【手続補正書】
【提出日】平成15年8月13日(2003.8.13)
【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】影像排除ミキサー回路装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】第１の位相スプリッタと、第２の位相スプリッタと、第１のミキサーコアと、第２のミキサーコアとを有する影像排除ミキサー回路装置において、
前記第１の位相スプリッタ及び前記第２の位相スプリッタは、それぞれが２つずつの実質的相補形出力を有し、
前記第１のミキサーコアは、２つの前記位相スプリッタ相補形出力と、発振信号とを混合し、
前記第２のミキサーコアは、その他残りの２つの前記位相スプリッタ相補形出力と、前記発振信号を位相シフトした発振信号とを混合することを特徴とする影像排除ミキサー回路装置。
【請求項２】前記第１の位相スプリッタ及び前記第２の位相スプリッタの相補形出力は、前記第１のミキサーコア及び前記第２のミキサーコアと交叉結合する請求項１記載の影像排除ミキサー回路装置。
【請求項３】前記第１の位相スプリッタは、それぞれの制御電極が互いに接続し、また第１の電源に接続している第１のトランジスタ及び第２のトランジスタとを有し、
前記第２の位相スプリッタは、それぞれの制御電極が互いに接続し、また第２の電源に接続している第３のトランジスタ及び第４のトランジスタとを有する請求項１または２に記載の影像排除ミキサー回路装置。
【請求項４】前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタの各第１の主電極は、前記第１の位相スプリッタの実質的相補形出力を形成し、
前記第３のトランジスタ及び前記第４のトランジスタの各第１の主電極は、前記第２の位相スプリッタの実質的相補形出力を形成する請求項３記載の影像排除ミキサー回路装置。
【請求項５】入力増幅回路は、入力トランジスタを有し、前記入力トランジスタは、制御電極が入力信号を受信するように設置され、第１の主電極が前記第１の位相スプリッタ及び前記第２の位相スプリッタの双方と接続される請求項１から４の何れかに記載の影像排除ミキサー回路装置。
【請求項６】第５のトランジスタは、制御電極が抵抗を介して第１のバイアス電位と接続され、直流阻止キャパシタを介して入力信号を受信する請求項５記載の影像排除ミキサー回路装置。
【請求項７】インダクタは、前記第５のトランジスタの第２の主電極と接地電位との間に接続される請求項５または６に記載の影像排除ミキサー回路装置。
【請求項８】前記インンダクタは、その一部分がボンディングワイヤー、接続ピン、及びＩＣ実装の少なくとも何れか１要素によって構成される請求項７記載の影像排除ミキサー回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、影像排除ミキサー回路装置に関し、特に１つのシングルエンド入力と２つの差分出力を有する影像排除ミキサー回路装置に関する。影像周波数排除ミキサー回路は、最新の無線システムにおいて大変人気のある構成であり、特に周波数の敏活さが要求されるときなどに際して、スーパーヘテロダイン受信機に優先して使われることが多い。影像排除ミキサー回路のパラメータは、影像排除ミキサー回路が組み込まれるシステムの主要な特性を決定するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の影像排除ミキサー回路は、ギルバートセル構成もしくはマイクロミキサー回路構成を基調としている。ギルバートセル構成の場合、影像排除ミキサー回路は、単に２つのギルバートセルを並列に接続することによって実現することができる。入力信号は２つに分割及び分岐され、一方がシフトされていない局部発振器信号と混合され、他方は９０°シフトされた局部発振器信号と混合される。
【０００３】
図２は、従来のマイクロミキサー構成に基づいた影像排除ミキサー回路部を示す図である。
【０００４】
