(57)【要約】周波数混合器（３）によって周波数調整を行う、周波数変換（１４）用の回路構造、および、この回路構造を有する移動式無線装置について開示する。周波数分割器（６）を備えるフィードバック経路（６，７）が、周波数混合器（３）の出力部から周波数混合器（３）の他の入力部に接続されている。特に、周波数分割器（６）を、２周波数分割器（９）として実施した場合、電流消費の小さい、かつ、チップ面積の小さい周波数変換回路を形成できる。さらに、周波数生成器（１２）に反響を与えずに、送受信機における有効信号のための周波数変換器（１５，１６）を駆動するための回路を操作できる。
2005527136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力周波数を有する入力信号を導入するための入力部（１）と、
入力周波数に応じた出力周波数を有する出力信号を出力できる出力部（２）と、
回路構造の上記の入力部（１）と接続されている第１入力部、第２入力部、および、回路構造の上記の出力部（２）と接続されている出力部を有する周波数混合器（３）と、
回路構造の上記の出力部（２）と接続されている入力部、および、分周された出力周波数を有する信号を導入するために周波数混合器（３）の第２入力部と接続されている出力部を有する、周波数分割器（６）と、
を備えた周波数変換用の回路構造。
【請求項２】
上記周波数分割器（６）が、分割数が２の周波数分割器として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の回路構造。
【請求項３】
上記周波数分割器（６）が、フリップフロップ（９）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の回路構造。
【請求項４】
上記フリップフロップ（９）が、周波数分割器の入力部を形成するクロック入力部を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の回路構造。
【請求項５】
上記周波数混合器（３）の出力部と周波数分割器（６）の入力部との間に、回路構造の出力信号から直流成分を分離するための手段（５）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路構造。
【請求項６】
上記の直流成分を分離するための手段（５）が、キャパシタ（８）であることを特徴とする、請求項５に記載の回路構造。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の特徴を有する回路構造を有する移動式装置であって、
搬送周波数を有する信号を導入するための補助入力部を有し、高周波数帯域とベースバンドとの間で有効信号の周波数を変換するための、少なくとも１つの周波数変換用の装置（１５，１６）と、
基準周波数を有する基準信号を出力部から出力する周波数生成器（１２）と、
周波数変換用の上記した回路構造（１４）とを備え、
この回路構造（１４）の入力部が周波数生成器（１２）の出力部と連結されているとともに、回路構造（１４）の出力部が上記した周波数変換用の少なくとも１つの装置（１５，１６）の補助入力部と連結されている、移動式装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、周波数変換用の回路構造、および、この回路構造を有する移動式無線装置に関するものである。
【０００２】
送信信号および受信信号を、ベースバンド（Basisband）から高周波数帯域（hochfrequente Lage）へ、または、その逆に変換するために、通常、高周波数混合器が使用される。高周波数混合器は、周波数変換のために、搬送信号（Traegersignal）を必要とする。この搬送信号は、通常、発振器（例えば、電圧制御発振器）から出力される。しかし、発振器は、通常、混合器の必要とする搬送周波数ではなく、他の周波数で発振する。このため、発振器に対する送信周波数の反響（Rueckwirkungen）が少なくなる。この場合は、発振器信号の周波数変換時に、周波数変換器の電力消費量（Stromaufnahme）が低くなるように、および、位相ノイズ（Phasenrauschen）が小さくなるように、注意する必要がある。
【０００３】
実際の有効信号周波数変換器に必要な、発振器周波数から搬送周波数への周波数変換は、例えば、周波数混合器によって行われる。この周波数混合器は、発振器周波数を、この周波数自体と（おそらく位相シフトした状態で）混合することによって行われる。また、発振器周波数を、この周波数から得られる、分周され（heruntergeteilten）、濾波された信号と混合することもある。発振器周波数の分周には、整数の分周比（ganzzahlige Teilerverhaeltnisse）を用いることが可能である。分周した周波数信号を濾波することで、不要な信号成分（Signalanteile）を混合器の出力部から除去できる。この不要な信号成分とは、より高調波（hoeherer Harmonischer）の混合によって生じる可能性のあるものである。この場合、送信機または受信機に要求されるデザイン（verfolgten Konzept）によるが、発振器信号を調整（Aufbereitung）する混合器を、イメージ周波数（Spiegelfrequenz）を抑制する構造（Architektur）として形成することにより、このイメージ周波数を消滅させられる。しかし、このような抑制については、周波数混合器における結合公差（Paarungstoleranzen）に強く依存している。そして、この抑制を実現できるような結合公差を得るためには、製造公差を大きくする必要がある。このため、周波数変換器の電流消費（Stromverbrauch）が比較的大きくなり、位相ノイズ特性が悪化し、かつ、所要面積が大きくなる。さらに、このような周波数変換器の製造工程は、全般的にみれば複雑である。
