JP5902430B2 - 高調波除去受信機のアーキテクチャーと混合器 - Google Patents

高調波除去受信機のアーキテクチャーと混合器 Download PDF

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Description

本出願は、2004年12月10日に出願した米国仮出願番号60/635,030号での権利を主張するものである。先の出願時の名称は、「高調波除去受信機のアーキテクチャーと混合器」で、その出願での記載内容のすべてを、参照として本出願に取り込んでいる。
本出願での開示内容は、電気信号処理に関する。より詳細に言えば、高調波除去用ＲＦ受信機に関連し、高調波除去受信機のアーキテクチャーと高調波除去混合器とに関する。
無線周波（ＲＦ：Radio Frequency）通信システムは、多くの場合、多数の周波数分割された多重チャネルを供給する。そして、各々のチャネルは、所定の動作帯域に分布する。特定チャネルから供給される情報を受信するために、通常、受信機を希望するチャネルの周波数に合うように設定する。
多くの通信システムにおいて、動作帯域幅は、比較的狭い帯域幅である。すなわち、動作帯域幅は、一般に１オクターブより大きく占領することはない。しかし、いくつかのシステムでは、例えばテレビジョンでは、動作周波数帯域幅は、数オクターブを占領する数百チャネル分を含むことができる。
このような広範囲な処理帯域幅は、サブ・オクターブの処理周波数帯域幅を有する他のシステムでは経験しない特別な問題が出現する可能性がある。例えば、広範囲な処理帯域幅は、帯域幅の干渉面において数倍になる可能性がある。テレビジョンの処理帯域幅において、要求外チャネルが、要求チャネル内に干渉するように出現することがある。この要求外チャネル信号は、要求チャネルのパワーレベルと実質上同一のパワーレベル、または要求チャネルより大きいパワーレベルになる可能性がある。
受信機は、要求外チャネル信号または他の干渉源信号を、通常はフィルタ処理または減衰させる。しかし、いくつかの干渉源は、受信機が処理する帯域幅において干渉する可能性があり、このため、フィルタ処理が有効でないことがある。特に、受信機が、目的とは異なって、要求入力信号内の高調波成分を、要求信号を変換する周波数帯域幅と同一の周波数帯域幅に、変換する可能性がある。
上記干渉源が、帯域内の干渉信号として周波数変換されることになるので、変換された干渉源をフィルタで減衰させることが不可能となる。加えて、入力処理周波数帯域の信号は、数オクターブの幅を占有することが可能で、高調波成分を含む可能性がある。このため、受信機は、入力信号用のフィルタ処理によって、高調波の干渉による影響を充分に減衰させることができない。
本願は、高調波成分が多い入力信号を処理する受信機のアーキテクチャーと方法を開示するが、処理のときに高調波を抑制する混合器を使用する。開示する受信機、混合器、および方法は、要求外の高調波成分に対する混合器のレスポンスを著しく低減させる一方で、受信機がスイッチング型混合器の長所を得るようにする。高調波混合器は、入力信号に連結する複数の混合器を含むことができる。ローカルな発振器信号の複数の位相を、単一のローカルな発振器出力から生成することができる。生成された複数の位相の各々は、各混合器の一入力を駆動するのに使用することができる。混合器の出力は、高調波除去を有する周波数変換出力を生成するために、結合することができる。
本発明の態様は、高調波除去混合器を含む。この高調波除去混合器は、
各々の混合器が共通のＲＦ入力信号に連結する入力を有する、複数の混合器と、
共通のローカル発信器（ＬＯ：Local Oscillator）入力信号に連結する入力および複数の位相シフトされた出力を有する移相器であって、該出力の各々は、付随する混合器のＬＯ入力に連結する移相器と、
複数の入力を有する結合器であって、該入力の各々は、関連する混合器からの出力と連結され、および結合した出力信号を供給するように構成された結合器と、からなる。
本発明の態様は、高調波除去混合方法を含む。この方法は、
ＬＯ信号の複数の位相を生成するステップと、
複数の混合された出力信号を生成するために、入力信号を上記ＬＯ信号の上記複数の位相の各々と混合するステップと、
混合器出力を供給するために、上記複数の混合された出力信号を結合するステップと、を有する。
本発明の態様は、直交混合器を含む。この直交混合器は、
各々の混合器が入力信号の複数の位相の一信号に連結する入力を有し、かつ各々の混合器が位相シフトしたＬＯと連結する入力を有する、複数の高調波除去混合器と、
上記複数の高調波除去混合器の第１のサブセットからの出力に連結する入力と、直交出力を供給するように構成された出力と、を有する第１の結合器と、
上記複数の高調波除去混合器の第２のサブセットからの出力に連結する入力と、同相出力を供給するように構成された出力と、を有する第２の結合器と、からなる。
本発明の態様は、受信機を含む。この受信機は、
ＲＦ入力信号に連結する入力およびフィルタ処理出力を有するフィルタと、
上記フィルタ処理出力に連結する入力と、ＬＯ信号を受信するように構成されたＬＯ入力と、直交出力と、同相出力と、を有する高調波除去ダウンコンバータと、を具備する。
システム内受信機の一実施形態を簡単化した機能ブロック図である。 受信機の一実施形態を簡単化した機能ブロック図である。 受信機のフロントエンドの一実施形態を簡単化した機能ブロック図である。 高調波除去混合器の一実施形態を簡単化した機能ブロック図である。 高調波除去混合器の一実施形態を簡単化した機能ブロック図である。 高調波除去混合器を有するダウンコンバータの簡単化した機能ブロック図である。