従来の影像排除ミキサー回路の適用において、入力端子１２０には入力信号が入力され、入力端子１３０、１３１には局部発振器信号が入力され、入力端子１３２、１３３には９０°位相シフトされた局部発振器信号が入力される。端子１２５には、トランジスタ１０３、１０４にバイアスをかけるための基準電位が印加される。抵抗１５０、１５１、トランジスタ１０５、及びバイアスをかけられたトランジスタ１０３により、入力端子１２０への入力信号は、トランジスタ１０３、１０１のコレクタ電極において、相補形出力電流を生じさせる。トランジスタ１０６〜１０９により構成されるミキサーコア１６０は、トランジスタ１０１、１０３のコレクタ電極からの電流信号と入力端子１３０、１３１に入力される局部発振器信号とを混合し、出力端子１４０、１４１から電流信号を出力する。トランジスタ１０２、１０４は、コレクタ電極において、対応するトランジスタ１０１、１０３で生成される電流信号とほぼ同様の電流信号を生成する。これは、対応するトランジスタ１０１、１０３が、トランジスタ１０２、１０４と同じ入力信号で駆動するからである。ミキサーコア１７０は、トランジスタ１０２、１０４のコレクタ電極からの電流信号と入力端子１３２、１３３に入力される９０°位相シフトされた局部発振器信号とを混合し、出力端子１４２、１４３から電流信号を出力する。非位相の発振器信号が入力端子１３０、１３１に入力され、９０°位相シフトされた発振器信号が入力端子１３２、１３３に入力されるため、出力端子１４０、１４１では、同位相差分出力が得られ、出力端子１４２、１４３では、直角位相差分出力が得られる。
【０００５】
図２によって理解されるように、図２に示されるミキサー回路は、不完全なものである。完全なミキサー回路の実施においては、ミキサー回路は、さらにミキサーコア１７０からの出力を９０°位相シフトする手段と、この９０°位相シフトされた出力信号とミキサーコア１６０からの出力とを混合させる手段とを有する。その結果、ミキサーコア１７０からの出力信号に課せられる９０°位相シフト次第で、完全なミキサー回路の出力として、影像帯域信号もしくは信号帯域信号が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示される影像排除ミキサー回路は、広域のダイナミックレンジと非常に線形的な動作とを有しているが、抵抗が多数あるため、ミキサー回路の雑音特性は劣悪である。
【０００７】
ギルバートセルにより構成される影像排除ミキサー回路は、主要電流路における抵抗の影響のため、劣悪な雑音特性を有し、電源においては、高周波及び大規模な電圧の振れが生じ、トランジスタの配置も悪い。また、ギルバートセル回路では、影像排除ミキサー回路を特定の入力インピーダンスを有するように構成するのは困難である。これは、インピーダンスがプリアンプ段階と適合しなければならない状況において障害となり得る。
【０００８】
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を有する影像排除ミキサー回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力増幅回路と、第１の位相スプリッタと、第２の位相スプリッタと、第１のミキサーコアと、第２のミキサーコアとを有する影像排除ミキサー回路装置において、前記入力増幅回路は、前記第１の位相スプリッタと前記第２の位相スプリッタと接続され、前記第１の位相スプリッタ及び前記第２の位相スプリッタは、それぞれが２つの実質的相補形出力を有し、前記第１のミキサーコアは、２つの前記位相スプリッタ相補形出力と局部発振器信号とを混合し、前記第２のミキサーコアは、その他２つの前記位相スプリッタ相補形出力と位相シフトされた局部発振器信号とを混合することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る影像排除ミキサー回路の実施の一形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の一形態である影像排除ミキサー回路部を示す図である。図１において、影像排除ミキサー回路部２００は、入力段２９０と、位相スプリッタ２９２及び２９３と、ミキサーコア２９４及び２９５とを有している。ミキサーコア２９４、２９５は、従来のミキサー回路において使用されるものとほぼ同様のものである。従来のミキサー回路に比べ、図１に示される影像排除ミキサー回路部２００はより優良な雑音特性を有しており、これは、より改善された増幅段２９０及び位相スプリッタ２９２、２９３の効果によるものである。
