (Current Mode Logic) circuit in a high-frequency circuit.
FIG. 6 is a circuit configuration diagram in the case where a conventional divide-by-2 circuit is realized by a CML circuit. The CML circuit shown in FIG. 6 includes N-type MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors 901, 902, and 903, a load resistor 904, and a constant current source 900. This CML circuit receives high-frequency differential signals LOP and LON having a frequency twice the carrier wave frequency as input, differential outputs LOIP and LOIN having the same frequency as the carrier wave frequency, and each of these differential outputs and a 90-degree phase. Output differential outputs LOQP and LOQN.

ここで、差動出力LOIP,LOINは、2つの混合器のうちの一方の混合器に入力され、差動出力LOQP,LOQNは、他方の混合器に入力される。周波数分周器を図6に示した2分周器で実現したとき、2分周器の出力LOIP,LOIN,LOQP,LOQNの各々の出力先である各混合器内のトランジスタの容量性負荷をCLとし、2分周器の負荷抵抗904の抵抗値をRとすると、CLとRとからなる時定数はR・CLとなる。混合器回路がMOSトランジスタで構成される場合、容量性負荷CLの支配要因は、MOSトランジスタのゲート酸化膜が形成するゲートの面積に比例する。   Here, the differential outputs LOIP and LOIN are input to one of the two mixers, and the differential outputs LOQP and LOQN are input to the other mixer. When the frequency divider is realized by the divide-by-2 shown in FIG. 6, the capacitive load of the transistor in each mixer, which is the output destination of each of the outputs LOIP, LOIN, LOQP, LOQN of the divide-by-2, is obtained. If CL is R and the resistance value of the load divider 904 of the two-frequency divider is R, the time constant composed of CL and R is R · CL. When the mixer circuit is composed of MOS transistors, the dominant factor of the capacitive load CL is proportional to the area of the gate formed by the gate oxide film of the MOS transistor.

なお、ここでは、図6に示したトランジスタ902のドレインの寄生容量と、トランジスタ903のゲートの寄生容量と、配線の寄生効果などは無視して数式を簡易化している。
キャリア波の周波数をfcとするとき、時定数R・CLが周期1/2・π・fcよりも小さいことが必要であるとすると、抵抗値Rの選択範囲は、以下の式(1)を満たす。
Note that the mathematical formula is simplified by ignoring the parasitic capacitance of the drain of the transistor 902, the parasitic capacitance of the gate of the transistor 903, the parasitic effect of the wiring, and the like shown in FIG.
Assuming that the frequency of the carrier wave is fc and the time constant R · CL needs to be smaller than the period ½ · π · fc, the selection range of the resistance value R is given by the following equation (1): Fulfill.

Figure 0005602791
Figure 0005602791

次に、出力LOIP,LOIN,LOQP,LOQNの出力振幅が、シングルエンドのピーク・ピーク値でV0必要であるとすると、定電流源900の電流値I0は、上記式(1)を考慮すると、以下の式(2)を満たす。   Next, assuming that the output amplitude of the outputs LOIP, LOIN, LOQP, and LOQN is V0 at a single-ended peak-to-peak value, the current value I0 of the constant current source 900 takes the above equation (1) into consideration, The following formula (2) is satisfied.

Figure 0005602791
Figure 0005602791

上記式(1)及び上記式(2)より、2分周器での消費電流は、混合器内のトランジスタの容量性負荷CLに比例して増大することがわかる。   From the above formulas (1) and (2), it can be seen that the current consumption in the frequency divider increases in proportion to the capacitive load CL of the transistors in the mixer.

特表2004−534472号公報(特許第4047274号)Japanese translation of PCT publication No. 2004-534472 (Patent No. 4047274)

しかしながら、従来の送信器をCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路で実現した場合、混合器自体の平均的な電力消費を抑えることは可能であるが、混合器を駆動するためのキャリア波信号である高周波信号を生成する周波数分周器の電力消費は、送信出力電力とは無関係であり、その平均電力は高いままであるという課題がある。   However, when the conventional transmitter is realized by a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) circuit, it is possible to suppress the average power consumption of the mixer itself, but it is a carrier wave signal for driving the mixer. The power consumption of the frequency divider that generates the high-frequency signal is irrelevant to the transmission output power, and there is a problem that the average power remains high.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、所望の送信出力電力に応じて、混合器と周波数分周器の双方の低消費電力化を図ることで、従来の送信器よりも平均的な消費電力を低く抑えるようにしたIQ直交変調型の送信器を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and its object is to reduce the power consumption of both the mixer and the frequency divider according to the desired transmission output power. Another object of the present invention is to provide an IQ quadrature modulation type transmitter in which average power consumption is kept lower than that of a conventional transmitter.

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、並列に配置されたK個(Kは2以上の自然数)の混合器セル(2002,2002’,2003,2003’)からなり、前記K個の混合器セルにベースバンド信号がそれぞれ入力される混合器(5,5’)と、前記K個の混合器セルにキャリア波信号を出力し、N個(NはK≧Nの自然数)の周波数分周器セル(2000,2001)からなる周波数分周器(50)と、前記混合器と前記周波数分周器の動作状態を設定するための制御信号を出力する制御回路(5000)と、前記N個の周波数分周器セルのそれぞれの出力信号の位相関係を検出する位相検出器(15)と、前記周波数分周器セルの信号入力部に設置されたN−1個の容量素子(C4)と、前記容量素子を前記周波数分周器セルの動作/非動作に応じて接続/非接続もしくは非接続/接続するN−1個のスイッチ(SW1)とを含み、前記制御回路は、互いに接続された前記混合器セルと前記周波数分周器セルとを独立して動作状態を設定し、前記混合器セルは、前記位相検出器の検出結果に応じて、入力される前記ベースバンド信号の位相を調整することを特徴とする。(図1,図5)
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記周波数分周器セルの個数Nと前記混合器セルの個数Kとは同一であり、前記K個の混合器セルと前記N個の周波数分周器セルを1対1で接続したことを特徴とする。
The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to claim 1 is directed to K mixer cells (K is a natural number of 2 or more) arranged in parallel (2002, 2002). , 2003, 2003 '), and a carrier wave signal is output to the K mixer cells and a mixer (5, 5') to which baseband signals are respectively input. , N (N is a natural number with K ≧ N) frequency divider cells (2000) composed of frequency divider cells (2000, 2001), and for setting the operating states of the mixer and the frequency divider A control circuit (5000) for outputting the control signals of the N frequency divider cells, a phase detector (15) for detecting the phase relationship between the output signals of the N frequency divider cells, and a signal input to the frequency divider cells. N-1 capacitive elements (C4) installed in the section N−1 switches (SW1) for connecting / disconnecting or not connecting / connecting the capacitive element according to the operation / non-operation of the frequency divider cell, and the control circuit is connected to each other The mixer cell and the frequency divider cell are set to operate independently, and the mixer cell adjusts the phase of the input baseband signal according to the detection result of the phase detector. It is characterized by doing. (Fig. 1, Fig. 5)
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the number N of the frequency divider cells and the number K of the mixer cells are the same, and the K mixer cells. And the N frequency divider cells are connected in a one-to-one relationship.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記周波数分周器セルの個数Nが前記混合器セルの個数Kよりも小さく、前記K個の混合器セルと前記N個の周波数分周器セルを1対1もしくは1対複数で接続したことを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1,2又は3に記載の発明において、同相(I)ベースバンド信号(BIP1,BIN1)が入力される前記混合器を有する第1混合器(2002,2003)と、直交(Q)ベースバンド信号(BQP1,BQN1)が入力される前記混合器を有する第2混合器(2002’,2003’)と、前記第1混合器に入力される第1キャリア波信号(LIP1,LIN1,LIP2,LIN2)と、前記第2混合器に入力され、第1高周波信号と位相が90度異なる第2キャリア波信号(LQP1,LQN1,LQP2,LQN2)とを生成する前記周波数分周器を有するIQ周波数分周器(2000,2001)と、前記第1混合器の出力信号と前記第2混合器の出力信号とを加算する加算部(2004)とを含むことを特徴とする。(図4,図5)
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, wherein the number N of the frequency divider cells is smaller than the number K of the mixer cells, and the K mixer cells and the The N frequency divider cells are connected in a one-to-one or one-to-multiple manner.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, the first mixer having the mixer to which the in-phase (I) baseband signal (BIP1, BIN1) is input. 2002, 2003), a second mixer (2002 ′, 2003 ′) having the mixer to which quadrature (Q) baseband signals (BQP1, BQN1) are inputted, and a first mixer inputted to the first mixer. 1 carrier wave signal (LIP1, LIN1, LIP2, LIN2) and a second carrier wave signal (LQP1, LQN1, LQP2, LQN2) which is input to the second mixer and is 90 degrees out of phase with the first high frequency signal. An IQ frequency divider (2000, 2001) having the frequency divider to be generated, and an adder (2004) for adding the output signal of the first mixer and the output signal of the second mixer Characterized in that it comprises and. (Figs. 4 and 5)

