JP6474131B2 - Vector synthesis type phase shifter and control method of vector synthesis type phase shifter - Google Patents

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本発明は、無線通信等に用いられる高周波信号の通過位相の制御を行うベクトル合成型移相器およびベクトル合成型移相器の制御方法に関する。   The present invention relates to a vector synthesis type phase shifter that controls the passing phase of a high-frequency signal used for wireless communication and the like, and a control method for the vector synthesis type phase shifter.

近年、無線通信システムにおける通信容量の増大に伴い、数GHzの周波数帯域では周波数帯域が逼迫しており、帯域幅を確保でき、情報を高速に伝送できる準ミリ波帯やミリ波帯を利用した無線通信技術が注目されている。
準ミリ波帯やミリ波帯の電波は指向性が強く、従来移動通信で使われている数GHz以下の無線信号のように回折した電波を利用した通信ができない。また、伝搬の際の減衰が大きいという課題がある。そこで、アンテナの指向性を高め、かつビームフォーミング技術を用いて無線通信装置のアンテナの放射パターンを制御し、メインビームを直接対象となるユーザや装置へ向けるよう制御する方法が検討されている。
無線通信装置の送信機から出力する電波の放射パターンを制御する方法の一つとして、複数のアンテナを並べたアレーアンテナを用いて、各々のアンテナ素子から送出される信号の位相を制御することによって放射パターンを変化させる方法が挙げられる。
In recent years, with the increase in communication capacity in wireless communication systems, the frequency band has become tight in the frequency band of several GHz, and the quasi-millimeter wave band and millimeter wave band that can secure the bandwidth and transmit information at high speed are used. Wireless communication technology is drawing attention.
The radio waves in the quasi-millimeter wave band and the millimeter wave band are highly directional, and communication using a diffracted radio wave cannot be performed like a radio signal of several GHz or less conventionally used in mobile communication. There is also a problem that attenuation during propagation is large. In view of this, a method has been studied in which the directivity of the antenna is increased and the radiation pattern of the antenna of the wireless communication apparatus is controlled using a beamforming technique so that the main beam is directly directed to the target user or apparatus.
As one of the methods for controlling the radiation pattern of the radio wave output from the transmitter of the wireless communication apparatus, the phase of the signal transmitted from each antenna element is controlled by using an array antenna in which a plurality of antennas are arranged. A method of changing the radiation pattern is mentioned.

また、無線周波数の逼迫に伴い、送信信号と受信信号を同じ周波数チャネルを用いて同時に送受信する全二重通信方式も提案されている。同じ周波数チャネルを同時に使うためには自端末が出す信号の送信信号を自端末の受信部分でキャンセルする必要があり、送信用増幅器からの漏れ込みが大きい場合、キャンセラ回路は無線周波数帯域で行う必要がある。キャンセラ回路は遅延回路、可変減衰回路、移相器で構成されている(非特許文献1参照)。   As the radio frequency is tight, a full-duplex communication method has been proposed in which a transmission signal and a reception signal are simultaneously transmitted and received using the same frequency channel. In order to use the same frequency channel at the same time, it is necessary to cancel the transmission signal of the signal issued by the terminal itself at the reception part of the terminal itself, and if the leakage from the transmission amplifier is large, the canceller circuit must be performed in the radio frequency band There is. The canceller circuit includes a delay circuit, a variable attenuation circuit, and a phase shifter (see Non-Patent Document 1).

無線周波数帯域における移相器はアナログ回路を用いることが多い。小型化のためモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)化が進んでいる。代表的なものとしては90度ハイブリッド回路と可変容量素子を用いた反射型移相器がある(非特許文献2参照)。位相制御に必要なバイアスが1つで良い、消費電力がほぼ0にできるなどのメリットがあり、マイクロ波やミリ波帯域において集積回路への搭載も容易である。しかしながら0度から360度の連続的な移相量を得る際に、挿入損失が大きい事、大きな振幅変動を伴う事、周波数帯域が狭帯域であるなどの課題がある。   Analog circuits are often used as phase shifters in the radio frequency band. Monolithic microwave integrated circuits (MMIC) are being developed for miniaturization. A typical example is a reflective phase shifter using a 90-degree hybrid circuit and a variable capacitance element (see Non-Patent Document 2). There are merits such that only one bias is required for phase control and power consumption can be reduced to almost zero, and mounting on an integrated circuit in the microwave and millimeter wave bands is easy. However, when obtaining a continuous phase shift amount of 0 to 360 degrees, there are problems such as a large insertion loss, a large amplitude fluctuation, and a narrow frequency band.

線路長の異なる経路をスイッチで切り替えることで離散的に通過移相を制御するビット移相器も提案されている(非特許文献3参照)。こちらは小さな変化量ステップで移相を制御する場合、回路を多段にする必要があり、集積化した際の回路規模や面積が大きくなるという課題がある。また所望の位相量が得られる周波数範囲は狭帯域になるという課題がある。   There has also been proposed a bit phase shifter that discretely controls passing phase shift by switching paths having different line lengths with a switch (see Non-Patent Document 3). In this case, when the phase shift is controlled with a small change amount step, the circuit needs to be multi-staged, and there is a problem that the circuit scale and area when integrated are increased. In addition, there is a problem that a frequency range in which a desired phase amount can be obtained becomes a narrow band.

また、所望信号を4つに分配し、それぞれを直交した位相差である0度、90度、180度、270度の差を持たせた後、そのうちの2つの信号の振幅を調整し合成することで0度から360度の間の任意の移相量を得るベクトル合成型移相器が提案されている。(非特許文献4、非特許文献5参照)。文献に記載されているように、90度ハイブリッドや伝送線路が不要であり、トランジスタおよび抵抗、容量素子で構成することができるため、集積回路へ実装した際の面積を小型にできるというメリットがある。   In addition, the desired signals are distributed into four, and each of them is given a difference of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, which are orthogonal phase differences, and then the amplitudes of the two signals are adjusted and combined. Thus, there has been proposed a vector synthesis type phase shifter that obtains an arbitrary amount of phase shift between 0 degrees and 360 degrees. (Refer nonpatent literature 4 and nonpatent literature 5.). As described in the literature, a 90-degree hybrid or transmission line is not required, and since it can be composed of transistors, resistors, and capacitors, there is an advantage that the area when mounted on an integrated circuit can be reduced. .

例として、従来のベクトル合成型移相器で用いられている合成器部の回路を図5に示す(非特許文献4参照)。4つの直交信号(0度、180度、90度、270度)をトランジスタM12、M22、M32、M42のゲート端子へ入力している。また、0から360度の範囲の所望の通過位相値を得るために、合成するベクトルを選択するのにトランジスタM11、M21、M31、M41がカスコード接続されている。 As an example, a circuit of a synthesizer unit used in a conventional vector synthesis type phase shifter is shown in FIG. 5 (see Non-Patent Document 4). Four orthogonal signals (0 degrees, 180 degrees, 90 degrees, and 270 degrees) are input to the gate terminals of the transistors M 12 , M 22 , M 32 , and M 42 . Further, in order to obtain a desired passing phase value in the range of 0 to 360 degrees, the transistors M 11 , M 21 , M 31 , and M 41 are cascode-connected to select a vector to be synthesized.

他の従来のベクトル合成型移相器で用いられている合成器部の回路を図6に示す(非特許文献5参照)。2つの直交信号(0度、90度)をトランジスタM、Mのゲート端子へ入力している。入力信号の振幅を調整するためのトランジスタM、Mのゲート電圧Vc2i、Vc2qを制御する。また、0から360度の範囲の所望の通過位相値を得るために、合成するベクトルを選択するのにトランジスタM、M、M、Mがカスコード接続されている。出力端子側にバランが接続され、180度シフトさせることで0から360度の範囲の所望の通過位相値を得ている。 FIG. 6 shows a circuit of a synthesizer unit used in another conventional vector synthesis type phase shifter (see Non-Patent Document 5). Two orthogonal signals (0 degrees and 90 degrees) are input to the gate terminals of the transistors M 1 and M 2 . Gate voltage V c2i of the transistors M 1, M 2 for adjusting the amplitude of the input signal, for controlling the V c2q. In order to obtain a desired passing phase value in the range of 0 to 360 degrees, the transistors M 3 , M 4 , M 5 , and M 6 are cascode-connected to select a vector to be synthesized. A balun is connected to the output terminal side, and a desired passing phase value in the range of 0 to 360 degrees is obtained by shifting 180 degrees.

