JPWO2013157177A1 - Low distortion mixer and radio receiver including the same - Google Patents
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Abstract
ミキサ(1)は、第1および第2の入力端子(Vinp,Vinn)と第1および第2の出力端子(Vap,Van)との間にそれぞれ接続された第1〜第4スイッチトランジスタ(M1〜M4)と、第1および第2LO信号を受け、第1〜第4スイッチトランジスタ(M1〜M4)のゲートにLO信号(Vgp,Vgn)を与える第1および第2バッファ(10,11)とを備えている。そして、第1および第2バッファ(10,11)は、それぞれから出力される信号同士のクロス電圧を調整する制御端子(Vcnt1〜Vcnt4)を備えている。The mixer (1) includes first to fourth switch transistors (M1) connected between the first and second input terminals (Vinp, Vinn) and the first and second output terminals (Vap, Van), respectively. To M4), and first and second buffers (10, 11) for receiving the first and second LO signals and supplying the LO signals (Vgp, Vgn) to the gates of the first to fourth switch transistors (M1 to M4). It has. And the 1st and 2nd buffer (10, 11) is provided with the control terminal (Vcnt1-Vcnt4) which adjusts the cross voltage of the signals output from each.
Description
本発明は、例えば無線受信機のRF(Radio Frequency)フロントエンドに用いられるミキサに関するものである。 The present invention relates to a mixer used for an RF (Radio Frequency) front end of a radio receiver, for example.
近年、無線受信機の高性能化と低コスト化の両立が求められている。受信性能向上には、無線受信機のRFフロントエンド部の歪み性能の向上が必要であり、特にミキサの低歪み化が重要である。従来、外付けのトラッキングフィルタを使用して妨害信号を抑制することで歪み性能改善を図っていたが、ミキサの低歪み化により、外付け部品を削減し、コストを削減することができる。 In recent years, there has been a demand for both high performance and low cost of wireless receivers. In order to improve the reception performance, it is necessary to improve the distortion performance of the RF front end portion of the radio receiver. In particular, it is important to reduce the distortion of the mixer. Conventionally, distortion performance has been improved by suppressing an interference signal using an external tracking filter. However, by reducing the distortion of the mixer, it is possible to reduce external components and reduce costs.
ミキサにおいてこの3次相互変調歪みを低減するためには、ミキサに含まれるスイッチトランジスタのゲート−ソース間の電圧であるゲートバイアス電圧Vgと、スイッチトランジスタのしきい値電圧Vthおよびスイッチトランジスタの出力ノードのコモン電圧Vcmとの間において、次式(1)の関係を満たす必要があることが知られている。 In order to reduce the third-order intermodulation distortion in the mixer, a gate bias voltage Vg which is a voltage between the gate and the source of the switch transistor included in the mixer, a threshold voltage Vth of the switch transistor, and an output node of the switch transistor It is known that it is necessary to satisfy the relationship of the following formula (1) with respect to the common voltage Vcm.
特許文献1では、ミキサにおいてゲートバイアス電圧を変化させる技術が開示されている。
図7は、例えば特許文献1に開示されている従来のミキサの一例を示した図である。このような構成をとることにより、トランジスタM71〜M74のうちの少なくとも1つのゲートバイアス電圧を変化させることができる。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a conventional mixer disclosed in
また、同様の効果を得るために、図8に示すようにLO信号Vlop,Vlonのデューティ比Dを変える方法も提案されており、この方法によればミキサの歪みを良くすることができる。ここで、図8において、Tは信号の周期を示しており、1Tの期間はLO信号Vlop,Vlonの1周期を示している。 In order to obtain the same effect, a method of changing the duty ratio D of the LO signals Vlop and Vlon as shown in FIG. 8 has been proposed. According to this method, distortion of the mixer can be improved. Here, in FIG. 8, T indicates a signal period, and a period of 1T indicates one period of the LO signals Vlop and Vlon.
しかしながら、図7のような構成のミキサ70では、容量C71〜C74を通過した後のLO信号に対してバイアス電圧Vg1〜Vg4をそれぞれ与え、そのバイアス電圧Vg1〜Vg4の調整を行う。例えば、トランジスタM71〜M74のしきい値電圧が製造ばらつきにより設計値より高くなった場合、式(1)を満たすためにバイアス電圧Vg1〜Vg4をそれぞれ設計値より高く設定する必要がある。LO信号の振幅が電源電圧まで達するような場合にはトランジスタの最大定格電圧によりほとんど調整ができなくなり、電圧調整範囲が狭くなる。
However, in the
また、図8のようなLO信号Vlop,Vlonの構成では、スイッチングトランジスタが同時にOFFする期間が長く、ミキサの変換利得が下がるため無線受信機の感度悪化を招く懸念がある。このため、LO信号Vlop,Vlonは、デユーティ比Dを大きく変えることなくスイッチングトランジスタが同時にONする期間をなくす必要がある。 Further, in the configuration of the LO signals Vlop and Vlon as shown in FIG. 8, the period during which the switching transistors are simultaneously turned off is long, and the conversion gain of the mixer is lowered, so that there is a concern that the sensitivity of the radio receiver is deteriorated. For this reason, the LO signals Vlop and Vlon need to eliminate the period in which the switching transistors are simultaneously turned on without greatly changing the duty ratio D.
