JP7441240B2 - マルチバンド・ミリ波無線通信用広帯域受信機 - Google Patents

Description

（関連出願）
本出願は、２０１９年４月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／８３６，２９５号及び２０１９年５月１６日に出願された米国非仮特許出願第１６／４１４，４８０号の利益を主張する。上記出願の開示内容は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。

（技術分野）
本発明の実施形態は、一般に、無線通信装置に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、通信装置のマルチバンドイメージ除去受信機に関する。

次世代５Ｇ通信デバイスでは、拡張現実（ＡＲ）／仮想現実（ＶＲ）、及び第５世代（５Ｇ）多入力多出力（ＭＩＭＯ）など、多くのアプリケーションでより高いデータ転送速度が求められている。ミリ波（ｍｍ波）への設計変更により、このより高いデータ転送速度に対応する。一方で、より高いデータ転送速度のためには、より広い帯域幅が必要となる。例えば、広帯域は、２４ＧＨｚ、２８ＧＨｚ、３７ＧＨｚ、３９ＧＨｚ周波数帯を含む、５Ｇスペクトルをカバーしなくてはならない。

フリッカーノイズ及びＤＣオフセットなどのゼロＩＦダウンコンバージョン受信機の欠点を回避するための通信装置として、低中間周波数（ＩＦ）受信機アーキテクチャが一般的に使用することができる。しかしながら、低ＩＦ受信機のためのミリ波広帯域同相直交（ＩＱ）局部発振器（ＬＯ）の生成は、損失が極めて大きく、受信機のダウンコンバージョンミキサの性能を低下させる可能性がある。ミリ波周波数の広帯域イメージ除去を備えたオンチップ受信機の必要性がある。

本発明の実施形態は、同じ参照符号が同じ要素を示す添付図面の図に限定ではなく例示として示されている。

一実施形態による無線通信装置の一例を示すブロック図である。 一実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路の一例を示すブロック図である。 一実施形態によるＲＦトランシーバ集積回路を示すブロック図である。 一実施形態による広帯域受信機回路の一例を示す概略図である。 一実施形態によるトランスベースのＩＱジェネレータの一例を示す概略図である。 一実施形態による異なる負荷抵抗器を用いた電圧利得のシミュレーション結果を示す図である。 一実施形態によるトランスベースのＩＱジェネレータのレイアウトの一例を示すブロック図である。 一実施形態によるミキサの一例を示す概略図である。 一実施形態によるＴ／ＲスイッチとＬＮＡの間のインピーダンス整合ネットワークを示す概略図である。

本発明の様々な実施形態及び態様について、後述する詳細事項を参照して説明し、添付図面は、この様々な実施形態を例示している。以下の説明及び図面は、本発明の例証であり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。本発明の様々な実施形態の完全に理解するために、多数の具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、場合によっては、本発明の実施形態を簡潔に説明するために、周知の又は従来の詳細事項は記載されていない。

本明細書中の「１つの実施形態」又は「実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含めることができることを意味する。本明細書の様々な箇所における「１つの実施形態にて」という表現が表れるが、必ずしも全てが同じ実施形態を指している訳ではない。

尚、実施形態の対応する図面では、信号を線で表されている点に留意されたい。一部の線は、より多くの構成信号経路を示すために太線にされ、及び／又は信号の流れ方向を示すために、１又は２以上の端部に矢印を有する場合がある。このような表示は、限定を意図するものではない。むしろ、線は、回路又は論理ユニットの理解を容易にするために、１又は２以上の例示的な実施形態に関連して使用される。表される何れかの信号は、設計上の要求又は選好によって決定付けられるように、どちらの方向にも進むことができる１又は２以上の信号を実際に含むことができ、任意の適切なタイプの信号方式で実装することができる。

本明細書中及び特許請求の範囲全体を通じて、「接続された」という用語は、中間装置なしで、接続されているものの間の直接的な電気的接続を意味する。用語「結合」とは、接続されたものの間の直接的な電気的接続、又は１又は２以上の受動的又は能動的仲介装置を介した間接的な接続を意味する。用語「回路」とは、所望の機能を提供するために互いに協働するように配置された１又は２以上の受動的及び／又は能動的構成要素を意味する。用語「信号」とは、少なくとも１つの電流信号、電圧信号、又はデータ／クロック信号を意味する。「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」の意味は複数形を含む。「ｉｎ」の意味は、「ｉｎ」及び「ｏｎ」を含む。

本明細書で使用される場合、別段の定めがない限り、「第１」、「第２」、「第３」その他の序列形容詞を使用して共通の対象物を説明することは、単に同じ対象物の異なる事例が参照されていることを示すだけであり、このように説明された対象物が時間的、空間的、順位的又は他の何れかの方法で所与の順序でなければならないことを意味するものではない。本明細書において用語「実質的に」とは、目標の１０％内であることを意味する。

