JP5665991B2

JP5665991B2 - ダウンコンバージョンミキサー

Info

Publication number: JP5665991B2
Application number: JP2013527056A
Authority: JP
Inventors: ピーギンスバーグブライアン; ビーレンタラヴィジェイ; エムラマスワミスリナス; エスハルーンバヘル; ソクウニョン
Original assignee: 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社; テキサスインスツルメンツインコーポレイテッド
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: WO2012030369A1; CN103081353B; US20120049972A1; JP2013539641A; CN103081353A; US8275342B2

Description

本発明は、全般的にミキサーに関し、更に特定して言えば、ブランチライン・ハイブリッド・カプラーを用いるダウンコンバージョンミキサーに関連する。

図１Ａに移ると、従来のブランチライン・ハイブリッド・カプラー１００を見ることができる。典型的に、カプラー１００は、４つのポート、及び４本の送信ライン１０２−１〜１０２−４を有する。これらの４本の送信ラインの各々は、４分の１波長送信ライン（所定のターゲット周波数に対する）である。ポート１は、しばしば「入力ポート」と呼ばれ、これが入力信号を受け取り、ポート２及び３は「出力ポート」と呼ばれる。カプラー１００のジオメトリのため、ポート２における出力信号は入力信号から９０度位相がずれており、ポート３における出力信号は、入力信号から１８０度位相がずれている。この配置は、電力がポート２と３の間で均等に分けられることも可能にする。ポート４しばしば「隔離ポート」と呼ばれ、通常、理論的損失なく終端される。米国特許番号第５，４１０，７３４号の図２にこのような配置の一例を見ることができる。
米国特許番号第５，４１０，７３４号

しかし、カプラー１００はライン損失に影響されやすい。図１Ｂ及び図１Ｃに見られるように、９０度帯域幅は、減衰が増大するにつれて減少する。特に、図１Ｂにおいて、約１６０ＧＨｚで、ポート２の３の間の位相差は約９０度であり、図１Ｃにおいて約１６０ＧＨｚでのポート２と３の減衰又はポート２及び３とポート１との間の電力差は約−４ｄＢである。また、利得マッチングは良好であるが損失が一層大きい。従って、改善されたミキサーが求められている。

ハイブリッドカプラーを用いる別の従来の回路には下記がある。
Lim et al., "A Balanced Power Amplifier Utilizingthe Reflected Input Power," 2009 IEEE International Symposium onRadio-Frequency Integration Technology, pgs. 88-91.

従って、本発明の例示の一実施例は或る装置を提供する。この装置は、隔離ポートを備えたブランチライン・ハイブリッド・カプラーを有する直交ミキサーであって、この直交ミキサーは、入力信号及びローカル発振器信号を受け取り、同相信号及び直交信号を出力する直交ミキサーと、隔離ポートに結合される調節可能なインピーダンスネットワークとを含み、調節可能なインピーダンスネットワークは制御信号により制御される。

本発明の例示の一実施例に従って、調節可能なインピーダンス回路が、隔離ポートに結合され、制御信号を受け取る容量性ネットワークと、容量性ネットワークに結合される抵抗性ネットワークと、抵抗性ネットワークに結合される誘導性ネットワークとを更に含む。

本発明の例示の一実施例に従って、容量性ネットワークがスイッチドキャパシタアレイを更に含む。

本発明の例示の一実施例に従って、容量性ネットワークが、互いに直列に結合される複数のバラクターを更に含み、制御信号が、前記バラクターのうち少なくとも２つの間のノードで受け取られる制御電圧を更に含む。

本発明の例示の一実施例に従って、誘導性ネットワークが、容量性ネットワークに並列に結合されるインダクタを更に含む。

本発明の例示の一実施例に従って、抵抗性ネットワークが、容量性ネットワークに並列に結合されるレジスタを更に含む。

本発明の例示の一実施例に従って、調節可能なインピーダンスネットワークが、容量性ネットワークに並列に結合される調節回路を更に含む。

本発明の例示の一実施例に従って、調節回路が、そのゲートで調節電圧を受け取るＭＯＳトランジスタを更に含む。

本発明の例示の一実施例に従って或る装置が提供される。この装置は、入力信号を受け取る相互コンダクタンス回路と、第１のポート、第２のポート、第３のポート、及び第４のポートを有するハイブリッドカプラーであって、第１のポートが、相互コンダクタンス回路に結合されるハイブリッドカプラーと、第２のポートに結合される第１のスイッチング回路と、第３のポートに結合される第２のスイッチング回路と、第１及び第２のスイッチング回路の各々に結合され、ローカル発振器信号を受け取る入力回路と、第４のポートに結合され、制御信号により制御される調節可能なインピーダンスネットワークとを含む。