Zhaojun He, Shihai Shao, Ying Shen, Chaojin Qing, and Youxi Tang,“Performance Analysis of RF Self-interference Cancellation in Full-Duplex Wireless Communications” IEEE WIRELESS COMMUNICATIONS LETTERS, VOL. 3, NO. 4, AUGUST 2014.Zhaojun He, Shihai Shao, Ying Shen, Chaojin Qing, and Youxi Tang, “Performance Analysis of RF Self-interference Cancellation in Full-Duplex Wireless Communications” IEEE WIRELESS COMMUNICATIONS LETTERS, VOL. 3, NO. 4, AUGUST 2014. Jen-Chieh Wu, Ting-Yueh Chin, Sheng-Fuh Chang, and Chia-Chan Chang,“2.45-GHz CMOS Reflection-Type Phase-Shifter MMICs With Minimal Loss Variation Over Quadrants of Phase-Shift Range” IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 56, NO. 10, OCTOBER 2008.Jen-Chieh Wu, Ting-Yueh Chin, Sheng-Fuh Chang, and Chia-Chan Chang, “2.45-GHz CMOS Reflection-Type Phase-Shifter MMICs With Minimal Loss Variation Over Quadrants of Phase-Shift Range” IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 56, NO. 10, OCTOBER 2008. Wei-Tsung Li, Yun-Chieh Chiang, Jeng-Han Tsai, Hong-Yuan Yang, Jen-Hao Cheng, and Tian-Wei Huang,“60-GHz 5-bit Phase Shifter With Integrated VGA Phase-Error Compensation” IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 61, NO. 3, MARCH 2013.Wei-Tsung Li, Yun-Chieh Chiang, Jeng-Han Tsai, Hong-Yuan Yang, Jen-Hao Cheng, and Tian-Wei Huang, “60-GHz 5-bit Phase Shifter With Integrated VGA Phase-Error Compensation” IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 61, NO. 3, MARCH 2013. You Zheng, and Carlos E. Saavedra,“Full 360° Vector-Sum Phase-Shifter for Microwave System Applications” IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS―I: REGULAR PAPERS, VOL. 57, NO. 4, APRIL 2010.You Zheng, and Carlos E. Saavedra, “Full 360 ° Vector-Sum Phase-Shifter for Microwave System Applications” IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS―I: REGULAR PAPERS, VOL. 57, NO. 4, APRIL 2010. Yan-Yu Huang, Hamhee Jeon, Youngchang Yoon, Wangmyong Woo, Chang-Ho Lee, and J. Stevenson Kenney, “An Ultra-Compact, Linearly-Controlled Variable Phase Shifter Designed With a Novel RC Poly-Phase Filter” IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 60, NO. 2, FEBRUARY 2012.Yan-Yu Huang, Hamhee Jeon, Youngchang Yoon, Wangmyong Woo, Chang-Ho Lee, and J. Stevenson Kenney, “An Ultra-Compact, Linearly-Controlled Variable Phase Shifter Designed With a Novel RC Poly-Phase Filter” IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 60, NO. 2, FEBRUARY 2012.

しかしながら、図5および図6のような従来のベクトル合成型移相器の構成を準ミリ波帯域以上の周波数に適用する場合、トランジスタのドレイン―ソース間容量の影響により、所望の移相量を得るために0度、90度、180度、270度の4つのベクトルの組合せを切り替える際、通過させたいベクトルの信号(D)と抑圧したいベクトルの信号(U)とのD/U比が不十分となるという課題がある。このため、抑圧したいベクトルの信号の漏えい成分が生じ、設定したい移相量に誤差が生じるという課題があった(図3参照)。   However, when the configuration of the conventional vector synthesizing phase shifter as shown in FIGS. 5 and 6 is applied to a frequency of a quasi-millimeter wave band or more, a desired phase shift amount is reduced due to the influence of the drain-source capacitance of the transistor. In order to obtain four vector combinations of 0 degree, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, the D / U ratio between the vector signal (D) to be passed and the vector signal (U) to be suppressed is not good. There is a problem of becoming sufficient. For this reason, there is a problem that a leakage component of the signal of the vector desired to be suppressed occurs and an error occurs in the phase shift amount desired to be set (see FIG. 3).

また、従来のベクトル合成型移相器の構成を準ミリ波帯域以上の周波数に適用する場合、トランジスタのドレイン―ソース間容量やゲート―ドレイン間の容量の影響により、所望の移相量を得るために0度、90度、180度、270度の4つのベクトルの組合せを切り替える際、マイクロ波帯域に比べてON/OFF比が大きくできないという課題があった。また、使用するベクトルの振幅制御を行うトランジスタにおいても大きな減衰量が得られないという課題があった。このため、抑圧したいベクトルの信号の漏えい成分が生じ、設定したい移相量に誤差が生じるという課題があった(図3参照)。   In addition, when the conventional vector composition type phase shifter configuration is applied to frequencies above the quasi-millimeter wave band, the desired amount of phase shift can be obtained due to the influence of the drain-source capacitance and the gate-drain capacitance of the transistor. Therefore, when switching the combination of four vectors of 0 degree, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, there is a problem that the ON / OFF ratio cannot be increased as compared with the microwave band. In addition, there is a problem that a large amount of attenuation cannot be obtained even in a transistor that performs amplitude control of a vector to be used. For this reason, there is a problem that a leakage component of the signal of the vector desired to be suppressed occurs and an error occurs in the phase shift amount desired to be set (see FIG. 3).

つまり、従来のベクトル合成型移相器の構成では、抑圧したいベクトルの信号の漏えい成分が生じ、設定したい移相量に誤差が生じるという課題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、移相量の設定誤差を減らした高精度なベクトル合成型移相器およびベクトル合成型移相器の制御方法を提供することを目的とする。
That is, in the configuration of the conventional vector synthesis type phase shifter, there is a problem that a leakage component of the signal of the vector to be suppressed occurs and an error occurs in the phase shift amount to be set.
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a highly accurate vector synthesis type phase shifter and a vector synthesis type phase shifter control method that reduce the setting error of the phase shift amount. To do.

本発明の一態様は、トランジスタMn1、トランジスタMn2、トランジスタMn3(nは1から4の整数)を有し、前記トランジスタMn1およびMn2がカスコード接続され、前記トランジスタMn1のソース端子に前記トランジスタMn3のドレイン端子が接続され、前記トランジスタMn3および前記トランジスタMn2のソース端子が接地され、前記トランジスタM11、M21、M31、M41のドレイン端子が負荷の一方および出力端子に接続され、前記負荷の他方がドレイン電圧源に接続されるベクトル合成型移相器であって、前記トランジスタM12、M22、32、M42のゲート端子へ、直列キャパシタC、C、C、Cを介して0度、180度、90度、270度の位相差をもつ所望信号が入力され、前記トランジスタM11およびM23のゲート端子、前記トランジスタM21およびM13のゲート端子、前記トランジスタM31およびM43のゲート端子、前記トランジスタM41およびM33のゲート端子それぞれに対して、合成するベクトルを選択するための第1の制御電圧、第2の制御電圧、第3の制御電圧、第4の制御電圧が入力され、前記トランジスタM12およびM22のゲート端子、前記トランジスタM32およびM42のゲート端子それぞれに対して、出力信号の振幅を調整するための第5の制御電圧、第6の制御電圧が入力されるベクトル合成型移相器である。 One embodiment of the present invention includes a transistor M n1 , a transistor M n2 , and a transistor M n3 (n is an integer from 1 to 4), the transistors M n1 and M n2 are cascode-connected, and the source terminal of the transistor M n1 Are connected to the drain terminal of the transistor M n3 , the source terminals of the transistor M n3 and the transistor M n2 are grounded, and the drain terminals of the transistors M 11 , M 21 , M 31 , and M 41 are one of the load and the output A vector composition type phase shifter connected to a terminal and having the other of the loads connected to a drain voltage source, and connected to the gate terminals of the transistors M 12 , M 22, M 32 , M 42 , a series capacitor C 1 , 0 degrees through C 2, C 3, C 4 , 180 degrees, 90 degrees, where having a phase difference of 270 degrees Signal is input, the gate terminal of the transistor M 11 and M 23, the gate terminal of the transistor M 21 and M 13, the gate terminal of the transistor M 31 and M 43, respectively gate terminals of the transistors M 41 and M 33 a first control voltage for which, to select a vector to synthesize hand, the second control voltage, the third control voltage, the fourth control voltage is input, a gate terminal of the transistor M 12 and M 22, the for each gate terminal of the transistor M 32 and M 42, the fifth control voltage to adjust the amplitude of the output signal is a vector sum phase shifter control voltage of the 6 are input.