【００１２】
端子２２０は、ミキサー回路の入力端子を形成し、端子２４０、２４１は、同位相出力端子を形成し、端子２４２、２４３は、直角位相出力端子を形成する。影像排除ミキサー回路部２００の適用に際して、入力端子２３０、２３１には局部発振器信号が入力され、入力端子２３２、２３３には、９０°位相シフトされた発振器信号が入力される。端子２６０、２６１には、電位が印加され、抵抗２５３、２５２のそれぞれに対してバイアス電位が形成される。一方、端子２６２に印加される電位は、抵抗２５１、２５４に対して２つのバイアス電流を形成する。位相スプリッタ２９２、２９３に対して少量でもほぼ一定の電流が送られるよう、抵抗２５１、２５４の抵抗の値は高いことが望ましい。
【００１３】
入力段２９０は、変換コンダクタンス増幅回路である。入力段２９０は、入力端子２２０に入力される電圧信号を受信し、位相スプリッタ２９２及び２９３の双方に対して出力電流を供給する。入力段２９０のトランジスタ２０１は、位相スプリッタ２９２、２９３におけるトランジスタ２０２、２０５のそれぞれにカスコード構成で接続される。トランジスタ２０２はトランジスタ２０３とベース結合され、同様に、トランジスタ２０５はトランジスタ２０６とベース結合される。負帰還インダクタ２８０は、トランジスタ２０１のエミッタ電極を接地電位に接続する。トランジスタ２０１の共通電流利得βの複雑な特性により、インダクタ２８０は、トランジスタ２０１のベースエミッタ回路において直列負帰還を実行する。
【００１４】
トランジスタ２０２、２０３は、相補形コレクタ電流を有しており、トランジスタ２０１におけるコレクタ電流の変化は、抵抗２５１に送られ、トランジスタ２０２、２０３のベース電極間及びコレクタ電極間に供給される電流において変化を生じさせる。トランジスタ２０２、２０３は、電圧駆動ではなく増幅段２９０からの出力電流によって駆動するため、ごく僅かなレベルではあるが雑音を発生する。トランジスタ２０５、２０６はトランジスタ２０２、２０３と同様に構成される。
【００１５】
トランジスタ２０２、２０５は、トランジスタ２０１、抵抗２５２及び端子２６１に印加される電位により電流駆動している。トランジスタ２０３、２０６も同様にトランジスタ２０４、抵抗２５３及び端子２６０に印加される電位によって駆動している。従って、各位相スプリッタ２９２、２９３からの出力信号の均衡は、抵抗２５２及び２５３の抵抗の値を変えるか、もしくは端子２６０及び２６１に印加される電位を変えることによって制御することができる。キャパシタ２７１、２７５、２７６は、ａｃ接地キャパシタであり、同時に直流阻止キャパシタである。
【００１６】
カスコード回路はそれ自体が優良な雑音特性を持っていることで知られている。図１によると、このような優良な雑音特性が発生するのは、トランジスタ２０２、２０５がトランジスタ２０１のコレクタが振れるのを防ぎ、ほぼ完全にミラー効果を回避するからだということが明らかである。
【００１７】
インダクタ２８０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２８０の値及び所望の周波数におけるトランジスタ２０１のベースエミッタ抵抗に左右される。またインダクタ２８０の値は増幅段２９０の利得及び線形性に影響を及ぼす。抵抗をインダクタ２８０の代わりに使用することもできるが、インダクタ２８０を使用する方が増幅段２９０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。
【００１８】
インダクタ２８０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。
【００１９】
