JP5700722B2 - 周波数変換器 - Google Patents
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Description
本発明は、通信機器において信号周波数を変換する周波数変換器に関する。
従来、通信機器において信号周波数を変換する周波数変換器として、例えばギルバートセルミキサを用いた周波数変換器が知られている(非特許文献1参照)。
ギルバートセルミキサは、第1の周波数を有する第1の入力信号(局部発振信号;LO(Local)信号)と第2の周波数を有する第2の入力信号(高周波信号;RF(Radio Frequency)信号とを乗算して、第3の周波数を有する第3の出力信号(中間周波数信号;IF(Intermediate Frequency)信号)を出力する回路である。ギルバートセルミキサでは、以下、図面を参照して説明するように、電源電圧端子と接地端子との間に、インピーダンス回路、局部発振信号が入力されるトランジスタ、RF信号が入力されるトランジスタ、電流源が縦積み(スタック)されて構成される。
ギルバートセルミキサは、第1の周波数を有する第1の入力信号(局部発振信号;LO(Local)信号)と第2の周波数を有する第2の入力信号(高周波信号;RF(Radio Frequency)信号とを乗算して、第3の周波数を有する第3の出力信号(中間周波数信号;IF(Intermediate Frequency)信号)を出力する回路である。ギルバートセルミキサでは、以下、図面を参照して説明するように、電源電圧端子と接地端子との間に、インピーダンス回路、局部発振信号が入力されるトランジスタ、RF信号が入力されるトランジスタ、電流源が縦積み(スタック)されて構成される。
図12は、従来の周波数変換器120の構成を示す図である。また、図13は、図12に示す周波数変換器における差動回路の構成を示す図である。
周波数変換器120は、電流源121と、差動構成を有する3対のトランジスタ122及び123、124及び125、並びに126及び127と、電源電圧Vcが供給される電源端子に接続された負荷素子128及び129とを含む。電流源121は、その一端が接地され、その他端はトランジスタ122及び123のエミッタ端子に接続される。トランジスタ122及び123のベース端子にRF信号V1が印加されると、トランジスタ122及び123は、第2の周波数の電流信号を発生する。発生した電流信号は、トランジスタ122及び123の各々のコレクタ端子からトランジスタ124及び125、並びに126及び127のエミッタ端子へ出力される。トランジスタ124及び125、並びに126及び127のベース端子には局部発振信号V2が印加される。これらのトランジスタの対はそれぞれ、エミッタ端子に入力された信号と局部発振信号との乗算を行なう。その結果、コレクタ端子から第3の周波数の電流信号を出力する。この電流信号は、負荷素子128及び129により電圧信号Voutに変換されて後段に出力される。
周波数変換器120は、電流源121と、差動構成を有する3対のトランジスタ122及び123、124及び125、並びに126及び127と、電源電圧Vcが供給される電源端子に接続された負荷素子128及び129とを含む。電流源121は、その一端が接地され、その他端はトランジスタ122及び123のエミッタ端子に接続される。トランジスタ122及び123のベース端子にRF信号V1が印加されると、トランジスタ122及び123は、第2の周波数の電流信号を発生する。発生した電流信号は、トランジスタ122及び123の各々のコレクタ端子からトランジスタ124及び125、並びに126及び127のエミッタ端子へ出力される。トランジスタ124及び125、並びに126及び127のベース端子には局部発振信号V2が印加される。これらのトランジスタの対はそれぞれ、エミッタ端子に入力された信号と局部発振信号との乗算を行なう。その結果、コレクタ端子から第3の周波数の電流信号を出力する。この電流信号は、負荷素子128及び129により電圧信号Voutに変換されて後段に出力される。
ここで、上述の第3の周波数の電流信号の差動電流値及び電圧信号Voutの電圧値は、次のように求めることができる。すなわち、図12に示す周波数変換器では、図13に示す差動対が基本単位となっている。図13に示す回路では、電流源131と、差動構成を有する1対のトランジスタ132及び133とを含む。この図1の回路の場合、出力電流Ic1、Ic2は下記の式(1)、(2)によりそれぞれ記述できる。ただし、式(1)、(2)におけるVtは、熱電圧(kT/q)である。ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qはクーロン量である。
従って、式(1)及び(2)より出力差動電流(第3の電流信号の差動電流)の電流値ΔIcは、下記式(3)のように記述できる。ただし、式(3)においては、V1/2Vt≪1としている。
従って、図12に示す周波数変換器120において負荷(負荷素子128及び129)を抵抗値Rの抵抗とした場合、出力電圧信号の電圧値Voutは下記のように記述できる。
束原恒夫、「CMOS RF回路設計」、丸善、2009年11月30日発行
しかし、ギルバートセルミキサでは、上述の通り、電流源121を含めるとトランジスタを縦積みに3段接続する必要がある。一方、近年はトランジスタの微細化が進んだことにより、電源電圧が低下してきている。このため、縦積みにしたトランジスタ各段の電圧も小さくなっており、V1、V2として大きな電圧信号が入力された場合に出力信号Voutが歪むという問題が生じている。
