JPS62163406A - ミクサ回路 - 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】 本発明は、ドレインと称される第１の主端子が負荷Ｔ３
を介して直流電源Ｖ。、によりバイアスされ、ゲートと
称される制御端子が第１の高周波信号ＲＦを受取る第１
の電界効果トランジスタＴ１を具１＋ｉｆｆ　Ｌ、上記
第１の高周波信号ＩｔＦをこの第１の電界効果トランジ
スタＴ、に可変抵抗Ｔ２を介して与えられる第２の信号
ＯＬと混合する可変利得増幅段を具え、第１のトランジ
スタＴ、の第１の主端子、即ち、ドレインに得られる、
この増幅段の出力信号ＩＦが第１の信号と第２の信号を
混合することから形成されるミクサ回路に関するもので
ある。

この回路は、例えば、テレビジョン放送信号の受信の分
野でハイパー周波数信号を処理するのに使用される。

このようなミクサ回路は従来技術で既知であり、ｒ１９
８０　１［ｉｎ［Ｅ　　５ｏｌｉｄ　　Ｓｔａしｅ　　
Ｃ１ｒｃｕｉ　しｓ　　［：ｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　Ｊ
の紀要「アイ　ニス　ニス　シー　シー　８０．２月１
４日（木）セツションＸ＝マイクロウエーブサーキッツ
」の第１１８．１１９頁に記載されているロリー　ブア
ン　　トウイル（Ｒｏｒｙ　Ｖａｎ　Ｔｕｙｌ）の論文
［ア　モノリシック　ガリウム　ひ素　エフ　イー　テ
ィー　アール　エフ　シグナル　ジエネレイション　　
チッ７”Ｊ（八ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　Ｇａ八へ　ＦＩ
３Ｔ　ＲＦＳｉｇｎａｌ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｈ
ｉｐ）で述べられている。

この刊行物は、特に、第１の電界効果トランジスタを具
備する増幅段（これは現実に増幅部となる）を具えるミ
クサ回路について記述している。

第１のトランジスタの制御電極、即ち、ゲートが第１の
周波数の第１の信号を受取り、これを第２の周波数の第
２の信号と混合する。後者の第２の信号は、可変抵抗と
して使用される第２の電界効果トランジスタを介して第
１のトランジスタのソースに加えられる。増幅部と称さ
れる第１のトランジスタのドレインを負荷を介してＤＣ
電源によりバイアスし、ソースを電流源として配置され
る第３のトランジスタにより大地に対してバイアスする
。こうすると前記増幅部は負帰還増幅器として成能する
。第１の信号と′ｆ５２の信号の混合は第１のトランジ
スタのドレイン電極で得られ、可変利得増幅器の出力信
号となる。電流源として用いられる第３のトランジスタ
はインピーダンスが高く、混合機能をできるだけ妨げな
いようになっている。

可変抵抗として使用される第２のトランジスタはゲート
電極で局部発振器からの信号を受取り、そのドレイン−
ソース電圧がゼロに等しい状態になる。

上に引用した刊行物は、特にこのミクサを二重にし、平
衡させた回路を記載しており、ゲート間の分離を改良し
、即ち、局部発振器からの信号と、ミクサの人ノｊ信号
と、出力信号とを、満足ゆくように分離している。

しかし、ここに記載されているミクサ回路は２個の重要
な欠点をかかえている。第１の欠点は、この回路は雑音
指数が非常に高いことである。これは、増幅部と称され
る第１のトランジスタのソースに与えられる雑音要素が
存在するためである。

雑音要素は、就中、電流源として用いられるトランジス
タである。第２の欠点は、増幅部トランジスタの満足の
ゆくバイアス状態がｆ尋にくいことである。

本発明の目的は、これらの欠点を除去するにある。

この目的を達成するため、本発明によれば、冒頭に記載
した回路において、前記第２の信号ＯＬが可変抵抗Ｔ２
を介して第１のトランジスタＴ１の第１の主端子、即ち
、ドレインに与えられ、第３及び第２により構成される
負荷を変調し、増幅器の利得を変えるように構成したこ
とを特徴とする。

