(57)【要約】実施形態において、無線デバイス受信機チェーンは、共通ゲート共通ソース（ＣＧＣＳ）入力ステージを有するミキサを含む。チップ外マッチングネットワークからの差動信号は、ミキサのＣＧＣＳ入力ステージに入力されることができて、ミキサは、信号をベースバンドあるいはいくつかの中間周波数にダウンコンバートする。入力ステージは、共通ゲート構成における１ペアのＮＭＯＳトランジスタと、共通ソース構成における１ペアのＰＭＯＳトランジスタと、を含む。存在するＣＧＯ相互コンダクタンス入力構成に対する、ＣＧＣＳ入力ステージの潜在的な利点は、ＰＭＯＳ差動ペアを通して、共通のソースステージを加えることによって、相互コンダクタンス利得が、高いＱマッチングネットワークからデカップルされる。
2009518983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッチングネットワークと；
ミキサと；
前記マッチングネットワークから複数の差動入力信号を受信するための入力と、
電流ソースと、
前記入力と前記電流ソースとに結合される複数のトランジスタを含む、共通ソースステージと、
前記入力と前記共通ソースステージとに結合される複数のトランジスタを含む、共通ゲートステージと、
前記ミキサに結合される出力と、
を含む共通ゲート共通ソース（ＣＧＣＳ）ミキサ入力ステージと；
を備える無線デバイス受信機。
【請求項２】
前記ＣＧＣＳミキサ入力ステージは、前記入力とグラウンド端子との間で結合される複数のインダクタを、さらに備える、請求項１に記載の無線デバイス受信機。
【請求項３】
前記共通ゲートステージは、１ペアのＮＭＯＳトランジスタを備える、請求項１に記載の無線デバイス受信機。
【請求項４】
前記共通ゲートステージにおける各ＮＭＯＳトランジスタは、前記共通ソースステージに結合されるドレインと、前記複数の差動入力信号のうちの1つに結合されるゲートと、前記複数の差動入力信号のうちの別のものに結合されるソースと、を含む、請求項３に記載の無線デバイス受信機。
【請求項５】
前記共通ソースステージは、１ペアのＰＭＯＳトランジスタを備える、請求項１に記載の無線デバイス受信機。
【請求項６】
前記共通ゲートステージにおける各ＰＭＯＳトランジスタは、前記共通ゲートステージに結合されるドレインと、前記複数の差動入力信号のうちの1つに結合されるゲートと、前記電流ソースに結合されるソースと、を含む、請求項５に記載の無線デバイス受信機。
【請求項７】
前記ＣＧＣＳミキサ入力ステージの前記出力からの出力電流は、式、
【数１】
2009518983.tif 000009
を満たす、
ただし、Ｉｔは、前記出力電流であり、Ｖｓは、前記マッチングネットワークの入力での電圧であり、Ｒｓは、マッチング抵抗であり、ｇｍｎは、前記共通ゲートステージにおける前記複数のトランジスタの前記相互コンダクタンスであり、ｇｍｐは、前記共通ソースステージにおける前記複数のトランジスタの前記相互コンダクタンスである、
請求項１に記載の無線デバイス受信機。
【請求項８】
電流ソースと；
前記電流ソースに結合されるソースと、ドレインと、第１差動入力信号に結合されるゲートと、を有する第１トランジスタと、
前記電流ソースに結合されるソースと、ドレインと、第２差動入力信号および前記第1トランジスタの前記ゲートに結合されるゲートと、を有する第２トランジスタと、
を含む第１ペアのトランジスタ、を含む共通ソースステージと；
第２ペアのトランジスタを含む共通ゲートステージであって、前記第２ペアのトランジスタは、
前記第１トランジスタの前記ドレインに結合されるドレインと、前記第１差動入力信号に結合されるゲートと、前記第２差動入力信号に結合されるソースと、を有する第３トランジスタと、
前記第２トランジスタの前記ドレインに結合されるドレインと、前記第２差動入力信号に結合されるゲートと、前記第３トランジスタの前記ゲートと、前記第１差動入力信号に結合されるソースと、を有する第４トランジスタと、
を含む、共通ゲートステージと；
前記第１および第３トランジスタの前記ドレインの間に結合されるミキサへの第１出力と；
前記第２および第４トランジスタの前記ドレインの間に結合されるミキサへの第２出力と；
を備える、共通ゲート共通ソース（ＣＧＣＳ）相互コンダクタンスステージ。
【請求項９】
前記第３トランジスタの前記ソースとグラウンド端子の間に結合される第１のインダクタと、
前記第４トランジスタの前記ソースと前記グラウンド端子の間に結合される第２のインダクタと、
をさらに備える、請求項７に記載のＣＧＣＳ相互コンダクタンスステージ。
【請求項１０】
前記第１および第２トランジスタは、ＰＭＯＳトランジスタを備える、請求項７に記載のＣＧＣＳ相互コンダクタンスステージ。
【請求項１１】