この出力信号が歪むと言う問題に対して、図14に示す回路構成をとることが考えられる。図14は、従来の周波数変換器の他の構成を示す図である。図14に示す回路において、電流源として用いるトランジスタ141のベース端子に与えるバイアスV2としてRF信号を用い、出力信号の歪みを低減する方法もある。しかし、この場合、電流源のバイアスが変動することとなり、電流源としての安定した動作が失われるという問題が生じてしまう。
本発明はこうした課題の解決手法の提供を目的としてなされたものであり、従来の周波数変換器と同じ電源電圧で動作する場合に、より高い入力電力の信号への対応が可能となる周波数変換器を提供することを目的とする。
本発明の一態様による周波数変換器は、低雑音増幅器の出力端子にベース端子が接続された第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタのエミッタ端子にコレクタ端子およびベース端子が接続され、エミッタ端子が接地された第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタのベース端子にベース端子が接続され、エミッタ端子が接地された第3のトランジスタと、局部発振信号を入力する差動対と、前記差動対のエミッタ端子に接続された電流源と、前記差動対のコレクタ端子にそれぞれ接続された第1の負荷素子、第2の負荷素子と、を備え、前記第3のトランジスタのコレクタ端子と前記差動対のエミッタ端子とを接続し、前記電流源に流れる電流をIe、前記第1のトランジスタのエミッタ端子から出力される電流信号をIrf、前記差動対のベース端子間に印加される電圧信号をV1、熱電圧をVt、前記第2のトランジスタと前記第3のトランジスタとのエミッタサイズ比によって定まる係数をAとしたとき、前記差動対の出力差動電流Ioutが次式(a)
によって表されることを特徴とする。
また、前記周波数変換器において、前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第3のトランジスタおよび前記差動対に用いられるトランジスタのいずれかあるいはすべてについて電界効果トランジスタを用いる、ことを特徴とする。
また、前記周波数変換器において、前記第1の負荷素子、前記第2の負荷素子として、抵抗素子、可変抵抗素子、インダクタのいずれか単体を用いるあるいはいずれか複数素子を直列に接続した回路を用いる、ことを特徴とする。
また、前記周波数変換器において、前記第1のトランジスタを、前記低雑音増幅器の出力端子に接続する代わりに、RF信号を直接入力する、ことを特徴とする。
また、前記周波数変換器において、前記第1のトランジスタを、前記低雑音増幅器の出力端子に接続する代わりに、IF信号を入力する、ことを特徴とする。
また、前記周波数変換器において、前記第2のトランジスタ、前記第3のトランジスタおよび前記電流源のいずれかあるいはすべてについて、グランドとの間に抵抗器を挿入する、ことを特徴とする。
また、前記周波数変換器において、前記周波数変換器が低雑音増幅器を含む場合、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタと前記低雑音増幅器のバッファを構成するトランジスタとを共用する、ことを特徴とする。
本発明による周波数変換器では、RF信号(第2の入力信号)を第1のトランジスタにより電流信号に変換することにより、低電圧動作でも大きな入力信号の対応を可能とする。また、この電流に変換する系を、ミキサのコア回路(差動対及び電流源)の差動対と並列に設けることにより、トランジスタの縦積み段数を削減し、電源電圧低下に対する耐性を高めることを可能とする。
これにより、本発明による周波数変換器によれば、従来の周波数変換器と同じ電源電圧で動作する場合に、より高い入力電力の信号への対応が可能となる。
さらには、電流信号のコア回路への入力にあたっては、ミキサの電流源(電流源)を用いない構成、すなわち電流源に第2の入力信号を入力しない構成としている。これにより、本発明による周波数変換器によれば、ミキサのコア回路の動作安定性を損なうことなく、乗算を行うことが可能となる。
これにより、本発明による周波数変換器によれば、従来の周波数変換器と同じ電源電圧で動作する場合に、より高い入力電力の信号への対応が可能となる。
さらには、電流信号のコア回路への入力にあたっては、ミキサの電流源(電流源)を用いない構成、すなわち電流源に第2の入力信号を入力しない構成としている。これにより、本発明による周波数変換器によれば、ミキサのコア回路の動作安定性を損なうことなく、乗算を行うことが可能となる。
<第1の実施形態>
以下、図面を参照して、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態における周波数変換器10の構成例を示す図である。また、図2は、図1に示す周波数変換器10の一部の等価回路図の例を示す図である。また、図3は、図2に示す等価回路図を模式化した図である。
周波数変換器10は、トランジスタ41(第1のトランジスタ)と、トランジスタ42(第2のトランジスタ)と、差動構成を有する1対のトランジスタ43及び44(差動対)と、LNA(Low Noise Amplifier;低雑音増幅器)45と、電流源51と、負荷素子53(第1の負荷素子)及び負荷素子54(第2の負荷素子)とを含んで構成される。
