(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互的な直交信号の組を生成する位相シフト構成であって、
入力信号を受信し、入力信号に対して第１の量で位相シフトされた第１の出力信号を生成する第１の位相シフト回路を有する位相シフト回路と、入力信号に対して第２の量により位相シフトされた第２の出力信号を生成する第２の位相シフト回路と、入力信号に対して第３の量で位相シフトされた第３の出力信号を生成する第３の位相シフト回路と、を有し、第１、第２および第３の位相シフト回路により発生された位相シフトがフィードバック信号に応答して調整可能な位相シフトユニットと、
第１、第２および第３の出力信号と、入力信号と同じ位相の第４の出力信号と、を生成し、相互直交から第１、第２、第３および第４の信号の偏差に依存するエラー信号を生成する位相シフト構成回路と、
フィードバック信号を受信したときに、第１、第２および第３の位相シフト回路に対して、互いにおよび入力信号にほぼ直交する第１、第２および第３の信号を生成させるように、エラー信号を受信してフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、を備え、
前記第１、第２および第３の位相シフト回路のそれぞれは、均等な位相シフトを行うことが可能な直列接続された一対の位相シフト部を有する
ことを特徴とする位相シフト構成。
【請求項２】
前記位相シフト部のそれぞれは、４５°の位相シフトを行うときに単位ゲインを有することを特徴とする請求項１に記載の位相シフト構成。
【請求項３】
第１、第２および第３の位相シフト回路は、同一のタイプであることを特徴とする請求項１に記載の位相シフト構成。
【請求項４】
第１の位相シフト回路は、第１の出力信号を生成するために、入力信号を受信して、その位相をシフトするように構成され、
第２の位相シフト回路は、第２の出力信号を生成するために、第１の出力信号を受信して、その位相をシフトするように構成され、
第３の位相シフト回路は、第３の出力信号を生成するために、第２の出力信号を受信して、その位相をシフトするように構成されることを特徴とする請求項３に記載の位相シフト構成。
【請求項５】
前記第１、第２および第３の位相シフト回路により行われる位相シフトは、同じであることを特徴とする請求項４に記載の位相シフト構成。
【請求項６】
位相シフトユニットおよび位相シフト構成回路は、フィードバックループを形成するために接続されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の位相シフト構成。
【請求項７】
フィードバックループは、第１、第２および第３の位相シフト回路により行われる位相シフトが９０度であるとき、安定状態にあることを特徴とする請求項６に記載の位相シフト構成。
【請求項８】
位相シフト構成回路は、エラー信号を生成するために、第１、第２、第３および第４の出力信号を受信する第１の複合ミキサを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の位相シフト構成。
【請求項９】
位相シフト構成回路は、第１、第２、第３および第４の出力信号を受信して混合する第２の複合ミキサと、エラー信号を生成するために第１および第２の複合ミキサの出力を結合する結合ユニットとを有することを特徴とする請求項８に記載の位相シフト構成。
【請求項１０】
複合ミキサは、同一の回路構成をもち、第１の複合ミキサが第１および第３の出力信号を受信する入力に関連する入力で、第２の複合ミキサは第２および第４の出力信号を受信することを特徴とする請求項9に記載の位相シフト構成。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載される位相シフト構成を有する無線送信機および／または受信機。
【請求項１２】
位相シフトユニットへの入力信号を生成する局部発振器を備えることを特徴とする請求項１１に記載の無線送信機および／または受信機。
【請求項１３】
入力信号と第１、第２および第３の信号とは、無線送信機および／または受信機により使用されるＩ，Ｑ，／Ｉ，／Ｑ信号を表すことを特徴とする請求項１１または１２に記載の無線送信機および／または受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、位相シフト用の回路とこの種の回路の調整に関する。