低雑音適用において使用されるトランジスタは通常、広域のエミッタ領域を以て作られる。このようなトランジスタは、エミッタ領域の小さいトランジスタに比べて、ベースエミッタ抵抗は低く、従って雑音の発生も少ない。
【００２０】
トランジスタ２０１〜２０３及びトランジスタ２０５、２０６は、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く、また、トランジスタ２０１のエミッタ領域がトランジスタ２０１〜２０３及びトランジスタ２０５、２０６のそれよりも大きいことがより望ましい。トランジスタ２０１のサイズは、特に増幅段２９０の特性を決定する要素として重要である。エミッタ領域の大きいトランジスタは、トランジスタの入力インピーダンスが低くなるため優良な雑音特性を得ることができる。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。
【００２１】
トランジスタ２０１に送られる電流のレベルはトランジスタ２０１のインピーダンスに影響を及ぼし、従って、増幅段２９０の特性にも影響を及ぼす。トランジスタ２０１を低電流で作動させることによって優良な雑音特性を得ることは可能だが、同時に、高い作動電流を適用した場合に比べて、利得β及び全体の利得が低くなってしまう。
【００２２】
従って、特定の影像排除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。
【００２３】
高周波数では、トランジスタ２０２、２０３、２０５、２０６の動作は寄生容量によって変化してしまう。この寄生容量は、これらトランジスタのベースエミッタ及びベースコレクタ両接合部にかけて存在する。トランジスタ２０２、２０５のエミッタ電極及びベース電極間ではリークが起こり、各位相スプリッタ２９２、２９３の出力に不均衡が生じる。
【００２４】
このような不備は、トランジスタ２０２、２０５のエミッタ領域をトランジスタ２０３、２０６のエミッタ領域よりも大きくすることによって解消することができる。広域のエミッタ領域を有するトランジスタ２０２、２０５は、低い電流密度を有することになり、よって、利得βも低くなる。これにより、トランジスタ２０２、２０５のベースにはさらに追加の電流が送られ、寄生容量における電流損が補われることになる。
【００２５】
出力信号の均衡が要求されるトランジスタ２０２、２０３、２０５、２０６のエミッタ領域は、利得βが周波数及びこれらトランジスタを駆動する電流に影響されるため、ミキサー回路部２００が動作する周波数にも左右される。ミキサー回路２９４は、入力端子２３０、２３１において、差分電圧信号として、ほぼ正弦波である局部発振器の発振信号を受信する。入力端子２３０の電圧が正の場合、入力端子２３１の電圧は負になり、結果としてトランジスタ２０７、２１０は、ＯＮの状態になり、トランジスタ２０８、２０９はＯＦＦの状態になる。従って、トランジスタ２０２のコレクタ電流は、出力端子２４０へと送られ、トランジスタ２０６のコレクタ電流は出力端子２４１へと送られる。また、入力端子２３１の電圧が入力端子２３０よりも高い場合、明らかにトランジスタ２０２、２０６のコレクタ電流はそれぞれ逆の出力端子２４１、２４０に送られる。
【００２６】
ミキサーコア２９５もミキサーコア２９４とほんとんど同様の動作をする。トランジスタ２０３、２０５のコレクタ電流は、交互に出力端子２４２、２４３に送られ、ミキサー回路の適用において、入力端子２３２、２３３で受信される９０°位相シフトされた局部発振器信号の制御により、トランジスタ２１１〜２１４は適宜切り換えられる。
【００２７】
キャパシタ２７３、２７８は、入力端子２３０、２３１に入力される局部発振器信号の第２高調波のフィルターとして機能する。この第２高調波は、通常、ミキサーコア２９４への入力において生じる。高調波が生じるのは、ミキサーコア２９４におけるトランジスタ２０７〜２１０のＯＮ切り換え及びＯＦＦ切り換えの遅延に相違があるためである。通常、高調波は、トランジスタ２０２、２０６のコレクタ電極から入力される電流信号と同様に、ミキサーコア２９４によって混合され、出力端子２４０、２４１の局部発振器周波数において寄生信号を生成する。キャパシタ２７３、２７８と同様、キャパシタ２７４、２７７もまたミキサーコア２９５におけるトランジスタ２１１〜２１４において生じる高調波信号のフィルターとして機能する。キャパシタ２７３、２７４及びキャパシタ２７７、２７８の値は、ミキサーコア２９４及び２９５の入力信号へのフィルター効果を優先するか変換効果を優先するかで決定されなければならない。