以下、図面を参照して、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態における周波数変換器10の構成例を示す図である。また、図2は、図1に示す周波数変換器10の一部の等価回路図の例を示す図である。また、図3は、図2に示す等価回路図を模式化した図である。
周波数変換器10は、トランジスタ41(第1のトランジスタ)と、トランジスタ42(第2のトランジスタ)と、差動構成を有する1対のトランジスタ43及び44(差動対)と、LNA(Low Noise Amplifier;低雑音増幅器)45と、電流源51と、負荷素子53(第1の負荷素子)及び負荷素子54(第2の負荷素子)とを含んで構成される。
トランジスタ41において、ベース端子はLNA45の出力に接続され、コレクタ端子は電源電圧Vcが供給される端子に接続され、エミッタ端子はトランジスタ42のコレクタ端子に接続される。
LNA45において、入力端子は入力信号RFin(RF信号;第2の入力信号)が入力される端子に接続され、出力端子はトランジスタ41のベース端子に接続される。
トランジスタ42において、ベース端子及びコレクタ端子はトランジスタ41のエミッタ端子に共通に接続され、エミッタ端子は接地される。
電流源51において、その一端はトランジスタ42のベース端子及びコレクタ端子に接続され、その他端は接地される。
トランジスタ43及び44において、ベース端子はそれぞれ局部発振信号(第1の入力信号)LOinが入力される端子に接続され、エミッタ端子はそれぞれ電流源51の一端に接続され、コレクタ端子はそれぞれ負荷素子53の他端、負荷素子54の他端に接続される。
負荷素子53及び54において、一端はそれぞれ電源電圧Vcが供給される端子に接続され、他端はそれぞれトランジスタ43のエミッタ端子、トランジスタ44のエミッタ端子に接続される。
なお、トランジスタ41〜44と後出のトランジスタ56は、本実施形態においてNPN型バイポーラトランジスタ(Bipolar transistor)である。NPN型バイポーラトランジスタは、コレクタ端子、ベース端子、エミッタ端子を有し、ベース端子からエミッタ端子へ、ベース電流を流すと、コレクタ端子からエミッタ端子へ、ベース電流がhFE倍されたコレクタ電流を流すトランジスタである。
LNA45において、入力端子は入力信号RFin(RF信号;第2の入力信号)が入力される端子に接続され、出力端子はトランジスタ41のベース端子に接続される。
トランジスタ42において、ベース端子及びコレクタ端子はトランジスタ41のエミッタ端子に共通に接続され、エミッタ端子は接地される。
電流源51において、その一端はトランジスタ42のベース端子及びコレクタ端子に接続され、その他端は接地される。
トランジスタ43及び44において、ベース端子はそれぞれ局部発振信号(第1の入力信号)LOinが入力される端子に接続され、エミッタ端子はそれぞれ電流源51の一端に接続され、コレクタ端子はそれぞれ負荷素子53の他端、負荷素子54の他端に接続される。
負荷素子53及び54において、一端はそれぞれ電源電圧Vcが供給される端子に接続され、他端はそれぞれトランジスタ43のエミッタ端子、トランジスタ44のエミッタ端子に接続される。
なお、トランジスタ41〜44と後出のトランジスタ56は、本実施形態においてNPN型バイポーラトランジスタ(Bipolar transistor)である。NPN型バイポーラトランジスタは、コレクタ端子、ベース端子、エミッタ端子を有し、ベース端子からエミッタ端子へ、ベース電流を流すと、コレクタ端子からエミッタ端子へ、ベース電流がhFE倍されたコレクタ電流を流すトランジスタである。
図2は、周波数変換器10のうち、LNA45(低雑音増幅器)からの信号をミキサコア(差動構成を有する1対のトランジスタ43及び44、電流源51)に受け渡す部分を抜き出した図である。図2は、図1のトランジスタ41をTr1で、トランジスタ42をTr2で、それぞれ示している。
図3は、図2に示すTr1のgm(相互コンダクタンス)をgm1とし、図2に示すIN端子から入力された電圧信号をVinとしたときの状態を模式化した図である。Tr1は、電圧信号Vinをgm1・Vinの電流信号に変換し、エミッタ端子から出力する。ここで、エミッタ端子に十分に大きなインピーダンスの素子が接続されていれば、この電流信号はそのままOUT端子から図1に示す差動対(トランジスタ43及び44)に入力される。
図3は、図2に示すTr1のgm(相互コンダクタンス)をgm1とし、図2に示すIN端子から入力された電圧信号をVinとしたときの状態を模式化した図である。Tr1は、電圧信号Vinをgm1・Vinの電流信号に変換し、エミッタ端子から出力する。ここで、エミッタ端子に十分に大きなインピーダンスの素子が接続されていれば、この電流信号はそのままOUT端子から図1に示す差動対(トランジスタ43及び44)に入力される。
図1に戻って、LNA45の出力信号をトランジスタ41のベース端子に入力し、トランジスタ41エミッタ端子から出力された電流信号を、図1に示すようにIrfとする。
この電流信号Irfがない場合は、ミキサコアの出力は、上記式(3)となる。ここで、差動対のエミッタ端子に電流信号Irfを入力すると、式(3)のIeにIrfが重畳されるので、下式(5)となる。
この電流信号Irfがない場合は、ミキサコアの出力は、上記式(3)となる。ここで、差動対のエミッタ端子に電流信号Irfを入力すると、式(3)のIeにIrfが重畳されるので、下式(5)となる。
