(57)【要約】      （修正有）【課題】パッシブミキサ回路に用いる差動増幅器の発生する、１／ｆ雑音を低減し、受信感度を向上したパッシブミキサ回路を提供する。【解決手段】電流／電圧変換部３０内の差動電圧増幅器３１の入力端ｃ，ｄおよび出力端ｅ，ｆに、それぞれスイッチ群１，２，３，４，５，６，７，８を設置し、差動電圧増幅器３１の接続状態または動作状態を、中間周波数ＩＦよりも高速で切り換えて差動電圧増幅器３１で発生する低周波の１／ｆノイズを低減化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波の差動ＲＦ電圧信号を入力して差動ＲＦ電流信号に変換する電圧／電流変換部と、
前記差動ＲＦ電流信号および差動ＬＯ信号を入力し、その周波数差である中間周波数ＩＦの差動ＩＦ電流信号を出力する周波数変換部と、
前記差動ＩＦ電流信号を入力し、差動入力端子および差動出力端子を有する差動電圧増幅器を介して差動ＩＦ電圧信号に変換し、差動ＩＦ電圧出力端子に出力する電流／電圧変換部と
を備えたパッシブミキサ回路において、
前記周波数変換部の差動ＩＦ電流出力端子を前記差動電圧増幅器の差動入力端子に接続する第１のスイッチおよび第２のスイッチと、
前記周波数変換部の差動ＩＦ電流出力端子を逆にして前記差動電圧増幅器の差動入力端子に接続する第３のスイッチおよび第４のスイッチと、
前記差動電圧増幅器の差動出力端子を前記差動ＩＦ電圧出力端子に接続する第５のスイッチおよび第６のスイッチと、
前記差動電圧増幅器の差動出力端子を逆にして前記差動ＩＦ電圧出力端子に接続する第７のスイッチおよび第８のスイッチと、
前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第５のスイッチ、前記第６のスイッチからなる第１のスイッチ群を同時にオンオフし、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチ、前記第７のスイッチ、前記第８のスイッチからなる第２のスイッチ群を同時にオンオフし、さらに第１のスイッチ群と第２のスイッチ群を前記中間周波数ＩＦよりも高い周波数で相補的にオンオフする制御手段と
を備えたことを特徴とするパッシブミキサ回路。
【請求項２】
高周波の差動ＲＦ電圧信号を入力して差動ＲＦ電流信号に変換する電圧／電流変換部と、
前記差動ＲＦ電流信号および差動ＬＯ信号を入力し、その周波数差である中間周波数ＩＦの差動ＩＦ電流信号を出力する周波数変換部と、
前記差動ＩＦ電流信号を入力し、差動入力端子および差動出力端子を有する差動電圧増幅器を介して差動ＩＦ電圧信号に変換し、差動ＩＦ電圧出力端子に出力する電流／電圧変換部と
を備えたパッシブミキサ回路において、
前記周波数変換部の差動ＩＦ電流出力端子と前記差動ＩＦ電圧出力端子との間に並列に接続される前記電流／電圧変換部の複数の差動電圧増幅器と、
前記複数の差動電圧増幅器と電源との接続をそれぞれオンオフする複数のスイッチと、
前記複数の差動電圧増幅器の１つを電源オフとし、他を電源オンとする前記複数のスイッチの組み合わせを前記中間周波数ＩＦよりも高い周波数で切り替える制御手段と
を備えたことを特徴とするパッシブミキサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線受信機のフロントエンド回路における周波数変換に用いられ、出力部にトランスインピーダンスアンプを備えたパッシブミキサ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタス情報社会の実現に向けて、センサを備えた多数の情報発信端末によるセンサネットワークの研究開発が進んでいる。これらの情報発信端末は極めて低電力で動作し、また他の無線通信システムと比較して利用する無線チャネル帯域が数ｋHz程度と小さいことが特徴である。このような狭帯域無線通信装置では、受信チャネルを選択するフィルタ回路を低電力で実現するために、受信機内の中間周波数（ＩＦ）を低く、例えば10ｋHz程度に設定する必要がある。その場合の課題の１つにダウンコンバージョンミキサ回路における１／ｆノイズがある。１／ｆノイズは、そのノイズ強度が周波数に反比例する。このため10ｋHz程度の低いＩＦでは、ダウンコンバージョンミキサ回路からの１／ｆノイズが大きくなり、受信感度を大幅に低下させる可能性がある。