本発明の例示の一実施例に従って或る装置が提供される。この装置は、相互コンダクタンス回路であって、ＮＭＯＳトランジスタの第１の差動対であって、第１の差動対からの各ＮＭＯＳトランジスタがそのゲートで無線周波数（ＲＦ）入力信号の一部を受け取る第１の差動対と、第１の差動対内のＮＭＯＳトランジスタのドレイン間に結合されるインダクタと、インダクタに各々結合されるバイアストランジスタの対と、バイアストランジスタ対の各々に結合されるカプラーとを有する第１の差動対、第１のポート、第２のポート、第３のポート、及び第４のポートを有するハイブリッドカプラーであって、第１のポートがカプラーに結合されるハイブリッドカプラー、第１のスイッチング回路であって、第２のポートに結合される第１の変圧器と、第１の変圧器に各々結合されるＮＭＯＳトランジスタの第３の差動対と、第１の変圧器に各々結合されるＮＭＯＳトランジスタの第４の差動対とを有する第１のスイッチング回路、第２のスイッチング回路であって、第３のポートに結合される第２の変圧器と、第２の変圧器に各々結合されるＮＭＯＳトランジスタの第５の差動対と、第２の変圧器に各々結合されるＮＭＯＳトランジスタの第６の差動対とを有する第２のスイッチング回路、第１及び第２のスイッチング回路の各々に結合される第３の変圧器を有する入力回路であって、第３の変圧器がローカル発振器信号を受け取る入力回路、及び調節可能なインピーダンスネットワークであって、第４のポートに結合され、制御信号を受け取る容量性ネットワークと、容量性ネットワークに結合される抵抗性ネットワークと、抵抗性ネットワークに結合される誘導性ネットワークとを有する調節可能なインピーダンスネットワークを含む。

例示の実施例を添付の図面を参照して説明する。

従来のブランチライン・ハイブリッド・カプラーの一例のブロック図である。

図１のカプラーのオペレーションを示すグラフである。図１のカプラーのオペレーションを示すグラフである。

本発明の例示の一実施例に従ったダウンコンバージョンミキサーの一例のブロック図である。

図２の調節可能なインピーダンスネットワークの一例のブロック図である。

図２のハイブリッドカプラーに関連して調節可能なインピーダンスネットワークのオペレーションを示すグラフである。図２のハイブリッドカプラーに関連して調節可能なインピーダンスネットワークのオペレーションを示すグラフである。図２のハイブリッドカプラーに関連して調節可能なインピーダンスネットワークのオペレーションを示すグラフである。

図２において、本発明の例示の一実施例に従ったダウンコンバータミキサー２００を見ることができる。ミキサー２００は、概して、相互コンダクタンス回路２０２、ハイブリッドカプラー１００、スイッチング回路２０４−１及び２０４−２、調節可能なインピーダンスネットワーク２１２、及びローカル発振器入力回路２０６を含む。相互コンダクタンス回路２０２は、概して、それらのゲートで無線周波数（ＲＦ）信号Ｖ_ＲＦを受け取るＮＭＯＳトランジスタＱｌ及びＱ２の差動対、インダクタＬＩ、カスコードトランジスタＱ３及びＱ４、及びカプラー２１０を含む。これらのスイッチング回路２０４−１及び２０４−２の各々はそれぞれ、変圧器２０８−１又は２０８−３、ＮＭＯＳトランジスタＱ５／Ｑ６／Ｑ７／Ｑ８又はＱ１１／Ｑ１２／Ｑ１３／Ｑ１４の差動対、及び出力トランジスタＱ９／Ｑ１０又はＱ１５／Ｑ１６の対を含む。また、入力回路２０６は、概して、変圧器２０８−２及びマッチング及びローカル発振器ＬＯ分配ネットワーク（図示せず）を含む。カプラー１００のレイアウトの比較的大きな面積に起因して、スイッチング回路２０４−１及び２０４−２間にかなりの距離があり、変圧器２０８−２とスイッチング回路２０４−１及び２０４−２と間の送信ラインは概して、配路のために用いられ、正しいマッチングを得るために再利用される。