【０００２】
（背景技術）
位相シフト用の回路には多くの応用がある。共通した応用の一つは、無線送受信機である。特に、低ＩＦまたはゼロＩＦ受信機や送信機における多くの無線機構は、複雑なミキサを利用する。一般的な構成において、ミキサは、同一周波数（通常は局部発振器の周波数）であるが、直交すなわち位相が９０度ずれた２つの入力信号を混合する。信号が正確に直交であるか、擬似「イメージ」信号が生成されることが重要である。９０度位相シフト回路は、他からの直交信号の一つを生成するために使用されうる。図１は可能な回路の一例を示している。
【０００３】
図１の回路において、局部発振器で生成された信号は、ノード１で受信され、単位ゲイン増幅器２でバッファされる。その後、その信号はそれぞれ、２つの並列なアーム３，４を通って、ノード５，６まで伝達する。アーム３は抵抗７を有し、キャパシタ８により接地端子に接続される。アーム４はキャパシタ９を有し、抵抗１０により接地端子に接続される。アーム３，４におけるＲＣネットワークは、位相シフト回路として作用する。Ｒ，Ｃ部品７〜１０の値は、アーム３が増幅器２からの信号を-45度位相シフトさせ、アーム４が増幅器２からの信号を+45度位相シフトさせるように選択される。このようにして、ノード５，６での信号は、直交になる。ノード５，６のそれぞれからの信号は、単位ゲイン増幅器１１，１２とインバータ１３，１４にそれぞれ伝送され、送受信機のミキサで用いるためにＩ（同調）信号、Ｑ（直交）信号、／Ｉ（非同調）信号、／Ｑ（非直交）を生成する。
【０００４】
位相シフト回路の特性は、Ｒ，Ｃ部品７〜１０の値に感度よく依存する。このため、位相シフト回路がミキサからの出力中の受け入れがたいイメージ信号を避けるのに十分正確であるようにするのは難しい。キャパシタ８，９が同一の値でなければ、Ｉ，Ｑ信号は直交ではないかもしれない。部品７〜１０の絶対値の変動は、出力信号の増幅度に影響する。２つのミキサが用いられる場合には、増幅度の差異はゲインを異ならせ、イメージ拒否性能を低減する。
【０００５】
直交信号を生成する他のアプローチは、４つの回路による分周を利用することである。信号はまず、局部発振周波数の４倍で生成される。この信号は、４つの回路で分周され、直交出力は４つの回路による分周での異なるポイントから取り出される。しかしながら、特にＲＦ応用では、局部発振周波数の４倍の高さの周波数を生成することは不都合であることが多く、あるいは生成できないことが多い。
【０００６】
改良された位相シフト回路が必要とされる。
【０００７】
（発明の開示）
本発明によれば、相互に直交する信号の組を生成するための位相シフト構成が提供される。この位相シフト構成は、入力信号に対する第1量により位相シフトされた第１の出力信号を生成する第１の位相シフト回路と、入力信号に対する第２量により位相シフトされた第２の出力信号を生成する第２の位相シフト回路と、入力信号に対する第３量により位相シフトされた第３の出力信号を生成する第３の位相シフト回路であって、その位相シフトが、フィードバック信号に応答して調整可能な第１、第２および第３の位相シフト回路により引き起こされる第３の位相シフト回路と、フィードバック信号を生成し、入力信号と同じ位相の第１、第２、第３および第４の出力信号を受信し、これにより、相互直交性からの第１、第２、第３および第４の信号の偏差に依存するエラー信号を生成する位相シフト調整回路と、フィードバック信号を受信するときに、第１、第２および第３の位相シフト回路に、互いにおよび入力信号に対してほぼ直交性の第１、第２および第３の信号を生成させるよう、エラー信号を受信してフィードバック信号を生成するフィードバック回路とを備えている。
【０００８】
第１、第２および第３の位相シフト回路が好ましいが、必ずしも同じタイプである必要はない。第１の位相シフト回路は、好ましくは、入力信号を受信して、第１の出力信号を生成するために位相をシフトさせる。第２の位相シフト回路は、好ましくは第１の出力信号を受信し、第２の出力信号を生成するためにその位相をシフトさせる。第３の位相シフト回路は、好ましくは、第２の出力信号を受信し、第３の出力信号を生成するためにその位相をシフトさせる。第１、第２および第３の位相シフト回路により行われる位相シフトは、好ましくは同じである。
【０００９】
