(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を送受信するアンテナと、前記アンテナの送受信信号を所定の周波数帯域に制限するバンドパスフィルタと、前記アンテナを送受信系各々で共有するためのアンテナ共有器と、前記アンテナ共有器に接続された受信回路部及び送信回路部と、前記受信回路部及び送信回路部での周波数変換処理に必要なローカル信号を生成する局部発振器と、を有して成る送受信装置であって、
前記局部発振器は、固定周波数で発振する基準発振器と、制御信号に応じて発振周波数が変化する制御発振器と、両発振器の出力を比較して互いの位相が同期するように前記制御信号を生成する位相固定回路と、前記制御発振器の出力を逓倍して所望周波数のローカル信号を得る逓倍器と、を有して成るものであり、
前記受信回路部及び前記送信回路部は、いずれも差動形式とされており、かつ、送信時には前記受信回路部への給電が遮断されてその動作が停止され、逆に、受信時には前記送信回路部への給電が遮断されてその動作が停止されることを特徴とする送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望周波数のローカル信号を生成する局部発振器、及びこれを用いた送信装置並びに受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の送受信装置において、送受信信号の搬送波や周波数変換処理に用いられるローカル信号は、固定周波数で発振する基準発振器と、制御電圧に応じて発振周波数が変わる電圧制御発振器と、両発振器の出力を比較して互いの位相が同期するように前記制御電圧を生成する位相固定回路と、を有して成る局部発振器によって生成されていた（特開平８−２７９７７５号公報等を参照）。すなわち、従来の局部発振器では、位相固定回路によって発振周波数を固定された電圧制御発振器の出力が、そのままローカル信号として送受信回路部に供給されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記構成から成る局部発振器であれば、位相固定回路によって電圧制御発振器の発振周波数を制御することで、容易に所望周波数のローカル信号を生成することができる。
【０００４】
しかしながら、上記構成から成る局部発振器では、電圧制御発振器の発振周波数とローカル信号の周波数（すなわち送受信信号の搬送波周波数）が一致していたため、アンテナで送受信される信号が外部端子等から電圧制御発振器に回り込みやすく、電圧制御発振器が異常発振等を生じやすいという課題を有していた。特に、２．４ＧＨｚ帯の高周波信号を用いるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ応用機器では、このような電圧制御発振器への回り込みによる不具合が生じやすかった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、安定したローカル信号の生成が可能な局部発振器、及びこれを用いた送信装置並びに受信装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る局部発振器は、固定周波数で発振する基準発振器と、制御信号に応じて発振周波数が変化する制御発振器と、両発振器の出力を比較して互いの位相が同期するように前記制御信号を生成する位相固定回路と、前記制御発振器の出力を逓倍して所望周波数のローカル信号を得る逓倍器と、を有して成る構成としている。
【０００７】
また、本発明に係る送信装置は、送信信号の搬送波となるローカル信号を生成する手段として、上記構成から成る局部発振器を用いた構成である。
【０００８】
また、本発明に係る受信装置は、受信信号の周波数変換処理に用いるローカル信号を生成する手段として、上記構成から成る局部発振器を用いた構成である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明に係る局部発振器を高周波信号送受信装置（例えば、携帯電話機やパソコン、ＡＶ機器等のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ応用装置）に適用した場合を例に挙げて説明を行う。図１は本発明に係る高周波信号送受信装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００１０】
本図に示すように、本実施形態の高周波信号送受信装置は、ディジタル変調された高周波信号を送受信するアンテナ１と、アンテナ１の送受信信号を所定周波数帯域に制限するバンドパスフィルタ２（以下、ＢＰＦ２と呼ぶ）と、アンテナ１を送受信系各々で共有するためのアンテナ共用器３と、アンテナ共用器３に接続された受信回路部４及び送信回路部５と、両回路部４、５での周波数変換処理に必要なローカル信号を生成する局部発振器６と、を有して成る。
【００１１】
受信回路部４は、アンテナ共用器３の出力信号を増幅するローノイズアンプ４１（以下、ＬＮＡ４１と呼ぶ）と、ＬＮＡ４１の出力信号と局部発振器６のローカル信号を混合して中間周波数信号を生成するとともに、該中間周波数信号からイメージ信号を除去するイメージリジェクションミキサ４２（以下、ＩＲＭ４２と呼ぶ）と、ＩＲＭ４２の出力信号を所定周波数帯域に制限するバンドパスフィルタ４３（以下、ＢＰＦ４３と呼ぶ）と、ＢＰＦ４３の出力信号を増幅するリミッタアンプ４４（以下、ＬＩＡ４４と呼ぶ）と、ＬＩＡ４４の出力信号に復調処理を施す復調器４５と、復調器４５の出力信号を波形整形して内部回路（図示せず）に送出するスライサ４６と、を有して成る。