開示する実施形態での特徴、目的、および効果は、以下の詳細な説明および関連する図面により、一層明解になるであろう。
本明細書において、高調波除去混合器および受信機のアーキテクチャーについて説明するが、受信機のアーキテクチャーは、直接のダウンコンバージョンまたは低域ＩＦ（Intermediate Frequency）受信機の効率良い実施を可能にするために、高調波除去混合器を利用する。受信機デザインの最新アプローチは、受信機のフロントエンド内にスイッチング型混合器を採用することが可能である。この最新アプローチは、システムに低ノイズで、高い線形性を実現することを可能にする。しかしながら、このスイッチング型混合器も、また、ローカル発信器の数倍の周波数帯域幅にある要求外の高調波入力信号を、要求の出力周波数帯域幅に効率的にダウンコンバートする。要求外入力信号の周波数変換は、特にテレビジョン応用において重要となる問題を引き起こす。また、テレビジョン応用において、必要な入力信号の帯域幅が非常に広いため、要求外の高調波が存在する可能性が高い。受信機アーキテクチャー、および高調波抑制混合器を採用して高調波の多い入力信号を処理する方法について、以下に説明する。説明する受信機、混合器および方法は、受信機に対してスイッチング型混合器の利点を実現させると同時に、要求外の高調波に対する混合器のレスポンスを大幅に低減させることができる。
図１は、一実施形態である受信機１００の簡単な機能ブロック図であり、この受信機は、システム１０において高調波除去の信号処理を実施する。以下の記述は、システム１０がテレビジョン受信機として機能するように構成された一実施形態について説明する。しかし、システム１０は、複数システムのいずれかに構成することも可能である。例えば、システム１０は、テレビジョン、テレビジョン受信機、セットトップボックス、または、ビデオレコーダもしくは他のいくつかのテレビジョン受信機と一体化したテレビジョンチューナーでも構成が可能である。別の実施形態において、システム１０は、ラジオ受信機、無線トランシーバ、電話受信機、携帯電話、無線電話、または他の通信装置でも構成が可能である。
システム１０は、情報源スイッチ１２を含み、このスイッチは、１つ以上の信号源に連結することができる。例えば、第１の情報源入力は、アンテナ２に連結することができ、第２の情報源入力は、ケーブルテレビジョンの配給元に連結するケーブルのような、有線の情報源に連結することができる。情報源スイッチ１２は、受信機１００の１つのタイプの信号だけに連結することに限定されない。例えば、情報源スイッチ１２は、アンテナ２を介してテレビジョン信号源に連結することができ、ケーブル４を介して、ラジオ放送源と連結することもできる。
情報源スイッチ１２は、いずれかの信号源からの信号を受信機１００の入力部に連結する構成が可能である。受信機１００は、例えば、任意の信号源から受信したテレビジョン信号を選択して処理する構成が可能である。任意の信号源には、アナログ用テレビジョン信号が相当し、ＮＴＳＣ、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ、および他の標準規格のようなアナログ用テレビジョン規格に沿ってフォーマット化された信号が該当する。また、受信機１００は、デジタル用テレビジョン信号を処理するように構成することもでき、受信する信号源の１つのとしては、デジタルＤＶＢ−Ｔのテレビジョン信号が該当する。
受信機１００は、情報源スイッチ１２からのＲＦ信号を受信することができ、受信信号をＩＦ出力にダウンコンバートすることができる。受信機１００からのＩＦ出力は、復調器５０に連結することができ、復調器５０からベースバンドプロセッサ６０に連結することができる。一実施形態において、復調器５０は、所定のＩＦでテレビジョン信号を復調する構成が可能である。復調されたテレビジョン信号は、ベースバンドプロセッサ６０に伝達され、このベースバンドプロセッサは、例えば、対応するビデオおよびオーディオ用出力装置（未表示）のために、受信信号をフォーマット処理する構成が可能である。
また、システム１０は、モード選択モジュール２０を含むことができ、この選択モジュールは、外部情報源（未表示）からのモード選択入力を受信する構成が可能である。この外部情報源とは、例えばユーザからの選択または制御にすることができる。上記モード選択は、受信機１００の処理モードに対応することができ、特定の処理帯域幅、チャネル空間、チャネル帯域幅、およびＩＦ周波数の出力を決定するのに使用することができる。
モード選択モジュール２０は、チャネル選択モジュール３０に連結することができる。チャネル選択モジュール３０は、モード選択モジュール２０に連結することができ、また必要なローカル発振器（ＬＯ）制御信号を生成する構成が可能である。チャネル選択モジュール３０は、受信機１００が、要求ＲＦ信号受信および要求ＩＦ出力生成を可能にするために必要なＬＯ周波数を、調整するのに必須な制御信号を生成することができる。また、チャネル選択モジュール３０は、外部情報源（未表示）からの１つ以上の入力信号を受信することができる。この外部情報源とは、ユーザインターフェイスまたは、要求チャネル選択を示すことができるいくつかの他のモジュールもしくは装置を意味する。