前記第３および第４トランジスタは、ＮＭＯＳトランジスタを備える、請求項７に記載のＣＧＣＳ相互コンダクトステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対しての相互参照）
本願は、２００５年１２月８日に出願され、「ＲＦダウンコンバージョンミキサのための共通ゲート共通ソース相互コンダクタンスステージ(COMMON-GATE COMMON-SOURCE TRANSCONDUCTANCE STAGE FOR RF DOWNCONVERSION MIXER)」と題された、米国仮特許出願第６０／７４８，８５４号の優先権を主張する。
【背景】
【０００２】
無線通信ネットワークは、音声、パケットデータ、ブロードキャスト、メッセージング(messaging)などのような、様々な通信サービスを提供するために、広く展開されている。このような無線ネットワークの例は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）ネットワーク、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ネットワーク、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）ネットワーク、および直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）ネットワークを含む。これらの無線ネットワークはまた、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）、ｃｄｍａ２０００、そしてモバイル通信のためのグローバルシステム(Global System for Mobile Communications)（ＧＳＭ）のような、様々な無線技術を利用することができる。
【０００３】
このような無線ネットワークにおいて使用される無線デバイスは、アンテナによって受信される無線周波数(radio frequency)（ＲＦ）信号をデジタル処理のためのベースバンド信号に変換する(converting)ための、受信機セクション(receiver section)を含む。図１は、無線デバイスにおける例示的な受信機チェーン１００の一部分を示す。無線で伝送されたＲＦ信号はアンテナ１０２によって受信される。ＲＦ信号は、ＬＮＡ（低雑音増幅器(low noise amplifier)）１０４によって増幅される。増幅された信号は、ＲＦインタステージバンドパスフィルタ(RF interstage bandpass filter)１０６、典型的には表面弾性波(surface acoustic-wave)（ＳＡＷ）フィルタ、に受け渡され、そして、フィルタにかけられた信号(filtered signal)は、受け渡されてミキサ１０８に戻る。
【０００４】
ＬＮＡ１０４およびミキサ１０８は、集積回路（「ＩＣ」あるいは「チップ(chip)」）１１０上で典型的に提供される、一方で、バンドパスフィルタ１０６は、典型的にチップ外で(off-chip)提供される。マッチングネットワーク(matching network)（ＭＮ）１１２は、バンドパスフィルタ１０６からのフィルタにかけられた信号をチップ１１０に戻す際に、インピーダンスマッチングのために提供されることができる。マッチングネットワーク１１２からの信号は、ミキサ１０８の入力ステージ１１４に差動信号として入力され、そのミキサは、その信号を、ベースバンドあるいはいくつかの中間周波数にダウンコンバートする(downconverts)。
【０００５】
ミキサの入力ステージ１１４は、図２に示されているように、従来の共通ゲートのみ（ＣＧＯ）の構成を有することができる。マッチングネットワークからの差動入力信号２０２、２０４は、同一であるが１８０度位相がずれており、それぞれ、ＮＭＯＳトランジスタ２０６、２０８のソースに提供される。ＮＭＯＳトランジスタ２０６、２０８のゲートは、抵抗２１０、２１２を通して結合され、回路の「共通ゲート」の様相(aspect)を提供している。各ＮＭＯＳトランジスタ２０６、２０８のゲートはまた、そのソースに提供されている信号と反対の(opposite)入力信号に相互結合される。ＰＭＯＳトランジスタ２２０、２２２は、それらのゲートで、抵抗２２４、２２６を通して一定電圧Ｖｇ２２８に接続され、また、それらのソースで、供給電圧Ｖｄｄ２３０に接続されている。各ＮＭＯＳトランジスタを通して生成される電流は、それのゲートとソースでの入力信号に起因する。各ＰＭＯＳトランジスタを通っての電流は、それのゲートとソースで提供される一定電圧に起因して一定である。総電流Ｉｔは、回路の各列(column)上でのＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタを通っての、電流の和である。