【００１２】
一方、送信回路部５は、内部回路（図示せず）から入力されたＩ信号及びＱ信号に基づいて局部発振器６のローカル信号を直交変調するＩ／Ｑ直交変調器５１と、Ｉ／Ｑ直交変調器５１の出力信号を増幅してアンテナ共用器３に送出する可変利得パワーアンプ５２（以下、ＰＡ５２と呼ぶ）と、を有して成る。
【００１３】
なお、本実施形態の高周波信号送受信装置は、上記した受信回路部４及び送信回路部５をいずれも差動形式とした構成である。このような構成とすることにより、送受信信号に重畳した内部ディジタルノイズ等を差動で打ち消すことができるので、送受信動作の精度向上を図ることが可能となる。
【００１４】
ただし、このような差動形式を採用すると、アンテナ１及びＢＰＦ２がアンバランス回路であるのに対して、受信回路部４及び送信回路部５はバランス回路となるため、両者間に不整合が生じる。従って、本実施形態のアンテナ共用器３には、送受信を切り換えるスイッチ機能だけでなく、バランス・アンバランスの整合を取るバルンとしての機能が必要となる。
【００１５】
上記したバルンは、インダクタンス値の大きいインダクタを備えねばならないので、半導体チップへの集積化が困難であったが、本実施形態の高周波信号送受信装置では、受信回路部４と送信回路部５との接続ノードを半導体チップ上に形成し、該接続ノードにボンディングワイヤを介して接続されたパッケージフレーム及び前記ボンディングワイヤによるインダクタ要素と、前記接続ノードと前記ボンディングワイヤとの間に形成される回路パターンによるキャパシタ要素と、を構成要素としてバルンを形成し、該バルンをアンテナ共用器３として用いている。このような構成とすることにより、外付け部品のバルンを設ける必要がなくなるので、高周波信号送受信装置の小型化を図ることができる。
【００１６】
なお、本実施形態の高周波信号送受信装置は、受信時に送信回路部５への給電を遮断してその動作を停止させ、送信時に受信回路部４への給電を遮断してその動作を停止させる構成である。このような構成とすることにより、高周波信号送受信装置の消費電力を低減することができる。また、ＬＮＡ４１としてカスコードアンプを採用した場合や、ＰＡ５２としてインダクタ及びダイオードを給電素子とするアンプを採用した場合には、アンテナ１と受信回路部４及び送信回路部５とのインピーダンス整合が容易になる。
【００１７】
続いて、本発明に係る高周波信号送受信装置の特徴部分である局部発振器６の内部構成及び動作について詳細な説明を行う。
【００１８】
図２は局部発振器６の一実施形態を示すブロック図である。本実施形態の局部発振器６は、固定周波数（本実施形態では１３ＭＨｚ）で発振する基準発振器６１（温度補償された水晶振動子等）と、制御電圧に応じて発振周波数が変化する電圧制御発振器６２（以下、ＶＣＯ［Voltage Controlled Oscillator］６２と呼ぶ）と、両発振器６１、６２の出力を比較して互いの位相が同期するように前記制御電圧を生成する位相固定回路６３（以下、ＰＬＬ［Phase-Locked-Loop］回路６３と呼ぶ）と、ＶＣＯ６２の出力を逓倍して所望周波数のローカル信号を得る逓倍器６４と、を有して成る。
【００１９】
上記のＰＬＬ回路６３は、基準発振器６１及びＶＣＯ６２の各出力を分周して所定周波数（本実施形態では５００ｋＨｚ）の分周信号を生成する分周器と、両分周信号の位相を比較して誤差信号を得る位相比較器と、該位相比較器の出力レベル（電流値）を変化させるチャージポンプと、該チャージポンプの出力信号を直流電圧に変換するローパスフィルタ（電流電圧変換器）と、を有して成り（いずれも図示せず）、前記ローパスフィルタで得られた直流電圧を前記制御電圧としてＶＣＯ６２に供給する構成である。なお、前記チャージポンプは、ＰＬＬ回路６３の高速ロックアップを目的に設けられており、本実施形態では、電流能力を１ｍＡ〜７ｍＡの範囲で変化させることができる。また、スペクトラム拡散通信を行う場合には、前記分周器の分周比を制御することで、ＶＣＯ６２の発振周波数を変化させることができる。
【００２０】
上記構成から成る局部発振器６で生成されたローカル信号は、受信回路部４を構成するＩＲＭ４２と、送信回路部５を構成するＩ／Ｑ直交変調器５１にそれぞれ供給される。
【００２１】
ＩＲＭ４２は、局部発振器６のローカル信号を０、π／２だけ移相した２信号を生成するπ／２移相器４２０と、ＬＮＡ４１の出力信号とπ／２移相器４２０の各出力信号を掛け合わせる乗算器４２１、４２２と、両乗算器４２１、４２２の出力信号をそれぞれ所定周波数帯域に制限するバンドパスフィルタ４２３、４２４（以下、ＢＰＦ４２３、４２４と呼ぶ）と、両ＢＰＦ４２３、４２４の出力信号をそれぞれπ／４だけ移相するπ／４移相器４２５、４２６と、両π／４移相器４２５、４２６の出力信号を足し合わせる加算器４２７と、を有して成る。
【００２２】
上記構成から成るＩＲＭ４２であれば、ＬＮＡ４１の出力信号と局部発振器６のローカル信号を混合して中間周波数信号（本実施形態では２ＭＨｚ）を生成するとともに該中間周波数信号からイメージ信号を除去することができる。なお、ＩＲＭ４２をダブルスーパヘテロダイン型の受信信号検知手段に代えてもよいが回路規模やコスト面を鑑みれば、本実施形態の構成を採用することが望ましい。