チャネル選択モジュール３０は、受信機１００内のＲＦおよびＩＦのＬＯを独自に制御することができる。例えば、チャネル選択モジュール３０は、モード選択と要求チャネル選択の両方をベースにした周波数に、ＲＦのＬＯを調整することができる。また、チャネル選択モジュール３０は、ＩＦのＬＯの周波数を制御するように構成することができ、必要なモードだけをベースとしてＩＦのＬＯの周波数を制御する構成が可能である。他の実施形態において、チャネル選択モジュール３０は、各チャネルのためにＲＦおよびＬＯの両方の周波数を調整する構成が可能である。
また、チャネル選択モジュール３０は、受信機１００の較正を制御する構成が可能である。この較正内容には、ＤＣオフセットの較正処理、および同相（Ｉ：In-phase）信号と直交（Ｑ：Quadrature）信号との平衡化処理を含むことができる。例えば、チャネル選択モジュール３０は、受信機１００内のＲＦスイッチを制御することができ、かつ、ＤＣオフセット較正の初期化をすることができる。別の実施形態において、受信機１００内の較正モジュールは、チャネル選択信号およびフィルタ制御信号を受信することができ、ＤＣオフセット較正の初期化をすることができる。また、上記モジュールは、ＤＣオフセット較正をする間に、ＲＦスイッチおよびフィルタ帯域幅を制御することもできる。
フィルタ制御器４０もまた、モード選択モジュール２０に連結することができる。フィルタ制御器４０は、内部で１つ以上のフィルタ帯域幅を制御する受信機１００に、制御信号を供給する構成が可能である。フィルタ制御器４０は、受信機１００内で要求するチャネル選択に基づき、フィルタ帯域幅を設定する構成が可能である。受信機１００は、処理モードに基づき選択を決定することができる。
フィルタ制御器４０は、またチャネル選択モジュール３０と相互通信することができる。各チャネルの変化に追従する所定の較正期間の間、フィルタ制御器４０は、受信機１００内のフィルタを、所定の帯域幅になるように制御する構成が可能である。例えば、フィルタ制御器４０は、ＤＣオフセット較正期間の間、フィルタを最小の帯域幅に調整する構成が可能である。代案として、受信機１００内の較正モジュールは、較正期間中、フィルタの帯域幅を制御する構成も可能である。
プロセッサ７２および付随するメモリ７４は、システム１０に含むことができ、各モジュール内の１つ以上の機能を実行する構成が可能である。例えば、メモリ７４は、ソフトウェアの形で命令を使用することができるプロセッサ７２を、１つ以上含むことができる。上記ソフトウェアは、プロセッサ７２によって実行されるとき、システム１０内の種々のモジュールの機能をいくつかまたは全てを実行することができる。
図２は、受信機１００の実施形態を簡単化した機能ブロック図である。この受信機は、１つ以上の集積回路（ＩＣ）から構成される１つ以上の回路基板上に実装可能である。いくつかの実施形態において、受信機全体を、単一のＩＣ内に集積することは有利である。別の実施形態において、受信機１００の一部を、第１のＩＣまたは第１の回路基板に集積し、受信機１００の残りを、第２のＩＣまたは第２の回路基板に集積することが、有利になる可能性がある。第１および第２の回路基板を、単一のパッケージ内に実装、または異なるパッケージに実装することが可能である。例えば、受信機内１００の信号経路は、第１の回路基板に実装し、１つ以上のローカルな発信回路は、第２の回路基板に実装する。両方の回路基板を、１つ以上の相互接続部を介して連結することで完成することができる。
図２に示す信号の相互接続は、シングルエンドの信号接続で示しているが、一般に相互接続のいくつかまたは全ては、差動接続でも実施可能と理解される。差動による相互接続を実施することは有利であり、例えば、ノイズ除去の目的で実施される。
受信機１００の部分は、デジタルで実行することができ、信号のデジタル表示により処理する構成が可能である。種々のブロックおよびモジュールの機能について焦点を置いて説明するため、受信機１００内のデジタル信号処理および受信機１００が有するデジタル部分の具体的実施形態については、詳細な図示をしていない。
受信機１００は、高調波除去機能を有効に実行する構成が可能である。受信機１００が、テレビジョン受信機応用のような、広帯域な入力信号帯域幅の信号を処理するように構成されているとき、入力信号の周波数帯域幅は、数オクターブのスパンを有することがある。このとき、入力信号の周波数帯域幅は、要求入力信号内における高調波として、潜在的に多数の信号を有する可能性がある。要求入力信号内における高調波の１つ以上の信号は、実質的な信号強度を有する可能性があり、要求入力信号より強い可能性さえある。
要求入力信号内における高調波の信号は、妨害信号として出現する可能性がある。特定の高調波の周波数は、特別面倒な妨害信号になる可能性がある。何故なら、これらの高調波の周波数が、要求入力信号と同一の周波数に、周波数変換される可能性があるからである。本明細書で公開する受信機のアーキテクチャーと高調波除去混合器は、要求入力信号内における高調波入力信号の妨害効果を実質的に低減するのに使用することができる。
受信機１００は、ＲＦ増幅器１０２を含むことができ、この増幅器は、受信機１００に入力される信号を受信し、そして受信した信号を増幅する。ＲＦ増幅器１０２は、例えば、アンテナとの相互接続または有線接続から、信号を受信する構成が可能である。なお、有線接続には、シングルエンド線路、差動式線路、ツイスト・ペア線、同軸ケーブル、伝送ライン、導波管、光ファイバーを介する光信号を受信するように構成された光受信機、および同等品、または他の信号媒体が該当する。
