(57)【要約】【課題】  ローカル信号漏洩の影響を小さくすることができる周波数変換回路及びそれを用いた無線通信装置を提供する。【解決手段】  差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２を有する第１の差動部と、差動トランジスタ対Ｍ３、Ｍ４を有する第２の差動部と、第1の差動部と並列接続され、互いに直列接続される複数のキャパシタＣ５、Ｃ６と、第２の差動部と並列接続され、互いに直列接続される複数のキャパシタＣ７、Ｃ８と、差動トランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のゲートに接続され、ローカル信号ＬＯが入力される端子Ｔ３、Ｔ４と、第１及び第２の差動部の一端に接続され、低周波信号ＢＢを入出力する端子Ｔ５、Ｔ６と、第１及び第２の差動部の他端に接続され、高周波信号ＲＦを入出力する端子Ｔ１、Ｔ２を備える。また、複数のキャパシタＣ５、Ｃ６が互いに接続されるノードと、複数のキャパシタＣ７、Ｃ８が互いに接続されるノードが接続されている。【選択図】  図２
2009118065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の差動トランジスタ対を有する第1の差動部と、
第2の差動トランジスタ対を有する第2の差動部と、
前記第1の差動部と並列接続され、互いに直列接続される第1の複数のインピーダンス素子と、
前記第２の差動部と並列接続され、互いに直列接続される第２の複数のインピーダンス素子と、
前記第1の差動トランジスタ及び前記第２の差動トランジスタのゲートに接続され、ローカル信号が入力される第1の端子と、
前記第1の差動トランジスタ対及び前記第２の差動トランジスタ対の一端に接続され、低周波信号を入出力する第2の端子と、
前記第1の差動トランジスタ対及び前記第２の差動トランジスタ対の他端に接続され、高周波信号を入出力する第３の端子と、
を備え、前記第1の複数のインピーダンス素子が互いに接続される第1のノードと、前記第２の複数のインピーダンス素子が互いに接続される第２のノードとが接続されていることを特徴とする周波数変換回路。
【請求項２】
前記第1の差動部と並列接続される第1の抵抗と、
前記第２の差動部と並列接続される第２の抵抗と、
一端が一方の前記第1の差動トランジスタ及び前記第1の抵抗に接続され、他端が前記第3の端子に接続される第1のキャパシタと、
一端が他方の前記第1の差動トランジスタ及び前記第1の抵抗に接続され、他端が前記第3の端子に接続される第２のキャパシタと、
一端が一方の前記第２の差動トランジスタ及び前記第２の抵抗に接続され、他端が前記第3の端子に接続される第３のキャパシタと、
一端が一方の前記第２の差動トランジスタ及び前記第２の抵抗に接続され、他端が前記第3の端子に接続される第４のキャパシタと、
を備えることを特徴とする請求項1記載の周波数変換回路。
【請求項３】
前記第1及び第2のインピーダンス素子は、キャパシタであることを特徴とする請求項１及び請求項２記載の周波数変換回路。
【請求項４】
受信した高周波信号を増幅する第1の増幅器と、
前記第１の増幅器から出力された前記高周波信号をローカル信号により低周波信号に変換する直交復調器と、
前記直交復調器により変換された前記低周波信号を増幅する第２の増幅器と、
を備え、
前記直交復調器は、
前記高周波信号と前記ローカル信号とを乗算し、前記低周波信号を出力する周波数変換回路と、
前記ローカル信号を生成し、前記周波数変換回路に出力する前記ローカル信号生成部と、
を有し、
前記周波数変換回路は、
第1の差動トランジスタ対を有する第1の差動部と、
第2の差動トランジスタ対を有する第2の差動部と、
前記第1の差動部と並列接続され、互いに直列接続される第1の複数のインピーダンス素子と、
前記第２の差動部と並列接続され、互いに直列接続される第２の複数のインピーダンス素子と、
前記第1の差動トランジスタ及び前記第２の差動トランジスタのゲートに接続され、前記ローカル信号が入力される第1の端子と、
前記第1の差動トランジスタ対及び前記第２の差動トランジスタ対の一端に接続され、前記低周波信号を入出力する第2の端子と、
前記第1の差動トランジスタ対及び前記第２の差動トランジスタ対の他端に接続され、前記高周波信号を入出力する第３の端子と、
