(57)【要約】【課題】キャリアリークを低減したミキサ回路を提供する。【解決手段】実施形態のミキサ回路２１は、電圧−電流変換回路８と、スイッチング回路９、１０と、第１及び第２の配線２２，２３と、キャパシタ２４とを有する。スイッチング回路９、１０は、電圧−電流変換回路８からの正相電流信号及び逆相電流信号をそれぞれ受ける第１共通端子N1及び第２共通端子N2と、正相ローカル信号及び逆相ローカル信号をそれぞれ受ける第１ローカル端子LOin1及び第２ローカル端子LOin2を有し、正相電流信号及び逆相電流信号を、正相ローカル信号及び逆相ローカル信号に応じてスイッチングして正相出力電流信号及び逆相出力電流信号を生成する。第１及び第２の配線２２，２３は、第１共通端子N1及び第２共通端子N2と前記電圧−電流変換回路８との間をそれぞれ接続する。キャパシタ２４は、第１共通端子N1と第２共通端子N2との間に接続されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入力端子及び第２入力端子にそれぞれ入力される正相入力電圧信号及び逆相入力電圧信号を正相電流信号及び逆相電流信号に変換する電圧−電流変換回路と、
前記正相電流信号及び前記逆相電流信号をそれぞれ受ける第１共通端子及び第２共通端子と、正相ローカル信号及び逆相ローカル信号をそれぞれ受ける第１ローカル端子及び第２ローカル端子を有し、前記正相電流信号及び前記逆相電流信号を、前記正相ローカル信号及び前記逆相ローカル信号に応じてスイッチングして正相出力電流信号及び逆相出力電流信号を生成するスイッチング回路と、
前記第１共通端子及び前記第２共通端子と前記電圧−電流変換回路との間をそれぞれ接続する第１及び第２の配線と、
前記第１共通端子と前記第２共通端子との間に接続されたキャパシタと、
を有するミキサ回路。
【請求項２】
前記キャパシタは、前記正相ローカル信号及び前記逆相ローカル信号の周波数帯域の信号に対して、前記正相入力電圧信号及び前記逆相入力電圧信号の周波数帯域の信号よりも、インピーダンスが低い請求項１に記載のミキサ回路。
【請求項３】
前記キャパシタの前記正相電流信号及び前記逆相電流信号に対するインピーダンスは、前記正相電流信号及び前記逆相電流信号に対する前記スイッチング回路の入力インピーダンスより高い請求項２に記載のミキサ回路。
【請求項４】
前記キャパシタの前記正相ローカル信号及び前記逆相ローカル信号に対するインピーダンスは、前記電圧−電流変換回路の前記正相ローカル信号及び前記逆相ローカル信号に対するインピーダンスより低い請求項３に記載のミキサ回路。
【請求項５】
前記スイッチング回路は、複数設けられ、
前記キャパシタは、各スイッチング回路の前記第１共通端子と前記第２共通端子との間に接続されている請求項１から４のいずれか１つに記載のミキサ回路。
【請求項６】
前記電圧−電流変換回路と、前記スイッチング回路と、前記第１及び前記第２の配線と、前記キャパシタは、半導体装置上に形成されている請求項１から５のいずれか１つに記載のミキサ回路。
【請求項７】
前記第１及び前記第２の配線間には、インピーダンスずれがある請求項１から６のいずれか１つに記載のミキサ回路。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載のミキサ回路を用いた周波数変換器又は直交変調器の少なくとも１つを含む無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ミキサ回路及び無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、周波数変換及び直交変調などに用いられるミキサ回路が知られている。ミキサ回路には、差動入力信号に対して動作可能なダブルバランス型ミキサ回路がある。
【０００３】