ＲＦ増幅器１０２は、アプリケーションに対応して、いくつかの異なった実施形態または実施形態の組合せのいずれによっても構成が可能である。一実施形態において、ＲＦ増幅器１０２は、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）にすることができる。別の実施形態において、ＲＦ増幅器１０２は、可変利得増幅器にすることができ、ＲＦ増幅器の利得は、受信機１００への１つ以上の制御ライン（未表示）によって選択することができる。ＲＦ増幅器１０２が可変利得増幅器の実施形態において、ＲＦ増幅器の利得は、自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）ループ（未表示）のような、利得制御ループの一部とすることができる。ＲＦ増幅器１０２は、単一段の増幅器として構成することもでき、または複数段の増幅器を含むことも可能である。複数段の増幅器で使用するとき、増幅器の段構成は、直列、並列、または直並列構成の組合せを含むことができる。
ＲＦ増幅器１０２の出力は、フィルタ１０４に連結することができ、このフィルタは、プログラム可能な高調波除去フィルタとして構成が可能である。フィルタ１０４は、例えば、帯域幅がプログラム可能なローパス・フィルタとして構成することが可能で、要求外の高調波の周波数成分を低減するためのカットオフ周波数を有する。以下で説明するように、高調波除去の周波数変換ステージでの使用は、フィルタ１０４における制限を実質的に緩和させることができる。
フィルタ１０４の出力は、図２に第１の混合器１１２および第２の混合器１１４として示す第１および第２の周波数変換モジュールの入力に連結することができる。これらの周波数変換モジュールは、第１の混合器１１２および第２の混合器１１４のように混合器として図２に示しているが、高調波除去機能を有する周波数変換装置のいかなるタイプにもすることができる。例えば、第１および第２の混合器１１２、１１４は、二重平衡型混合器、二重直交混合器、干渉計、または入力信号の高調波を除去するために構成された周波数変換装置のいくつかの別のタイプにすることができる。
第１および第２の混合器１１２、１１４は、同相（Ｉ）および直交（Ｑ）の周波数変換信号成分を生成する構成が可能である。説明の目的のために、第１の混合器１１２は、同相信号経路の部分として記載し、第２の混合器１１４は、直交信号経路の部分として記載する。
ＲＦ用ＬＯ１２０は、受信したＲＦ信号をベースバンド信号または低域の中間周波数（ＩＦ：Intermediate Frequency）信号に周波数変換するように、ローカル発振器の信号を生成する構成が可能である。ここで使用するように、ベースバンド信号の用語は、ベースバンド信号そのもの、または同様に実質的にベースバンド信号となる信号を意味する。任意の信号をダウンコンバートする周波数変換処理が不完全なとき、例えば、ＬＯのオフセット・エラー、または送信機もしくは受信機での相違に起因するとき、この任意の信号は、実質的なベースバンド信号となる。そして、ＲＦ信号におけるエラーまたは相違は、規定の周波数処理に関連する。例えば、ＲＦ信号は、送信機側のＬＯ周波数シフトまたはドプラーシフトに起因して、規定の処理チャネルから相違する可能性がある。一般的に、エラーまたは相違は、ベースバンド信号の帯域幅におけるほんの一部である。
低域ＩＦ信号は、ベースバンド信号の帯域幅の２倍以下のＩＦ周波数を参照することができる。しかし、別の実施形態において、低域ＩＦ信号は、ベースバンド信号の帯域幅の１.５倍、２.５倍、３倍、４倍、５倍、１０倍、または他のいくつかの倍数の周波数信号を参照することができる。一般的に、低域ＩＦ信号は、周波数変換を追加することなく信号処理することを可能にするため、充分低い周波数での信号を参照することがある。
受信機１００は、別の処理モードで低域ＩＦ信号に変換する間に、いくつかの処理モードでベースバンドに直接変換を使用して処理する構成が可能である。例えば、受信機１００は、アナログのＴＶアプリケーションのために低域ＩＦモードで、デジタルのＴＶアプリケーションのために実質的に零ＩＦモードで、処理することができる。分離処理モードのために異なる周波数変換モードを使用することは、受信機１００のアーキテクチャーを信号特性にあわせて最適化することができるので、有利になることがある。
ＮＴＳＣまたはＰＡＬのようなアナログテレビジョンの標準規格は、このローパス・フィルタ特性においてチャネル選択および画像除去の機能を必要としないが、零ＩＦの実施に一般的に含まれるＤＣオフセットに影響を受けやすい。このことは、アナログテレビジョン受信機１００を、低域ＩＦ実施に一層適したものにする。低域ＩＦ実施は、乏しいチャネル選択性に悩まされるが、零ＩＦに付随するＤＣオフセット問題を実質的に低減することができる。
デジタルＴＶ（例えば、ＤＶＢ−Ｔ）は、一層多いチャネル選択を必要とするが、零ＩＦのアーキテクチャーが導入できるＤＣオフセットに対して影響がより小さくなる。このことは、デジタルＴＶを、零ＩＦのアプローチに適したものにし、零ＩＦのアプローチは、より良いチャネル選択性および画像除去の無制限を実現するが、信号にいくつかのＤＣオフセットを生じる可能性がある。
ＲＦのＬＯ１２０の周波数は、プログラム可能であり、この周波数は、要求信号の周波数の一部において基づきプログラムすることができる。直接変換による周波数変換において、ＲＦのＬＯ１２０の周波数出力は、実質的に入力信号の両側波帯の中央周波数に等しくすることができる。別の実施形態において、ＲＦのＬＯ１２０は、要求入力周波数の多様な周波数に調整することができ、かつ、要求のＬＯ周波数に分割する周波数に調整することができる。
