(57)【要約】【課題】歪みの発生を抑え、高精度でＲＦ変調を行うことができる変調器を提供する。【解決手段】デジタル／アナログ変換部１２が、ビット毎に並列に設けられた１対のスイッチ２１を有し、ビットに応じて電流出力が重み付けされており、デジタル信号に基づいて各ビットのスイッチ２１を制御することにより、アナログ電流信号を生成するよう構成されている。デジタル／アナログ変換部１２は、デジタル信号の最小値に対応するアナログ電流信号がゼロにならないよう、全てのビットについて、各スイッチ２１のオン／オフに関わらず、対応する電流出力のうち一定の割合の電流が流れるよう構成されている。局発スイッチ部１３が、アナログ電流信号を、高周波帯の局発信号に基づいて高周波信号に変換して出力するよう構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル信号をアナログ電流信号に変換するデジタル／アナログ変換部と、
前記デジタル／アナログ変換部からのアナログ電流信号に一定の電流値を加算するよう、前記デジタル／アナログ変換部に対して並列に設けられた定電流源と、
前記アナログ電流信号に前記定電流源による一定の電流値が加算された電流信号を、高周波帯の局発信号に基づいて高周波信号に変換して出力する局発スイッチ部とを、
有することを特徴とする変調器。
【請求項２】
デジタル信号をアナログ電流信号に変換するデジタル／アナログ変換部と、
前記アナログ電流信号を、高周波帯の局発信号に基づいて高周波信号に変換して出力する局発スイッチ部とを有し、
前記デジタル／アナログ変換部は、前記デジタル信号の最小値に対応するアナログ電流信号がゼロにならないよう構成されていることを
特徴とする変調器。
【請求項３】
前記デジタル／アナログ変換部は、ビット毎に並列に設けられた１対のスイッチを有し、ビットに応じて電流出力が重み付けされており、前記デジタル信号に基づいて各ビットのスイッチを制御することにより、前記アナログ電流信号を生成するよう構成されており、全てのビットについて、各スイッチのオン／オフに関わらず、対応する前記電流出力のうち一定の割合の電流が流れるよう構成されていることを特徴とする請求項２記載の変調器。
【請求項４】
前記デジタル信号はデジタルのベースバンド信号から成り、前記アナログ電流信号はアナログのベースバンド電流信号から成り、
前記デジタル／アナログ変換部のサンプリング周波数を、前記アナログ電流信号の中心周波数の４倍以上とすることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の変調器。
【請求項５】
前記デジタル／アナログ変換部と前記局発スイッチ部との間に、前記サンプリング周波数の１／２の周波数を遮断周波数とする低域通過フィルタを有することを特徴とする請求項４記載の変調器。
【請求項６】
前記デジタル／アナログ変換部の前段に、前記局発スイッチ部で発生する歪みを打ち消すよう、前記デジタル／アナログ変換部に入力される前記デジタル信号をあらかじめ歪ませておくデジタルプリディストーション部を有することを特徴とする請求項４または５記載の変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、無線通信の送信機等では、変調器を用いてデジタル信号を高周波（ＲＦ；Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）のアナログ信号に変換し、送信を行っている。従来の変調器は、図６に示すように、デジタル信号（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｉｎｐｕｔ）をアナログ電流信号に変換するデジタル／アナログ変換部（ＤＡＣ）５１と、そのアナログ信号の高調波成分等を減衰させる低域通過フィルタ（ＬＰＦ）５２と、フィルタ後のアナログ信号を高周波信号に載せてＲＦ信号（ＲＦ  ｏｕｔｐｕｔ）として出力するためのミキサ５３とを有している。また、ミキサ５３は、アンプ部５３ａと局発（ＬＯ）スイッチ部５３ｂとを有している。
【０００３】