本明細書に記載された実施形態において、特に指定されない限り、トランジスタは、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタであり、ドレイン端子、ソース端子、ゲート端子、及びバルク端子を含む。ソース端子及びドレイン端子は同一の端子であってもよく、本明細書では互換的に使用される。当業者であれば、本開示の範囲を逸脱することなく、他のトランジスタ、例えば、Ｂｉ－ｐｏｌａｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ－ＢＪＴ ＰＮＰ／ＮＰＮ、ＢｉＣＭＯＳ、ＣＭＯＳ、その他を使用することができることは理解されるであろう。

本発明の一態様によれば、ＲＦ受信機(RF receiver)は、ＲＦ信号を受け取って増幅する低雑音増幅器(low-noise amplifier)（ＬＮＡ）、トランスベースのＩＱジェネレータ回路(transformer-based IQ generator circuit)、１又は２以上の負荷抵抗器(load resisters)、及び１又は２以上のミキサを有するダウンコンバータを含む。トランスベースのＩＱジェネレータは、局部発振器（ＬＯ）から受け取ったＬＯ信号に基づいて、差動同相局部発振器(differential in-phase local oscillator)（ＬＯＩ）信号と差動直交(differential quadrature)（ＬＯＱ）信号を生成するように構成されている。負荷抵抗器は、トランスベースのＩＱジェネレータの出力に接続されている。負荷抵抗器の各々は，差動ＬＯＩ信号及びＬＯＱ信号の一方を所定のバイアス電圧に結合するように構成されている。ミキサは、ＬＮＡとトランスベースのＩＱジェネレータに接続されて、ＬＮＡにより増幅されたＲＦ信号を受け取って差動ＬＯＩ及びＬＯＱ信号と混合し、増幅されたＲＦ信号をＩＦ信号にダウンコンバートし(down convert)、これを信号処理モジュール又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの信号プロセッサによって処理することができる。

一実施形態によれば、トランスベースのＩＱジェネレータは、ＬＯ信号に基づいてＬＯＩ＋信号を生成するための正のＬＯＩ（ＬＯＩ＋）ポートを含む。トランスベースのＩＱジェネレータは、ＬＯ信号に基づいてＬＯＩ－信号を生成するための負のＬＯＩ（ＬＯＩ－）ポートを更に含む。ＬＯＩ＋信号とＬＯＩ－信号は、差動ＬＯＩ信号を表す。トランスベースのＩＱジェネレータは更に、ＬＯ信号に基づいてＬＯＱ＋信号を生成する正のＬＯＱ（ＬＯＱ＋）ポートと、ＬＯ信号に基づいてＬＯＱ－信号を生成する負のＬＯＱ（ＬＯＱ－）ポートとを含む。ＬＯＱ＋信号及びＬＯＱ－信号は差動ＬＯＱ信号を表す。

一実施形態では、ミキサは、第１のミキサ及び第２のミキサを含む。ダウンコンバータは、第１のミキサに結合されてＲＦ信号をＬＯＩ＋信号と混合して正の同相ＩＦ（ＩＦＩ＋）信号を生成する第１のローパスフィルタと、第２のミキサに結合されてＲＦ信号をＬＯＩ－信号と混合して負の同相ＩＦ（ＩＦＩ－）信号を生成する第２のローパスフィルタと、第１及び第２のローパスフィルタに結合されてＩＦＩ＋及びＩＦＩ－信号を増幅して第１の差動ＩＦ信号を生成する第１のＩＦ増幅器とを含む。

一実施形態では、ミキサは、第３のミキサ及び第４のミキサを更に含む。ダウンコンバータは、第３のミキサに結合され、ＲＦ信号とＬＯＱ＋信号を混合して正の直交ＩＦ（ＩＦＱ＋）信号を生成する第３のローパスフィルタと、第４のミキサに結合され、ＲＦ信号とＬＯＱ－信号を混合して負の直交ＩＦ（ＩＦＱ－）信号を生成する第４のローパスフィルタと、第３及び第４のローパスフィルタに結合され、ＩＦＱ＋及びＩＦＱ－信号を増幅して第２の差動ＩＦ信号を生成する第２のＩＦ増幅器とを更に含む。１つの実施形態では、ダウンコンバータは、第１のＩＦ増幅器及び第２のＩＦ増幅器に結合されて第１及び第２の差動ＩＦ信号に基づいて第３の差動ＩＦ信号を生成する多相フィルタ(poly-phase filter)（ＰＰＦ）と、ＰＰＦに結合されて第３の差動ＩＦ信号を増幅して第４の差動ＩＦ信号を生成する第３のＩＦ増幅器と、を更に含み、第４の差動ＩＦ信号が信号処理モジュールによって処理される。