本発明によれば、送信出力電力を最大から下げる際に、混合器を構成する混合器セルと対となる周波数分周器セルを、混合器とともに非動作とすることで、所望の送信出力電力に応じて、周波数分周器での電力消費を抑えることができる。   According to the present invention, when the transmission output power is reduced from the maximum, the frequency divider cell paired with the mixer cell constituting the mixer is deactivated together with the mixer, so that the desired transmission output power can be obtained. Accordingly, power consumption in the frequency divider can be suppressed.

本発明に係るIQ直交変調型の送信器の回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram of an IQ quadrature modulation type transmitter according to the present invention. FIG. 本発明に係る送信器における混合器の一例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows an example of the mixer in the transmitter which concerns on this invention. 本発明に係る送信器における周波数分周器の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the frequency divider in the transmitter which concerns on this invention. 周波数分周器セルと混合器セルと加算ノードとで構成されるIQ直交変調型の送信器の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the IQ orthogonal modulation type transmitter comprised by a frequency divider cell, a mixer cell, and an addition node. 周波数分周器セルと混合器セルと加算ノードとで構成されるIQ直交変調型の送信器の他の回路構成図である。It is another circuit block diagram of the IQ orthogonal modulation type transmitter comprised by a frequency divider cell, a mixer cell, and an addition node. 従来の2分周器をCML回路で実現した場合の回路構成図である。It is a circuit block diagram at the time of implement | achieving the conventional 2 frequency divider by the CML circuit.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示してある。また、以下に説明する構成において用いられるトランジスタは、すべてN型MOSトランジスタである。
図1は、本発明に係るIQ直交変調型の送信器の回路構成図である。図1に示されるIQ直交変調型の送信器は、ベースバンド部20とIQ直交変調器30と制御回路5000とバンドパスフィルタ9とパワーアンプ(PA)10とアンテナ11と電力検出器12とインターフェース回路14と位相検出器15とから構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In each drawing referred to in the following description, the same parts as those in other drawings are denoted by the same reference numerals. All transistors used in the configuration described below are N-type MOS transistors.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an IQ quadrature modulation type transmitter according to the present invention. An IQ quadrature modulation type transmitter shown in FIG. 1 includes a baseband unit 20, an IQ quadrature modulator 30, a control circuit 5000, a bandpass filter 9, a power amplifier (PA) 10, an antenna 11, a power detector 12, and an interface. The circuit 14 and the phase detector 15 are comprised.

ベースバンド部20は、IQ直交変調器30と接続されており、このIQ直交変調器30は、制御回路5000とバンドパスフィルタ9と位相検出器15とインターフェース回路14と接続されている。また、パワーアンプ(PA)10はバンドパスフィルタ9と接続されており、アンテナ11はパワーアンプ(PA)10と接続されている。また、電力検出器12はベースバンド部20及びパワーアンプ(PA)10と接続されており、インターフェース回路14は、ベースバンド部20及び制御回路5000とも接続されている。   The baseband unit 20 is connected to an IQ quadrature modulator 30, and the IQ quadrature modulator 30 is connected to the control circuit 5000, the bandpass filter 9, the phase detector 15, and the interface circuit 14. The power amplifier (PA) 10 is connected to the bandpass filter 9, and the antenna 11 is connected to the power amplifier (PA) 10. The power detector 12 is connected to the baseband unit 20 and the power amplifier (PA) 10, and the interface circuit 14 is also connected to the baseband unit 20 and the control circuit 5000.

つまり、本発明の送信器は、少なくとも、並列に配置されたK個(Kは2以上の自然数)の混合器セルからなり、K個の混合器セルにベースバンド信号がそれぞれ入力される混合器5,5’と、K個の混合器セルにキャリア波信号を出力し、N個(NはK≧Nの自然数)の周波数分周器セルからなる周波数分周器50と、混合器5,5’と周波数分周器50の動作状態を設定するための制御信号を出力する制御回路5000と、N個の周波数分周器セルのそれぞれの出力信号の位相関係を検出する位相検出器15とを備えている。   That is, the transmitter of the present invention includes at least K (K is a natural number of 2 or more) mixer cells arranged in parallel, and a baseband signal is input to each of the K mixer cells. 5, 5 ′, a carrier wave signal is output to K mixer cells, and a frequency divider 50 including N frequency divider cells (N is a natural number where K ≧ N), 5 ′ and a control circuit 5000 that outputs a control signal for setting the operating state of the frequency divider 50, a phase detector 15 that detects the phase relationship between the output signals of the N frequency divider cells, It has.

