JPH07503586A - 直線性を改善した平衡ミキサ回路 - 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】 直線性を改善した平衡ミキサ回路 発明の分野 本発明は、一般的に無線通信装量に関し、更に特定すれば無線通信装置内のミキ サに関するものである。

発明の背景 通信装置において入力信号の周波数を段階的に上下させるために、ミキサが用い られている。受信機においては。

ミキサを利用して受信信号を局所的に発生された基準または注入信号と混合し、 差分信号を生成する。この差分信号は、ユーザに提示される前に、更に処理され ると共に種々の復調方式によって復調される。一般的なミキサ、そして特に平衡 ミキサ（ｂａｌａｎｃｅｄ　ｍ１ｘｅｒ）は当技術では公知であり、無線設計者 によって広く用いられている０種々の平衡ミキサが入手可能である。あるものは バランス・ボートを１つ有し、別なものはバランス・ボートを２つまたは３つ有 することがある。二重平衡ミキサ（ｄｏｕｂｌｙ　ｂａｌ飄ｎｃｅｄｍｉｘｅｒ ）は、それらのボートの内２つが平衡なものである。

三重平衡ミキサ（ｔｒｉｐｌｙ　ｂａｌａｎｃｅｄ　ｍ１ｘｅｒ）は３つのボー ト全てが平衡なものである。平衡ミキサの利点には、不要な応答（ｓｐｕｒｉｏ ｕｓ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ）が改善されていること、ノイズ劣化が改善されている こと、それらの整合ネットワークが簡単なこと等が含まれる。ミキサの要件を実 現するために、種々の形態が用いられている。しかしながら、一般的に、二重平 衡ミキサは、１つの平衡または差分無線周波数（ＲＦ）入力ボートと、１つの平 衡または差分局所発振（ＬＯ１人カ人力トとを含み、各ボートには他方と混合す るための平衡信号が供給される。集積二重平衡ミキサは、通常ギルバート・セル （Ｇｉｌｂｅｒｔ　Ｃｅ１ｌ）として知られる構造に基づくものである。ギルバ ート構造には、相互変調（ＩＭ）ひずみ性能、雑音指数、電流トレイン（ｃｏｒ ｒｅｎｔｄｒａｉｎ）性能、およびこれら３つの基準間の妥協に対して限界があ る。これらの限界のため、厳しい性能を要求する通信装置では平衡ミキサの使用 は限られたものであった。

第１図を参照すると、現在公知となっている回路形態を利用したミキサ１００の 回路図が示されている。ミキサ１００は、トランジスタ１０６，１０８．１１０ ，１１２を含み、これらは最終的に平衡局所発振人力ＬＯ（＋）およびＬＯ（− １に結合される。これらのトランジスタに結合されるのは、２つの入力ゲート、 平衡無線周波数人力ＲＦ（＋）およびＲＦ（−）を結合するトランジスタ１１４ ゜１１６である。トランジスタ１１４．１１６のベースに印加される平衡ＲＦ傷 信号、トランジスタ１０６，１０８゜１１０．１１２に印加される局所発振信号 のレートで切り替えられる。ＲＦ傷信号切り替えると、出力０ｕｔ（＋）。

０ｕｔ（−）に現れる信号が、ＲＦ傷信号ＬＯ信号との差に等しくなる。２つの 減退抵抗器（ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔｏｒ）　１８０　、　１２ ０が、トランジスタ１１４．１１６のエミッタを、トランジスタ１２２．１２４ によって示される電流源に結合する。減退抵抗器１１８．１２０を用いて、利得 や雑音指数をいくらか犠牲にして、三次ＩＭを改善する。三次ＩＭインタセプト 点（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ　ｐｏｉｎｔ）は次の式で与えられることを示すことが できる。

