JPH04273703A - 周波数逓倍・ミキサ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、周波数逓倍動作とミキ
シング動作とを１つの回路で行える周波数逓倍・ミキサ
回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、周波数逓倍動作とミキシ
ング動作とを同時に必要とする回路を構成する場合、従
来では、例えば図４に示すように、互いに独立した周波
数逓倍回路４１とミキサ回路４２を用い、両者間をフィ
ルタ４３で接続するようにしている。

【０００３】そのため、従来では、広帯域化が困難であ
る。また、両回路を半導体集積回路内に集積する場合、
フィルタを外付けするための端子が必要となるので、半
導体集積回路の端子数が増えるという問題がある。

【０００４】そこで、本出願人は、図３に示す如き回路
を開発し先に出願した（未公開）。この回路は、周波数
逓倍動作とミキシング動作とを１つの回路で行える周波
数逓倍・ミキサ回路であって、フィルタを不要にして広
帯域化を可能とし、半導体集積回路化に好適な構成にし
たものである。

【０００５】図３において、１と２は被逓倍信号たるロ
ーカル信号（電圧ＶＬＯ）が印加される（第１の）入力
端子対である。３と４はミキシング信号（電圧ＶＩＮ）
が印加される（第２の）入力端子対である。トランジス
タ（Ｑ１、Ｑ２）、同（Ｑ３、Ｑ４）はそれぞれエミッ
タ同士が共通接続される差動対トランジスタであり、第
１の差動増幅器を構成する。即ち、トランジスタＱ２と
同Ｑ４のエミッタサイズを１とすると、対応するトラン
ジスタＱ１と同Ｑ３のエミッタサイズはｋ（ｋ＞１）倍
となっている。

【０００６】そして、この２組の差動対トランジスタの
相互間において、エミッタサイズの等しいトランジスタ
（Ｑ１とＱ３、Ｑ２とＱ４）のコレクタ同士が共通接続
され、エミッタサイズの等しくないトランジスタ（Ｑ１
とＱ４）のベース同士が入力端子対（１、２）の一方の
入力端子１に共通接続され、エミッタサイズの等しくな
いトランジスタ（Ｑ２とＱ３）のベース同士が入力端子
対（１、２）の他方の入力端子２に共通接続され、各差
動対トランジスタのエミッタはそれぞれ定電流源Ｉ０　
に接続される。

【０００７】次に、トランジスタ（Ｑ１１とＱ１２）は
第２の差動増幅器を構成する差動対トランジスタであり
、トランジスタＱ１１のベースは入力端子対（３、４）
の一方の入力端子３に接続され、トランジスタＱ１２の
ベースが入力端子対（３、４）の他方の入力端子４に接
続される。そして、トランジスタ（Ｑ５とＱ６）、同（
Ｑ７とＱ８）及び同（Ｑ９とＱ１０）はそれぞれカレン
トミラー回路を構成し両差動増幅器を直結する。ＶＣＣ
は電源電圧、ＲＬ　は負荷抵抗である。５は出力端子で
あり、ここからミキサ出力（電圧Ｖ０　）が取り出され
る。

【０００８】以下、この回路の動作原理を説明する。第
１の差動増幅器では、エミッタサイズがｋであるトラン
ジスタの電流増幅率をαＦ　とする。また、ＶＴ　＝ｋ
Ｔ／ｑ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、ｑ：単位
電子電荷）とすると、各トランジスタのコレクタ電流（
ＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３，ＩＣ４）は、次の数式１〜同
４のようになる。

【０００９】

【数１】

【００１０】

【数２】

【００１１】

【数３】

【００１２】

【数４】

【００１３】そして、ＩＣ１とＩＣ３の和をＩｐ　，Ｉ
Ｃ２とＩＣ４の和をＩｑ　とすると、これらは次の数式
５、同６のように表せる。

【００１４】

【数５】

【００１５】

【数６】

【００１６】従って、Ｉｐ　とＩｑ　の差ΔＩ（即ち、
第１の差動増幅器の出力電流）は、次の数式７のように
なる。

【００１７】

【数７】

【００１８】ここで、数式７において、ｋは定数である
から、差ΔＩはＶＬＯに対して偶関数となっている。ま
た、ｅｘｐ（±ｘ）は、次の数式８で表せる。

【００１９】

【数８】

【００２０】この数式８を数式７に適用すると、差ΔＩ
は、次の数式９のようになる。

【００２１】

【数９】

【００２２】そして、ｋ＞１であるから、ＶＬＯ《ＶＴ
　であれば次の数式１０が成り立つ。

【００２３】

【数１０】

【００２４】従って、差ΔＩは、次の数式１１のように
近似できる。

【００２５】

【数１１】

【００２６】即ち、差ΔＩは入力信号の電圧ＶＬＯの２
乗のみの式で１次近似できる。従って、入力信号周波数
ｆＬＯに対して差ΔＩに含まれる周波数成分は、直流成
分を除くと、２ｆＬＯの周波数成分が殆どであることが
分かる。つまり、この第１の差動増幅器は周波数逓倍回
路になっているのである。