【００２３】
Ｉ／Ｑ直交変調器５１は、局部発振器６のローカル信号を０、π／２だけ移相した２信号を生成するπ／２移相器５１０と、内部回路（図示せず）から４相信号（Ｉ、反転Ｉ、Ｑ、反転Ｑ）が入力されるバッファアンプ５１１、５１２、５１３、５１４と、バッファアンプ５１１、５１２の出力信号とπ／２移相器５１０の一出力信号を掛け合わせる乗算器５１５と、バッファアンプ５１３、５１４の出力信号とπ／２移相器５１０の他出力信号を掛け合わせる乗算器５１６と、両乗算器５１５、５１６の出力信号を足し合わせる加算器５１７と、加算器５１７の出力信号を所定周波数帯域に制限するバンドパスフィルタ５１８（以下、ＢＰＦ５１８と呼ぶ）と、を有して成る。
【００２４】
上記構成から成るＩ／Ｑ直交変調器５１であれば、内部回路（図示せず）から入力されたＩ信号及びＱ信号に基づいて局部発振器６のローカル信号を直交変調することができる。なお、場合によっては、Ｉ／Ｑ直交変調器５１を電圧制御発振器を用いた直接変調手段に代えてもよいが、周波数ドリフトなどの諸特性を鑑みれば、本実施形態の構成を採用することが望ましい。
【００２５】
ここで、本実施形態の局部発振器６を構成する逓倍器６４は、入力信号の周波数を２逓倍して出力する構成であり、ＶＣＯ６２の発振周波数は、それに合わせて、ローカル信号として所望される周波数の１／２（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ応用機器の場合、２．４２／２＝１．２１ＧＨｚ）に設定されている。つまり、本実施形態の局部発振器６は、ＶＣＯ６２の発振周波数とローカル信号の周波数（すなわち送受信信号の搬送波周波数）を不一致とした構成であると言える。
【００２６】
このような構成とすることにより、アンテナ１で送受信される信号が外部端子等からＶＣＯ６２に回り込みにくくなるので、ＶＣＯ６２の異常発振等を低減することができ、安定したローカル信号の生成が可能となる。
【００２７】
なお、ＶＣＯ６２の発振周波数を１／３、１／４、…、１／ｎとし、逓倍器６４を３逓倍、４逓倍、…、ｎ逓倍としても同様の効果を得ることができるが、逓倍器６４としては２逓倍器が最も簡易な構成であるため、回路規模やコスト面を鑑みれば、本実施形態の構成を採用することが望ましい。
【００２８】
【発明の効果】
上記した通り、本発明に係る局部発振器は、固定周波数で発振する基準発振器と、制御信号に応じて発振周波数が変化する制御発振器と、両発振器の出力を比較して互いの位相が同期するように前記制御信号を生成する位相固定回路と、前記制御発振器の出力を逓倍して所望周波数のローカル信号を得る逓倍器と、を有して成る構成である。また、本発明に係る送信装置は、送信信号の搬送波となるローカル信号を生成する手段として、上記構成から成る局部発振器を用いた構成であり、本発明に係る受信装置は、受信信号の周波数変換処理に用いるローカル信号を生成する手段として、上記構成から成る局部発振器を用いた構成である。
【００２９】
このような構成とすることにより、アンテナで送受信される信号が外部端子等から制御発振器に回り込みにくくなるので、該制御発振器の異常発振等を低減することができ、安定したローカル信号の生成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る高周波信号送受信装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】  局部発振器６の一実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    アンテナ
２    バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
３    アンテナ共用器
４    受信回路部
５    送信回路部
６    局部発振器
４１    ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
４２    イメージリジェクションミキサ（ＩＲＭ）
４３    バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
４４    リミッタアンプ（ＬＩＡ）
４５    復調器
４６    スライサ
５１    Ｉ／Ｑ直交変調器
５２    可変利得パワーアンプ（ＰＡ）
６１    基準発振器
６２    電圧制御発振器（ＶＣＯ）
６３    位相固定回路（ＰＬＬ回路）
６４    逓倍器
４２０    π／２移相器
４２１、４２２    乗算器
４２３、４２４    バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
４２５、４２６    π／４移相器
４２７    混合器
５１０    π／２移相器
５１１、５１２、５１３、５１４    バッファアンプ
５１５、５１６    乗算器
５１７    混合器
５１８    バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
【図１】
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【図２】
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