JPH10112613A - 集積イメージ阻止ミキサ - Google Patents

集積イメージ阻止ミキサ

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JPH10112613A
JPH10112613A JP9269390A JP26939097A JPH10112613A JP H10112613 A JPH10112613 A JP H10112613A JP 9269390 A JP9269390 A JP 9269390A JP 26939097 A JP26939097 A JP 26939097A JP H10112613 A JPH10112613 A JP H10112613A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 偽イメージ応答を阻止しながらIC上に集積す
ることのできる周波数変換ミキサを提供する。 【解決手段】 集積イメージ阻止ミキサ１５０は、高度
に整合された局部発振器（LO）経路および中間周波数
（IF）経路抵抗キャパシタ（RC）位相シフト網１３１，
１３８を用いて精密な直角位相成分を生成する。局部発
振器１２７からのLO信号は一定の振幅を有するので、位
相検出器１３６帰還ループは、LO経路位相シフト網１３
１からの直角位相LO信号１２２，１２４間に正確に９０
度の位相差を容易に維持する。２つの位相シフト網が整
合するので、位相検出器１３６からの帰還制御信号１３
７を用いて、IF信号の振幅が動的に変動しても、IF経路
位相シフト網１３８からの直角位相IF信号１２３，１２
８間に正確に９０度の位相差を維持することもできる。
かくして、このイメージ阻止ミキサは、集積回路に容易
に集積することのできる構成部品のみを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に送信機または受
信機内で用いるミキサに関し、さらに詳しくは、集積回
路上に実装される周波数変換ミキサに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の無線受信機は、所望の周波数から中間周波数に信号を
周波数変換するミキサを実装する。中間周波数とは、着
信搬送周波数と局部発振器周波数との差である。しか
し、ミキサが２つの周波数、すなわち所望の周波数とそ
のイメージ周波数とを中間周波数に変換するという事実
のために、これらの受信機は望ましくない偽応答を減衰
しなければならない。一般に、中間周波数の同調濾波お
よび慎重な選択を用いて、この望ましくない応答を削減
する。
【０００３】偽イメージ応答を削減するための代替の方
法は、イメージ阻止ミキサを用いる。イメージ阻止ミキ
サ周波数変換器は、通常、各々が所望の信号成分とイメ
ージ信号成分とを有する２つの信号を生成する。２つの
所望信号成分は同相であり、２つのイメージ信号成分は
１８０度位相がずれている。２つの信号を合計すると、
所望の信号成分が加算され、イメージ信号成分が打ち消
される。これらの位相シフトされたイメージ信号の生成
は、平衡不平衡変換器（バラン），同調回路，ハイブリ
ッド・カプラまたは表面弾性波（SAW ）技術で実現され
るのが普通であり、これらを、高価なトリム工程を用い
ずに容易に１つの集積回路（IC）上に実装することはで
きない。
【０００４】IC上にイメージ阻止ミキサを集積すること
ができないので、受信機内の部品点数が増え、受信機の
寸法が大きくなり、その製造コストが上がり、装置に用
いられるプリント回路板の全体の設計に制約が加えられ
る。かくして、偽イメージ応答を阻止しながらIC上に集
積することのできる周波数変換ミキサが必要である。
【０００５】
【実施例】集積イメージ阻止ミキサは、整合された、局
部発振器（LO: local oscillator）経路および中間周波
数（IF: intermediate frequency）経路抵抗キャパシタ
（RC: resistor-capacitor）位相シフト網を用いて精密
な直角位相成分を生成する。局部発振器からのLO信号は
一定の振幅を有するので、位相検出器帰還ループは、LO