【００２７】そして、無信号時（ＶＬＯ＝０）の差ΔＩ
は直流となり数式７から次の数式１２として求まる。

【００２８】

【数１２】

【００２９】この値は数式１１の近似式でＶＬＯ＝０と
おいた値である。即ち、差ΔＩには、直流成分（数式１
２）に交流成分（２ｆＬＯの周波数成分）が畳重されて
いるのである。なお、数式１０によって直流成分は交流
成分の振幅値よりも大きいことが分かる。

【００３０】この差ΔＩは、２つのカレントミラー回路
（トランジスタ（Ｑ５，Ｑ６）と同（Ｑ７，Ｑ８）の回
路）で形成され、この差ΔＩにほぼ等しい電流がトラン
ジスタＱ８のコレクタ電流となり、３つ目のカレントミ
ラー回路（トランジスタ（Ｑ９，Ｑ１０）の回路）の制
御電流となる。この３つ目のカレントミラー回路は第２
の差動増幅器の駆動電流源となっているので、トランジ
スタＱ１１，同Ｑ１２のコレクタ電流をＩＣ１１　，Ｉ
Ｃ１２　とすると、両者の差、即ちこの第２の差動増幅
器の出力電流ＩＯＵＴ　は次の数式１３のようになる。

【００３１】

【数１３】

【００３２】ここで、ｔａｎｈｘは、│ｘ│《１のとき
には、次の数式１４のように級数展開できる。

【００３３】

【数１４】

【００３４】従って、│ＶＩＮ│《２ＶＴ　のときには
、出力電流ＩＯＵＴ　は、次の数式１５のように近似で
きる。

【００３５】

【数１５】

【００３６】即ち、数式１５から（ＶＬＯ）２　とＶＩ
Ｎの積（ＶＬＯ）２　・ＶＩＮが得られる。これにより
、出力電流ＩＯＵＴ　に含まれる周波数成分は、２ｆＬ
Ｏ＋ｆＩＮ又はｆＩＮ−２ｆＬＯであることが分かる。 出力端子５には、入力信号（ＶＬＯ）の２逓倍周波と入
力信号（ＶＩＮ）がミキシングされて出力される。この
第２の差動増幅器はミキサ回路となっているのである。

【００３７】以上のように、図３に示す回路は、入力信
号（ＶＬＯ）の周波数逓倍動作とその周波数逓倍した信
号に入力信号（ＶＩＮ）をミキシングする動作とを１つ
の回路でなし得る。そして、周波数逓倍回路とミキサ回
路とをカレントミラー回路で直結したので、外付けのフ
ィルタは不要で、しかも、ミキサ回路のバイアス回路を
省略でき、広帯域化が可能であるだけでなく、半導体集
積回路化に好適な構成となっている。

【００３８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図３に示す回
路には、次のような問題がある。即ち、数式１５から理
解できるように、周波数逓倍回路の出力電流（ΔＩ）に
は直流成分が多いので、ミキサ回路の出力電流（ＩＯＵ
Ｔ　）にはｆＩＮの周波数成分の割合が多くなってしま
っている。従って、ミキサ回路の変換利得は高くならず
、しかも、周波数逓倍回路の駆動電流（Ｉ０　）を増や
し周波数逓倍回路とミキサ回路の回路電流を同時に増加
しても、ミキサ回路の変換利得は変わらないという問題
がある。