を備え、前記第1の複数のインピーダンス素子が互いに接続される第1のノードと、前記第２の複数のインピーダンス素子が互いに接続される第２のノードとが接続されていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
前記第1の差動部と並列接続される第1の抵抗と、
前記第２の差動部と並列接続される第２の抵抗と、
一端が一方の前記第1の差動トランジスタ及び前記第1の抵抗に接続され、他端が前記第3の端子に接続される第1のキャパシタと、
一端が他方の前記第1の差動トランジスタ及び前記第1の抵抗に接続され、他端が前記第3の端子に接続される第２のキャパシタと、
一端が一方の前記第２の差動トランジスタ及び前記第２の抵抗に接続され、他端が前記第3の端子に接続される第３のキャパシタと、
一端が一方の前記第２の差動トランジスタ及び前記第２の抵抗に接続され、他端が前記第3の端子に接続される第４のキャパシタと、
を備えることを特徴とする請求項４記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変換回路及びそれを用いた無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの無線通信機器には、無線周波数などの高周波信号のような変換対象の受信信号に高周波信号のローカル信号をミキサと呼ばれる周波数変換装置で合成して、低周波へのダウンコンバートを行ったり、低周波の送信信号に高周波信号のローカル信号を周波数変換装置で合成して、高周波へのアップコンバートを行ったり、送信信号の変調や受信信号の復調を行ったりする通信用の半導体集積回路が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、通信用の半導体集積回路内の周波数変換装置には、例えば、製造ばらつきなどが原因で、合成に用いられるローカル信号が周波数変換装置外へ漏れてくる場合がある。このローカル信号漏洩は、送信機の場合は不要輻射の原因となる。ダイレクトコンバージョン方式の受信機の場合は、復調された受信信号において不要な直流信号を発生させる原因となる。これをセルフミキシング現象といい、受信感度を低下させる原因となる。
【特許文献１】特表２００７−５１６６２４号公報（第７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ローカル信号漏洩の影響を小さくすることができる周波数変換回路及びそれを用いた無線通信装置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】
【０００５】
本発明の一態様の周波数変換回路は、第1の差動トランジスタ対を有する第1の差動部と、第2の差動トランジスタ対を有する第2の差動部と、前記第1の差動部と並列接続され、互いに直列接続される第1の複数のインピーダンス素子と、前記第２の差動部と並列接続され、互いに直列接続される第２の複数のインピーダンス素子と、前記第1の差動トランジスタ及び前記第２の差動トランジスタのゲートに接続され、ローカル信号が入力される第1の端子と、前記第1の差動トランジスタ対及び前記第２の差動トランジスタ対の一端に接続され、低周波信号を入出力する第2の端子と、前記第1の差動トランジスタ対及び前記第２の差動トランジスタ対の他端に接続され、高周波信号を入出力する第３の端子と、を備え、前記第1の複数のインピーダンス素子が互いに接続される第1のノードと、前記第２の複数のインピーダンス素子が互いに接続される第２のノードとが接続されていることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の別態様の無線通信装置は、受信した高周波信号を増幅する第1の増幅器と、前記第１の増幅器から出力された前記高周波信号をローカル信号により低周波信号に変換する直交復調器と、前記直交復調器により変換された前記低周波信号を増幅する第２の増幅器と、を備え、前記直交復調器は、前記高周波信号と前記ローカル信号とを乗算し、前記低周波信号を出力する周波数変換回路と、前記ローカル信号を生成し、前記周波数変換回路に出力する前記ローカル信号生成部と、を有し、前記周波数変換回路は、第1の差動トランジスタ対を有する第1の差動部と、第2の差動トランジスタ対を有する第2の差動部と、前記第1の差動部と並列接続され、互いに直列接続される第1の複数のインピーダンス素子と、前記第２の差動部と並列接続され、互いに直列接続される第２の複数のインピーダンス素子と、前記第1の差動トランジスタ及び前記