上記の点に鑑み、本発明は、広い電圧調整範囲を有し、変換利得を下げることなくばらつきに強い低歪みのミキサを提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a low distortion mixer that has a wide voltage adjustment range and is resistant to variations without lowering the conversion gain.
本発明の第1態様では、第1の入力端子に入力された第1RF(Radio Frequency)信号および第2の入力端子に入力された当該第1RF信号の反転信号である第2RF信号と、第1LO(Local Oscillator)入力端子に入力された第1LO信号および第2LO入力端子に入力された当該第1LO信号の反転信号である第2LO信号とを乗算することにより、IF(Intermediate Frequency)信号を生成し第1および第2出力端子に差動出力するミキサにおいて、前記第1の入力端子と前記第1および第2の出力端子との間にそれぞれ接続された第1および第2スイッチトランジスタと、前記第2の入力端子と前記第1および第2の出力端子との間にそれぞれ接続された第3および第4スイッチトランジスタと、前記第1LO入力端子と前記第1および第4スイッチトランジスタのゲート端子との間に接続された第1バッファと、前記第2LO入力端子と前記第2および第3スイッチトランジスタのゲート端子との間に接続された第2バッファと、前記第1および第2の出力端子に第1および第2抵抗の一端がそれぞれ接続され、前記第1および第2抵抗を介してそれぞれバイアス電圧が与えられる第1および第2のバイアス電圧印加端子とを備え、前記第1および第2バッファは、それぞれから出力される信号同士のクロス電圧を調整する制御端子を備えている。 In the first aspect of the present invention, a first RF (Radio Frequency) signal input to the first input terminal, a second RF signal that is an inverted signal of the first RF signal input to the second input terminal, and the first LO An IF (Intermediate Frequency) signal is generated by multiplying the first LO signal input to the (Local Oscillator) input terminal and the second LO signal that is an inverted signal of the first LO signal input to the second LO input terminal. In the mixer for differential output to the first and second output terminals, the first and second switch transistors respectively connected between the first input terminal and the first and second output terminals; The third and fourth switch transistors connected between the two input terminals and the first and second output terminals, respectively, the first LO input terminal and the first and fourth switches. A first buffer connected between the gate terminals of the first and second transistors; a second buffer connected between the second LO input terminal and the gate terminals of the second and third switch transistors; One end of first and second resistors connected to the second output terminal, respectively, and a first and second bias voltage application terminal to which a bias voltage is applied via the first and second resistors, respectively, Each of the first and second buffers includes a control terminal that adjusts a cross voltage between signals output from the first and second buffers.
本態様では、第1および第2バッファの出力信号のクロス電圧を制御信号に基づいて調整することにより、第1〜第4スイッチトランジスタのゲートバイアス電圧の調整を行う。さらに、上記クロス電圧の調整に加えて、バイアス電圧の調整を行うことによって、歪みが低減できる最適なバイアス点に第1および第2の出力端子のコモン電圧を微調整することができる。これにより、電圧調整範囲が広く、かつ、ばらつきに強い低歪みのミキサが実現できる。 In this aspect, the gate bias voltage of the first to fourth switch transistors is adjusted by adjusting the cross voltage of the output signals of the first and second buffers based on the control signal. Further, by adjusting the bias voltage in addition to the adjustment of the cross voltage, the common voltage of the first and second output terminals can be finely adjusted to an optimum bias point where distortion can be reduced. As a result, a low distortion mixer having a wide voltage adjustment range and being resistant to variations can be realized.
本発明の第2態様では、無線受信機は、アンテナからの入力RF信号を増幅するLNA(Low Noise Amplifier)と、前記LNAの出力信号が前記第1および第2の入力端子に入力される第1態様に記載のミキサと、前記ミキサの第1および第2LO入力端子に入力される前記第1および第2LO信号を生成するVCO(Voltage Controlled Oscillator)と、前記ミキサから出力された前記IF信号を増幅する可変利得増幅回路と、前記可変利得増幅回路のアナログ出力信号をデジタル変換するA/D(Analog to Digital)コンバータと、前記A/Dコンバータ出力のデジタル信号を処理するDSP(Digital Signal Processor)とを備えている。 In the second aspect of the present invention, the wireless receiver includes an LNA (Low Noise Amplifier) that amplifies an input RF signal from an antenna, and an output signal from the LNA that is input to the first and second input terminals. The mixer according to one aspect, a VCO (Voltage Controlled Oscillator) that generates the first and second LO signals input to the first and second LO input terminals of the mixer, and the IF signal output from the mixer A variable gain amplifying circuit for amplifying, an A / D (Analog to Digital) converter for digitally converting an analog output signal of the variable gain amplifying circuit, and a DSP (Digital Signal Processor) for processing a digital signal output from the A / D converter And.
