JPH07312623A - キャリアリーク抑圧方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】キャリアが高周波数化されても、キャリアリー
クを十分に抑圧できるキャリアリーク抑圧方法及び無線
通信機器用半導体装置を提供する。 【構成】変調用回路１は入力信号ＩとキャリアＬｏとを
入力し、キャリアＬｏに基づいて入力信号Ｉを変調した
信号を出力する。信号生成回路３は、変調用回路１の出
力側２におけるキャリアリークの位相及び振幅に基づい
て、キャリアＬｏからキャリアリークの位相と逆相であ
り、かつ、前記キャリアリークの振幅と等しい振幅の等
しい抑圧信号を生成する。信号生成回路３の抑圧信号を
出力側２に印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置（ＬＳＩ）
に係り、詳しくは変調器（特にデジタル変調用直交変調
器）又は送信ミキサ等の変調用の回路の出力側における
キャリアリークの抑圧方法に関する。

【０００２】無線通信機器用ＬＳＩには変調器又は送信
ミキサ等の変調用の回路が搭載される。これらの変調用
回路はキャリアに基づいて入力信号を変調した信号を出
力する。これらの変調用回路の出力において、変調信号
の精度を低下させるキャリアリークが発生する。送信ミ
キサにおいては変調信号の周波数がキャリアの周波数に
近いため、フィルタによってキャリアリークを除去する
ことができない。そのため、無線通信機器用ＬＳＩにお
いて、キャリアリークの振幅を十分に抑圧する必要があ
る。

【０００３】

【従来の技術】図７には従来の直交変調器３１が示され
ている。変調器３１はミキサ３２，３３と９０°移相器
３４とからなる。移相器３４はキャリアＬｏを入力し、
位相が互いに９０°異なる２つのキャリアを生成し、両
キャリアをミキサ３２，３３にそれぞれ出力する。ミキ
サ３２はデジタル入力信号Ｉ，バーＩと移相器３４の一
方のキャリアとを掛け合わせ、その積の信号を出力す
る。ミキサ３３はデジタル入力信号Ｑ，バーＱと移相器
３４の他方のキャリアとを掛け合わせ、その積の信号を
出力する。入力信号ＩとバーＩとは振幅が等しく、位相
が互い逆相である。入力信号ＱとバーＱとは振幅が等し
く、位相が互い逆相である。

【０００４】前記ミキサ３２，３３には図８に示す二重
平衡変調器１８が使用される。変調器１８はＮＰＮトラ
ンジスタＴ１〜Ｔ８、抵抗Ｒ１〜Ｒ９、コンデンサＣ１
〜Ｃ３を備えている。トランジスタＴ１，Ｔ２のコレク
タはそれぞれ抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して電源ＶCCに接続さ
れている。トランジスタＴ１，Ｔ２のエミッタは結合さ
れ、トランジスタＴ３，Ｔ４及び抵抗Ｒ７を介して接地
ＧＮＤに接続されている。トランジスタＴ１のベースに
はコンデンサＣ１を介して前記キャリアＬｏが入力され
るとともに、抵抗Ｒ３を介して直流バイアス電圧Ｅ１が
印加されている。トランジスタＴ２のベースには抵抗Ｒ
４を介して前記バイアス電圧Ｅ１が印加されている。ト
ランジスタＴ３のベースにはコンデンサＣ２を介して入
力信号Ｉが入力されるとともに、抵抗Ｒ５を介して直流
バイアス電圧Ｅ２が印加されている。トランジスタＴ４
のベースには基準電圧Ｖ_CEが印加されている。