第２の差動トランジスタのゲートに接続され、前記ローカル信号が入力される第1の端子と、前記第1の差動トランジスタ対及び前記第２の差動トランジスタ対の一端に接続され、前記低周波信号を入出力する第2の端子と、前記第1の差動トランジスタ対及び前記第２の差動トランジスタ対の他端に接続され、前記高周波信号を入出力する第３の端子と、を備え、前記第1の複数のインピーダンス素子が互いに接続される第1のノードと、前記第２の複数のインピーダンス素子が互いに接続される第２のノードとが接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ローカル信号漏洩の影響を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図1は、本発明の実施例1に係る無線通信装置の構成を示した回路図である。
【００１０】
図1に示すように、無線通信装置１０は、アンテナ２０によって受信された高周波信号ＲＦが低雑音増幅器３０によって、増幅され、直交復調器４０によって低周波かつ互いに直交するベースバンド信号ＢＢに復調される。
【００１１】
直交復調器４０によって出力されるベースバンド信号ＢＢは、チャネルセレクトフィルタ５０により所望のチャネル成分が選択され、選択されたチャネル信号は、可変利得増幅器６０を経て出力される。可変利得増幅器６０からの出力信号は、図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換される。
【００１２】
直交復調器４０は、外部にあるローカル信号源７０、例えば、シンセサイザからローカル信号が直交復調器４０内のπ／２移相器４３に入力され、移相器４３によって互いに直交する２つのローカル信号ＬＯが生成される。直交する２つのローカル信号ＬＯは、ローカルバッファ４２を経て、周波数変換回路４１のローカル端子に入力される。
【００１３】
図２は、本発明の実施例1に係る周波数変換回路の具体的構成を示した回路図である。
【００１４】
図２に示すように、本実施例の周波数変換回路４１は、２組の差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２及びＭ３、Ｍ４を有する。２組の差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２及びＭ３、Ｍ４のゲートには、ローカル端子Ｔ３、Ｔ４からローカル信号ＬＯが差動信号で入力される。
【００１５】
また、差動トランジスタＭ１の一端は、キャパシタＣ１の一端に接続される。差動トランジスタＭ２の一端は、キャパシタＣ２の一端に接続される。キャパシタＣ１、Ｃ２の他端は、受信端子Ｔ１に接続される。差動トランジスタＭ３の一端は、キャパシタＣ３に接続される。差動トランジスタＭ４の一端は、キャパシタＣ４に接続される。キャパシタＣ３、Ｃ４の他端は、受信端子Ｔ２に接続される。
【００１６】
２組の差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２及びＭ３、Ｍ４の一端は、それぞれ直列に接続されたキャパシタＣ５、Ｃ６及びＣ７、Ｃ８に並列に接続される。キャパシタＣ５とキャパシタＣ６の接続部及びキャパシタＣ７とキャパシタＣ８の接続部は接続されている。
【００１７】
２組の差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２及びキャパシタＣ５、Ｃ６は、受信端子Ｔ１に接続される。２組の差動トランジスタ対Ｍ３、Ｍ４及びキャパシタＣ７、Ｃ８は、受信端子Ｔ２に接続される。受信端子Ｔ１、Ｔ２から、例えば、無線周波数などの高周波信号ＲＦが差動信号で入力される。
【００１８】
２組の差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２及びＭ３、Ｍ４の他端は、ベース端子Ｔ５、Ｔ６に接続され、ベースバンド信号ＢＢが差動信号で出力される。
【００１９】
周波数変換回路４１は、受信端子Ｔ１、Ｔ２に、例えば、無線周波数などの高周波信号ＲＦ、ローカル端子Ｔ３、Ｔ４にローカル信号ＬＯが入力されると、高周波信号ＲＦとローカル信号ＬＯが乗算され、周波数変換されたベースバンド信号ＢＢが出力される。
【００２０】