本発明のミキサは、スイッチトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧の調整を第1および第2バッファの出力信号のクロス電圧を変えることにより行うため、電圧調整範囲を広くすることができる。また、第1および第2バイアス電圧の調整を併せて行うことにより、歪みが低減できる最適なバイアス点に第1および第2出力端子のコモン電圧を微調整することができる。これにより、ばらつきに強く、かつ、低歪みのミキサが実現できる。 Since the mixer of the present invention adjusts the bias voltage applied to the gate of the switch transistor by changing the cross voltage of the output signals of the first and second buffers, the voltage adjustment range can be widened. Further, by adjusting the first and second bias voltages together, the common voltage of the first and second output terminals can be finely adjusted to an optimum bias point where distortion can be reduced. As a result, it is possible to realize a mixer that is resistant to variations and has low distortion.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態では、各端子と各端子の信号とに同一の符号を付して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, each terminal and a signal of each terminal will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係るミキサの構成例を示す図である。図1のミキサ1は、第1の入力端子Vinpと第2の入力端子Vinn、第1の出力端子Vapと第2の出力端子Vanを備え、第1の入力端子Vinpと第1の入力ノードNI1間に第1の容量C1が接続され、第1の入力ノードNI1と第1の出力端子Vapとの間に接続されたスイッチトランジスタM1と、第1の入力ノードNI1と第2の出力端子Vanとの間に接続されたスイッチトランジスタM2と、第2の入力端子Vinnと第2の入力ノードNI2間に第2の容量C2が接続され、第2の入力ノードNI2と第1の出力端子Vapとの間に接続されたスイッチトランジスタM3と、第2の入力ノードNI2と第2の出力端子Vanとの間に接続されたスイッチトランジスタM4とを備えている。(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a mixer according to the first embodiment. The
ミキサ1は、さらに、第1のLO入力端子Vlopに入力されたLO信号を駆動する第1バッファ10と、第2のLO入力端子Vlonに入力された反転LO信号を駆動する第2バッファ11とを備え、第1バッファ10の出力はスイッチトランジスタM1およびM4のゲートに接続され、第2バッファ11の出力はスイッチトランジスタM2およびM3のゲートに接続される。また、第1のバイアス電圧印加端子Vbias1は抵抗R1を介して第1の出力端子Vapに接続され、第2のバイアス電圧印加端子Vbias2は抵抗R2を介して第2の出力端子Vanに接続される。そして、第1および第2バッファ10,11には後述するクロス電圧Vgcを調整するための制御信号Vcnt1,Vcnt2および制御信号Vcnt3,Vcnt4がそれぞれ制御端子Vcnt1,Vcnt2および制御端子Vcnt3,Vcnt4から入力されている。
The
上記の構成により、第1および第2の入力端子Vinp,Vinnに入力された差動のRF信号と、第1および第2のLO入力端子Vlop,Vlonに入力された差動のLO信号とが乗算されることにより、差動のIF信号が生成され、第1および第2の出力端子Vap,Vanから出力される。 With the above configuration, the differential RF signal input to the first and second input terminals Vinp and Vinn and the differential LO signal input to the first and second LO input terminals Vlop and Vlon are generated. By multiplying, a differential IF signal is generated and output from the first and second output terminals Vap and Van.
図2はミキサ1に含まれるバッファ10の構成例を示す図である。図2のバッファ10はPMOSトランジスタM11とNMOSトランジスタM12から構成されたインバータであり、PMOSトランジスタM11と並列に接続されたPMOSトランジスタM21と、NMOSトランジスタM12と並列に接続されたNMOSトランジスタM22とを備え、PMOSトランジスタM21のゲート端子はスイッチSW1を介してPMOSトランジスタM11のゲート端子に接続され、NMOSトランジスタM22のゲート端子はスイッチSW2を介してNMOSトランジスタM12のゲート端子に接続される。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
スイッチSW1,SW2は、それぞれ、制御信号Vcnt1,Vcnt2によりオンオフ制御され、PMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタの個数(並列数)をそれぞれ切替えることができる。 The switches SW1 and SW2 are on / off controlled by control signals Vcnt1 and Vcnt2, respectively, and the number of PMOS transistors and NMOS transistors (the number of parallel transistors) can be switched.
第2バッファ11は第1バッファ10と同様の構成であり、ここではその詳細な説明は省略する。なお、第2バッファ11は、第1バッファ10の入力LO信号の反転信号が入力され、制御信号Vcnt3,Vcnt4によりPMOSおよびNMOSトランジスタの個数を切替えることができる。
The
図6は非線形回路における相互変調および相互変調歪みについて説明するための図である。図6では、希望信号fdよりも周波数が高く、かつ、各々の周波数が異なる2つの妨害信号fud1,fud2が非線形回路60に入力される例を示している。
FIG. 6 is a diagram for explaining intermodulation and intermodulation distortion in a nonlinear circuit. FIG. 6 shows an example in which two interference signals fud1 and fud2 having frequencies higher than the desired signal fd and different frequencies are input to the
図6において、信号fud1,fud2が非線形回路60に入力されると、相互変調作用により、2fud1−fud2および2fud2−fud1の周波数成分(3次相互変調歪み成分)が発生する。例えば、信号fdの周波数が図6の斜線で示した部分の場合、周波数2fud1−fud2の3次相互変調歪み成分が信号fdの周波数の一部と重複している。このような場合、3次相互変調歪み成分は無線受信機の受信性能に悪影響を与える。一般的に歪み性能は、例えばIP3(Third order interceptpoint)を用いて表される。
In FIG. 6, when signals fud1 and fud2 are input to the
[クロス電圧の調整]
図3は第1および第2バッファ10,11の通過後のLO信号Vgp,Vgnについて、制御信号によるクロス電圧調整前後の波形の一例を示す図である。図3(a)はクロス電圧調整前の信号波形であり、(b)はクロス電圧調整後の信号波形である。[Cross voltage adjustment]
FIG. 3 is a diagram showing an example of waveforms before and after cross voltage adjustment by the control signal for the LO signals Vgp and Vgn after passing through the first and
図3(a)はスイッチSW1,SW2が両方ともオフ制御された場合のLO信号Vgp,Vgnの波形を示しており、図内左から右に時間(t)が経過する場合におけるLO信号Vgp,Vgnの電圧(V)の変化を示している。 FIG. 3 (a) shows the waveforms of the LO signals Vgp and Vgn when both the switches SW1 and SW2 are controlled to be off. The LO signal Vgp and Vgn when the time (t) elapses from the left to the right in the figure. The change of the voltage (V) of Vgn is shown.