【０００４】
文献ドイツ特許１９７１０４９０号Ａ１（DE 19710490 A1）に、２つの周波数混合器を備える周波数変換回路が記載されている。第１周波数混合器は、局部発振信号（Lokaloszillatorsignal）によって入力信号を多重化する。この局部発振信号は、周波数分割されて（frequenzgeteilt）、第１周波数混合器の下流に接続されている第２周波数混合器に出力される。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、周波数変換を、回路の電流消費をより少なくし、かつ、必要なチップ面積をより小さくした状態で行うことの可能な、周波数変換用の回路構造、および、この回路構造を有する移動式無線装置を提供することである。
【０００６】
本発明によると、回路構造に関する目的は、以下の部材を備える周波数変換用の回路構造によって達成される。すなわち、この回路構造は、
入力周波数を有する入力信号を導入するための入力部と、
入力周波数に応じた出力周波数を有する出力信号を出力できる（abgreifbar）出力部と、
回路構造の上記の入力部と接続されている第１入力部、第２入力部、および、回路構造の上記の出力部と連結されている出力部を有する周波数混合器と、
回路構造の上記の出力部と接続されている入力部、および、分周された出力周波数を有する信号を導入するために周波数混合器の第２入力部と連結されている出力部を有する周波数分割器と、
を備えている。
【０００７】
上記の原則（Prinzip）では、入力信号を周波数変換するために、周波数混合器を使用する。しかし、この周波数混合器は、入力周波数を、入力周波数（位相シフトしたものも含む）自体と混合しない。また、この周波数混合器は、入力周波数を、周波数分割によって入力周波数から生成した周波数と混合しない。その代わりに、この周波数混合器には、フィードバック経路（Rueckkopplungspfad）が形成されている。そして、このフィードバック経路に、周波数分割器が配置されている。この周波数分割器は、周波数混合器の他の入力部と連結されている。このため、この周波数混合器は、入力周波数を有する入力信号を、出力周波数を有する出力信号から発生した信号と混合する。この信号は、出力信号を周波数分割することによって生成される。
【０００８】
上記の原則の利点は、分周された出力信号の比較的高い調波の周波数を、混合器によって、コモンモード帯域（Gleichtaktlage）にまで落とす点である。混合器には、残留している不要な信号を減衰する簡単なフィルターを、その下流に接続して備えてもよい。
【０００９】
要するに、上記の原則によると、発振器信号を周波数変換するために用いる周波数混合器に必要な線型性を、非常に低くできるようになる。このため、特に省電流の混合器を設計できる。生じたイメージ周波数は、送信周波数（すなわち、回路構造の出力周波数）とは十分に大きく異なっている。従って、これらを、簡単なフィルターによって減衰できる。
【００１０】
電流消費および必要なチップ面積に関しては、周波数分割器の分割数（Teilerfaktor）を２に設計することが特に好ましいことがわかっている。すなわち、この周波数分割器は、周波数混合器の第２入力部に対し、出力周波数の半分の周波数を有する信号を導入する。
【００１１】
この場合、周波数混合器の出力部から、入力周波数と出力周波数の半分との差から生じた周波数を有する信号が出力される。また、抑制する必要のあるイメージ周波数は、入力周波数（通常は発振器周波数）と、回路構造の出力周波数の半分との合計から生じる。周波数フィードバック（Frequenzrueckkopplung）において整数の分割値ｎ＝２により周波数を分割する場合、電流消費および必要なチップ面積は、冒頭で述べた周波数変換回路と比較して、半分になっている。
【００１２】
本回路構造の特に好ましい実施形態は、フリップフロップを有する周波数分割器を形成することにより得られる。この場合、フリップフロップのクロック入力部は、周波数変換用の回路構造の出力部と接続されることが好ましい。また、フリップフロップの入力部と出力部との間に、閉フィードバック経路（geschlossener Rueckkopplungspfad）が形成されていることが好ましい。フリップフロップの出力部は、周波数混合器の第２入力部と接続される。
【００１３】