一実施形態では、負荷抵抗器は、ＬＯＩ＋ポートと所定のバイアス電圧の間に結合された第１の負荷抵抗器、ＬＯＩ－ポートと所定のバイアス電圧の間に結合された第２の負荷抵抗器、ＬＯＱ＋ポートと所定のバイアス電圧の間に結合された第３の負荷抵抗器、及びＬＯＱ－ポートと所定のバイアス電圧の間に結合された第４の負荷抵抗器を含む。負荷抵抗器の各々は，５０～５００Ωの範囲である。差動ＬＯＩ信号及び差動ＬＯＱ信号は，２５～５０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲である。

一実施形態では、ミキサの各々は、第１段増幅器(first stage amplifier)を含み、ここで、第１段増幅器は、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを有する第１の差動トランジスタ（又は金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、略してＭＯＳＦＥＴ）ペアを含み、第１のトランジスタの第１のゲート端子と第２のトランジスタの第２のゲート端子が共に混合される差動ＲＦ入力信号を受け取る差動ＲＦ入力ポートを形成し、ミキサの各々はまた、第１段増幅器に結合された第２段増幅器(second stage amplifier)を含み、ここで第２段増幅器が、第３のゲート端子を備えた第３のトランジスタと第４のゲート端子を備えた第４のトランジスタとを有する第２差動トランジスタ（又はＭＯＳＦＥＴ）ペアと、第５のゲート端子を備えた第５のトランジスタと第６ゲート端子を備えた第６のトランジスタとを有する第３の差動トランジスタペアとを含み、第３のゲート端子は第５のゲート端子に結合され、第４のゲート端子は第６のゲート端子に結合され、第３のゲート端子及び第５のゲート端子は、ミキサを駆動するための差動ＬＯ駆動信号を受け取る差動ＬＯ入力ポートを形成する。

別の実施形態では、第１の差動トランジスタペアの第１のトランジスタの第１のドレイン端子は、第１のインダクタを介して第２の差動トランジスタペアの第３及び第４のトランジスタのソース端子に結合され、第１の差動トランジスタペアの第２のトランジスタの第２のドレイン端子は、第２のインダクタを介して第３の差動トランジスタペアの第５及び第６のトランジスタのソース端子に結合され、ここで第１のインダクタと第２のインダクタは差動インダクタペアを形成している。別の実施形態では，第３のトランジスタのドレイン端子が、第１の出力として第５のトランジスタのドレイン端子に結合され、第４のトランジスタのドレイン端子が、第２の出力として第６のトランジスタのドレイン端子に結合され、第１及び第２の出力が差動出力ポートを形成して差動混合信号を出力する。

別の態様によれば、ＲＦフロントエンド回路(RF frontend circuit)は、アンテナに結合される送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチと、ＲＦ送信機と、ＲＦ受信機とを含み、Ｔ／Ｒスイッチは、特定の時点でＲＦ送信機又はＲＦ受信機をアンテナに結合するように構成されている。ＲＦ受信機は、上述した構成要素の少なくとも一部を含む。更なる態様によれば、モバイルデバイスは、アンテナ、ＲＦ受信機、及び信号プロセッサを含む。ＲＦ受信機は、上述の構成要素の少なくとも幾つかを含む。

図１は、本発明の一実施形態による無線通信装置の一例を示すブロック図である。図１を参照すると、単に無線装置とも呼ばれる無線通信装置１００は、とりわけ、ＲＦフロントエンドモジュール１０１及びベースバンドプロセッサ１０２を含む。無線装置１００は、例えば、携帯電話、ラップトップ、タブレット、ネットワーク家電機器（例えば、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇ又はＩＯＴ家電機器）など、何れかの種類の無線通信装置とすることができる。

ラジオ受信機回路において、ＲＦフロントエンドは、アンテナからミキサ段までの回路の全ての総称である。ＲＦフロントエンドは、より低い周波数（例えば、ＩＦ）に変換される前に、元の到来無線周波数で信号を処理する受信機における全ての構成要素からなる。マイクロ波及び衛星放送の受信機では、ＲＦフロントエンドは、低雑音ブロック（ＬＮＢ）又は低雑音ダウンコンバータ（ＬＮＤ）と呼ばれることが多く、アンテナからの信号をより扱いやすい中間周波数で受信機の他の部分に転送できるように、アンテナ又はその近傍に配置されることが多い。ベースバンドプロセッサは、ネットワークインターフェースにおいて、全ての無線機能（アンテナを必要とする全ての機能）を管理するデバイス（チップ又はチップの一部）である。

