KR0178685B1 - 주파수 변환기 - Google Patents

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사또오 후미오
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Abstract

본 발명의 목적은 잡음 지수가 작은 주파수 변환기, 특히 국부 발진신호에 중첩되는 잡음의 영향을 받기 어려운 주파수 변환기를 제공하는 것에 있다.
국부 발진신호에 중첩되어 승산회로에 입력되는 잡음중, 국부 발진 주파수의 짝수배인 주파수의 잡음 성분이 출력에 나타나기 쉽다. 그래서, 국부 발진신호 입력회로에 국부 발진 주파수의 짝수배의 잡음 성분을 억압하는 주파수 특성을 지니게 한다.
본 발명에 의하면 잡음 지수가 양호한 주파수 변환회로를 실현할 수 있다. 잡음 지수가 양호한 주파수 변환기를 이용하면, 고주파 증폭기나 국부 발진기의 이득이나 잡음의 조건이 완화되므로 수신기의 소비 전류를 감소시킬 수 있다.

Description

주파수 변환기
제1도는 본 발명에 관한 주파수 변환기의 기본 개념을 도시한 블록 구성도.
제2도는 본 발명의 제1실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도.
제3도는 본 발명의 제2실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도.
제4도는 본 발명의 제3실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도.
제5도는 본 발명의 제4실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도.
제6도는 본 발명의 제5실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도.
제7도는 본 발명의 제6실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도.
제8도는 본 발명의 제7실시예에 관한 주파수 변환기의 블록 구성도.
제9도는 본 발명의 제8의 실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도.
제10도는 본 발명의 제8실시예에 관한 주파수 변환기의 회로의 전달 특성을 나타낸 그래프.
제11도는 본 발명의 제9의 실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도.
제12도는 본 발명의 제10의 실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도.
제13도는 본 발명의 제11의 실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도.
제14도는 본 발명의 제12실시예에 관한 수신기 시스템의 회로도.
제15도는 본 발명의 제13실시예에 관한 수신기 시스템의 블록도.
제16도는 본 발명의 제14실시예에 관한 수신기 시스템의 블록도.
제17도는 종래의 주파수 변환기의 개략 구성을 도시한 회로도.
제18도는 국부 발진 주파수의 짝수배의 잡음 성분을 도시한 특성도.
제19도는 국부 발진 주파수의 홀수배의 잡음 성분을 도시한 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 고주파 신호 입력회로 20 : 국부 발진신호 입력회로
21 : 짝수파 잡음 억제수단 23 : 리액턴스 회로
30 : 승산회로
본 발명은 무선 수신기기에 이용되는 주파수 변환기에 관한 것으로, 특히 국부 발진신호에 포함되는 잡음 성분을 감소시킬 수 있는 주파수 변환기에 관한 것이다.
종래의 주파수 변환기로서는 예컨대 제17도에 도시된 것이 공지되어 있다.
이 주파수 변환기는 예컨대 무선 주파수(Radio Frequency -RF-)등의 고주파 신호를 입력하여 임피던스 변환을 행하여 바이어스 전류를 결정하여 출력하는 고주파 신호 입력회로(10)와, 도시생략한 국부 발진기에서 공급되는 국부 발진 신호를 입력하여 임피던스 변환을 행하여 바이어스 전류를 결정하여 출력하는 바이어스 부가회로(2)와, 상기 입력회로(10)와 바이어스 부가회로(2)에 의해 각각 바이어스 전류가 결정되어 공급되는 고주파 신호 및 국부 발진신호를 승산하여 중간주파수(Intermediate Frequency -IF-) 신호로서의 출력신호를 생성하는 승산회로(30)로 구성되어 있다.
상기 바이어스 부가회로(2)는 국부 발진신호를 입력하고, 승산회로(30)에 필요한 바이어스 전위·바이어스 전류를 국부 발진신호에 부가하여 출력하는 것이다. 이 바이어스 부가회로(2)는 국부 발진신호에 중첩하여 입력되는 잡음을 그대로 출력할 뿐만 아니라, 바이어스 부가회로 자체에 의해 발생하는 열잡음등의 잡음도 부가하여 출력한다. 이 때문에, 국부 발진신호에는 여러 가지의 잡음 성분이 포함된다.
다음에, 이 종래의 주파수 변환기의 동작에 관해서 설명한다. 단자 RF로부터 입력되는 신호는 고주파 입력회로를 통하여 트랜지스터Tr1의 베이스에 입력된다. 또한, 단자 Lo로부터 입력되는 국부 발진신호는 국부 발진신호 입력회로를 통하여 트랜지스터 차동쌍 Tr2, Tr3의 양 베이스에 입력된다. 해당 트랜지스터 차동쌍의 동작은 P. R. 그레이(P. R. gray) 및 R. G. 메이어(R. G. Meyer) 저, 『아날로그 집적 회로의 해석과 설계』(Analysis and Design of Analog Intergrated Circuits)에 기술하고 있는 바와 같이, 공통 에미터 단자로부터 입력되는 전류가 양베이스간의 전위차에 의거하여 양트랜지스터에 분배되어, 양트랜지스터의 콜렉터 전류가 출력된다. 콜렉터 전류는 부하회로에서 전압 출력으로 변환된다.