【０００３】
ダウンコンバージョンミキサ回路の１／ｆノイズ低減手法の１つに、図３に示す周波数変換部（ミキシング部）２０を含むパッシブミキサ回路がある（非特許文献１）。この周波数変換部２０は、トランジスタペアに高周波（ＲＦ）信号と局発（ＬＯ）信号を入力し、その周波数差の中間周波数（ＩＦ）信号を出力する構成であり、スイッチングを行うトランジスタペアに直流電流が流れないため、１／ｆノイズが発生しない。
【０００４】
なお、図３に示す周波数変換部２０の前段には、電圧／電流変換部１０を構成するトランスコンダクタンスアンプ（ｇｍセル）が接続され、差動ＲＦ電圧信号を差動ＲＦ電流信号に変換して周波数変換部２０に入力する。また、周波数変換部２０の後段には、電流／電圧変換部３０を構成するトランスインピーダンスアンプが接続され、周波数変換部２０から出力される差動ＩＦ電流信号を差動ＩＦ電圧信号に変換する。ここで、トランスインピーダンスアンプは、差動電圧増幅器と、差動電圧増幅器の正入力端子（＋）と負出力端子（−）との間を接続する抵抗とコンデンサの並列回路と、差動電圧増幅器の負入力端子（−）と正出力端子（＋）との間を接続する抵抗とコンデンサの並列回路から構成される。このコンデンサは高周波除去の目的で用いられるので、使用しない場合もある。
【０００５】
なお、差動電圧増幅器の正入力端子（＋）および負入力端子（−）を差動入力端子ｃ，ｄとし、差動入力端子ｃ，ｄの差分電圧を反転符号で出力する負出力端子（−）および同符号で出力する正出力端子（＋）を差動出力端子ｅ，ｆとする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】V. Giannini, et al, “A 2 mm2 0.1-to-5 GHz SDR Receive in 45 nm Digital CMOS, ” 2009 IEEE International Solid-State Circuits Conference Digest of Technical Papers, Vol.52 (2009), ISBN 978-1-4244-3457-2, pp.408-409.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３に示すパッシブミキサ回路において、周波数変換部２０では１／ｆノイズは発生しないものの、後段の電流／電圧変換部３０のトランスインピーダンスアンプでは直流回路が構成されるため、大きな１／ｆノイズが発生する。このため、10ｋHz程度の低いＩＦ信号を用いる無線受信機では、１／ｆノイズのために受信感度が大幅に低下する問題があった。
【０００８】
本発明は、パッシブミキサ回路に用いるトランスインピーダンスアンプの１／ｆノイズを低減し、無線受信機で10ｋHz程度の低いＩＦ信号の利用を可能とするパッシブミキサ回路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】
【０００９】