【００３９】本発明は、本出願人に係る周波数逓倍・ミ
キサ回路において、ミキサ回路の変換利得を高くできる
周波数逓倍・ミキサ回路を提供することにある。

【００４０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の周波数逓倍・ミキサ回路は次の如き構成を
有する。即ち、本発明の周波数逓倍・ミキサ回路は、被
逓倍信号が印加される第１の入力端子対と；　　ミキシ
ング信号が印加される第２の入力端子対と；　　共通接
続されるエミッタ同士のエミッタサイズ比がｋ：１（ｋ
＞１）である差動対トランジスタの２組で構成される増
幅器であって、その２組の差動対トランジスタの相互間
において、エミッタサイズが等しいトランジスタのコレ
クタ同士が共通接続され、エミッタサイズが等しくない
トランジスタのベース同士の一方のベース同士が前記第
１の入力端子対の一方の入力端子に共通接続され、その
他方のベース同士が前記第１の入力端子対の他方の入力
端子に共通接続され、且つ、それぞれの差動対トランジ
スタのエミッタ同士が定電流源に接続される第１の差動
増幅器と；　　一方のベースが前記第２の入力端子対の
一方の入力端子に接続され、その他方のベースが前記第
２の入力端子対の他方の入力端子に接続される差動対ト
ランジスタを備える第２の差動増幅器と；　　前記第１
の差動増幅器の各出力電流から差電流を形成しその差電
流に基づき前記第２の差動増幅器を駆動するカレントミ
ラー回路と；　　で構成される周波数逓倍・ミキサ回路
において；　　前記カレントミラー回路が形成した差電
流から一定値直流電流を減じた電流で前記第２の差動増
幅器が動作するようにカレントミラー回路を制御する制
御回路；　　又は、前記カレントミラー回路が形成する
差電流が予め一定値直流電流を減じた電流となるように
前記第１の差動増幅器の一方の出力電流に対して操作を
行う制御回路；のいずれかを設けたことを特徴とし、さ
らに、前記第１の差動増幅器を構成する２組の差動対ト
ランジスタそれぞれに、抵抗比がエミッタサイズに反比
例するエミッタ抵抗を挿入してある；　　ことを特徴と
するものである。

【００４１】

【作用】次に、前記の如く構成される本発明の周波数逓
倍・ミキサ回路の作用を説明する。本発明では、カレン
トミラー回路が形成した差電流から一定値直流電流を減
じた電流で第２の差動増幅器が動作するようにカレント
ミラー回路を制御する、あるいは、カレントミラー回路
が形成する差電流が予め一定値直流電流を減じた電流と
なるように第１の差動増幅器の一方の出力電流に対して
操作を行う。要するに、周波数逓倍回路たる第１の差動
増幅器の各出力電流の差電流から一定値直流電流を減じ
これによりミキサ回路たる第２の差動増幅器を動作させ
るのである。

【００４２】その結果、第２の差動増幅器の駆動電流に
は、歪率の非常に良好な２逓倍の周波数成分が支配的と
なり、ミキサ回路の変換利得を高くすることができる。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例に係る周波数逓倍・ミ
キサ回路を示す。この第１実施例回路では、第２の差動
増幅器の駆動源である３つ目のカレントミラー回路（ト
ランジスタＱ９と同Ｑ１０からなる回路）のトランジス
タＱ９に、トランジスタＱ０を並列接続し、そのベース
に一定電圧源Ｅ０　を接続してある。

【００４４】図１において、トランジスタＱ０のコレク
タ電流ＩＣＯを、０＜ｌ＜１である任意の定数ｌを定め
て次の数式１６のように選ぶ。

【００４５】

【数１６】

【００４６】すると、ミキサ回路たる第２の差動増幅器
の駆動電流ΔＩ′は前記差電流ΔＩ（数式１１）からコ
レクタ電流ＩＣＯを差し引いたものであり、次の数式１
７となる。

【００４７】

【数１７】

【００４８】そして、駆動電流ΔＩ′の直流成分は、Ｖ
ＬＯ＝０とおいて、次の数式１８となる。

【００４９】

【数１８】

【００５０】今、コレクタ電流ＩＣＯを次の数式１９の
ように選ぶ。

【００５１】

【数１９】

【００５２】このとき、ミキサ回路の出力電流ＩＯＵＴ
　′は、前記数式１３、同１５から求まり、次の数式２
０となる。

【００５３】

【数２０】

【００５４】従って、ミキサ回路の変換利得が最大とな
るのは、数式１９において等号が成り立つときであるの
で、本回路での変換利得の増加分は、次の数式２１のよ
うにして求まる。

【００５５】

【数２１】

【００５６】例えばＶＬＯ＝ＶＴ　、ｋ＝３、ｌ＝０．
５とすれば、１／（ＩＯＵＴ　／ＩＯＵＴ　′）＝２．
６となり、変換利得は８．３ｄＢ高くできる。

【００５７】次に、図２は、本発明の他の実施例に係る
周波数逓倍・ミキサ回路を示す。本第２実施例回路では
、周波数逓倍回路たる第１の差動増幅器の一方の出力電
流（前記Ｉｑ　）に一定値直流電流を加算するようにト
ランジスタＱ０′を設け、カレントミラー回路が形成す
る差電流が予め一定値直流電流を減じたものとなるよう
にし、第１実施例回路で説明した駆動電流ΔＩ′を同様
に形成するようにしてある。従って、第１実施例回路と
同様に動作する。

【００５８】なお、図２に示すようにトランジスタＱ１
とＱ３のエミッタに値（ＲＥ　／ｋ）のエミッタ抵抗を
挿入し、トランジスタＱ２とＱ４のエミッタに値Ｒのエ
ミッタ抵抗を挿入すれば、入力信号（ＶＬＯ）の振幅レ
ベルを上げることができるので、エミッタ抵抗を適宜選
定することで、任意の振幅レベルで使用できる。