ＲＦのＬＯ１２０の出力は、第１の移相器１２２に連結することができ、この移相器は、少なくとも２つの異なるバージョンのＬＯ信号を生成するように構成される。なお、この２つの異なるバージョンは、実質的に互いに直交するものである。直交するＬＯ信号の不正確は、再生する信号における要求外の信号成分に影響を与えるので、正確な直交するＬＯ信号を生成することが望ましい。一実施形態において、第１の移相器１２２は、位相シフトした信号経路と直接の信号経路とを含むことができ、ここで、位相シフトした信号経路は、直接の信号経路の信号と比較して、実質的に９０度シフトした信号を結果として生成する。別の実施形態において、第１の移相器１２２は、多相フィルタを含むことができ、この多相フィルタは、２つのＬＯ信号を互いに直交するように生成するように構成される。
同相のＬＯ信号は、同相用ＬＯバッファ増幅器１１６と連結することができ、このバッファ増幅器は、同相のＬＯ信号を増幅し、増幅した信号を、第１の混合器１１２のＬＯ入力用ポートに連結する。同様に、直交するＬＯ信号は、直交用ＬＯバッファ増幅器１１８と連結することができ、このバッファ増幅器は、直交のＬＯ信号を増幅し、増幅した信号を、第２の混合器１１４のＬＯ入力用ポートに連結する。
第１の混合器１１２の出力は、同相用フィルタ１３２に連結する同相のベースバンド信号とすることができる。同相用フィルタ１３２は、プログラム可能なフィルタにすることができ、フィルタでの帯域幅は、受信機１００に供給される１つ以上の制御信号（未表示）に基づき選択することができる。同相用フィルタ１３２の帯域幅は、選択することができ、例えば、通信標準規格または受信機１００が支援するように構成されたモードに基づき選択することができる。従って、受信機１００が、種々のチャネル帯域幅を有する複数の標準規格を支援するように構成されているとき、同相用フィルタ１３２の帯域幅は、この時点で支援するモードに基づき、選択することができる。
入力される信号が、ベースバンド信号または低域ＩＦ信号のとき、同相用フィルタ１３２は、ローパス・フィルタとして構成が可能である。代替として、低域ＩＦ信号が、ローパス・フィルタの使用を必要としない充分な帯域幅を有するとき、同相用フィルタ１３２は、バンドパス・フィルタとして構成が可能である。
同相用フィルタ１３２の出力は、第３の混合器１５２に連結することができ、この混合器は、同相信号を必要なＩＦ出力に周波数変換するように構成される。一実施形態において、同相用フィルタ１３２の出力は、ベースバンド信号であり、第３の混合器は、同相のベースバンド信号をＩＦ出力にアップ・コンバートするように構成される。
第３の混合器１５２は、プログラム可能なＬＯによって駆動することができ、このＬＯは、第１および第２の混合器１１２、１１４のためにＬＯを生成したときに使用したと全く同一の方法で生成される。ＩＦのＬＯ１４０は、受信機１００によって支援されるモードの一部において基づき、ＩＦ出力が選択できるように、プログラムすることができる。例えば、受信機１００は、入力信号を所定のＩＦ信号に周波数変換する構成が可能である。この所定のＩＦ信号は、受信機１００を有するシステムにおいて、ユーザが設定する方法に任すことができる。例えば、テレビジョン信号用セットトップボックスは、所定のＩＦで出力信号を生成するように構成可能であり、この所定のＩＦ信号は、例えば７０ＭＨｚすなわちテレビジョン・チャンネルに対応する周波数である。
ＩＦのＬＯ１４０の出力は、第２の移相器１４２に連結することができ、この移相器は、実質的に直交するＬＯ信号を生成するように構成される。第２の移相器１４２からの同相ＬＯ出力は、同相用バッファ増幅器１５６に連結することができ、この増幅器は、同相ＬＯ信号を増幅し、増幅した信号を第３の混合器１５２のＬＯ入力に連結させる。第３の混合器１５２の出力は、同相のＩＦ信号であり、このＩＦ信号は、信号結合器１６０の第１の入力に連結する。
直交信号の経路も、同相信号の経路と実質的に同一に構成される。一般的に、２つの信号経路は、ＩおよびＱの不整合で発生の可能性がある要求外の信号成分を低減するために、実質的に一致させる。
第２の混合器１１４の出力は、ベースバンドの直交信号にすることができ、この直交信号は、直交用フィルタ１３４の入力に連結する。直交用フィルタ１３４は、プログラム可能な帯域幅を有するプログラム可能なローパス・フィルタとして構成が可能である。一般的に、同相用フィルタ１３２および直交用フィルタ１３４の配置と帯域幅とは、同一なので、同相分と直交分との信号経路は、実質的に一致した状態を維持する。
直交用フィルタ１３４の出力は、第４の混合器１５４の入力に連結することができ、この混合器は、直交信号をＩＦ出力にアップ・コンバートするように構成される。第４の混合器１５４は、ＩＦのＬＯ１４０によって生成されるＬＯ信号によって駆動される。ＩＦのＬＯ１４０の出力は、第２の移相器１４２に連結し、この移相器は、直交するＬＯ信号を生成する。直交するＬＯ信号は、直交用バッファ増幅器１５８に連結し、この増幅器は、直交ＬＯ信号を増幅し、増幅した信号を第４の混合器１５４のＬＯ入力に連結させる。
第４の混合器１５２の出力は、直交するＩＦ信号にすることができる。直交するＩＦ信号は、信号結合器１６０の第２の入力に連結することができる。