第１の発明は、高周波の差動ＲＦ電圧信号を入力して差動ＲＦ電流信号に変換する電圧／電流変換部と、差動ＲＦ電流信号および差動ＬＯ信号を入力し、その周波数差である中間周波数ＩＦの差動ＩＦ電流信号を出力する周波数変換部と、差動ＩＦ電流信号を入力し、差動入力端子および差動出力端子を有する差動電圧増幅器を介して差動ＩＦ電圧信号に変換し、差動ＩＦ電圧出力端子に出力する電流／電圧変換部とを備えたパッシブミキサ回路において、周波数変換部の差動ＩＦ電流出力端子を差動電圧増幅器の差動入力端子に接続する第１のスイッチおよび第２のスイッチと、周波数変換部の差動ＩＦ電流出力端子を逆にして差動電圧増幅器の差動入力端子に接続する第３のスイッチおよび第４のスイッチと、差動電圧増幅器の差動出力端子を差動ＩＦ電圧出力端子に接続する第５のスイッチおよび第６のスイッチと、差動電圧増幅器の差動出力端子を逆にして差動ＩＦ電圧出力端子に接続する第７のスイッチおよび第８のスイッチと、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第５のスイッチ、第６のスイッチからなる第１のスイッチ群を同時にオンオフし、第３のスイッチ、第４のスイッチ、第７のスイッチ、第８のスイッチからなる第２のスイッチ群を同時にオンオフし、さらに第１のスイッチ群と第２のスイッチ群を中間周波数ＩＦよりも高い周波数で相補的にオンオフする制御手段とを備える。
【００１０】
第２の発明は、高周波の差動ＲＦ電圧信号を入力して差動ＲＦ電流信号に変換する電圧／電流変換部と、差動ＲＦ電流信号および差動ＬＯ信号を入力し、その周波数差である中間周波数ＩＦの差動ＩＦ電流信号を出力する周波数変換部と、差動ＩＦ電流信号を入力し、差動入力端子および差動出力端子を有する差動電圧増幅器を介して差動ＩＦ電圧信号に変換し、差動ＩＦ電圧出力端子に出力する電流／電圧変換部とを備えたパッシブミキサ回路において、周波数変換部の差動ＩＦ電流出力端子と差動ＩＦ電圧出力端子との間に並列に接続される電流／電圧変換部の複数の差動電圧増幅器と、複数の差動電圧増幅器と電源との接続をそれぞれオンオフする複数のスイッチと、複数の差動電圧増幅器の１つを電源オフとし、他を電源オンとする複数のスイッチの組み合わせを中間周波数ＩＦよりも高い周波数で切り替える制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のパッシブミキサ回路は、周波数変換部の後段に接続されるトランスインピーダンスアンプを構成する差動電圧増幅器の接続状態または動作状態を高速に切り替えることにより、トランスインピーダンスアンプで発生する低周波数の１／ｆノイズを防止することができる。これにより、無線受信機で10ｋHz程度の低いＩＦ信号の利用が可能となり、高感度で低電力な無線受信システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のパッシブミキサ回路の実施例１の構成例を示す図である。
【図２】本発明のパッシブミキサ回路の実施例２の構成例を示す図である。
【図３】従来のパッシブミキサ回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明のパッシブミキサ回路の実施例１の構成例を示す。
図において、差動ＲＦ電圧信号を差動ＲＦ電流信号に変換するトランスコンダクタンスアンプ（ｇｍセル）からなる電圧／電流変換部１０、差動ＲＦ電流信号と差動ＬＯ信号を入力して差動ＩＦ電流信号に変換する周波数変換部（ミキシング部）２０は、図３に示す従来のパッシブミキサ回路と同じ構成である。
【００１４】
本実施例の特徴は、周波数変換部（ミキシング部）２０から出力される差動ＩＦ電流信号を差動ＩＦ電圧信号に変換する電流／電圧変換部（トランスインピーダンスアンプ）３０において、周波数変換部２０の差動ＩＦ電流出力端子ａ，ｂと、差動電圧増幅器３１の差動入力端子ｃ，ｄとをそれぞれ接続するスイッチ１，２と、周波数変換部２０の差動ＩＦ電流出力端子ｂ，ａと、差動電圧増幅器３１の差動入力端子ｃ，ｄとをそれぞれ接続するスイッチ３，４と、差動電圧増幅器３１の差動出力端子ｅ，ｆと差動ＩＦ電圧出力端子ＩＦ＋，ＩＦ−とをそれぞれ接続するスイッチ５，６と、差動電圧増幅器３１の差動出力端子ｅ，ｆと差動ＩＦ電圧出力端子ＩＦ−，ＩＦ＋とを接続するスイッチ７，８とを備え、スイッチ１，２，５，６のスイッチ群φ１と、スイッチ３，４，７，８のスイッチ群φ２を高速かつ相補的にオン・オフするところにある。
【００１５】