また、本発明の一態様は、上述したベクトル合成型移相器であって、前記トランジスタM12およびM22のゲート端子の間にドレインおよびソース端子が接続されるトランジスタM14と、前記トランジスタM32およびM42のゲート端子の間にドレインおよびソース端子が接続されるトランジスタM34と、を有し、前記トランジスタM14およびM34のゲート端子それぞれに対して、固定電圧である第7の制御電圧が入力される。 Another embodiment of the present invention is a vector sum phase shifter described above, the transistor M 14 to the drain and source terminals are connected between the gate terminal of the transistor M 12 and M 22, the transistor M And a transistor M 34 having a drain and a source terminal connected between the gate terminals of 32 and M 42 , and a seventh control which is a fixed voltage for each of the gate terminals of the transistors M 14 and M 34. A voltage is input.

また、本発明の一態様は、上述したベクトル合成型移相器であって、前記トランジスタM12、M22、M32、M42、M14、M34のゲート長は、前記トランジスタM12、M22、M32、M42、M14、M34のしきい値電圧が同じとなるゲート長である。 One embodiment of the present invention is the above-described vector synthesis type phase shifter, in which the gate lengths of the transistors M 12 , M 22 , M 32 , M 42 , M 14 , and M 34 are the same as the transistor M 12 , The gate length is such that the threshold voltages of M 22 , M 32 , M 42 , M 14 , and M 34 are the same.

また、本発明の一態様は、トランジスタMn1、トランジスタMn2、トランジスタMn3(nは1から4の整数)を有し、前記トランジスタMn1およびMn2がカスコード接続され、前記トランジスタMn1のソース端子に前記トランジスタMn3のドレイン端子が接続され、前記トランジスタMn3および前記トランジスタMn2のソース端子が接地され、前記トランジスタM11、M21、M31、M41のドレイン端子が負荷の一方および出力端子に接続され、前記負荷の他方がドレイン電圧源に接続されるベクトル合成型移相器の制御方法であって、前記トランジスタM12、M22、32、M42のゲート端子へ、直列キャパシタC、C、C、Cを介して0度、180度、90度、270度の位相差をもつ所望信号を入力し、前記トランジスタM11およびM23のゲート端子、前記トランジスタM21およびM13のゲート端子、前記トランジスタM31およびM43のゲート端子、前記トランジスタM41およびM33のゲート端子それぞれに対して、合成するベクトルを選択するための第1の制御電圧、第2の制御電圧、第3の制御電圧、第4の制御電圧を入力し、前記トランジスタM12およびM22のゲート端子、前記トランジスタM32およびM42のゲート端子それぞれに対して、出力信号の振幅を調整するための第5の制御電圧、第6の制御電圧を入力するベクトル合成型移相器の制御方法である。 Another embodiment of the present invention includes a transistor M n1 , a transistor M n2 , and a transistor M n3 (n is an integer from 1 to 4). The transistors M n1 and M n2 are cascode-connected, and the transistor M n1 The drain terminal of the transistor M n3 is connected to the source terminal, the source terminals of the transistor M n3 and the transistor M n2 are grounded, and the drain terminals of the transistors M 11 , M 21 , M 31 , and M 41 are one of the loads. And a method of controlling a vector synthesizing phase shifter in which the other of the loads is connected to a drain voltage source, to the gate terminals of the transistors M 12 , M 22, M 32 , M 42 , 0 degree through a series capacitor C 1, C 2, C 3 , C 4, 180 degrees, 90 degrees, 270 degrees Enter the desired signals having a phase difference, the gate terminal of the transistor M 11 and M 23, the gate terminal of the transistor M 21 and M 13, the gate terminal of the transistor M 31 and M 43, the transistors M 41 and M 33 A first control voltage, a second control voltage, a third control voltage, and a fourth control voltage for selecting a vector to be combined are input to each of the gate terminals of the transistors M 12 and M 22. a gate terminal of said for each gate terminal of the transistor M 32 and M 42, the fifth control voltage to adjust the amplitude of the output signal, control of the vector sum phase shifter which receives the control voltage of the sixth Is the method.

また、本発明の一態様は、トランジスタMn1、トランジスタMn2、トランジスタMn3(nは1から4の整数)、前記トランジスタM12およびM22のゲート端子の間にドレインおよびソース端子が接続されるトランジスタM14、前記トランジスタM32およびM42のゲート端子の間にドレインおよびソース端子が接続されるトランジスタM34を有し、前記トランジスタMn1およびMn2がカスコード接続され、前記トランジスタMn1のソース端子に前記トランジスタMn3のドレイン端子が接続され、前記トランジスタMn3および前記トランジスタMn2のソース端子が接地され、前記トランジスタM11、M21、M31、M41のドレイン端子が負荷の一方および出力端子に接続され、前記負荷の他方がドレイン電圧源に接続されるベクトル合成型移相器の制御方法であって、前記トランジスタM12、M22、32、M42のゲート端子へ、直列キャパシタC、C、C、Cを介して0度、180度、90度、270度の位相差をもつ所望信号を入力し、前記トランジスタM11およびM23のゲート端子、前記トランジスタM21およびM13のゲート端子、前記トランジスタM31およびM43のゲート端子、前記トランジスタM41およびM33のゲート端子それぞれに対して、合成するベクトルを選択するための第1の制御電圧、第2の制御電圧、第3の制御電圧、第4の制御電圧を入力し、前記トランジスタM12およびM22のゲート端子、前記トランジスタM32およびM42のゲート端子それぞれに対して、出力信号の振幅を調整するための第5の制御電圧、第6の制御電圧を入力し、前記トランジスタM14およびM34のゲート端子それぞれに対して、固定電圧である第7の制御電圧を入力するベクトル合成型移相器の制御方法である。 In one embodiment of the present invention, a drain and a source terminal are connected between the gate terminals of the transistor M n1 , the transistor M n2 , the transistor M n3 (n is an integer from 1 to 4), and the transistors M 12 and M 22. Transistor M 14 , a transistor M 34 having a drain and a source terminal connected between the gate terminals of the transistors M 32 and M 42 , the transistors M n1 and M n2 are cascode-connected, and the transistor M n1 The drain terminal of the transistor M n3 is connected to the source terminal, the source terminals of the transistor M n3 and the transistor M n2 are grounded, and the drain terminals of the transistors M 11 , M 21 , M 31 , and M 41 are one of the loads. And the load connected to the output terminal A method of controlling a vector sum phase shifter other is connected to a drain voltage source, wherein the transistor M 12, the gate terminal of M 22, M 32, M 42 , series capacitor C 1, C 2, C 3 , 0 degrees through C 4, 180 degrees, 90 degrees, and input a desired signal having a phase difference of 270 degrees, the gate terminal of the transistor M 11 and M 23, the gate terminal of the transistor M 21 and M 13, A first control voltage, a second control voltage, and a third control for selecting a vector to be combined with respect to the gate terminals of the transistors M 31 and M 43 and the gate terminals of the transistors M 41 and M 33 , respectively. voltage, the fourth control voltage input, the gate terminal of the transistor M 12 and M 22, the gate terminal of the transistor M 32 and M 42 Relative respectively, the fifth control voltage to adjust the amplitude of the output signal, a sixth control voltage inputs, to each gate terminal of the transistor M 14 and M 34, is fixed voltage It is a control method of a vector composition type phase shifter which inputs the 7th control voltage.

