JPWO2003009465A1 - ミキサ回路 - Google Patents

Abstract

局部発振波の周波数成分信号ＬＯが局部周波数逓倍部（１０）を構成するトランジスタ（１）のベースに入力され、局部発振波の逆相の信号（↓ＬＯ）がトランジスタ（２）のベースに入力され、各トランジスタ（１，２）のコレクタとエミッタが互いに接続され、各トランジスタのコレクタから変調信号が出力され、トランジスタ（１，２）に対してリファレンス用のトランジスタ（３）が差動接続され、差動接続の出力となる各トランジスタ（１〜３）のコレクタに負荷（６）が接続され、差動接続された各トランジスタ（１〜３）のエミッタにコレクタが接続され、被変調波信号がトランジスタ（４）のベースに入力され、エミッタに定電流源（５）が接続されてミキサ回路が構成される。

Description

技術分野
この発明はミキサ回路に関し、特に、移動体通信に用いられるダイレクトコンバージョンミキサに関する。
背景技術
無線周波数に変調された信号を直接ベースバンド信号に変換し、またベースバンドから直接無線周波数に変調する直接変調方式が知られている。一般的にこの方式は中間周波数を設けないため、イメージ抑圧が不要であり、スプリアスの発生源の低減、システムの簡素化などの利点を有する反面、２次相互変調歪や局部発振波雑音などの欠点を保有することが知られている。これらの欠点を補う方法として、アンチパラレルダイオードなどの偶高調波ミキサなどがある。
一方、携帯電話などに象徴される高周波無線通信用ＩＣは、近年、小型，低価格化が要求されている。このような市場において、消費電流の低減やＩＣの歩留まりは重要な問題になってきている。
偶高調波ミキサは、ミキサ回路自体の消費電流はないが、ミキサ回路を動作させるために高い局部発振波入力レベルが必要であり、全体の消費電流の低減が課題となっている。また、半導体プロセスばらつきの影響の低減が求められている。
このような課題を克服する方法として、近年トランジスタのダイオード特性を利用した方式が検討されている。
図５は従来のトランジスタを用いた偶高調波ミキサの一例を示す回路図である。図５に示すように、トランジスタ１，２のコレクタとエミッタとがそれぞれ互いに接続されて局部周波数逓倍部が構成されている。コレクタと電源間には抵抗Ｒ１が接続され、エミッタと接地間には抵抗Ｒ２が接続されている。トランジスタ１，２の各エミッタには被変調波信号ＢＢが入力され、各ベースにはそれぞれ位相の反転された局部発振波の周波数成分を持った信号ＬＯ／↓ＬＯ（↓は反転信号を示す）が入力される。これにより、局部周波数逓倍部に２逓倍の局部発振波周波数成分が生成され、入力信号の周波数と局部発振周波数成分とを掛け合せることで希望周波数成分を抽出できる。
しかしながら、図５に示した偶高調波ミキサは、電力利得が小さく、局部周波数逓倍部を動作させるために高い局部発振波入力を必要とする。
発明の開示
それゆえに、この発明の主たる目的は、高周波無線通信分野において、低周波電流，ＩＣ歩留まり率およびシステム構成の簡略化が求められる用途に適したミキサ回路を提供することである。
この発明は、局部発振波の周波数成分信号がその入力電極に入力される第１のトランジスタと、局部発振波の逆相の信号が入力される第２のトランジスタのそれぞれの第１および第２の電極が互いに接続して構成され、各トランジスタの第１の電極から変調信号を出力する局部周波数逓倍部と、局部周波数逓倍部の第１および第２のトランジスタに対して対をなして接続され、その入力電極にリファレンス信号が入力されるとともに、その第１の電極から変調信号を差動出力する第３のトランジスタと、第１，第２および第３のトランジスタの各第１の電極に所定の電圧を与える電圧源と、第１，第２および第３のトランジスタの各第２の電極に接続され、被変調信号が入力される信号入力部と、信号入力部に接続される定電流源とによってミキサ回路が構成される。
また、信号入力部は被変調波信号がその入力電極に入力され、第１，第２および第３のトランジスタの各第２の電極にその第１の電極が接続されるとともに、その第２の電極が定電流源に接続された第４のトランジスタである
また、局部周波数逓倍部とリファレンス用の第３のトランジスタと第４のトランジスタは２組設けられ、電圧源は２組の局部周波数逓倍部に共通接続され、定電流源は２組の第４のトランジスタに共通に定電流を供給する。
また、定電流源は可変定電流源であることを特徴とする。
さらに、第３のトランジスタの入力電極に与えるバイアス電流を可変する可変電流源を備えたことを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
図１はこの発明の一実施例のミキサ回路の回路図である。図１において、従来例の図５と同様にして、トランジスタ１，２のコレクタとエミッタとが相互に接続され、各コレクタには抵抗Ｒ３を介して電源が供給され、局部発振波の周波数成分信号ＬＯ／↓ＬＯがトランジスタ１，２のそれぞれのベースに入力されて局部周波数逓倍部１０が構成されている。そして、この局部周波数逓倍部１０は偶高調波ミキサと同様にして局部発振波周波数の２逓倍の周波数を生成する。
さらにトランジスタ１，２のエミッタにはリファレンス用トランジスタ３のエミッタが接続され、リファレンス用トランジスタ３のコレクタは抵抗Ｒ４を介して電源に接続されている。リファレンス用トランジスタ３のベースにはバイアス電流（Ｒｅｆ．）が与えられる。