一実施形態では、ＲＦフロントエンドモジュール１０１は、１又は２以上のＲＦ送受信機を含み、ＲＦ送受信機の各々は、複数のＲＦアンテナのうちの１つを介して特定の周波数帯（例えば、非重複周波数レンジなどの特定の周波数レンジ）内のＲＦ信号を送受信する。ＲＦフロントエンドＩＣチップ１０１は更に、ＲＦ送受信機に結合されたＩＱジェネレータ及び／又は周波数シンセサイザを含む。ＩＱジェネレータ又は生成回路は、ＬＯ信号を生成してＲＦ送受信機各々に供給し、ＲＦ送受信機が、対応する周波数帯内のＲＦ信号を混合、変調、及び／又は復調できるようにする。ＲＦ送受信機及びＩＱ生成回路は、単一のＲＦフロントエンドＩＣチップ又はパッケージとして単一のＩＣチップ内に統合することができ、これは以下で詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路の一例を示すブロック図である。図２を参照すると、ＲＦフロントエンド１０１は、とりわけ、マルチバンドＲＦ送受信機２１１に結合されたＩＱジェネレータ及び／又は周波数シンセサイザ２００を含む。送受信機２１１は、ＲＦアンテナ２２１を介して、１又は２以上の周波数帯又は広範囲のＲＦ周波数内でＲＦ信号を送受信するように構成されている。一実施形態では、送受信機２１１は、ＩＱジェネレータ及び／又は周波数シンセサイザ２００から１又は２以上のＬＯ信号を受信するように構成されている。ＬＯ信号は、１又は２以上の対応する周波数帯に対して生成される。このＬＯ信号は、対応する周波数帯内のＲＦ信号を送受信するために、送受信機により混合、変調、復調するのに利用される。１つだけの送受信機及びアンテナが示されているが、各周波数帯に１つずつ、複数ペアの送受信機及びアンテナを実装することができる。

図３は、一実施形態によるＲＦ送受信機集積回路（ＩＣ）を示すブロック図である。ＲＦ送受信機３００は、図２のＲＦ送受信機２１１を表すことができる。図３を参照すると、周波数シンセサイザ３００は、上述の周波数シンセサイザ２００を表すことができる。一実施形態では、ＲＦ送受信機３００は、周波数シンセサイザ３００、送信機３０１、及び受信機３０２を含むことができる。周波数シンセサイザ３００は、ＬＯ信号を提供するために、送信機３０１及び受信機３０２に通信可能に結合される。送信機３０１は、幾つかの周波数帯においてＲＦ信号を送信することができる。受信機３０２は、幾つかの周波数帯においてＲＦ信号を受信することができる。

受信機３０２は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３０６、ミキサ（複数可）３０７、及びフィルタ（複数可）３０８を含む。ＬＮＡ３０６は、アンテナ３１０を介して遠隔の送信機からＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号を増幅するものである。増幅されたＲＦ信号は、ＩＱジェネレータ３１７によって提供されるＬＯ信号に基づいて、ミキサ３０７（ダウンコンバートミキサとも呼ばれる）によって復調される。ＩＱジェネレータ３１７は、上述のＩＱジェネレータ２００を表すことができる。一実施形態では、ＩＱジェネレータ３１７は、単一の集積回路として広帯域受信機３０２に統合される。復調された信号は、次に、ローパスフィルタとすることができるフィルタ３０８によって処理される。一実施形態では、送信機３０１及び受信機３０２は、送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ３０９を介してアンテナ３１０を共有する。Ｔ／Ｒスイッチ３０９は、送信機３０１と受信機３０２を切り替えて、特定の時点でアンテナ３１０を送信機３０１又は受信機３０２の何れかに結合するように構成されている。送信機及び受信機のペアが１つ示されているが、複数ペアの送信機及び受信機及び／又はスタンドアロン受信機を実装することができる。一実施形態では、アンテナ３１０を除いて、図示の全ての構成要素は、集積回路（例えば、ＲＦフロントエンドＩＣ）内に実装することができる。

図４は、一実施形態によるＲＦ受信機の一例を示すブロック図である。図４を参照すると、ＲＦ受信機３０２は、とりわけ、ＲＦ信号を受信して増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）３０６、トランスベースのＩＱジェネレータ３１７、１又は２以上の負荷レジスタ（図示せず）、１又は２以上のミキサ３０７、及びダウンコンバータを含む。トランスベースのＩＱジェネレータ３１７は、ＬＯ３１５から受信した局部発振器（ＬＯ）信号に基づいて、差動同相局部発振器（ＬＯＩ）信号及び差動直交（ＬＯＱ）信号を生成するように構成されている。負荷抵抗器は、トランスベースのＩＱジェネレータ３１７の出力に結合されている。負荷抵抗器の各々は、差動ＬＯＩ及びＬＯＱ信号（例えば、この例ではＬＯＩ＋、ＬＯＩ－、ＬＯＱ＋、又はＬＯＱ－信号）の一方を所定のバイアス電圧（図示せず）に結合するように構成されている。ミキサ３０７は、ＬＮＡ３０６及びトランスベースのＩＱジェネレータ３１７に結合され、ＬＮＡ３０６によって増幅されたＲＦ信号を受信し、差動ＬＯＩ及びＬＯＱ信号と混合して、ＲＦ信号をＩＦ信号にダウンコンバートし、この信号は、信号処理モジュール又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの信号プロセッサによって処理することができる。本実施形態では、ダウンコンバータは、ローパスフィルタ３１１のセット、１又は２以上のＩＦ増幅器３１２（例えば、可変利得増幅器）のセット、多相フィルタ３１３、及び別のＩＦ増幅器３１４によって表される。