また、本発明の一態様は、上述したベクトル合成型移相器の制御方法であって、前記トランジスタM12、M22、M32、M42、M14、M34のゲート長は、前記トランジスタM12、M22、M32、M42、M14、M34のしきい値電圧が同じとなるゲート長である。 Another aspect of the present invention is a method for controlling the above-described vector synthesis type phase shifter, in which the gate lengths of the transistors M 12 , M 22 , M 32 , M 42 , M 14 , and M 34 The gate length is such that the threshold voltages of M 12 , M 22 , M 32 , M 42 , M 14 , and M 34 are the same.

本発明によれば、無線周波数帯域におけるベクトル合成型移相器において抑圧したいベクトルの信号の漏えい成分を低減することにより、移相量の設定誤差を減らした高精度なベクトル合成型移相器およびベクトル合成型移相器の制御方法を提供することができる。   According to the present invention, a high-accuracy vector synthesis type phase shifter with reduced phase shift amount setting error by reducing a leakage component of a vector signal to be suppressed in a vector synthesis type phase shifter in a radio frequency band, and A control method of the vector synthesis type phase shifter can be provided.

本発明の第1実施形態におけるベクトル合成型移相器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the vector synthetic | combination type phase shifter in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態におけるベクトル合成型移相器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the vector synthetic | combination type phase shifter in 2nd Embodiment of this invention. 抑圧したいベクトルの信号の漏えい成分が生じ、設定したい移相量に誤差が生じることを示す図である。It is a figure which shows that the leak component of the signal of the vector which it wants to suppress arises, and an error arises in the amount of phase shift to set. 1つの経路のみを通過させて得られる位相の値において、他の1経路からの漏えいの影響により位相設定ができないことを示す図である。It is a figure which shows that a phase setting cannot be performed in the value of the phase obtained by passing only one path | route, by the influence of the leak from another 1 path | route. 従来のベクトル合成型移相器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional vector composition type | mold phase shifter. 従来のベクトル合成型移相器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional vector composition type | mold phase shifter. ベクトル合成型移相器における通過させたい信号(D)の通過利得と抑圧したい信号(U)の通過利得をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the passage gain of the signal (D) to pass through in the vector composition type phase shifter, and the passage gain of the signal (U) to suppress. ベクトル合成型移相器における0度のベクトル信号の通過利得と制御電圧Vc2iに対する変化をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the change with respect to the passage gain and control voltage Vc2i of a 0 degree vector signal in a vector synthetic | combination type phase shifter. 本実施形態におけるベクトル合成型移相器を構成した場合の、制御電圧Vc1i、Vc1q、/Vc1i、/Vc1q、Vfixの値の例を示す図である。The case where the vector sum phase shifter in this embodiment, the control voltage V c1i, V c1q, / V c1i, / V c1q, a diagram showing an example of values of V fix.

以下に、実施形態におけるベクトル合成型移相器を、図面を用いて説明する。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態におけるベクトル合成型移相器について、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態におけるベクトル合成型移相器の構成を示すブロック図である。
Hereinafter, the vector synthesis type phase shifter in the embodiment will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
Hereinafter, the vector synthesis type phase shifter in the first embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a vector synthesis type phase shifter in the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、ベクトル合成型移相器は、トランジスタMn1、トランジスタMn2、トランジスタMn3(nは1から4の整数)の合計12個のNMOSトランジスタを有している。
また、2つのトランジスタMn1およびMn2がカスコード接続され、トランジスタMn1のソース端子にトランジスタMn3のドレイン端子が接続され、トランジスタMn3およびトランジスタMn2のソース端子が接地されている。
また、4つのトランジスタM11、M21、M31、M41のドレイン端子が負荷の一方および出力端子に接続され、負荷の他方がドレイン電圧源に接続される。
このベクトル合成型移相器では、トランジスタM12、M22、32、M42のゲート端子へ、直列キャパシタC、C、C、Cを介して0度、180度、90度、270度の位相差をもつ所望信号が入力される。
また、トランジスタM11およびM23のゲート端子、トランジスタM21およびM13のゲート端子、トランジスタM31およびM43のゲート端子、トランジスタM41およびM33のゲート端子それぞれに対して、0から360度の範囲の所望の通過位相値を得るために、合成するベクトルを選択するための制御電圧Vc1i(第1の制御電圧)、/Vc1i(第2の制御電圧)、Vc1q(第3の制御電圧)、/Vc1q(第4の制御電圧)が入力される。例えば、制御電圧Vc1i、/Vc1i、Vc1q、/Vc1qが入力され、0度、180度、90度、270度のうち2つのベクトル信号が選択され、0から360度の範囲の所望の通過位相値を得るために、選択されたベクトル信号が合成される(図9参照)。
また、トランジスタM12およびM22のゲート端子、トランジスタM32およびM42のゲート端子それぞれに対して、出力信号の振幅を調整するための制御電圧Vc2i(第5の制御電圧)、Vc2q(第6の制御電圧)が入力される。例えば、制御電圧Vc2i、Vc2qが入力され、0度、180度、90度、270度のうちの選択された2つのベクトル信号の振幅が調整され、合成されたベクトル信号の振幅が調整される。
As shown in FIG. 1, the vector synthesis type phase shifter has a total of 12 NMOS transistors including a transistor M n1 , a transistor M n2 , and a transistor M n3 (n is an integer from 1 to 4).
The two transistors M n1 and M n2 are cascode-connected, the drain terminal of the transistor M n3 is connected to the source terminal of the transistor M n1 , and the source terminals of the transistors M n3 and M n2 are grounded.
The drain terminals of the four transistors M 11 , M 21 , M 31 , and M 41 are connected to one of the loads and the output terminal, and the other of the loads is connected to the drain voltage source.
In this vector synthesis type phase shifter, 0 degrees, 180 degrees, and 90 degrees are connected to the gate terminals of the transistors M 12 , M 22, M 32 , and M 42 via series capacitors C 1 , C 2 , C 3 , and C 4. A desired signal having a phase difference of 270 degrees is input.
The gate terminals of the transistors M 11 and M 23, the gate terminal of the transistor M 21 and M 13, the gate terminal of the transistor M 31 and M 43, the respective gate terminals of the transistors M 41 and M 33, 0 to 360 degrees Control voltage V c1i (first control voltage), / V c1i (second control voltage), V c1q (third control voltage) for selecting a vector to be combined to obtain a desired passing phase value in the range of Control voltage) / V c1q (fourth control voltage). For example, control voltages V c1i , / V c1i , V c1q , / V c1q are input, and two vector signals are selected from 0 degree, 180 degrees, 90 degrees, and 270 degrees, and desired in the range of 0 to 360 degrees The selected vector signal is synthesized (see FIG. 9).
Moreover, (the control voltage of the fifth) control voltage V c2i for adjusting the gate terminal of the transistor M 12 and M 22, the respective gate terminals of the transistors M 32 and M 42, the amplitude of the output signal, V C2q ( 6th control voltage) is input. For example, the control voltage V c2i, V c2q is input, 0 degrees, 180 degrees, 90 degrees, the amplitude of the selected two vector signals of 270 degrees is adjusted, the amplitude of the synthesized vector signal is adjusted The

すなわち、ベクトル合成型移相器は、4つの直交信号(0度、180度、90度、270度)をトランジスタM12、M22、M32、M42のゲート端子へ入力する。かつ、出力信号の振幅を調整するためのトランジスタM12、M22、M32、M42のゲート電圧Vc2i、Vc2qを制御する。かつ、0から360度の範囲の所望の通過位相値を得るために、合成するベクトルを選択する。この選択を行うためトランジスタM11、M21、M31、M41およびトランジスタM13、M23、M33、M43が接続され、そのゲート電圧Vc1i、Vc1q、/Vc1i、/Vc1qを制御する。 That is, the vector synthesis type phase shifter inputs four orthogonal signals (0 degrees, 180 degrees, 90 degrees, and 270 degrees) to the gate terminals of the transistors M 12 , M 22 , M 32 , and M 42 . And the gate voltage V c2i of the transistors M 12, M 22, M 32 , M 42 for adjusting the amplitude of the output signal to control the V c2q. In addition, in order to obtain a desired passing phase value in the range of 0 to 360 degrees, a vector to be synthesized is selected. In order to perform this selection, the transistors M 11 , M 21 , M 31 , M 41 and the transistors M 13 , M 23 , M 33 , M 43 are connected and their gate voltages V c1i , V c1q , / V c1i , / V c1q To control.