【０００５】トランジスタＴ５，Ｔ６のコレクタはそれ
ぞれトランジスタＴ１，Ｔ２のコレクタに接続されてい
る。トランジスタＴ５，Ｔ６のエミッタは結合され、ト
ランジスタＴ７，Ｔ８及び抵抗Ｒ８を介して接地ＧＮＤ
に接続されている。トランジスタＴ５のベースには前記
抵抗Ｒ４を介して前記バイアス電圧Ｅ１が印加されてい
る。トランジスタＴ６のベースには前記コンデンサＣ１
を介してキャリアＬｏが入力されるとともに、抵抗Ｒ３
を介して直流バイアス電圧Ｅ１が印加されている。トラ
ンジスタＴ７のベースにはコンデンサＣ３を介して前記
入力信号バーＩが入力されるとともに、抵抗Ｒ６を介し
て直流バイアス電圧Ｅ３が印加されている。トランジス
タＴ８のベースには前記基準電圧Ｖ_CEが印加されてい
る。トランジスタＴ３，Ｔ７の両エミッタ間には抵抗Ｒ
９が接続されている。

【０００６】上記のように構成された変調器１８におい
ては、バイアス電圧Ｅ２，Ｅ３の電圧差（オフセット電
圧）がゼロであれば、合成信号ＭＦへのキャリアＬｏの
リークは十分に抑圧される。しかしながら、実際には差
動対となるトランジスタＴ１，Ｔ２又は差動対となるト
ランジスタＴ５，Ｔ６等の回路素子の特性の不整合（ば
らつき）がある。そのため、合成信号ＭＦへのキャリア
リークは十分に抑圧されない。従って、変調器１８にお
いては、バイアス電圧Ｅ２，Ｅ３の電圧差を調整するこ
とにより、キャリアリークを十分抑圧することができ
る。

【０００７】また、図９，図１０に示すように、回路素
子の特性の不整合とは別に、半導体装置の寄生容量を介
したり、半導体基板や空間を伝播して出力にキャリアＬ
ｏがリークする場合がある。図９には無線通信機器用Ｌ
ＳＩに形成された送信ミキサ３７が示されている。ミキ
サ３７は入力信号ＩとキャリアＬｏとを掛け合わせ、そ
の積の信号ＲＦを出力する。このミキサ３７では鎖線矢
印で示す寄生容量によるキャリアのリーク、破線矢印で
示す端子間での伝播によるキャリアのリーク、及び実線
矢印で示す配線間での伝播によるキャリアのリークがあ
る。

【０００８】図１０には無線通信機器用ＬＳＩに形成さ
れた直交変調器４１を示している。変調器４１はミキサ
４２，４３ と９０°移相器４４とからなる。この変調
器４１においても鎖線矢印で示すように、ミキサ４２，
４３を介して寄生容量によるキャリアのリーク、破線矢
印で示す端子間での伝播によるキャリアのリーク、及び
実線矢印で示す配線間での伝播によるキャリアのリーク
がある。

【０００９】このようなキャリアリークを抑圧するため
の対策として、図１１に示す直交変調器４６が提案され
ている。この変調器４６では、キャリアＬｏを差動信号
化してキャリアＬｏと振幅が等しく位相が逆相のキャリ
アバーＬｏを生成し、キャリアＬｏ，バーＬｏを入力し
ている。変調器４６はミキサ４７，４８と９０°移相器
４９とからなる。

【００１０】そして、前記ミキサ４７，４８には図１２
に示す二重平衡変調器１９が使用される。この変調器１
９においては、トランジスタＴ２，Ｔ６のベースにはコ
ンデンサＣ４を介してキャリアバーＬｏが入力されると
ともに、抵抗Ｒ４を介して直流バイアス電圧Ｅ４が印加
されている。

【００１１】ところが、キャリアＬｏの周波数が非常に
高くなると、半導体基板や空間での伝搬によるキャリア
リークが非常に大きくなる。また、キャリアＬｏ，バー
Ｌｏの完全な差動信号化が困難になり、図１４に示すよ
うに、キャリアＬｏ，バーＬｏに位相ズレが生じるとと
もに、両者の振幅も異なってしまう。その結果、ミキサ
４２，４３の出力側へのキャリアリークが大きくなって
しまう。このキャリアリークはバイアス電圧Ｅ２，Ｅ３
の電圧差の調整ではキャンセルできない。