また、ベースバンド部20は、デジタル信号処理部(DSP)1とデジタル/アナログ変換器3(DAC;DA変換器)とローパスフィルタ4とアナログ/デジタル変換器13(ADC;AD変換器)とから構成され、デジタル信号処理部(DSP)1は、デジタル/アナログ変換器3及びアナログ/デジタル変換器13と接続され、デジタル/アナログ変換器3はそれぞれローパスフィルタ4と接続されている。また、それぞれのローパスフィルタ4は、IQ直交変調器30を構成する混合器5,5’と接続され、アナログ/デジタル変換器13は、電力検出器12と接続されている。   The baseband unit 20 includes a digital signal processing unit (DSP) 1, a digital / analog converter 3 (DAC: DA converter), a low-pass filter 4, and an analog / digital converter 13 (ADC: AD converter). The digital signal processing unit (DSP) 1 is connected to a digital / analog converter 3 and an analog / digital converter 13, and the digital / analog converter 3 is connected to a low-pass filter 4. Each low-pass filter 4 is connected to the mixers 5 and 5 ′ constituting the IQ quadrature modulator 30, and the analog / digital converter 13 is connected to the power detector 12.

また、IQ直交変調器30は、電圧制御発振回路(VCO)7と周波数分周器50と2つの混合器5,5’と加算ノード8とから構成され、電圧制御発振回路(VCO)7は、周波数分周器50と接続され、周波数分周器50は、2つの混合器5,5’及び加算ノード8と接続されている。また、加算ノード8は、2つの混合器5,5’及びバンドパスフィルタ9と接続されており、2つの混合器5,5’は、それぞれ位相検出器15及び制御回路5000と接続されている。   The IQ quadrature modulator 30 includes a voltage controlled oscillation circuit (VCO) 7, a frequency divider 50, two mixers 5, 5 ′, and an addition node 8, and the voltage controlled oscillation circuit (VCO) 7 is The frequency divider 50 is connected to the two mixers 5, 5 ′ and the addition node 8. The addition node 8 is connected to the two mixers 5 and 5 ′ and the band pass filter 9, and the two mixers 5 and 5 ′ are connected to the phase detector 15 and the control circuit 5000, respectively. .

周波数分周器50からの差動出力は、混合器5の高周波差動入力(後述する図2の高周波差動入力1201,1301)へと接続される。同様に、周波数分周器50からの差動出力は、混合器5’の高周波差動入力(後述する図2の高周波差動入力1201,1301)へと接続される。なお、混合器5,5’及び周波数分周器50の構成については後述する。   The differential output from the frequency divider 50 is connected to a high-frequency differential input (high-frequency differential inputs 1201 and 1301 in FIG. 2 described later) of the mixer 5. Similarly, the differential output from the frequency divider 50 is connected to a high frequency differential input (high frequency differential inputs 1201 and 1301 in FIG. 2 described later) of the mixer 5 '. The configurations of the mixers 5 and 5 'and the frequency divider 50 will be described later.

また、制御回路5000は、インターフェース回路14からの送信電力設定を受けて、周波数分周器50内部の複数の周波数分周器セルと、混合器5,5’の複数の混合器セルとについて、動作もしくは非動作の状態を制御する。具体的には、制御回路5000は、あらかじめ設定された制御テーブルに従い、インターフェース回路14からの送信電力設定に応じて、動作もしくは非動作の制御信号を混合器5,5’及び分周器50に送信する。   Further, the control circuit 5000 receives the transmission power setting from the interface circuit 14, and the frequency divider cells inside the frequency divider 50 and the mixer cells of the mixers 5 and 5 ′ Control the operating or non-operating state. Specifically, the control circuit 5000 sends an operation or non-operation control signal to the mixers 5, 5 ′ and the frequency divider 50 according to the transmission power setting from the interface circuit 14 according to a preset control table. Send.

以下に、制御回路5000の動作について説明する。
図2は、本発明に係る送信器における混合器の一例を示す回路構成図である。ただし、図2においては、制御回路5000の動作に限定して説明するために、位相検出器15からの出力信号が入力される回路部分については省略して図示している。
図2に示した混合器5,5’は、K個(Kは2以上の自然数)の混合器セル1601〜160Kを備えている。混合器セル1601は、ベースバンド入力1100,1101のそれぞれを電圧から電流に変換するためのNMOS1011と、抵抗1001と、カスコードトランジスタ1021と、高周波差動入力1201、1301に応じて周波数変換を行うトランジスタ1031と、カスコードトランジスタ1021のゲート電圧を動作/非動作制御信号1501に応じてバイアス電圧Vbもしくはグランドに設定するためのトランジスタ1041と、反転論理素子1050とから構成されている。
Hereinafter, the operation of the control circuit 5000 will be described.
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an example of a mixer in the transmitter according to the present invention. However, in FIG. 2, in order to explain only the operation of the control circuit 5000, the circuit portion to which the output signal from the phase detector 15 is input is omitted.
The mixers 5 and 5 ′ shown in FIG. 2 include K mixer cells 1601 to 160K (K is a natural number of 2 or more). The mixer cell 1601 includes an NMOS 1011 for converting each of the baseband inputs 1100 and 1101 from voltage to current, a resistor 1001, a cascode transistor 1021, and a transistor that performs frequency conversion according to the high-frequency differential inputs 1201 and 1301. 1031, a transistor 1041 for setting the gate voltage of the cascode transistor 1021 to the bias voltage Vb or the ground according to the operation / non-operation control signal 1501, and an inverting logic element 1050.

動作/非動作制御信号1501は、図2に示した混合器5(5’)の動作状態を設定するための制御信号であり、図1に示した制御回路5000から混合器5(5’)に入力される。動作/非動作制御信号1501が論理的にハイの場合、カスコードトランジスタ1021のゲートにはバイアス電圧Vbが入力され、混合器セル1601は適切にバイアスされた状態(動作状態)となる。   The operation / non-operation control signal 1501 is a control signal for setting the operation state of the mixer 5 (5 ′) shown in FIG. 2, and is supplied from the control circuit 5000 shown in FIG. 1 to the mixer 5 (5 ′). Is input. When the operation / non-operation control signal 1501 is logically high, a bias voltage Vb is input to the gate of the cascode transistor 1021, and the mixer cell 1601 is appropriately biased (operation state).

一方、動作/非動作制御信号1501が論理的にローの場合、カスコードトランジスタ1021のゲートにはグランド電圧が入力され、抵抗1001とトランジスタ1011との接続点における電圧がグランド電圧に等しくなる。
これにより、混合器セル1601に流れる電流がゼロとなり、その動作を停止(非動作)する。なお、混合器セル1602〜160Kの動作も同様である。
On the other hand, when the operation / non-operation control signal 1501 is logically low, the ground voltage is input to the gate of the cascode transistor 1021, and the voltage at the connection point between the resistor 1001 and the transistor 1011 becomes equal to the ground voltage.
Thereby, the electric current which flows into the mixer cell 1601 becomes zero, and the operation | movement is stopped (non-operation). The operation of the mixer cells 1602 to 160K is the same.

