JP7294790B2 - 移相器 - Google Patents
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Description
例えば、ミリ波レーダ等において、フェーズドアレイアンテナが知られている。
図1は、実施形態1に従う移相器が用いられるレーダシステム1の概要を説明する図である。
また、高周波ブロック10は、受信アンテナ4を介して反射した電磁波を受信し、デジタル信号を信号処理回路20に出力する。
移相器12は、高周波信号の位相を調節する。
受信アンテナ4は、対象物から反射された電磁波を受信する。
図2に示されるように、複数の移相器12が入力信号(高周波信号)の入力を受けてそれぞれの信号の位相を調節する。これにより電磁波の波面の角度を調節することによりビームフォーミングが可能となり、レーダーを走査することが可能となる。
図3を参照して、移相器12は、ハイブリッドカップラ100と、第1の整合回路(MC1)102,104および第2の整合回路(MC2)112と、ドライバ106,108と、合成回路110とを含む。
第2の整合回路112(MC2)は、合成回路110の出力を次段に入力する際のインピーダンスを整合するための回路である。
図4に示されるように、ドライバ106は、第1の整合回路102からの入力を受けるゲートトランジスタGTと、互いに並列に接続された複数のスイッチ回路SW1,SW2,・・・とを含む。
図5に示されるように、ハイブリッドカップラ100は、インダクタ201,202とを含む。
インダクタ201の一方側に入力信号VOが入力される。インダクタ201の他方側は負荷(Z)と接続される。インダクタ201の他方側から負荷(Z)に対して出力信号VIが出力される。
ハイブリッドカップラ100は、入力信号VOに対して出力信号VI,VQを出力する。
図6に示されるように抵抗素子210と容量素子212とが直列に接続される。また、インダクタ216と直列に抵抗素子214が接続される。なお、整合回路104についても整合回路102と同様の構成であるのでその詳細な説明については繰り返さない。抵抗素子210,214の抵抗値はそれぞれR1,R2として示されている。また、インダクタ216のインダクタンス値はL1として示されている。また、容量素子212の容量値はC1として示されている。
第1の整合回路102は、抵抗素子210と容量素子212との直列回路と、インダクタンス216と抵抗素子214との直列回路と、の並列回路で構成される。
図7に示されるように容量素子C1が設けられていない構成である。
すなわち、式(5)に示される配線間容量である容量値Cの値が変動する可能性がある。
図13を参照して、図13(A)には、整合回路102の回路図が示されている。図13(A)に示されるように、整合回路102は、抵抗素子R1,R2と、容量素子C1と、インダクタL1とで構成される場合が示されている。
図13(B)を参照して、インダクタL1を形成するようにループ状に配線400が設けられている。一方側がビアV22を介して下層に配置された抵抗素子214と接続される。抵抗素子214は、ビアV23を介して接地線と接続される。
同層の金属配線層を用いることにより、ハイブリッドカップラ100の配線間容量のばらつきと、整合回路102の配線間容量のばらつきに相関を持たせることが可能であり、ロバスト性を向上させることが可能である。すなわち、ハイブリッドカップラ100の配線間容量である容量値Cのばらつきに対する性能を補償することが可能である。
上記の実施形態1においてはシングルエンド型のハイブリッドカップラについて説明したが、差動型のハイブリッドカップラを構成しても良い。
図14を参照して、移相器12#は、移相器12と比較して、ハイブリッドカップラ100をハイブリッドカップラ100#に置換し、第1の整合回路102,104(MC1)を第1の整合回路102#,104#(MC1)に置換し、ドライバ106,108をドライバ106#,108#に置換した点が異なる。その他の構成については図3で説明したのと同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。
したがって、出力信号VIと出力信号/VIとは、180°位相が異なる。
整合回路102#,104#,112は、インピーダンス整合するための回路である。
合成回路110は、ドライバ106#,108#の出力を合成して出力する。
図15に示されるように、ドライバ106#は、第1の整合回路102#からの入力を受けるゲートトランジスタGT0,GT1と、互いに並列に接続された複数のスイッチ回路SW#1,SW#2,・・・とを含む。
インダクタ201の一方側に入力信号VOが入力される。インダクタ201の他方側は負荷(Z)と接続される。インダクタ201の他方側から負荷(Z)に対して出力信号VIが出力される。
ハイブリッドカップラ100は、入力信号VOに対して出力信号VI,VQを出力する。
インダクタ201#の一方側に入力信号/VOが入力される。インダクタ201#の他方側は負荷(Z)と接続される。インダクタ201#の他方側から負荷(Z)に対して出力信号/VIが出力される。
ハイブリッドカップラ100#は、入力信号/VOに対して出力信号/VI,/VQを出力する。
