JP2005244466A - 周波数変換回路、受信装置、および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路化が容易で、外付け部品の減少が図れる周波数変換回路の提供。
【解決手段】この発明は、差動対を構成するトランジスタＱ１，Ｑ２と、トランジスタＱ１に直列に接続され、差動対を構成するトランジスタＱ３，Ｑ４と、トランジスタＱ２に直列に接続され、差動対を構成するトランジスタＱ５，Ｑ６と、差動対を構成するトランジスタＱ７，Ｑ８とを備える。トランンジスタＱ７は、トランジスタＱ３，Ｑ５とそれぞれ直列に接続されその共通接続部を出力端子とし、トランンジスタＱ８は、トランジスタＱ４，Ｑ６とそれぞれ直列に接続されその共通接続部を出力端子とする。さらに、トランジスタＱ１，Ｑ２には周波数ｆ１からなる差動信号を入力し、トランジスタＱ３，Ｑ４とＱ５，Ｑ６には周波数ｆ２からなる差動信号をそれぞれ入力し、トランジスタＱ７，Ｑ８には周波数ｆ３からなる差動信号を入力するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信システムなどに適用され、周波数を変換する周波数変換回路に関するものである。
さらに、本発明は、その周波数変換回路を適用した受信装置および通信装置に関するものである。

従来、この種の周波数変換回路（ミキサ）としては、ギルバートセルからなる２重平衡変調器（Ｄｏｕｂｌｅ Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｍｉｘｅｒ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、この種の周波数変換回路を適用した携帯電話、無線ＬＡＮなどのような無線通信装置としては、例えば図６に示すように、アンテナ１と、アンテナ切り換え回路２と、受信装置３と、送信装置４とを備えたものが知られている。

この通信装置では、受信装置３を使用するときには、アンテナ切り換え回路２の切り換えによりアンテナ１が受信装置３と接続され、受信装置３がアンテナ１の受信信号を処理するようになっている。一方、送信装置４を使用するときには、アンテナ切り換え回路２の切り換えによりアンテナ１が送信装置４と接続され、送信装置４からの送信信号がアンテナ１に供給されるようになっている。

受信装置３は、高周波増幅回路３１と、バンド・パス・フィルタ３２と、周波数変換回路３３と、バンド・パス・フィルタ３４と、周波数変換回路３５と、復調器３６とを含んでいる。送信装置４は、変調器４１と、周波数逓倍回路４２と、バンド・パス・フィルタ４３と、周波数逓倍回路４４と、バンド・パス・フィルタ４５と、電力増幅回路４６とを含んでいる。
特開２０００−２２４４８号公報

しかし、特許文献１などに記載の従来のギルバートセルからなる周波数変換回路では、負荷としてインダクタンスを使用するので、集積回路化が困難であるという不具合があった。
また、図６に示すような従来の通信装置では、受信装置３に２つの周波数変換回路３３、３５が必要になる上に、これに応じて２つのバンド・パス・フィルタ３２、３４が必要になる。同様に、送信装置４では、２つの周波数逓倍回路４２、４４が必要になる上に、これに応じて２つのバンド・パス・フィルタ４３、４５が必要になる。このため、従来の通信装置では、高周波部分の集積回路化が困難であり、回路の小型化および低消費電力化を図ることができないという不具合があった。

そこで、本発明の第１の目的は、上記の点に鑑み、集積回路化が容易な上に、外付け部品の減少を図ることができる周波数変換回路を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、回路の小型化および低消費電力化を図ることができる受信装置および通信装置を提供することにある。

上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第１の発明は、差動対を構成する第１および第２トランジスタと、前記第１トランジスタに直列に接続され、差動対を構成する第３および第４トランジスタと、前記第２トランジスタに直列に接続され、差動対を構成する第５および第６トランジスタと、差動対を構成する第７および第８トランジスタと、を備え、前記第７トランンジスタは、前記第３および第５トランジスタとそれぞれ直列に接続され、その共通接続部を第１出力端子とするようにし、前記第８トランンジスタは、前記第４および第６トランジスタとそれぞれ直列に接続され、その共通接続部を第２出力端子とするようにし、かつ、前記第１および第２トランジスタには第１周波数からなる第１信号を入力し、前記第３および第４トランジスタには第２周波数からなる第２信号を入力し、前記第５および第６トランジスタには前記第２信号を入力し、前記第７および第８トランジスタには第３周波数からなる第３信号を入力するようにした。