図3は、本発明に係る送信器における周波数分周器セル50’の回路構成図である。この周波数分周器セル50’を、N個(NはK≧Nの自然数)用いることで図1の周波数分周器50を構成することができる。この周波数分周器50は、図2に示した混合器5,5’を駆動するための高周波信号を生成する。
図3に示した周波数分周器セル50’は、図6と同様に、N型MOSトランジスタ101,102,103と、負荷抵抗104と、定電流源100とを有する周波数分周器の構成に、図2と同様の、カスコードトランジスタ1020と、カスコードトランジスタ1020のゲート電圧を動作/非動作制御信号1500に応じてバイアス電圧Vbもしくはグランドに設定するためのトランジスタ1040と、反転論理素子1050とが付加されたものである。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the frequency divider cell 50 ′ in the transmitter according to the present invention. The frequency divider 50 of FIG. 1 can be configured by using N frequency divider cells 50 ′ (N is a natural number of K ≧ N). The frequency divider 50 generates a high-frequency signal for driving the mixers 5 and 5 ′ shown in FIG.
The frequency divider cell 50 ′ shown in FIG. 3 has a configuration of a frequency divider having N-type MOS transistors 101, 102, 103, a load resistor 104, and a constant current source 100, as in FIG. 2, a cascode transistor 1020, a transistor 1040 for setting the gate voltage of the cascode transistor 1020 to the bias voltage Vb or the ground according to the operation / non-operation control signal 1500, and an inverting logic element 1050 are added. It has been done.

また、図3に示した周波数分周器セル50’の差動出力LOIP,LOINは、図2に示した高周波差動入力1201,1301へと接続される。同様に、差動出力LOQP,LOQNも、図2に示した高周波差動入力1201,1301へと接続される(高周波差動入力1202〜120K,1302〜130Kについても同様である)。
つまり、混合器セル1601と接続される周波数分周器セル50’も、動作/非動作制御信号1500に応じて、その電源とグランド間に流れる電流をゼロとし、その動作を停止させる。具体的には、動作/非動作制御信号1500が論理的にハイの場合、定電流源100は所定の電流を流し、動作/非動作制御信号1500が論理的にローの場合、定電流源100の電流をゼロとすることで、動作もしくは非動作の設定が実現される。
Further, the differential outputs LOIP and LOIN of the frequency divider cell 50 ′ shown in FIG. 3 are connected to the high frequency differential inputs 1201 and 1301 shown in FIG. Similarly, the differential outputs LOQP and LOQN are also connected to the high-frequency differential inputs 1201 and 1301 shown in FIG. 2 (the same applies to the high-frequency differential inputs 1202 to 120K and 1302 to 130K).
That is, the frequency divider cell 50 ′ connected to the mixer cell 1601 also stops its operation by setting the current flowing between its power supply and ground to zero in response to the operation / non-operation control signal 1500. Specifically, when the operation / non-operation control signal 1500 is logically high, the constant current source 100 passes a predetermined current, and when the operation / non-operation control signal 1500 is logically low, the constant current source 100 By setting the current of zero to zero, setting of operation or non-operation is realized.

また、図2に示した混合器における混合器セル1602〜160Kは、混合器セル1601と同一の構造を有する。すなわち、混合器セル1602〜160Kは、抵抗1002〜100Kとトランジスタ1012〜101Kと1022〜102Kと1032〜103Kと1042〜104K及び反転論理素子1050とから構成されている。
なお、各々の混合器セル1601〜160Kに入力される動作/非動作制御信号1501〜150Kは、制御回路5000により独立に制御される。また、高周波差動入力1201〜120Kと1301〜130Kは、N個の周波数分周器セルと1対1もしくは複数対1で接続されている。つまり、周波数分周器セル50’の個数Nが、混合器セル1601〜160Kの個数Kよりも小さく、K個の混合器セル1601〜160KとN個の周波数分周器セル50’を1対1もしくは1対複数で接続されている。
Further, the mixer cells 1602 to 160K in the mixer shown in FIG. 2 have the same structure as the mixer cell 1601. That is, the mixer cells 1602 to 160K are composed of resistors 1002 to 100K, transistors 1012 to 101K, 1022 to 102K, 1032 to 103K, 1042 to 104K, and an inverting logic element 1050.
The operation / non-operation control signals 1501 to 150K input to the mixer cells 1601 to 160K are independently controlled by the control circuit 5000. The high-frequency differential inputs 1201 to 120K and 1301 to 130K are connected to N frequency divider cells in a one-to-one or multiple-to-one manner. That is, the number N of the frequency divider cells 50 ′ is smaller than the number K of the mixer cells 1601 to 160K, and a pair of K frequency divider cells 1601 to 160K and N frequency divider cells 50 ′. One or a plurality of pairs are connected.

ここでK≧Nである。なお、N個の周波数分周器セルは、例えば、図3に示した周波数分周器セル50’をN個設置することで実現される。
制御回路5000によりK個の混合器セルの内の一部を非動作状態に設定することで、ベースバンド信号の振幅を変化させることなく、所望の送信出力電力を実現することが出来る。所望の送信出力電力を実現するためにベースバンド信号の振幅を変化させる方法では、混合器5,5’に流れる電流を減らすことはできないが、これに対し、本発明のように、ベースバンド信号の振幅を変化させずに送信出力電力を調整する方法であれば、少ない電流消費で送信出力電力の調整を行うことができる。
Here, K ≧ N. The N frequency divider cells can be realized by installing N frequency divider cells 50 ′ shown in FIG. 3, for example.
By setting a part of the K mixer cells to the non-operating state by the control circuit 5000, a desired transmission output power can be realized without changing the amplitude of the baseband signal. In the method of changing the amplitude of the baseband signal in order to achieve a desired transmission output power, the current flowing through the mixers 5 and 5 ′ cannot be reduced. If the transmission output power is adjusted without changing the amplitude of the transmission output power, the transmission output power can be adjusted with less current consumption.

さらに、非動作に設定された混合器セル1601〜160Kへ接続された周波数分周器セル50’を、非動作となるように制御することで、周波数分周器セル50’で不要に消費される電流を削減することができる。よって、電源電圧と消費電流の積で求められる消費電力も低減できる。
次に、本発明に係る送信器の周波数分周器50における電力消費について説明する。なお、以下の説明においては、簡単のため、周波数分周器50を構成する周波数分周器セル50’の個数Nは、混合器セル1601〜160Kの個数Kと同一であるとして説明する。つまり、周波数分周器セル50’の個数Nと混合器セル1601〜160Kの個数Kとは同一であり、K個の混合器セル1601〜160KとN個の周波数分周器セル50’を1対1で接続している。
Further, the frequency divider cell 50 ′ connected to the mixer cells 1601 to 160K set to non-operation is controlled so as to be non-operational, so that it is unnecessarily consumed in the frequency divider cell 50 ′. Current can be reduced. Therefore, the power consumption required by the product of the power supply voltage and the current consumption can also be reduced.
Next, power consumption in the frequency divider 50 of the transmitter according to the present invention will be described. In the following description, for simplicity, the number N of frequency divider cells 50 ′ constituting the frequency divider 50 will be described as being the same as the number K of mixer cells 1601 to 160K. That is, the number N of the frequency divider cells 50 ′ is the same as the number K of the mixer cells 1601 to 160K, and the K mixer cells 1601 to 160K and the N frequency divider cells 50 ′ are one. Connected in a one-to-one relationship.