ここで差動のLO信号Vgp,Vgnがそれぞれ立上りおよび立下りの遷移期間に交差するときの電圧をクロス電圧Vgcと称し、図3内では破線を用いて示す。図3内の二点鎖線は、第1および第2のバイアス電圧印加端子Vbias1、Vbias2から与えられたバイアス電圧Vbiasを示しており、一点鎖線はバイアス電圧VbiasにスイッチトランジスタM1〜M4のしきい値電圧Vthを加えた電圧を示している。なお、ここではスイッチトランジスタM1〜M4はNMOSトランジスタとし、第1および第2バイアス電圧印加端子Vbias1,Vbias2から同じバイアス電圧Vbiasを印加するものとし、スイッチトランジスタM1〜M4のしきい値電圧Vthが同じであるものとして説明する。 Here, the voltage when the differential LO signals Vgp and Vgn cross the rising and falling transition periods is referred to as a cross voltage Vgc, and is indicated by a broken line in FIG. 3 indicates the bias voltage Vbias applied from the first and second bias voltage application terminals Vbias1 and Vbias2, and the alternate long and short dash line indicates the threshold voltage of the switch transistors M1 to M4 to the bias voltage Vbias. A voltage obtained by adding the voltage Vth is shown. Here, the switch transistors M1 to M4 are NMOS transistors, the same bias voltage Vbias is applied from the first and second bias voltage application terminals Vbias1 and Vbias2, and the threshold voltages Vth of the switch transistors M1 to M4 are the same. It is assumed that
図3(a)では、クロス電圧Vgc(図内破線)が、バイアス電圧VbiasにスイッチトランジスタM1〜M4のしきい値電圧Vthを加えた電圧(図内一点鎖線)より高い例を示している。すなわち、クロス電圧Vgcと、バイアス電圧VbiasおよびスイッチトランジスタM1〜M4のしきい値電圧Vthとの間に次式(2)の関係がある例を示している。 FIG. 3A shows an example in which the cross voltage Vgc (broken line in the figure) is higher than the voltage obtained by adding the threshold voltage Vth of the switch transistors M1 to M4 to the bias voltage Vbias (dashed line in the figure). That is, an example in which there is a relationship of the following expression (2) between the cross voltage Vgc, the bias voltage Vbias, and the threshold voltage Vth of the switch transistors M1 to M4 is shown.
上式(2)のような関係がある場合、例えば、図3(a)の時間t1,t2,t3において、クロス電圧Vgcが共にVbias+Vth(図内一点鎖線)よりも高くなっており、スイッチトランジスタM1〜M4が同時にオン状態となる。このような状態では、ミキサ1の歪みが劣化するとともに、ミキサの変換利得が減少し、1/fノイズも悪化してしまうため、無線受信機の感度劣化の原因となる。
When there is a relationship such as the above equation (2), for example, at time t1, t2, t3 in FIG. 3A, the cross voltages Vgc are both higher than Vbias + Vth (one-dot chain line in the figure), and the switch transistor M1 to M4 are simultaneously turned on. In such a state, the distortion of the
図3(b)は、図3(a)の状態から第1および第2バッファ10,11のスイッチSW2が制御信号Vcnt2,Vcnt4によりオン制御された場合(第1および第2バッファ10,11のスイッチSW1はオフ制御を継続)におけるLO信号Vgp,Vgnの波形を示している。なお、図3(b)でも図3(a)と同様に、時間(t)の経過に対するLO信号Vgp,Vgnの電圧(V)の変化を示している。
FIG. 3B shows the case where the switch SW2 of the first and
図3(b)では、スイッチSW2がオン制御されたことにより、NMOSトランジスタの駆動能力が上がり、LO信号Vgp,Vgnの立ち下がり時間が短縮されている。これにより、図3(b)に示すように、クロス電圧Vgcが低下する(時間t1’,t2’,t3’参照)。すなわち、クロス電圧Vgcと、バイアス電圧VbiasおよびスイッチトランジスタM1〜M4のしきい値電圧Vthとは次式(3)の関係となる。 In FIG. 3B, the switch SW2 is turned on, so that the driving capability of the NMOS transistor is increased, and the falling times of the LO signals Vgp and Vgn are shortened. Thereby, as shown in FIG. 3B, the cross voltage Vgc decreases (see times t1 ', t2', and t3 '). That is, the cross voltage Vgc, the bias voltage Vbias, and the threshold voltage Vth of the switch transistors M1 to M4 have the relationship of the following expression (3).