ここで、差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２及びＭ３、Ｍ４は、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタなどを用いることができる。キャパシタＣ１、Ｃ２は、同じ容量を有するキャパシタであることが望ましい。キャパシタＣ３、Ｃ４は、同じ容量を有するキャパシタであることが望ましい。キャパシタＣ５、Ｃ６は、同じ容量を有するキャパシタであることが望ましい。キャパシタＣ７、Ｃ８は、同じ容量を有するキャパシタであることが望ましい。
【００２１】
次に、以上より構成される本発明の実施例1に係る周波数変換回路４１の具体的動作について、説明を行う。図３は、本発明の実施例1に係る周波数変換回路の具体的動作を説明するために模式的に示した等価回路である。ここで、図３は、キャパシタＣ５−Ｃ８を抽出したものであり、キャパシタのインピーダンスは、全て等しい値Ｚであると仮定する。
【００２２】
差動トランジスタＭ１−Ｍ４に製造ばらつきがない場合には、差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２側と差動トランジスタ対Ｍ３、Ｍ４側とで、発生する漏洩電圧の絶対値が等しく、互いに逆相の関係にあるため、相殺され、受信端子Ｔ１、Ｔ２側でローカル信号ＬＯの漏洩は発生しない。
【００２３】
しかしながら、実際は、差動トランジスタＭ１−Ｍ４に製造ばらつきがあり、受信端子Ｔ１、Ｔ２側でローカル信号ＬＯの漏洩は発生してしまう。
【００２４】
図２で示す本発明の実施例1に係る周波数変換回路４１では、以下の理由で、ローカル信号ＬＯの漏洩を低減することができる。
【００２５】
例えば、図３に示すように、ローカル信号ＬＯがローカル端子Ｔ３、Ｔ４に入力されると、差動トランジスタＭ１、Ｍ２には、ローカル漏洩電圧Ｖ１、−Ｖ１＋ΔＶ１が発生するものとする。また、差動トランジスタＭ３、Ｍ４には、ローカル漏洩電圧Ｖ２、−Ｖ２＋ΔＶ２が発生するものとする。ここで、ΔＶ１、ΔＶ２は、差動トランジスタＭ１−Ｍ４の製造ばらつきにより発生するローカル漏洩電圧のばらつきを示す。また、キャパシタＣ５とキャパシタＣ６の接続部及びキャパシタＣ７とキャパシタＣ８の接続部との間に発生する漏洩電圧をＶ０、流れる電流をＩ０とする。
【００２６】
その場合、それぞれのキャパシタＣ５−Ｃ８に発生する電流は以下のようになる。
【００２７】
Ｉ５  ＝  （Ｖ１−Ｖ０）／Ｚ
Ｉ６  ＝  （Ｖ０＋Ｖ１−ΔＶ）／Ｚ
Ｉ７  ＝  （−Ｖ２＋ΔＶ２−Ｖ０）／Ｚ
Ｉ８  ＝  （Ｖ０−Ｖ２）／Ｚ
また、Ｉ０＝Ｉ６−Ｉ５＝Ｉ７−Ｉ８より、
Ｖ０  ＝  （ΔＶ１＋ΔＶ２）／４
Ｉ０  ＝  （ΔＶ２−ΔＶ１）／２Ｚ
となる。以上より、ΔＶ１＜ΔＶ２のとき、ΔＶ１を増大させ、ΔＶ２を減少させる方向に電流Ｉ０を流し、ΔＶ１＞ΔＶ２のとき、ΔＶ２を増大させ、ΔＶ１を減少させる方向に電流Ｉ０を流す。つまり、ΔＶ１とΔＶ２を近づける電流が流れる。
【００２８】
また、受信端子Ｔ１、Ｔ２に出力されるローカル漏洩電圧は、受信端子Ｔ１では、ΔＶ１／２、受信端子Ｔ２では、ΔＶ２／２となるので、受信端子Ｔ１とＴ２間の差動ローカル漏洩電圧ＶＬＯは、
ＶＬＯ  ＝  （ΔＶ１−ΔＶ２）／２
となる。以上より、上記と同様、ΔＶ１とΔＶ２を近づける作用が発生するため、受信端子Ｔ１、Ｔ２側に発生するローカル漏洩電圧を小さくすることができる。
【００２９】
以上より、本発明の実施例１に係る周波数変換回路は、２組の差動トランジスタ対に複数直列接続したキャパシタを並列に接続し、一方の差動トランジスタ対のキャパシタ同士が接続されるノードと、他方の差動トランジスタ対のキャパシタ同士が接続されるノードを接続することにより、受信端子側に発生するローカル漏洩電圧を小さくすることができる。そのため、ローカル信号の漏洩を小さくすることができ、セルフミキシング現象の発生を防ぎ、受信した高周波信号を正常にベースバンド信号に変換することができる。
【００３０】
ここで、本実施例では、差動トランジスタ対に並列に接続させるものとして、キャパシタＣ５−Ｃ８を用いていたが、それ以外にも抵抗などのインピーダンス素子を組み合わせて用いることができる。
【００３１】
つまり、例えば、図４に示すように、キャパシタＣ５−Ｃ８と抵抗Ｒ５−Ｒ８を直列接続させ、差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２及びＭ３、Ｍ４に並列接続させても構わない。また、図５に示すように、キャパシタＣ５−Ｃ８の代わりに抵抗Ｒ５−Ｒ８を差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２及びＭ３、Ｍ４に並列接続させても構わない。