このように、周波数変換器10では、コア回路(差動対及び電流源51)において、局部発振信号LOinと、IrfすなわちRF信号との乗算が行われ、IFout信号(出力信号)が生成される。
従って、第1の実施形態における周波数変換器10では、RF信号(第2の入力信号)をトランジスタ41(第1のトランジスタ)により電流信号に変換することにより、低電圧動作でも大きな入力信号の対応を可能とすることができる。また、この電流に変換する系を、ミキサのコア回路(差動対及び電流源51)と並列に設けることにより、トランジスタの縦積み段数を削減し、電源電圧低下に対する耐性を高めることを可能とすることができる。
これにより、第1の実施形態における周波数変換器10によれば、従来の周波数変換器と同じ電源電圧で動作する場合に、より高い入力電力の信号への対応が可能となる周波数変換器を提供することができる。
さらには、電流信号Irfのコア回路への入力にあたっては、ミキサの電流源51を用いない構成、すなわち電流源51にRF信号を入力しない構成としている。これにより、本発明による周波数変換器によれば、ミキサのコア回路の動作安定性を損なうことなく、乗算を行うことが可能となる。
これにより、第1の実施形態における周波数変換器10によれば、従来の周波数変換器と同じ電源電圧で動作する場合に、より高い入力電力の信号への対応が可能となる周波数変換器を提供することができる。
さらには、電流信号Irfのコア回路への入力にあたっては、ミキサの電流源51を用いない構成、すなわち電流源51にRF信号を入力しない構成としている。これにより、本発明による周波数変換器によれば、ミキサのコア回路の動作安定性を損なうことなく、乗算を行うことが可能となる。
<第2の実施形態>
続いて、図面を参照して、第2の実施形態について説明する。
図4は、第2の実施形態における周波数変換器20の構成例を示す図である。なお、図4において、図1に示す周波数変換器10と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図4に示す周波数変換器20では、図1に示す周波数変換器10に対して、電流源51の一端と、トランジスタ42のベース端子及びコレクタ端子との間に、キャパシタ55を挿入している。キャパシタ55において、一端はトランジスタ42のベース端子及びコレクタ端子に接続され、他端は差動対を構成するトランジスタ43及びトランジスタ44のエミッタ端子に接続される。
第2の実施形態における周波数変換器20では、基本的な動作、その作用及び効果は、第1の実施形態における周波数変換器10と同様となる。周波数変換器20では、さらに、LNA45からの信号をミキサコア(差動対及び電流源51)に受け渡す部分にキャパシタ55を挿入することにより、電流信号Irfの高周波成分のみを受け渡すことができる。
続いて、図面を参照して、第2の実施形態について説明する。
図4は、第2の実施形態における周波数変換器20の構成例を示す図である。なお、図4において、図1に示す周波数変換器10と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図4に示す周波数変換器20では、図1に示す周波数変換器10に対して、電流源51の一端と、トランジスタ42のベース端子及びコレクタ端子との間に、キャパシタ55を挿入している。キャパシタ55において、一端はトランジスタ42のベース端子及びコレクタ端子に接続され、他端は差動対を構成するトランジスタ43及びトランジスタ44のエミッタ端子に接続される。
第2の実施形態における周波数変換器20では、基本的な動作、その作用及び効果は、第1の実施形態における周波数変換器10と同様となる。周波数変換器20では、さらに、LNA45からの信号をミキサコア(差動対及び電流源51)に受け渡す部分にキャパシタ55を挿入することにより、電流信号Irfの高周波成分のみを受け渡すことができる。
<第3の実施形態>
続いて、図面を参照して、第3の実施形態について説明する。
図5は、第3の実施形態における周波数変換器30の構成例を示す図である。なお、図5において、図1に示す周波数変換器10と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図5に示す周波数変換器30では、図1に示す周波数変換器10に対して、トランジスタ56(第3のトランジスタ)を設けている。トランジスタ56において、ベース端子はトランジスタ42のベース端子及びコレクタ端子、コレクタ端子はトランジスタ43及び44(差動対)のエミッタ端子に接続され、エミッタ端子は接地される。このように、トランジスタ42とトランジスタ56とはカレントミラー型の構成となっている。
第3の実施形態における周波数変換器30では、基本的な動作、その作用及び効果は、第1の実施形態における周波数変換器10と同様となる。周波数変換器30では、さらにLNA45からの信号をミキサコア(差動対及び電流源51)に受け渡す部分をカレントミラー型とすることにより、トランジスタ42とトランジスタ56とのエミッタサイズ比によって、ミキサコアに入力する信号電流Irfを調整することが可能となる。これによって、周波数変換器30が対応可能となる入力信号のレベル範囲をより増加させることが可能となる。
続いて、図面を参照して、第3の実施形態について説明する。