この例では、ＬＮＡ３０６の出力とトランスベースのＩＱジェネレータ３１７の出力に結合された４つのミキサがある。トランスベースのＩＱジェネレータ３１７の出力は、ＬＯ３１５によって提供される元のＬＯ信号（例えば、ＬＯＩＮ＋及びＬＯＩＮ－）に基づく４つのＬＯ信号（例えば、ＬＯＩ＋、ＬＯＩ－、ＬＯＱ＋、及びＬＯＱ－信号）を含む。ＬＯＩ＋及びＬＯＩ－は、差動同相信号を表し、ＬＯＱ＋及びＬＯＱ－は、差動直交信号を表す。ＬＯＩＮ＋及びＬＯＩＮ－は、トランスベースのＩＱジェネレータ３１７への差動ＬＯ入力信号を表す。ローパスフィルタ３１１は、各ミキサ３０７に１つずつ４つのローパスフィルタを含み、対応するミキサからのＲＦ信号にローパス演算を行って、ＲＦ信号をＩＦ信号に、この例では、ＩＦＩ＋、ＩＦＩ－、ＩＦＱ＋、ＩＦＱ－に変換する。ＩＦＩ＋信号とＩＦＩ－信号のペアは、ＩＦ増幅器３１２Ａの差動入力に供給され、ＩＦＱ＋信号とＩＦＱ－信号のペアはＩＦ増幅器３１２Ｂの差動入力に供給される。ＩＦ増幅器３１２の出力（総称してＩＦ増幅器３１２Ａ、３１２Ｂで表される）は、ＰＰＦ３１３の入力に結合されている。ＰＰＦ３１３の出力には別のＩＦ増幅器３１４が結合されて、ＩＦ信号を更に増幅する。ＩＦ増幅器３１４によって生成され増幅されたＩＦ信号は、信号プロセッサ（例えば、ＤＳＰ又はベースバンドプロセッサ）によって更に下流で処理することができる。

ＰＰＦ３１３は、より高い周波数のノイズをフィルタリングすることができ、４つの同相及び直交信号をＩＦ信号の差動ペア、例えば、ＩＦＩ＋、ＩＦＩ－、ＩＦＱ＋、及びＩＦＱ－信号に再結合することができる。ＰＰＦ３１３は、抵抗－キャパシタキャパシタ－抵抗（ＲＣ＿ＣＲ）のＰＰＦである。ＰＰＦ３１３は、望ましくない信号ノイズ、例えば、ＩＦ周波数の範囲外の高周波ノイズをフィルタ除去することができ、４つの同相及び直交信号、例えば、ＩＦＩ＋、ＩＦＩ－、ＩＦＱ＋、及びＩＦＱ－信号を差動ペアの中間ＩＦ信号に結合することができる。最後に、増幅器３１４は、差動中間ＩＦ信号を更に増幅して、出力としてＩＦ＋及びＩＦ－を生成する。

図５は、一実施形態によるトランスベースのＩＱジェネレータの一例を示す概略図である。図５を参照すると、一実施形態によれば、トランスベースのＩＱネットワークとも呼ばれるトランスベースのＩＱジェネレータ３１７は、ＬＯ３１５から生成されたＬＯ入力信号ＬＯＩＮ＋及びＬＯＩＮ－に基づいて、ＬＯＩ＋信号を生成する正のＬＯＩ（ＬＯＩ＋）ポートと、ＬＯＩ－信号を生成する負のＬＯＩ（ＬＯＩ－）ポートとを含む。ＬＯＩ＋信号及びＬＯＩ－信号は、差動同相信号を表し、正のＬＯＱ（ＬＯＱ＋）ポートがＬＯＱ＋信号を生成し、負のＬＯＱ（ＬＯＱ－）ポートがＬＯＱ－信号を生成する。ＬＯＱ＋信号とＬＯＱ－信号は、差動直交信号を表す。出力信号ＬＯＩ＋、ＬＯＩ－、ＬＯＱ＋、ＬＯＱ－は、それぞれミキサ３０７の入力に供給される。図７にトランスベースのＩＱジェネレータ３１７の例が示されている。

