(57)【要約】【課題】  広い周波数範囲（１００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）で２つの信号の位相差が正確に９０°となるように改良された移相器を提供することを主要な目的とする。【解決手段】  移相器は、所定の周波数の信号を入力して、振幅が等しくかつ位相差がほぼ９０°である第１および第２の信号を出力する近似的な９０°移相器１０１と、第１および第２の信号を入力して、第１の信号と第２の信号との和を出力する加算回路１０２と、第１の信号と第２の信号との差を出力する減算回路１０３とを有する。出力信号は同一振幅でかつ位相が９０°異なる発振信号と同一周波数の２つの信号が得られるために、振幅変調により引き起こされる位相変調変換が生じない。振幅等化回路を必要としないために、移相動作の周波数帯域の制限を受けることはなく、広帯域の周波数範囲（１００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）で９０°位相差を有する２つの信号を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の信号を入力して、振幅が等しくかつ位相差がほぼ９０°である第１および第２の信号を出力する近似的移相手段と、
前記第１および第２の信号を入力して、前記第１の信号と前記第２の信号との和を出力する加算手段と、
前記第１の信号と前記第２の信号との差を出力する減算手段とを有することを特徴とする移相器。
【請求項２】
前記近似的移相手段が、
前記所定の周波数の信号を生成する信号源と、
前記信号源から出力された所定の周波数の信号を、２逓倍の周波数の信号として生成する２逓倍手段と、
前記２逓倍手段から出力された信号を２分周して、前記所定の周波数の信号と同一の信号を出力する２分周手段とを有することを特徴とする請求項１記載の移相器。
【請求項３】
前記２逓倍手段が、絶対値回路を用いてなることを特徴とする請求項２に記載の移相器。
【請求項４】
前記２逓倍手段が、掛け算器を用いてなることを特徴とする請求項２に記載の移相器。
【請求項５】
前記２分周手段からの２つの出力信号は、振幅が同一であることを特徴とする請求項２に記載の移相器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、デジタル通信等で使用される、９０°の位相差を有する２つの信号を生成する移相器に関するものであり、より特定的には、広い周波数範囲で高精度の位相差信号を得ることができるように改良された移相器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル通信における変復調方式において、９０°位相差を有する２つの搬送波信号つまりは直交する信号は、その位相差に高い精度が要求される。この９０°位相差を生成する技術として、従来から提案されている移相器を図９に示す（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図９を参照して、従来の移相器においては、所定の信号を直列接続したコンデンサおよび抵抗器に与え、その各端子電圧に相当する２つの信号を出力する方式(以下、ＲＣ移相方式と言及する)を用いている。この移相器は、おおむね９０°の移相シフト量を持ち、かつ振幅誤差を持った２つの信号を生成するＲＣ位相手段８００と、この２つの信号をそれぞれ入力して振幅を等しくする第１の振幅等化手段８０１および第２の振幅等化手段８０２と、第１の振幅等化手段の出力信号と第２の振幅等化手段の出力信号との差に相当する信号を出力する第１の減算手段８０３と、第１の振幅等化手段の出力信号と第２の振幅等化手段の出力信号との和に相当する信号を出力する第１の加算手段８０４と、減算手段８０３および加算手段の出力信号をそれぞれ入力して、振幅を等しくする第３の振幅等化手段８０５および第４の振幅等化手段８０６とを備える、９０°位相差生成回路である。
【０００４】