抵抗Ｒ３とＲ４とは電圧源となる負荷部６を構成しているが、抵抗Ｒ３，Ｒ４に代えて他の負荷を接続してもよい。各トランジスタ１，２および３のエミッタは、被変調波入力用トランジスタ４のコレクタに接続され、エミッタには定電流源５から定電流が供給される。被変調波入力用トランジスタ４のベースには被変調波信号ＢＢが入力されている。
図１に示したミキサ回路において、トランジスタ１，２からなる局部周波数逓倍部１０に流れる電流と、リファレンス用トランジスタ３に流れる電流との和は、被変調波入力用トランジスタ４に流れる電流に等しい。また、トランジスタ４に流れる電流は定電流源５の定電流に等しい。したがって、トランジスタ４に利得を持たせることで、利得を持ったミキサ回路を実現できる。
トランジスタ１，２で構成される局部周波数逓倍部１０によって生成された２逓倍の周波数は、局部周波数逓倍部１０の電流を変動させる。トランジスタ４は局部周波数逓倍部１０およびトランジスタ３に対して定電流動作をするため、変動された電流の変化分は結果として、トランジスタ３に逆相の電流を流す。トランジスタ４は被変調波入力に対して利得を有し、増幅された信号は、局部周波数逓倍部１０において周波数変換される。周波数変換された信号は、差動出力信号ＲＦ／↓ＲＦとして負荷部６から出力される。
したがって、この実施例によれば、トランジスタ１，２からなる局部周波数逓倍部１０と、トランジスタ４からなる被変調波入力部とで構成されたミキサ回路に、局部周波数逓倍部１０と対をなすリファレンス用のトランジスタ３を設け、差動ミキサ化を行うことで局部発振波の入力レベルを上げることなく、高利得なミキサ回路を実現できる。
図２はこの発明の他の実施例の回路図である。図２において、局部周波数逓倍部１０，トランジスタ３，４は図１に示したものと同様に構成される。局部周波数逓倍部２０，トランジスタ９，１１は、図１に示したミキサ回路と同様の構成を有する。すなわち、トランジスタ７のコレクタとトランジスタ８のコレクタ、トランジスタ７のエミッタとトランジスタ８のエミッタがそれぞれ接続され、トランジスタ７，８のベースには、それぞれ局部発振波の周波数成分信号ＬＯ，↓ＬＯが入力される。
トランジスタ７，８のエミッタにはリファレンス用トランジスタ９のエミッタが接続され、このリファレンス用トランジスタ９のベースにはバイアス電流が与えられる。各トランジスタ７，８および９のエミッタは、被変調波入力用トランジスタ１１のコレクタに接続される。トランジスタ１１のベースには、トランジスタ４のベースに入力される被変調波信号ＢＢと逆相の被変調波信号↓ＢＢが入力される。
局部周波数逓倍部２０の各コレクタは局部周波数逓倍部１０の各コレクタと接続され、各コレクタは共通に抵抗Ｒ３を介して電源が供給される。トランジスタ９のコレクタはトランジスタ３のコレクタと接続され、それぞれ抵抗Ｒ４を介して電源が供給される。トランジスタ１１エミッタはトランジスタ４のエミッタと接続され、それぞれ共通に定電流源５と接続される。すなわち、図２に示すミキサ回路は、図１に示すミキサ回路をギルバートセル化した構成となる。
したがって、この実施例によれば、図１と構成を同じくする各ミキサ回路が前述のとおり高利得を有し、さらに、ギルバートセル構成を具現化することで、出力側に漏洩する局部発振波の周波数成分を抑圧できるミキサ回路を実現できる。
図３はこの発明の他の実施例を示す回路図である。この実施例は図１に示した定電流源５に代えて可変電流源１２を設けたものであり、可変利得制御効果が得られる。
図４はこの発明のさらに他の実施例を示す回路図である。この実施例は、図１に示したリファレンス用トランジスタ３のベースに可変電流源１３を接続してバイアス電流を可変するようにしたものであり、可変利得制御効果が得られる。
なお、上述の実施例は、局部発振波の周波数成分と被変調波信号ＢＢとを混合して変調波信号を出力するミキサ回路について説明したが、被変調波信号として受信した無線周波数信号を入力し、局部発振波の周波数成分と混合して変調信号としてベースバンド信号を出力するようにしてもよい。
また、上述の実施例はバイポーラトランジスタで構成したが、電界効果トランジスタで構成してもよい。
以上のように、この発明によれば、局部周波数逓倍部と被変調波入力部とからなるミキサ回路において、リファレンス用のトランジスタを設け、差動ミキサ化を行うことで、高利得でシステム構成の簡略化を容易に実現できる。また、定電流制御を行うことで、半導体プロセスのばらつきに対する依存性が少なく、定電流源をバンドギャップ構成にすることで電源電圧変動，温度変動を低減することが可能になる。
産業上の利用可能性
この発明のミキサ回路は、従来のミキサ回路の利点と偶高調波ミキサの利点を兼ね備えることで、偶高調波ミキサをアクティブ化し、キャリア成分の影響を出すことなく高利得なミキサ回路を実現でき、ベースバンド信号から直接無線周波数に変調する移動体通信に適用できる。
【図面の簡単な説明】
図１はこの発明の一実施例のミキサ回路の回路図である。
図２はこの発明の他の実施例の回路図である。
図３はこの発明の他の実施例を示す回路図である。
図４はこの発明のさらに他の実施例を示す回路図である。
図５は従来のトランジスタを用いた偶高調波ミキサの一例を示す回路図である。