第２の発明は、ソースを互いに共通に接続させ、差動対を構成する第１および第２ＭＯＳトランジスタと、ソースを互いに共通に接続させ、その共通接続部を前記第１ＭＯＳトランジスタのドレインに接続させた、差動対を構成する第３および第４ＭＯＳトランジスタと、ソースを互いに共通に接続させ、その共通接続部を前記第２ＭＯＳトランジスタのドレインに接続させた、差動対を構成する第５および第６ＭＯＳトランジスタと、差動対を構成する第７および第８ＭＯＳトランジスタと、を備え、前記第７ＭＯＳトランジスタは、そのドレインが前記第３および第５ＭＯＳトランジスタの各ドレインと接続され、その共通接続部を第１出力端子とするようにし、前記第８ＭＯＳトランンジスタは、そのドレインが前記第４および第６ＭＯＳトランジスタの各ドレインと接続され、その共通接続部を第２出力端子とするようにし、かつ、前記第１および第２ＭＯＳトランジスタには第１周波数からなる第１信号を入力するようにし、前記第３および第４ＭＯＳトランジスタには第２周波数からなる第２信号を入力するようにし、前記第５および第６ＭＯＳトランジスタには前記第２信号を入力するようにし、前記第７および第８ＭＯＳトランジスタには第３周波数からなる第３信号を入力するようにした。

第３の発明は、第２の発明において、前記第１から第８までの各ＭＯＳトランジスタの各ゲートに所定の各バイアス電圧をそれぞれ印加するようにし、かつ、前記第２ＭＯＳトランジスタ、前記第４ＭＯＳトランジスタ、前記第５ＭＯＳトランジスタ、および前記第８ＭＯＳトランジスタの各ゲートをそれぞれ交流的に接地するようにした。
第４の発明は、第２または第３の発明において、前記第１から第６までの各ＭＯＳトランジスタをＰ型から構成し、前記第７および第８ＭＯＳトランジスタをＮ型から構成するようにした。

第５の発明は、受信した信号の周波数を所望の周波数に変換する周波数変換回路を含む受信装置において、前記周波数変換回路が、第１乃至４の発明うちのいずれかの周波数変換回路からなる。
第６の発明は、受信した信号の周波数を所望の周波数に変換する周波数変換回路を含む受信装置と、変調波の周波数を所望の周波数に逓倍する周波数逓倍回路を含む送信装置とを含む通信装置において、前記周波数変換回路および前記周波数逓倍回路が、第１乃至４の発明うちのいずれかの周波数変換回路からなる。

以上のような構成からなる本発明の周波数変換回路によれば、集積回路化が容易な上に、外付け部品の減少を図ることができる。
また、本発明の受信装置および通信装置によれば、回路の小型化および低消費電力化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の周波数変換回路の第１実施形態の構成について、図１および図２を参照して説明する。
この周波数変換回路の第１実施形態は、図１に示すように、定電流源回路Ｉ１とＰ型のＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ６とからなる第１周波数変換部５と、Ｎ型のＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８からなる第２周波数変換部６とを含むものである。

第１周波数変換部５は、図２に示すように、周波数ｆ１からなる差動の入力信号Ｖｉ１，−Ｖｉ１と、局部発振器７からの周波数ｆ２からなる差動の入力信号Ｖｉ２，−Ｖｉ２とに基づき、周波数が（ｆ１±ｆ２）からなる出力信号を生成するようになっている。
第２周波数変換部６は、図２に示すように、第１周波数変換部５から出力される周波数が（ｆ１±ｆ２）からなる入力信号と、局部発振器８からの周波数ｆ３からなる差動の入力信号Ｖｉ３，−Ｖｉ３とに基づき、周波数が｛（ｆ１±ｆ２）±ｆ３｝からなる差動の出力信号Ｖｏ，−Ｖｏを生成するようになっている。

第１周波数変換部５は、信号入力端子５１、５２と、反転信号入力端子５３、５４と、定電流源回路Ｉ１と、差動対を構成するＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２と、ＭＯＳトランジスタＱ１に直列に接続されて差動対を構成するＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４と、ＭＯＳトランジスタＱ２に直列に接続されて差動対を構成するＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６とを備え、いわゆるギルバートセルからなる。

さらに詳述すると、差動対を構成するＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２は、その各ソースが共通に接続され、その共通接続部が定電流源回路Ｉ１を介して電源ＶＣＣに接続されるようになっている。ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２の各ゲートは、信号入力端子５１と反転信号入力端子５３とにそれぞれ接続され、周波数ｆ１からなる入力信号（入力電圧）Ｖｉ１とその反転入力信号（反転入力電圧）−Ｖｉ１とがそれぞれ入力されるようになっている。