図5は、第3の実施形態における周波数変換器30の構成例を示す図である。なお、図5において、図1に示す周波数変換器10と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図5に示す周波数変換器30では、図1に示す周波数変換器10に対して、トランジスタ56(第3のトランジスタ)を設けている。トランジスタ56において、ベース端子はトランジスタ42のベース端子及びコレクタ端子、コレクタ端子はトランジスタ43及び44(差動対)のエミッタ端子に接続され、エミッタ端子は接地される。このように、トランジスタ42とトランジスタ56とはカレントミラー型の構成となっている。
第3の実施形態における周波数変換器30では、基本的な動作、その作用及び効果は、第1の実施形態における周波数変換器10と同様となる。周波数変換器30では、さらにLNA45からの信号をミキサコア(差動対及び電流源51)に受け渡す部分をカレントミラー型とすることにより、トランジスタ42とトランジスタ56とのエミッタサイズ比によって、ミキサコアに入力する信号電流Irfを調整することが可能となる。これによって、周波数変換器30が対応可能となる入力信号のレベル範囲をより増加させることが可能となる。
<第4の実施形態>
続いて、図面を参照して、第4の実施形態について説明する。
図6は、第4の実施形態における周波数変換器40の構成例を示す図である。なお、図6において、図1に示す周波数変換器10と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図6に示す周波数変換器40は、図1に示す周波数変換器10を構成するトランジスタ41〜44を、バイポーラトランジスタからFET(Field effect transistor;電界効果トランジスタ)とし、トランジスタ61〜64としたものである。
トランジスタ61において、ゲート端子はLNA45の出力に接続され、ドレイン端子は電源電圧Vdが供給される端子に接続され、ソース端子はトランジスタ62のドレイン端子に接続される。
トランジスタ62において、ゲート端子及びドレイン端子はトランジスタ61のソース端子に共通に接続され、ソース端子は接地される。
トランジスタ63及び64において、ゲート端子はそれぞれ局部発振信号(第1の入力信号)LOinが入力される端子に接続され、ソース端子はそれぞれ電流源51の一端に接続され、ドレイン端子はそれぞれ負荷素子53の他端、負荷素子54の他端に接続される。
第4の実施形態における周波数変換器40では、FETを用いて構成され、その基本的な動作、その作用及び効果は、第1の実施形態における周波数変換器10と同様となる。
なお、トランジスタ61〜64と後出のトランジスタ76は、本実施形態においてNチャネル型FETである。Nチャネル型FETは、ドレイン端子、ゲート端子、ソース端子を有し、ゲート端子とソース端子との間に正の電圧を印加すると、ドレイン端子からソース端子へ、ドレイン電流を流すトランジスタである。
続いて、図面を参照して、第4の実施形態について説明する。
図6は、第4の実施形態における周波数変換器40の構成例を示す図である。なお、図6において、図1に示す周波数変換器10と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図6に示す周波数変換器40は、図1に示す周波数変換器10を構成するトランジスタ41〜44を、バイポーラトランジスタからFET(Field effect transistor;電界効果トランジスタ)とし、トランジスタ61〜64としたものである。
トランジスタ61において、ゲート端子はLNA45の出力に接続され、ドレイン端子は電源電圧Vdが供給される端子に接続され、ソース端子はトランジスタ62のドレイン端子に接続される。
トランジスタ62において、ゲート端子及びドレイン端子はトランジスタ61のソース端子に共通に接続され、ソース端子は接地される。
トランジスタ63及び64において、ゲート端子はそれぞれ局部発振信号(第1の入力信号)LOinが入力される端子に接続され、ソース端子はそれぞれ電流源51の一端に接続され、ドレイン端子はそれぞれ負荷素子53の他端、負荷素子54の他端に接続される。
第4の実施形態における周波数変換器40では、FETを用いて構成され、その基本的な動作、その作用及び効果は、第1の実施形態における周波数変換器10と同様となる。
なお、トランジスタ61〜64と後出のトランジスタ76は、本実施形態においてNチャネル型FETである。Nチャネル型FETは、ドレイン端子、ゲート端子、ソース端子を有し、ゲート端子とソース端子との間に正の電圧を印加すると、ドレイン端子からソース端子へ、ドレイン電流を流すトランジスタである。
<第5の実施形態>
続いて、図面を参照して、第5の実施形態について説明する。
図7は、第5の実施形態における周波数変換器50の構成例を示す図である。なお、図7において、図6に示す周波数変換器40(第4の実施形態)と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図7に示す周波数変換器50では、図5に示す周波数変換器30(第3の実施形態)を構成するトランジスタ41〜44、56を、バイポーラトランジスタからFET(Field effect transistor;電界効果トランジスタ)とし、トランジスタ61〜64、76としたものである。トランジスタ76において、ゲート端子はトランジスタ62のゲート端子及びドレイン端子に接続され、ドレイン端子はトランジスタ63及び64(差動対)のソース端子に接続され、ソース端子は接地される。このように、トランジスタ62とトランジスタ76とは、図5に示す周波数変換器30と同様にカレントミラー型の構成となっている。