信号結合器１６０は、同相のＩＦ信号と直交のＩＦ信号とを結合する構成が可能である。信号結合器１６０は、例えば、直交ＩＦ信号と共に同相ＩＦ信号を合計する信号加算器にすることができる。一実施形態において、信号結合器１６０は、信号の位相が維持されている間に、２つの信号を合計する。別の実施形態において、信号結合器１６０は、位相の１つを反転させ、そして２つの信号を合計する。さらに別の実施形態において、信号結合器１６０は、２つの信号の合計を生成し、この出力信号を反転させることができる。
信号結合器１６０の出力は、ＩＦ信号の出力を表す。ＩＦ信号の出力は、出力用フィルタ１７０に連結することができ、このフィルタは、例えば、ＩＦ出力信号から要求外の信号結果を除去するために構成される、ローパス・フィルタまたはバンドパス・フィルタにすることができる。出力用フィルタ１７０は、固定の帯域幅フィルタまたはプログラム可能な帯域幅フィルタとして構成が可能である。なお、プログラム可能な帯域幅フィルタにおいて、帯域幅は、一部において受信機１００のモードに基づき決定される。
出力用フィルタ１７０の出力は、ＩＦ用増幅器１７２に連結することができ、この増幅器は、上記出力を増幅する構成が可能である。ＩＦ用増幅器１７２は、利得可変増幅器にすることができる。ＩＦ用増幅器１７２の利得は、受信機１００の１つ以上の制御入力（未表示）を使用することで、制御することができる。ＩＦ用増幅器１７２の出力は、受信機１００の出力にすることができる。
受信機１００全体を、単一の集積回路上に搭載することは有利である。この理由は、同相信号部分および直交信号部分を作成するときに使用するプロセスおよび条件が、ほぼ一致するので、Ｉ信号経路部およびＱ信号経路部は、ほぼ一致した結果が得られる。加えて、単一ＩＣに部品を搭載することは、経路長を最短にし、不整合の原因となる変動分を最小にする利点がある。また、単一のＩＣ実装は、一層小さな受信機１００のパッケージを得ることができる。
図３は、高調波除去受信機のフロントエンド３００の簡単化した機能ブロック図であり、このフロントエンド部は、要求入力信号内の高調波成分によって生成される信号を実質的に減衰させる一方で、要求する信号をベースバンドまたはＩＦ信号にダウンコンバートするように構成される。受信機のフロントエンド３００は、例えば、図１、２に示す受信機の実施形態において使用することができる。
受信機のフロントエンド３００は、アンテナ３０１を介して入力信号を受信するように構成される。受信機のフロントエンド３００は、アンテナ３０１を介して入力信号を受信するように記載しているが、アンテナ３０１を削除する構成にして、有線のリンク（未表示）を介して入力信号を受信することも可能である。
アンテナ３０１の出力は、例えば、低ノイズ用などのＲＦ増幅器１０２に連結される。ＲＦ増幅器１０２は、実質的に全入力周波数帯域幅を増幅する構成が可能である。受信機のフロントエンド３００は、テレビジョン信号処理を支援するように構成されており、複数のオクターブに及ぶ入力周波数帯域幅を支援する必要がある。
ＲＦ増幅器１０２の出力は、プログラム可能な高調波除去フィルタ１４０に連結され、このフィルタ１４０は、帯域幅がプログラム可能なローパス・フィルタとして構成が可能である。プログラム可能な高調波除去フィルタ１４０のカットオフ周波数は、要求入力信号の周波数の少なくとも一部において基礎となる周波数のために、制御することができる。いくつかの実施形態において、カットオフ周波数は、複数のオクターブに及ぶ広い周波数レンジにわたってプログラム可能である。
一般的に、高調波除去は、混合器の使用前に、大量のフィルタ処理を実現するために使用される。信号帯域が、要求入力信号の搬送周波数と比較して狭いＲＦの応用において、高調波除去は、帯域幅選択フィルタまたはアンテナ３０１から派生するフロントエンド・フィルタ処理の自然の副生成物である。広い帯域幅での応用において、高調波による干渉は、重要な課題を残しており、必要な高調波抑制を実行する一方で、全帯域のチャネルを受信機が受信できるように、高調波除去用ローパス・フィルタ処理は、プログラム可能にする必要がある。プログラム可能な高調波除去フィルタ１０４の実施は、パワー面および実装面積で不利益を被ることになる。加えて、プログラム可能な高調波除去フィルタ１０４単独で入力高調波を除去するときは、効果に限界を生じる可能性があり、さらに、性能面で、信号の経路損失が生じこれに伴いノイズによる劣化を生じる可能性がある。
図３に示す受信機のフロントエンド３００の実施形態は、要求する基礎周波数より高い高調波でのレスポンスをさらに抑制するために、高調波除去用ダウンコンバータ３１０を使用する。高調波除去用ダウンコンバータ３１０は、プログラム可能な高調波除去フィルタ１０４に課されるフィルタへの要求を緩和することができる。すなわち、このダウンコンバータ３１０は、プログラム可能な高調波除去フィルタ１０４の実現する高調波抑制に加えて、ダウンコンバータが実施する高調波抑制によって、全体の高調波抑制機能を向上させることができる。高調波除去用ダウンコンバータ３１０は、高調波除去混合器を実行する二重の直交用混合器として図示する。高調波除去用ダウンコンバータ３１０の特定な実施は、図６に関連してさらに詳細に説明する。
図３に示す受信機のフロントエンド３００の実施形態において、プログラム可能な高調波除去フィルタ１０４の出力は、高調波除去用ダウンコンバータ３１０の入力に連結される。高調波除去用ダウンコンバータ３１０は、直交する出力信号を生成するように構成される。出力信号は、要求入力信号およびＬＯ（未表示）の周波数に基づき、ベースバンド、低域ＩＦ、またはＩＦにすることができる。