差動構成であるため差動信号の配線と第1の整合回路102#,104#とが接続される場合が示されている。
図19を参照して、第1の整合回路102#は、第1の整合回路102と比較して、抵抗素子218およびインダクタンス220をさらに追加した点が異なる。その他の構成については同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
第1の整合回路102#は、抵抗素子210と容量素子212と抵抗素子218との直列回路と、インダクタンス216と抵抗素子214とインダクタンス220との直列回路と、の並列回路で構成される。
図20(B)を参照して、配線500の一端側から出力信号VIが入力される。
配線500は、ビアV30を介して下層に設けられた抵抗素子210と接続される。抵抗素子210は、ビアV31を介して配線512と接続される。配線512の下層に配線514が設けられ、配線512と、配線514とで容量素子C1が形成される。
配線514は、ビアV32を介して抵抗218と接続される。抵抗218は、ビアV33を介して配線516と接続される。
本例においては、第1の整合回路102#の構成について説明したが第1の整合回路104#についても同様である。
インダクタはインダクタ間の相互干渉が大きいため、I側およびQ側で整合するインダクタの干渉が差動で相殺されるように設計することが可能である。
上記の実施形態1および2においては、一例としてレーダシステム1における移相器12について説明したが、当該移相器12は、特にレーダシステム1にのみ利用されるものではなく、他のシステムでも同様に適用可能である。
図21を参照して変換回路1000は、アンプ602と、データサンプリング部604と、位相比較部600と、位相制御部608と、PLL回路610と、移相器612とを含む。
位相比較部600は、所定のクロック信号が適切な位相のタイミングでシリアルデータをサンプリグングしているか否かを比較する。
位相制御部608は、位相比較部600からの比較結果に基づいて所定のクロック信号の位相を調整するように移相器612に指示する。
図22を参照して、移相器612についても図3の移相器12で説明したのと同様の構成により位相を調整することが可能である。なお、図3の構成と比較して、合成回路110の代わりにドライバ106,108に対して第2の整合回路をそれぞれ設けた構成としている。
以上、本開示を実施形態に基づき具体的に説明したが、本開示は、実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Claims (4)
- 高周波信号の入力に対して位相が90°異なる等振幅の信号をそれぞれ分岐して第1および第2の出力ノードから出力するための第1のインダクタおよび前記第1のインダクタと相互インダクタンスで結合される第2のインダクタを含むハイブリッドカップラ回路と、
前記ハイブリッドカップラ回路の前記第1および第2の出力ノードからの信号を増幅する第1および第2の増幅回路と、
前記ハイブリッドカップラ回路と前記第1および第2の増幅回路との間に設けられ、インピーダンス整合するための第1および第2のインピーダンス整合回路と、
前記第1および第2の増幅回路の出力を合成する合成回路とを備え、
前記第1のインピーダンス整合回路は、
前記第1の出力ノードと接続される第1の抵抗素子と、
接地線と接続される第1の容量素子と、の直列回路と、
前記第1の出力ノードと接続される第3のインダクタと、
前記接地線と接続される第2の抵抗素子と、の直列回路と、の並列回路を含み、
前記第2のインピーダンス整合回路は、
前記第2の出力ノードと接続される第3の抵抗素子と、
前記接地線と接続される第2の容量素子と、の直列回路と、
前記第2の出力ノードと接続される第4のインダクタと、
前記接地線と接続される第4の抵抗素子と、の直列回路と、の並列回路を含み、
前記第1のインダクタおよび前記第2のインダクタは、第1の金属配線層および前記第1の金属配線層の上層の第2の金属配線層で形成され、
前記第1および第2の容量素子は、前記第1の金属配線層と前記第2の金属配線層との間の配線間容量に相当する、移相器。 - 高周波信号の入力に対して位相が90°異なる等振幅の信号をそれぞれ分岐して第1および第2の出力ノードから出力するための第1のインダクタおよび前記第1のインダクタと相互インダクタンスで結合される第2のインダクタを含むハイブリッドカップラ回路と、
前記ハイブリッドカップラ回路の前記第1および第2の出力ノードからの信号を増幅する第1および第2の増幅回路と、
前記ハイブリッドカップラ回路と前記第1および第2の増幅回路との間に設けられ、インピーダンス整合するための第1および第2のインピーダンス整合回路と、
前記第1および第2の増幅回路の出力を合成する合成回路とを備え、
前記第1のインピーダンス整合回路は、
前記第1の出力ノードと接続される第1の抵抗素子と、
接地線と接続される第1の容量素子と、の直列回路と、
前記第1の出力ノードと接続される第3のインダクタと、
前記接地線と接続される第2の抵抗素子と、の直列回路と、の並列回路を含み、
前記第2のインピーダンス整合回路は、
前記第2の出力ノードと接続される第3の抵抗素子と、
前記接地線と接続される第2の容量素子と、の直列回路と、