트랜지스터 차동쌍을 이용하는 주파수 변환기는 변환 이득의 변동을 적게 하기 위해서, 양베이스 단자에 큰 전압 진폭을 부여하여 트랜지스터를 스위치 동작시킨다.
이 때의 출력은 다음 식(1)로 나타낼 수 있다.
Vout(t)=K×F(t)×{Irf(t)+Iee)} ‥‥ (1)
다만, Irf는 트랜지스터 Tr1의 콜렉터로부터 출력되는 고주파 신호전류 Iee는 트랜지스터 Tr1의 콜렉터에 흐르는 바이어스 전류, F(t)는 국부 발진신호의 주파수와 동일한 주파수로 1과 -1이 교대로 나타나는 함수, K는 부하회로에 의해 결정되는 정수이다.
F(t)는 국부 발진신호의 주파수의 정수배의 주파수 성분을 포함하지만, 그 비율은 듀티비에 의해서 변화한다.
Irf(t)는 1994년 전자정보통신학회 춘기대회 예고집 C-82에 도시되어 있는 바와 같이 대역 통과 필터(BPF)에 의해서 불필요한 신호를 제거한 후에 주파수 혼합기에 입력된다. 소망의 신호는 식 (1)의 sin(2πft)×Irf의 항이다. 다만 f는 국부 발진신호 주파수이다.
이상은 국부 발진신호와 고주파 신호 및 출력의 관계이지만, 통신기기, 특히 미약한 전파 신호를 취급하는 수신기에 있어서는 각 회로 소자가 발생시키는 잡음이 신호 품질을 현저히 열화시키지 않도록 주의하여 설계할 필요가 있다. 많은 수신기에서는 고주파 입력에 대해서는 상술한 바와 같이 필터를 이용하여 불필요한 신호와 잡음의 혼입을 막지만, 국부 발진신호 입력에 있어서의 잡음에 관해서는 국부 발진신호 레벨에 비하여 잡음은 작기 때문에, 영향은 적다고 생각되고 있었다. 그러나, 이하의 이유에 의해 국부 발진신호 입력회로에서의 잡음은 출력에 강하게 나타나며, 신호 품질을 열화시킨다.
설명을 간략화하기 위해서, 이 명세서에 있어서는 잡음을 단일 주파수의 방해신호에 대체하여 설명한다. 승산회로의 트랜지스터 차동쌍의 입력에 국부 발진신호와 방해신호를 입력한다. 차동쌍은 입력신호의 정부(正負)에 의해서 전류를 전환하는 스위치로 간주할 수 있다. 제18도는 방해신호가 국부 발진신호 주파수의 2배인 주파수의 경우의 특성도이다. 동일도에 있어서, 실선은 국부 발진신호의 그래프, 점선 및 일점쇄선은 방해신호에 마이너스 1을 곱한 그래프를 각각 도시하고 있다. 따라서, 차동쌍의 베이스간 전압의 제로 크로스 포인트는 실선과 점선의 교점(도면중 ◎으로 표시), 혹은 실선과 일점쇄선의 교점(도면중 ○으로 표시)에 의해서 표시된다. 도면에 도시된 바와 같이, 방해신호의 위상이 변화하면, 차동쌍의 입력이 정(+)인 시간의 길이가 방해신호의 위상에 의해서 변동한다. 방해신호의 주파수가 국부 발진신호의 2배에서 벗어나면, 양신호의 위상 관계는 조금씩 변화되어 간다. 또한, 방해신호의 진폭이 변동하더라도 제로 크로스 포인트는 이동한다. 즉, 방해신호의 진폭과 위상에 의해서 식(1)의 F(t)가 펄스폭 변조(PWM)된다.
대부분의 경우, 바이어스 전류 Iee는 고주파 신호 Irf보다 큰 값으로 선정된다. 그리고 F(t)와 바이어스 전류 Iee의 곱은 출력 Vout(t)에 나타난다. 주파수 변환기의 출력을 저역 통과 필터에 입력하는 호모다인 방식의 수신기에 있어서는 PWM이 저역 통과 필터에 의해서 복조되므로, 이 잡음이 현저히 나타난다. 또한, 주파수 변환기의 출력을 대역 통과 필터에 입력하는 헤테로다인 방식의 수신기인 경우도, 주파수 변환기의 출력(중간 주파수)은 입력 고주파 신호나 국부 발진 신호의 10분의 1 정도가 낮은 주파수로 설정되는 것이 많으므로, 국부 발진신호의 주파수의 2배로부터 20분의 1 정도 오프셋한 주파수의 잡음 성분이 PWM 변조에 의해서 출력으로 전파된다.