同相フィルタ１３２は、同相信号成分をフィルタ処理するように構成し、また、直交フィルタ１３４は、直交信号成分をフィルタ処理するように構成することが可能である。フィルタ１３２、１３４の出力は、図２に示すように、更なる処理のための追加ステージに連結することができる。
図４は、高調波除去混合器４００の一実施形態の機能ブロック図を簡単にしたものである。高調波除去混合器４００は、入力信号における要求外高調波の除去を実現するために、例えば、図２の受信機内または図３の受信機のフロントエンドにて、使用することができる。
高調波除去混合器４００は、４１０（０）〜４１０（２ｎ）の「２ｎ＋１」個のスイッチング型混合器を含む。ＲＦ入力信号は、スイッチング型混合器４１０（０）〜４１０（２ｎ）の各々の入力に連結する。スイッチング型混合器４１０（０）〜４１０（２ｎ）の各々は、ローカル発信器（ＬＯ）４２０の出力信号の位相オフセット・バージョンによって駆動される。スイッチング型混合器４１０（０）〜４１０（２ｎ）の数は、高調波除去の実施数より多くしなければならない。スイッチング型混合器４１０（０）〜４１０（２ｎ）の各々は、例えば、ＣＭＯＳスイッチング型混合器にすることができる。
ＬＯ４２０からの出力は、「２ｎ＋１」個の移相器４３０（０）〜４３０（２ｎ）に連結される。これらの移相器は、位相が異なる複数の移相器、または複数の異なる位相出力を有する１つ以上の移相器からも構成が可能である。移相器４３０（０）〜４３０（２ｎ）の各々は、所定の離散する位相によって、ＬＯ信号４２０の位相をシフトするように構成される。ＬＯ信号４２０は、離散ステップ（φn−φ-n）で位相シフトされ、スイッチング型混合器４１０（０）〜４１０（２ｎ）のＬＯ入力を駆動するのに使用される。
一実施形態において、移相器４３０（０）〜４３０（２ｎ）は、半サイクル分を均等に分割したＬＯ信号の「２ｎ＋１」バージョンを提供する。例えば、移相器は、ＬＯ信号の位相を、−９０度〜＋９０度の間隔において均等に分割して供給する構成が可能である。すなわち、移相器４３０（０）〜４３０（２ｎ）の各々は、下記の式で決定される離散する位相シフトを供給する構成が可能である。
φn＝（ｎ/２）×３６０/［２（ｎ＋１）］
スイッチング型混合器４１０（０）〜４１０（２ｎ）からの出力の各々は、対応する増幅器４４０（０）〜４４０（２ｎ）に連結される。スイッチング型混合器の出力信号は、各々の利得Ｇn−Ｇ-nによってスケール変換される。一実施形態において、各々の利得は、スイッチング型混合器の各々の増幅器の経路を介して、信号利得が均一になるように構成される。他の実施形態において、全増幅器の利得が、実質的に同一である。もう一つ別の実施形態において、個別利得の各々は、対応する移相器が実現する位相シフトに基づいて決定される異なる値に、設定することができる。例えば、各々の増幅器の利得は、ｃｏｓ（φj）に基づくことができる。
増幅器４４０（０）〜４４０（２ｎ）の出力は、結合器４５０に連結される。図４では、結合器は信号用加算器として示す。結合器４５０は、増幅したスイッチング型混合器の出力を、単一の周波数変換出力信号に結合させる。
高調波除去は、混合器４００が、混合したＲＦ信号を位相シフトし、スケール変換したバージョン信号を使用して、線形性の混合器（正弦波を理想的に乗算する装置）に近似できる事実から実現する。ＬＯ信号４２０は、位相シフトに基づく種々のスイッチング型混合器４１０（０）〜４１０（２ｎ）の推移を制御する。一実施形態において、ＬＯ信号の各周期において、「２ｎ＋１」個のスイッチング型混合器の推移が存在する。従って、ｎ＝０のとき、高調波除去混合器は、単一のスイッチング型混合器のレスポンスに実質的に等しくなる。
高調波混合器４００は、複数のスイッチング型混合器を含み、各々のスイッチング型混合器は、ＬＯ信号の異なる位相で駆動される。このことは、広範囲にわたり高調波の高い除去率を達成する一方で、比較的簡単なＬＯ回路で駆動される低ノイズのスイッチング型混合器を構築可能とする、両方の目的を実現するものである。
図５は、高調波除去混合器５００の一実施形態を簡単化した機能ブロック図であり、この例では、混合器は、３つの異なる位相を使用する。この場合、図５の実施形態は、図４の一般化した高調波除去混合器におけるｎ＝１のときに対応する。
従って、ＲＦ入力信号は、３つのスイッチング型混合器４１０（０）〜４１０（２）に連結される。ＬＯ４２０の出力は、３つの異なる移相器４３０（０）〜４３０（２）に連結される。上記で説明した数式を使用することにより、３つの移相器４３０（０）〜４３０（２）は、＋４５度、０度、および−４５度の位相シフトを実現する。スイッチング型混合器４１０（０）〜４１０（２）の出力は、対応する増幅器４４０（０）〜４４０（２）に連結される。対応する増幅器の利得は、各々を１／√２、１、および１／√２でスケール変換する。３つの増幅器４４０（０）〜４４０（２）の出力は、信号加算器４５０の入力に連結され、ここで、ＩＦ出力またはベースバンド信号として合計される。
図６は、ダウンコンバート６００の機能を簡単化したブロック図であり、このダウンコンバートは、高調波除去混合器６２０、６３０、６４０、および６５０を有する。高調波除去混合器６２０、６３０、６４０、および６５０の各々は、図４または図５に示す構成が可能である。
