JP2011223514A - ローカル周波数信号切替回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のバンドグループの周波数を周波数ホッピングする無線通信システムにおいて、低消費電力なローカル周波数切替回路を提供する。
【解決手段】それぞれ異なる周波数のローカル周波数信号がゲートに接続されソースが電流源に接続された複数の入力トランジスタと、複数の入力トランジスタに対して共通に設けられた出力端子と、出力端子に接続された負荷回路と、を備え、複数の入力トランジスタのドレインと出力端子は、それぞれ、周波数バンドグループを選択する第1のスイッチトランジスタと、選択された前記バンドグループの中で周波数ホッピングをする周波数を選択する第2のスイッチトランジスタと、を介して接続され、複数の入力トランジスタにそれぞれ入力されたローカル周波数信号のうち、第1及び第2のスイッチトランジスタにより選択されたローカル周波数信号を出力端子から出力するように構成されている。
【選択図】図1
【解決手段】それぞれ異なる周波数のローカル周波数信号がゲートに接続されソースが電流源に接続された複数の入力トランジスタと、複数の入力トランジスタに対して共通に設けられた出力端子と、出力端子に接続された負荷回路と、を備え、複数の入力トランジスタのドレインと出力端子は、それぞれ、周波数バンドグループを選択する第1のスイッチトランジスタと、選択された前記バンドグループの中で周波数ホッピングをする周波数を選択する第2のスイッチトランジスタと、を介して接続され、複数の入力トランジスタにそれぞれ入力されたローカル周波数信号のうち、第1及び第2のスイッチトランジスタにより選択されたローカル周波数信号を出力端子から出力するように構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、ローカル周波数信号切替回路に関する。特に、複数のバンドグループの周波数を周波数ホッピングして用いるウルトラワイドバンド無線通信システムにおけるローカル周波数信号切替回路に関する。さらに、ローカル周波数信号切替回路を用いた送信回路、受信回路、送受信回路、及びウルトラワイドバンド無線送受信システムに関する。
WUSB(Wireless USB)など極めて広い周波数帯域の信号を用いて主に近距離を高速に通信するUWB(Ultra Wide Band)無線通信システムが注目を浴びている。このUWBシステムでは、使用周波数範囲が3.1GHz〜10GHzとなっていて、6つのバンドグループに分かれている。1つのバンドグループ内は3つのバンドに分かれていて(バンドグループ5のみ2つのバンド)、3つのバンドを周波数ホッピングさせて通信するシステムである。
6つのバンドグループが使用する周波数範囲は以下の通りである。
(1)バンドグループ1:3.432GHz(バンド1)、3.96GHz(バンド2)
4.488GHz(バンド3)
(2)バンドグループ2:5.016GHz(バンド1)、5.544GHz(バンド2)6.072GHz(バンド3)
(3)バンドグループ3:6.600GHz(バンド1)、7.128GHz(バンド2)7.656GHz(バンド3)
(4)バンドグループ4:8.184GHz(バンド1)、8.712GHz(バンド2)9.240GHz(バンド3)
(5)バンドグループ5:9.768GHz(バンド1)、10.296GHz(バンド2)
(6)バンドグループ6:7.656GHz(バンド1)、8.184GHz(バンド2)8.712GHz(バンド3)
(1)バンドグループ1:3.432GHz(バンド1)、3.96GHz(バンド2)
4.488GHz(バンド3)
(2)バンドグループ2:5.016GHz(バンド1)、5.544GHz(バンド2)6.072GHz(バンド3)
(3)バンドグループ3:6.600GHz(バンド1)、7.128GHz(バンド2)7.656GHz(バンド3)
(4)バンドグループ4:8.184GHz(バンド1)、8.712GHz(バンド2)9.240GHz(バンド3)
(5)バンドグループ5:9.768GHz(バンド1)、10.296GHz(バンド2)
(6)バンドグループ6:7.656GHz(バンド1)、8.184GHz(バンド2)8.712GHz(バンド3)
特許文献1には、バンドグループ内の3つのバンドを周波数ホッピングさせて通信する超広帯域CMOSトランシーバが記載されている。図4は、特許文献1に記載されている