한편, 국부 발진 주파수의 3배의 주파수의 방해신호는 제19도에 도시된 바와 같이, 제로 크로스 포인트(기호 ○ 및 ◎으로 표시)를 거의 평행하게 이동시키므로, PWM이 아니라 펄스 위상 변조가 된다. 펄스 위상 변조는 저역 통과 필터에서는 복조되지 않으므로, 3배의 잡음 성분은 거의 영향받지 않는다.
이것은 국부 발진신호의 2배 또는 3배의 주파수로 한정되는 현상이 아니다. 0배도 포함하는 짝수배의 주파수는 펄스폭 변조에 의해서 출력에 나타난다. 그러나 홀수배의 주파수는 펄스 위상 변조로서 전파되므로 복조되지 않는다.
여기서, 국부 발진 주파수의 0배라고 하는 것은 거의 직류에 가까울 정도로 진폭이 미세한 교류 파형이 된다. 직류를 방해신호로서 국부 발진신호에 겹치게 한 경우도 직류에 가까운 미세한 진폭에 따라서 F(t)의 듀티비가 변한다. 예컨대 퍼서널 핸드폰 시스템(PHS)에 있어서는 1.9㎓의 고주파 신호를 수신하므로, 이것을 호모다인 방식으로 수신하기 위해서는 1.9㎓의 국부 발진신호를 사용한다. 국부 발진신호의 0배는 거의 직류이지만, 1㎑의 잡음 성분은 국부 발진신호의 0배로부터 1㎑ 만큼 벗어난 방해신호로 생각할 수 있다. 이 잡음은 국부 발진신호의 2배로부터 1㎑ 만큼 벗어난 잡음 성분, 즉 3.800001㎓의 잡음 성분과 같이 PWM 변조신호의 형으로 출력에 나타나며, 채널 선택 필터에 입력된다. 채널 선택 필터는 컷오프 주파수가 150㎑ 이하의 저역 통과 특성을 가지므로, PWM 변조신호는 복조된다.
전자회로에는 기생 용량이 반드시 존재하므로, 낮은 주파수의 잡음에 비하면 주파수가 높아질수록 잡음은 작아진다. 이 때문에, 특히 영향이 큰 것은 직류부근의 잡음이고, 다음에 국부 발진 주파수의 2배인 주파수부근의 잡음이다.
본 발명은 상술한 바와 같이, 국부 발진신호에 중첩되어 승산회로에 입력되는 국부 발진신호 주파수의 짝수배 부근의 주파수의 잡음이 신호의 품질을 현저히 열화시키는 문제점을 감안하여 행해진 것으로서, 신호 품질에 현저한 악영향을 미치게 하는 잡음을 감소시킬 수 있는 주파수 변환기의 제공을 목적으로 한다.
상술의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 주파수 변환기는
고주파 신호를 입력하고, 고주파 신호를 바이어스 전압, 혹은 바이어스 전류에 가하여 출력하는 고주파 신호 입력회로와,
국부 발진신호를 입력하고, 국부 발진신호를 바이어스 전압, 혹은 바이어스 전류에 가하여 출력하는 국부 발진신호 입력회로와,
상기 고주파 신호 입력회로의 출력과, 상기 국부 발진신호 입력회로의 출력을 입력하고, 고주파 신호와 국부 발진신호의 곱을 출력하는 승산회로를 구비하는 동시에,
상기 국부 발진신호 입력회로가 상기 국부 발진신호의 주파수의 짝수배 부근의 잡음 성분을 억제하는 짝수파 잡음 억제수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 국부 발진신호 입력회로는 저주파에 있어서의 출력 임피던스가 국부 발진신호 주파수에 있어서의 출력 임피던스보다 작은 특성, 즉 국부 발진 주파수의 0배 부근의 잡음을 감소시키도록 구성되어도 좋다.
또, 본 발명에 관한 주파수 변환기는 안테나부를 통하여 수신된 고주파 신호와 거의 같은 주파수의 국부 발진신호에 기초하여, 주파수 변환부에서 상기 수신신호를 주파수 변환시킴으로써 얻어지는 기저 대역신호를 복조하여 수신 데이터를 출력하는 수신장치를 포함하는 무선기에 내장하는 것도 가능하며, 상기 주파수 변환부는 고주파 신호 입력회로와 상기 국부 발진신호의 주파수의 짝수배의 주파수를 가지는 잡음제분을 억제하는 짝수배 잡음 억제수단을 구비한 국부 발진신호 입력회로와, 고주파 신호 입력회로의 출력신호와 국부 발진신호 입력회로의 출력신호를 입력하고, 양신호 승산하는 승산회로를 구비하도록 구성해도 좋다.
본 발명에 의하면, 잡음이 적은 주파수 변환기를 구성할 수 있다. 또한 무선 수신기로서 고려하면, 스퓨리어스가 많은 염기의 국부 발진기를 이용해도 주파수 변환기에 있어서의 신호 열화를 적게 할 수 있다. 또한, 주파수 혼합기의 입력 환산 잡음이 작아지면, 동일 신호 대 잡음비를 얻기 때문에 필요한 고주파 증폭회로의 이득이 작아지므로, 고주파 증폭회로의 소비 전류를 적게 할 수 있다. 이 때문에 무선 수신기의 소비 전류를 감소시킬 수 있고, 휴대 무선 단말에 적합하다.