一実施形態によれば、負荷抵抗器（ＲＬ）は、出力ポート（ＬＯＩ＋、ＬＯＩ－、ＬＯＱ＋、ＬＯＱ－）の各々とバイアス電圧Ｖｂｉａｓとの間に結合される。トランスベースのＩＱジェネレータ３１７の出力端子に負荷抵抗器を接続することで、出力インピーダンスを高くすることができ、その結果、ミキサの入力に印加される電圧が高くなる。入力電圧が高くなることで、ミキサの変換利得が高くなる。図６は、５０～５００Ωの負荷抵抗器の電圧利得のシミュレーション結果を示す。

図８は、一実施形態によるミキサ回路を示す概略図である。図８を参照すると、ミキサ３０７は、第１のミキサ８０１及び第２のミキサ８０２を含むＩＱ二重平衡ミキサである。ミキサは、信号の周波数変換又は変調を行うことができる３ポートデバイスである。受信機では、ミキサが、ＬＯ信号を用いてＲＦ信号をダウンコンバート（又は復調）し、ＩＦ信号を生成する。一実施形態では、ミキサ３０７は、２つの（又は二重）平衡ギルバートミキサ８０１及び８０２を含む。二重平衡ミキサ８０１～８０２は、差動ＬＯ信号を用いて差動ＲＦ信号をダウンコンバート（又は復調）し、差動ＩＦ信号を生成する。

例えば、ミキサ８０１は、例えばＬＮＡ３０６から受信した差動ＲＦ信号を表す、正のＲＦ入力信号ＲＦ＋及び負のＲＦ入力信号ＲＦ－を受信する。入力ＲＦ信号ＲＦ＋及びＲＦ－は、差動同相ＬＯ信号（例えば、ＬＯＩ＋及びＬＯＩ－信号）と混合され、ＩＦＩ＋及びＩＦＩ－信号を生成する。ＬＯＩ＋信号及びＬＯＩ－信号は、図４のＩＱジェネレータ３１７のようなｍｍ波広帯域ＩＱ生成回路により生成される。同様に、ミキサ８０２は、ＲＦ＋及びＲＦ－信号を受信し、図４のＩＱジェネレータ３１７などのｍｍ波広帯域ＩＱ生成回路によって生成された差動直交ＬＯ信号（例えば、ＬＯＱ＋及びＬＯＱ－信号）と混合して、ＩＦＱ＋及びＩＦＱ－信号を生成する。幾つかの実施形態では、ミキサ８０１～８０２の各々は、１又は２以上の差動増幅器段を含むことができる。

図８を参照すると、２段差動増幅器の場合、増幅器は、第１段としてのソース接地差動増幅器と、第２段としてのゲート結合差動増幅器とを含むことができる。ミキサ８０１～８０２のソース接地差動増幅器段は各々、差動信号ＲＦ＋及びＲＦ－を受信することができる。ミキサ８０１のゲート結合型差動増幅器段は、差動同相信号ＬＯＩ＋及びＬＯＩ－を受信する。ミキサ８０２のゲート結合型差動増幅段には、差動直交信号ＬＯＱ＋及びＬＯＱ－が入力される。ＲＦ信号は、ＬＯ信号によってダウンコンバートされ、ＩＦ信号が生成される。第２段は、ミキサ８０１－８０２への高周波ノイズ注入を最小化するために、１次のローパスフィルタを含むことができる。一実施形態では、ローパスフィルタは、キャパシタと並列の負荷抵抗器を有するパッシブローパスフィルタを含む。一実施形態では、第１段の差動増幅器は、差動インダクタを介して第２段の差動増幅器に結合されている。一実施形態では、ミキサ８０１－８０２は、単一のモノリシック集積回路上の図４のｍｍ波ＩＱ生成回路３１７のようなｍｍ波ＩＱ生成回路と共同設計されている。一実施形態では、差動インダクタのペアを使用して、２つの差動増幅器段間の電流利得を得ることができる。４つのインダクタは、より良い性能のために含められ、例えば、２つの差動インダクタのペアは、ダブルＩＱミキサの各々に使用される。しかしながら、４個のインダクタはラージフットを含む。

図９は、性能を更に向上させるために、インピーダンス整合ネットワークを用いたＴ／Ｒスイッチ３０９及びＬＮＡ３０６の共設計を示す概略図である。ＬＮＡ３０６は、広帯域フロントエンドとしての役割を果たすために、２段において異なる共振負荷で設計されている。Ｔ／Ｒスイッチ３０９及びオフ状態ＰＡによる寄生キャパシタの負荷影響を軽減するために、ＴＸ／ＲＸ入力に個別のシャント・インダクタが適用される。ＲＸ入力シャント・インダクタＬＲＸは、第１段ＬＮＡのＬｇ、Ｌｓ、Ｃｇｓと更に共設計されており、広帯域入力整合のための高次ネットワークを生成する。

前述の明細書において、本発明の実施形態について、その特定の例示的な実施形態を参照して説明してきた。添付の特許請求の範囲に記載されている本発明の広範な精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができることは明らかであろう。従って、本明細書及び図面は、限定の意味ではなく、例示的な意味とみなされるべきである。