上式(3)のような関係がある場合、図3(a)のときに起こるスイッチトランジスタM1〜M4の同時オンを回避することができる。したがって、ミキサ1の歪みおよび変換利得とノイズを改善することができる。
When there is a relationship such as the above equation (3), it is possible to avoid the switch transistors M1 to M4 from being simultaneously turned on in the case of FIG. Therefore, distortion and conversion gain and noise of the
なお、図示はしていないが、第1および第2バッファ10,11のスイッチSW1が制御信号Vcnt1,Vcnt3によりオン制御(第1および第2バッファ10,11のスイッチSW2はオフ制御を継続)された場合、PMOSトランジスタの駆動能力が上がり、LO信号Vgp,Vgnの立ち上がり時間が短縮される。これにより、クロス電圧Vgcは上昇する。
Although not shown, the switch SW1 of the first and
また、図2ではPMOSトランジスタM11,M21とNMOSトランジスタM12,M22とがそれぞれ2つずつ並列に接続されている例を示しているが、並列に接続するトランジスタの数は2つずつに限定されず、それぞれ3つ以上でもよい。また、PMOSトランジスタの並列数とNMOSトランジスタの並列数とが異なってもかまわない。そして、PMOSトランジスタの並列数をm、およびNMOSトランジスタの並列数をnとすると、並列に接続したトランジスタのゲート端子に接続する、制御信号に基づいてオンオフを切替えるスイッチの数は、PMOSトランジスタの場合は(m−1)個、NMOSトランジスタの場合は(n−1)個必要となる。これにより、少なくともいずれか一方のトランジスタの並列数を変更することができ、クロス電圧の調整可能範囲を広げることが可能となる。 FIG. 2 shows an example in which two PMOS transistors M11 and M21 and two NMOS transistors M12 and M22 are connected in parallel. However, the number of transistors connected in parallel is not limited to two. , Each may be 3 or more. Further, the parallel number of PMOS transistors and the parallel number of NMOS transistors may be different. When the parallel number of PMOS transistors is m and the parallel number of NMOS transistors is n, the number of switches connected to the gate terminals of the transistors connected in parallel and switched on / off based on the control signal is the case of the PMOS transistor. (M-1) are required, and in the case of an NMOS transistor, (n-1) are required. As a result, the parallel number of at least one of the transistors can be changed, and the adjustable range of the cross voltage can be expanded.
[バイアス電圧の調整]
本実施形態のミキサ1では、LO信号Vgp,Vgnのクロス電圧Vgcの調整に加えて、第1および第2バイアス電圧Vbias1,Vbias2の調整を行う。この第1および第2バイアス電圧Vbias1,Vbias2を調整することによって、第1および第2の出力端子Vap,Vanのコモン電圧が調整される。第1および第2バイアス電圧Vbias1,Vbias2は微調整が可能である。したがって、第1および第2バイアス電圧Vbias1,Vbias2をバイアス電圧Vbiasとした場合には、バイアス電圧Vbiasの微調整により、上式(2),(3)における右辺の微調整が可能となる。これにより、歪みを低減できる最適なバイアス点に微調整することが可能となる。[Adjustment of bias voltage]
In the
なお、第1および第2バイアス電圧Vbias1,Vbias2は、それぞれ異なる電圧に設定してもよい。 The first and second bias voltages Vbias1 and Vbias2 may be set to different voltages.
以上のように、本実施形態によると、スイッチトランジスタM1〜M4のゲートに入力するLO信号Vgp,Vgnの調整を、クロス電圧Vgcを変えることにより行うため、電圧調整範囲を広くすることができる。さらに、第1および第2バイアス電圧Vbias1,Vbias2の調整を併せて行うことにより、第1および第2出力端子Vap,Vanのコモン電圧を最適なバイアス点に微調整することが可能となる。これにより、ばらつきに強く、かつ、低歪みのミキサが実現できる。 As described above, according to the present embodiment, the LO signals Vgp and Vgn input to the gates of the switch transistors M1 to M4 are adjusted by changing the cross voltage Vgc, so that the voltage adjustment range can be widened. Further, by adjusting the first and second bias voltages Vbias1 and Vbias2 together, the common voltage of the first and second output terminals Vap and Van can be finely adjusted to an optimum bias point. As a result, it is possible to realize a mixer that is resistant to variations and has low distortion.
また、本実施形態のミキサ1は、第1および第2LO信号Vlop,Vlonを受ける容量(図7における容量C71〜C74)が不要であるため、従来技術と比較して面積を削減することができる。
Further, since the
なお、本実施形態の[バイアス電圧の調整]では、第1および第2バイアス電圧Vbias1,Vbias2を調整することにより、コモン電圧を調整するものとしたが、これに限定されない。また、IQ直交方式のミキサにおいても同様の効果が得られる。 In [Adjustment of bias voltage] of the present embodiment, the common voltage is adjusted by adjusting the first and second bias voltages Vbias1 and Vbias2, but the present invention is not limited to this. The same effect can also be obtained in an IQ orthogonal mixer.
以下の第2の実施形態では、第1および第2バイアス電圧Vbias1,Vbias2として所定の電圧値のバイアス電圧を印加するとともに、抵抗R1,R2を可変抵抗として、抵抗R1,R2の抵抗値の切替えによりコモン電圧を調整する例について説明する。 In the second embodiment below, a bias voltage having a predetermined voltage value is applied as the first and second bias voltages Vbias1 and Vbias2, and the resistance values of the resistors R1 and R2 are switched using the resistors R1 and R2 as variable resistors. An example of adjusting the common voltage will be described.