ウルトラワイドバンド通信システムにおける従来の送受信回路のブロック図である。
ウルトラワイドバンド通信システムにおける従来の送受信回路のブロック図である。
図4を用いて、特許文献1に記載の従来の送受信回路の構成について説明する。アンテナ111が、低雑音増幅器(LNA)113の入力に結合して設けられる。LNA113はまた、利得切換え信号及びバンド選択信号を受信する。LNAは出力として3つの信号を生成し、その各々が3つのミキサー(復調回路)115a〜cのうちの対応する1つに結合している。これらミキサーに出力されたLNA出力信号はLNA出力信号のろ過を行うインダクタ117a〜cとして示される切換え型共振回路網(switched resonant network)に結合される。
3つのミキサー115a〜cに対して3つの異なった周波数のミキシング信号がPLL19a〜cにより与えられる。3つのPLL119a〜cは、それぞれ単一の周波数のミキシング信号を提供する。3つのPLLのうち第1のPLLは、3.432GHz近傍のミキシング信号を提供し、第2のPLLは3.960GHz近傍のミキシング信号を提供し、第3のPLLは4.488GHz近傍のミキシング信号を提供する。これらのPLLは、ミキシング信号中の雑音を削除すべく、好ましくは固定計数PLLであり、好ましくはリング発振器を備えている。PLLの各々には固定周波数近傍の水晶または信号発生器(図示せず)により生成させる固定周波数の基準信号が与えられ、固定周波数の倍数であるミキシング信号が出力信号として生成される。
PLL119a〜cが生成するミキシング信号は、それぞれバンド選択信号によりゲートの動作が制御されるゲート121a〜cによりゲートされる。選択されたバンドに対するミキシング信号は、その対応するゲートを通過して対応するミサキー115a〜cに到達することができる。一方、選択されなかったバンドに対するミキシング信号は、対応するゲートによって遮断される。従って、選択されたバンドに対するミキシング信号は、その対応するミキサーに到達することができ、結果として、そのミキサーに対する入力信号をベースバンドへダウンコンバートする。
ミキサー115a〜cの出力は、可変利得アナログ加算器123に印加される。可変利得アナログ加算器は、ダウンコンバートされた信号であるミキサー出力を加算し、該可変利得アナログ加算器の出力はフィルタ124によって受信される。フィルタ124は例えば4次サレンキーフィルタである。このフィルタの出力は、プログラマブル利得段125により受信され、この段125の出力はさらに、1次RCフィルタであるフィルタ126によってろ過される。
送信チェーンについては、伝送のための信号が、図4に例示される4次SKフィルタであるフィルタ127によって受信される。フィルタの出力がさらにミキサー(変調回路)129に入力する。ミキサー129は、アナログ加算器131からミキシング信号を受信する。3つのPLL119a〜cの出力信号は、ゲート113a〜cを介してアナログ加算器113により加算される。ゲート113a〜cの動作もまた、バンド選択信号により制御され、任意の時点でPLL119a〜cのうち1つのPLLの出力信号のみがその対応するゲートを通過できる。従って、ミキサーは、バンド選択信号により選択される通り、3.432GHz、3.960GHz、または、4.488GHz近傍の信号をミキシング信号として受信する。このミキサーの出力は、出力段135に送出される。出力段135は、例えば、アンテナからの送信のために適宜信号を増幅する。なお、ゲート133a〜c、及びアナログ加算回路131が送信用のローカル周波数切替回路201を構成し、ゲート133a〜cとアナログ加算器131はそれぞれ別々な回路として設けられている。
以下の分析は本発明により与えられる。上述した6つのバンドグルーブ(1)〜(6)の中で、(1)のバンドグループ1は、周波数が最も低い為に比較的搭載しやすいが、(2)〜(6)の5GHz以上のバンドグループは動作周波数が高周波且つ広帯域である為に、周波数特性の確保とアイソレーションの確保が難しい。然し、近年、競争力アップの為には複数のバンドグループを追加する必要性が高まってきた。