【００５９】上記２つの実施例回路では、３つのカレン
トミラー回路で両差動増幅器を直接接続したが、例えば
１つのカレントミラー回路で同様のことが行える。また
、トランジスタの形式は任意である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の周波数逓
倍・ミキサ回路によれば、本出願人に係る周波数逓倍・
ミキサ回路において、周波数逓倍回路（第１の差動増幅
器）の出力電流の差電流から一定値直流電流を減ずるよ
うにしたので、ミキサ回路（第２の差動増幅器）の駆動
電流では歪率の非常に良好な２逓倍の周波数成分を支配
的にすることができ、ミキサ回路の変換利得を高くする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る周波数逓倍・ミキサ回
路の回路図である。

【図２】本発明の他の実施例に係る周波数逓倍・ミキサ
回路の回路図である。

【図３】本出願人の開発に係る周波数逓倍・ミキサ回路
の回路図である。

【図４】周波数逓倍動作とミキシング動作とを同時に必
要とする場合の従来の構成例である。

【符号の説明】

１　　入力端子 ２　　入力端子 ３　　入力端子 ４　　入力端子 ５　　出力端子 Ｑ０　　トランジスタ Ｑ０′　　トランジスタ Ｑ１〜Ｑ１５　　トランジスタ Ｉ０　　　定電流源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被逓倍信号が印加される第１の入力端
   子対と；　　ミキシング信号が印加される第２の入力端
   子対と；　　共通接続されるエミッタ同士のエミッタサ
   イズ比がｋ：１（ｋ＞１）である差動対トランジスタの
   ２組で構成される増幅器であって、その２組の差動対ト
   ランジスタの相互間において、エミッタサイズが等しい
   トランジスタのコレクタ同士が共通接続され、エミッタ
   サイズが等しくないトランジスタのベース同士の一方の
   ベース同士が前記第１の入力端子対の一方の入力端子に
   共通接続され、その他方のベース同士が前記第１の入力
   端子対の他方の入力端子に共通接続され、且つ、それぞ
   れの差動対トランジスタのエミッタ同士が定電流源に接
   続される第１の差動増幅器と；　　一方のベースが前記
   第２の入力端子対の一方の入力端子に接続され、その他
   方のベースが前記第２の入力端子対の他方の入力端子に
   接続される差動対トランジスタを備える第２の差動増幅
   器と；　　前記第１の差動増幅器の各出力電流から差電
   流を形成しその差電流に基づき前記第２の差動増幅器を
   駆動するカレントミラー回路と；　　で構成される周波
   数逓倍・ミキサ回路において；　　前記カレントミラー
   回路が形成した差電流から一定値直流電流を減じた電流
   で前記第２の差動増幅器が動作するようにカレントミラ
   ー回路を制御する制御回路；　　を設けたことを特徴と
   する周波数逓倍・ミキサ回路。
2. 【請求項２】　　被逓倍信号が印加される第１の入力端
   子対と；　　ミキシング信号が印加される第２の入力端
   子対と；　　共通接続されるエミッタ同士のエミッタサ
   イズ比がｋ：１（ｋ＞１）である差動対トランジスタの
   ２組で構成される増幅器であって、その２組の差動対ト
   ランジスタの相互間において、エミッタサイズが等しい
   トランジスタのコレクタ同士が共通接続され、エミッタ
   サイズが等しくないトランジスタのベース同士の一方の
   ベース同士が前記第１の入力端子対の一方の入力端子に
   共通接続され、その他方のベース同士が前記第１の入力
   端子対の他方の入力端子に共通接続され、且つ、それぞ
   れの差動対トランジスタのエミッタ同士が定電流源に接
   続される第１の差動増幅器と；　　一方のベースが前記
   第２の入力端子対の一方の入力端子に接続され、その他
   方のベースが前記第２の入力端子対の他方の入力端子に
   接続される差動対トランジスタを備える第２の差動増幅
   器と；　　前記第１の差動増幅器の各出力電流から差電
   流を形成しその差電流に基づき前記第２の差動増幅器を
   駆動するカレントミラー回路と；　　で構成される周波
   数逓倍・ミキサ回路において；　　前記カレントミラー
   回路が形成する差電流が予め一定値直流電流を減じた電
   流となるように前記第１の差動増幅器の一方の出力電流
   に対して操作を行う制御回路；　　を設けたことを特徴
   とする周波数逓倍・ミキサ回路。
3. 【請求項３】　　請求項１又は請求項２に記載の周波数
   逓倍・ミキサ回路において；　　前記第１の差動増幅器
   を構成する２組の差動対トランジスタそれぞれに、抵抗
   比がエミッタサイズに反比例するエミッタ抵抗を挿入し
   てある；　　ことを特徴とする周波数逓倍・ミキサ回路
   。