次に、図９と図１０を参照しながら、従来の移相器の動作について説明する。図１０（ａ）に示すようなｓｉｎ波の電流信号２が近似的な移相器８００に入力され、その出力として２つの信号３、４が得られる。信号３、４は、図１０（ｂ）に示すように、その振幅がほぼ等しく位相差が９０゜に近いが、正確には振幅が異なり位相差が９０゜ではないものである。この信号３、４は、振幅等化回路８０１，８０２により図１０（ｃ）に示すような振幅の等しい信号７、８となる。減算器８０３、加算器８０４によりこの信号７、８の差及び和をとることにより、図１０（ｄ）に示すような位相差が正確に９０゜となる信号１０、１２が得られる。
【０００５】
このように、近似的移相手段にＲＣ移相方式を用いることで、得られる位相差は、抵抗と静電容量の値に大きく依存し、かつ寄生成分の影響も受けやすく、それゆえ生成された信号は、振幅が異なり、かつその位相差が正確に９０°ではない２つの信号として出力される。そこで、上記従来例では、第１および第２の振幅等化手段８０１，８０２によりその振幅誤差を等しくする。次に第１の減算手段８０３および第１の加算手段８０４により、その和および差をとり、その結果として、２つの信号の位相差を９０°となるようにしている。
【０００６】
また、９０°移相器における位相のずれを修正できる技術として、他の従来例を図１１に示す（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
図１１を参照して、他の従来例にかかる９０°移相器は、入力ＩＮ１を９０°移相した出力を得る近似的な９０°移相器９００と、加算回路９０２の出力信号ＶＯＵＴ１を基準信号として入力信号ＩＮ１をフィードバック系として構成していて（オペアンプを用いてフィードバック系の回路が構成される）、同期検波する同期検波器９０３と、この同期検波器９０３の出力と入力信号ＩＮ１を乗算する乗算回路９０１と、この乗算回路９０１の出力と同期検波器９０３の出力を加算して出力信号ＶＯＵＴ１を得る加算回路９０２から構成されている。このように構成される９０°移相器では、出力信号ＶＯＵＴ１と入力信号ＩＮ１を比較して、９０°からのずれを出力信号へ帰還させることで、出力位相のずれを補正して、正確に９０°の位相差を有する出力信号ＶＯＵＴ１を抽出することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１１０３６９号
【０００９】
【特許文献２】特開平３−１５９３０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１にかかる移相器では、ＲＣ移相手段８００を用いることで、回路構成が簡単であるという点が優れている。しかしながら、得られる位相差が回路全体の抵抗値および静電容量の相対的な大きさに強く依存し、抵抗やコンデンサの加工精度や配線の寄生抵抗、寄生静電容量のばらつきの影響を受ける。そのため、広帯域の周波数範囲（１００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）で用いることを目的とする場合においては、２つの出力信号に関して、出力位相差は広帯域の周波数範囲においてほぼ９０°であるが、出力振幅はω＝１／（ＲＣ）の周波数でのみ同等となる。それ以外の周波数については、所定の周波数に応じて２つの出力信号での振幅誤差が生じるという課題がある。このため２つの出力信号の周波数を所望の周波数に正確に対応させるべく、振幅等化手段８０１，８０２に入力することで、振幅を等しくする必要がある。
【００１１】
つまり、近似的移相手段としてＲＣ移相手段８００を用いる場合においては、広帯域の周波数範囲で用いる際、移相器と加減算器の間に振幅等化回路を接続する必要がある。これは振幅等化回路を介することで、２つの出力信号の振幅誤差を等しくすることによって、振幅変調（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ, ＡＭ）が位相変調（Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ, ＰＭ）へと変換される可能性を低減することを意味する。広帯域の周波数範囲（１００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）において、この問題を解決するには、全ての周波数帯域で安定動作可能な振幅等化回路を用いることが挙げられる。
【００１２】