しかしながら、構成次第では、ローカル信号のリーク、いわゆるキャリアリークの発生につながり、結果として通信品質の低下を招くこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７１７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、実施形態は、キャリアリークを低減した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】
【０００６】
実施形態のミキサ回路は、第１入力端子及び第２入力端子にそれぞれ入力される正相入力電圧信号及び逆相入力電圧信号を正相電流信号及び逆相電流信号に変換する電圧−電流変換回路と、前記正相電流信号及び前記逆相電流信号をそれぞれ受ける第１共通端子及び第２共通端子と、正相ローカル信号及び逆相ローカル信号をそれぞれ受ける第１ローカル端子及び第２ローカル端子を有し、前記正相電流信号及び前記逆相電流信号を、前記正相ローカル信号及び前記逆相ローカル信号に応じてスイッチングして正相出力電流信号及び逆相出力電流信号を生成するスイッチング回路と、前記第１共通端子及び前記第２共通端子と前記電圧−電流変換回路との間をそれぞれ接続する第１及び第２の配線と、前記第１共通端子と前記第２共通端子との間に接続されたキャパシタと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係わる無線通信装置１の送信部の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係わるミキサ部５の回路図である。
【図３】実施形態に係わるダブルバランス型ミキサ回路２１の回路図である。
【図４】実施形態に係わる、共通端子N1とN2における電位差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
【０００９】
図１は、無線通信装置１の送信部の構成を示すブロック図である。無線通信装置１は、例えばスマートフォン、タブレット端末であり、信号送信部２を有している。信号送信部２は、複数の、ここでは２つの周波数帯域でデータ送信が可能である。
【００１０】
送信データのデジタル信号は、デジタル・アナログ変換回路（以下、D/A変換器という）３に入力され、アナログ信号に変換される。D/A変換器３から出力されたアナログ信号は、ローパスフィルタあるいはアンチエイリアスフィルタであるフィルタ４を通って、信号送信部２に供給される。
【００１１】
信号送信部２は、周波数変換器であるミキサ部５と、２つの増幅器６と２つのアンテナ７を有している。ミキサ部５は、電圧−電流変換回路８と、２つのスイッチング回路９，１０を有するダブルバランス型ミキサ回路である。すなわち、ここでは、複数の（ここでは２つ）のバンド送信を行うために、１つの電圧−電流変換回路８に複数の（ここでは２つ）のスイッチング回路９，１０が接続されている。
【００１２】
スイッチング回路９には、所定の第１の周波数fLO1のローカル信号が入力され、スイッチング回路１０には、所定の第２の周波数fLO2のローカル信号が入力される。２つの周波数fLO1及びfLO2のローカル信号は、図示しない局部発振器により生成される。  
【００１３】
無線通信装置１は、データを送信するとき、選択された使用する周波数に対応するスイッチング回路９又は１０を動作させて、対応するアンテナ７からデータ信号を無線で送信する。
【００１４】
スイッチング回路９に接続されたアンテナ７からは、例えば２．４GHzの高い周波数の無線信号が出力され、スイッチング回路１０に接続されたアンテナ７からは、例えば５GHzの高い周波数の無線信号が出力される。
【００１５】
図２は、ミキサ部５の回路図である。  
ミキサ部５の電圧−電流変換回路８には、低い周波数の差動入力電圧信号が入力端子Vin1及びVin2に入力される。フィルタ４からの送信信号は、差動入力電圧信号として、入力端子Vin1及びVin2から電圧−電流変換回路８に入力される。
【００１６】