差動対を構成するＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４は、その各ソースが共通に接続され、その共通接続部がＭＯＳトランジスタＱ１のドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４の各ゲートは、信号入力端子５２と反転信号入力端子５４とにそれぞれ接続され、周波数ｆ２からなる入力信号Ｖｉ２とその反転入力信号−Ｖｉ２とがそれぞれ入力されるようになっている。

また、差動対を構成するＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６は、その各ソースが共通に接続され、その共通接続部がＭＯＳトランジスタＱ２のドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６の各ゲートは、反転信号入力端子５４と信号入力端子５２とにそれぞれ接続され、上記の反転入力信号−Ｖｉ２とその入力信号Ｖｉ２とがそれぞれ入力されるようになっている。

さらに、ＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ５の各ドレインは、第２周波数変換部６を構成するＭＯＳトランジスタＱ７のドレインに接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＱ４，Ｑ６の各ドレインは、第２周波数変換部６を構成するＭＯＳトランジスタＱ８のドレインに接続されている。
第２周波数変換部６は、図１に示すように、信号入力端子６１と、反転信号入力端子６２と、差動対を構成するＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８と、信号出力端子６３と、反転信号出力端子６４とを備えている。

ここで、ＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８は、上記のような周波数変換機能に加えて、第１周波数変換部５の負荷としての機能を有している。
さらに詳述すると、差動対を構成するＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８は、その各ソースがそれぞれ接地されている。ＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８の各ゲートは、信号入力端子６１と反転信号入力端子６２とにそれぞれ接続され、周波数ｆ３からなる入力信号Ｖｉ３とその反転入力信号−Ｖｉ３とがそれぞれ入力されるようになっている。

また、ＭＯＳトランジスタＱ７のドレインは、ＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ５の各ドレインにそれぞれ接続され、その共通接続部が信号出力端子６３に接続されている。さらに、ＭＯＳトランジスタＱ８のドレインは、ＭＯＳトランジスタＱ４，Ｑ６の各ドレインにそれぞれ接続され、その共通接続部が反転信号出力端子６４に接続されている。そして、その信号出力端子６３および反転信号出力端子６４から出力信号Ｖｏと反転出力信号−Ｖｏとを取り出すようになっている。

次に、このような構成からなる本発明の周波数変換回路に係る第１実施形態の動作例について、図１および図２を参照して説明する。
いま、信号入力端子５１に周波数ｆ１からなる入力信号Ｖｉ１，反転入力信号端子５３にその入力信号Ｖｉ１を反転させた、つまり位相を１８０度ずらした反転入力信号を−Ｖｉ１を入力させるものとする。また、信号入力端子５２と反転入力端子５４とに、周波数ｆ２からなる入力信号Ｖｉ２とその反転入力信号−Ｖｉ２を入力させるものとする。さらに、信号入力端子６１と反転入力端子６２とに、周波数ｆ３からなる入力信号Ｖｉ３とその反転入力信号−Ｖｉ３を入力させるものとする。

この場合には、第１周波数変換部５では、周波数ｆ１からなる入力信号Ｖｉ１，−Ｖｉ１と、周波数ｆ２からなる入力信号Ｖｉ２，−Ｖｉ２とに基づき、これらの間で周波数変換が行われる。この結果、第１周波数変換部５では、周波数が（ｆ１±ｆ２）からなる信号を生成され、この信号がＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ５，Ｑ７の各ドレインの接続点と、ＭＯＳトランジスタＱ４，Ｑ６，Ｑ８の各ドレインの接続点とに出力される。

第２周波数変換部６では、第１周波数変換部５から出力された出力信号と、周波数ｆ３からなる入力信号Ｖｉ３，−Ｖｉ３とに基づき、これらの間で周波数変換が行われる。この結果、第２周波数変換部６では、周波数が｛（ｆ１±ｆ２）±ｆ３｝からなる信号が生成され、これが出力信号Ｖｏ，−Ｖｏとして信号出力端子６３および反転信号出力端子６４から出力される。

以上説明したように、本発明の周波数変換回路に係る第１実施形態によれば、ＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８が第１周波数変換部５の負荷として機能する上に、周波数変換機能を有するので、集積回路化が容易な上に、外付け部品の減少を図ることができる。
次に、本発明の周波数変換回路の第２実施形態の構成について、図３を参照して説明する。