しかし、このような周波数範囲で正確に動作可能な振幅等化回路の実現は困難である。また、実現できたとしても周波数範囲が広くなれば、それに応じて振幅等化回路の数量も増大し、それによって回路面積の規模も大きくなる。すなわち、安定した振幅等化動作が困難であるということになり、広い周波数範囲（１００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）で９０°の位相差を有する信号の生成が実現困難であるという問題がある。
【００１３】
また、特許文献２の移相器では、オペアンプを用いてフィードバック系の回路が構成されるために、回路構成が複雑化するとともに、低消費電流で、高周波においての安定した動作を行うことが出来ないという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、広い周波数範囲（１００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）で２つの信号の位相差が正確に９０°となるように改良された移相器を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明の他の目的は、回路構成が簡単で、低消費電流で、高周波においての安定した動作を行うことが出来るように改良された移相器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明にかかる移相器は、所定の周波数の信号を入力して、振幅が等しくかつ位相差がほぼ９０°である第１および第２の信号を出力する近似的移相手段と、上記第１および第２の信号を入力して、上記第１の信号と上記第２の信号との和を出力する加算手段と、上記第１の信号と上記第２の信号との差を出力する減算手段とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、同一振幅でかつ正確に９０°位相差を有する２つの出力信号が得られる。また、移相器と加減算器との間に振幅等化回路を必要としないために、９０°位相差生成における動作周波数範囲の制限を受けることがない。
【００１８】
本発明の好ましい実施態様によれば、上記近似的移相手段が、上記所定の周波数の信号を生成する信号源と、上記信号源から出力された所定の周波数の信号を、２逓倍の周波数の信号として生成する２逓倍手段と、上記２逓倍手段から出力された信号を２分周して、上記所定の周波数の信号と同一の信号を出力する２分周手段とを有する。
【００１９】
近似的移相手段に逓倍分周移相手段を用いることによって、その出力信号の振幅が同一で、かつほぼ正確に９０°の位相差を有する２つの出力信号を得ることができる。
【００２０】
上記２逓倍手段は、絶対値回路を用いて構成するのが好ましい。
【００２１】
上記２逓倍手段は、掛け算器を用いて構成してもよい。
【００２２】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記２分周手段からの２つの出力信号は、振幅が同一である。出力された信号の振幅が同一であるために、移相器と加減算器の間に振幅等化手段の接続を必要としない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、同一振幅でかつ正確に９０°位相差を有する２つの出力信号が得られる。また、移相器と加減算器との間に振幅等化回路を必要としないために、９０°位相差生成における動作周波数範囲の制限を受けることなく、広帯域の周波数範囲で使用可能な移相器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明にかかる移相器においては、局部発振器からの出力信号の周波数を、２逓倍回路を用いて所定の周波数を２倍の周波数の信号として生成した後、２つのマスタスレーブのフリップフロップ回路からなる２分周回路に入力する。２分周回路より出力された２つの信号は、局部発振器からの出力と同一の周波数であり、同一振幅でかつほぼ９０°の位相差を有する２つの出力信号を得る（以下、この近似的移相手段を逓倍分周移相方式と言及する）。さらに、この２つの出力信号に対して加算処理および減算処理を行うことを特徴とする。
【００２５】