제1도는 본 발명의 주파수 변환기의 기본 개념을 도시한 구성도이다. 도면에 있어서, 주파수 변환기는 고주파 입력신호가 입력되는 고주파 입력회로(10)와, 국부 발진신호가 입력되는 국부 발진신호 입력회로(20)와, 각각의 바이어스 전류가 입력되어 양쪽이 승산되는 승산회로(30)를 구비하고 있고, 국부 발진신호 입력회로(20)는 국부 발진신호의 기본 주파수의 짝수배의 주파수 성분을 가지는 잡음을 억제하는 짝수파 잡음 억제수단(21)을 구비하고 있다.
제2도는 제1실시예에 관한 주파수 변환기의 상세한 구성을 도시한 회로도이다. 국부 발진신호 입력회로(20)는 승산회로에 바이어스 전위를 부여하는 전압 기준과 인덕터, 전지, 커패시터로 구성된다. 이 국부 발진신호 입력회로(20)에 있어서는 짝수파 잡음 억제수단(21)이 설치되어 있으므로, 국부 발진신호 입력회로의 출력 임피던스는 국부 발진 주파수 부근에 비하여 저주파로 작아지며, 국부 발진기에서 발생하는 저주파 잡음은 억압되어, 승산회로(30)에는 입력되지 않는다. 이것은 국부 발진 주파수의 짝수배는 0배도 포함하며 이 0배의 잡음 성분은 저주파 잡음으로서 포착할 수 있기 때문이다. 또한, 코일 특성에 의해 국부 발진신호는 승산회로(30)에 입력되지만, 낮은 주파수에 있어서의 잡음은 저임피턴스로 전압 기준에 접속되어 있기 때문에, 승산회로(30)에는 입력되지 않는다. 상기 인덕터와 전지에 의해 짝수파 잡음 억제수단(21)이 구성되 있다. 고주파 입력회로(10)는 커패시터와 커패시터의 전위를 분압하는 분압저항을 구비하고 있다. 승산회로(30)는 부하회로(31)와, 바이어스된 국부 발진신호의 플러스 성분 및 마이너스 성분을 바꾸는 스위치로서의 트랜지스터 차동쌍(32)과, 바이어스된 고주파 신호를 증폭하는 증폭회로(33)를 구비하고 있다.
제3도는 본 발명의 제2실시예에 관한 주파수 변환기의 구성을 도시한 회로도이다. 도면에 있어서, 국부 발진신호는 국부 발진신호 입력회로(20)에 설치된 차동 증폭회로(22)에 의해 증폭된다. 증폭회로(22)의 출력은 잡음 억제수단(21)로서의 인덕터에 접속되어 있기 때문에, 국부 발진신호가 되지만, 저주파의 잡음 성분은 증폭되지 않는다. 이와 같이 외부로부터의 잡음 성분이 억제될 뿐만 아니라, 국부 발진신호 입력회로의 내부에 설치된 각 소자가 발생시키는 열잡음, 쇼트 노이즈 등의 내부적인 저주파 성분도 억제된다.
또한, 제3도에 있어서는 상기 증폭회로(22)와 국부 발진신호의 입력단자와의 사이에 임피던스 매칭회로(23)가 설치되어 있고, 이 임피던스 매칭회로(23)는 국부 발진신호의 선로 임피던스와 입력 임피던스를 정합시킴으로써 국부 발진신호의 반사파를 억제하는 것이다.
제4도는 본 발명의 제3실시예에 관한 주파수 변환기의 구성을 나타낸 회로도이다. 도면에 있어서, 국부 발진신호 입력회로(20)는 차동 증폭회로(22), 에미터 폴로어회로(24)를 포함하지만, 차동 출력이 짝수파 잡음 억제수단(21)로서의 인덕터를 통하여 접속되어 있으므로 저주파 잡음은 억제된다.
이 제3실시예에 관한 국부 발진신호 입력회로는 임피던스 매칭회로(23), 차동 증폭회로(22), 에미터 폴로어회로(24) 및 짝수파 잡음 억제수단(21)인 인덕터를 구비하고 있다. 임피던스 매칭회로(23)는 국부 발진기의 출력 임피던스, 혹은 전송선로의 임피던스와 차동 증폭회로의 입력 임피던스와의 사이의 임피던스 정합을 취하는 것이 주목적이지만, 국부 발진 주파수에 있어서 제조를 취하므로 그 외의 주파수의 신호를 억압하는 대역 통과 특성이 된다. 따라서, 매칭회로(23)에 의한 잡음 억제 효과도 기대할 수 있지만, 임피던스 매칭회로(23)에서는 차동 증폭회로(22)나 에미터 폴로어회로(24)에 있어서 발생하는 잡음에 대한 억압 효과는 없다. 이 회로에 짝수파 잡음 억제수단(21)인 인덕터를 에미터 폴로어회로(24)의 양출력 단자간에 접속시킴으로써, 승산회로(30)에 입력되는 잡음을 억제시킬 수 있다.