Ｋ　＝　１．３８　ｘ　１Ｏ−２４（ボルツマン定数）Ｔ＝ケルビン温度 ｑ　＝　１６　ｘ　１０−”　（電荷）Ｒｉ　＝　ＲＦポート入力インピーダン スである。

ミキサ１００の利得は、本質的にＲ１！：の値によって設定されるので、この回 路構成で所与の利得を有するとすると、インタセプト点を改善する唯一の方法は 、電流トレインを増大させるか、或いはＲＩ！を減少させることであるという結 論を、上記式から得ることができる９通常、入力インビーダンスは他の基準によ って設定され、変更することができない、もしこれを変更すると、全ての性能パ ラメータ値もずれてしまう結果となる。性能の改善と消費電流の低減が高く望ま れているが、電流ドレインの増大を犠牲にして１Ｍおよび雑音指数をある程度ま で改善できることはわかっている。したがって、電流ドレインを大幅に増大させ ることなく、ＩＭおよび雑音指数を改善したミキサ回路を有することが望まれて いる。

発明の概要 端的に言えば、本発明によって、第１入力、第２人力。

および出力を有するミキサ回路が提供される。このミキサ回路は、第１信号を第 ２信号と混合するためのミキサ手段を含む、前記ミキサ手段は、第１入力と、前 記ミキサ回路の第２人力に結合される第２人力とを含む、前記ミキサ回路は、該 ミキサ回路の第１入力を前記ミキサ手段の第１入力に結合する結合手段も含む、 前記結合手段は、前記ミキサ回路の性能を改善するためのフィードバック回路を 含む。

図面の簡単な説明 第１図は、現在入手可能なミキサ回路の概略図を示す。

＠２図は、本発明によるミキサのブロック図を示す。

第３図は、本発明によるミキサの概略図を示す。

第４図は、本発明による通信装置のブロック図を示す。

好適実施例の詳細な説明 無線通信設計者は、彼らの装置性能要件を満足し、かつ他の重要なパラメータを 犠牲にすることのないミキサ回路を設計しなくてはならないことに、悩まされる ことが多い。

特に、平衡ミキサの相互変Ｅｌｌ（ＩＭ）性能を改善する従来の方法は、雑音指 数の低下５および／または電流トレインの増加をもたらす、他のパラメータに取 り組むと、他の問題が認められる。本発明は、これらパラメータのマイナスの相 互依存性を克服する１例えば所与のレベルの電流ドレインおよび利得に対してよ りよい１Ｍ性能を有する、ミキサ回路を提供する。

第２図を参照すると、本発明の原理による平衡ミキサ回路２００のブロック図が 示されている。この平衡ミキサ回路２００は三重平衡ミキサであり、一対の平衡 無線周波数（ＲＦ）入力ＲＦ　（−４−）　、　ＲＦ　Ｃ−’）　、一対の平衡 局所発振人力ＬＯ（＋）　、　ＬＯ（−）　、および一対の平衡出力ＯＵＴ　（ ＋１．ＯＵＴ　（−１を含む、２つのＲＦ大入力一対の増幅器、好ましくはトラ ンスコンダクタンス増幅器２０４．２０６を介して平衡ミキサ２１０に結合され ている。

トランスコンダクタンス増幅器２０４．２０６はＲＦ（＋）　、　ＲＦ　（−） のＲＦ信号の電圧を増幅し、それを電流に変換し、モしてミキサ２１０にそれを 印加する。これらの増ＩＩＷはフィードバック回路２０２．２０８をそれぞれ含 む、平衡ＲＦ傷信号局所発振信号と混合され、０ＵＴ（＋）、ＯＵＴ　（−）に おける出力信号を生成する。フィードバック回路２０２．２０８の要素は、雑音 指数を犠牲にすることなく、或いはミキサ回路２００の回路において電流トレイ ンを増大させることなく、相互変調を減少させる手段を形成する。

