【手続補正書】
【提出日】平成15年9月24日(2003.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】低電圧二重平衡型ミキサー回路装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】ミキサーコアと、シングルエンド増幅段とを有するミキサー回路装置において、
前記ミキサーコアは、第１の信号入力で前記増幅段からのシングルエンド出力信号を受信し、前記シングルエンド出力信号の受信に対応して差動出力信号を出力することを特徴とするミキサー回路装置。
【請求項２】前記ミキサーコアからの前記差動出力信号は、前記増幅段から前記第１の信号入力に入力されるシングルエンド信号と、低ａｃインピーダンスを有するバイアス手段から第２の信号入力に入力されるバイアス信号の両信号から得られる請求項１記載のミキサー回路装置。
【請求項３】前記差動出力信号は、局部発振ドライバー回路に制御されている前記ミキサーコアによって得られ、該局部発振ドライバー回路からの信号は、前記ミキサーコアの第１の制御入力及び第２の制御入力として受信される請求項２記載のミキサー回路装置。
【請求項４】前記ミキサーコアの前記第１の制御入力及び前記第２の制御入力のそれぞれのインピーダンスが、前記局部発振ドライバー回路の同相出力インピーダンスより低い請求項３記載のミキサー回路装置。
【請求項５】入力される信号に応じて差動出力信号を出力し、ミキサーコアと、シングルエンド増幅段と、バイアス手段とを有するミキサー回路装置において、
前記ミキサーコアは、第１の電流信号入力と、第２の電流信号入力と、第１の局部発振器信号入力と、第２の局部発振器信号入力とを有し、
前記シングルエンド増幅段は、前記入力される信号に応じて前記ミキサーコアの前記第１の電流信号入力に電流信号を与え、
前記バイアス手段は、低ａｃインピーダンスを有し、前記ミキサーコアの前記第２の電流信号入力にバイアス電流を与えることを特徴とするミキサー回路装置。
【請求項６】前記ミキサーコアは、第１のトランジスタ組と第２のトランジスタ組とを有し、
前記第１のトランジスタ組の各トランジスタは、それぞれの第１の主電極がお互いに接続し、さらに前記ミキサーコアの前記第１の電流信号入力に接続して、
前記第２のトランジスタ組の各トランジスタは、それぞれの第２の主電極がお互いに接続し、さらに前記ミキサーコアの前記第２の電流信号入力に接続するものであって、
前記各トランジスタ組の一方のトランジスタの制御電極がお互いに接続し、さらに前記第１の局部発振器信号入力に接続して、
前記各トランジスタ組の他方のトランジスタの制御電極がお互いに接続し、さらに前記第２の局部発振器信号入力に接続している請求項５記載のミキサー回路装置。
【請求項７】前記局部発振器ドライバ回路の差動出力は、前記ミキサーコアの前記第１の局部発振器信号入力及び前記第２の局部発振器信号入力に入力し、前記ミキサーコアの第２の主電極がバイアス手段と接続している前記トランジスタの制御電極からの前記インピーダンスは、局部発振ドライバ回路の同相出力インピーダンスよりも低い請求項５または６に記載のミキサー回路装置。
【請求項８】前記シングルエンド増幅段は、相互コンダクタンス増幅器として動作する第５のトランジスタで構成された請求項１〜７の何れかに記載のミキサー回路装置。
【請求項９】入力される信号に応じて差動出力信号を出力する二重平衡型ミキサー回路において、
第１の電流信号入力と第２の電流信号入力と第１の局部発振器信号入力と第２の局部発振器信号入力とを有するミキサーコアであって、
前記ミキサーコアの前記第１の局部発振器信号入力と前記第２の局部発振器信号入力に接続された差動出力を有する局部発振ドライバ回路と、
前記入力される信号に応じて前記ミキサーコアの前記第１の電流信号入力に電流信号を与えるシングルエンド増幅段と、
前記ミキサーコアの前記第２の電流信号入力にバイアス電流を与える低ａｃインピーダンスを有するバイアス手段と、
を具備し、