オペレーションにおいて、ミキサー２００は、ＲＦ信号Ｖ_ＲＦ及びローカル発振器信号Ｖ_ＬＯから同相及び直交中間周波数信号ＩＦ_Ｉ及びＩＦ_Ｑを生成する。相互コンダクタンス回路２０２及びスイッチング回路２０４−１及び２０４−２は、総合的に一対のギルバートセルミキサーと同様の方式で動作して、同相及び直交中間周波数信号ＩＦ_Ｉ及びＩＦ_Ｑを出力する。多くのアプリケーションにおいて、ローカル発振器信号Ｖ_ＬＯが位相シフトされるが、ここでは、ハイブリッドカプラー１００が、相互コンダクタンス回路２０２からの信号出力を位相シフトし、一方、同じローカル発振器信号Ｖ_ＬＯが、スイッチング回路２０４−１及び２０４−２両方に印加されて同相及び直交中間周波数信号ＩＦ_Ｉ及びＩＦ_Ｑを生成する。

しかし、性能を改善するため、ポート４を単に終端させる代わりに、調節可能なインピーダンスネットワーク２１２が、隔離ポート又はポート４に結合される。図３に見られるように、調節可能なインピーダンスネットワーク２１２は、概して、容量性ネットワーク３０８、誘導性ネットワーク３０６、抵抗性ネットワーク３０４、及び調節回路３０２（これらは、共に結合される）で構成される。一例として、誘導性ネットワーク３０６は概してインダクタＬ２で構成され、抵抗性ネットワーク３０４は概してレジスタＲ（これは、インダクタＬ２に並列に結合される）で構成される。また、一例として、調節回路３０２は、概して、そのゲートで調節電圧ＶＧを受け取るＰＭＯＳトランジスタＱ１７で構成される。最後に、一例として、容量性ネットワーク３０８は、概して、互いに直列に結合されるバラクターＣ１及びＣ２を含み、バラクターＣ１及びＣ２間のノートで制御信号ＶＣを受け取る。バラクターは低Ｑが望ましいため、許容可能である。代替として、容量性ネットワーク３０８は、制御信号ＶＣ（これはデジタル制御ワードであり得る）により制御されるスイッチドキャパシタアレイで構成することもできるが、この構成は概してそれがバラクターより大きいためあまり望ましくない。

図４及び図５に移ると、カプラー１００の性能が、インピーダンスネットワーク２１２のインピーダンスが調節されるようになっていることが分かる。公称インピーダンスが１００Ωであると仮定される図４において、調節可能なインピーダンスネットワーク２１２のインピーダンスの実数部は７０Ω〜１５０Ωに亙り、実数部が公称インピーダンスより大きくなるにつれて９０度帯域幅（ポート２と３の間）が増加することが分かる。概して、性能曲線は、実数部が増加するにつれて約９０度で「平坦化」し、帯域幅（これは、約１６２ＧＨｚを中心とする）が増加することを意味する。図５において、調節可能なインピーダンスネットワーク２１２のインピーダンスの虚数部は、−５０Ω〜５０Ωに亙り、これにより、性能曲線をシフトアップ及びシフトダウンさせることが可能となる。そのため、性能、即ち９０度帯域幅、は、ミキサー２００の直交調整範囲が増大するような調節可能なインピーダンスネットワークのインピーダンスの調節で増加され得る。

図６に移ると、（図３に図示するような）調節可能なインピーダンスネットワーク２１２のためのインピーダンスを見ることができる。一例として、下記のように仮定することができる。（１）レジスタＲが約９００Ωの抵抗を有し、（２）インダクタＬ２が約１１４ｐＨのインダクタンスを有し、（３）トランジスタＱ１７が１：０．０７のアスペクト比を有し、（４）信号ＶＧのための電圧が約０Ｖ又は、例えば１．４Ｖの、供給電圧のいずれかである。図示するように、制御信号ＶＣのための電圧が１Ｖを上回って増加するとき実数及び虚数部が著しく増加し始める。このため、信号ＶＧ及びＶＣのための電圧を調節することにより、ミキサー２００のため変換利得の変化が極僅かである約２０度の直交調整範囲が実現され得る。

その結果、幾つかの利点が実現され得る。カプラー１００が逆の同相／直交バランスを提供することができるようにすることにより、調節可能なインピーダンスネットワーク２１２は、カプラー１００の外部の同相／直交ミスマッチを補償することができる。また、調節可能なインピーダンスネットワーク２１２は、非常に高い周波数範囲内（即ち、１００ＧＨｚを上回る）で直交ミキサー２００（従来のミキサーに比べ）の調整範囲を実質的に増加させ得、帯域幅を拡張し得る。