【００１２】図１４には差動バッファ５２を備えたミキ
サ５３が示されている。このミキサ５３も図１２に示す
変調器１９が用いられる。バッファ５２によってキャリ
アＬｏと振幅が等しく位相が完全に逆相のキャリアバー
Ｌｏが生成されたとしても、実線矢印で示すように空間
の伝搬によるキャリアリークがある。

【００１３】さらに、図１５には前記二重平衡変調器１
９を用いた周波数逓倍器が示されている。この変調器１
９では、入力信号及びキャリアとして周波数ｆ０の信号
を入力し、周波数２ｆ０の信号を出力する。この逓倍器
において、出力側への周波数ｆ０のキャリアリークを十
分に抑圧するためには、入力信号（Ａ側）のバイアス電
圧Ｅ２，Ｅ３のオフセット調整と、キャリア（Ｂ側）の
バイアス電圧のＥ１，Ｅ４のオフセット調整とが必要と
なる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従って、キャリアが高
周波領域では、キャリアリークが増大し、入力信号の変
調品質が低下する。また、ミキサにおいては変調信号の
周波数がキャリアの周波数に近いため、フィルタによっ
てキャリアリークを除去することができず、不要な周波
数成分（スプリアス）が増大してしまう。

【００１５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、キャリアが高周波数化
されても、キャリアリークを十分に抑圧できるキャリア
リーク抑圧方法及び半導体装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。変調用回路１は入力信号ＩとキャリアＬｏと
を入力し、キャリアＬｏに基づいて入力信号Ｉを変調し
た信号を出力する。信号生成回路３は、変調用回路１の
出力側２におけるキャリアリークの位相及び振幅に基づ
いて、キャリアＬｏからキャリアリークの位相と逆相で
あり、かつ、前記キャリアリークの振幅と等しい振幅の
抑圧信号を生成する。信号生成回路３の抑圧信号を出力
側２に印加する。

【００１７】

【作用】キャリアが高周波数化されても、キャリアリー
クが十分に抑圧される。そのため、入力信号の変調品質
の低下が防止されるとともに、不要な周波数成分（スプ
リアス）の増大が抑制される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図２，
図３に従って説明する。なお、説明の便宜上、従来例と
同様の構成については同一の符号を付してその説明を一
部省略する。

【００１９】図２には無線通信機器用ＬＳＩ１０が示さ
れている。ＬＳＩ１０には直交変調器１１と、信号生成
回路としてのキャリアリーク抑圧回路１２とが形成され
ている。

【００２０】変調器１１はミキサ３２，３３と９０°移
相器３４とからなる。移相器３４はキャリアＬｏを入力
し、位相が互いに９０°異なる２つのキャリアを生成
し、両キャリアをミキサ３２，３３にそれぞれ出力す
る。ミキサ３２はデジタル入力信号Ｉ，バーＩと移相器
３４の一方のキャリアとを掛け合わせ、その積の信号を
出力する。ミキサ３３はデジタル入力信号Ｑ，バーＱと
移相器３４の他方のキャリアとを掛け合わせ、その積の
信号を出力する。入力信号ＩとバーＩとは振幅が等し
く、位相が互い逆相である。入力信号ＱとバーＱとは振
幅が等しく、位相が互い逆相である。ミキサ３２，３３
には図８に示される二重平衡変調器１８が用いられる。
本実施例において、キャリアＬｏの周波数は入力信号
Ｉ，Ｑの周波数に比較して高く設定されている。

【００２１】キャリアリーク抑圧回路１２は第１及び第
２の増幅器としてのミキサ１６，１７と前記９０°移相
器３４とからなる。ミキサ１６，１７には図３に示す二
重平衡変調器２０が使用される。この変調器２０では、
トランジスタＴ３のベースには抵抗Ｒ５を介して直流バ
イアス電圧Ｅ５のみが印加されている。トランジスタＴ
７のベースには抵抗Ｒ６を介して直流バイアス電圧Ｅ６
のみが印加されている。ミキサ１６ではバイアス電圧Ｅ
５，Ｅ６がＩＤＣ，バーＩＤＣとして与えられ、ミキサ
１７ではバイアス電圧Ｅ５，Ｅ６がＱＤＣ，バーＱＤＣ
として与えられる。