近似的移相手段に逓倍分周移相手段を用いることによって、その出力信号の振幅が同一で、かつほぼ正確に９０°の位相差を有する２つの出力信号を得ることができる。さらに、出力された信号の振幅が同一であるために、移相器と加減算器の間に振幅等化手段の接続を必要としない。ゆえに、振幅等化手段に付随する動作周波数範囲を制限されるということなく、テレビ受信装置等の幅広い周波数範囲（１００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）において、高精度の９０°位相差を実現できる移相器を提供することができる。
【００２６】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は本発明の実施例に関わる移相器の要部構成図であり、９０°位相差を持つ２つの信号を生成する回路の基本原理を示している。実施例にかかる移相器は、近似的移相手段１０１と加算回路１０２と減算回路１０３を備える。
【００２８】
局部発振器１００は所定の周波数の信号を近似的移相手段１０１に供給する。ここで用いる近似的移相手段１０１とは、後述する逓倍分周移相手段のことである。近似的移相手段１０１によって得られた信号は、振幅が等しくかつ位相差がほぼ９０°の２つの信号Ｖ１およびＶ２であり、これらは加算回路１０２および減算回路１０３に供給される。
【００２９】
加算回路１０２は信号Ｖ１と信号Ｖ２を加算して、信号ＶＩとして出力する。また、減算回路１０３では、信号Ｖ１と信号Ｖ２を減算して、信号ＶＱとして出力する。
【００３０】
図２は、近似的移相手段の具体例であり、逓倍分周方式の基本原理を示している。近似的移相手段は、局部発振器２００からの出力信号を入力して、局部発振周波数の２逓倍の周波数に相当する信号を出力する２逓倍回路２０１と、その出力信号を入力して、２倍の周波数の信号を２分周した信号として出力する２分周回路２０２により構成されている。逓倍分周方式を採用することにより、同一振幅でかつ位相がほぼ９０°異なり、局部発振器２００から出力される信号と同一の周波数である２つの信号を得ることができる。
【００３１】
図３は、９０°位相差生成の動作原理を説明するための図であり、それぞれの信号の関係をベクトルとして示している。逓倍分周移相手段より出力された信号Ｖ１および信号Ｖ２は振幅が等しく、位相差がほぼ９０°の信号である。信号ＶＩは、信号Ｖ１と信号Ｖ２とを加算した信号であり、信号ＶＱは信号Ｖ１から信号Ｖ２を減算した信号である。このことを数式により説明する。
【数１】
2006279171.tif 000003
【数２】
2006279171.tif 000004
【００３２】
この２つの入力信号を、それぞれ加算回路および減算回路によって、和および差を出力することは、下記の信号を出力することを意味する。
【数３】
2006279171.tif 000005
【数４】
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【００３３】
この２つの信号ＶＩ、ＶＱを比較すると、ｓｉｎ（ωｔ）とｃｏｓ（ωｔ）とでは、その位相関係は９０°となるために、２つの信号ＶＩ、ＶＱは、正確に９０°の位相差を有する信号として得られることが分かる。
【００３４】
ここで、９０°位相差がどの程度の精度を必要とするかの一例を示す。一般に、デジタル通信等ではイメージ周波数の信号成分を除去することが重要な問題となる。この解決手段として、９０°の位相差を有する二つの信号成分を用いて、イメージ信号成分を減衰させる方法があり、所望の信号成分に対するイメージ信号成分の減衰比のことを、イメージ除去比（Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ，  ＩＲＲ）と呼ぶ。イメージ除去比は、９０°の位相差を有する二つの信号の振幅比と位相差の精度に大きく影響を受け、局所発振信号においても同等の精度が必要である。仮に、イメージ除去比が４０ｄＢ必要である場合には、これを実現するための二つの局所発振信号間に必要な位相差、振幅比はそれぞれ、ΔΦ＜１°、ΔＡ＜１％を基準とする。
【００３５】
近似的移相手段に２分周手段を用いてほぼ９０°位相差を生成する場合は、素子の不整合性や信号経路の物理的距離などに影響を受け、その出力信号の位相差はΔΦ≧１°にな
ることも想定される。そこで、２分周手段の後段に設置した加算器、減算器を用いることで、位相補正を行うことにより、最終的な二つの出力信号の位相差はΔΦ＜１°満足する
ことができる。
【００３６】