図4の201に示すような従来のローカル周波数切替回路は、最も周波数の低いグループバンドに属するバンドの間で周波数ホッピングする切替機能しか備えていない。複数のバンドグループ間で周波数を切り替えるように切替回路を拡張しようとすると、バンドグループ間で高いアイソレーションを確保するため、バンドグループ間の切替用ゲートをバンドグループ内の周波数ホッピング用のゲートの前段または後段に追加する必要が生じる(図5参照。詳しい説明は後述)。また、ローカル周波数切替回路は、5GHz以上の高周波を周波数特性を劣化させることなく、高いアイソレーションで切り替える必要がある。さらに、ローカル周波数切替回路は、低消費電力であることが望まれる。
本発明の第1の側面によるローカル周波数切替回路は、それぞれ異なる周波数のローカル周波数信号がゲートに接続されソースが電流源に接続された複数の入力トランジスタと、前記複数の入力トランジスタに対して共通に設けられた出力端子と、前記出力端子に接続された負荷回路と、を備え、前記複数の入力トランジスタのドレインと前記出力端子は、それぞれ、周波数バンドグループを選択する第1のスイッチトランジスタと、選択された前記バンドグループの中で周波数ホッピングをする周波数を選択する第2のスイッチトランジスタと、を介して接続され、前記複数の入力トランジスタにそれぞれ入力されたローカル周波数信号のうち、前記第1及び第2のスイッチトランジスタにより選択されたローカル周波数信号を前記出力端子から出力するように構成されている。
本発明の第2の側面による送信回路は、前記第1の側面によるローカル周波数切替回路と、前記ローカル周波数信号切替回路が出力するローカル周波数信号により送信信号を変調する変調器と、を備える。
本発明の第3の側面による受信回路は、前記第1の側面によるローカル周波数切替回路と、前記ローカル周波数信号切替回路が出力するローカル周波数信号と受信信号をミキシングする復調器と、を備える。
本発明の第4の側面による送受信回路は、受信用ローカル周波数信号切替回路と、前記受信用ローカル周波数信号切替回路が出力するローカル周波数信号と受信信号をミキシングする復調器と、送信用ローカル周波数信号切替回路と、前記送信用ローカル周波数信号切替回路が出力するローカル周波数信号により送信信号を変調する変調器と、それぞれ前記受信用ローカル周波数信号切替回路と前記送信用ローカル周波数切替回路とに接続され異なる周波数のローカル周波数信号を前記受信用ローカル周波数信号切替回路及び前記送信用ローカル周波数切替回路に供給する複数の位相同期回路と、を備え、前記受信用ローカル周波数信号切替回路及び前記送信用ローカル周波数信号切替回路がそれぞれ前記第1の側面によるローカル周波数切替回路である。
本発明の第5の側面によるウルトラワイドバンド無線送受信システムは、前記第4の側面による送受信回路をそれぞれ有する複数のウルトラワイドバンド無線送受信装置を備え、前記複数の送受信装置間でデータの送受信を行う。
本発明によれば、バンドグループの内外を問わず、周波数特性を劣化させることなく、高いアイソレーションでローカル周波数を切り替えることができる。また、ローカル周波数切替回路の中で一つの電流源にしか電流が流れないので消費電力を小さくすることができる。
本発明の概要を述べると以下のとおりである。本発明によるローカル周波数切替回路は、それぞれ異なる周波数のローカル周波数信号がゲートに接続された複数の入力トランジスタと、複数の入力トランジスタに対して共通に設けられた出力端子及び負荷回路とは、第1、第2のスイッチトランジスタを介して接続されている。そして、複数の入力トランジスタのうち、第1のスイッチトランジスタで選択された周波数バンドグループが選択され、かつ、第2のスイッチトランジスタでバンドクルーブ内のバンドが選択されたローカル周波数がゲートに接続された入力トランジスタのみが第1、第2のスイッチトラジスタを介して出力端子及び負荷回路に接続される。したがって、入力トランジスタと出力端子、負荷回路との間で電流が流れるのは、その選択されたバンドのローカル周波数がゲートに接続された入力トランジスタのみである。したがって、ローカル周波数切替回路の低消費電力化を図ることができる。図1のMN20、MN22は入力トランジスタの一例であり、MN40、MN42は第1のスイッチトランジスタの一例であり、MN30、MN32は第2のスイッチトランジスタの一例であり、OUTは出力端子の一例であり、2は負荷回路の一例である。また、そのローカル周波数切替回路に、バンドグループ及びグループ内のバンドの選択と、グループ間、バンド間のアイソレーション、ローカル周波数の増幅機能が含まれている。したがって、たとえ、ローカル周波数が5GHzを超える高周波信号であっても、周波数特性を劣化させることなく、高いアイソレーションでローカル周波数を切り替えることができる。