電圧−電流変換回路８とスイッチング回路９は、配線すなわち半導体基板上の配線パターン１１により電気的に接続されている。電圧−電流変換回路８とスイッチング回路１０は、配線すなわち半導体基板上の配線パターン１２により電気的に接続されている。
すなわち、電圧−電流変換回路８と、スイッチング回路９及び１０と、配線パターン１１及び１２と、後述するキャパシタは、半導体装置上に形成されている。
【００１７】
各配線パターン１１、１２は、正相電流信号用配線と逆相電流信号用配線の２本のパターンからなる。  
例えば、ミキサ部５が搭載される半導体チップ上で、配線パターン１１あるいは１２の２本の配線パターンの長さが長くなる場合がある。あるいは、ミキサ部５が搭載される半導体チップ上で、配線パターン１１及び１２の長さが長くなる場合がある。  
このような配線の長さが長くなることは、正相電流信号と逆相電流信号の非対称性の原因となり、通信品質の低下を招く。
【００１８】
そこで、実施形態に関わるダブルバランス型ミキサ回路では、各共通端子間をキャパシタを介して接続し、正相電流信号と逆相電流信号の非対称性の低減を図っている。  
次に、本実施形態に係わるダブルバランス型ミキサ回路について詳述する。
【００１９】
図３は、本実施形態に係わるダブルバランス型ミキサ回路２１の回路図である。  
図３のダブルバランス型ミキサ回路（以下、単にミキサ回路ともいう）２１は、上述したスイッチング回路９又は１０の一方のみを示し、電圧−電流変換回路８とスイッチング回路９（又は１０）とを有している。所定の周波数の差動入力電圧信号が電圧−電流変換回路８に入力され、差動入力電圧信号の周波数より高い周波数fLO1（又はfLO2。以下、周波数fLO1又はfLO2を周波数fLOという）の差動ローカル信号はスイッチング回路９（又は１０）に入力される。
【００２０】
図３に示すように、ベースバンド信号としての、周波数fBBの差動入力電圧信号である正相入力電圧信号及び逆相入力電圧信号は、それぞれ電圧−電流変換回路８の第１及び第２入力端子Vin1及びVin2に入力される。
【００２１】
一方、周波数fLOの高周波の差動ローカル信号である正相ローカル信号及び逆相ローカル信号は、それぞれスイッチング回路９又は１０の第１及び第２ローカル端子LOin1及びLOin2に入力される。
【００２２】
ミキサ回路２１では、差動入力電圧信号と差動ローカル信号との乗算が行われる。ミキサ回路２１は、その乗算の結果に対応する正相出力信号及び逆相出力信号を、それぞれ出力端子Out1及びOut2から出力する。正相出力信号及び逆相出力信号は、増幅器６に供給される。  
負荷回路１３及び１４は、それぞれ出力端子Out1及びOut2と電源Vdd間に接続されている。負荷回路１３及び１４は、例えば抵抗素子、トランジスタである。
【００２３】
電圧−電流変換回路８は、MOSトランジスタである２つのトランジスタM11及びM12を有する。トランジスタM11及びM12のゲート端子は、それぞれ入力端子Vin1及びVin2に接続されている。トランジスタM11及びM12の共通ソース端子は、グラウンドGNDに接続されている。
なお、この共通ソース端子は電流源を介してグラウンドGNDに接続されるようにしてもよい。
トランジスタM11及びM12のドレイン端子は、それぞれ配線パターン２２及び２３を介して共通端子N1及びN2に接続されている。
【００２４】
入力端子Vin1及びVin2からの正相入力電圧信号及び逆相入力電圧信号は、入力段の電圧−電流変換回路８によって、差動電流信号、すなわち正相電流信号及び逆相電流信号に変換される。電圧−電流変換回路８からの正相電流信号及び逆相電流信号は、それぞれスイッチング回路９（又は１０）の２つの共通端子N1及びN2に供給される。
よって、電圧−電流変換回路８は、第１入力端子Vin1及び第２入力端子Vin2にそれぞれ入力される正相入力電圧信号及び逆相入力電圧信号を正相電流信号及び逆相電流信号に変換する。
【００２５】