この回路の一実施例は、更に第１のトランジス夕のソー
スと称される第２の主端子を直接基準電位Ｖｔ　にする
ことを特徴とする。

本発明に係るタイプのミクサ回路は、就中、以下のよう
な利点冬有する。

ａ）このミクサの雑音指数は、従来技術のミクサの１１
１ト音指数に比較して相当に改良されている。

ｂ）増幅段は、非常にシンプルな態様でバイアスされる
。

Ｃ）変換利得が非常に満足ゆくものである。

ｄ）この新規の回路の機能に必要な電源電圧が従来技術
の回路で必要な電源電圧よりも低く、従って、消費型ノ
コが少い。

本発明に係るミクサ回路の一実施例は、２個の同一の可
変利得増幅器を設け、これらを互に結合し、第２の信号
０しとその相補信号ＯＬとを受取り、出力信号ＩＦとそ
の相補信号Ｉｔ’とを夫々供給するようにしたことを特
徴とする。

本発明に係るミクサ回路の特別な実施例は、第２の信号
口しとその相補信号０しとは局部発振器と称される発振
器からの信号を差動増幅器の入力端子に供給し、この差
動増幅器を具備する逆相増幅器により与えられるように
したことを特徴とする。

本発明に係るミクサ回路は、従来技術の回路に対し、入
力信号ＲＩ’、出力信号ＩＰ及び局部発振信号の間の分
離を更に改良している。

図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図に示すように、ミクサという観念が基づく増幅段
はインパーク役である。これは第１の電界効果トランジ
スタＴ１により構成されるが、ドレイン電極と呼ばれる
第１の主端子１は負荷Ｔ３を介して直流電圧Ｖ。［ｌか
らバイアスされ、ソース電極と呼ばれる第２の主ζ；１
：子２を直接直流基準電位ＶＭ＋例えば、大地に接続す
る。ゲート電極と呼ばれる制御電極５は基準周波数と呼
ばれる第１の周波数の第１の信号ＲＦを受取る。この信
号ＲＦは、例えば、ハイパ周波数用のアンテナで受信さ
れるアンテナ信号であり得る。

このインバータ役の電圧和１尋Ａは、次の式（１）によ
り与えられる。

Δ＝−Ｒ−ｇ、　　　　　　　　　（１）ここにおいて
ｇつはトランジスタＴ１の相互フンダクタンスであり、
Ｒはその全負荷の値である。

この増幅段でミクサの機能を実現するため、電圧和ＩＬ
Ａを変調する。この変調は本発明に係る回路では負荷Ｒ
を変調することにより生ずる。

この負荷Ｒの変調は、第２トランジスタＴ２のゲートに
加えられる第２の周波数の第２の信号ＯＬにより、この
可変抵抗Ｔ２の抵抗を変えることにより辱られる。

この可変抵抗Ｔ２は電界効果トランジスタにより構成し
、その一方の主たる端子４を直流阻止コンデンサＣを介
して基準電位ｖ、ｌに結合し、第２の主たる端子３を増
幅トランジスタ′「１のドレイン電極１に接続し、制御
電極（ゲート）が第２の信号０しを受は取るようにする
と好適である。この信号ＯＬは局部発振器で発生させる
ことができる。

こうすると、可変抵抗として用いられるトランジスタＴ
２に直流が流れず、トランジスタＴ２は３極管領域にバ
イアスされる。斯くしてゲート電極６に与えられる信号
口しはトランジスタＴ１のバイアスを一切変化させない
。このためトランジスタＴ２を直接増幅トランジスタＴ
、の第１の主たる端子（ドレイン）に接続し、後者のト
ランジスタＴ、は抵抗性負荷Ｔ３によりバイアスされる
ようにすることができる。

この原理は、従来技術の回路の原理と全く異なる。従来
技術の回路では、電圧利得がドレイン側の負荷の抵抗値
、可変ソース抵抗及び増幅段を構成するトランジスタの
ソース側の電流源のインピーダンス値の関数であり、増
幅段は負帰還増幅器形であり、利得の変化は、局部発振
信号で可変ソース抵抗を変調することにより得られる。