(第2実施形態)
図4は第2実施形態に係るミキサの構成例を示す図である。図4は図1の後段にIFアンプ2を接続したミキサ1Aの例を示している。以下の図4の説明において、図1と共通の構成要素に対する重複説明を省略する場合がある。(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a mixer according to the second embodiment. FIG. 4 shows an example of a
図4において、IFアンプ2は、入力端子Vap,Vanと出力端子Voutp,Voutn、抵抗Rs、帰還抵抗Rf、および差動増幅回路12を備え、入力端子Vapは抵抗Rsを介して差動増幅回路12の一方の入力端子に接続され、入力端子Vanは抵抗Rsを介して差動増幅回路12の他方の入力端子に接続され、出力端子Voutp,Voutnから帰還抵抗Rfを介して差動増幅回路12の入力端子にそれぞれフィードバックされる。また、IFアンプ2は、帰還抵抗Rfに並列に接続された容量Cf(容量値もCfと称する)を備えている。
4, the
IFアンプ2は、A=Rf/Rsによって決まる利得Aで入力信号を増幅して出力するとともに、カットオフ周波数fcがfc=1/2πRfCfであるローパスフィルタ特性も有する。また、差動増幅回路12から電圧VCMが出力されるように、コモンモードフィードバックが働く構成になっている。
The
図4のミキサ1Aにおけるコモン電圧Vapc,Vancは次式(4),(5)で表される。
Common voltages Vapc and Vanc in the
ここで、第1および第2バイアス電圧Vbias1,Vbias2に0Vが印加された場合、上式(4),(5)より、コモン電圧Vapc,Vancは、電圧VCMを抵抗分圧した電圧となる。そして例えば、抵抗R1,R2を可変抵抗とした場合、抵抗R1,R2の抵抗値の切替えにより、コモン電圧Vapc,Vancを制御することが可能となり、バイアス点の最適化が可能となる。なお、可変抵抗は例えば、直列または並列に接続された複数の抵抗素子と、複数の抵抗素子のうちの少なくとも1つの抵抗素子に並列または直列に接続され、導通または非導通状態をオンオフ制御する少なくとも1つのスイッチとを用い、各スイッチをオンオフ制御することにより実現することができる。 Here, when 0 V is applied to the first and second bias voltages Vbias1 and Vbias2, the common voltages Vapc and Vanc are voltages obtained by voltage-dividing the voltage VCM from the above equations (4) and (5). For example, when the resistors R1 and R2 are variable resistors, the common voltages Vapc and Vanc can be controlled by switching the resistance values of the resistors R1 and R2, and the bias point can be optimized. The variable resistor is, for example, a plurality of resistance elements connected in series or in parallel, and at least one resistance element of the plurality of resistance elements connected in parallel or in series, and at least performing on / off control of a conduction or non-conduction state. This can be realized by using one switch and controlling each switch on and off.
以上のように、本実施形態によると、抵抗R1,R2の抵抗値の調整により、コモン電圧Vapc,Vancを微調整することが可能となる。したがって、本実施形態においても第1の実施形態と同様にばらつきに強く、かつ、低歪みのミキサが実現できる。 As described above, according to the present embodiment, the common voltages Vapc and Vanc can be finely adjusted by adjusting the resistance values of the resistors R1 and R2. Therefore, in this embodiment as well as the first embodiment, it is possible to realize a mixer that is resistant to variations and has low distortion.
なお、抵抗R1,R2の抵抗値は、それぞれ異なる値に設定してもよい。また、抵抗Rsは必ずしも必要ではなく、なくても同様の効果が得られる。 The resistance values of the resistors R1 and R2 may be set to different values. The resistor Rs is not always necessary, and the same effect can be obtained even if it is not necessary.
また、上記の各実施形態において、第1〜第4スイッチトランジスタは、NMOSトランジスタを用いて説明したが、第1〜第4スイッチトランジスタとしてPMOSトランジスタを使用してもよい。また、上記の各実施形態において、ミキサに使用するすべてのトランジスタは、MOSトランジスタに限定されず、例えばその一部または全部にバイポーラトランジスタを用いて回路を構成しても同様の効果が得られる。 In each of the above embodiments, the first to fourth switch transistors have been described using NMOS transistors, but PMOS transistors may be used as the first to fourth switch transistors. In each of the above embodiments, all the transistors used in the mixer are not limited to MOS transistors. For example, the same effect can be obtained even if a circuit is configured using some or all of the bipolar transistors.
(適用例)
図5は第1または第2実施形態におけるミキサを備えた無線受信機の構成例を示す図である。(Application example)
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless receiver including the mixer according to the first or second embodiment.