【００２２】この変調器２０はバイアス電圧Ｅ５，Ｅ６
を調整することによって、利得可変かつ位相反転が可能
である。すなわち、変調器２０によって構成されたミキ
サ１６において、バイアス電圧ＩＤＣ，バーＩＤＣ（Ｅ
５，Ｅ６）の電圧差（オフセット電圧）を調整する。す
ると、移送器３４から出力されるキャリアＬｏの位相が
９０°〜２７０°の範囲で変更されるとともに、キャリ
アＬｏの振幅を減少させた振幅の信号が生成される。

【００２３】また、変調器２０によって構成されたミキ
サ１７において、バイアス電圧ＱＤＣ，バーＱＤＣ（Ｅ
５，Ｅ６）の電圧差を調整する。すると、キャリアＬｏ
の位相が０°〜１８０°の範囲で変更されるとともに、
キャリアＬｏの振幅を減少させた振幅の信号が生成され
る。そして、ミキサ１６，１７の出力信号が合成されて
前記キャリアリークを抑圧するための抑圧信号が生成さ
れ、その抑圧信号が前記直交変調器１１の出力信号ＭＦ
に印加される。

【００２４】さて、上記のように構成されたＬＳＩ０に
おいて、まず、出力信号ＭＦ側にリークするキャリアＬ
ｏが最小となるように、ミキサ３２のバイアス電圧Ｅ
２，Ｅ３を調整する。次に、出力信号ＭＦ側にリークす
るキャリアＬｏが最小となるように、ミキサ３３のバイ
アス電圧Ｅ２，Ｅ３を調整する。その結果、出力信号Ｍ
Ｆ側でのキャリアリークは最小となる。

【００２５】この後、出力信号ＭＦ側でリークしている
キャリアＬｏの位相及び振幅を検出し、キャリアＬｏの
リークが最小となるように、ミキサ１６のバイアス電圧
ＩＤＣ，バーＩＤＣの値を調整する。次に、出力信号Ｍ
Ｆ側でのキャリアＬｏのリークが最小となるように、ミ
キサ１７のバイアス電圧ＱＤＣ，バーＱＤＣの値を調整
する。このときのバイアス電圧ＩＤＣ，バーＩＤＣ、Ｑ
ＤＣ，バーＱＤＣの値が最適値であり、出力信号ＭＦ側
でのキャリアリークは最小となる。

【００２６】このように、本実施例では、直交変調器１
１の出力側で検出したキャリアリークの位相及び振幅に
基づいて、キャリアリーク抑圧回路１２によってキャリ
アＬｏに基づいて抑圧信号を生成し、この抑圧信号によ
って出力信号ＭＦ側でのキャリアリークを十分に抑圧で
きる。従って、キャリアＬｏが高周波数化されても、キ
ャリアリークを十分に抑圧できる。また、本実施例で
は、９０°移送器３４によってキャリアＬｏに基づいて
位相が互いに９０°ずれた２つのキャリアを生成し、２
つのキャリアに基づいて抑圧信号を生成している。その
ため、本実施例の抑圧回路１２はキャリアリークの位相
と完全に逆相の抑圧信号を容易に生成できる。

【００２７】また、本実施例では直交変調器１１からリ
ークするキャリアＬｏの振幅が最小であるため、抑圧回
路１２の抑圧信号の振幅も最小にでき、消費電力を低減
することができる。

【００２８】さらに、本実施例の無線通信機器用ＬＳＩ
１０では、直交変調器１１とキャリアリーク抑圧回路１
２とで９０°移相器３４を共用しているため、効率がよ
く、ＬＳＩ１０の高集積化を図ることができる。