本発明者等は、消費電力を抑えるために、図６に示す従来の変調器をさらに小型化し、ＤＡＣ５１とミキサ５３のアンプ部５３ａとを電流モードＤＡＣ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−ｍｏｄｅ  ＤＡＣ）として一つにまとめ、電流モードＤＡＣとＬＯスイッチ部５３ｂとを直接接続した、ダイレクトデジタルＲＦ変調器を開発している（例えば、非特許文献１または２参照）。このダイレクトデジタルＲＦ変調器は、図７に示すように、８ビット（ｂｉｔ）のパラレルの単相入力デジタルベースバンド信号（ＢＢ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｉｎｐｕｔ）が、インバータ部５４で差動信号に変換され、差動の電流モードＤＡＣ５５に入力される。入力されたデジタル信号が電流モードＤＡＣ５５でアナログ信号に変換され、さらにＬＯスイッチ部５３ｂでＲＦ信号（ＲＦ  ｏｕｔｐｕｔ）に変換される。このとき、電流モードＤＡＣ５５とＬＯスイッチ部５３ｂとが直接接続されており、電流モードＤＡＣ５５の出力電流を直接ＬＯ信号でスイッチングするようになっている。このように、図７に示すダイレクトデジタルＲＦ変調器は、ダイレクトデジタルＲＦ変調を行うことで、回路の小型化・低電流化が可能となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】和田平、タ  トァン  タン、谷藤正一、亀田卓、末松憲治、高木直、坪内和夫、「電流モードＤＡＣを用いた５ＧＨｚ帯ＣＭＯＳダイレクトディジタルＲＦ変調器」、2012年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会  エレクトロニクス講演論文集１、2012年9月11日、p.33
【非特許文献２】Osamu Wada, Tuan Thanh Ta, Shoichi Tanifuji, Suguru Kameda, NoriharuSuematsu, Tadashi Takagi, and Kazuo Tsubouchi, “5 GHz-Band CMOS Direct DigitalRF Modulator Using Current-Mode DAC”, Asia-PacificMicrowave Conference 2012, 2012年12月7日, p.1118〜1120
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７に示すダイレクトデジタルＲＦ変調器は、回路の小型化や消費電力の抑制が可能であるが、電流モードＤＡＣで変換されたアナログ電流信号がゼロのとき、ＤＡＣ部の入出力特性の非線形性により高調波歪みが発生し、出力されるＲＦ信号が歪んでしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、歪みの発生を抑え、高精度でＲＦ変調を行うことができる変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る変調器は、デジタル信号をアナログ電流信号に変換するデジタル／アナログ変換部と、前記デジタル／アナログ変換部からのアナログ電流信号に一定の電流値を加算するよう、前記デジタル／アナログ変換部に対して並列に設けられた定電流源と、前記アナログ電流信号に前記定電流源による一定の電流値が加算された電流信号を、高周波帯の局発信号に基づいて高周波信号に変換して出力する局発スイッチ部とを、有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る変調器では、デジタル／アナログ変換部に対して並列に設けられた定電流源が、デジタル／アナログ変換部からのアナログ電流信号に一定の電流値を加算するため、アナログ電流信号がゼロにならない。これにより、アナログ電流信号がゼロやゼロ近傍の非線形性を有する領域を避けることができ、高調波歪みの発生を防止することができる。これにより、本発明に係る変調器は、局発スイッチ部から出力される高調波信号における歪みの発生を抑え、高精度でＲＦ変調を行うことができる。
【０００９】
本発明に係る変調器は、図７に示すダイレクトデジタルＲＦ変調器を利用して構成されていることが好ましい。この場合、デジタル／アナログ変換部が、図７に示すダイレクトデジタルＲＦ変調器の電流モードＤＡＣ５５に対応しており、電流モードＤＡＣ５５に対して並列に定電流源が設けられる。この場合、図６に示す従来の変調器よりも小型で、消費電力を抑えることができる。