この周波数変換回路の第２実施形態は、図３に示すように、図１に示す第１実施形態を基本とし、以下の点が異なるものである。
すなわち、この第２実施形態は、第１周波数変換部５のＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲート、および第２周波数変換部６のＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８の各ゲートに対して所定のバイアス電圧をそれぞれ印加するとともに、ＭＯＳトランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ８の各ゲートを交流的に接地するようにした点が、第１実施形態と異なるものである。

さらに、詳述すると、ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２の各ゲートには抵抗Ｒ１，Ｒ２を介し、ＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ６の各ゲートには抵抗Ｒ３介し、ＭＯＳトランジスタＱ４，Ｑ５の各ゲートには抵抗Ｒ４介して、バイアス電圧発生回路９からの各バイアス電圧が印加されるようになっている。また、ＭＯＳトランジスタＱ７のゲートは抵抗Ｒ６を介し、ＭＯＳトランジスタＱ８のゲートは抵抗Ｒ５を介して、バイアス電圧発生回路９からの各バイアス電圧が印加されるようになっている。

さらに、ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートがコンデンサ（キャパシタ）Ｃ１を介して接地され、ＭＯＳトランジスタＱ４、Ｑ５の各ゲートがコンデンサＣ２を介して接地され、ＭＯＳトランジスタＱ８のゲートがコンデンサＣ３を介して接地されている。
なお、この第２実施形態の他の部分の構成は、図１に示す第１実施形態と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付してその構成の説明は省略する。

次に、本発明の周波数変換回路の第３実施形態の構成について、図４を参照して説明する。
この周波数変換回路の第３実施形態は、図４に示すように、Ｎ型のＭＯＳトランジスタＱ１１〜Ｑ１６および定電流源回路Ｉ２からなる第１周波数変換部５Ａと、Ｐ型のＭＯＳトランジスタＱ１７，Ｑ１８からなる第２周波数変換部６Ａとを備え、図１に示す第１実施形態と同様の機能を持たせるようにしたものである。

すなわち、この第３実施形態は、図１に示すＰ型のＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ６をＮ型のＭＯＳトランジスタＱ１１〜Ｑ１６に置き換えるとともに、図１に示すＮ型のＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８をＰ型のＭＯＳトランジスタＱ１７，Ｑ１８に置き換えるようにしたものである。
このような構成からなる第３実施形態では、第１周波数変換部５Ａおよび第２周波数変換部６Ａの各動作は、第１実施形態の第１周波数変換部５および第２周波数変換部６の各動作と基本的に同様であるので、その説明は省略する。

なお、上記の周波数変換回路に係る各実施形態では、ＭＯＳトランジスタの組み合わせにより構成するようにしたが、それをＰＮＰトランジスタやＮＰＮトランジスタなどのバイポーラトランジスタの組み合わせにより構成するようにしても良い。
次に、本発明の受信装置および通信装置の実施形態の構成について、図５を参照して説明する。

この実施形態に係る通信装置は、図１および図２に示す周波数変換回路を適用したものであり、図５に示すように、アンテナ１と、アンテナ切り換え回路２と、受信装置７と、送信装置８とを備えている。
この通信装置では、受信装置７を使用するときには、アンテナ切り換え回路２の切り換えによりアンテナ１が受信装置７と接続され、受信装置７がアンテナ１の受信信号を処理するようになっている。一方、送信装置８を使用するときには、アンテナ切り換え回路２の切り換えによりアンテナ１が送信装置８と接続され、送信装置８からの送信信号がアンテナ１に供給されるようになっている。

受信装置７は、受信信号の増幅を行う高周波増幅回路７１と、高周波増幅回路７１の出力信号のうち所定帯域の信号を通過させるバンド・パス・フィルタ７２と、バンド・パス・フィルタ７２の出力信号と局部発振器（図示せず）の出力信号との間で所望の周波数変換を行う周波数変換回路７３と、周波数変換回路７３の出力信号から復調動作を行う復調器７４とを含んでいる。

送信装置８は、送信すべき信号を用いて搬送波を変調させる変調器８１と、変調器８１からの変調波の周波数を局部発振器（図示せず）の出力信号を用いて逓倍させる周波数逓倍回路８２と、周波数逓倍回路８２の出力のうち所定帯域の信号を通過させるバンド・パス・フィルタ８３と、バンド・パス・フィルタ８３の出力の電力増幅を行う電力増幅回路８４とを含んでいる。

ここで、周波数変換回路７３と周波数逓倍回路８２とは、図１および図２に示すような周波数変換回路からなる。
以上説明したように、本発明の通信装置に係る実施形態によれば、周波数変換回路７３や周波数逓倍回路８２を集積回路化できるので、回路の小型化および低消費電力化を図ることができる。