なお、図3に示した周波数分周器セル50’から高周波信号が入力される図2に示したトランジスタ1031〜103Kは、上述した特許文献1に記載の局所発振器入力部からの局所発振器信号を入力とする4つのトランジスタに相当する。
図2に示した混合器5,5’と、上述した特許文献1に記載の混合器とにおいて、同じ電流を出力する場合、上述した特許文献1においてカレントミラーを介して各混合器セルからの電流の総和が入力される4つのトランジスタのゲート面積の総和をS0とすると、図2に示したトランジスタ1031〜103Kのゲート面積の総和はS0となる。
Note that the transistors 1031 to 103K shown in FIG. 2 to which a high frequency signal is inputted from the frequency divider cell 50 ′ shown in FIG. 3 receive the local oscillator signal from the local oscillator input unit described in Patent Document 1 described above. It corresponds to four transistors as inputs.
In the case of outputting the same current in the mixers 5 and 5 ′ shown in FIG. 2 and the mixer described in Patent Document 1 described above, the current from each mixer cell is passed through the current mirror in Patent Document 1 described above. When the total gate area of the four transistors to which the total current is input is S0, the total gate area of the transistors 1031 to 103K shown in FIG. 2 is S0.

なお、ここでは、全てのMOSトランジスタは、同じ種類かつ、ゲート長を全て同一としており、また、高周波信号の周波数も同一であるとした。また、上述した特許文献1では、カレントミラーと、これに接続される4つのトランジスタとがグランドから2段で構成されている一方、本発明に係る送信器における混合器5,5’では、抵抗1001とトランジスタ1011,1021,1031とから多段接続で構成されている。しかし、簡単のため、消費電力に関してはこの点は考慮していない。   Here, it is assumed that all the MOS transistors have the same type, the same gate length, and the same high-frequency signal frequency. In Patent Document 1 described above, the current mirror and the four transistors connected to the current mirror are configured in two stages from the ground, while the mixers 5 and 5 ′ in the transmitter according to the present invention have resistances. 1001 and transistors 1011, 1021, 1031 are constituted by multistage connection. However, for simplicity, this point is not considered in terms of power consumption.

ここで、混合器セル1601〜160Kが同一であるとすると、トランジスタ1031の面積はS0/Kで示される。これは、上述した特許文献1の4つのトランジスタのゲートの容量性負荷の値CLに対し、本発明に係る図2に示したトランジスタ1031の容量性負荷の値がCL/Kとなることを示している。このとき、図2に示した混合器セル1601と1対1の関係で図3に示した周波数分周器(2分周器)セル50’が接続されるとすると、その定電流源100の電流値I0xは、以下の式(3)で示される。   Here, if the mixer cells 1601 to 160K are the same, the area of the transistor 1031 is represented by S0 / K. This indicates that the capacitive load value of the transistor 1031 shown in FIG. 2 according to the present invention is CL / K with respect to the capacitive load value CL of the gates of the four transistors of Patent Document 1 described above. ing. At this time, assuming that the frequency divider (2 divider) cell 50 ′ shown in FIG. 3 is connected to the mixer cell 1601 shown in FIG. The current value I0x is expressed by the following formula (3).

Figure 0005602791
Figure 0005602791

ここで、2分周器の出力の高周波信号出力振幅はシングルエンドのピーク・ピーク値でV0必要であるとし、送信キャリア波の周波数をfcとした。また、上述した特許文献1の混合器を駆動する2分周器の定電流源の電流値I0と、電流値I0xとの間には、I0=K・I0xの関係が成り立っている。   Here, it is assumed that the high frequency signal output amplitude of the output of the divide-by-2 is a single-ended peak / peak value and V0 is required, and the frequency of the transmission carrier wave is fc. Further, a relationship of I0 = K · I0x is established between the current value I0 of the constant current source of the two-frequency divider that drives the mixer of Patent Document 1 described above and the current value I0x.

本発明では、混合器セル1601〜160Kの動作/非動作に合わせて2分周器も動作/非動作となる。そのため、K個の混合器セル1601〜160KとN(=K)個の周波数分周器セル50’とが動作する際の送信出力電力が最大の場合、本発明では、2分周器の定電流源100の電流値は、上述した特許文献1の場合と同一である。一方、送信出力電力が非常に小さく、図2に示したK個の混合器セル1601〜160Kのうちの1つのみが動作し、K個の周波数分周器セル50’のうちの1つのみが動作するような状況では、定電流源100の電流値はI0xとなる。上述した特許文献1と比較して、1/Kの消費電流となり、すなわち、1/Kの消費電力となる。   In the present invention, the divide-by-2 is also operated / not operated in accordance with the operation / non-operation of the mixer cells 1601 to 160K. Therefore, when the transmission output power when the K mixer cells 1601 to 160K and the N (= K) frequency divider cells 50 ′ operate is the maximum, in the present invention, the constant of the two dividers is set. The current value of the current source 100 is the same as that in Patent Document 1 described above. On the other hand, the transmission output power is very small, only one of the K mixer cells 1601 to 160K shown in FIG. 2 operates, and only one of the K frequency divider cells 50 ′. In such a situation, the current value of the constant current source 100 is I0x. Compared with Patent Document 1 described above, the current consumption is 1 / K, that is, the power consumption is 1 / K.

上述したように、本発明においては、所望の送信出力電力に応じて、混合器と周波数分周器の低消費電力化が可能である。
図2に示した混合器5,5’の代わりに、高周波入力用のトランジスタとベースバンド入力用トランジスタを混合器セルごとに設置し、さらに、混合器セルを独立に動作/非動作制御可能な他の混合器を使用してもよい。この場合も同様に、送信器の平均的な消費電力を低減することができる。
As described above, in the present invention, it is possible to reduce the power consumption of the mixer and the frequency divider according to the desired transmission output power.
In place of the mixers 5 and 5 'shown in FIG. 2, a high-frequency input transistor and a baseband input transistor are provided for each mixer cell, and the mixer cells can be controlled to operate / non-operate independently. Other mixers may be used. In this case as well, the average power consumption of the transmitter can be reduced.

ところで、本発明では、図1に示した電圧制御発振器(VCO)7と接続されるK個の周波数分周器セル50’の動作/非動作切り替え時に、以下に説明する理由によって、電圧制御発振器7の出力に発生する容量の微小な変化にともない、電圧制御発振器7の発振周波数(fvco)が瞬間的に変化する場合がある。この瞬間的なfvcoの変化は、送信出力信号周波数の瞬間的変化を引き起こし、送信器として正しく通信ができない場合がある。そこで、周波数分周器セル50’の動作/非動作切り替えに伴う容量の微小変化を補正する回路の設置が好ましい。   By the way, in the present invention, when switching the operation / non-operation of the K frequency divider cells 50 ′ connected to the voltage controlled oscillator (VCO) 7 shown in FIG. In some cases, the oscillation frequency (fvco) of the voltage controlled oscillator 7 may change instantaneously as the capacitance generated at the output of 7 changes slightly. This instantaneous change in fvco causes an instantaneous change in the transmission output signal frequency, which may prevent correct communication as a transmitter. Therefore, it is preferable to install a circuit that corrects a minute change in capacitance associated with switching between operation / non-operation of the frequency divider cell 50 '.