本発明によれば、増幅トランジスタのソース２を接地す
る結果、組立体が一層シンプルになり、バイアスも簡単
になり、雑音指数が相当に改良される。また、第２の信
号ＯＬは可変抵抗トランジスタＴ２のゲートに加えられ
るため、非常に簡単な計算で利得を評価でき、その結果
回路設計が非常に簡単になり、低コストになる。

第１の信号ＲＦと第２の信号０しとを混合することによ
り形成される出力信号ＩＰは増幅トランジスタＴ１の第
１の主たる端子（ドレイン）側に得られる。

変換利得Ａは非常に満足ゆ（もので、基準信号叶と称さ
れる第１の信号と、例えば、局部発振器により与えられ
る第２の信号ＯＬとの間の分離が従来技術の回路に対し
改良される。蓋し、本発明に係る組立体では信号ＯＬが
トランジスタＴ、のゲート電極を通じて放射されること
はないからである。

第２図は本発明に係るミクサ段の回路の一変形例を示し
たもので、ここでは負荷Ｔ３が電流源として構成された
電界効果トランジスタにより構成されている。

上述した基本ミクサ段の簡単化された等価回路図を第３
図に示す。この図は本発明に係る増幅段の変換利得の一
次の計算を許す。

この変換利得Ａは次式で与えられる。

八＝−（Ｌ　　・ＲＯＬ）（ＲｏＬ＋Ｒ３＋ｇｄ　ＲＯ
ＬＲ３）　　−’　Ｘｇ−（２）ここで、ＲＯＬは可変
抵抗Ｔ２として用いられるトランジスタの抵抗、Ｒ３は
負荷Ｔ３の抵抗、ｇｄはドレイン側での増幅トランジス
タＴ１のコンダクタンスを表わす。

この式は、本発明回路の利得は、トランジスタのシメン
ジョンの関数として簡単に計算でき、最適化できること
を示している。

第４図は、本発明に係る単位ミクサ段を２個具え、２個
の枝路を形成する平衡ミクサ回路の一実施例を示したも
のである。

第１の枝路は、トランジスタＴ、、Ｔ２．’Ｉ’３によ
り構成される第１のミクサ段を具え、第２の枝路は、ト
ランジスタＴ、、　Ｔ２．　Ｔ３と同じトランジスタ゛
ｒ′１゜Ｔ’２ｒＴ’３により構成される第２のミクサ
段を具える。

これらの２個の枝路は、２個のミクサ段で可変抵抗とし
て用いられるトランジスタＴ２及びＴ′２の各々のＤＣ
阻止コンデンザＣを介して結合される。

これらのミクサ段の各々は、増幅トランジスタＴ１及び
Ｔ２の制御電極、即ち、ゲート（５，１５）で入力基準
信号ＲＦを受は取る。

これらのミクサ段の一方は、増幅トランジスタ、例えば
、Ｔ１の第１の主端子ｌ（ドレイン）から出力信号を供
給し、可変抵抗として使用されるトランジスタ、例えは
、Ｔ２の制御電極（ゲート）６で第２の信号ＯＬを受は
取る。

他方のミクサ段は、増幅トランジスタＴ’＋の第１の主
端子（ドレイン）１１から相補出力信号！Ｆを供給し、
可変抵抗として使用されるトランジスタ゛ｒ′２の制御
電極（ゲート）１６で第２の信号の相補信号０しを受は
取る。

第２の信号ＯＬとその相補信号０しを適当な態様で供給
するために、前述した回路に差動逆相増幅器を加える。

これは、例えば、局部発振器により直接供給される信号
Ｖ。Ｌから第２の信号ＯＬ及びその相補信号０１．を供
給することを意図している。

この差動増幅器は、一方では、ドレイン電極２１が負荷
Ｒ６を介して電源電圧Ｖ。０に結合されている電界効果
トランジスタＴ１、他方では、ドレイン電極３１が負荷
Ｒ／４を介して電源電圧ＶＯＯに結合されている電界効
果トランジスタｌｊ／４によりも１４成される２個の枝
路を具える。トランジスタＴ、及びＴ／４のソース電極
２２及び３２は電流源内に配置されている電界効果トラ
ンジスタＴ、のドレイン電極５１に接続する。トランジ
スタＴ５のソース電極５２のゲート電極５３とを短絡し
たものをＶＭより低い電位−Ｖｉｓにする。