제5도는 본 발명의 제4실시예에 관한 주파수 변환기를 도시한 회로도이다. 짝수파 잡음 억제수단(21)로서의 인덕터를 통하여, 승산회로(30)에 설치된 차동쌍(33)을 구성하는 트랜지스터의 베이스에 바이어스를 부여하고 있으므로, 승산회로(30)에 공급되는 국부 발진신호의 저주파 잡음은 억제된다. 잡음 억제수단(21)으로서의 인덕터와, 2개의 커패시터의 값에 따라서는 임피던스 매칭회로로서의 기능을 담당하는 것도 가능하지만, 본원 발명에 있어서는 인덕터가 특별히 저주파 잡음을 현저히 억제할 수 있는 기능을 국부 발진신호 입력회로(20)에 갖게 하고 있다.
제6도는 본 발명의 제5실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도이다. 이 주파수 변환기의 회로에서는 저주파뿐이 아니고 국부 발진 주파수의 2배의 주파수 부근의 잡음도 억제시키기 때문에, 인덕터 L2와 커패시터 C2에 의하여 직렬 공진회로(25)를 구성한다. 인덕터 L2와 커패시터 C2는 국부 발진 주파수의 2배의 주파수에 있어서 공진하는 직렬 공진회로를 구성, 국부 발진 주파수의 2배의 주파수 부근에서 임피던스가 낮아진다. 또한, 인덕터 L1는 저주파에 있어서 임피던스가 낮아진다. 한편, 국부 발진 주파수에 있어서, 인덕터 L1, L2 및 커패시터 C2에 의해 병렬 공진하기 때문에 임피던스가 높아진다. 이 때문에 승산회로(30)의 입력 전압은 국부 발진 주파수만이 된다. 따라서 이 회로는 저주파에서도 임피던스가 낮으므로, 저주파의 잡음과 국부 발진 주파수의 2배 부근의 잡음을 동시에 억제할 수 있다.
제7도는 본 발명의 제6실시예에 관한 주파수 변환기의 구성을 도시한 회로도이다. 국부 발진신호 입력회로의 출력에 국부 발진 주파수의 2배로 공진하는 공진회로(L3, C3)와 인덕터(L1, L2)에 의해서 저주파의 잡음과 국부 발진신호의 2배의 주파수 부근의 잡음을 억압한다. 동시에, L1, L2, L3, C3를 국부 발진 주파수에 공진시킴으로써 높은 이득을 얻을 수 있다.
제8도는 본 발명의 제7실시예에 관한 주파수 변환기의 개략 구성도이다. 국부 발진신호는 국부 발진신호 입력회로(20)에 있어서 증폭회로(22)에 의해 증폭되고, 리액턴스 회로(26)에 의해 짝수배의 주파수 부근의 신호를 억압하고, 승산회로(30)에 공급된다. 즉, 리액턴스 회로(26)는 예컨대 4부의 1 파장의 쇼트 스터브를 접속시킴으로써 실현할 수 있다.
제9도는 리액턴스 회로의 상세한 구성예로서의 제8실시예에 관한 주파수 변환기를 도시한 회로도이다. 사다리형 필터의 구성이지만, L1과 C1, L2와 C2, L3와 C3는 각각 국부 발진 주파수에 있어서 직렬 공진하고, L4와 C4, L5와 C5, L6와 C6는 각각 국부 발진 주파수의 2배, 4배, 6배로 직렬 공진하며, L7와 C7는 국부 발진 주파수로 병렬 공진한다. 이 회로의 전달 특성을 제10도에 도시한다. 횡축은 정규화 주파수이다. 여기서, 정규화 주파수란, 어떤 주파수를 국부 발진 주파수로 나눈 값으로, 그 신호의 주파수가 국부 발진 주파수의 몇배인지를 나타내고 있다. 국부 발진 주파수의 짝수배에 노치를 가지는 특성으로, 이것에 의해 짝수배의 잡음에 대하여 이것을 억제하는 효과가 있음을 알 수 있다.
제11도는 리액턴스 회로의 별도의 구성예로서의 제9실시예에 관한 주파수 변환기를 도시한 회로도이다. 국부 발진 주파수의 짝수배에 직렬 공진하는 회로를 병렬에 접속시킴으로써 잡음을 억압할 수 있다.
제12도는 또 별도의 구성으로서의 제10실시예에 관한 주파수 변환기를 도시한 회로도이다. 이 동일도에 있어서 리액턴스 회로(26)는 한쌍의 1/4파장의 분포 정수의 선로와, 이 선로의 접속점에 병렬 접속된 전압 기준을 구비하고 있다. 이 구성에 의해, 제10도에 도시된 바와 같은 국부 발진신호의 기본 주파수의 0배, 2배, 4배, 6배의 짝수배의 잡음 성분을 전부 억제할 수 있다.