第３図は１本発明によるミキサ回路２００の要素の概略図を示す、この図の構成 物の動作の理解を助けるために、第２図のブロック図も同時に参照することにす る。ミキサ回路２００は、トランジスタ３０６，３０８，３１０．３１２を含み 、これらが出力抵抗器３０２．３０４に給電する。これらのトランジスタは、第 ２図に示すように、ミキサブロック２１０の構成物である。トランジスタ３０６ ゜３１２のベースを結合してＬＯ（＋）入力を形成し、一方トランジスタ３０８ ，３１０のベースを結合してＬＯ（−）を形成する。トランジスタ３０６，３１ ０のコレクタを結合り、１ｆｆｌ　ＲＦ出力ＯＵＴ　（＋）ｌ［する、ｍａｌｍ 、トランジスタ３０８．３１２のコレクタを共に結合して第２ＲＦ出力ＯＵＴ　 （−）を形成する。第１ＲＦ入力信号は。

トランジスタ３０６，３０８のエミッタ接合部において。

ミキサ２１０に結合される。トランジスタ３１４はフィードバック・ループ２０ ２の一部を形成する。トランジスタ３１８．３２０および２つの電流源３１５． ３３０は、トランスコンダクタンス増幅器２０４を構成する。電流源３１５は、 フィードバック・ループ２０２の一部でもある。

トランジスタ３１８のベースは、ＲＦ（＋）信号を受け取り、フィードバック・ トランジスタ３１４を通じてトランジスタ３０６．３０８のエミッタ接合部にそ れを印加する前に、それを電流に変換する。同様に、トランジスタ３２６．３２ ８は電流源３１７．３３４との組み合わせにより。

１ｉ２１−ランスコンダクタンス増幅Ｗ２Ｏ６を構成する。トランジスタ３１６ は電流ｆｆ３１７と共にフィードバック２０８を構成する。トランスコンダクタ ンス増幅器２０６の出力信号電流は、トランジスタ３１６のコレクタにて得るこ とができる。この信号は、トランジスタ３１０．３１２のエミッタ接合部におい て、ミキサ２１０に結合される。

トランジスタ３２８のベースはＲＦ（−）に結合され、電圧の形式でＲＦ信号を 受け取る１回路２００用バイアスがトランジスタ３３２のベースに印加されるが 、′これはエミッタ抵抗３３６を通じてグラウンドに結合されている１回路２０ ０が適正に動作するために、ＲＦおよびＬＯ大入力バイアスしなければならない ことは十分理解できよう、このバイアスは、抵抗分圧回路を通じてこれらの入力 に供給される。また、ＲＦ　（−）およびＬＯ（−）を、それぞれＲＦ（＋）お よびＬＯ（＋）のＤＣバイアス電圧に等しいＤＣバイアス電圧に単に接続しても よい、２つの減退抵抗器３２２．３２４は、２つのトランスコンダクタンス増幅 器２０４．２０６を、バイアス用トランジスタ３３２および抵抗Ｎ３３６によっ て形成される電流源に結合する。これら抵抗器の債は、ミキサの利得およびフィ ードバック度（ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｆｅｅｄｂｓ＋ｃｋ）を設定するものであ る。

ＲＦ（＋）およびＲＦ（−）に印加される平衡ＲＦ傷信号、トランジスタ３０６ ，３０８，３１０，３１２に印加される前に、電流に変換される。これらのトラ ンジスタは。

発振１１ＬＯ（＋）　、　Ｌｏ　（−）によって決定されるレートで切り替わる 。これらのトランジスタを切り替えることによって、ＯＵＴ　（＋）、ＯＵＴ　 （−）の信号に、ＲＦ信号とＬＯ信号の周波数の差分周波数をもたらすことにな る。

ミキサ２１０を含むスイッチング回路の動作は、当技術では公知である。このよ うな回路の動作の詳細な説明は、Ｒｕ１ｅｒ　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｕｂｌｉｓ ｈｅｒｓによって１９９１年に発行された、Ｄｏｎａｌｄ　Ｏ，Ｐ　ｅｔｅｒｓ ｏｎおよびＫａｒｔｉｋｅｙａ　ＭａｙｅｒｓｍによるｒＡｎ＊１ｏｇ　Ｉｎｔ ｅｇｒａｔｅｄ　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ　ｆｏｒ　Ｃｏｍｍｏｎｉｃ＊ｔｉｏｎ　Ｐ ｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｊに見ら れる。