図4は、周波数分周器セルと混合器セルと加算ノードとで構成されるIQ直交変調型の送信器の回路構成図である。
このIQ直交変調型の送信器は、周波数分周器セル2000,2001と混合器セル2002,2002’,2003,2003’と加算ノード(加算部)2004とで構成され、周波数分周器セル2000は、混合器セル2002と混合器セル2002’とに接続され、周波数分周器セル2001は、混合器セル2003と混合器セル2003’とに接続され、加算ノード2004は、混合器セル2002,2002’,2003,2003’に接続されている。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of an IQ quadrature modulation type transmitter including a frequency divider cell, a mixer cell, and an addition node.
This IQ orthogonal modulation type transmitter includes frequency divider cells 2000 and 2001, mixer cells 2002, 2002 ′, 2003, 2003 ′ and an addition node (adder) 2004, and frequency divider cell 2000 Are connected to mixer cell 2002 and mixer cell 2002 ′, frequency divider cell 2001 is connected to mixer cell 2003 and mixer cell 2003 ′, and summing node 2004 is connected to mixer cell 2002, 2002 ′, 2003, 2003 ′.

つまり、図4に示した送信器は、同相(I)ベースバンド信号BIP1,BIN1が入力される混合器を有する第1混合器2002,2003と、直交(Q)ベースバンド信号BQP1,BQN1が入力される前記混合器を有する第2混合器2002’,2003’と、第1混合器に入力される第1キャリア波信号LIP1,LIN1,LIP2,LIN2と、第2混合器に入力され、第1高周波信号と位相が90度異なる第2キャリア波信号LQP1,LQN1,LQP2,LQN2とを生成する周波数分周器を有するIQ周波数分周器2000,2001と、第1混合器の出力信号と第2混合器の出力信号とを加算する加算部2004とを備えている。   That is, the transmitter shown in FIG. 4 receives first mixers 2002 and 2003 having mixers to which in-phase (I) baseband signals BIP1 and BIN1 are input, and quadrature (Q) baseband signals BQP1 and BQN1. Second mixers 2002 ′ and 2003 ′ having the mixer, first carrier wave signals LIP1, LIN1, LIP2 and LIN2 input to the first mixer, and input to the second mixer, IQ frequency dividers 2000 and 2001 having frequency dividers that generate second carrier wave signals LQP1, LQN1, LQP2, and LQN2 that are 90 degrees out of phase with the high-frequency signal, the output signal of the first mixer, and the second And an adding unit 2004 for adding the output signals of the mixer.

周波数分周器セル2000,2001は、それぞれ、図3に示した周波数分周器(2分周器)セル50’と同様の構成の周波数分周器セルであり、混合器セル2002,2003,2002’,2003’は、それぞれ、図2に示した1601,1602と同様の構成の混合器セルである。ここで、電圧制御発振器7の発振周波数は、周波数分周器セル50’の分周数が2であるため、送信キャリア周波数(fc)の2倍の周波数に等しい。   Each of the frequency divider cells 2000 and 2001 is a frequency divider cell having the same configuration as the frequency divider (two-frequency divider) cell 50 ′ shown in FIG. Reference numerals 2002 ′ and 2003 ′ denote mixer cells having the same configuration as 1601 and 1602 shown in FIG. Here, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 7 is equal to twice the transmission carrier frequency (fc) because the frequency divider cell 50 'has a frequency division number of two.

周波数分周器セル2000,2001と、混合器2002,2003,2002’,2003’が動作状態であるとき、大きな送信出力電力を得ることができ、周波数分周器セル2000と混合器2002と2002’を動作状態としたとき、小さな送信出力電力を得ることができる。周波数分周器セル2000,2001に入力される差動の高周波信号は、電圧制御発振器7の出力である。このため電圧制御発振器7の差動出力の一方には、周波数分周器50’のトランジスタ101が4つ接続され、電圧制御発振器7の差動出力のもう一方には周波数分周器セル50’のトランジスタ101が4つ接続される。   When the frequency divider cells 2000 and 2001 and the mixers 2002, 2003, 2002 ′ and 2003 ′ are in operation, a large transmission output power can be obtained, and the frequency divider cell 2000 and the mixers 2002 and 2002 can be obtained. When 'is in the operating state, a small transmission output power can be obtained. The differential high frequency signal input to the frequency divider cells 2000 and 2001 is the output of the voltage controlled oscillator 7. Therefore, four transistors 101 of the frequency divider 50 ′ are connected to one of the differential outputs of the voltage controlled oscillator 7, and the frequency divider cell 50 ′ is connected to the other of the differential outputs of the voltage controlled oscillator 7. The four transistors 101 are connected.

トランジスタ101のゲート端子にあらわれる容量は、トランジスタ101が飽和領域で動作している時に式(4)で示され、三極管領域で動作している時に式(5)で示される。   The capacitance appearing at the gate terminal of the transistor 101 is expressed by Equation (4) when the transistor 101 operates in the saturation region, and is expressed by Equation (5) when it operates in the triode region.

Figure 0005602791
Figure 0005602791

Figure 0005602791
Figure 0005602791

ここでWはゲート幅である。Lはゲート長である。Coxは単位面積当たりのゲート容量である。Covはゲートポリとソース領域もしくはドレイン領域の間のオーバーラップ容量である。   Here, W is the gate width. L is the gate length. Cox is a gate capacitance per unit area. Cov is an overlap capacitance between the gate poly and the source or drain region.

周波数分周器セル50’が動作状態であるとき、トランジスタ101は飽和領域で動作するとする。また、周波数分周器セル50’が非動作状態であるとき、トランジスタ101は三極間領域で動作するとする。この場合、大きな送信出力を得ることができる周波数分周器セル2000,2001が動作状態であるとき、電圧制御発振器7の出力の差動の高周波信号各々には、トランジスタ101が4つずつ接続され、その容量負荷は式(6)で示される。   It is assumed that transistor 101 operates in the saturation region when frequency divider cell 50 'is in operation. In addition, when the frequency divider cell 50 'is inactive, the transistor 101 is assumed to operate in the region between the three electrodes. In this case, when the frequency divider cells 2000 and 2001 capable of obtaining a large transmission output are in an operating state, four transistors 101 are connected to each differential high frequency signal output from the voltage controlled oscillator 7. The capacity load is expressed by equation (6).

Figure 0005602791
Figure 0005602791

また、小さな送信出力を得ることができる周波数分周器セル2000のみが動作状態であるとき、電圧制御発振器7の出力の差動の高周波信号各々にあらわれる容量負荷は、式(7)で示される。   Further, when only the frequency divider cell 2000 capable of obtaining a small transmission output is in an operating state, the capacitive load appearing in each differential high frequency signal of the output of the voltage controlled oscillator 7 is expressed by Expression (7). .