【００２９】図４には別の無線通信機器用ＬＳＩ２１が
示されている。このＬＳＩ２１にはミキサ５３、第３の
増幅器としてのアンプ２２及び前記キャリアリーク抑圧
回路１２が形成されている。ミキサ５３は差動信号化さ
れたキャリアＬｏ，バーＬｏと入力信号Ｉとを入力し、
入力信号ＩをキャリアＬｏ，バーＬｏに基づいて変調し
て出力信号ＲＦを出力する。アンプ２２は前記信号ＲＦ
を入力端子Ｔxin に入力し、出力端子Ｔxoutから増幅し
た信号を出力する。

【００３０】この実施例では、同一のＬＳＩ２１上にミ
キサ５３とアンプ２２とが形成されている。そのため、
半導体基板や空間での伝搬によりミキサ５３のキャリア
Ｌｏ，バーＬｏの入力端子から信号ＲＦの出力端子や、
アンプ２２の入出力端子Ｔxin ，Ｔxoutに直接キャリア
Ｌｏがリークする。

【００３１】そこで、アンプ２２の入出力端子Ｔxin ，
ＴxoutにリークするキャリアＬｏの位相及び振幅を検出
する。そして、バイアス電圧ＩＤＣ，バーＩＤＣ、ＱＤ
Ｃ，バーＱＤＣを調整することによって、抑圧回路１２
によりそのキャリアＬｏの位相とは逆相で振幅が等しい
抑圧信号を生成し、アンプ２２の出力端子Ｔxoutに印加
している。

【００３２】そのため、本実施例のＬＳＩ２１では、ア
ンプ２２に伝搬するキャリアリークを十分に抑圧でき
る。図５には別の無線通信機器用ＬＳＩ２２が示されて
いる。ＬＳＩ２２には変調器２３、キャリアリーク抑圧
回路１２及びキャリアリーク検出回路２４が形成されて
いる。変調器２３には前記二重平衡変調器が使用されて
いる。検出回路２４は変調器２３の出力信号ＭＦ側にリ
ークしているキャリアの位相及び振幅を検出して抑圧回
路１２のバイアス電圧ＩＤＣ，ＱＤＣを制御し、変調器
２３のキャリアリークを抑圧するようにしている。本実
施例では、検出回路２４によってキャリアリークの抑圧
を自動で行うことができる。

【００３３】さらに、図６には別の無線通信機器用ＬＳ
Ｉ２５が示されている。このＬＳＩ２５には前記と同様
の二重平衡変調器１９，２０及び差動バッファ２６が形
成されている。変調器１９により周波数逓倍器が形成さ
れ、変調器１９は入力信号及びキャリアとして周波数ｆ
０の信号を入力し、周波数２ｆ０の信号を出力する。バ
ッファ２６はキャリアｆ０を入力し、キャリアｆ０と振
幅が等しく位相が完全に逆相のキャリアバーｆ０を生成
する。変調器２０は簡易型のキャリアリーク抑圧回路で
あり、そのバイアス電圧を調整することにより、出力側
への周波数ｆ０のキャリアリークを抑圧することができ
る。本実施例では、変調器２０のバイアス電圧のオフセ
ット調整を行うだけで済む。

【００３４】なお、図４に示す無線通信機用ＬＳＩ２１
では、位相が互いに９０°ずれた２つのキャリアに基づ
いて抑圧信号を生成したが、これに限定されるものでは
なく、キャリアリークの位相と逆相であり、かつ、キャ
リアリークの振幅と等しい振幅の抑圧信号を生成できれ
ばよい。

【００３５】また、上記各実施例におけるキャリアリー
ク抑圧回路１２では、ミキサ１６，１７に入力する２つ
のキャリアの位相を９０°ずらせたものとしたが、２つ
のキャリアの位相は９０°未満の任意の角度としてもよ
い。この場合にも、キャリアリークの位相と完全に逆相
の抑圧信号を生成できる。