局部発振２ｇから来る信号Ｖ。Ｌは、入力端子と直列に
接続されるコンデンサＣ５及び、トランジスタＴ、の制
御電極（ゲート）と直流電位−ＶＧ２との間に接続され
る抵抗Ｒ５を介して差動増幅器のトランジスタＴ、の制
御電極（ゲート）２３に与える。但し、−ｖｓｓ　＜−
ＶＧ、　＜ｖＨ 互に並列で且つ電位−ＶＧ２に接続される抵抗Ｒ１５と
コンデンサＣ’ｓの他方の☆１１）子を第２の枝路のト
ランジスタＴ′４の制御電極（ゲート）３３に接続し、
差動増幅器を直流的に平衡させる。

この差動逆相増幅器の出力信号０し及びその相補信号Ｏ
Ｌは、夫々、コンデンサＣ２及びＣ／２を介して結合さ
れたミクサ段のトランジスタＴ２及び７／２の制御電極
（ゲート）６及び１６に与えられる。

回路にバイアスを与え、平衡させるために、別に、これ
らのトランジスタＴ２及びＴ’２の制御電極６及び１６
と電位ＶＧ＋　との間に抵抗Ｒ２及びＲ／２を接続する
。直流電位ＶＧ、は次式が成立するように選ぶ。

ＶＭ　　＜ＶＧＩ　　＜ＶＤ。

また、トランジスタＴ、及びＴ／、の制御電極５及び１
５と電位−ＶＧ２の間に抵抗Ｒ，及びＲ／、を接続する
。

この実施例で述べる回路、即ち、結合されたミクサ没及
び差動逆相増幅器から成る回路は、ガリウムひ素基板の
上に有利に集積回路化できる。ガリウムひ崇の性質はハ
イパー周波数、特にＵＩＩＦ帯の回路を組むのに特に好
適である。

使用される電界効果トランジスタはディプレッション形
（即ち、ゲート−ソース信号が欠けている時正規には導
通状態にある）とすることができる。

後の表１及び■はトランジスタのゲート幅及び電源電圧
が下記の状態で使用される抵抗値を示す。

シｏｎ−＋４Ｖ　　　　−Ｖ、、＝−３ＶＶＧ　、＝＋
ＩＶ　　　　−ＶＧ２＝−ＩＶＶ）ｌ　”ＯＶ　　　　
　　Ｖｔ　　”ｑ　　２ＶここでｖＴ　は、電界効果ト
ランジスタのピンチオフ電圧である。

前述した回路をガリウムひ素基板の上に集積回路化する
に当っては、トランジスタＴ２及びＴ′２と大地との間
に置かれるコンデンサＣは１ｎＦのオーダーの高い値を
有するから集ぜ１回路化しなくてよい。

上述した回路は下記の性能を有する。

変換利得　Ｇｃ’＝４ｄ［ｌ 消費電力　Ｐ　　＃７５ｍ１ｌｌ 前述したように、このミクサ回路は、ハイパー周波数の
分野及びＵ旺帯で使用できる。特に、０１１Ｆ帯で放送
されるテレビジョンを受信するためのアンテナ又はヘッ
ド　エンド　スデーションにより与えられる信号を処理
するのに使用される。この用途では、ＭＱ信号ｒｌｌ’
は４６０Ｍｌ１ｚと８６０ＭＩＩｚとの間の第１の周波
数ｆ１でアンテナにより与えられる信号である。局部発
振信号は４３０ＭＩＩｚと８３０ＭＩＩｚの間の第２の
周波数ｆ２で与えられる。