【００２８】
また、第２高調波の大部分は、トランジスタ２０２、２０３及びトランジスタ２０５、２０６のベース電極においてキャンセルされる。これは、ミキサーコア２９５への入力において生じる第２高調波がミキサーコア２９４の入力において生じる第２高調波より１８０°位相が外れており、そのため位相スプリッタ２９２、２９３及びミキサーコア２９４、２９５が交叉結合することによる効果である。
【００２９】
しかし、交叉結合が本発明の必須条件でないことは、当業者にとって明白なことである。程度は上記の交叉結合の場合には及ばないが、トランジスタ２０３のコレクタ電極がミキサーコア２９４と接続し、トランジスタ２０６のコレクタ電極がミキサーコア２９５と接続していた場合でも、局部発振器信号の第２高調波は、キャパシタ２７３、２７４、２７７、２７８によってキャンセルされることになる。
【００３０】
ミキサー回路の線形特性を改善し、入力インピーダンスを同調させるため、抵抗２５０及びキャパシタ２７２が影像排除ミキサー回路構成に組み込まれることが望ましい。
【００３１】
抵抗２５０は、トランジスタ２０１及び２０２との間に接続され、トランジスタ２０１、２０２のコレクタ電極において、これらコレクタ電極に送られる電流から電位を生成する。回路内に雑音を発生させないよう、抵抗２５０の抵抗の値は低く、例えば２０〜３０Ωである。インダクタ２８０は、トランジスタ２０１のエミッタ電極の電圧がベース電極の電圧より９０°リードするようにする。従って、トランジスタ２０１をまたいでトランジスタ２０１のベース電極とコレクタ電極にキャパシタ２７２を接続することによって、負帰還が可能となる。このような負帰還は、トランジスタ２０１によって生成される雑音を軽減し、よってミキサー回路部２００全体の雑音値を改善する。ミキサー回路部２００はまた、より改善された線形特性を有することとなる。
【００３２】
また、キャパシタ２７２及び抵抗２５０は、トランジスタ２０１の入力インピーダンスに影響を及ぼし、よって、ミキサー回路部２００にも影響を及ぼす。これにより、ミキサー回路構成において、インピーダンスが同調される。またさらに、入力インピーダンスを完全に実インピーダンスにすることもできる。
【００３３】
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、ｐｎｐ二極性トランジスタもしくは電界効果トランジスタの第１及び第２の主電極としてのエミッタ電極及びコレクタ電極と、またはソース電極及びドレイン電極と、またはドレイン電極及びソース電極と交換が可能である。
【００３４】
【発明の効果】
上記の説明のように、本発明に係る影像排除ミキサー回路において、位相スプリッタ２９２、２９３が、電源として機能する入力増幅段２９０によって駆動する構成をとることにより、非常に優良な雑音特性を得ることができる。また、非雑音素子である負帰還インダクタ２８０の適用により雑音値はさらに軽減される。従って、雑音の少ない影像排除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】本発明の実施の一形態である影像排除ミキサー回路部を示す図である。
【図２】従来の影像排除ミキサー回路のミキサー回路部を示す図である。
【符号の説明】
１０１〜１１３、２０１〜２１４    トランジスタ
１２０、１３０〜１３３、２２０、２３０〜２３３    入力端子
１２５    基準電位端子
１４０〜１４３、２４０〜２４３    出力端子
１５０〜１５４、２５０〜２５４    抵抗
１６０、１７０、２９４、２９５    ミキサーコア
２６０、２６１    電位端子
２７１〜２７８    キャパシタ
２８０    インダクタ
２９０    入力段
２９２、２９３  位相スプリッタ