【０００６】
ＣＧＯ入力ステージについては、高利得を達成するために、ＮＭＯＳトランジスタの相互コンダクタンスｇｍｎは、比較的に大きくなくてはならないが、それは、非常に高いＱマッチングファクタ(factor)を備えたマッチングネットワークを必要とする。したがって、ＣＧＯ入力ステージについての潜在的な不利益(disadvantage)は、入力Ｑマッチングファクタに対する高い感度(high sensitivity)である。
【発明の開示】
【０００７】
[概要]
実施形態において、無線デバイス受信機チェーンは、共通ゲート共通ソース（ＣＧＣＳ）入力ステージを備えたミキサを含む。チップ外マッチングネットワークからの差動信号は、ミキサのＣＧＣＳ入力ステージに入力されることができ、ミキサは、信号をベースバンドあるいはいくつかの中間周波数にダウンコンバートする。入力ステージは、それらのゲートとソースで差動入力に結合される１ペアのＮＭＯＳトランジスタを含むことができる共通ゲートステージと、それらのソースで電流ソース、それらのゲートで差動入力、およびそれらのドレインで共通ゲートステージに結合される、１ペアのＰＭＯＳトランジスタを含むことができる共通ソースステージと、差動入力およびグラウンドの間に結合されるＲＦチョークインダクタと、を含む。
【０００８】
存在するＣＧＯ相互コンダクタンスステージ構成に対する、ＣＧＣＳ入力ステージの潜在的な利点は、ＰＭＯＳ差動ペアを通しての共通ソースステージを加えることによって、相互コンダクタンス利得が、高いＱマッチングネットワークからデカップルされる(decoupled)。
【０００９】
［詳細な説明］
図３は、一実施形態による、共通ゲート共通ソース（ＣＧＣＳ）入力ステージを備えたミキサを含む、無線デバイス受信機チェーンの一部分のブロック図である。
【００１０】
アンテナ３０２によって受信されるＲＦ信号は、チップ３０３上で提供されるＬＮＡ３０４によって増幅される。増幅された信号は、バンドパスフィルタ３０６に、チップ外で受け渡される。マッチングネットワーク３０８は、フィルタにかけられた信号３１０、３１１を、チップ３０３上に、伝送して戻すためのインピーダンスマッチングを提供する。差動信号は、ミキサ３１４のＣＧＣＳ入力ステージ３１２に入力され、ミキサは、信号をベースバンドあるいはいくつかの中間周波数にダウンコンバートする。
【００１１】
図４は、一実施形態による、ＣＧＣＳ入力ステージ３１２の回路図である。マッチングネットワークからの差動入力信号ｗｉｍｘ＿ｉｎｐ３１０とｗｉｍｘ＿ｉｎｍ３１１は、それぞれ、ＮＭＯＳトランジスタＭ１  ４０６およびＭ２  ４０８のソースで提供されている。差動入力信号は、１８０度位相がずれている。ＮＭＯＳトランジスタ４０６、４０８のゲートは、抵抗４１０、４１１を通して結合され、回路の「共通ゲート」の様相を提供している。各ＮＭＯＳトランジスタ４０６、４０８のゲートはまた、それぞれ、キャパシタ４１２、４１３を通して、それのソースと反対の入力信号に相互結合される。電流は、それのゲートとソースでの入力信号に応じて、各ＮＭＯＳトランジスタを通して生成される。
【００１２】
ＰＭＯＳトランジスタＭ３  ４２０とＭ４  ４２２は、抵抗４２４、４２５を通してそれらのゲートで接続されている。ＰＭＯＳトランジスタのソースは、電流ソース４３０に接続されており(tied)、回路の「共通ソース」の様相を提供している。ＮＭＯＳトランジスタ３０６、４０８のように、各ＰＭＯＳトランジスタ４２０、４２２のゲートは、それぞれ、キャパシタ４３２、４３３を通して、そのソースと反対の入力信号に相互結合されている。電流は、そのゲートでの入力信号と電流ソース３２０によって供給される電流とに応じて、各ＰＭＯＳトランジスタを通して生成される。総電流Ｉｔは、入力ステージの各列上の、ＰＭＯＳトランジスタおよびＮＭＯＳトランジスタを通っての電流の和である。
【００１３】
インダクタ４５０および４５１は、それぞれ、ＮＭＯＳトランジスタ４０６および４０８のソースとグラウンド端子(ground terminal)との間に結合される。インダクタは、ＲＦチョークインダクタ(RF choke inductor)として動作し、動作周波数(operating frequency)で高いインピーダンスを示す(exhibit)ので、ほとんどの信号電流は、動作中に、グラウンドではなくてトランジスタの中に流れる(flow up)。
【００１４】
存在するＣＧＯ相互コンダクタンスステージ構成に対する、ＣＧＣＳ入力ステージの潜在的な利点は、ＰＭＯＳ差動ペア４２０、４２２を通して共通ソースステージを加えることによって、相互コンダクタンス利得が、高いＱマッチングネットワークからデカップルされることである。図５は、マッチングネットワーク３０８の入力および出力での信号を示す。マッチングネットワーク３０８は、無損失であると仮定すると、そのときは、