上述した回路の利点は性能が良いことである。

また、これはシンプルで、集積回路化できる。これは一
般消費者マーケットを相手とする用途で非常に有利であ
る。

表　　Ｉ トランジスタ　　　　　ゲート幅（μｍ）’ｒ３．　Ｔ
　’　３４８μｍ １”２．　Ｔ’２　　　　　　　　１４μｍＴＩ＋　１
”　＋　　　　　　　　　２４μｍＴ４．　Ｔ　’　４
　　　　　　　　２４　μｍＴ５２４μｍ 表■ 抵抗及びコンデンサ　　　　　　値 Ｒ，，Ｒ’、　　　　　　　　　２０にΩＲ２，Ｒ’２
　　　　　　　　２０にΩＲ・　　　　　　　　　　　
　　１にΩＲ’　４　　　　　　　　　　１．　ＩＫΩ
Ｃｓ、Ｃ’ｓ　　　　　　　　　　１ｐＦｃ２．ｃ’２
１ｐＦ Ｒ５，Ｒ’、２０　ＫΩ Ｃ１ｎＦ

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る単位ミクサ段の回路図、第２図
は、特定の実施例のミクサ没の回路図、第３図は、本発
明に係るミクサ没の等価回路図、第４図は、逆相堆幅器
を伴なう２個の単位ミクサ没を結合した回路の回路図で
ある。 ｌ・・・ドレイン　　　　　２・・・ソース３・・・第
２の主たる端子　４・・・第１の主たる端子５．１５・
・・ゲート　　　　　６．Ｒ６・・・ゲート１１・・・
ドレイン　　　　　２１．３１・・・ドレイン２２、’
３２・・・　ソース　　　２３．３３・・・ゲート５１
・・・ドレイン　　　　　５２・・・ソース５３・・・
ゲート 特許出願人　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイラ
ンペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ドレインと称される第１の主端子が負荷Ｔ＿３を介
   して直流電源Ｖ＿Ｄ＿Ｄによりバイアスされ、ゲートと
   称される制御端子が第１の高周波信号ＲＦを受取る第１
   の電界効果トランジスタＴ＿１を具備し、上記第１の高
   周波信号ＲＦをこの第１の電界効果トランジスタＴ＿１
   に可変抵抗Ｔ＿２を介して与えられる第２の信号ＯＬと
   混合する可変利得増幅段を具え、第１のトランジスタＴ
   ＿１の第１の主端子、即ち、ドレインに得られる、この
   増幅段の出力信号ＩＦが第１の信号と第２の信号を混合
   することから形成されるミクサ回路において、前記第２
   の信号ＯＬが可変抵抗Ｔ＿２を介して第１のトランジス
   タＴ＿１の第１の主端子、即ち、ドレインに与えられ、
   Ｔ＿３及びＴ＿２により構成される負荷を変調し、増幅
   器の利得を変えるように構成したことを特徴とするミク
   サ回路。 ２、第１のトランジスタＴ＿１の第１の主端子、ドレイ
   ンと基準電位Ｖ＿Ｍとの間に可変抵抗Ｔ＿２と直流阻止
   コンデンサＣとを直列に接続したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のミクサ回路。 ３、第１のトランジスタのソースと称される第２の主端
   子を直接基準電位Ｖ＿Ｍにすることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のミクサ回路。 ４、負荷Ｔ＿３を抵抗により構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載のミクサ回路。 ５、負荷Ｔ＿３を電界効果トランジスタにより構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のミクサ回
   路。 ６、可変抵抗Ｔ＿２を三極管として配置した電界効果ト
   ランジスタにより構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第４項又は第５項に記載のミクサ回路。 ７、２個の同一の可変利得増幅器を設け、これらを互に
   結合し、第２の信号ＯＬとその相補信号＠ＯＬ＠とを受
   取り、出力信号ＩＦとその相補信号＠ＩＦ＠とを夫々供
   給するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第６項のいずれか一項に記載のミクサ回路。 ８、第２の信号ＯＬとその相補信号＠ＯＬ＠とは局部発
   振器と称される発振器からの信号を差動増幅器の入力端
   子に供給し、この差動増幅器を具備する逆相増幅器によ
   り与えられるようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第７項に記載のミクサ回路。