図5において、無線受信機は、アンテナ21からの入力RF信号を増幅するLNA(Low Noise Amplifier)22と、LNA22からの出力信号を第1または第2RF信号として受ける第1または第2実施形態に記載のミキサ23と、ミキサ23から出力されたIF信号を増幅する可変利得増幅回路24と、可変利得増幅回路24の出力信号をアナログデジタル変換し、デジタル信号として出力するA/Dコンバータ25と、A/Dコンバータ25から出力されたデジタル信号を処理するDSP26とを備えている。また、無線受信機は、さらにLO信号を生成するVCO29、N分周回路28と、ミキサ23を駆動するLOバッファ27とを備えている。このように、無線受信機に第1または第2実施形態に記載されたミキサを用いることにより、無線受信機の受信性能を向上させることができる。
In FIG. 5, the wireless receiver has an LNA (Low Noise Amplifier) 22 that amplifies an input RF signal from the
なお、上記の第1および第2実施形態において、容量C1,C2はミキサ内部に設けられているものとして説明したがこれに限定されない。例えば、ミキサの外部に設けられていてもよい。具体的には、例えば図5において、容量C1,C2がLNA22とミキサ23の間、またはLNA22の内部に設けられていてもかまわない。また、容量C1、C2を削除し、LNA22とミキサ23を直接接続してもよい。
In the first and second embodiments, the capacitors C1 and C2 have been described as being provided inside the mixer, but the present invention is not limited to this. For example, it may be provided outside the mixer. Specifically, for example, in FIG. 5, the capacitors C1 and C2 may be provided between the
また、ミキサ23はIQ直交方式であっても同様の効果が得られる。その場合は図9に示すようにIQ信号を生成するために90°位相器30が必要になる。
Further, even if the
本発明の多くの特徴および優位性は、記載された説明から明らかであり、よって添付の特許請求の範囲によって、本発明のそのような特徴および優位性の全てをカバーすることが意図される。さらに、多くの変更および改変が当業者には容易に可能であるので、本発明は図示され記載されたものと全く同じ構成および動作に限定されるべきではない。したがって、全ての適切な改変物および等価物は本発明の範囲に入るものとされる。 The many features and advantages of the present invention are apparent from the written description, and thus, it is intended by the appended claims to cover all such features and advantages of the invention. Further, since many changes and modifications will readily occur to those skilled in the art, the present invention should not be limited to the exact configuration and operation as illustrated and described. Accordingly, all suitable modifications and equivalents are intended to be within the scope of the present invention.
本発明に係るミキサは、ばらつきに強い低歪みのミキサであるため、例えば車載ラジオチューナー等の無線通信機器などに有用である。 Since the mixer according to the present invention is a low distortion mixer that is resistant to variations, it is useful for radio communication equipment such as an in-vehicle radio tuner.
1,1A,23 ミキサ
10,11 第1および第2バッファ
12 差動増幅回路
21 アンテナ
22 LNA
24 可変利得増幅回路
25 A/Dコンバータ
26 DSP
29 VCO
30 90°位相器
M1,M2,M3,M4 スイッチトランジスタ(第1、第2、第3および第4スイッチトランジスタ)
M11,M21 PMOSトランジスタ(P型トランジスタ)
M12,M22 NMOSトランジスタ(N型トランジスタ)
SW1,SW2 スイッチ
R1,R2 抵抗(第1および第2抵抗)
Rs 抵抗(第3抵抗)
Rf 帰還抵抗
C1,C2 容量(第1および第2容量)
NI1,NI2 第1および第2入力ノード
NO1,NO2,NO3 第1、第2および第3出力ノード
Vinp,Vinn 第1および第2の入力端子
Vlop,Vlon 第1および第2LO入力端子
Vap,Van 第1および第2の出力端子
Vgp,Vgn LO信号(第1および第2LO信号)
Vcnt1〜Vcnt4 制御端子
Vbias1,Vbias2 第1および第2のバイアス電圧印加端子
Vgc クロス電圧1, 1A, 23
24 Variable Gain Amplifier 25 A /
29 VCO
30 90 ° phase shifters M1, M2, M3, M4 switch transistors (first, second, third and fourth switch transistors)
M11, M21 PMOS transistor (P-type transistor)
M12, M22 NMOS transistor (N-type transistor)
SW1, SW2 switch R1, R2 resistance (first and second resistance)
Rs resistance (third resistance)
Rf feedback resistors C1, C2 capacitances (first and second capacitances)
NI1, NI2 first and second input nodes NO1, NO2, NO3 first, second and third output nodes Vinp, Vinn first and second input terminals Vrop, Vlon first and second LO input terminals Vap, Van first First and second output terminals Vgp and Vgn LO signals (first and second LO signals)
Vcnt1 to Vcnt4 Control terminals Vbias1, Vbias1 First and second bias voltage application terminals Vgc Cross voltage
Claims (7)
前記第1の入力端子と前記第1および第2の出力端子との間にそれぞれ接続された第1および第2スイッチトランジスタと、
前記第2の入力端子と前記第1および第2の出力端子との間にそれぞれ接続された第3および第4スイッチトランジスタと、
前記第1LO入力端子と前記第1および第4スイッチトランジスタのゲート端子との間に接続された第1バッファと、
前記第2LO入力端子と前記第2および第3スイッチトランジスタのゲート端子との間に接続された第2バッファと、
前記第1および第2の出力端子に第1および第2抵抗の一端がそれぞれ接続され、前記第1および第2抵抗を介してそれぞれバイアス電圧が与えられる第1および第2のバイアス電圧印加端子とを備え、
前記第1および第2バッファは、それぞれから出力される信号同士のクロス電圧を調整する制御端子を備えている
ことを特徴とするミキサ。A first RF (Radio Frequency) signal input to the first input terminal, a second RF signal that is an inverted signal of the first RF signal input to the second input terminal, and an input to the first LO (Local Oscillator) input terminal The first LO signal and the second LO signal, which is the inverted signal of the first LO signal input to the second LO input terminal, are multiplied to generate an IF (Intermediate Frequency) signal to generate first and second output terminals A differential output to the mixer,
First and second switch transistors respectively connected between the first input terminal and the first and second output terminals;
Third and fourth switch transistors respectively connected between the second input terminal and the first and second output terminals;
A first buffer connected between the first LO input terminal and gate terminals of the first and fourth switch transistors;
A second buffer connected between the second LO input terminal and the gate terminals of the second and third switch transistors;
First and second bias voltage application terminals to which one ends of first and second resistors are connected to the first and second output terminals, respectively, and a bias voltage is applied via the first and second resistors, respectively. With
The first and second buffers each include a control terminal for adjusting a cross voltage between signals output from each of the first and second buffers.