前記ミキサーコアの前記局部発振器側入力の入力インピーダンスが、前記局部発振ドライバ回路出力の同相出力インピーダンスに比べ低いことを特徴とする二重平衡型ミキサー回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミキサー回路装置に関し、特にシングルエンド入力と差動出力とを有するミキサー回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＲＦミキサー回路は、最新の無線システムにおいて重要な構成部であり、このミキサー回路のパラメータが、ミキサー回路が使用されるシステムの主な特性を決定する。従来、最も一般的なミキサー回路構成は、ギルバートセル構成もしくはマイクロミキサー構成であり、図３及び図４に示されている。
【０００３】
図３及び図４において、各ミキサー回路は、入力端子において、シングルエンドｒｆ入力信号を受信し、出力端子において、差動信号を出力する。この差動信号は、入力信号を増幅し、続いてそれを局部発振器からの信号と混合したものである。両ミキサー回路とも、容易にＩＣ構成で実施することができ、自動車電話等においてよく使用される。しかし、従来のこのような回路構成を有するミキサー回路は、雑音特性が悪い。また、このようなミキサー回路においては、２．７Ｖあるいはそれ以上の供給電圧が必要であり、これは電源と接地との間に３つのトランジスタが直列に配置されているからである。従って、これらミキサー回路は、低電圧適用に適さない場合がある。
【０００４】
図３は、従来のミキサー回路である、ギルバートセル回路を示す図である。図３によると、ギルバートセル回路１００は、入力端子１３０でシングルエンド入力電圧信号を受信し、入力端子１４０、１４１で局部発振器電圧の差動信号を受信する。トランジスタ１０１、１０２、抵抗１１０、１１１、及び電源１１５は、差動型相互コンダクタンス増幅回路１６０を形成し、トランジスタ１０３〜１０６はミキサーコア１５０を形成する。入力端子１３０における入力電圧の増加は、トランジスタ１０１のコレクタ電極からの信号電流を増加させる。電源１１５及び抵抗１１０、１１１は、トランジスタ１０２のコレクタ電極から相補形減少電流が送られることを確実にする。これら電流信号は、電源１１５が定電流源として適用されている場合、平衡調整される。
【０００５】
ミキサーコア１５０は、入力端子１４０、１４１において局部発振器の差動信号を受信する。入力端子１４０の電圧が正の場合、入力端子１４１の電圧は負になり、トランジスタ１０４、１０５は、ＯＮに切り換えられ、トランジスタ１０３、１０６は、ＯＦＦに切り換えられる。従って、トランジスタ１０１のコレクタ電流は出力端子１２１へと送られ、トランジスタ１０２のコレクタ電流は、出力端子１２０へと送られる。トランジスタ１０１、１０２のコレクタ電流は、入力端子１４１の電圧が入力端子１４０よりも高い場合、逆の出力端子１２１、１２０に切り換えられる。
【０００６】
図４は、従来のミキサー回路である、マイクロミキサー回路を示す図である。図４によると、マイクロミキサー回路２００は、入力端子２３０においてシングルエンド入力信号を受信し、出力端子２４０、２４１において、局部発振器の差動信号を受信する。トランジスタ２０１〜２０３及び抵抗２１０〜２１２は、相互コンダクタンス増幅回路２６０を形成し、トランジスタ２０４〜２０７は、ミキサーコア２５０を形成する。
【０００７】
入力端子２３０における電圧の増加は、トランジスタ２０２のコレクタ電極から送られる電流を増加させ、トランジスタ２０３のコレクタ電極から送られる電流を減少させる。従って、このミキサー回路は、シングルエンド入力と差動出力とを有する、相互コンダクタンス増幅回路として機能する。増幅回路２６０からの出力は、差動電流信号としてトランジスタ２０２、２０３のコレクタ電極に与えられ、ミキサーコア２５０に出力される。
【０００８】
ミキサーコア２５０は、図３に示されるミキサー回路におけるミキサーコア１５０と同様に機能する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示されるギルバートセル回路において、雑音特性が悪いのは、主に抵抗１１０、１１１による熱雑音によるところが大きく、抵抗１１０、１１１は、電流路に直接雑音を生じさせる。電源１１５もまた出力信号に雑音を発生させる。これは、電源１１５の入力端子と出力端子にかけて大きな電圧の振れが生じるからである。また、トランジスタ１０１、１０２は、ベース抵抗が直列に配置されているため、出力端子１２０、１２１においてかなり大きな雑音が発生することになる。
【００１０】