３０２ ＲＦ受信機
３０６ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
３０７ ミキサ
３０８ フィルタ
３０９ Ｔ／Ｒスイッチ
３１１ ローパスフィルタ
３１２Ａ，３１２Ｂ ＩＦ増幅器
３１３ 多相フィルタ
３１４ ＩＦ増幅器
３１５ 局部発振器
３１７ トランスベースのＩＱジェネレータ

Claims (14)

1. 無線周波数（ＲＦ）受信機回路であって、
   ＲＦ信号を受け取って増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）と、
   局部発振器から受け取った局部発振器（ＬＯ）信号に基づいて、差動同相局部発振器（ＬＯＩ）信号及び差動直交局部発信器（ＬＯＱ）信号を生成するトランスベースの同相直交（ＩＱ）ジェネレータと、
   前記トランスベースのＩＱジェネレータの出力に結合された複数の負荷抵抗器であって、前記複数の負荷抵抗器の各々が前記差動ＬＯＩ及び前記差動ＬＯＱ信号のうちの１つを所定のバイアス電圧に結合する、複数の負荷抵抗器と、
   前記ＬＮＡ及び前記トランスベースのＩＱジェネレータに結合された１又は２以上のミキサを有し、前記増幅されたＲＦ信号を受け取って前記差動ＬＯＩ及び前記差動ＬＯＱ信号と混合して、前記増幅されたＲＦ信号を中間周波数（ＩＦ）信号にダウンコンバートするダウンコンバータであって、前記ＩＦ信号は信号処理モジュールによって処理される、ダウンコンバータと、
   を含む、無線周波数（ＲＦ）受信機回路。
2. 前記トランスベースのＩＱジェネレータは、
   前記ＬＯ信号に基づいてＬＯＩ＋信号を生成する正のＬＯＩ（ＬＯＩ＋）ポートと、
   前記ＬＯ信号に基づいてＬＯＩ－信号を生成する負のＬＯＩ（ＬＯＩ－）ポートであって、前記ＬＯＩ＋及びＬＯＩ－信号は前記差動ＬＯＩ信号を表す、負のＬＯＩ（ＬＯＩ－）ポートと、
   前記ＬＯ信号に基づいてＬＯＱ＋信号を生成する正のＬＯＱ（ＬＯＱ＋）ポートと、
   前記ＬＯ信号に基づいてＬＯＱ－信号を生成する負のＬＯＱ（ＬＯＱ－）ポートであって、前記ＬＯＱ＋及びＬＯＱ－信号は前記差動ＬＯＱ信号を表す、負のＬＯＱ（ＬＯＱ－）ポートと、
   を含む、請求項１に記載のＲＦ受信機回路。
3. 前記１又は２以上のミキサは、第１のミキサ及び第２のミキサを含み、
   前記ダウンコンバータは更に、
   前記第１のミキサに結合され、前記ＲＦ信号をＬＯＩ＋信号と混合して正の同相ＩＦ（ＩＦＩ＋）信号を生成する第１のローパスフィルタと、
   前記第２のミキサに結合され、前記ＲＦ信号をＬＯＩ－信号と混合して負の同相ＩＦ（ＩＦＩ－）信号を生成する第２ローパスフィルタと、
   前記第１及び第２のローパスフィルタに結合され、前記ＩＦＩ＋及びＩＦＩ－信号を増幅して第１の差動ＩＦ信号を生成する第１のＩＦ増幅器と、
   を含む、請求項２に記載のＲＦ受信機回路。
4. 前記１又は２以上のミキサは、第３のミキサ及び第４のミキサを更に含み、
   前記ダウンコンバータは更に、
   前記第３のミキサに結合され、前記ＲＦ信号をＬＯＱ＋信号と混合して正の直交ＩＦ（ＩＦＱ＋）信号を生成する第３のローパスフィルタと、
   前記第４のミキサに結合され、前記ＲＦ信号をＬＯＱ－信号と混合して負の直交ＩＦ（ＩＦＱ－）信号を生成する第４のローパスフィルタと、
   前記第３及び第４のローパスフィルタに結合され、前記ＩＦＱ＋及びＩＦＱ－信号を増幅して第２の差動ＩＦ信号を生成する第２のＩＦ増幅器と、
   を含む、請求項３に記載のＲＦ受信機回路。
5. 前記ダウンコンバータは更に、
   前記第１のＩＦ増幅器及び前記第２のＩＦ増幅器に結合され、前記第１及び第２の差動ＩＦ信号に基づいて第３の差動ＩＦ信号を生成する多相フィルタ（ＰＰＦ）と、
   前記ＰＰＦに結合され、前記第３の差動ＩＦ信号を増幅して第４の差動ＩＦ信号を生成する第３のＩＦ増幅器であって、前記第４の差動ＩＦ信号は前記信号処理モジュールによって処理される、第３のＩＦ増幅器と、
   を含む、請求項４に記載のＲＦ受信機回路。
6. 前記複数の負荷抵抗器は、
   前記ＬＯＩ＋ポートと所定のバイアス電圧の間に結合された第１の負荷抵抗器と、
   前記ＬＯＩ－ポートと所定のバイアス電圧の間に結合された第２の負荷抵抗器と、