第5の実施形態における周波数変換器50では、FETを用いて構成され、その基本的な動作、その作用及び効果は、第3の実施形態における周波数変換器30と同様となる。
続いて、図面を参照して、第5の実施形態について説明する。
図7は、第5の実施形態における周波数変換器50の構成例を示す図である。なお、図7において、図6に示す周波数変換器40(第4の実施形態)と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図7に示す周波数変換器50では、図5に示す周波数変換器30(第3の実施形態)を構成するトランジスタ41〜44、56を、バイポーラトランジスタからFET(Field effect transistor;電界効果トランジスタ)とし、トランジスタ61〜64、76としたものである。トランジスタ76において、ゲート端子はトランジスタ62のゲート端子及びドレイン端子に接続され、ドレイン端子はトランジスタ63及び64(差動対)のソース端子に接続され、ソース端子は接地される。このように、トランジスタ62とトランジスタ76とは、図5に示す周波数変換器30と同様にカレントミラー型の構成となっている。
第5の実施形態における周波数変換器50では、FETを用いて構成され、その基本的な動作、その作用及び効果は、第3の実施形態における周波数変換器30と同様となる。
<第6の実施形態>
続いて、図面を参照して、第6の実施形態について説明する。
図8は、第6の実施形態における周波数変換器60の構成例を示す図である。なお、図8において、図6に示す周波数変換器40(第4の実施形態)と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図8に示す周波数変換器60では、図6に示す周波数変換器40におけるトランジスタ61にLNA45の出力を接続する代わりに、ゲート端子にRF信号を直接入力する構成としたものである。
第6の実施形態における周波数変換器60では、その基本的な動作、その作用及び効果は、第4の実施形態における周波数変換器40と同様であり、さらにLNA45を省略することができる。
続いて、図面を参照して、第6の実施形態について説明する。
図8は、第6の実施形態における周波数変換器60の構成例を示す図である。なお、図8において、図6に示す周波数変換器40(第4の実施形態)と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図8に示す周波数変換器60では、図6に示す周波数変換器40におけるトランジスタ61にLNA45の出力を接続する代わりに、ゲート端子にRF信号を直接入力する構成としたものである。
第6の実施形態における周波数変換器60では、その基本的な動作、その作用及び効果は、第4の実施形態における周波数変換器40と同様であり、さらにLNA45を省略することができる。
<第7の実施形態>
続いて、図面を参照して、第7の実施形態について説明する。
図9は、第7の実施形態における周波数変換器70の構成例を示す図である。なお、図9において、図8に示す周波数変換器60(第6の実施形態)と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図9に示す周波数変換器70では、図8に示す周波数変換器60において、トランジスタ61に入力する信号をRF信号RFinからIF信号IFinとし、周波数変換器の出力信号をIF信号IFoutからRF信号RFinoutとする構成である。
第7の実施形態における周波数変換器70では、その基本的な動作、その作用及び効果は、第6の実施形態における周波数変換器60と同様となり、さらに受信用ミキサを想定した周波数変換器60を送信用ミキサに対応可能とすることができる。
続いて、図面を参照して、第7の実施形態について説明する。
図9は、第7の実施形態における周波数変換器70の構成例を示す図である。なお、図9において、図8に示す周波数変換器60(第6の実施形態)と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図9に示す周波数変換器70では、図8に示す周波数変換器60において、トランジスタ61に入力する信号をRF信号RFinからIF信号IFinとし、周波数変換器の出力信号をIF信号IFoutからRF信号RFinoutとする構成である。
第7の実施形態における周波数変換器70では、その基本的な動作、その作用及び効果は、第6の実施形態における周波数変換器60と同様となり、さらに受信用ミキサを想定した周波数変換器60を送信用ミキサに対応可能とすることができる。
<第8の実施形態>
続いて、図面を参照して、第8の実施形態について説明する。
図10は、第8の実施形態における周波数変換器80の構成例を示す図である。なお、図10において、図8に示す周波数変換器60(第6の実施形態)と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図10に示す周波数変換器80では、図8に示す周波数変換器60に対して、トランジスタ62及び電流源51を、抵抗を介して接地した構成である。抵抗素子81(抵抗器)において、一端はトランジスタ62のソースに接続され、他端はGND(グランド)に接続、すなわち接地される。また、抵抗素子82(抵抗器)において、一端は電流源51の他端に接続され、他端はGND(グランド)に接続、すなわち接地される。