【００１０】
また、本発明に係る変調器は、デジタル信号をアナログ電流信号に変換するデジタル／アナログ変換部と、前記アナログ電流信号を、高周波帯の局発信号に基づいて高周波信号に変換して出力する局発スイッチ部とを有し、前記デジタル／アナログ変換部は、前記デジタル信号の最小値に対応するアナログ電流信号がゼロにならないよう構成されていてもよい。この場合にも、アナログ電流信号がゼロにならないため、局発スイッチ部から出力される高調波信号における歪みの発生を抑え、高精度でＲＦ変調を行うことができる。
【００１１】
この場合のアナログ電流信号がゼロにならない構成として、例えば、前記デジタル／アナログ変換部は、ビット毎に並列に設けられた１対のスイッチを有し、ビットに応じて電流出力が重み付けされており、前記デジタル信号に基づいて各ビットのスイッチを制御することにより、前記アナログ電流信号を生成するよう構成されており、全てのビットについて、各スイッチのオン／オフに関わらず、対応する前記電流出力のうち一定の割合の電流が流れるよう構成されていることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る変調器で、前記デジタル信号はデジタルのベースバンド信号から成り、前記アナログ電流信号はアナログのベースバンド電流信号から成り、前記デジタル／アナログ変換部のサンプリング周波数を、前記アナログ電流信号の中心周波数の４倍以上とすることが好ましい。この場合、例えば、サンプリング周波数を、アナログ電流信号の中心周波数の２倍程度にしたときと比べて、ベースバンド信号の中心周波数と、サンプリングにより発生する偽スペクトルの周波数との差が大きくなるため、フィルタ処理などにより、偽スペクトルを容易に除去することができる。このとき、例えば、前記デジタル／アナログ変換部と前記局発スイッチ部との間に、前記サンプリング周波数の１／２の周波数を遮断周波数とする低域通過フィルタを有していてもよい。これにより、偽スペクトルを確実に除去することができる。
【００１３】
このベースバンド信号を利用する場合、前記デジタル／アナログ変換部の前段に、前記局発スイッチ部で発生する歪みを打ち消すよう、前記デジタル／アナログ変換部に入力される前記デジタル信号をあらかじめ歪ませておくデジタルプリディストーション部を有することが好ましい。この場合、局発スイッチ部で発生する歪みも抑えることができ、より高精度でＲＦ変調を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、歪みの発生を抑え、高精度でＲＦ変調を行うことができる変調器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態の変調器の回路図である。
【図２】図１に示す変調器のデジタル／アナログ変換部の概念を説明する説明図である。
【図３】図１に示す変調器の、アイドル電流の割合を変えたときの、変調された高調波信号および３次歪みの変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】図１に示す変調器の変形例を示す回路図である。
【図５】図１に示す変調器により得られた、（ａ）アイドル電流を流さないとき、（ｂ）１０％のアイドル電流を流したときの、高調波信号のスペクトルを示すグラフである。
【図６】従来の一般的な変調器を示すブロック図である。
【図７】従来のダイレクトデジタルＲＦ変調器を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図５は、本発明の実施の形態の変調器を示している。
図１に示すように、変調器１０は、インバータ部１１とデジタル／アナログ変換部１２と局発スイッチ部１３とを有している。
【００１７】
インバータ部１１は、論理回路により構成され、８ビット（ｂｉｔ）のパラレルの単相入力デジタルベースバンド信号（ＢＢ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｉｎｐｕｔ）を、８ビットの差動信号に変換するよう構成されている。
【００１８】