【実施例２】
【００３２】
図６は、本発明の実施例２に係る周波数変換回路の具体的構成を示した回路図である。
【００３３】
図６に示すように、本実施例の周波数変換回路と実施例１の周波数変換回路との違いは、実施例１の周波数変換回路の各素子の構成に加え、２組の差動トランジスタ対Ｍ１、Ｍ２及びＭ３、Ｍ４と受信端子Ｔ１、Ｔ２との間に、抵抗Ｒ１及びＲ２がそれぞれ並列に接続されていることである。本発明の実施例1に係る周波数変換回路と同一の構成については、同一符号を付して、説明は省略する。
【００３４】
以下に抵抗Ｒ１及びＲ２を挿入するメリットについて説明する。
【００３５】
例えば、受信端子Ｔ１、Ｔ２から高周波信号ＲＦが入力されると、ローカル信号ＬＯによって、低周波信号に変換され、ベースバンド信号ＢＢとして、ベース端子Ｔ５、Ｔ６から出力される。このとき、ベースバンド信号ＢＢには、低周波信号への変換時に、所望の周波数のベースバンド信号ＢＢだけでなく、ノイズ成分が発生する。そのため、このノイズ成分は、図1に示す差動増幅器６０で増幅され、さらに大きなノイズ成分となってしまう。
【００３６】
一般に、差動増幅器の利得は、差動増幅器の入力部の抵抗に逆比例する。つまり、差動増幅部の入力部の抵抗は、抵抗Ｒ１及びＲ２を挿入することにより、入力部の抵抗が増加することになり、差動増幅器６０の利得は小さくすることができる。つまり、増幅されるノイズ成分を小さくすることができ、ベースバンド信号を増幅することが可能となる。よって、ベースバンド信号に生じるノイズを小さくすることができる。
【００３７】
以上より、本発明の実施例２に係る周波数変換回路は、２組の差動トランジスタ対に抵抗を並列接続させることにより、ＲＦ信号に生じるローカル信号漏洩を小さくすることができる。また、実施例1と同様、２組の差動トランジスタ対に複数直列接続したキャパシタを並列に接続し、一方の差動トランジスタ対のキャパシタ同士が接続されるノードと、他方の差動トランジスタ対のキャパシタ同士が接続されるノードを接続することにより、ＲＦ信号に生じるローカル信号漏洩を小さくすることができる。
【００３８】
なお、本発明は、上述したような各実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００３９】
例えば、本発明の上記各実施例に係る無線通信装置として、高周波信号を受信し、低周波信号へ変換する場合のダウンコンバータを例に説明したが、それ以外にも高周波信号を送信する場合のアップコンバータでも使用することができる。つまり、アップコンバータの場合は、受信端子Ｔ１、Ｔ２は送信端子となり、ベース端子から入力されたベースバンド信号ＢＢは、ローカル信号ＬＯにより、低周波から高周波へ変換され、高周波信号ＲＦを送信端子から出力することになる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例1に係る無線通信装置の構成を示した回路図。
【図２】本発明の実施例1に係る周波数変換回路の具体的構成を示した回路図。
【図３】本発明の実施例1に係る周波数変換回路の動作原理を模式的に示した等価回路。
【図４】本発明の実施例1に係る周波数変換回路の変形例を示した回路図。
【図５】本発明の実施例1に係る周波数変換回路の変形例を示した回路図。
【図６】本発明の実施例２に係る周波数変換回路の具体的構成を示した回路図。
【符号の説明】
【００４１】
１０  無線通信装置
２０  アンテナ
３０  低雑音増幅器
４０  直交復調器
４１  周波数変換回路
４２  ローカルバッファ
４３  移相器
５０  チャネルセレクトフィルタ
６０  可変利得増幅器
７０  ローカル信号源
Ｍ１〜Ｍ４  差動トランジスタ
Ｃ１〜Ｃ８  キャパシタ
Ｒ１、Ｒ２  抵抗
Ｔ１、Ｔ２  受信端子
Ｔ３、Ｔ４  ローカル端子
Ｔ５、Ｔ６  ベース端子
ＬＯ  ローカル信号
ＲＦ  周波数信号
ＢＢ  ベースバンド信号
【図１】
2009118065.tif 000003
【図２】
2009118065.tif 000004
【図３】
2009118065.tif 000005
【図４】
2009118065.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009118065.tif 000008