一端に前記第1RF信号を受け、他端に前記第1の入力端子が接続された第1容量と、
一端に前記第2RF信号を受け、他端に前記第2の入力端子が接続された第2容量とを備えており、
前記第1および第2の入力端子には、それぞれ前記第1および第2容量を介して前記第1および第2RF信号が与えられる
ことを特徴とするミキサ。The mixer according to claim 1, wherein
A first capacitor having one end receiving the first RF signal and the other end connected to the first input terminal;
A second capacitor having one end receiving the second RF signal and the other end connected to the second input terminal;
The mixer, wherein the first and second input terminals are supplied with the first and second RF signals via the first and second capacitors, respectively.
前記第1および第2バッファはP型トランジスタとN型トランジスタから構成されるインバータであって、
高電位電源と前記第1および第2バッファの出力端子との間にそれぞれ並列に接続される複数のP型トランジスタと、
低電位電源と前記第1および第2バッファの出力端子との間にそれぞれ並列に接続される複数のN型トランジスタと、
前記複数のP型トランジスタおよび前記複数のN型トランジスタのゲート端子と前記第1および第2バッファの入力端子との間に、前記制御端子に入力される制御信号により、導通状態と非導通状態を切替えることができるスイッチとを備えている
ことを特徴とするミキサ。The mixer according to claim 1, wherein
The first and second buffers are inverters composed of P-type transistors and N-type transistors,
A plurality of P-type transistors respectively connected in parallel between a high-potential power supply and the output terminals of the first and second buffers;
A plurality of N-type transistors respectively connected in parallel between a low-potential power source and the output terminals of the first and second buffers;
A conductive state and a non-conductive state are set between the gate terminals of the plurality of P-type transistors and the plurality of N-type transistors and the input terminals of the first and second buffers by a control signal input to the control terminal. A mixer comprising: a switch that can be switched.
前記第1および第2抵抗の少なくともいずれか一方は、
直列または並列に接続された複数の抵抗素子と、
前記複数の抵抗素子のうちの少なくとも1つの抵抗素子に並列または直列に接続され、導通状態と非導通状態とが切替可能に構成されている少なくとも1つのスイッチとを備えており、
前記スイッチによる導通状態と非導通状態との切替により、抵抗値が調整可能に構成されている
ことを特徴とするミキサ。The mixer according to claim 1, wherein
At least one of the first and second resistors is
A plurality of resistance elements connected in series or in parallel;
At least one switch connected in parallel or in series to at least one of the plurality of resistance elements and configured to be able to switch between a conductive state and a non-conductive state;
The mixer is configured such that a resistance value can be adjusted by switching between a conductive state and a non-conductive state by the switch.
前記IF信号を増幅する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路の出力端子と当該差動増幅回路の入力端子との間に負帰還になるように接続された帰還抵抗とを備え、
前記差動増幅回路のコモン電圧、並びに前記帰還抵抗および前記第1抵抗によって、前記第1の出力端子におけるバイアス電圧が決定され、前記差動増幅回路のコモン電圧、並びに前記帰還抵抗および前記第2抵抗によって、前記第2の出力端子におけるバイアス電圧が決定される
ことを特徴とするミキサ。The mixer according to claim 1, wherein
A differential amplifier circuit for amplifying the IF signal;
A feedback resistor connected to provide negative feedback between the output terminal of the differential amplifier circuit and the input terminal of the differential amplifier circuit;
The bias voltage at the first output terminal is determined by the common voltage of the differential amplifier circuit, the feedback resistor, and the first resistor, and the common voltage of the differential amplifier circuit, the feedback resistor, and the second resistor are determined. A mixer, wherein a bias voltage at the second output terminal is determined by a resistor.
IQ(In-Phase/Quadrature-Phase)直交方式である
ことを特徴とするミキサ。The mixer according to any one of claims 1 to 5,
A mixer characterized by an IQ (In-Phase / Quadrature-Phase) orthogonal method.
前記LNA出力信号が前記第1および第2の入力端子に入力される請求項1から6のうちのいずれか1項に記載のミキサと、
前記ミキサの第1および第2LO入力端子に入力される前記第1および第2LO信号を生成するVCO(Voltage Controlled Oscillator)と、
前記ミキサから出力された前記IF信号を増幅する可変利得増幅回路と、
前記可変利得増幅回路のアナログ出力信号をデジタル変換するA/D(Analog to Digital)コンバータと、
前記A/Dコンバータ出力のデジタル信号を処理するDSP(Digital Signal Processor)とを備えている
ことを特徴とする無線受信機。LNA (Low Noise Amplifier) that amplifies the input RF signal from the antenna;
The mixer according to any one of claims 1 to 6, wherein the LNA output signal is input to the first and second input terminals;
A VCO (Voltage Controlled Oscillator) that generates the first and second LO signals input to the first and second LO input terminals of the mixer;
A variable gain amplifier circuit for amplifying the IF signal output from the mixer;
An A / D (Analog to Digital) converter for digitally converting the analog output signal of the variable gain amplifier circuit;
A radio receiver comprising a DSP (Digital Signal Processor) for processing a digital signal output from the A / D converter.
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