スイッチング回路９（又は１０）は、MOSトランジスタであるトランジスタM21、M22、M23及びM24による２組の差動対を含む。トランジスタM21とM22の共通ソース端子、及びトランジスタM23とM24の共通ソース端子は、それぞれ共通端子N1及びN2に接続されている。  
トランジスタM21とM24の２つのゲート端子は、第１ローカル端子LOin1に接続されている。トランジスタM22とM23の２つのゲート端子は、第２ローカル端子LOin2に接続されている。
【００２６】
トランジスタM21とM23の２つのドレイン端子は、負荷回路１３に接続されると共に、出力端子Out1に接続されている。トランジスタM22とM24の２つのドレイン端子は、負荷回路１４に接続されると共に、出力端子Out2に接続されている。
【００２７】
スイッチング回路９（又は１０）では、電圧−電流変換回路８からの正相電流信号及び逆相電流信号が、ローカル端子LOin1及びLOin2からの正相ローカル信号及び逆相ローカル信号に応じて、スイッチングされることにより、差動出力電流信号、すなわち正相出力電流信号及び逆相出力電流信号が生成される。
【００２８】
生成された正相出力電流信号及び逆相出力電流信号は、負荷回路１３及び１４によって電圧信号に変換された後、あるいは電流信号のまま出力端子Out1及びOut2から、差動出力信号、すなわち正相出力信号及び逆相出力信号として出力される。  
よって、スイッチング回路９及び１０は、正相電流信号及び逆相電流信号をそれぞれ受ける第１共通端子N1及び第２共通端子N2と、正相ローカル信号及び逆相ローカル信号をそれぞれ受ける第１ローカル端子LOin1及び第２ローカル端子LOin2を有し、正相電流信号及び逆相電流信号を、正相ローカル信号及び逆相ローカル信号に応じてスイッチングして正相出力電流信号及び逆相出力電流信号を生成する。
なお、図３では、スイッチング回路９（又は１０）は、MOSトランジスタにより実現されているが、バイポーラトランジスタその他の素子によって実現されてもよい。
【００２９】
ダブルバランス型ミキサ回路２１は、半導体チップ上に形成され、電圧−電流変換回路８とスイッチング回路９（又は１０）の間は、配線パターン２２と２３により電気的に接続されている。配線パターン２２は、トランジスタM11のドレイン端子と共通端子N1間の配線である。配線パターン２３は、トランジスタM12のドレイン端子と共通端子N2間の配線である。配線パターン２２と２３は、図３では、矩形のブロックで示している。
【００３０】
すなわち、配線パターン２２と２３は、共通端子N1及び共通端子N2と電圧−電流変換回路８との間をそれぞれ接続する第１及び第２の配線を構成する。
配線パターン２２及び２３の配線長が長くなると、２本の配線パターン２２と２３間で配線特性の差、すなわち共通端子N1とN2についてのインピーダンスずれが生じる。
すなわち、配線パターン２２と２３間には、インピーダンスずれがある。インピーダンスずれがあると、結果として正相電流信号と逆相電流信号の非対称性が現れてしまう。
【００３１】
共通端子N1に着目すると、ローカル信号の周波数はfLOであり、トランジスタM21がローカル端子LOin1に入力される正相ローカル信号に応じてスイッチングされ、トランジスタM22もローカル端子LOin2に入力される逆相ローカル信号に応じてスイッチングされる。共通端子N1の電位は、トランジスタM21とM22のスイッチングに応じて変化する。
【００３２】
同様に、共通端子N2の電位もトランジスタM23とM24のスイッチングに応じて、変化する。  
図３において、ローカル端子LOin1及びLOin2に入力されたローカル信号の周波数fLOの２倍の周波数2fLOで、共通端子N1の電位は、グラフg1で示すように変化する。共通端子N2の電位も、同様に、２倍の周波数2fLOで、グラフg2で示すように変化する。
【００３３】
ここで、配線パターン２２と２３の配線特性に差がなければ、共通端子N1の電位と共通端子N2の電位は、グラフg1とg2の実線で示すように同様に変化する。共通端子N1の電位と共通端子N2の電位がグラフg1とg2の実線で示すように同様に変化すれば、出力端子Out1の出力信号と出力端子Out2の出力信号を、後段の回路で減算することで、雑音などの同相成分を除去することができる。