トランジスタ３１４．３］６を含むフィードバック経路は、１音指数（ｎｏｉｓ ｅ　ｆｉｇｕｒｅ）を妥協することなく、また電流ドレインを増大させることな く、相互変調（ＩＭ）を減少させることを考慮したものである。言い換えれば、 ミキサ回路２００の回路構成は、インタセプト点利得および雑音指数間に、より よい妥協案（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）をもたらすものである、性能の改善は、ＲＦ 　（＋）　、　ＲＦ　（−）入力において単一トランジスタの代わりにフィード バック回路２０２．２０８を使用することによって達成される。このフィードバ ック回路によって直線性の改善が得られ、その結果１Ｍ性能も改善される。ミキ サの利得は事実上不変であり（実際では利得はフィードバック回路によって若干 増加する）、エミッタ減退抵抗器３２２．３２４の値によって設定される０回路 ２００の雑音指数は、ミキサ１００のような現在入手可能なミキサ以下であるこ とがわかっている。

フィードバック回路の開放ループ利得は周波数の増加と共に上昇する（ｒｏｌｌ 　ｏｆｆ）ので、直線性の改善は動作周波数の増加につれて減少する。逆に、電 流ドレインが増大するにつれ、開放ループ利得および直線性は増加するので、１ Ｍ性能は改善される。好適実施例では、電流源３１５．３１７は、電流源３３０ ．３３４によって生成される電流と等しい電流を生成するように設定される０回 路２００の平衡性から、電流源３３０，３３４によって生成される電流は等しい ことが要求されることは理解できよう、また、電流源３３０，３３４によって生 成されるＤＣ１１１流強度を変化させることによって、ＩＭ性能を異なる動作条 件または周波数に対してプログラムすることが可能となる。

要約すれば、ミキサ回路２００は、ＩＭ性能の改善を利得および雑音指数性能の 改善と共に実現したものとして示されている。フィードバック回路２０２，２０ ８を利用することによって、トランスコンダクタンス増幅器２０４゜２０６はよ り直線的に動作することができ、その結果依存性が非常に高いパラメータを同時 に改善することができる。

第４図は１本発明による通信装置のブロック図である。

装置１４００はアンテナ４０２を含み、ＲＦ信号がここで受信され、フィルタ４ ０４に結合される。フィルタ４０４は、受信した信号をミキサ回路２００に差動 的に印加する前に。

その不所望成分を除去するものである。ミキサ回路２００は、その差動局所発振 信号を、平衡出力を有する発振器４０８から受け取る。ミキサ回路２００の平衡 出力は、いずれも復１ｉｌｉｉ１４１０に結合されており、変換されたばかりの 受信信号が復調されデコードされる。復調器４１０は、■Ｆｉ′ｗ幅器やＩＦフ ィルタのような回路を含み、ミキサ回路２００のＩＦ比出力増幅しがっ濾波する 。復調器４１０の復調信号はオーディオ回路ブロック４＋２に印加され、スピー カ４１４を介してユーザに提示される前にここで処理される。オーディオ回路４ １２およびスピーカ４１４に加えて、制御＃器と表示装置とを用いてデータ信号 をユーザに提示してもよい、ミキサ回路２００は差動ＩＮ差動ＯＵＴを有するよ うに示されているが１本発明の原理は、差動入力およびシングル・エンド出力、 またはシングル・エンド入力および差動出力、またはシングル・エンド入力およ びシングル・エンド出力を有するミキサに適用可能であることは十分理解されよ う。

回路２００，４００は本発明に対する限定ではなく、その好適実施例を示すこと を意図したものであることは理解されよう、更に、本発明の真意から太き（逸脱 することなくこれらの回路の改造が可能であることも理解されよう。