デジタル／アナログ変換部１２は、インバータ部１１の差動信号をビット毎に受信可能に、各ビットに接続されている。デジタル／アナログ変換部１２は、ビット毎に、並列に接続された２つのスイッチ２１と、各スイッチ２１に直列に接続された定電流源２２とを有している。デジタル／アナログ変換部１２は、いわゆる電流出力型であり、ビットに応じて電流出力が重み付けされており、ビット毎に入力されたデジタル信号に基づいて各ビットのスイッチ２１を制御することにより、アナログのベースバンド電流信号を生成するよう構成されている。デジタル／アナログ変換部１２は、生成したアナログ電流信号を、ＰチャンネルおよびＮチャンネルの２つのチャンネルから出力するようになっている。
【００１９】
ここで、一般的には、デジタル／アナログ変換部１２の各ビットに対応する２つのスイッチ２１および１つの定電流源２２から成る回路を、図２（ａ）に示す２つの可変電流源２３による回路で置き換えることができる。図２（ａ）に示すように、各可変電流源２３は、それぞれの最大出力がＩｔｏｔａｌであり、各スイッチ２１に対応する制御手段（ｃｏｎｔ．）２４により、出力電流の合計が常にＩｔｏｔａｌになるよう制御されている。このとき、各チャンネルに流れる出力電流は、図２（ｂ）のようになる。
【００２０】
これに対し、変調器１０は、デジタル信号の最小値に対応するアナログ電流信号がゼロにならないよう、図２（ｃ）に示すように、全てのビットについて、各可変電流源２３に対して、それぞれ並列に設けられた１対の定電流源２５を有している。図２（ｃ）に示す一例では、各可変電流源２３の最大出力を（８／１０）×Ｉｔｏｔａｌとし、各スイッチ２１に対応する制御手段（ｃｏｎｔ．）２４により、各可変電流源２３の出力電流の合計が常に（８／１０）×Ｉｔｏｔａｌになるよう制御するとともに、各定電流源２５の出力を（１／１０）×Ｉｔｏｔａｌとして、全ての出力電流の合計が常にＩｔｏｔａｌになるように構成されている。このとき、各チャンネルに流れる電流は、図２（ｄ）のようになる。図２（ｄ）に示すように、出力電流の振幅は、図２（ｂ）と比べて８０％になるが、電流値はゼロにならない。
【００２１】
このように、デジタル／アナログ変換部１２は、全てのビットについて、各スイッチ２１のオン／オフに関わらず、対応する電流出力のうち一定の割合の電流（以下、「アイドル電流」）が、常にＰチャンネルおよびＮチャンネルに流れるよう構成されている。また、デジタル／アナログ変換部１２は、アナログ電流信号の中心周波数の４倍以上のサンプリング周波数で、オーバーサンプリングを行うよう構成されている。
【００２２】
図１に示すように、局発スイッチ部１３は、ＰチャンネルおよびＮチャンネルから入力されたアナログ電流信号を、高周波帯の局発信号（ＬＯ  ｉｎｐｕｔ）で直接スイッチングして高周波信号（ＲＦ  ｏｕｔｐｕｔ）に変換し、出力するよう構成されている。
【００２３】
次に、作用について説明する。
変調器１０は、全てのビットについて設けられた１対の定電流源２５により、各スイッチ２１のオン／オフに関わらず、対応する電流出力のうち一定の割合のアイドル電流が常に流れるため、アナログ電流信号がゼロにならない。これにより、アナログ電流信号がゼロやゼロ近傍の非線形性を有する領域を避けることができ、高調波歪みの発生を防止することができる。これにより、変調器１０は、局発スイッチ部１３から出力される高調波信号における歪みの発生を抑え、高精度でＲＦ変調を行うことができる。
【００２４】
このことを確認するために、図２（ｃ）に示す構成を使用して、各定電流源２５に流れるアイドル電流の割合を変えたときの、変調された高調波信号および３次歪みの変化についてシミュレーションを行った。シミュレーション結果を、図３に示す。図３に示すように、アイドル電流の割合が１０％のとき、高調波信号の強度は２．０２ｄＢ減衰し、３次歪みの強度は６．３６ｄＢ減衰しており、高調波歪みの発生が抑制されていることが確認された。また、シミュレーション結果から、線形性の信号が得られており、高調波歪みによる影響が改善されていることも確認された。
【００２５】
変調器１０は、デジタル／アナログ変換部１２と局発スイッチ部１３とが直接接続されているため、デジタル／アナログ変換部１２から出力されるアナログ電流信号を直接、局発信号でスイッチングすることができる。このように、変調器１０は、ダイレクトデジタルＲＦ変調を行うことができるため、回路を小型化して消費電力を抑制することができる。