【００３４】
しかし、配線パターン２２と２３の配線特性に差があると、共通端子N1の電位と共通端子N2の電位に電位差が生じてしまう。図３では、共通端子N2の電位が、グラフg2の点線で示すように、共通端子N1の電位よりも高くなっている。
【００３５】
共通端子N1の電位が共通端子N2の電位と異なっていると、共通端子N1とN2における、同相である２倍の周波数2fLOの２つの信号が、後述する図４のグラフg3の点線で示すように、差動成分を含んでしまい、キャリアリークが発生する。例えば、５GHzのローカル信号に１０GHzの差動成分のローカル信号が減算されて、５GHzの信号のキャリアリークが生じてしまう。
すなわち、トランジスタM21〜M24の各ゲートに印加された５GHzのローカル信号とソースの１０GHzの信号が各トランジスタの非線形性により乗算され、差分として５GHzの信号が発生する。この際に共通端子N1, N2間の１０GHzの信号に差動成分が含まれているため、ミキサ部５の出力としてこの５GHzの信号が出力され、キャリアリークとなる。
【００３６】
そこで、実施形態のミキサ回路２１では、図３に示すように、キャパシタ２４が、ローカル信号の周波数fLOの信号を通すフィルタ素子として、共通端子N1とN2間を接続するように設けられている。
【００３７】
キャパシタ２４は、ローカル信号の２倍の周波数2fLOの信号に対しては、インピーダンスが極めて小さいが、ベースバンド信号である差動入力電圧信号に対しては、インピーダンスは極めて高くなる、キャパシタンス値を有する。言い換えれば、共通端子N1とN2の間に接続されたキャパシタ２４は、ローカル信号の２倍の周波数2fLOの信号は流して共通端子N1とN2が、ローカル信号の２倍の周波数帯域においては同電位あるいは略同電位になるようにインピーダンスは低く、かつベースバンド信号に対してはインピーダンスは高い、キャパシタンス値を有する。
【００３８】
例えば、ベースバンド信号の周波数fBBが数百MHz 以下で、ローカル信号の周波数fLOが数GHzであるとき、キャパシタ２４のキャパシタンスは、ローカル信号の２倍の周波数の信号を通すように、低いインピーダンス値であり、かつベースバンド信号の周波数の信号を通さないように、ベースバンド信号に対しては、ローカル信号に対するインピーダンス値よりも１０倍以上高いインピーダンス値である。
すなわち、キャパシタ２４は、正相ローカル信号及び逆相ローカル信号の周波数帯域の信号に対して、正相入力電圧信号及び逆相入力電圧信号の周波数帯域の信号よりも、インピーダンスが低い。
ここでは、キャパシタ２４の正相電流信号及び逆相電流信号に対するインピーダンスは、正相電流信号及び逆相電流信号に対する記スイッチング回路９，１０の入力インピーダンスより高い。
例えば、入力信号に対するスイッチングトランジスタM21〜M24の入力インピーダンスに対し、同信号に対するキャパシタ２４のインピーダンスを、より十分に高くなるようにする、例えば１０倍以上にされて、入力信号電流はキャパシタ２４に分流せずにスイッチングトランジスタM21〜M24に入力される。
さらに、上記に加えて、キャパシタ２４の正相ローカル信号及び逆相ローカル信号に対するインピーダンスは、電圧−電流変換回路８の正相ローカル信号及び逆相ローカル信号に対するインピーダンスより低い。
例えば、ローカル信号（ローカル信号の２倍周波数の信号）に対する電圧・電流変換回路８の入力インピーダンスに対し、同信号に対するキャパシタ２４のインピーダンスを、より十分に低くなるようにする、例えば１０分の１以下にして、ローカル信号の２倍周波数の信号がキャパシタ２４により低減される。
図４は、共通端子N1とN2における電位差を示すグラフである。図４において、点線のグラフg3は、キャパシタ２４で共通端子N1とN2間を接続しない場合における、時間経過tに伴う共通端子N1とN2間の電位差の変化を示す。図４において、実線のグラフg3は、キャパシタ２４で共通端子N1とN2間を接続した場合における、時間経過tに伴う共通端子N1とN2間の電位差の変化を示す。