また、振幅比に関しては、２分周手段のクリッピング効果によって、出力された信号の振幅比はΔＡ＜１％であり、その後の加算器、減算器を介しても出力振幅比がΔＡ＜１％
を越えることがない範囲において、前記の位相差の補正が行われる。
上述は、９０°位相差生成部での局所発振信号の位相差、振幅比の基準であり、実際の回路動作においては、ミキサ等の影響も加味して、イメージ除去比の性能が決定されることは言うまでもない。
【００３７】
図４は、９０°位相差を生成する移相器の他の構成例を示している。近似的移相手段４０１によって出力される信号Ｖ１および信号Ｖ２は、ほぼ９０°の位相差を持つ。この２つの信号Ｖ１および信号Ｖ２が加算回路４０２および減算回路４０３を介することで、正確に９０°の直交性を保った２つの信号が出力される。しかし、数３と数４を参照して、入力信号の位相誤差が大きい場合（θが９０°から大きく離れた場合）には、位相誤差が振幅誤差として出力される可能性がある。また、応用によっては位相差、および振幅に対して非常に高い精度を要求される場合がある。一般的に、通信装置等で用いられる移相器の後段にはミキサが接続されるが、このミキサ自身がある程度の振幅制限動作を有しているため、出力される信号の振幅を完全に同一にする必要はない。しかしながら、上述のような特殊な場合においては、図４に示すように、移相器の後段に振幅等化手段４０４および４０５の回路を設置し、振幅制限動作を行うことにより、得られる信号は、９０°の位相差を持つとともに、振幅も等しい信号ＶＩと信号ＶＱとして出力することができる。本発明において、この振幅等化手段４０４，４０５は必ず必要なものではないが、より精度の高い２つの振幅誤差が必要な場合では、このようにして問題を回避することができる。
【００３８】
図５は、２逓倍手段の回路構成（絶対値回路）の例を示している。局部発振器から出力された信号は、入力トランジスタ（以下Ｔｒと略す）５０１および５０２のベースに接続される。Ｔｒ５０１および５０２のコレクタは、静電容量５２２を介して差動入力Ｔｒ５０４のベースに接続される。また、Ｔｒ５０１および５０２のエミッタは、静電容量５２３を介して差動入力Ｔｒ５０３のベースに接続される。差動入力Ｔｒ５０３および５０４のコレクタは、負荷抵抗５１６および負荷抵抗５１７、Ｔｒ５０５およびＴｒ５０６のベースにそれぞれ接続される。Ｔｒ５０５のエミッタは静電容量５２５を介して差動入力Ｔｒ５０７のベースに接続され、Ｔｒ５０６のエミッタは静電容量５２４を介して差動入力Ｔｒ５０８のベースに接続される。差動入力Ｔｒ５０７および５０８のコレクタは、負荷抵抗５２０および負荷抵抗５２１、Ｔｒ５０９およびＴｒ５１０のベースにそれぞれ接続される。
【００３９】
このような２逓倍回路２０１の出力信号ＯＵＴおよびＯＵＴＸは、それぞれＴｒ５０９、Ｔｒ５１０のエミッタより出力され、局部発振器より出力された所定の周波数の信号を、２逓倍の周波数の信号として得ることができる。
【００４０】
なお、２逓倍手段は、上述の絶対値回路に限られるものでなく、図６に示すような掛け算回路であってもよい。なお、掛け算回路は周知のものであり、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
図７は、２分周手段の回路構成の例を示している。これらのトランジスタの接続関係を説明すると、２逓倍手段により所定の周波数の２逓倍の信号として出力された２つの信号ＩＮ、ＩＮＸにおいて、信号ＩＮは信号入力Ｔｒ６０１、６０４のベースに接続され、信号ＩＮＸは信号入力Ｔｒ６０２、６０３のベースに接続される。電源電圧ＶＣＣは負荷抵抗６１３を介してＴｒ６０５、Tｒ６０７の共通接続されたコレクタに接続され、負荷抵抗６１４を介してＴｒ６０６、Ｔｒ６０８の共通接続されたコレクタに接続される。また、電源電圧ＶＣＣは負荷抵抗６１５を介してＴｒ６０９、Ｔｒ６１１の共通接続されたコレクタに接続され、負荷抵抗６１６を介してＴｒ６１０、Ｔｒ６１２の共通接続されたコレクタに接続される。Ｔｒ６０７のベースはＴｒ６０６、Ｔｒ６０８の共通接続されたコレクタに接続され、Ｔｒ６０９のベースに接続される。また、Ｔｒ６０８のベースはＴｒ６０５、Ｔｒ６０７の共通接続されたコレクタに接続され、Ｔｒ６１０のベースに接続される。Ｔｒ６１１のベースはＴｒ６１０、Ｔｒ６１２の共通接続されたコレクタに接続され、Ｔｒ６０６のベースに接続される。