経路位相シフト網内で正確に９０度の位相差を容易に維
持する。２つの位相シフト網は密接して整合されるの
で、位相検出器からの帰還制御信号も用いて、IF信号の
振幅が動的に可変しても正確に９０度の位相差を維持す
ることができる。このイメージ阻止ミキサは、ICに容易
に集積できる構成部品のみを用いて集積イメージ阻止ミ
キサを作成し、それにより高価なトリム工程を回避す
る。
【０００６】図１は、本発明の好適な実施例による通信
装置の受信機内に実装される集積イメージ阻止ミキサの
ブロック図を示す。この図に示される通信装置１００は
無線電話を表すが、無線機またはテレビジョンなど他の
通信装置がその受信機内にこの集積イメージ阻止ミキサ
１５０を用いてもよい。無線周波数（RF）信号がアンテ
ナ１１０から得られ、RF段１１３を介して処理される。
RF段１１３は、被受信RF信号を第１IF信号に変換する。
第１IF信号は、集積能動二重平衡同相（I ）ミキサ１２
０および直角位相（Q ）ミキサ１２５に接続される。
【０００７】集積イメージ阻止ミキサ１５０内のLOおよ
びIF経路位相シフト網１３１，１３８の構造は、入力信
号より３dB低く、±４５度シフトされた振幅をもつ出力
を生成する。その結果、集積イメージ阻止ミキサ１５０
の有効雑音指数は、３dB超低下される。充分な利得をも
つ低ノイズ増幅器１１４を加えて雑音指数を超えるよう
にし、増幅されたIF信号１１５を生成すると、システム
の有効雑音指数が下がる。低ノイズ増幅器１１４は任意
であるが、高性能受信機に関しては好ましいことに留意
されたい。
【０００８】同相ミキサ１２０は、着信被増幅IF信号１
１５を、局部発振器１２７からのLO信号を±４５度シフ
トさせるLO経路位相シフト網１３１により生成される同
相LO信号１２２と合成する。LO経路位相シフト網１３１
からの直角位相LO信号１２４は、直角位相ミキサ１２５
内で、被増幅IF信号１１５と合成される。±４５度位相
シフトを０度位相シフトおよび９０度位相シフトなどと
容易に置き換えて、同等の直角位相信号を作成すること
ができることに注目されたい。位相検出器１３６を有す
る位相ロック・ループは、帰還制御信号１３７をLO経路
位相シフト網１３１に与えて、LO経路位相シフト網１３
１の直角位相LO信号１２２，１２４の位相差が９０度か
ら変化しないようにする。
【０００９】ミキサ１２０，１２５の出力において、IF
経路位相シフト網１３８は、ミキサ出力信号１２１，１
２６の位相をシフトして、同相IF信号１２３と直角位相
IF信号１２８との間に精密な直角位相を維持する。これ
は±４５度位相シフトまたは０度位相シフトと９０度位
相シフトなどのいずれかを用いて実現することができ
る。たとえばバイポーラ相補型金属酸化膜半導体（BiCM
OS）または相補型金属酸化膜半導体（CMOS）工程を用い
て、整合許容値の厳格な集積イメージ阻止ミキサ１５０
が作成されると、帰還制御信号１３７は両方の位相シフ
ト網１３１，１３８を制御して、正確に９０度の位相差
を維持することができる。
【００１０】同相IF信号１２３は、所望の信号成分とイ
メージ信号成分とを含み、直角位相IF信号１２８は所望
の信号成分と１８０度位相がシフトされたイメージ信号
成分とを含む。同相および直角位相IF信号１２３，１２
８は、加算器１４０内で合成されて、第２中間周波数に
おいてイメージ信号成分が打ち消された加算信号１４５
を生成する。この加算信号１４５は、IF段１８０に接続
され、そこで処理され、さらにベース帯域周波数に混合
され、スピーカ１９０で音声再生される。
【００１１】集積回路がさらに高い周波数で動作するよ
うになると、集積イメージ阻止ミキサを図示される周波
数変換器部だけでなくRF段１１３にも適応することがで
きる。
【００１２】図２は、本発明の好適な実施例による図１
に示される受信機内の位相シフト網および検出器の詳細
を示す。この例では、LO経路位相シフト網１３１は、切
換キャパシタ２４０，２４５，２５０，２５５と可変抵
抗２２０，２３０とを有する抵抗キャパシタ（RC）ブリ
ッジを用いて実現される。この実行例により、位相シフ
ト網の動作周波数帯域幅が最大になる。簡略にすること