【００３６】上記の実施例から把握できる請求項以外の
技術的思想について、以下にその効果とともに記載す
る。 （１）請求項２のキャリアリーク抑圧方法において、２
つのキャリアの位相は互いに９０°ずれているキャリア
リーク抑圧方法。このような構成により、キャリアリー
クの位相と完全に逆相の抑圧信号を容易に生成できる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１及び４の発
明によれば、キャリアが高周波数化されても、キャリア
リークを十分に抑圧できる。

【００３８】請求項２の発明によれば、キャリアリーク
の位相と完全に逆相の抑圧信号を容易に生成できる。請
求項３の発明によれば、第３の増幅器に伝搬するキャリ
アリークを十分に抑圧できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】一実施例の無線通信用ＬＳＩにおける直交変調
器を示す回路図である。

【図３】図２のミキサを構成する増幅器を示す回路図で
ある。

【図４】別の実施例の無線通信用ＬＳＩを示すブロック
図である。

【図５】別の実施例の無線通信用ＬＳＩを示すブロック
図である。

【図６】別の実施例の周波数逓倍器を示すブロック図で
ある。

【図７】従来の直交変調器を示すブロック図である。

【図８】図７のミキサを構成する増幅器を示す回路図で
ある。

【図９】従来の無線通信用ＬＳＩにおけるキャリアリー
クを示す説明図である。

【図１０】従来の無線通信用ＬＳＩにおけるキャリアリ
ークを示す説明図である。

【図１１】従来の直交変調器を示すブロック図である。

【図１２】図１１のミキサを構成する増幅器を示す回路
図である。

【図１３】図１２の増幅器における問題点を説明するた
めの波形図である。

【図１４】従来の無線通信用ＬＳＩにおけるキャリアリ
ークを示す説明図である。

【図１５】従来の周波数逓倍器を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 変調用回路 ２ 出力側 ３ 信号生成回路 Ｉ 入力信号 Ｌｏ キャリア

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号とキャリアとを入力し、キャリ
   アに基づいて入力信号を変調した信号を出力する変調用
   の回路を形成した半導体装置において、 前記変調用回路の出力側におけるキャリアリークの位相
   及び振幅を検出し、前記キャリアリークの位相及び振幅
   に基づいて、前記キャリアから前記キャリアリークの位
   相と逆相であり、かつ、前記キャリアリークの振幅と等
   しい振幅の抑圧信号を生成し、その抑圧信号を前記変調
   用回路の出力側に印加するようにしたキャリアリーク抑
   圧方法。
2. 【請求項２】 前記抑圧信号は、互いに位相がずれた２
   つのキャリアを、二重平衡変調器よりなり、利得可変か
   つ位相反転が可能な第１及び第２の増幅器で増幅した
   後、両増幅信号を合成して生成される請求項１に記載の
   キャリアリーク抑圧方法。
3. 【請求項３】 前記変調信号を増幅するための第３の増
   幅器が前記変調用回路と同一の半導体基板上に形成さ
   れ、前記第３の増幅器の入力又は出力におけるキャリア
   リークを検出し、前記キャリアリークに基づく抑圧信号
   を前記第３の増幅器の出力側に印加する請求項１又は２
   に記載のキャリアリーク抑圧方法。
4. 【請求項４】 入力信号（Ｉ）とキャリア（Ｌｏ）とを
   入力し、キャリア（Ｌｏ）に基づいて入力信号を変調し
   た信号を出力する変調用の回路（１）を形成した半導体
   装置において、 前記変調用回路（１）の出力側（２）におけるキャリア
   リークの位相及び振幅に基づいて、前記キャリア（Ｌ
   ｏ）から前記キャリアリークの位相と逆相であり、か
   つ、前記キャリアリークの振幅と等しい振幅の抑圧信号
   を生成するための信号生成回路（３）を設け、その抑圧
   信号を前記変調用回路（１）の出力側（２）に印加した
   半導体装置。