位相シフト構成は、好ましくはフィードバックループを形成する。このように、位相シフトユニットと位相シフト調整回路は、好ましくはフィードバックループとして接続される。ほとんどの場合、このループは、第１、第２および第３の位相シフト回路により行われる位相シフトが９０度のとき安定状態になる。好ましくは、第１、第２および第３の位相シフト回路のそれぞれは、均等な位相シフトを行うことができる直列接続された位相シフト構成を有する。好ましくは、位相シフト構成はそれぞれ、ループが安定状態になるとき、４５度の位相シフトを行う。
【００１０】
位相シフト調整回路は、第１、第２および第３の出力信号と、入力信号と同位相の信号と、を受信して混合し、エラー信号を生成する第１の複合ミキサを有する。位相シフト調整回路は、第１、第２および第３の出力信号と入力信号と同じ位相の信号を受信して合成する第２の複合ミキサと、エラー信号を生成するために第１および第２の複合ミキサの出力を結合する結合ユニットとを有する。２つの結合ミキサは、好ましくは、同じ回路構成を有するが、異なる入力端子で第１、第２、第３および第４の信号を受信する。第１の複合ミキサが第１および第３の出力信号を受信する場所に類似した入力で、第２の複合ミキサは好ましくは第２および第４の出力信号を受信する。
【００１１】
位相シフト構成は、無線送信機および／または受信機の一部であってもよく、入力信号を生成する局部発振器も有する。入力信号と第１、第２および第３の信号は、好ましくは、無線で受信または送信されるべき信号の変調または復調において、無線送信機および／または受信機により使用されるＩ，Ｑ，／Ｉ，／Ｑ信号を表す。
【００１２】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の一実施形態が図面を参照して以下に説明される。
【００１３】
図２は無線送受信機の一部として実施される本発明の一実施形態による位相シフト回路の全体構成を示す図である。
【００１４】
図２の回路は、直列に接続された６つの４５度位相シフト部２０〜２５の列を備えている。これら位相シフト部は同一か、あるいは少なくとも同一の応答性能を有する。各位相シフト部は信号を受信し、入力信号と同一周波数で位相が＋４５度シフトした信号を出力する。これら位相シフト部の列の第１の位相シフト部２０は無線送受信機の局部発振器２６からの信号を受信する。この信号は符号２７でＩ信号が取り出される。局部発振信号は位相シフト部２０で４５度位相がシフトし、かつ位相シフト部２１でさらに４５度位相がシフトし、局部発振信号から位相が９０度シフトした信号を符号２８で生成する。符号２８における信号は符号２９でＱ信号として取り出される。符号２８の信号は位相シフト部２２，２３の継続的な動作によりさらに位相が９０度シフトし、局部発振信号からの位相が１８０°シフトした信号を符号３０で生成し、符号３１で／Ｉ信号が取り出される。符号３０の信号は、位相シフト部２４，２５の継続的な動作によりさらに位相が９０度シフトされ、局部発振信号からの位相が２７０度シフトした信号を符号３２で生成し、／Ｑ信号を生成して符号３３で取り出す。
【００１５】
Ｉ，Ｑ，／Ｉ，／Ｑ信号は、通常の手法で使用するために送受信機のミキサに伝送される。
【００１６】
位相シフト部２０〜２５はそれぞれ、同一の４５度位相シフト回路を有する。これら回路はローパス性能を有し、４５度の位相シフトで正確に単位ゲインを有する。これら回路は、時定数が電子的に調整可能であるように配置される。各位相シフト回路の位相シフト構成部品は、トランジスタのみで構成可能である。
【００１７】
４５度位相シフト部２０〜２５はそれぞれ、符号３４からの同一の同調信号を受信するために接続される。
【００１８】
このようにして、位相シフト部２０〜２５の遅延特性とＩ，Ｑ，／Ｉ，／Ｑ信号の相対的な位相は、これら信号が直交するよう電気的に同調される。図３の回路は、同調信号を生成するために使用されうる回路の一例である。
【００１９】
図３の回路は符号４０，４１で総じて図示される２つの複合ミキサを有し、その出力は出力４２を生成するために追加される。
【００２０】