ここで、例えばトランジスタM11のゲート電圧を下げてドレイン―ソース間抵抗値を大きくし、ドレイン側へ伝わる信号を減衰させる場合、同時にトランジスタM13のゲート電圧は上げてトランジスタM13のドレイン―ソース間抵抗値を下げることで、RF信号は接地される状態となり、出力端子へ通過する信号を抑圧することができる。
本実施形態におけるベクトル合成型移相器はベクトルの組合せを切り替える際、抑圧したいベクトル信号が増幅されるカスコード増幅器の通過利得を大きく減衰させることで高精度な位相設定を実現する。
Here, for example, a transistor to lower the gate voltage of M 11 drain - to increase the source resistance value, if the attenuating the signal transmitted to the drain side, the drain of the transistor M 13 is raised gate voltage of the transistor M 13 is at the same time - Source By lowering the resistance value, the RF signal is grounded, and the signal passing to the output terminal can be suppressed.
The vector composition type phase shifter in the present embodiment realizes highly accurate phase setting by greatly attenuating the pass gain of a cascode amplifier that amplifies a vector signal to be suppressed when switching vector combinations.

図7は、ベクトル合成型移相器における通過させたい信号(D)の通過利得と抑圧したい信号(U)の通過利得をシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、一例として、通過させたいベクトルの信号(D)として0度の信号を、抑圧したいベクトルの信号(U)として180度の信号の結果を示している。
図7(a)は、図5で示した従来のベクトル合成型移相器における通過させたい信号(D)の通過利得と抑圧したい信号(U)の通過利得をシミュレーションした結果である。
一方、図7(b)は、本実施形態におけるベクトル合成型移相器における通過させたい信号の通過利得と抑圧したい信号の通過利得をシミュレーションした結果である。
図7(b)に示すように、本実施形態におけるベクトル合成型移相器は10GHzにおいてD/U比で55dBを得ている。従来のベクトル合成型移相器のD/U比は、図7(a)に示すように、10GHzにおいて47dBであり、本実施形態におけるベクトル合成型移相器では8dB改善していることが分かる。
FIG. 7 is a diagram showing a result of simulating the pass gain of the signal (D) to be passed and the pass gain of the signal (U) to be suppressed in the vector synthesis type phase shifter. Here, as an example, the result of a signal of 0 degree is shown as a vector signal (D) to be passed, and a signal of 180 degree is shown as a vector signal (U) to be suppressed.
FIG. 7A shows the result of simulating the pass gain of the signal (D) to be passed and the pass gain of the signal (U) to be suppressed in the conventional vector synthesis type phase shifter shown in FIG.
On the other hand, FIG. 7B is a result of simulating the pass gain of the signal desired to pass and the pass gain of the signal desired to be suppressed in the vector synthesis type phase shifter in the present embodiment.
As shown in FIG. 7B, the vector synthesis type phase shifter in the present embodiment obtains 55 dB in D / U ratio at 10 GHz. As shown in FIG. 7A, the D / U ratio of the conventional vector synthesis type phase shifter is 47 dB at 10 GHz, and it can be seen that the vector synthesis type phase shifter in this embodiment is improved by 8 dB. .

このように、本実施形態のベクトル合成型移相器の構成を準ミリ波帯域以上の周波数に適用する場合、所望の移相量を得るために0度、90度、180度、270度の4つのベクトルの組合せを切り替える際、トランジスタM13、M23、M33、M43を有することにより、通過させたいベクトルの信号(D)と抑圧したいベクトルの信号(U)とのD/U比を十分にとれる。
これにより、抑圧したいベクトルの信号の漏えい成分を低減し、設定したい移相量に誤差を減らすことができる。すなわち、本実施形態のベクトル合成型移相器によれば、無線周波数帯域におけるベクトル合成型移相器において抑圧したいベクトルの信号の漏えい成分を低減することにより、移相量の設定誤差を減らした高精度なベクトル合成型移相器およびベクトル合成型移相器の制御方法を提供することができる。
As described above, when the configuration of the vector synthesizing phase shifter of the present embodiment is applied to a frequency of the quasi-millimeter wave band or higher, in order to obtain a desired phase shift amount, 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees. When switching the combination of the four vectors, by having the transistors M 13 , M 23 , M 33 , M 43 , the D / U ratio between the vector signal (D) to be passed and the vector signal (U) to be suppressed Enough.
As a result, the leakage component of the vector signal to be suppressed can be reduced, and the error in the phase shift amount to be set can be reduced. That is, according to the vector synthesis type phase shifter of the present embodiment, by reducing the leakage component of the vector signal to be suppressed in the vector synthesis type phase shifter in the radio frequency band, the phase shift amount setting error is reduced. It is possible to provide a highly accurate vector synthesis type phase shifter and a method for controlling the vector synthesis type phase shifter.

また、本実施形態のベクトル合成型移相器では、従来のベクトル合成型移相器にトランジスタM13、M23、M33、M43を追加しても、制御電圧がトランジスタM11、M21、M31、M41と相補的に動作するため、DC電流値はほとんど増加しないというメリットもある。 Further, in the vector synthesis type phase shifter of the present embodiment, even if the transistors M 13 , M 23 , M 33 , and M 43 are added to the conventional vector synthesis type phase shifter, the control voltages are the transistors M 11 , M 21. , M 31 and M 41 operate in a complementary manner, and there is an advantage that the DC current value hardly increases.

(第2実施形態)
以下、第2実施形態におけるベクトル合成型移相器について、図面を用いて説明する。
図2は、本発明の第2実施形態におけるベクトル合成型移相器の構成を示すブロック図である。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the vector synthesis type phase shifter in the second embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a vector synthesis type phase shifter in the second embodiment of the present invention.

図2に示す本実施形態のベクトル合成型移相器は、図1に示す第1実施形態のベクトル合成型移相器に対して2つのNMOSトランジスタM14、M34を追加している。
本実施形態のベクトル合成型移相器は、トランジスタM12とM22およびM32とM42のゲート端子の間にそれぞれトランジスタM14、M34のドレインおよびソース端子を接続している。このトランジスタM14、M34のゲート端子はある固定電圧Vfix(第7の制御電圧)に接続される。
ここで、Vfix≒Vc2i(或いはVc2q)の場合、トランジスタM14、M34のドレイン―ソース間抵抗値は大きくなり、入力信号から見て高インピーダンスとなり、信号はあまり減衰せずに出力される。一方Vfix>Vc2i(或いはVc2q)の場合、トランジスタM14、M34のドレイン―ソース間抵抗値は小さくなり、0度と180度の入力信号および90度と270度の入力信号がそれぞれ接続された状態になり、逆位相であるため打ち消し合うため、信号が減衰されて出力される。
In the vector synthesis type phase shifter of this embodiment shown in FIG. 2, two NMOS transistors M 14 and M 34 are added to the vector synthesis type phase shifter of the first embodiment shown in FIG.
In the vector synthesis type phase shifter of this embodiment, the drains and source terminals of the transistors M 14 and M 34 are connected between the gate terminals of the transistors M 12 and M 22 and M 32 and M 42 , respectively. The gate terminals of the transistors M 14 and M 34 are connected to a fixed voltage V fix (seventh control voltage).
In the case of V fixV c2i (or V c2q), the drain of the transistor M 14, M 34 - source resistance value is increased, the impedance becomes high when viewed from the input signal, the signal is output without significant attenuation Is done. On the other hand, if the V fix> V c2i (or V c2q), the drain of the transistor M 14, M 34 - source resistance becomes small, 0 and 180 degrees of the input signal and the 90 ° and 270 ° of the input signal, respectively Since they are connected and cancel each other because they are in opposite phases, the signals are attenuated and output.