【数２】
2009518983.tif 000003
【００１５】
および
【数３】
2009518983.tif 000004
【００１６】
となる、ただし、
【数４】
2009518983.tif 000005
【００１７】
およびｇｍｎは、ＮＭＯＳトランジスタの相互コンダクタンスである。
【００１８】
図４に戻って参照すると、ＣＧＣＳ入力ステージ３１２の出力電流Ｉｔは、次式によって与えられる：
【数５】
2009518983.tif 000006
【００１９】
なお、ｇｍｐは、ＰＭＯＳトランジスタの相互コンダクタンスである。
【００２０】
ＣＧＯステージについては、第１項、
【数６】
2009518983.tif 000007
【００２１】
のみ、が存在する。高利得を達成するために、ＮＭＯＳ相互コンダクタンスｇｍｎは十分に大きくなくてはならない、そして、それは、替わりに非常に高いＱマッチングネットワークを必要とする。実際においては、非常に高いＱファクタを備えたマッチングネットワークを提供することは、インプリメントすることが困難であるかもしれず、外部コンポーネントのコストを増大させるかもしれない。
【００２２】
共通ソースステージの付加は、第２項、
【数７】
2009518983.tif 000008
【００２３】
を加え、もしｇｍｎが十分に高くなく、またＱマッチングファクタを緩和する(relax)のであれば、利得を補償する(compensate)。直感的に、ＣＧＯ相互コンダクタンスステージから高利得を得るために、電圧Ｖｉｎは、できるかぎり小さくあるべきであるが、しかしながら、低いＱマッチングは、Ｖｉｎを増加させ、ＣＧＯステージからの利得低下(gain drop)の原因となる。しかしながら、電圧駆動共通ステージＰＭＯＳ差動ペア(voltage-driven common-stage PMOS differential-pair)の付加によって、Ｖｉｎの増加は、共通ソースステージからのより多くの電流を生成する(produce)ことができ、したがって、共通ゲートＮＭＯＳステージにおける利得の損失を補償する。これは、電力消費ペナルティ(power consumption penalty)を導入しないで、共通ゲートおよび共通ソースステージを結合することの利点である。
【００２４】
一実施形態においては、受信機チェーンのためのＣＧＣＳ入力ステージは、３００μｍの幅と０．２４μｍの長さを有するＮＭＯＳトランジスタＭ１  ４０６およびＭ２  ４０８と、２４０μｍの幅と０．２４μｍの長さを有するＰＭＯＳトランジスタＭ３  ４２０およびＭ４  ４２２と、を含む。ＮＭＯＳトランジスタについて相互結合されたキャパシタ４１２、４１３は、約６ｐＦであってもよく、ＰＭＯＳトランジスタについて相互結合されたキャパシタ４３２、４３３は約３ｐＦであってよい。４つの抵抗４１０、４１１、４２４、および４２５は約１０ｋΩであってもよく、２つのインダクタ４５０、４５１は約９ｎＨであってもよい。
【００２５】
多くの実施形態が説明されてきた。にもかかわらず、本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく、様々な修正が行われ得ることは理解されるであろう。例えば、ＣＳＣＧミキサ入力ステージは、無線ネットワークシステム、無線ローカルエリアネットワーク、および／または、無線パーソナルエリアネットワークにおいて使用するために設計されるものを含んだ、同様な受信機を有する種々様々な無線デバイスにおいて、使用されることができる。したがって、他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、無線デバイスのトランシーバにおける受信チェーンの一部分である。
【図２】図２は、図１の受信チェーンにおける、ミキサの共通ゲートのみ（ＣＧＯ）の入力ステージのブロック図である。
【図３】図３は、ミキサに対しての共通ゲート共通ソース（ＣＧＣＳ）入力ステージを含む、無線デバイスのトランシーバにおける受信チェーンの一部分を示す。
【図４】図４は、例示的なＣＧＣＳ入力ステージを示す。
【図５】図５は、マッチングネットワークから入力され出力される信号のブロック図である。
【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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【国際調査報告】
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