Figure 0005602791
Figure 0005602791

よって、大きな送信出力から小さな送信出力へ状態が変化する場合、すなわち周波数分周器セル2001が動作状態から非動作状態に切り替わる際の、電圧制御発振器7の出力の高周波信号各々に容量負荷の変化は、式(7)−式(6)=式(8)で示される。   Therefore, when the state changes from a large transmission output to a small transmission output, that is, when the frequency divider cell 2001 is switched from the operating state to the non-operating state, the change in the capacitive load on each high-frequency signal output from the voltage controlled oscillator 7 Is expressed by Expression (7) -Expression (6) = Expression (8).

Figure 0005602791
Figure 0005602791

図1には示されていないが、電圧制御発振器7は、通常PLL(Phase Locked Loop)の一部として動作している。ここで電圧制御発振器7の発振周波数は、LC共振型発振器である場合、式(9)で示される。   Although not shown in FIG. 1, the voltage-controlled oscillator 7 normally operates as part of a PLL (Phase Locked Loop). Here, when the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 7 is an LC resonance type oscillator, it is expressed by the equation (9).

Figure 0005602791
Figure 0005602791

ここでLはインダクタンスである。C1は可変容量であり、PLLの帰還動作により所望の発振周波数を実現する容量に調整される。C2は固定の容量成分である。C3は周波数分周器セル50’の入力容量であり、周波数分周器セル50’の動作/非動作によって値が変化する。   Here, L is an inductance. C1 is a variable capacitor, and is adjusted to a capacitor that realizes a desired oscillation frequency by a feedback operation of the PLL. C2 is a fixed capacitance component. C3 is an input capacitance of the frequency divider cell 50 ', and its value changes depending on the operation / non-operation of the frequency divider cell 50'.

容量の合計値C1+C2+C3が瞬間的に変化した場合、容量の変化に合わせ電圧制御発振器7の発振周波数が変化し、所望の周波数からずれが発生する。その後、PLLの帰還動作によってC1の容量が調整され、一定時間経過したのちに、所望の発振周波数に復帰し安定する。このC1の容量値を調整する動作に要する時間は、式(8)に示される容量負荷の変化ΔCが大きいほど長く、また、PLLのループ帯域幅が狭いほど長い。このC1の容量が調整されている間の電圧制御発振器7の発振周波数は所望の周波数からずれたままであり、送信器として正しく通信ができない場合がある。   When the total capacitance value C1 + C2 + C3 changes instantaneously, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 7 changes in accordance with the change in capacitance, and a deviation from a desired frequency occurs. After that, the capacitance of C1 is adjusted by the feedback operation of the PLL, and after a predetermined time has elapsed, it returns to the desired oscillation frequency and stabilizes. The time required for the operation of adjusting the capacitance value of C1 is longer as the capacitance load change ΔC shown in Equation (8) is larger, and is longer as the PLL loop bandwidth is narrower. While the capacitance of C1 is being adjusted, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 7 remains deviated from a desired frequency, and communication as a transmitter may not be performed correctly.

図5は、周波数分周器セルと混合器セルと加算ノードとで構成されるIQ直交変調型の送信器の他の回路構成図で、容量変化の補正を行ったものである。
つまり、図5に示した送信器は、並列に配置されたK個(Kは2以上の自然数)の混合器セル2002,2002’,2003,2003’からなり、K個の混合器セルにベースバンド信号がそれぞれ入力される混合器5,5’と、K個の混合器セルにキャリア波信号を出力し、N個(NはK≧Nの自然数)の周波数分周器セル2000,2001からなる周波数分周器50と、混合器と周波数分周器の動作状態を設定するための制御信号を出力する制御回路5000と、N個の周波数分周器セルのそれぞれの出力信号の位相関係を検出する位相検出器15と、周波数分周器セルの信号入力部に設置されたN−1個の容量素子C4と、容量素子を周波数分周器セルの動作/非動作に応じて接続/非接続もしくは非接続/接続するN−1個のスイッチSW1とを含み、制御回路は、互いに接続された混合器セルと周波数分周器セルとを独立して動作状態を設定し、混合器セルは、位相検出器の検出結果に応じて、入力されるベースバンド信号の位相を調整する。
FIG. 5 is another circuit configuration diagram of an IQ quadrature modulation type transmitter composed of a frequency divider cell, a mixer cell, and an addition node, in which a change in capacity is corrected.
That is, the transmitter shown in FIG. 5 is composed of K mixer cells 2002, 2002 ′, 2003, 2003 ′ arranged in parallel (K is a natural number of 2 or more), and is based on K mixer cells. Carrier wave signals are output to the mixers 5 and 5 ′ to which the band signals are respectively input and K mixer cells, and N (N is a natural number of K ≧ N) frequency divider cells 2000 and 2001. The frequency divider 50, the control circuit 5000 that outputs a control signal for setting the operation state of the mixer and the frequency divider, and the phase relationship between the output signals of the N frequency divider cells. The phase detector 15 to detect, the N−1 capacitive elements C4 installed in the signal input section of the frequency divider cell, and the capacitive elements connected / not connected according to the operation / non-operation of the frequency divider cell. N-1 switches connected or not connected / connected The control circuit sets the operation state independently of the mixer cell and the frequency divider cell connected to each other, and the mixer cell is input according to the detection result of the phase detector. Adjust the phase of the baseband signal.

図5に示す補正容量素子C4を設置することで、この周波数の瞬間的変化を防ぐことができる。スイッチSW1は、大きな送信出力を得ることができる周波数分周器セル2000,2001が共に動作状態のときオン状態であり、小さな送信出力を得ることができる周波数分周器セル2000のみが動作状態であるときオフである。また、C4の容量値は、式(8)の容量負荷の変化ΔCの値と等しくしている。これにより、小さい送信出力状態と大きい送信出力状態の切り替わりの瞬間の、電圧制御発振器7の出力に発生する容量負荷の変化が発生しない。   By installing the correction capacitor element C4 shown in FIG. 5, this instantaneous change in frequency can be prevented. The switch SW1 is on when both the frequency divider cells 2000 and 2001 capable of obtaining a large transmission output are in an operating state, and only the frequency divider cell 2000 capable of obtaining a small transmission output is in an operating state. It is off when there is. Further, the capacitance value of C4 is equal to the value of the change ΔC of the capacitive load in the equation (8). As a result, there is no change in the capacitive load generated at the output of the voltage controlled oscillator 7 at the moment of switching between the small transmission output state and the large transmission output state.

図5では、補正容量素子を純容量素子で実現しているが、これをMOSトランジスタや、その他の同等の効果をもたらす素子を使って実現することも可能である。
以上、本発明のIQ直交変調型の送信器について説明したが、本発明の技術的範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含んでいる。さらに、本発明の技術的範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって構成されうる。
In FIG. 5, the correction capacitor element is realized by a pure capacitor element, but it is also possible to realize this by using a MOS transistor or another element that provides an equivalent effect.
Although the IQ quadrature modulation type transmitter of the present invention has been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, and is intended by the present invention. All embodiments that provide the same effect are also included. Further, the technical scope of the present invention may be constituted by any desired combination of specific features among all the disclosed features.