本発明の他の好ましい実施形態では、周波数混合器の出力部と周波数分割器の入力部との間であり、かつ、回路構造の出力部の前段に、周波数混合器の出力信号の直流成分を分離（Gleichanteilentkopplung）する手段、すなわち、ＤＣ分離（DC-Entkopplung）手段が備えられている。この構成では、分周された出力信号を入力信号と混合することによって生じる可能性のあるコモンモード成分（Gleichtakt-Anteile）を抑制できる。
【００１４】
直流成分を分離する手段は、キャパシタとして形成されていることが好ましい。このキャパシタは、信号経路と直列に接続される。
【００１５】
移動式無線装置については、上記した目的を、上記のような回路構造を有する、以下に示す移動式無線装置によって達成する。すなわち、この移動式無線装置は、
搬送周波数を有する信号を導入するための補助入力部を有し、高周波数帯域とベースバンドとの間で有効信号を周波数変換するための、少なくとも１つの周波数変換用の装置と、
出力部から基準周波数を有する基準信号を出力する周波数生成器と、
周波数変換用の上記した回路構造とを備え、
この回路構造の入力部が周波数生成器の出力部と連結されているとともに、出力部が上記した周波数変換用の装置の補助入力部と連結されている。
【００１６】
上記した周波数変換用の回路構造を用いて、上述のように、発振器から出力される基準周波数を、他の周波数を有する信号に変換する。その結果、周波数生成器に対する送信信号の反響を、できる限り小さくできる。この信号は、有効信号の周波数を変換するための装置の補助入力部に出力される。なお、この有効信号の周波数変換用の装置は、ベースバンド信号を高周波数帯域に変換するため、または、その逆の変換を行うために設計されている。
【００１７】
有効信号周波数変換器は、高周波数帯域とベースバンドとの間またはその逆の、直接変換を行うものである。この有効信号周波数変換器を上記のように駆動する代わりに、上記の原則に基づく周波数変換回路を同様に用いることも有効である。すなわち、この変換回路を、本発明の範囲内で、ヘテロダイン送受信機構造（heterodynen Transceiverarchitekturen）、あるいは、単なる送信または受信構造に使用することもできる。
【００１８】
本発明の他の詳細と好ましい設計とを従属請求項に記載する。
【００１９】
以下に、図を参考にしながら、複数の実施例を用いて、本発明を詳しく説明する。
【００２０】
図１は、Ｎ周波数分割器を有する、本原則の第１実施例を示す簡易的なブロック図である。図２は、周波数を２分の１にする、本原則の他の実施形態を示すブロック図である。図３は、図１または図２に基づく周波数変換用の回路構造を有する、移動式無線装置を示す図である。
【００２１】
図１に、周波数変換用の回路構造を示す。この回路構造は、入力周波数を有する入力信号を導入するための入力部１と、入力周波数に応じた、出力周波数を有する出力信号を出力できる出力部２と、周波数混合器３とを備えている。周波数混合器３は、変換回路の入力部１と接続されている第１入力部と、他の入力部と、出力部とを備えている。周波数混合器３の出力部は、増幅器４およびバンドパスフィルター５を介して、回路構造の出力部２と接続されている。さらに、回路の出力部２から周波数混合器３の他の入力部へのフィードバック経路が備えられている。このフィードバック経路は、下流にバンドパスフィルター７が接続されている周波数分割器６を備えている。この構造では、周波数分割器６の入力部が、回路の出力部２と接続されている。一方、フィルター７の出力部は、混合器３の他の入力部と接続されている。
【００２２】
電圧制御発振器１２は、任意の増幅器１０を介して、回路構造の入力部１と接続されている。同じく、出力部２には、他の増幅器１１が接続されている。この増幅器１１は、他の信号処理鎖（Signalverarbeitungskette）を表すものである。発振器１２は、角振動数（Kreisfrequenz）（Ｎ＋１）／Ｎ＊ωを有する１つの正弦波の（sinusfoermiges）高周波数信号を出力する。この信号を、周波数混合器３によって、角振動数ωを有する余弦波の（kosinusfoermiges）高周波数信号に変換する。このために、周波数分割器Ｎによって出力信号を分割する周波数分割器６は、混合器３の他の入力部に、角振動数１／Ｎωを有する正弦波の信号を提供する。
【００２３】
上記原則によると、混合器３に必要な線形性を低くできるので、特に省電流での周波数変換が可能である。このため、図１の周波数変換回路は、移動式無線装置中での作動、および、移動式無線装置における搬送周波数または局部発振周波数の生成に、特に適している。
【００２４】
図２は、図１の回路構造の発展形態である。この構造は、構造および機能性については、図１とほぼ同様であるので、説明を省略する。ただ一点、Ｎ周波数分割器６が、２周波数分割器９で置き換えられている。この２周波数分割器は、入力側に印加される信号を、半分の周波数にしてその出力部へ出力するものである。さらに、図２に示す周波数変換用の回路１４におけるフィードバック経路のバンドパスフィルター７は、短絡部（Kurzschluss）で置き換えられている。最後に、順方向経路（Vorwaertspfad）のバンドパスフィルター５は、直列キャパシタ８で置き換えられている。キャパシタ８は、増幅器４の出力部を、回路構造の出力部２と接続している。２周波数分割器９は、フリップフロップとして形成されている。このフリップフロップは、クロック入力部、データ入力部、および、データ出力部を備えている。回路構造の出力部２は、周波数分割器９のクロック入力部と接続されている。フリップフロップのデータ入力部およびデータ出力部は、他のフィードバック（Rueckkopplung）により、相互に短絡接続されている（kurzgeschlossen）。フリップフロップの出力部は、混合器３の他の入力部と接続されている。