상기 제1 내지 제9실시예에 관한 주파수 변환기는 어느것이나 싱글 밸런스의 승산기를 이용하고 있었지만, 본 발명은 더블 밸런스의 승산기에 적용시킴으로써 더욱 큰 효과를 기대할 수 있다.
제13도는 더블 밸런스의 승산기의 구체예를 도시하는 제11실시예에 관한 주파수 변환기의 회로도이다. 이 제11실시예에 관한 주파수 변환기는 승산회로(30)로서 더블 밸런스형을 이용하고 있다. 더블 밸런스 승산회로는 2개의 싱글 밸런스형 승산회로의 출력이 상쇄되도록 조합이므로, 식(2)에 도시된 바와 같이 출력의 식은 식(1)의 뺄셈의 형이 된다. 즉
Vout(t)=K×F(t)×{Irf1(t)+Iee1}
-K×F(t)×{Irf2(t)+Iee2} …(2)
또, 식(2)는 식(3)과 같이 쓸 수도 있다.
Vout(t)=K×F(t)×{Irf1(t)-Irf2(t)
+Iee1-Iee2}
설계상은 Iee1과 Iee2를 같게 하므로, 싱글 밸런스 승산회로와 같이 F(t)와 Iee의 곱에 의한 펄스폭 변조신호는 출력되지 않으며, F(t)와 고주파 입력의 차동 성분, Irf1(t)-Irf2(t)의 곱만이 출력에 나타난다. 그러나, 실제의 회로는 오차를 가지므로 Iee1와 Iee2는 완전히 상쇄되는 일이 없고, F(t)와 오차 성분 Iee1-Iee2의 곱이 펄스폭 변조신호가 되어 출력에 나타난다. 따라서, 더블 밸런스 승산회로를 이용하는 것으로, 국부 발진신호와 짝수배의 주파수의 잡음의 영향을 작게 할 수 있지만, 제13도에 도시된 바와 같이 인덕터를 이용한 국부 발진신호 입력회로에서 저주파 잡음을 제거시킴으로써 더욱 잡음을 적게 할 수 있다. 또한, 더블 밸런스형 승산회로와 제9도, 제11도, 제12도에 도시된 국부 발진 주파수의 짝수배의 성분을 억제하는 리액턴스 회로를 구비한 국부 발진신호 입력회로를 조합하면, 잡음 억압의 효과는 더욱 커진다.
상기 구성을 가지는 주파수 변환기는 예컨대 휴대 전화기 시스템의 수신회로의 일부로서 이용된다. 제14도는 그 적합한 일예로서의 제12실시예에 관한 수신기 시스템을 도시하고 있다.
상기 제12실시예에 관한 주파수 변환기는 직접 변환 수신 방식의 수신기에 적용되며, 이 수신기에 있어서, 본 발명의 주파수 변환기(41)를 이용하여 직교 원상회복기(40)를 구성한 예를 제14도에 도시한다. 이 방식은 수신신호 주파수와 거의 같은 국부 발진 주파수를 주파수 변환기(41)에 입력하여, 기저신호를 얻기 때문에 호모다인 방식의 1종류이다. 출력신호는 국부 발진 주파수와 수신신호 주파수의 차의 주파수가 되지만, 수신신호 주파수가 국부 발진신호에 비하여 높은 경우와 낮은 경우를 구별하기 위해서, 수신신호를 2계통으로 분배하고, 양신호에 90°의 위상차를 갖게 한 후에 주파수 변환하여 2채널의 기저 신호를 얻는다. 국부 발진신호는 버퍼 앰프(42)를 통하여 2개의 주파수 변환기(41A,41B)에 입력된다. 주파수 변환기(41)의 국부 발진신호 입력회로(43)는 집적회로로서 실현된 스파이럴 인덕터를 이용하여 국부 발진 주파수의 0배 부근의 잡음인 저주파 잡음을 억제하여 잡음 특성이 뛰어난 직교 원상회복기(40)를 실현한다. 주파수 변환기(41)의 출력은 차동 싱글 변환기(45)에 공급되어 있으며, 이 차동 싱글 변환기(45)는 후술하는 제13실시예의 시스템에 도시된 제2중간 주파수 처리부(55A,55B)에 바람직한 신호를 공급하기 위해서, 차동신호를 싱글 종료신호로 변환하여 출력하고 있다.
또, 이 제12실시예의 직교 원상회복기(40)에 있어서는 상기 버퍼 앰프(42)가, 국부 발진신호의 전송 선로 임피던스와, 이 버퍼 앰프 입력 임피던스와의 정합을 취하는 매칭 기능을 구비하고 있다.
제15도는 직접 변환 수신 방식을 이용한 제13실시예에 관한 수신기의 구성을 도시한 블록도이다. 안테나부(51)를 통하여 수신된 무선 주파수신호의 주파수와 거의 같은 주파수의 국부 발진신호에 기초하여, 그 수신신호를 주파수 변환시킴으로써 얻어지는 기저 대역 신호를 복조하고 수신 데이터를 출력하는 것이다.