1 デジタル信号処理部
3 デジタル/アナログ変換器(DA変換器)
4 ローパスフィルタ
5,5’ 混合器
7 電圧制御発振回路(VCO)
8 加算ノード
9 バンドパスフィルタ
10 パワーアンプ
11 アンテナ
12 電力検出器
13 アナログ/デジタル変換器(AD変換器)
14 インターフェース回路
15 位相検出器
20 ベースバンド部
30 IQ直交変調器
50 周波数分周器
50’ 周波数分周器(周波数分周器セル)
100 定電流源
101,102,103 トランジスタ
104 負荷抵抗
900 定電流源
901,902,903 トランジスタ
904 負荷抵抗
1001〜100K 抵抗
1011〜101K トランジスタ
1021〜102K カスコードトランジスタ
1031〜103K トランジスタ
1041〜104K トランジスタ
1050 反転論理素子
1100,1101 ベースバンド入力
1201〜120K 高周波差動入力
1301〜130K 高周波差動入力
1400,1401 RF出力
1500 動作/非動作制御信号
1501〜150K 動作/非動作制御信号
1601〜160K 混合器セル
2000,2001 周波数分周器セル
2002,2003,2002’,2003’ 混合器セル
2004 加算ノード
5000 制御回路
LOP,LON 高周波差動信号
LOIP,LOIN 差動出力信号
LOQP,LOQN 差動出力信号
Vb バイアス電圧
SW1 スイッチ
C4 容量素子
BIP1,BIN1 同相(I)ベースバンド信号
BQP1,BQN1 直交(Q)ベースバンド信号
LIP1,LIN1,LIP2,LIN2 第1キャリア波信号
LQP1,LQN1,LQP2,LQN2 第2キャリア波信号
1 Digital signal processor 3 Digital / analog converter (DA converter)
4 Low-pass filter 5, 5 'Mixer 7 Voltage controlled oscillation circuit (VCO)
8 Addition node 9 Band pass filter 10 Power amplifier 11 Antenna 12 Power detector 13 Analog / digital converter (AD converter)
14 interface circuit 15 phase detector 20 baseband unit 30 IQ quadrature modulator 50 frequency divider 50 ′ frequency divider (frequency divider cell)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Constant current source 101,102,103 Transistor 104 Load resistance 900 Constant current source 901,902,903 Transistor 904 Load resistance 1001-100K Resistance 1011-101K Transistor 1021-102K Cascode transistor 1031-103K Transistor 1041-104K Transistor 1050 Inversion logic Element 1100, 1101 Baseband input 1201-120K High-frequency differential input 1301-130K High-frequency differential input 1400, 1401 RF output 1500 Operation / non-operation control signal 1501-150K Operation / non-operation control signal 1601-160K Mixer cell 2000, 2001 Frequency divider cell 2002, 2003, 2002 ′, 2003 ′ Mixer cell 2004 Addition node 5000 Control circuit LOP LON High-frequency differential signal LOIP, LOIN Differential output signal LOQP, LOQN Differential output signal Vb Bias voltage SW1 Switch C4 Capacitance element BIP1, BIN1 In-phase (I) baseband signal BQP1, BQN1 Quadrature (Q) baseband signal LIP1, LIN1 , LIP2, LIN2 First carrier wave signal LQP1, LQN1, LQP2, LQN2 Second carrier wave signal

Claims (4)

並列に配置されたK個(Kは2以上の自然数)の混合器セルからなり、前記K個の混合器セルにベースバンド信号がそれぞれ入力される混合器と、
前記K個の混合器セルにキャリア波信号を出力し、N個(NはK≧Nの自然数)の周波数分周器セルからなる周波数分周器と、
前記混合器と前記周波数分周器の動作状態を設定するための制御信号を出力する制御回路と、
前記N個の周波数分周器セルのそれぞれの出力信号の位相関係を検出する位相検出器と、
前記周波数分周器セルの信号入力部に設置されたN−1個の容量素子と、
前記容量素子を前記周波数分周器セルの動作/非動作に応じて接続/非接続もしくは非接続/接続するN−1個のスイッチとを含み、
前記制御回路は、互いに接続された前記混合器セルと前記周波数分周器セルとを独立して動作状態を設定し、
前記混合器セルは、前記位相検出器の検出結果に応じて、入力される前記ベースバンド信号の位相を調整することを特徴とする送信器。
A mixer composed of K (K is a natural number of 2 or more) mixer cells arranged in parallel, and a baseband signal is input to each of the K mixer cells;
Outputting a carrier wave signal to the K mixer cells, and a frequency divider composed of N frequency divider cells (N is a natural number of K ≧ N);
A control circuit for outputting a control signal for setting an operating state of the mixer and the frequency divider;
A phase detector for detecting a phase relationship of respective output signals of the N frequency divider cells;
N-1 capacitive elements installed in the signal input section of the frequency divider cell;
N−1 switches for connecting / disconnecting or non-connecting / connecting the capacitive element according to the operation / non-operation of the frequency divider cell,
The control circuit sets an operation state independently of the mixer cell and the frequency divider cell connected to each other,
The transmitter, wherein the mixer cell adjusts the phase of the input baseband signal according to a detection result of the phase detector.
前記周波数分周器セルの個数Nと前記混合器セルの個数Kとは同一であり、前記K個の混合器セルと前記N個の周波数分周器セルを1対1で接続したことを特徴とする請求項1に記載の送信器。   The number N of the frequency divider cells and the number K of the mixer cells are the same, and the K mixer cells and the N frequency divider cells are connected one-to-one. The transmitter according to claim 1. 前記周波数分周器セルの個数Nが前記混合器セルの個数Kよりも小さく、前記K個の混合器セルと前記N個の周波数分周器セルを1対1もしくは1対複数で接続したことを特徴とする請求項1に記載の送信器。   The number N of the frequency divider cells is smaller than the number K of the mixer cells, and the K mixer cells and the N frequency divider cells are connected in a one-to-one or one-to-multiple manner. The transmitter according to claim 1. 同相(I)ベースバンド信号が入力される前記混合器を有する第1混合器と、
直交(Q)ベースバンド信号が入力される前記混合器を有する第2混合器と、
前記第1混合器に入力される第1キャリア波信号と、前記第2混合器に入力され、第1高周波信号と位相が90度異なる第2キャリア波信号とを生成する前記周波数分周器を有するIQ周波数分周器と、
前記第1混合器の出力信号と前記第2混合器の出力信号とを加算する加算部と
を含むことを特徴とする請求項1,2又は3に記載の送信器。
A first mixer having the mixer to which an in-phase (I) baseband signal is input;
A second mixer having the mixer to which a quadrature (Q) baseband signal is input;
The frequency divider that generates a first carrier wave signal input to the first mixer and a second carrier wave signal that is input to the second mixer and that is 90 degrees out of phase with the first high-frequency signal. An IQ frequency divider comprising:
4. The transmitter according to claim 1, further comprising: an adder that adds the output signal of the first mixer and the output signal of the second mixer. 5.
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