が望ましい場合は、切換キャパシタの２つのバンクを単
キャパシタと置き換えるか、あるいは、可変抵抗を固定
抵抗用に交換して、動作周波数帯域幅を小さくすること
もできる。
【００１３】この実施例においては、LO経路位相シフト
網１３１内のRCブリッジは、単終端で駆動されるので、
切換キャパシタ２５０，２５５と可変抵抗２３０との間
のノードが接地に結合されることに注目されたい。RCブ
リッジが差分駆動されると、ノードは差分LO信号の反転
成分に接続されることになる。
【００１４】位相検出器１３６は、抵抗２２０の出力の
同相LO信号１２２と、キャパシタ２４０の出力の直角位
相LO信号１２４とを比較する。この２つのLO信号１２
２，１２４の位相差は９０度であるべきである。位相検
出器１３６からの帰還制御信号１３７は、可変抵抗２２
０，２３０と切換キャパシタ２４０，２４５，２５０，
２５５とを調整して、９０度の位相差が維持できるよう
にする。
【００１５】しかし、IF信号の動的性質により、IF直角
位相成分を生成するには、（IF信号に結合された別の位
相検出器を用いる）同様の方法は実際的ではない。別の
位相検出器は、信号の１つの振幅が広く可変すると、２
つの信号の位相差を正確に検出することができなくな
る。高価なBiCMOSまたはCMOS工程などで可能な厳格な整
合許容値を利用してミキサを設計すると、IF位相シフト
網１３８内の抵抗およびキャパシタは、LO位相シフト網
１３１の抵抗およびキャパシタに整合される。このた
め、可変抵抗２６０，２７０および切換キャパシタ２８
０，２８５，２９０，２９５は、可変抵抗２２０，２３
０および切換キャパシタ２４０，２４５，２５０，２５
５と同じ比率を有することになる。また、IF経路内のRC
ブリッジは、差分でも（図示されるように）単終端でも
駆動することができる。
【００１６】LO経路位相シフト網１３１を制御するため
に本来生成される帰還制御信号１３７は、ここでは、IF
経路位相シフト網１３８を制御するためにも用いられ
る。位相シフト網１３１，１３８内の抵抗素子および容
量素子のスケーリングおよび／または増幅器２１０を用
いる帰還制御信号のスケーリングにより、IF周波数とLO
周波数との差による補償が可能になる。
【００１７】図３は、本発明の好適な実施例による通信
装置の送信機内に実装される集積イメージ阻止ミキサの
ブロック図を示す。この図に示される通信装置３００は
無線電話を表すが、短波無線機など他の通信装置がこの
集積イメージ阻止ミキサを用いてもよい。マイクロフォ
ン３１０がアナログ信号を受信し、信号プロセッサ３１
３がその信号を濾波して、集積イメージ阻止ミキサ３５
０にその信号を接続する。
【００１８】処理された信号３１５は、IF経路位相シフ
ト網３３８に接続される。位相シフト網３３８は、信号
３１５の位相を調整して、同相IF信号３１７および直角
位相IF信号３１８を生成する。好ましくは、IF経路位相
シフト網３３８は、±４５度位相シフトを用いるが、０
度位相シフトおよび９０度位相シフトなどを用いて、同
相および直角位相IF信号を生成することもある。同相IF
信号３１７は、LO経路位相シフト網３３１からの同相LO
信号３２２を混合する同相ミキサ３２０に接続される。
【００１９】局部発振器３２７は、LO信号の位相を９０
度シフトするLO経路位相シフト網３３１に接続される。
ここでも、０度位相シフトおよび９０度位相シフトなど
を用いることができる。修正帰還制御信号３３７を設け
ることにより、位相検出器３３６を有する位相ロック・
ループは、位相差が９０度から変わらないようにする。
直角位相LO信号３２４は、IF経路位相シフト網３３８か
らの直角位相IF信号３２４と混合する直角位相ミキサ３
２５に接続される。帰還制御信号３３７は、IF経路位相
シフト網３３８の制御も行い、IF位相差が確実に９０度
になるようにする。
【００２０】同相ミキサ３２０の出力信号３２１と直角
位相ミキサ３２５の出力信号３２６とは、加算器３４０
内で単純に合成されて、イメージ信号成分が阻止された
加算信号３４５を生成する。次に加算信号３４５は、ア
ンテナ３９０に接続されて、好ましくは図１に示される