図４に示されるマイクロミキサー回路は、非常に線形的な特性と無線周波数における大きなダイナミックレンジとを有している。しかし主電流路において使用される抵抗の数が多いため、雑音特性は、ギルバートセル回路よりもむしろ悪い。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、より優れた雑音特性と低電圧供給条件とを有するミキサー回路装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ミキサーコアと、シングルエンド増幅段とを有するミキサー回路装置において、前記ミキサーコアは、第１の信号入力で前記増幅段からのシングルエンド出力信号を受信し、該シングルエンド出力信号に対応して差動出力信号を出力することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、入力される信号に応じて差動出力信号を出力し、ミキサーコアと、シングルエンド増幅段と、バイアス手段とを有するミキサー回路装置において、前記ミキサーコアは、第１の電流信号入力と、第２の電流信号入力と、第１の局部発振器信号入力と、第２の局部発振器信号入力とを有し、前記シングルエンド増幅段は、前記入力信号に応じて前記ミキサーコアの前記第１の電流信号入力に電流信号を与え、前記バイアス手段は、低ａｃインピーダンスを有し、前記ミキサーコアの前記第２の信号入力にバイアス電流を与えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るミキサー回路の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態である二重平衡型ミキサー回路を示す図である。
【００１６】
図１において、ミキサー回路３００は、増幅回路３９０と、バイアス装置３９２とミキサーコア３９１と、局部発振器ドライバ回路３９３によって構成される。その動作において、局部発振器の差動信号が入力端子３４０、３４１に入力され、バイアス電位が端子３６０、３６１に印加され、シングルエンド入力信号が入力端子３３０に入力され、差動出力信号が出力端子３２０、３２１で得られる。
【００１７】
増幅回路３９０は、トランジスタ３０１の周辺に配置されている。トランジスタ３０１のベース電極は、抵抗３１１を介して端子３６０に接続し、またキャパシタ３５０を介して入力端子３３０に接続している。インダクタ３１０は、トランジスタ３０１のエミッタ電極と接地電位との間に接続されている。トランジスタ３０１のコレクタ電極は、ミキサーコア３９１への出力電流路を形成している。
【００１８】
電流バイアス装置３９２は、トランジスタ３０２を有している。トランジスタ３０２は、エミッタ電極が接地電位に直接接続し、ベース電極が抵抗３１２を介して端子３６１に接続している。またトランジスタ３０２は、コレクタ電極からミキサーコア３９１に対して電流信号を与える。キャパシタ３５１は、トランジスタ３０２のコレクタ電極と接地電位との間に接続されている。
【００１９】
ミキサーコア３９１は４つのトランジスタ３０３〜３０６を有している。トランジスタ３０３、３０４は、お互いのエミッタ電極が結合し、増幅回路３９０からの出力電流信号を受信する。また、トランジスタ３０５、３０６は、お互いのエミッタ電極が結合し、バイアス装置３９２から電流を与えられる。トランジスタ３０３、３０５のコレクタ電極は、お互いに接続し、また出力端子３２０に接続している。トランジスタ３０４、３０６のコレクタ電極は、お互いに接続し、また出力端子３２１に接続している。ミキサーコア３９１は、トランジスタ３０３〜３０６のベース電極と局部発振ドライバ回路３９３の差動出力との接合点において、局部発振ドライバ回路３９３によって制御されている。トランジスタ３０３、３０６は、ベース電極がお互いに接続し、また局部発振ドライバ回路３９３の第１の出力に接続している。また、トランジスタ３０４、３０５は、ベース電極がお互いに接続し、また局部発振ドライバ回路３９３のもう一方の出力に接続している。
【００２０】
増幅回路３９０は、入力端子３３０で、ＲＦ電圧信号を受信し、これを電流信号に変換する。変換された電流信号は、トランジスタ３０１のコレクタ電極に与えられる。従って、増幅回路３９０は、高インピーダンス電源を構成する。キャパシタ３５０は、入力信号のあらゆるｄｃ要素を阻止すべく動作する。トランジスタ３０１のＤＣバイアスは、抵抗３１１及び端子３６０に印加されるバイアス電位によって実行される。トランジスタ３０１のエミッタ接地電流利得βの複素特性により、インンダクタ３１０は、トランジスタ３０１のベースエミッタ回路において直列負帰還を実行する。