   前記ＬＯＱ＋ポートと所定のバイアス電圧の間に結合された第３の負荷抵抗器と、
   前記ＬＯＱ－ポートと所定のバイアス電圧の間に結合された第４の負荷抵抗器と、
   を含む、請求項２に記載のＲＦ受信機回路。
7. 前記複数の負荷抵抗器の各々は、５０～５００Ωの範囲である、請求項１に記載のＲＦ受信機回路。
8. 前記差動ＬＯＩ及び前記差動ＬＯＱ信号は、２５～５０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲である、請求項１に記載のＲＦ受信機回路。
9. 前記１又は２以上のミキサの各々は、
   第１の及び第２のトランジスタを有する第１の差動トランジスタペアを有する第１段増幅器であって、前記第１のトランジスタの第１のゲート端子と前記第２のトランジスタの第２のゲート端子とが共に、混合される差動ＲＦ入力信号を受け取る差動ＲＦ入力ポートを形成する、第１段増幅器と、
   第３のゲート端子を備えた第３のトランジスタ及び第４のゲート端子を備えた第４のトランジスタを有する第２の差動トランジスタペアと、第５のゲート端子を備えた第５のトランジスタ及び第６のゲート端子を備えた第６のトランジスタを有する第３の差動トランジスタペアと、を有する第２段増幅器と、
   を含み、
   前記第３のゲート端子は前記第５のゲート端子に結合され、前記第４のゲート端子は前記第６のゲート端子に結合され、前記第３のゲート端子及び前記第５のゲート端子は、差動ＬＯ入力ポートを形成して、前記ミキサを駆動する差動ＬＯ駆動信号を受け取る、
   請求項１に記載のＲＦ受信機回路。
10. 前記第１の差動トランジスタペアの前記第１のトランジスタの第１のドレイン端子は、第１のインダクタを介して前記第２の差動トランジスタペアの前記第３の及び前記第４のトランジスタのソース端子に結合され、前記第１の差動トランジスタペアの前記第２のトランジスタの第２のドレイン端子は、第２のインダクタを介して前記第３の差動トランジスタペアの前記第５の及び前記第６のトランジスタのソース端子に結合されている、請求項９に記載のＲＦ受信機回路。
11. 前記第１のインダクタと前記第２のインダクタは、差動インダクタペアを形成する、請求項１０に記載のＲＦ受信機回路。
12. 前記第３のトランジスタのドレイン端子は、第１の出力として前記第５のトランジスタのドレイン端子に結合され、前記第４のトランジスタのドレイン端子は、第２の出力として前記第６のトランジスタのドレイン端子に結合され、前記第１の及び前記第２の出力は、差動出力ポートを形成して差動混合信号を出力する、請求項９に記載のＲＦ受信機回路。
13. 無線周波数（ＲＦ）フロントエンド回路であって、
    アンテナに結合される送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチと、
    前記Ｔ／Ｒスイッチに結合され、前記アンテナを介してＲＦ信号を送信するＲＦ送信機と、
    請求項１から１２のいずれかに記載されるＲＦ受信機回路であって、前記ＲＦ受信機回路は、前記Ｔ／Ｒスイッチに結合されて前記アンテナを介してＲＦ信号を受信し、前記Ｔ／Ｒスイッチは、特定の時点で前記ＲＦ送信機又は前記ＲＦ受信機回路を前記アンテナに結合する、ＲＦ受信機回路と、
    を含む、無線周波数（ＲＦ）フロントエンド回路。
14. モバイルデバイスであって、
    アンテナと、
    無線周波数（ＲＦ）フロントエンド回路と、
    を含み、前記無線周波数（ＲＦ）フロントエンド回路は、
    前記アンテナに結合される送受信（Ｔ／Ｒ）スイッチと、
    前記Ｔ／Ｒスイッチに結合され、前記アンテナを介してＲＦ信号を送信するＲＦ送信機と、
    請求項１から１２のいずれかに記載されるＲＦ受信機回路であって、前記ＲＦ受信機回路は、前記Ｔ／Ｒスイッチに結合されて前記アンテナを介してＲＦ信号を受信し、前記Ｔ／Ｒスイッチは、特定の時点で前記ＲＦ送信機又は前記ＲＦ受信機回路を前記アンテナに結合する、ＲＦ受信機回路と、を含み、
    前記モバイルデバイスは、前記ＩＦ信号を処理する信号プロセッサを含む、
    モバイルデバイス。

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