そこで、固定電圧VfixをVc2i(或いはVc2q)の最小値0Vより大きな値、例えば1Vに設定する。このようにすれば、トランジスタM14、M34のドレイン―ソース間抵抗値は小さくなるので、0度と180度の入力信号および90度と270度の入力信号がそれぞれ接続された状態になり、逆位相であるため打ち消し合うため、減衰させたいベクトル信号を通過させるカスコード増幅器のソース接地トランジスタのゲート電圧を下げた場合の減衰量を大きくすることができる。 Therefore, setting the fixed voltage V fix minimum value larger than 0V of V c2i (or V c2q), for example, 1V. In this way, since the drain-source resistance values of the transistors M 14 and M 34 are reduced, the input signals of 0 ° and 180 ° and the input signals of 90 ° and 270 ° are connected, respectively. Since they are in opposite phases, they cancel each other out, so that the attenuation when the gate voltage of the common source transistor of the cascode amplifier that passes the vector signal to be attenuated is lowered can be increased.

図5で示した従来のベクトル合成型移相器で用いられている合成器部ではトランジスタM12、M22、M32、M42のゲート電圧で通過利得を制御しているが、周波数が高くなるとゲート電圧を0Vにしてもゲート―ドレイン間容量の影響で大きく減衰できずに通過してしまうという課題がある。
また、図6で示した従来のベクトル合成型移相器も同様にトランジスタM、Mのゲート電圧で通過利得を制御しており、周波数が高くなるとゲート電圧を0Vにしてもゲート―ドレイン間容量の影響で大きく減衰できずに通過してしまうという課題がある。
よって、従来のベクトル合成型移相器では、図4に示すように、特に0°、90°、180°、270°といった1つの経路のみを通過させて得られる位相の値において、他の1経路からの漏えいの影響により位相設定ができない場合がある。
In the synthesizer unit used in the conventional vector synthesis type phase shifter shown in FIG. 5, the pass gain is controlled by the gate voltages of the transistors M 12 , M 22 , M 32 , and M 42 , but the frequency is high. Then, even if the gate voltage is 0V, there is a problem that the signal passes through without being greatly attenuated due to the influence of the gate-drain capacitance.
Similarly, the conventional vector synthesizing phase shifter shown in FIG. 6 also controls the pass gain by the gate voltages of the transistors M 1 and M 2 , and the gate-drain even if the gate voltage is set to 0 V as the frequency increases. There is a problem that it passes through without being greatly attenuated due to the inter-space capacity.
Therefore, in the conventional vector composition type phase shifter, as shown in FIG. 4, in particular, in the phase value obtained by passing only one path such as 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °, the other 1 Phase setting may not be possible due to leakage from the route.

これに対して、本実施形態のベクトル合成型移相器は、減衰させたいベクトル信号を通過させるカスコード増幅器のソース接地トランジスタのゲート電圧を下げた場合の減衰量不足を補うため、逆位相の関係にある2つの信号が入力するトランジスタM12とM22とのゲート端子間、トランジスタM32とM42とのゲート端子間それぞれに固定電圧Vfixが入力されるキャンセル用トランジスタM14、M34を接続する。 On the other hand, the vector synthesis type phase shifter of the present embodiment compensates for the shortage of attenuation when the gate voltage of the source-grounded transistor of the cascode amplifier that passes the vector signal to be attenuated is passed, so that the relationship of the antiphase Canceling transistors M 14 and M 34 to which a fixed voltage V fix is input between the gate terminals of the transistors M 12 and M 22 to which two signals are input and between the gate terminals of the transistors M 32 and M 42 are respectively provided. Connecting.

図8は、ベクトル合成型移相器における0度のベクトル信号の通過利得と制御電圧Vc2iに対する変化をシミュレーションした結果を示す図である。図8は、0度のベクトル信号の10GHzにおける振幅制御特性を示している。
図8(a)は図5で示した従来のベクトル合成型移相器の回路における0度のベクトル信号の通過利得と制御電圧Vc2iに対する変化をシミュレーションした結果である。入力は図5中のIとして入力し、出力は図中の出力から理想DCブロックを介して計算した結果である。
一方、図8(b)は図2で示した本実施形態のベクトル合成型移相器における0度のベクトル信号の通過利得と制御電圧Vc2iに対する変化をシミュレーションした結果である。Vfixは1Vとし、周波数は10GHzとした。
通過時(Vc2i=1.0V)、減衰時(Vc2i=0V)をON/OFF比として比較すると、従来のベクトル合成型移相器は図8(a)に示すように35dBであるのに対し、本実施形態のベクトル合成型移相器は図8(b)に示すように43dBと、8dB改善していることが分かる。
FIG. 8 is a diagram showing the result of simulating changes in the pass gain of the vector signal of 0 degree and the control voltage V c2i in the vector synthesis type phase shifter. FIG. 8 shows the amplitude control characteristic of a 0 degree vector signal at 10 GHz.
FIG. 8A shows a result of simulating changes in the pass gain of the vector signal of 0 degree and the control voltage V c2i in the circuit of the conventional vector synthesis type phase shifter shown in FIG. The input is input as I + in FIG. 5, and the output is the result calculated from the output in the figure through an ideal DC block.
On the other hand, FIG. 8B is a result of simulating changes in the pass gain of the vector signal of 0 degree and the control voltage V c2i in the vector synthesis type phase shifter of the present embodiment shown in FIG. V fix was 1 V and the frequency was 10 GHz.
Comparing the ON / OFF ratio when passing (V c2i = 1.0V) and decaying (V c2i = 0V), the conventional vector composition type phase shifter is 35 dB as shown in FIG. 8 (a). On the other hand, it can be seen that the vector synthesizing type phase shifter of this embodiment is improved by 43 dB and 8 dB as shown in FIG.

このように、本実施形態のベクトル合成型移相器の構成を準ミリ波帯域以上の周波数に適用する場合、所望の移相量を得るために0度、90度、180度、270度の4つのベクトルの組合せを切り替える際、トランジスタM14、M34を有することにより、マイクロ波帯域に比べてON/OFF比を大きくでき、使用するベクトルの振幅制御を行うトランジスタにおいても大きな減衰量を得ることができる。
これにより、抑圧したいベクトルの信号の漏えい成分を低減し、設定したい移相量に誤差を減らすことができる。すなわち、本実施形態のベクトル合成型移相器によれば、無線周波数帯域におけるベクトル合成型移相器において抑圧したいベクトルの信号の漏えい成分を低減することにより、移相量の設定誤差を減らした高精度なベクトル合成型移相器およびベクトル合成型移相器の制御方法を提供することができる。
As described above, when the configuration of the vector synthesizing phase shifter of the present embodiment is applied to a frequency of the quasi-millimeter wave band or higher, in order to obtain a desired phase shift amount, 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees. When switching the combination of the four vectors, by having the transistors M 14 and M 34 , the ON / OFF ratio can be increased compared to the microwave band, and a large amount of attenuation can be obtained even in the transistor that controls the amplitude of the vector to be used. be able to.
As a result, the leakage component of the vector signal to be suppressed can be reduced, and the error in the phase shift amount to be set can be reduced. That is, according to the vector synthesis type phase shifter of the present embodiment, by reducing the leakage component of the vector signal to be suppressed in the vector synthesis type phase shifter in the radio frequency band, the phase shift amount setting error is reduced. It is possible to provide a highly accurate vector synthesis type phase shifter and a method for controlling the vector synthesis type phase shifter.