また、Ｔｒ６１２のベースはＴｒ６０９、Ｔｒ６１１の共通接続されたコレクタに接続され、Ｔｒ６０５のベースに接続される。信号入力Ｔｒ６０１のコレクタはＴｒ６０５、Ｔｒ６０６の共通接続されたエミッタに接続され、信号入力Ｔｒ６０２のコレクタはＴｒ６０７、Ｔｒ６０８の共通接続されたエミッタに接続される。また、信号入力Ｔｒ６０３のコレクタはＴｒ６０９、Ｔｒ６１０の共通接続されたエミッタに接続され、信号入力Ｔｒ６０４のコレクタはＴｒ６１１、Ｔｒ６１２の共通接続されたエミッタに接続される。信号入力Ｔｒ６０１およびＴｒ６０２の共通接続されたエミッタは電流源６１７を介して接地され、信号入力Ｔｒ６０３およびＴｒ６０４の共通接続されたエミッタは電流源６１８を介して接地される。
【００４２】
このような２分周手段部２０２では、四相出力信号Ｉ、ＩＢ、Ｑ、ＱＢの位相関係が、それぞれほぼ０°、１８０°、９０°、２７０°の位相差を有する四相信号として取り出すことができる。
【００４３】
図８は、加算手段および減算手段の回路構成の例を示している。２分周手段より出力された四相出力信号Iは信号入力Ｔｒ７０１、７０５のベースに接続され、信号ＩＢは、信号入力Ｔｒ７０２、７０６のベースに接続される。また信号Ｑは、信号入力Ｔｒ７０３、７０８のベースに接続され、信号ＱＢは、信号入力Ｔｒ７０４、７０７のベースに接続される。電源は負荷抵抗７０９を介して、信号入力Ｔｒ７０１、７０３の共通接続されたコレクタに接続され、負荷抵抗７１０を介して、信号入力Ｔｒ７０２、７０４の共通接続されたコレクタに接続される。また、負荷抵抗７１１を介して、信号入力Ｔｒ７０５、７０７の共通接続されたコレクタに接続され、負荷抵抗７１２を介して、信号入力Ｔｒ７０６、７０８の共通接続されたコレクタに接続される。
【００４４】
このようにして、加算回路および減算回路の出力信号ＶＩ、ＶＩＸは正確に０°、１８０°、出力信号ＶＱ、ＶＱＸは正確に９０°、２７０°の位相差を有する四相信号として取り出すことができる。
【００４５】
今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
広い周波数範囲（１００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）で２つの信号の位相差が正確に９０°となる移相器が得られ、デジタル通信等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例に関わる９０°位相差生成回路の基本原理図である。
【図２】実施例に用いられる近似的移相手段の基本原理図である。
【図３】９０°位相差生成の動作原理を説明するための図である。
【図４】９０°位相差生成回路の他の構成例を説明するための図である。
【図５】実施例に用いられる２逓倍手段の回路構成（絶対値回路）の例を説明するための図である。
【図６】実施例に用いられる２分周手段の他の回路構成（掛け算回路）の例を説明するための図である。
【図７】実施例に用いられる２分周手段の回路構成の例を説明するための図である。
【図８】実施例に用いられる加算手段および減算手段の回路構成の例を説明するための図である。
【図９】従来の移相器の簡略化構成図である。
【図１０】従来の移相器の動作を説明するための図である。
【図１１】他の従来の移相器の簡略化構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００、２００  局部発振器
１０１  近似的移相回路
２０１  ２逓倍回路
２０２  ２分周回路
１０２  加算回路
１０３  減算回路
４０４、４０５  振幅等化手段
【図１】
2006279171.tif 000007
【図２】
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【図３】
2006279171.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006279171.tif 000012
【図７】
2006279171.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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