第7の実施形態における周波数変換器70では、その基本的な動作、その作用及び効果は、第6の実施形態における周波数変換器60と同様となり、さらに電流源51の動作をより安定にすることができる。
続いて、図面を参照して、第8の実施形態について説明する。
図10は、第8の実施形態における周波数変換器80の構成例を示す図である。なお、図10において、図8に示す周波数変換器60(第6の実施形態)と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図10に示す周波数変換器80では、図8に示す周波数変換器60に対して、トランジスタ62及び電流源51を、抵抗を介して接地した構成である。抵抗素子81(抵抗器)において、一端はトランジスタ62のソースに接続され、他端はGND(グランド)に接続、すなわち接地される。また、抵抗素子82(抵抗器)において、一端は電流源51の他端に接続され、他端はGND(グランド)に接続、すなわち接地される。
第7の実施形態における周波数変換器70では、その基本的な動作、その作用及び効果は、第6の実施形態における周波数変換器60と同様となり、さらに電流源51の動作をより安定にすることができる。
<第9の実施形態>
続いて、図面を参照して、第9の実施形態について説明する。
図11は、第9の実施形態における周波数変換器90の構成例を示す図である。なお、図11において、図4に示す周波数変換器20(第2の実施形態)と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図11に示すように、LNA45は、LNAコア91及びLNAバッファ92から構成される。
LNAコア91において、入力端子は入力信号RFin(RF信号;第2の入力信号)が入力される端子に接続され、出力端子はトランジスタ41のベース端子に接続される。
LNAバッファ92は、トランジスタ41及びトランジスタ42から構成される。トランジスタ41において、ベース端子はLNAコア91の出力端子に接続され、コレクタ端子は電源電圧Vcが供給される端子に接続され、エミッタ端子はトランジスタ42のコレクタ端子に接続される。
トランジスタ42において、ベース端子及びコレクタ端子はトランジスタ41のエミッタ端子に共通に接続され、エミッタ端子は接地される。
第9の実施形態における周波数変換器90では、その基本的な動作、その作用及び効果は、第2の実施形態における周波数変換器20と同様となり、さらにトランジスタ41及びトランジスタ42をLNAバッファ92と共用とする構成ことにより、周波数変換器のサイズを小さくすることが可能となる。
続いて、図面を参照して、第9の実施形態について説明する。
図11は、第9の実施形態における周波数変換器90の構成例を示す図である。なお、図11において、図4に示す周波数変換器20(第2の実施形態)と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図11に示すように、LNA45は、LNAコア91及びLNAバッファ92から構成される。
LNAコア91において、入力端子は入力信号RFin(RF信号;第2の入力信号)が入力される端子に接続され、出力端子はトランジスタ41のベース端子に接続される。
LNAバッファ92は、トランジスタ41及びトランジスタ42から構成される。トランジスタ41において、ベース端子はLNAコア91の出力端子に接続され、コレクタ端子は電源電圧Vcが供給される端子に接続され、エミッタ端子はトランジスタ42のコレクタ端子に接続される。
トランジスタ42において、ベース端子及びコレクタ端子はトランジスタ41のエミッタ端子に共通に接続され、エミッタ端子は接地される。
第9の実施形態における周波数変換器90では、その基本的な動作、その作用及び効果は、第2の実施形態における周波数変換器20と同様となり、さらにトランジスタ41及びトランジスタ42をLNAバッファ92と共用とする構成ことにより、周波数変換器のサイズを小さくすることが可能となる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
例えば、第4の実施形態の説明では、第1の実施形態における周波数変換器10を構成するトランジスタをFETとする例について説明した。トランジスタをFETとする構成は、第2の実施形態における周波数変換器20に対して行ってもよい。また、トランジスタをFETとすることは、周波数変換器を構成するトランジスタのいずれかあるいはすべてについて行ってもよい。
また、各実施形態で用いた負荷素子53、負荷素子54として、抵抗素子、可変抵抗素子、インダクタのいずれか単体を用いるあるいはいずれか複数素子を直列に接続した回路を用いてもよい。
また、第6の実施形態の説明では、第4の実施形態における周波数変換器40に対して、低雑音増幅器の出力端子に接続する代わりに、RF信号を直接入力する構成とする例について説明した。低雑音増幅器の出力端子に接続する代わりに、RF信号を直接入力する構成を、周波数変換器10〜30に対して適用してもよいし、周波数変換器10〜30を構成するトランジスタの一部もしくはすべてのトランジスタがFETとなっている周波数変換器に対して適用してもよい。
また、第7の実施形態の説明では、第6の実施形態における周波数変換器60に対して、低雑音増幅器の出力端子に接続する代わりに、IF信号を直接入力する構成とする例について説明した。低雑音増幅器の出力端子に接続する代わりに、IF信号を直接入力する構成を、周波数変換器10〜30に対して適用してもよいし、周波数変換器10〜30を構成するトランジスタの一部もしくはすべてのトランジスタがFETとなっている周波数変換器に対して適用してもよい。