【００２１】
インダクタ３１０は非雑音素子であり、特定の周波数領域において周波数に無関係の負帰還を実行する。この周波数領域は、インダクタ３１０の値及び所望の周波数におけるトランジスタ３０１のベースエミッタ抵抗に左右される。またインダクタ３１０の値は増幅回路３９０の利得及び線形性に影響を及ぼす。抵抗をインダクタ３１０の代わりに使用することもできるが、インダクタ３１０を使用する方が増幅回路３９０においてより多くの線形特性及び優良な雑音特性を得ることができる。
【００２２】
インダクタ３１０は、全体もしくは一部分において、ＩＣ実装の寄生インダクタンス、及び／もしくはボンディングワイヤー、及び／もしくは、接続ピンによって構成することができる。
【００２３】
トランジスタ３０１は、ベースエミッタ抵抗による雑音の発生を軽減するために、広域エミッタ領域を有するトランジスタであることが望ましい。しかし、エミッタ領域の大きいトランジスタは寄生容量も高く、従って、リーク及び低電流密度による電流利得βの低減が生じる。従って、特定のミキサー回路に組み込まれるトランジスタ領域及び駆動電流を選択する際に、雑音特性を優先するか利得を優先するかを選択する必要がある。
【００２４】
ミキサー回路３００の入力インピーダンスは、インダクタ３１０の値及び、トランジスタ３０１のｆT（トランジション周波数） によって決定される。
【００２５】
バイアス装置３９２は、トランジスタ３０２のコレクタ電極からミキサーコア３９１のトランジスタ３０５、３０６にバイアス電流を与えるために動作する。抵抗３１２は、トランジスタ３０２のベース電極をバイアス電位が印加されている端子３６１に接続する。キャパシタ３５１は、トランジスタ３０２のコレクタ電極における信号のａｃ要素の低インピーダンス接地を実行する。この信号のｄｃ要素は、適度に一定に保たれる。
【００２６】
局部発振ドライバ回路３９３の条件は、局部発振ドライバ回路の入力端に入力される電圧信号を変換して出力端に与えることと、この入力信号に応じた出力端で接地電位基準の同相出力インピーダンスを高くすることが必要である。これに対する理由は、下記に述べるミキサーコア３９１の動作の説明の中で明らかにする。
【００２７】
局部発振ドライバ回路３９３は、変成器として適用することができる。局部発振ドライバ回路３９３が、全ミキサー回路３００と同一のチップ上に搭載されなければならない場合においては、図２に示されるような局部発振ドライバ回路４９３を適用することができる。
【００２８】
ドライバ回路４９３は、ロングテイルトランジスタ組であるトランジスタ４０１、４０２を有し、トランジスタ４０１、４０２は、ベース電極がそれぞれ局部発振器信号入力端子３４０、３４１に接続しいる。抵抗４１０、４１１はそれぞれトランジスタ４０１、４０２のコレクタ電極を供給電圧端子４４０に接続している。抵抗４１２はトランジスタ４０１及び４０２のエミッタ電極の間に接続されている。局部発振ドライバ回路出力端子４３０、４３１は、トランジスタ４０２、４０１のコレクタ電極にそれぞれ接続され、これら出力端子４３０、４３１は、図１に示されるミキサーコア３９１のトランジスタ３０３〜３０６のベース電極への接続を形成する。
【００２９】
局部発振ドライバ回路４９３は、局部発振器信号入力端子３４０、３４１に入力される局部発振器信号によって制御される。トランジスタ４０１、４０２は、交互に動作し、また正の電圧を交互に出力端子４３０、４３１に与えるよう、局部発振器信号によって「ハード切り換え」がされる。この電圧は、トランジスタ３０４、３０５、及びトランジスタ３０３、３０６を交互にＯＮに切り換える。
【００３０】