【００２６】
また、変調器１０では、デジタル／アナログ変換部１２が、アナログ電流信号の中心周波数の４倍以上のサンプリング周波数で、オーバーサンプリングを行うため、例えば、サンプリング周波数をアナログ電流信号の中心周波数の２倍程度にしたときと比べて、ベースバンド信号の中心周波数と、サンプリングにより発生する偽スペクトルの周波数との差が大きくなる。このため、フィルタ処理などにより、偽スペクトルを容易に除去することができる。
【００２７】
なお、図４に示すように、変調器１０は、全てのビットについて１対の定電流源２５を設ける代わりに、デジタル／アナログ変換部１２からのアナログ電流信号に一定の電流値を加算するよう、デジタル／アナログ変換部１２に対して並列に設けられた定電流源３１を有していてもよい。この場合にも、定電流源３１によりアナログ電流信号がゼロにならないため、局発スイッチ部１３から出力される高調波信号における歪みの発生を抑え、高精度でＲＦ変調を行うことができる。なお、この場合、各チャンネルに流れる出力電流は、図２（ｂ）の場合よりも、定電流源３１からの電流分だけプラス方向にシフトする。
【００２８】
また、図４に示すように、変調器１０は、デジタル／アナログ変換部１２と局発スイッチ部１３との間に、サンプリング周波数の１／２の周波数を遮断周波数とする低域通過フィルタ３２を有していてもよい。これにより、偽スペクトルを確実に除去することができる。
【００２９】
また、図４に示すように、変調器１０は、インバータ部１１の前段に、局発スイッチ部１３で発生する歪みを打ち消すよう、入力されるデジタル信号をあらかじめ歪ませておくデジタルプリディストーション部３３を有していてもよい。この場合、局発スイッチ部１３で発生する歪みを抑えることができ、より高精度でＲＦ変調を行うことができる。
【実施例１】
【００３０】
変調器１０について、アイドル電流の効果を調べるため、入力信号として１ＭＨｚのデジタルベースバンド信号の連続波を使用して、高調波信号の測定を行った。比較のため、アイドル電流を流さない場合についても測定を行った。測定では、局発スイッチ部１３の定電流Ｖｄｄを１．２Ｖ、局発スイッチ部１３の入力バイアス電圧Ｖｇを０．７Ｖ、局発信号（ＬＯ  ｉｎｐｕｔ）の強度を−０．８ｄＢｍ、サンプリング周波数を１０ＭＨｚ、ＲＦ出力信号の中心周波数を５ＧＨｚ、ＲＦ出力電流の最大振幅を２．１ｍＡとした。アイドル電量を流す場合には、その割合を１０％とした。
【００３１】
測定された高調波信号のスペクトルを、図５に示す。図５（ａ）および（ｂ）に示すように、アイドル電流があるものもないものも、５ＧＨｚ±１ＭＨｚに、変調された出力信号が確認された。図５（ａ）に示すように、アイドル電流がない場合、変調された出力信号の強度は−２６．３ｄＢｍ、３次歪みの強度は−４０．３ｄＢｃであることが確認された。また、有効ビット数（ＥＮＯＢ）は６．１８ｂｉｔ、ＳＮＤＲ（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  ａｎｄ  Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）は３９．０ｄＢであった。
【００３２】
これに対し、図５（ｂ）に示すように、１０％のアイドル電流がある場合、変調された出力信号の強度は−２８．４ｄＢｍ、３次歪みの強度は−４１．９ｄＢｃであることが確認された。また、有効ビット数は６．３６ｂｉｔ、ＳＮＤＲは４０．０ｄＢであった。これらの結果から、１０％のアイドル電流を使用した場合には、アイドル電流がない場合に比べて、２次歪みや３次歪みが低減され、ＥＮＯＢが０．１８ｂｉｔ改善することが確認された。
【符号の説明】
【００３３】
１０  変調器
１１  インバータ部
１２  デジタル／アナログ変換部
２１  スイッチ
２２  定電流源
２３  可変電流源
２４  制御手段
２５  定電流源
１３  局発スイッチ部
３１  定電流源
３２  低域通過フィルタ
３３  デジタルプリディストーション部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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