상세하게는 안테나부(51)로 수신된 고주파 신호는 고주파 신호처리부(52)에 의해 증폭되고, 고주파 필터로 불필요 주파수 성분을 제거한 후, 2채널로 나누어진다. 주파수 변환부에서는 국부 발신기로부터의 상기 수신 고주파 신호와 거의 같은 주파수의 기준신호를 이용하여 주파수 변환된다. 특히 직교 복조에 있어서는 주파수 변환부, 신호처리부를 I채널, Q채널로 2계통 준비하고, 국부 발신기의 출력신호를 π/2 이상기(53)를 이용하여 서로 π/2 시프트한 제1, 제2기준신호 S1, S2를 이용하여, 각각의 채널의 주파수 변환부(54A,54B)에 있어서 주파수 변환을 행한다. 주파수 변환된 기저 주파수신호는 각각 기저 주파수 신호처리부(54A,54B)에서 신호처리된다. 구체적으로는 도시생략한 저역통과 필터에 의해 불필요 고주파 성분을 제거한 후, A/D 변환부에 의해 디지탈 신호로 변환된다. 그 후, 출력부(56)에 의해 지연 검파 방식 등의 직교 검파 방식을 이용하여 디지탈 복조한 후, 음성, 화상 등의 정보신호가 재생된다.
제16도는 슈퍼헤테로다인 수신 방식을 이용한 제14실시예에 관한 수신기(60)의 구성을 도시한 도면이다. 안테나부(60A)를 통하여 수신된 신호로부터, 고주파 신호처리부(61)에서 소망의 주파수 대역의 신호 성분을 선택하고, 증폭하여, 제1주파수 변환부(62)에서 주파수 변환을 행하고 제1중간 주파수 신호를 출력한다. 또 제2중간 주파수 신호처리부(63)에서 신호의 불필요 주파수 성분을 제거하고, 증폭한 후, 제2중간 주파수 변환부(64)에서 제2중간 주파수 신호로 주파수 변환된다. 제2중간 주파수 신호는 제2중간 주파수 처리부(65)에 있어서는 불필요 주파수 성분을 제거하고 신호 증폭한 후, 출력부(66)에 있어서, 디지탈 신호처리를 행함으로써 음성, 화상 등의 정보를 출력한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 잡음이 적은 주파수 변환기를 얻을 수 있다. 잡음이 적은 주파수 변환기를 사용하면, 고주파 증폭회로를 간략화할 수 있다. 또한, 이동체 통신에 있어서는 준마이크로파 띠의 주파수가 할당되어 있고, 준마이크로파체의 공진회로는 비교적 용이하게 집적화할 수 있기 때문에, 본 발명에 의한 주파수 변환기는 집적회로로서 실현가능하다. 따라서, 본 발명의 주파수 변환기는 소형화, 경량화가 요구되는 휴대 통신 단말에 적합하다.

Claims (12)

  1. 국부 발진 신호의 잡음 성분을 감소시키는 주파수 변환기에 있어서, 고주파 신호를 입력하고, 이 고주파 신호를 바이어스 전압 또는 전류에 가하여, 바이어스가 부가된 고주파 신호를 출력하는 고주파 신호 입력회로와; 국부 발진신호를 입력하는 것으로서, 이 국부 발진신호에 바이어스 전압 또는 바이어스 전류를 가하여 출력하는 바이어스 부가 수단과, 상기 국부 발진신호의 주파수의 짝수배 부근의 잡음 성분을 억제하는 짝수파 잡음 억제 수단을 적어도 구비하며, 바이어스가 부가되고, 또한 짝수파 잡음이 감소된 국부 발진신호를 출력하는 국부 발진신호 입력회로와; 상기 고주파 신호 입력회로에서 출력되는 상기 바이어스가 부가된 고주파 신호와, 상기 국부 발진신호 입력회로에서 출력되는 상기 바이어스가 부가되고, 또한 짝수파 잡음이 감소된 국부 발진신호를 입력하며, 이들 신호를 승산하여 그 곱을 출력하는 승산회로를 적어도 구비한 것으로 특징으로 하는 주파수 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 국부 발진신호 입력회로는 입력된 국부 발진신호만을 증폭시키며, 이 국부 발진신호에 포함되는 저주파의 잡음 성분을 증폭시키지 않는 증폭회로를 구비한 있는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 짝수파 억제 수단은 상기 국부 발진신호의 주파수의 짝수배의 주파수 부근의 잡음 성분을 억제시키기 위해 국부 발진신호의 1/4 파장의 길이를 가지는 한쌍의 전송 선로를 구비한 있는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 국부 발진신호 입력회로가 국부 발진신호의 단일 입력을 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 국부 발진신호 입력회로가 복수의 국부 발진신호의 차동 입력을 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 국부 발진신호 입력회로가 특히 상기 국부 발진신호 주파수의 2배의 주파수를 가지는 잡음 성분을 억제시키는 짝수파 잡음 억제수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 국부 발진신호 