トランジスタ３０４、３０５がＯＮになるとき、トランジスタ３０１のコレクタ電流は、トランジスタ３０４のエミッタ電極を通過しトランジスタ３０４のベース電極及びコレクタ電極へと送られる。出力端子３２１へと送られるトランジスタ３０４のコレクタ電流は、ベース電流に比例し、トランジスタの電流利得係数βに応じて増大する。トランジスタ３０５の入力インピーダンスが、局部発振ドライバ回路４９３の同相出力インピーダンスに比べて低いという条件の下、トランジスタ３０４のベース電極からの信号電流は、主としてトランジスタ３０５のベース電極へと送られ、またトランジスタ３０５のコレクタ電流は、トランジスタ３０４のコレクタ電流を補足する。接地への入力信号を基準とする同相出力インピーダンスが、トランジスタ３０５の入力インピーダンスよりも十分に高い場合、差動出力端子３２０、３２１において平衡出力が得られる。
【００３１】
ミキサーコアの出力の平衡は、さらにトランジスタ３０３、３０６及びトランジスタ３０４、３０５によるインピーダンスバイアスによって制御することができ、この制御は、端子３６０、３６１に印加される電位を変化させることで得ることができる。
【００３２】
トランジスタ３０３、３０６がＯＮに切り換えられるとき、トランジスタ３０１のコレクタ電流は、逆の差動出力端子３２０へと送られ、相補形出力は、もう一方の出力端子３２１へと送られる。
【００３３】
従って、シングルエンド入力信号から差動出力信号への変換は、ミキサーコア３９１自体で実行され、これによりミキサー回路の実施において使用されるトランジスタ数は削減され、使用される供給電圧は低減される。
【００３４】
トランジスタ３０５、３０６の相補形電流は、トランジスタ３０３、３０４のエミッタ領域をトランジスタ３０５、３０６のそれよりも大きく設定することで増加させることができる。例えば、関連する周波数に応じて３：２または、２：１の比率で設定することができる。このことにより、トランジスタ３０３、３０４のベース電流は高くなり、ミキサーコアにおけるトランジスタの寄生容量による損失が補われる。
【００３５】
局部発振ドライバ回路４９３の同相出力インピーダンスは、抵抗４１０、４１１によって決定される。これら抵抗の値は、ドライバ回路４９３の適切な動作に対応してできるだけ高い方が望ましい。通常、抵抗４１０、４１１は、抵抗４１２よりもかなり大きく、抵抗４１２の抵抗は、局部発振ドライバ回路４９３の差動出力インピーダンスを決定するものである。抵抗４１０、４１１を双方とも同様に適当なインダクタと交換してもほとんど同様の効果を得ることができる。
【００３６】
本実施の形態は、ｎｐｎ二極性トランジスタについてのみ説明がなされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、同様に、ｐｎｐ二極性トランジスタまたは、電界効果トランジスタでも実現が可能である。上述のコレクタ電極及びエミッタ電極は、電界効果トランジスタの第１及び第２の主電極としてのドレイン電極及びソース電極に対応する。
【００３７】
【発明の効果】
上記の説明のように、本発明に係るミキサー回路装置において、シングルエンド入力信号から差動出力信号への変換は、ミキサーコア３９１自体で実行され、これによりミキサー回路の実施において使用されるトランジスタ数は削減され、使用される供給電圧は低減される。また、非雑音素子である負帰還インダクタ３１０の適用により雑音値は軽減される。従って、雑音の少ない低電圧二重平衡型ミキサー回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるミキサー回路装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態である図１のミキサー回路に適当な局部発振ドライバ回路を示す図である。
【図３】従来のギルバートセルミキサー回路を示す図である。
【図４】従来のマイクロミキサー回路を示す図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００  ミキサー回路
１０１〜１０６、２０１〜２０７、
３０１〜３０６、４０１、４０２  トランジスタ
１１０、１１１、２１０〜２１２、
３１１、３１２、４１０〜４１３  抵抗
１１５  電源
１２０、１２１、２２０、２２１、
３２０、３２１、４３０、４３１  出力端子
１３０、１４０、１４１、２３０、２４０、２４１、
３３０、３４０、３４１  入力端子
１５０、２５０、３９１  ミキサーコア
１６０、２６０、３９０  増幅回路
３１０  インダクタ
３５０、３５１  キャパシタ
３６０、３６１  バイアス電位の端子
３９２  バイアス装置
３９３、４９３  局部発振ドライバ回路
４４０  供給電圧端子