図６のダウンコンバート６００は、二重平衡型直交用混合器として実施される。図６に示す二重平衡型直交用混合器は第５次および第９次の高調波に対し、さらなる高調波除去を実現する。二重平衡型直交用構成によって実現される、さらなる高調波除去は、より簡単な高調波除去混合器６２０、６３０、６４０、および６５０を、コア部において使用することを可能にする。このことは、製作面、実装面積、ゲート総数、複雑度、および費用面の観点から、有利になる可能性がある。
二重平衡型直交用混合器として構成されるダウンコンバート６００において、ＲＦ入力信号は、多相フィルタ６１０に連結される。多相フィルタ６１０は、入力信号から多相の出力を生成する。図６に示す実施形態において、多相フィルタ６１０は、同相および直交の出力信号を生成するように構成される。
直交の出力信号は、第１および第２の高調波混合器６２０、６３０に連結される。同相の出力信号は、第３および第４の高調波混合器６４０、６５０に連結される。
第２および第３の高調波混合器６３０、６４０は、同相のＬＯ信号で駆動される。第１および第４の高調波混合器６２０、６５０は、直交のＬＯ信号で駆動される。第１および第３の高調波混合器６２０、６４０の出力は、直交のダウンコンバート信号を生成するために結合される。一方、第２および第３の高調波混合器６３０、６５０の出力は、同相のダウンコンバート信号を生成するために結合される。
高調波混合器、高調波混合器を利用する受信機、および高調波入力の影響を低減するために入力信号の処理方法について、説明してきた。高調波混合器は、複数のスイッチング型混合器を含むことができ、各々のスイッチング型混合器は、共通のＬＯ信号の異なる位相で駆動される。スイッチング型混合器の出力は、結合または他の方法で単一の出力信号に合計することができる。この出力信号は、入力信号の高調波成分からの影響を低減する効果を示す。
ここで公開した実施形態に関連して説明した方法、処理、およびアルゴリズムのステップは、直接的なハードウェア、プロセッサの実行するソフトウェア・モジュール、または両方の組合せで、実現することができる。上記の方法または処理における種々のステップまたは実施は、説明した順序で実施することができ、または別の順序でも実施することができる。加えて、上記方法または処理における１つ以上のステップは、この方法または処理の中から、省略または追加することができる。追加するステップ、ブロック、および実施は、現存する方法および処理の要素に、開始時点、終了時点、または中間時点において追加することができる。
開示した実施形態の上記説明は、当業者で普通の技術を有する人がだれでも、本発明を使用できるように提示している。これらの実施形態に対する種々の変形が、当業者で普通の技術を有する人には、既に明らかになっているであろうし、また、ここで規定した一般的な原理は、開示した精神または範囲から逸脱することなく、別の実施形態にも適用することができる。従って、開示範囲は、ここに記載した実施形態に限定されるものではなく、ここに開示した原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲と同一とするべきである。

Claims (3)

  1. 受信機の入力と連結され受信した単相ＲＦ信号から複数の位相シフトしたＲＦ信号を生成することに適合された多相フィルタと、
    各々の高調波除去第１混合器が前記位相シフトしたＲＦ信号の１つに連結された入力を有し、かつ、複数の第２混合器を含む複数の高調波除去第１混合器であって、前記第２混合器の各々は共通のＲＦ入力信号を有し、かつ前記第２混合器の各々が複数の位相シフトしたローカル発振器（ＬＯ）信号における異なる位相シフトしたＬＯ信号と連結する入力を有する、複数の高調波除去第１混合器と、
    前記複数の高調波除去第１混合器の第１のサブセットからの出力に連結する入力と、直交出力を供給するように構成された出力と、を有する第１の結合器と、
    前記複数の高調波除去第１混合器の第２のサブセットからの出力に連結する入力と、同相出力を供給するように構成された出力と、を有する第２の結合器と、を含み、
    前記第１のサブセットは前記第２のサブセットとは異なる、直交混合器。
  2. 前記複数の第２混合器の少なくとも一部は、スイッチング型混合器である請求項１に記載の直交混合器。
  3. 受信した単相ＲＦ信号から、多相フィルタにより、複数の位相シフトしたＲＦ信号を生成するステップと、
    複数の位相シフトしたＬＯ信号を生成するステップと、
    複数の高調波除去第１混合器の各々において、前記複数の位相シフトしたＲＦ信号からの位相シフトしたＲＦ信号を、前記複数の位相シフトしたＬＯ信号からの位相シフトしたＬＯ信号と混合して複数の混合器出力を生成するステップと、
    直交の混合器出力を生成するために、前記混合器出力の第１のサブセットを結合するステップと、
    同相の混合器出力を生成するために、前記混合器出力の第２のサブセットを結合するステップと、を有し、
    前記第１のサブセットは前記第２のサブセットとは異なり、
    前記複数の高調波除去第１混合器において、各々の高調波除去第１混合器が前記位相シフトしたＲＦ信号の１つに連結された入力を有し、かつ、複数の第２混合器を含み、前記第２混合器の各々は共通のＲＦ入力信号を有し、かつ前記第２混合器の各々が複数の位相シフトしたローカル発振器（ＬＯ）信号における異なる位相シフトしたＬＯ信号と連結する入力を有する、直交混合方法。
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