また、本実施形態のベクトル合成型移相器では、第1実施形態のベクトル合成型移相器と同様に従来のベクトル合成型移相器にトランジスタM13、M23、M33、M43を追加しても、制御電圧がトランジスタM11、M21、M31、M41と相補的に動作するため、DC電流値はほとんど増加しない。またトランジスタM14、M34はDC電流を消費しないので、本実施形態のベクトル合成型移相器は、従来のベクトル合成型移相器と消費電流がほぼ同じである。 Further, in the vector synthesis type phase shifter of the present embodiment, transistors M 13 , M 23 , M 33 , and M 43 are added to the conventional vector synthesis type phase shifter as in the vector synthesis type phase shifter of the first embodiment. Even if it is added, the control voltage operates in a complementary manner with the transistors M 11 , M 21 , M 31 , and M 41 , so that the DC current value hardly increases. Further, since the transistors M 14 and M 34 do not consume DC current, the current consumption of the vector synthesis type phase shifter of this embodiment is substantially the same as that of the conventional vector synthesis type phase shifter.

(第3実施形態)
以下、第3実施形態におけるベクトル合成型移相器について説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the vector synthesis type phase shifter in the third embodiment will be described.

本実施形態におけるベクトル合成型移相器は、第2実施形態におけるベクトル合成型移相器において、トランジスタM12、M22、M32、M42、M14、M34のしきい値電圧がほぼ同じVthとなるように、トランジスタM12、M22、M32、M42、M14、M34のゲート長を選択する。
これにより、電圧Vfixの値が、
(Vc2i,Vc2qの最小値)<Vth<Vfix<(Vc2i,Vc2qの最大値)+Vth
との式で表される関係となるようにすることが容易となり、電圧Vfixを固定電圧にすることができる。
The vector composition type phase shifter in the present embodiment is the same as the vector composition type phase shifter in the second embodiment, and the threshold voltages of the transistors M 12 , M 22 , M 32 , M 42 , M 14 , and M 34 are substantially the same. The gate lengths of the transistors M 12 , M 22 , M 32 , M 42 , M 14 , and M 34 are selected so that the same V th is obtained.
As a result, the value of the voltage V fix becomes
(V c2i, the minimum value of V c2q) <V th <V fix <(V c2i, the maximum value of V c2q) + V th
It is easy to achieve the relationship represented by the following equation, and the voltage V fix can be set to a fixed voltage.

c2i,Vc2qは、トランジスタM12、M22、M32、M42にゲート電圧として印加される。例えばNMOSトランジスタでは0VからVthの間に設定した場合、トランジスタM12、M22、M32、M42の相互コンダクタンスgmの値が減少し、ゲート端子から入力した信号がドレイン電流に変換されて出力されにくくなる。
一方、Vthから最大ドレイン電圧(0.18um CMOSプロセスなどでは1.8V程度)の範囲では相互コンダクタンスgmの値が上昇し、ゲート端子から入力した信号をドレイン電流として取り出すことができる。
本実施形態におけるベクトル合成型移相器においては、Vc2i,Vc2qはトランジスタM14、M34のドレインおよびソース電圧としても印加される。トランジスタM14、M34においてはドレイン―ソース間電位が同じであるため、直流としてのドレイン電流は流れないが、トランジスタM14、M34のゲート電圧である制御電圧Vfixとの制御電圧Vc2i,Vc2qの相対的な値の変化により、ドレイン―ソース間抵抗を変化させることで可変抵抗の機能をもたせることができる。
V c2i, V c2q is applied to the transistor M 12, M 22, M 32 , M 42 as a gate voltage. For example, when an NMOS transistor is set between 0 V and V th , the value of the mutual conductance gm of the transistors M 12 , M 22 , M 32 , and M 42 decreases, and the signal input from the gate terminal is converted into a drain current. It becomes difficult to output.
On the other hand, in the range from Vth to the maximum drain voltage (about 1.8 V in a 0.18 um CMOS process or the like), the value of the mutual conductance gm increases, and a signal input from the gate terminal can be taken out as a drain current.
In the vector sum phase shifter in this embodiment, V c2i, V c2q is also applied as the drain and source voltages of the transistors M 14, M 34. The drain in the transistor M 14, M 34 - for source potential is the same, the drain current of the direct current does not flow, the control voltage between the control voltage V fix the gate voltage of the transistor M 14, M 34 V c2i , V c2q can be changed to change the drain-source resistance, thereby providing a variable resistance function.

14、M34のゲート電圧Vfixを固定電圧とできれば、外部からの制御機能が不要となるメリットがある。すなわち、キャンセル用トランジスタのゲート電圧Vfixは固定電圧で良ければ、ドレイン電圧などから分圧して作れるため、従来回路に対して制御電圧や外部電源端子が増えないというメリットがある。上記の式の関係にあれば、トランジスタM14、M34のゲート電圧Vfixを固定電圧にすることができる。なお、NMOSトランジスタで回路を構成した場合の、制御電圧Vc1i、Vc1q、/Vc1i、/Vc1q、Vfixの値の例を図9に示す。 If the gate voltages V fix of M 14 and M 34 can be fixed, there is an advantage that an external control function is not required. That is, if the gate voltage V fix of the canceling transistor can be a fixed voltage, it can be divided from the drain voltage and the like, so that there is an advantage that the control voltage and the external power supply terminal do not increase with respect to the conventional circuit. If the relationship of the above equation is satisfied, the gate voltages V fix of the transistors M 14 and M 34 can be set to a fixed voltage. FIG. 9 shows examples of values of the control voltages V c1i , V c1q , / V c1i , / V c1q , and V fix when a circuit is configured with NMOS transistors.

以上述べた少なくとも一つの実施形態によれば、無線周波数帯域におけるベクトル合成型移相器において抑圧したいベクトルの信号の漏えい成分を低減することにより、移相量の設定誤差を減らした高精度なベクトル合成型移相器およびベクトル合成型移相器の制御方法を提供することができる。   According to at least one embodiment described above, a high-accuracy vector in which a setting error of a phase shift amount is reduced by reducing a leakage component of a vector signal to be suppressed in a vector synthesis type phase shifter in a radio frequency band. It is possible to provide a control method for the synthesis type phase shifter and the vector synthesis type phase shifter.

また、以上述べた実施形態は、全て本発明の実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。
例えば、第1実施形態から第2実施形態において負荷を介してドレイン電源に接続したが、これは抵抗、インダクタの他、トランジスタで構成しても良い。また、電圧源ではなく定電流源で構成しても良い。
また、第1実施形態から第3実施形態において、トランジスタMは、NMOSトランジスタとしたが、これに限定されない。例えば、トランジスタMは、PMOSトランジスタでもよい。
The above-described embodiments are all illustrative of the embodiments of the present invention and are not limited to the embodiments, and the present invention can be implemented in various other variations and modifications. .
For example, in the first to second embodiments, the drain power supply is connected via a load, but this may be constituted by a transistor in addition to a resistor and an inductor. Moreover, you may comprise with a constant current source instead of a voltage source.
In the first to third embodiments, the transistor M is an NMOS transistor, but is not limited thereto. For example, the transistor M may be a PMOS transistor.