【００３９】
上述したようなキャパシタ２４を共通端子N1とN2間を接続するように設けることにより、図４のグラフg3の実線で示すように、共通端子N1とN2間のローカル信号の２倍の周波数信号に関する電位差が極めて小さくなり、キャリアリークが低減される。さらに、ローカル信号よりも低い周波数のベースバンド信号の振幅劣化も小さいため、利得などの劣化もない。  
以上のように、本実施形態によれば、キャリアリークを低減したミキサ回路を提供することができる。
【００４０】
２つの配線パターンのインピーダンスずれは、半導体装置上の配線パターンの配線設計においても解消することができる場合もあるが、インピーダンスずれを小さくするには、配線パターン領域が大きくなる場合もあり、さらに、配線パターンの配線特性を合わせるための配線パターンの配線設計に時間が掛かるだけでなく、その検証にも時間が掛かる。
【００４１】
しかし、本実施形態によれば、キャパシタ２４を共通端子N1とN2間を接続するだけであるので、簡単に、キャリアリークを低減することができる。  
なお、本実施形態のダブルバランス型ミキサ回路は、上述した周波数変換器以外にも、直交変調器などにも適用することができ、各種無線通信装置に用いることができる。
直交変調器の場合、本実施形態のダブルバランス型ミキサ回路は、２系統の直交信号を扱うD/A変換器・フィルタ・電圧−電流変換器、及び直交ローカル信号を扱う２系統のスイッチング回路、及び各直交スイッチング回路から出力された信号を合算する足し算器からなる直交変調送信器にも適用できる。
【００４２】
ダブルバランス型ミキサ回路は、電圧−電流変換回路とスイッチング回路を含む。ダブルバランス型ミキサ回路によれば、低周波の差動入力電圧信号に応じた差動電流信号を、スイッチング回路において、差動ローカル信号によってスイッチングすることによって、低周波を含む高周波の差動出力信号を生成することができる。  
しかし、ダブルバランス型ミキサ回路が半導体装置上に形成される場合、電圧−電流変換回路とスイッチング回路を近接して配置できず、電圧−電流変換回路とスイッチング回路間の２本の配線、すなわち正相電流信号用配線と逆相電流信号用配線の物理的な長さが長くなってしまう場合がある。
【００４３】
また、異なる周波数帯域を用いた複数の、例えば２つのバンド送信を行うために、１つの電圧−電流変換回路に２つのスイッチング回路を接続し、送信周波数に応じて、使用するスイッチング回路を選択して使用する場合、各スイッチング回路と電圧−電流変換回路間の２本の配線の半導体装置上の物理的な長さが長くなってしまう場合がある。
【００４４】
正相電流信号用配線と逆相電流信号用配線が長くなると、２本の配線間で配線特性の差が生じ、正相電流信号と逆相電流信号の非対称性が現れてしまうという問題がある。  
正相電流信号と逆相電流信号の非対称性は、ローカル信号のリーク、いわゆるキャリアリークの発生につながり、結果として通信品質の低下を招くこととなる。
これに対して、上述した実施形態によれば、キャリアリークを低減したミキサ回路を提供することができる。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１  無線通信装置、２  信号送信部、３  デジタル・アナログ変換回路、４  フィルタ、５  ミキサ部、６  増幅器、７  アンテナ、８  電圧−電流変換回路、９，１０  スイッチング回路、１１、１２  配線パターン、１３、１４  負荷回路、２１  ダブルバランス型ミキサ回路、２２、２３  配線パターン、２４  キャパシタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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