なお、上記の通信装置に係る実施形態では、周波数変換回路７３と周波数逓倍回路８２とを、図１および図２に示すような周波数変換回路で構成するようにしたが、これを図３または図４に示すような周波数変換回路にそれぞれ置き換えるようにしても良い。

本発明の周波数変換回路の第１実施形態の構成を示す回路図である。 その第１実施形態の機能を説明するための説明図である。 本発明の周波数変換回路の第２実施形態の構成を示す回路図である。 本発明の周波数変換回路の第３実施形態の構成を示す回路図である。 本発明の通信装置の実施形態の構成を示すブロック図である。 従来の通信装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

５、５Ａ・・・第１周波数変換部、６、６Ａ・・・第２周波数変換部、７・・・受信装置、８・・・送信装置、７３・・・周波数変換回路、８２・・・周波数逓倍回路、Ｑ１〜Ｑ６・・・Ｐ型のＭＯＳトランジスタ、Ｑ７，Ｑ８・・・Ｎ型のＭＯＳトランジスタ。

Claims (6)

1. 差動対を構成する第１および第２トランジスタと、
   前記第１トランジスタに直列に接続され、差動対を構成する第３および第４トランジスタと、
   前記第２トランジスタに直列に接続され、差動対を構成する第５および第６トランジスタと、
   差動対を構成する第７および第８トランジスタと、を備え、
   前記第７トランンジスタは、前記第３および第５トランジスタとそれぞれ直列に接続され、その共通接続部を第１出力端子とするようにし、前記第８トランンジスタは、前記第４および第６トランジスタとそれぞれ直列に接続され、その共通接続部を第２出力端子とするようにし、
   かつ、前記第１および第２トランジスタには第１周波数からなる第１信号を入力し、前記第３および第４トランジスタには第２周波数からなる第２信号を入力し、前記第５および第６トランジスタには前記第２信号を入力し、前記第７および第８トランジスタには第３周波数からなる第３信号を入力するようにしたことを特徴とする周波数変換回路。
2. ソースを互いに共通に接続させ、差動対を構成する第１および第２ＭＯＳトランジスタと、
   ソースを互いに共通に接続させ、その共通接続部を前記第１ＭＯＳトランジスタのドレインに接続させた、差動対を構成する第３および第４ＭＯＳトランジスタと、
   ソースを互いに共通に接続させ、その共通接続部を前記第２ＭＯＳトランジスタのドレインに接続させた、差動対を構成する第５および第６ＭＯＳトランジスタと、
   差動対を構成する第７および第８ＭＯＳトランジスタと、を備え、
   前記第７ＭＯＳトランジスタは、そのドレインが前記第３および第５ＭＯＳトランジスタの各ドレインと接続され、その共通接続部を第１出力端子とするようにし、
   前記第８ＭＯＳトランンジスタは、そのドレインが前記第４および第６ＭＯＳトランジスタの各ドレインと接続され、その共通接続部を第２出力端子とするようにし、
   かつ、前記第１および第２ＭＯＳトランジスタには第１周波数からなる第１信号を入力するようにし、前記第３および第４ＭＯＳトランジスタには第２周波数からなる第２信号を入力するようにし、前記第５および第６ＭＯＳトランジスタには前記第２信号を入力するようにし、前記第７および第８ＭＯＳトランジスタには第３周波数からなる第３信号を入力するようにしたことを特徴とする周波数変換回路。
3. 前記第１から第８までの各ＭＯＳトランジスタの各ゲートに所定の各バイアス電圧をそれぞれ印加するようにし、
   かつ、前記第２ＭＯＳトランジスタ、前記第４ＭＯＳトランジスタ、前記第５ＭＯＳトランジスタ、および前記第８ＭＯＳトランジスタの各ゲートをそれぞれ交流的に接地するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の周波数変換回路。
4. 前記第１から第６までの各ＭＯＳトランジスタをＰ型から構成し、前記第７および第８ＭＯＳトランジスタをＮ型から構成するようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の周波数変換回路。
5. 受信した信号の周波数を所望の周波数に変換する周波数変換回路を含む受信装置において、
   前記周波数変換回路が、請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の周波数変換回路であることを特徴とする受信装置。
6. 受信した信号の周波数を所望の周波数に変換する周波数変換回路を含む受信装置と、変調波の周波数を所望の周波数に逓倍する周波数逓倍回路を含む送信装置とを含む通信装置において、
   前記周波数変換回路および前記周波数逓倍回路が、請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の周波数変換回路であることを特徴とする通信装置。

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