すなわち、ａとｃ、ｂとｄ、ｅとＩＦ＋、ｆとＩＦ−を接続するスイッチ１，２，５，６のスイッチ群φ１と、ａとｄ、ｂとｃ、ｅとＩＦ−、ｆとＩＦ＋を接続するスイッチ３，４，７，８のスイッチ群φ２を、図示しない制御手段により相補的にオン・オフする。図１は、スイッチ群φ１がオン、スイッチ群φ２がオフになっている状態を示す。
【００１６】
なお、周波数変換部２０の差動ＩＦ電流出力端子ａと差動ＩＦ電圧出力端子ＩＦ＋との間、周波数変換部２０の差動ＩＦ電流出力端子ｂと差動ＩＦ電圧出力端子ＩＦ−との間には、それぞれコンデンサと抵抗の並列回路が従来のパッシブミキサ回路の電流／電圧変換部３０と同様に接続される。
【００１７】
本実施例の構成では、スイッチφ１，φ２を相補的かつ高速に切り替えるため、低周波のＩＦ電流信号／ＩＦ電圧信号変換特性は、スイッチ切り替えを行わない従来構成と同等である。また、スイッチ切替周波数をｆs とすると、低周波の１／ｆノイズは周波数ｆs だけ周波数シフトされる。このため、周波数ｆs をＩＦよりも十分に高い周波数に設定すれば、１／ｆノイズはＩＦ信号に影響しない高周波領域に周波数シフトすることができ、１／ｆノイズに影響されない低周波のＩＦ信号を生成することができる。
【実施例２】
【００１８】
図２は、本発明のパッシブミキサ回路の実施例２の構成例を示す。
図において、差動ＲＦ電圧信号を差動ＲＦ電流信号に変換するトランスコンダクタンスアンプ（ｇｍセル）からなる電圧／電流変換部１０、差動ＲＦ電流信号と差動ＬＯ信号を入力して差動ＩＦ電流信号に変換する周波数変換部（ミキシング部）２０は、図３に示す従来のパッシブミキサ回路と同じ構成である。
【００１９】
本実施例の特徴は、周波数変換部（ミキシング部）２０から出力される差動ＩＦ電流信号を差動ＩＦ電圧信号に変換する電流／電圧変換部（トランスインピーダンスアンプ）３０において、２組の差動電圧増幅器３１−１，３１−２、抵抗およびコンデンサを備え、周波数変換部２０の差動ＩＦ電流出力端子ａ，ｂと差動ＩＦ電圧出力端子ＩＦ＋，ＩＦ−との間に並列に接続するとともに、差動電圧増幅器３１−１，３１−２を電源（ＶＤＤ，ＧＮＤ）に接続するスイッチを、図示しない制御手段により高速かつ相補的に制御するところにある。ここでは、相補的にオン・オフするスイッチをφ１，φ２とする。
【００２０】
本実施例の構成では、スイッチφ１が接続される差動電圧増幅器３１−１が電源オンになるときは、スイッチφ２が接続される差動電圧増幅器３１−２が電源オフになる。また、スイッチφ１が接続される差動電圧増幅器３１−１が電源オフになるときは、スイッチφ２が接続される差動電圧増幅器３１−２が電源オンになる。これを周波数ｆs で繰り返すことにより、いずれか一方の差動電圧増幅器を動作させながら、他方の差動電圧増幅器に流れる直流電流はそれぞれ周波数ｆs で遮断されるため、周波数ｆs より低周波の１／ｆノイズは発生しない。なお、本構成では、周波数ｆs の整数倍の周波数にスプリアス雑音が発生するため、実施例１と同様に周波数ｆs をＩＦよりも十分に高い周波数に設定する。
【００２１】
差動電圧増幅器を３個以上並列接続する構成では、電源オンとなって動作する差動電圧増幅器の個数が一定になるようにスイッチ制御を行う。例えば、３個以上の差動電圧増幅器の電源を１つずつ順番に周波数ｆs でオフに制御することにより、全体としては電源オンが継続している差動電圧増幅器が常に存在することになり、安定した電流／電圧変換動作が可能となる。
【符号の説明】
【００２２】
１０  電圧／電流変換部（トランスコンダクタンスアンプ（ｇｍセル））
２０  周波数変換部（ミキシング部）
３０  電流／電圧変換部（トランスインピーダンスアンプ）
３１  差動電圧増幅器
【図１】
2011009824.tif 000003
【図２】
2011009824.tif 000004
【図３】
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