【００２５】
図２に示した回路構造では、発振器１２が、入力周波数を出力する。この入力周波数を、角振動数３／２ωによって表す。発振器信号は、正弦波形（sinusfoermigen Verlauf）を有している。混合器３は、回路の出力部２に対して、角振動数ωを有する出力信号を出力する。このことは、２周波数分割器９が、角振動数ωを有する信号を、発振器信号周波数３／２ωと混合する角振動数ω／２の正弦波の信号に分割することによって達成される。入力周波数を足し合わせることで生じる、２ωのイメージ周波数は、送信周波数と大きく異なっており、簡単なフィルターによって減衰できるようになっている。分周された出力信号の高調波（Oberwellen）は、混合器３によって、少なくとも一部が、コモンモード帯域に周波数を落とされ（herunterfalten）、トランジスタ８によって、出力部２から簡単に分離される。
【００２６】
従来知られている周波数変換回路と比較して、２の周波分周比を有する上記実施例では、電流消費を半分にでき、必要なチップ面を半減できる。
【００２７】
最後に、図３に、図２の周波数変換回路を移動式無線送受信機に応用した例を示す。この場合、上昇周波数混合器（Aufwaerts-Frequenzmischer）１５が送信経路に備えられており、下降周波数混合器（Abwaerts-Frequenzmischer）１６が、移動式無線装置の受信経路に備えられている。上昇周波数変換器１５は、ベースバンドに存在する変調信号ＢＢ−ＴＸを導入するための変調入力部を備え、デジタル信号処理機１７と連結されている。このデジタル信号処理機１７は、ベースバンドの変調信号を出力する。上昇周波数変換器１５の出力部からは、高周波数状態に変換された、変調された搬送体としての変調信号が出力される。上昇周波数混合器１５の出力部は、二重ユニット（Duplexeinheit）１８と連結されている。この二重ユニットは、同じく、アンテナ１９と双方向接続されている。さらに、二重ユニット１８の出力部は、受信装置では、高周波数受信信号を導入するための上昇周波数混合器１６の高周波数入力部と接続されている。下降周波数混合器１６の出力部は、デジタル信号処理機１７の入力部と接続されている。この入力部には、処理中に(dabei)周波数をベースバンドに下げられた、復調された受信信号ＢＢ−ＲＸが導入される。搬送信号を有する周波数混合器１５・１６を駆動するため、電圧制御発振器１２が備えられている。この電圧制御発振器１２は、位相制御ループ（Phasenregelschleife）を備えることが可能である。この電圧制御発振器１２は、周波数変換用の回路構造１４を介して、混合器１５・１６のそれぞれの補助入力部と接続されている。それゆえ、発振器１２の発振周波数が、調整後、混合器１５・１６の補助入力部へ導入される。
【００２８】
特に、移動形態（mobilen Anwendungen）では、電流消費が少なくチップ面積が小さいといった上記の周波数変換回路の特性は、特別な意味を持つ。発振器１２は、半分の振動周波数で作動し、その結果、回路レイアウトを、さらに確実に簡易化できる。
【００２９】
上記の移動式無線装置（特に、図３に示した送受信機の受信経路（Empfangszweig））に関しては、直接変換構造に代えて、本発明に基づく周波数変換回路を備えた、ヘテロダイン構造および低ＩＦ構造（Low-IF-Architekturen）を用いることも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】Ｎ周波数分割器を有する、本原則の第１実施例を示す簡易化したブロック図である。
【図２】周波数を２分の１に分割する、本原則の他の実施形態を示すブロック図である。
【図３】図１または図２に基づく周波数変換用の回路構造を有する、移動式無線装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    入力部
２    出力部
３    周波数混合器
４    増幅器
５    フィルター
６    周波数分割器
７    フィルター
８    キャパシタ
９    フリップフロップ
１０    増幅器
１１    増幅器
１２    周波数生成器、ＶＣＯ
１４    周波数変換回路
１５    周波数変換器
１６    周波数変換器
１７    デジタル信号処理機
１８    二重ユニット
１９    アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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