ような相補型受信機に同報される。
【００２１】図４は、本発明の好適な実施例による図３
に示される送信機内の位相シフト網および検出器の詳細
を示す。この例では、LO経路位相シフト網３３１は、可
変抵抗４６０，４７０と切換キャパシタ４８０，４８
５，４９０，４９５とを有する抵抗キャパシタ（RC）ブ
リッジを用いて実現される。RCブリッジの抵抗と容量を
両方とも可変する代わりに、集積イメージ阻止ミキサの
動作周波数帯域幅を付随して小さくしながら、抵抗の
み、あるいは容量のみを可変することもできる。RCブリ
ッジは、切換キャパシタ４９０，４９５と可変抵抗４７
０との間のノードが接地に結合されるか、差分信号の判
定成分に結合されるかによって、単終端または差分で駆
動される。位相検出器３３６からの帰還制御信号３３７
が可変抵抗４６０，４７０および切換キャパシタ４８
０，４８５，４９０，４９５を制御して、直角位相信号
３２２，３２４の間に９０度の位相差を確実に維持する
ようにする。
【００２２】同様に、可変抵抗４２０，４３０および切
換キャパシタ４４０，４４５，４５０，４５５を有する
RCブリッジがIF経路位相シフト網３３８を実現するため
に用いられる。このRCブリッジは、切換キャパシタ４５
０，４５５と可変抵抗４３０との間のノードが接地に結
合されるか、差分信号の判定成分に結合されるかによっ
て、単終端または差分で駆動される。LO経路位相シフト
網３３１内の可変抵抗４６０，４７０および切換キャパ
シタ４８０，４８５，４９０，４９５が制御される方法
で、帰還制御信号３３７も、可変抵抗４２０，４３０お
よび切換キャパシタ４４０，４４５，４５０，４５５を
制御するために用いられる。
【００２３】図１および図２に示される受信機用途と同
様に、LO経路およびIF経路位相シフト網３３１，３３８
内の抵抗と容量は、BiCMOSまたはCMOS IC 製造工程など
で厳格に整合される。次に、LO経路内の位相差を精密に
９０度に維持するためにLO経路位相シフト網３３１が位
相検出器３３６により調整されると、位相検出器３３６
からの帰還制御信号３３７は、IF信号の振幅変動に関わ
らず、IF位相シフト網３３８を用いてIF経路内の位相差
を精密に９０度に維持するためにも用いることができ
る。
【００２４】能動二重平衡ミキサおよびBiCMOSまたはCM
OS IC 作成工程などを用いて実現される位相検出器帰還
付きの集積位相ロック直角位相発生器により、第２RC位
相シフト網を第１RC位相シフト網に近接して整合するこ
とが可能になり、結果として、完全に集積されたイメー
ジ阻止ミキサが得られる。上記には集積イメージ阻止ミ
キサの特定の構成部品および機能が説明されるが、本発
明の精神と範囲内において、当業者にはこれよりも少な
い、あるいはこれよりも多い機能が採用されることもあ
る。本発明は、添付の請求項によってのみ制限されるべ
きものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例による通信装置の受信機
内に実装される集積イメージ阻止ミキサのブロック図で
ある。
【図２】本発明の好適な実施例による図１に示される受
信機内の位相シフト網および位相検出器の詳細を示す。
【図３】本発明の好適な実施例による通信装置の送信機
内に実装される集積イメージ阻止ミキサのブロック図で
ある。
【図４】本発明の好適な実施例による図３に示される送
信機内の位相シフト網および位相検出器の詳細を示す。
【符号の説明】
１００ 通信装置 １１０ アンテナ １１３ RF段 １１４ 低ノイズ増幅器 １１５ 被増幅IF信号 １２０ 同相ミキサ １２１，１２６ ミキサ出力信号 １２２ 同相LO信号 １２３ 同相IF信号 １２４ 直角位相LO信号 １２５ 直角位相ミキサ １２７ 局部発振器 １２８ 直角位相IF信号 １３１ LO位相シフト網 １３６ 位相検出器 １３８ IF位相シフト網 １４０ 加算器 １４５ 加算信号 １５０ イメージ阻止ミキサ １８０ IF段 １９０ スピーカ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 局部発振器信号を生成する局部発振器