11、M21、M31、M41、M12、M22、M32、M42、M13、M23、M33、M43、M14、M34…トランジスタ、Vc1i、/Vc1i、Vc1q、/Vc1q、Vc2i、Vc2q、Vfix…制御電圧 M 11 , M 21 , M 31 , M 41 , M 12 , M 22 , M 32 , M 42 , M 13 , M 23 , M 33 , M 43 , M 14 , M 34 ... Transistor, V c1i , / V c1i , V c1q, / V c1q, V c2i, V c2q, V fix ... control voltage

Claims (4)

nを1から4の整数として、トランジスタMn1、トランジスタMn2、トランジスタMn3 、トランジスタM 14 、トランジスタM 34 を有し、
前記トランジスタMn1およびMn2がカスコード接続され、前記トランジスタMn1のソース端子に前記トランジスタMn3のドレイン端子が接続され、前記トランジスタMn3および前記トランジスタMn2のソース端子が接地され、
前記トランジスタM11、M21、M31、M41のドレイン端子が負荷の一方および出力端子に接続され、前記負荷の他方がドレイン電圧源に接続され
前記トランジスタM 14 のドレインおよびソース端子が前記トランジスタM 12 およびM 22 の各ゲート端子の間に接続され、
前記トランジスタM 34 のドレインおよびソース端子が前記トランジスタM 32 およびM 42 の各ゲート端子の間に接続されるベクトル合成型移相器であって、
前記トランジスタM12、M22、M32、M42のゲート端子それぞれに対して、直列キャパシタC、C、C、Cを介して0度、180度、90度、270度の位相差をもつ所望信号が入力され、
前記トランジスタM11およびM23のゲート端子、前記トランジスタM21およびM13のゲート端子、前記トランジスタM31およびM43のゲート端子、前記トランジスタM41およびM33のゲート端子それぞれに対して、合成するベクトルを選択するための第1の制御電圧、前記第1の制御電圧と反転した第2の制御電圧、第3の制御電圧、前記第3の制御電圧と反転した第4の制御電圧が入力され、
前記トランジスタM12およびM22のゲート端子、前記トランジスタM32およびM42のゲート端子それぞれに対して、出力信号の振幅を調整するための第5の制御電圧、第6の制御電圧が入力され
前記トランジスタM 14 およびM 34 のゲート端子それぞれに対して、固定電圧である第7の制御電圧が入力されるベクトル合成型移相器。
n is an integer from 1 to 4, and includes a transistor M n1 , a transistor M n2 , a transistor M n3 , a transistor M 14 , and a transistor M 34 .
The transistors M n1 and M n2 are cascode-connected, the drain terminal of the transistor M n3 is connected to the source terminal of the transistor M n1 , the source terminals of the transistor M n3 and the transistor M n2 are grounded,
The drain terminals of the transistors M 11 , M 21 , M 31 , M 41 are connected to one and output terminals of a load, and the other of the load is connected to a drain voltage source ,
The drain and source terminals of the transistor M 14 is connected between the gate terminals of the transistors M 12 and M 22,
Wherein a drain and a source terminal of the transistor M 34 is the vector sum phase shifter that will be connected between the gate terminals of the transistors M 32 and M 42,
With respect to the gate terminals of the transistors M 12 , M 22 , M 32 , and M 42, positions of 0 degrees, 180 degrees, 90 degrees, and 270 degrees are provided via series capacitors C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 , respectively. The desired signal with phase difference is input,
The gate terminals of the transistors M 11 and M 23, the gate terminal of the transistor M 21 and M 13, the gate terminal of the transistor M 31 and M 43, the respective gate terminals of the transistors M 41 and M 33, synthesized A first control voltage for selecting a vector, a second control voltage inverted from the first control voltage, a third control voltage, and a fourth control voltage inverted from the third control voltage are input. ,
The gate terminals of the transistors M 12 and M 22, the respective gate terminals of the transistors M 32 and M 42, the fifth control voltage to adjust the amplitude of the output signal, the control voltage of the 6 are inputted,
The transistor M 14 and the respective gate terminals of the M 34, the seventh vector sum phase shifter control voltage are entered in a fixed voltage.
前記トランジスタM12、M22、M32、M42、M14、M34のゲート長は、前記トランジスタM12、M22、M32、M42、M14、M34のしきい値電圧が同じとなるゲート長である請求項に記載のベクトル合成型移相器。 Gate length of the transistors M 12, M 22, M 32 , M 42, M 14, M 34 , the transistors M 12, M 22, M 32 , M 42, M 14, the threshold voltage of M 34 are the same The vector synthesis type phase shifter according to claim 1 , wherein nを1から4の整数として、トランジスタMn1、トランジスタMn2、トランジスタMn3 トランジスタM14 トランジスタM34を有し、
前記トランジスタMn1およびMn2がカスコード接続され、前記トランジスタMn1のソース端子に前記トランジスタMn3のドレイン端子が接続され、前記トランジスタMn3および前記トランジスタMn2のソース端子が接地され、
前記トランジスタM11、M21、M31、M41のドレイン端子が負荷の一方および出力端子に接続され、前記負荷の他方がドレイン電圧源に接続され
前記トランジスタM 14 のドレインおよびソース端子が前記トランジスタM 12 およびM 22 の各ゲート端子の間に接続され、
前記トランジスタM 34 のドレインおよびソース端子が前記トランジスタM 32 およびM 42 の各ゲート端子の間に接続されるベクトル合成型移相器の制御方法であって、
前記トランジスタM12、M22、M32、M42のゲート端子それぞれに対して、直列キャパシタC、C、C、Cを介して0度、180度、90度、270度の位相差をもつ所望信号を入力し、
前記トランジスタM11およびM23のゲート端子、前記トランジスタM21およびM13のゲート端子、前記トランジスタM31およびM43のゲート端子、前記トランジスタM41およびM33のゲート端子それぞれに対して、合成するベクトルを選択するための第1の制御電圧、前記第1の制御電圧と反転した第2の制御電圧、第3の制御電圧、前記第3の制御電圧と反転した第4の制御電圧を入力し、
前記トランジスタM12およびM22のゲート端子、前記トランジスタM32およびM42のゲート端子それぞれに対して、出力信号の振幅を調整するための第5の制御電圧、第6の制御電圧を入力し、
前記トランジスタM14およびM34のゲート端子それぞれに対して、固定電圧である第7の制御電圧を入力するベクトル合成型移相器の制御方法。
n is an integer from 1 to 4, and includes a transistor M n1 , a transistor M n2 , a transistor M n3 , a transistor M 14 , and a transistor M 34 .
The transistors M n1 and M n2 are cascode-connected, the drain terminal of the transistor M n3 is connected to the source terminal of the transistor M n1 , the source terminals of the transistor M n3 and the transistor M n2 are grounded,
The drain terminals of the transistors M 11 , M 21 , M 31 , M 41 are connected to one and output terminals of a load, and the other of the load is connected to a drain voltage source ,
The drain and source terminals of the transistor M 14 is connected between the gate terminals of the transistors M 12 and M 22,
The drain and source terminals of the transistor M 34 is a said transistor M 32 and a control method of the vector sum phase shifter that will be connected between the gate terminals of the M 42,
With respect to the gate terminals of the transistors M 12 , M 22 , M 32 , and M 42, positions of 0 degrees, 180 degrees, 90 degrees, and 270 degrees are provided via series capacitors C 1 , C 2 , C 3 , and C 4 , respectively. Input desired signal with phase difference,
The gate terminals of the transistors M 11 and M 23, the gate terminal of the transistor M 21 and M 13, the gate terminal of the transistor M 31 and M 43, the respective gate terminals of the transistors M 41 and M 33, synthesized A first control voltage for selecting a vector, a second control voltage inverted from the first control voltage, a third control voltage, and a fourth control voltage inverted from the third control voltage are input. ,
The gate terminals of the transistors M 12 and M 22, and input to each gate terminal of the transistor M 32 and M 42, the fifth control voltage to adjust the amplitude of the output signal, a control voltage of the sixth,
The relative transistor M 14 and M 34 each gate terminal of the control method of the vector sum phase shifter for inputting a seventh control voltage of a fixed voltage.
前記トランジスタM12、M22、M32、M42、M14、M34のゲート長は、前記トランジスタM12、M22、M32、M42、M14、M34のしきい値電圧が同じとなるゲート長である請求項に記載のベクトル合成型移相器の制御方法。 Gate length of the transistors M 12, M 22, M 32 , M 42, M 14, M 34 , the transistors M 12, M 22, M 32 , M 42, M 14, the threshold voltage of M 34 same The method of controlling a vector composition type phase shifter according to claim 3 , wherein
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