입력회로가 상기 국부 발진신호 주파수의 0배의 주파수를 가지는 잡음 성분을 억제시키는 짝수파 잡음 억제수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 승산회로는 부하회로의 상기 국부 발진신호 입력회로에서 공급되는 상기 바이어스가 부가되고 또한 짝수파 잡음이 감소된 국부 발진신호의 플러스 성분 및 마이너스 성분을 각각의 베이스에 입력하는 한쌍의 트랜지스터로 이루어지는 트랜지스터 차동쌍과, 상기 고주파 신호 입력회로에서 공급되는 상기 바이어스가 부가된 고주파 신호를 증폭시키는 증폭회로를 구비하는 싱글 밸런스 승산회로에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 승산회로는 부하회로의 상기 국부 발진신호 입력회로에서 공급되는 상기 바이어스가 부가되고 또한 짝수파 잡음이 감소된 국부 발진신호의 플러스 성분을 각각 한쪽의 트랜지스터의 베이스에 입력하고, 상기 국부 발진신호의 마이너스 성분을 각각의 다른쪽의 트랜지스터의 베이스에 입력하는 2쌍의 트랜지스터 차동쌍과, 상기 고주파 신호 입력회로에서 공급되는 상기 바이어스가 부가된 고주파 신호의 플러스 성분 및 마이너스 성분을 각 증폭하는 한쌍의 증폭회로를 구비하는 더블 밸런스 승산회로에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  10. 재생 정보에 포함되는 것을 잡음 성분을 감소시키는 무선 수신기 시스템에 있어서, 안테나를 통하여 고주파 신호를 포함한 무선 주파수의 신호를 수신하는 수신부와; 상기 수신부에서 입력되는 고주파 신호를 바이어스 전압 또는 바이어스 전류에 가해지는 고주파 신호 입력회로, 상기 수신부에 의해 수신된 신호의 주파수와 거의 같은 국부 발진 주파수를 가지는 국부 발진신호를 바이어스 전압 또는 바이어스 전류에 가하여 출력하는 동시에 상기 국부 발진 주파수의 짝수배 부근의 잡음 성분을 억제하는 국부 발진신호 입력회로 및 바이어스가 부가된 고주파 신호와 잡음이 감소된 국부 발진신호를 승산하는 승산회로를 포함하는 주파수 변환기부와; 상기 주파수 변환기부에 의해 변환된 신호를 입력하여 불필요한 주파수 때의 신호 성분을 제거하여 재생에 적합한 신호 성분만을 포함하는 원하는 주파수 신호를 출력하는 신호처리부를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 수신기 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 주파수 변환기부는 상기 수신부에 의해 수신된 고주파 신호를 I 채널과 Q채널의 2계통으로 나누어 각각의 계통마다 주파수 변환하는 I채널 및 Q 채널 주파수 변환기를 구비하고, 또한 상기 신호처리부는 상기 I채널과 Q 채널 주파수 변환기의 각각의 계통의 출력에 포함되는 기저 주파수 신호를 각각 처리하는 I 채널 및 Q 채널 기저 주파수 신호처리부를 구비하며, 이것에 의하여 이 수신기 시스템은 직접 변환 수신방식에 의해 수신된 무선 주파수 신호에 포함되는 기저 대역 신호를 복조하여 수신 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 수신기 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 수신기 시스템은 상기 수신부로서의 안테나 및 고주파 신호처리부와, 상기 고주파 신호 처리부와 제1국부 발진기의 각각의 출력을 입력하여 바이어스가 부가된 고주파 신호와 바이어스가 부가되고 또한 짝수파 잡음이 감소된 국부 발진신호를 승산하여 상기 고주파 신호를 제1중간 주파수 신호로 변환하여 출력하는 제1주파수 변환부와, 상기 제1중간 주파수 신호에 포함되는 불필요 주파수 성분을 제거하고, 불필요 성분이 제거된 제1중간 주파수 신호를 증폭하여 출력하는 제1중간 주파수 처리부와, 이 제1중간 주파수 처리부와 제2국부 발진기와의 각각의 출력을 입력하여 바이어스가 부가된 중간 주파수 신호와 바이어스가 부가되고 또한 짝수파 잡음 성분이 감소된 국부 발진신호를 승산하여 상기 제1중간 주파수 신호를 제2중간 주파수 신호로 변환하여 출력하는 제2주파수 변환부와, 상기 제2중간 주파수 신호에 포함되는 불필요 주파수 성분을 제거하고 불필요 성분이 제거된 제2중간 주파수 신호를 증폭하여 출력하는 제2중간 주파수 처리부와, 그리고 상기 제2중간 주파수 신호를 디지탈 신호처리하여 정보신호를 출력하는 출력부를 구비하는 슈퍼헤테로다인 수신기 시스템에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 수신기 시스템.
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