    （１２７）；前記局部発振器（１２７）に結合されて、
    前記局部発振器信号から同相局部発振器信号（１２２）
    および直角位相局部発振器信号（１２４）を生成する局
    部発振器位相シフト網（１３１）；前記局部発振器位相
    シフト網（１３１）に結合されて、同相局部発振器信号
    （１２２）の位相と直角位相局部発振器信号（１２４）
    の位相とを検証し、前記同相局部発振器信号（１２２）
    の位相と前記直角位相局部発振器信号（１２４）の位相
    とを調整する制御信号（１３７）を生成する位相検出器
    （１３６）；および前記位相検出器（１３６）に結合さ
    れて、同相中間周波数信号（１２３）の位相と直角位相
    中間周波数信号（１２８）の位相とを前記制御信号（１
    ３７）に応答して調整する中間周波数位相シフト網（１
    ３８）；によって構成されることを特徴とするイメージ
    阻止ミキサ（１５０）。
  2. 【請求項２】 前記同相局部発振器信号（１２２）に結
    合され、無線周波数信号を受信して、前記同相局部発振
    器信号（１２２）と前記無線周波数信号とを混合する同
    相ミキサ（１２０）によってさらに構成される請求項１
    記載のイメージ阻止ミキサ（１５０）。
  3. 【請求項３】 前記直角位相局部発振器信号（１２４）
    に結合され、前記無線周波数信号を受信して、前記直角
    位相局部発振器信号（１２４）と前記無線周波数信号と
    を混合する直角位相ミキサ（１２５）によってさらに構
    成される請求項２記載のイメージ阻止ミキサ（１５
    ０）。
  4. 【請求項４】 前記中間周波数位相シフト網（１３８）
    が前記同相ミキサ（１２０）および前記直角位相ミキサ
    （１２５）にも結合される請求項３記載のイメージ阻止
    ミキサ（１５０）。
  5. 【請求項５】 前記同相中間周波数信号（１２３）と前
    記直角位相中間周波数信号（１２８）とに結合される加
    算器（１４０）によってさらに構成される請求項１記載
    のイメージ阻止ミキサ（１５０）。
  6. 【請求項６】 前記局部発振器位相シフト網（１３１）
    が：前記局部発振器（１２７）に結合される第１キャパ
    シタ（２４０）；前記局部発振器（１２７）に結合され
    る第１抵抗（２２０）；前記第１抵抗（２２０）に結合
    される第２キャパシタ（２５０）；および前記第１キャ
    パシタ（２４０）および前記第２キャパシタ（２５０）
    に結合される第２抵抗（２３０）；によって構成される
    請求項１記載のイメージ阻止ミキサ（１５０）。
  7. 【請求項７】 前記中間周波数位相シフト網（３３８）
    が着信信号（３１５）を受信し、前記同相中間周波数信
    号（３１７）および前記直角位相中間周波数信号（３１
    ８）が前記着信信号（３１５）に応答して生成される請
    求項１記載のイメージ阻止ミキサ（３５０）。
  8. 【請求項８】 前記同相局部発振器信号（３２２）と前
    記同相中間周波数信号（３１７）とに結合された同相ミ
    キサ（３２０）によってさらに構成される請求項７記載
    のイメージ阻止ミキサ（３５０）。
  9. 【請求項９】 前記直角位相局部発振器信号（３２４）
    と前記直角位相中間周波数信号（３１８）とに結合され
    た直角位相ミキサ（３２５）によってさらに構成される
    請求項８記載のイメージ阻止ミキサ（３５０）。
  10. 【請求項１０】 前記中間周波数位相シフト網（３３
    ８）が：第１キャパシタ（４４０）；前前記第１キャパ
    シタ（４４０）に結合される第１抵抗（４２０）；前記
    第１抵抗（４２０）に結合される第２キャパシタ（４５
    ０）；および前記第１キャパシタ（４４０）および前記
    第２キャパシタ（４５０）に結合される第２抵抗（４３
    ０）；によって構成される請求項７記載のイメージ阻止
    ミキサ（３５０）。
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