例示の実施例の文脈で説明したような特徴又は工程のすべて又はその幾つかを有する例示の実施例の文脈で説明した１つ又はそれ以上の特徴又は工程の異なる組み合わせを有する実施例も、本明細書に包含されることも意図している。当業者であれば、他の多くの実施例及び変形も特許請求の範囲に包含されることが理解されるであろう。

Claims

装置であって、
入力信号を受け取る相互コンダクタンス回路と、
第１のポートと第２のポートと第３のポートと第４のポートとを有するハイブリッドカプラーであって、前記第１のポートが前記相互コンダクタンス回路に結合される、前記ハイブリッドカプラーと、
前記第２のポートに結合される第１のスイッチング回路と、
前記第３のポートに結合される第２のスイッチング回路と、
前記第１及び第２のスイッチング回路の各々に結合され、ローカル発振器信号を受け取る入力回路と、
前記第４のポートに結合され、制御信号により制御される、調節可能なインピーダンスネットワークと、
を含み、
前記調節可能なインピーダンス回路が、前記第４のポートに結合され、前記制御信号を受け取る容量性ネットワークと、前記容量性ネットワークに結合される抵抗性ネットワークと、前記抵抗性ネットワークに結合される誘導性ネットワークとを含む、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記容量性ネットワークがスイッチドキャパシタアレイを更に含む、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記容量性ネットワークが、互いに直列に結合される複数のバラクターを更に含み、前記制御信号が、前記バラクターのうち少なくとも２つの間のノードで受け取られる制御電圧を更に含む、装置。
請求項３に記載の装置であって、
前記誘導性ネットワークが、前記容量性ネットワークに並列に結合されるインダクタを更に含む、装置。
請求項４に記載の装置であって、
前記抵抗性ネットワークが、前記容量性ネットワークに並列に結合されるレジスタを更に含む、装置。
請求項５に記載の装置であって、
前記調節可能なインピーダンスネットワークが、前記容量性ネットワークに並列に結合される調節回路を更に含む、装置。
請求項６に記載の装置であって、
前記調節回路が、そのゲートで調節電圧を受け取るＭＯＳトランジスタを更に含む、装置。
装置であって、
相互コンダクタンス回路であって、
第１の差動対ＮＭＯＳトランジスタであって、前記第１の差動対の各ＮＭＯＳトランジスタがそのゲートで無線周波数（ＲＦ）入力信号の一部を受け取る、前記第１の差動対ＮＭＯＳトランジスタと、
前記第１の差動対内の前記ＮＭＯＳトランジスタのドレイン間に結合されるインダクタと、
前記インダクタに各々結合されるカスコードトランジスタの対と、
前記カスコードトランジスタの対の各々に結合されるカプラーと、
を有する、前記相互コンダクタンス回路と、
第１のポートと第２のポートと第３のポートと第４のポートとを有し、前記第１のポートが前記カプラーに結合されるハイブリッドカプラーと、
第１のスイッチング回路であって、
前記第２のポートに結合される第１の変圧器と、
前記第１の変圧器に各々結合される第３の差動対ＮＭＯＳトランジスタと、
前記第１の変圧器に各々結合される第４の差動対ＮＭＯＳトランジスタと、
を有する、前記第１のスイッチング回路と、
第２のスイッチング回路であって、
前記第３のポートに結合される第２の変圧器と、
前記第２の変圧器に各々結合される第５の差動対ＮＭＯＳトランジスタと、
前記第２の変圧器に各々結合される第６の差動対ＮＭＯＳトランジスタと、
を有する、前記第２のスイッチング回路と、
前記第１及び第２のスイッチング回路の各々に結合される第３の変圧器を有する入力回路であって、前記第３の変圧器がローカル発振器信号を受け取る、前記入力回路と、
調節可能なインピーダンスネットワークであって、
前記第４のポートに結合され、制御信号を受け取る容量性ネットワークと、
前記容量性ネットワークに結合される抵抗性ネットワークと、
前記抵抗性ネットワークに結合される誘導性ネットワークと、
を有する、前記調節可能なインピーダンスネットワークと、
を含む、装置。
請求項８に記載の装置であって、
前記容量性ネットワークがスイッチドキャパシタアレイを更に含む、装置。
請求項８に記載の装置であって、
前記容量性ネットワークが、互いに直列に結合される複数のバラクターを更に含み、前記制御信号が、前記バラクターのうち少なくとも２つの間のノードで受け取られる制御電圧を更に含む、装置。
請求項１０に記載の装置であって、
前記調節可能なインピーダンスネットワークが、そのゲートで調節電圧を受け取り、そのソース及びドレインで前記容量性ネットワークに結合される、ＭＯＳトランジスタを更に含む、装置。