Claims (5)

1. 局部発振波の周波数成分信号がその入力電極に入力される第１のトランジスタ（１）と、前記局部発振波の逆相の信号が入力される第２のトランジスタ（２）のそれぞれの第１および第２の電極が互いに接続して構成され、各トランジスタの第１の電極から変調信号を出力する局部周波数逓倍部（１０）、
   前記局部周波数逓倍部の第１および第２のトランジスタに対して対をなして接続され、その入力電極にリファレンス信号が入力されるとともに、その第１の電極から前記変調信号を差動出力する第３のトランジスタ（３）、
   前記第１，第２および第３のトランジスタの各第１の電極に所定の電圧を与える電圧源（６）、
   前記第１，第２および第３のトランジスタの各第２の電極に接続され、被変調信号が入力される信号入力部、および
   前記信号入力部に接続される定電流源（５）を備えた、ミキサ回路。
2. 前記信号入力部は、前記被変調波信号がその入力電極に入力され、前記第１，第２および第３のトランジスタの各第２の電極にその第１の電極が接続されるとともに、その第２の電極が前記定電流源に接続された第４のトランジスタ（４）であることを特徴とする、請求項１に記載のミキサ回路。
3. 前記局部周波数逓倍部（１０，２０）と前記リファレンス用の第３のトランジスタ（３，９）と第４のトランジスタ（４，１１）は２組設けられ、
   前記電圧源は前記２組の局部周波数逓倍部に共通接続され、
   前記定電流源（５）は前記２組の第４のトランジスタに共通に定電流を供給することを特徴とする、請求項１に記載のミキサ回路。
4. 前記定電流源は可変定電流源（１２）であることを特徴とする、請求項２に記載のミキサ回路。
5. さらに、前記第３のトランジスタの入力電極に与えるバイアス電流を可変する可変電流源（１３）を備えたことを特徴とする、請求項１に記載のミキサ回路。

Images