前記第2の出力ノードと接続される第4のインダクタと、
前記接地線と接続される第4の抵抗素子と、の直列回路と、の並列回路を含み、
前記第1のインダクタおよび前記第2のインダクタは、同層の金属配線層で形成され、
前記第1および第2の容量素子は、前記同層の金属配線層を用いて形成される、移相器。 - 高周波信号の入力に対して位相が90°異なる等振幅の信号をそれぞれ分岐して第1および第2の出力ノードから出力するための第1のインダクタおよび前記第1のインダクタと相互インダクタンスで結合される第2のインダクタを含む第1のハイブリッドカップラ回路と、
前記高周波信号の反転入力に対して位相が90°異なる等振幅の信号をそれぞれ分岐して第3および第4の出力ノードから出力するための第3のインダクタおよび前記第3のインダクタと相互インダクタンスで結合される第4のインダクタを含む第2のハイブリッドカップラ回路と、
前記第1および第2のハイブリッドカップラ回路の前記第1および第3の出力ノードからの信号に基づいて差動増幅する第1の増幅回路と、
前記第1および第2のハイブリッドカップラ回路の前記第2および第4の出力ノードからの信号に基づいて差動増幅する第2の増幅回路と、
前記第1および第2のハイブリッドカップラ回路と前記第1および第2の増幅回路との間に設けられ、インピーダンス整合するための第1および第2のインピーダンス整合回路と、
前記第1および第2の増幅回路の出力を合成する合成回路とを備え、
前記第1のインピーダンス整合回路は、
前記第1の出力ノードと接続される第1の抵抗素子と、
前記第3の出力ノードと接続される第2の抵抗素子と、
前記第1の抵抗素子及び前記第2の抵抗素子の間に接続される第1の容量素子と、の直列回路と、
前記第1の出力ノードと接続される第5のインダクタと、
前記第3の出力ノードと接続される第6のインダクタと、
前記第5のインダクタ及び前記第6のインダクタの間に接続される第3の抵抗素子と、の直列回路と、の並列回路を含み、
前記第2のインピーダンス整合回路は、
前記第2の出力ノードと接続される第4の抵抗素子と、
前記第4の出力ノードと接続される第5の抵抗素子と、
前記第4の抵抗素子及び前記第5の抵抗素子の間に接続される第2の容量素子と、の直列回路と、
前記第2の出力ノードと接続される第7のインダクタと、
前記第4の出力ノードと接続される第8のインダクタと、
前記第7のインダクタ及び前記第8のインダクタの間に接続される第6の抵抗素子と、の直列回路と、の並列回路を含み、
前記第1および第3のインダクタおよび前記第2および第4のインダクタは、第1の金属配線層および前記第1の金属配線層の上層の第2の金属配線層でそれぞれ形成され、
前記第1および第2の容量素子は、前記第1の金属配線層と前記第2の金属配線層との間の配線間容量に相当する、移相器。 - 高周波信号の入力に対して位相が90°異なる等振幅の信号をそれぞれ分岐して第1および第2の出力ノードから出力するための第1のインダクタおよび前記第1のインダクタと相互インダクタンスで結合される第2のインダクタを含む第1のハイブリッドカップラ回路と、
前記高周波信号の反転入力に対して位相が90°異なる等振幅の信号をそれぞれ分岐して第3および第4の出力ノードから出力するための第3のインダクタおよび前記第3のインダクタと相互インダクタンスで結合される第4のインダクタを含む第2のハイブリッドカップラ回路と、
前記第1および第2のハイブリッドカップラ回路の前記第1および第3の出力ノードからの信号に基づいて差動増幅する第1の増幅回路と、
前記第1および第2のハイブリッドカップラ回路の前記第2および第4の出力ノードからの信号に基づいて差動増幅する第2の増幅回路と、
前記第1および第2のハイブリッドカップラ回路と前記第1および第2の増幅回路との間に設けられ、インピーダンス整合するための第1および第2のインピーダンス整合回路と、
前記第1および第2の増幅回路の出力を合成する合成回路とを備え、
前記第1のインピーダンス整合回路は、
前記第1の出力ノードと接続される第1の抵抗素子と、
前記第3の出力ノードと接続される第2の抵抗素子と、
前記第1の抵抗素子及び前記第2の抵抗素子の間に接続される第1の容量素子と、の直列回路と、
前記第1の出力ノードと接続される第5のインダクタと、
前記第3の出力ノードと接続される第6のインダクタと、
前記第5のインダクタ及び前記第6のインダクタの間に接続される第3の抵抗素子と、の直列回路と、の並列回路を含み、
前記第2のインピーダンス整合回路は、
前記第2の出力ノードと接続される第4の抵抗素子と、
前記第4の出力ノードと接続される第5の抵抗素子と、
前記第4の抵抗素子及び前記第5の抵抗素子の間に接続される第2の容量素子と、の直列回路と、
前記第2の出力ノードと接続される第7のインダクタと、
前記第4の出力ノードと接続される第8のインダクタと、
前記第7のインダクタ及び前記第8のインダクタの間に接続される第6の抵抗素子と、の直列回路と、の並列回路を含み、
前記第1~第4のインダクタは、同層の金属配線層で形成され、
前記第1および第2の容量素子は、前記同層の金属配線層を用いて形成される、移相器。
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