ミキサ４０は、図２の回路により生成されたＩ，／Ｉ信号を受信するために接続され、その他の入力（通常はＲＦ入力）４５，４６は（必要に応じて減衰させるのが望ましい）図２の回路により生成されたＱ，／Ｑ信号を受信するために接続される。入力４３は、トランジスタ４７，４８のゲートに接続される。入力４４はトランジスタ４９，５０のゲートに接続される。トランジスタ４８，４９のドレインはノード５１に接続される。トランジスタ４７，５０のドレインはノード５２に接続される。トランジスタ４７，４９のソースはトランジスタ５３のドレインに接続され、そのゲートは入力４５に接続され、そのソースは接地ノード５４に接続される。トランジスタ４８，５０のソースはトランジスタ５５のドレインに接続され、そのゲートは入力４６に接続され、そのソースは接地ノード５４に接続される。二重にバランスされたミキサを生成するトランジスタの構成は「ギルバート・セル」として一般に知られている。
【００２１】
ミキサ４１は、図２の回路で生成されたＱ，／Ｑを受信するために接続される局部発振入力６３，６４と、図２の回路で生成されたＩ，／Ｉ信号を受信するために接続された他の入力６５，６６を有する。入力６３は、トランジスタ６７，６８のゲートに接続される。入力６４は、トランジスタ６９，７０のゲートに接続される。トランジスタ６８，６９のドレインは、ノード５１に接続される。トランジスタ６９，７０のドレインはノード５２に接続される。トランジスタ６７，６９のソースはトランジスタ７３のドレインに接続され、そのゲートは入力６５に接続され、そのソースは接地ノード７４に接続される。トランジスタ６８，７０のソースはトランジスタ７５のドレインに接続され、そのゲートは入力６６に接続され、そのソースは接地ノード７４に接続される。
【００２２】
ノード５１は、ｐチャネルトランジスタ５６のドレインに接続され、そのソースは供給線５７に接続され、そのゲートはそのドレインに接続される。トランジスタ５６のゲートはまた、ｐチャネルトランジスタ５８のゲートに接続され、そのソースは供給線５７に接続され、そのドレインはノード５２と出力４２に接続される。トランジスタ５６，５８の構成は一般にはカレントミラーとして知られている。
【００２３】
符号４２での回路の出力ＯＵＴは、以下の式で表される。
ＯＵＴ＝Ｉ＊Ｑ＋Ｑ＊Ｉ
ここで、Ｉは、Ｉ＝cos(ωｔ)で表される。
【００２４】
ＩとＱの間の位相オフセット（理想的には９０度）は、（９０°＋φ）なので、Ｑは以下の式で表される。
Ｑ＝sin（ωｔ＋φ）
【００２５】
出力ＯＵＴは、以下の式で表される。
ＯＵＴ＝sin（２ωｔ＋φ）＋sin（φ）
【００２６】
出力ＯＵＴはローパスフィルタリングされて、以下の式の出力ＯＵＴ2を生成する。
ＯＵＴ2＝+sin（φ）
この信号ＯＵＴ2は、Ｉ，Ｑの間の位相エラーφにのみ依存する。
【００２７】
図２において、位相シフト部８０は、符号４２で出力ＯＵＴを生成する図３の回路を表す。その出力は、ローパスフィルタ８１によりローパスフィルタリングされて、符号８２で信号ＯＵＴ2を生成する。この信号は、符号３４で同調信号を生成するためにサーボ増幅器８３で積分される。処理８１，８３を結合させることにより、統合的な動作は十分なローパスフィルタリングを提供する。同調信号は、フィードバック信号として、位相シフト部２０〜２５に供給される。フィードバックループの全体的な効果は、sin（φ）を最小化させ、この結果、位相エラーφはゼロで安定化する。Ｉ，Ｑ，／Ｉ，／Ｑの位相オフセットは、正しく維持される。位相シフト部２０〜２５の応答は同一なので、単一の制御信号はＩ，Ｑ，／Ｉ，／Ｑ信号の正しい位相関係を保証するためにこれら位相シフト部すべてに送信されうる。位相シフト部２０〜２５が異なる応答をもつとき、制御信号は各ブロックへの入力として変更されうる。
【００２８】
理想的な状況においては、ミキサ４０，４１の一方は省いてもよい。しかしながら、２つのミキサを用いると、ＲＦとミキサのＬＯ入力との間の遅延差が相殺される。
【００２９】
上述した位相シフト回路は、無線送受信機以外の用途に用いられうる。
【００３０】
本発明の請求項の範囲に限定されることなく、本発明は、暗示的に、明示的に、あるいは一般化した特徴または特徴の組合せを含むという事実に出願人は注意を惹く。上述した記載において、本発明の範囲内で種々の変更が可能であることは当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の位相シフト回路図。
【図２】  本発明による位相シフト回路の概略図。
【図３】  図２の回路に用いられる同調構成を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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