また、第8の実施形態の説明では、第6の実施形態における周波数変換器60に対して、トランジスタ62(第2のトランジスタ)及び電流源51とGNDとの間に抵抗器を挿入する構成について説明した。トランジスタ62(第2のトランジスタ)及び電流源51とGNDとの間に抵抗器を挿入する構成を、周波数変換器10、20、40、70に対して適用してもよいし、第3のトランジスタを含む周波数変換器30、50に対して第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、電流源とGNDとの間に抵抗器を挿入する構成を適用してもよい。この際、周波数変換器が第3のトランジスタを含む場合、第2のトランジスタ、第3のトランジスタおよび電流源のいずれかあるいはすべてについて、周波数変換器が第3のトランジスタを含まない場合、第2のトランジスタおよび電流源のいずれかあるいは両方について、グランドとの間に抵抗器を挿入することとしてよい。
また、第9の実施形態の説明では、第2の実施形態における周波数変換器20に対して、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタとLNAバッファを構成するトランジスタとを共用する構成とする例について説明した。第1のトランジスタ及び第2のトランジスタとLNAバッファを構成するトランジスタとを共用する構成は、周波数変換器がLNAを含む場合、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタとLNAバッファを構成するトランジスタとを共用する構成としてよい。例えば、LNAバッファがFETの直列回路、或いはバイポーラトランジスタとFETとの直列回路である場合、これらの直列回路を構成するトランジスタを第1のトランジスタ、第2のトランジスタとしてよい。
10,20,30,40,50,60,70,80,90…周波数変換器、41,42,43,44,56,61,62,63,64,76,122,123,124,125,126,127,132,133,141,142,143…トランジスタ、53,54,128,129…負荷素子、51,121,131…電流源、55…キャパシタ、45…LNA、81,82…抵抗素子、91…LNAコア、92…LNAバッファ
Claims (7)
- 低雑音増幅器の出力端子にベース端子が接続された第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのエミッタ端子にコレクタ端子およびベース端子が接続され、エミッタ端子が接地された第2のトランジスタと、
前記第2のトランジスタのベース端子にベース端子が接続され、エミッタ端子が接地された第3のトランジスタと、
局部発振信号を入力する差動対と、
前記差動対のエミッタ端子に接続された電流源と、
前記差動対のコレクタ端子にそれぞれ接続された第1の負荷素子、第2の負荷素子と、
を備え、
前記第3のトランジスタのコレクタ端子と前記差動対のエミッタ端子とを接続し、
前記電流源に流れる電流をIe、前記第1のトランジスタのエミッタ端子から出力される電流信号をIrf、前記差動対のベース端子間に印加される電圧信号をV1、熱電圧をVt、前記第2のトランジスタと前記第3のトランジスタとのエミッタサイズ比によって定まる係数をAとしたとき、前記差動対の出力差動電流Ioutが次式(a)
- 前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、前記第3のトランジスタおよび前記差動対に用いられるトランジスタのいずれかあるいはすべてについて電界効果トランジスタを用いる、
ことを特徴とする請求項1に記載の周波数変換器。 - 前記第1の負荷素子、前記第2の負荷素子として、抵抗素子、可変抵抗素子、インダクタのいずれか単体を用いるあるいはいずれか複数素子を直列に接続した回路を用いる、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の周波数変換器。 - 前記第1のトランジスタを、前記低雑音増幅器の出力端子に接続する代わりに、RF信号を直接入力する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3いずれか一項に記載の周波数変換器。 - 前記第1のトランジスタを、前記低雑音増幅器の出力端子に接続する代わりに、IF信号を入力する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3いずれか一項に記載の周波数変換器。 - 前記第2のトランジスタ、前記第3のトランジスタおよび前記電流源のいずれかあるいはすべてについて、グランドとの間に抵抗器を挿入する、
ことを特徴とする請求項1から請求項5いずれか一項に記載の周波数変換器。 - 前記周波数変換器が低雑音増幅器を含む場合、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタと前記低雑音増幅器のバッファを構成するトランジスタとを共用する、
ことを特徴とする請求項1から請求項6いずれか一項に記載の周波数変換器。
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