したがって、特許請求の範囲が規定するのは保護範囲であって、ここに提示され た特定実妹例ではない。

トランスコンダクタンス増幅器をフィードバック・ループと共に用いることによ って、ＲＦ入力信号をミキサのスイッチング部に結合すれば、一括では不可能な 領域において性能の改善が可能となることがわかる０回路２００の使用は従来技 術の欠点を克服し、相互変調を改善すると共に電流ドレインの大幅な増大を生じ ることなくノイズ性能および利得も改善することができる。前記回路は、電池が 主電源として用いられる携帯用通信装置に特に有用である。

このような装置では、そして貴重な電池のエネルギを節約するためには、不所望 な干渉を低減するために行われるいかなる処置も、電力消費の増大をもたらさな いことが非常に望まれている。

第１図 （従来技術） Ｖ＋ 第２図 第４図 何 第３図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．第１入力、第２入力、および出力を有するミキサ回路であって； 第１入力と第２入力とを有し、前記第２入力が前記ミキサ回路の第２入力に結合 されており、第１信号を第２信号と混合するためミキサ手段；および 前記ミキサ回路の相互変調およびノイズ特性を改善するためのフィードバック手 段を含み、前記ミキサ回路の第１入力を前記ミキサ手段の第１入力に結合する結 合手段；から成ることを特徴とするミキサ回路。
2. ２．前記結合手段はトランスコンダクタンス増幅器を含むことを特徴とする請求 項１記載のミキサ回路。
3. ３．前記結合手段およびミキサ手段をバイアスするためのバイアス手段を更に含 むことを特徴とする請求項１記載のミキサ回路。
4. ４．前記ミキサ手段は平衡ミキサ手段から成ることを特徴とする請求項１記載の ミキサ回路。
5. ５．前記平衡ミキサ手段は二重平衡ミキサを含むことを特徴とする請求項４記載 のミキサ回路。
6. ６．前記平衡ミキサ手段は三重平衡ミキサを含むことを特徴とする請求項４記載 のミキサ回路。
7. ７．一対の差動入力を有する平衡ミキサ回路であって：第１および第２信号を受 信するための１対の差動入力を有し、前記第１信号を前記第２信号と差動的に混 合して出力信号を生成する平衡ミキサ手段；および前記出力信号において相互変 調およびノイズ干渉を低減するためのフィードバツク手段を含み、前記平衡ミキ サ回路の差動入力を前記平衡ミキサ手段の差動入力に結合する結合手段； から成ることを特徴とする平衡ミキサ回路。
8. ８．前記平衡ミキサ手段は、所定のレートで前記第１信号を切り替えるスイッチ ング手段を含むことを特徴とする請求項７記載の平衡ミキサ回路。
9. ９．第１の差動入力対において受信した第１差分信号を、第２の差動入力対にお いて受信した第２差分信号と、差動的に混合して出力信号を生成する平衡ミキサ 回路であって：前記第２差分信号のレートで前記第１差分信号を切り替える複数 のスイッチを有するミキサ手段；互いに差動的に結合され、前記平衡ミキサ回路 の第１の差動入力対を前記ミキサ手段に結合する１対のトランスコンダクタンス 増幅器；および 前記１対のトランスコンダクタンス増幅器の各々に結合され、前記出力信号上の 相互変調およびノイズ干渉を最少化するための１対のフィードバック手段；から 成ることを特徴とする平衡ミキサ回路。
10. １０．１対の差動入力を有する平衡ミキサ回路であって：第１および第２信号を 受信するための１対の差動入力を有し、前記第１信号を前記第２信号と差動的に 混合して出力信号を生成するために構成された平衡ミキサ手段；および 前記出力信号における相互変調とノイズ干渉を低減するためのフィードバック手 段を含み、前記平衡ミキサ回路の差動入力を前記差動ミキサ手段の差動入力と結 合する結合手段； から成る平衡ミキサ回路； を含む受信機； から成ることを特徴とする通信装置。