また、上記ローカル周波数切替回路を受信回路、送信回路、送受信回路に用いれば、消費電力を低く抑えて全体の性能を上げることができる。さらに、上記送受信回路を備えるウルトラワイドバンド無線送受信装置を複数用いれば、その複数のワルトラワイドバンド無線送受信装置間でデータの送受信を行うウルトラワイドバンド無線送受信システム全体の性能向上を図ることができる。
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照して詳しく説明する。
図2は、実施例1のローカル周波数信号切替回路周辺の接続を示すブロック図である。図2において、ローカル周波数信号切替回路1は、上記(1)、(6)で説明したバンドグループ1の3バンド(3.432GHz、3.96GHz、4.488GHz)、バンドグループ6の3バンド(7.656GHz、8.184GHz、8.712GHz)の6通りのローカル周波数の中から一つのローカル周波数を選択してローカル周波数出力信号OUTとして出力するローカル周波数切替回路である。図2において、PLL21〜26は、上記6通りのそれぞれ異なる周波数のローカル周波数信号を出力するPLL回路(位相同期回路)である。各PLL21〜26は、電圧制御発振器を備え、電圧制御発振器の出力信号に基づいてローカル周波数信号が生成される。各PLLの電圧制御発振器の発振周波数は、一定の周波数で発振する水晶発振器等の発振器や外部から与えられる基準クロック信号に同期して、ローカル周波数信号の周波数が所望の周波数信号となるように、電圧制御発振器の発振周波数が制御される。
各PLL21〜26は、以下に示すようにローカル周波数信号として非反転信号と、反転信号をローカル周波数信号切替回路1に出力する。PLL21は、バンドグループ1のバンド1のローカル周波数信号(3.432GHz)として非反転信号と反転信号をそれぞれローカル周波数信号切替回路1のBG1BAND1端子とBG1BAND1B端子とに接続する。同様に、PLL22は、バンドグループ1のバンド2のローカル周波数信号(3.96GHz)として非反転信号と反転信号をそれぞれローカル周波数信号切替回路1のBG1BAND2端子とBG1BAND2B端子とに接続する。PLL23は、バンドグループ1のバンド3のローカル周波数信号(4.488GHz)として非反転信号と反転信号をそれぞれローカル周波数信号切替回路1のBG1BAND3端子とBG1BAND3B端子とに接続する。PLL24は、バンドグループ6のバンド1のローカル周波数信号(7.656GHz)として非反転信号と反転信号をそれぞれローカル周波数信号切替回路1のBG6BAND1端子とBG6BAND1B端子とに接続する。PLL25は、バンドグループ6のバンド2のローカル周波数信号(8.184GHz)として非反転信号と反転信号をそれぞれローカル周波数信号切替回路1のBG6BAND2端子とBG6BAND2B端子とに接続する。PLL26は、バンドグループ6のバンド3のローカル周波数信号(8.712GHz)として非反転信号と反転信号をそれぞれローカル周波数信号切替回路1のBG6BAND3端子とBG6BAND3B端子とに接続する。
また、ローカル周波数信号切替回路1には、上記6つのローカル周波数信号から一つのローカル周波数信号を選択する選択信号入力端子として、バンドグループ選択信号入力端子BG1CNT、BG6CNTと、バンド選択信号入力端子BAND1CNT、BAND2CNT、BAND3CNTが設けられている。BG1CNTとBG6CNTは、それぞれバンドクループ1と6が選択されるときにハイレベルが入力され当該バンドグループが選択されないときは、ロウレベルが入力される端子である。また、BAND1CNT、BAND2CNT、BAND3CNTは、それぞれバンド1、2、3が選択されるときにバンドグループの選択のいかんにかかわらずハイレベルが入力され、当該バンドが選択されないときは、ロウレベルが入力される端子である。
次に、ローカル周波数信号切替回路1の内部の構成について、図1のブロック図を用いて説明する。図1において、バンド1選択回路部Aについては、内部の構成を図示しているが、バンド2選択回路部B、バンド3選択回路部Cについては、内部の回路の構成の図示を省略している。バンド2選択回路部B、バンド3選択回路部Cの内部構成は、入力端子の接続がバンド1選択回路部Aと異なるだけであって、内部の回路構成は、バンド1選択回路部Aと同一である。バンド1選択回路部Aに接続されるBAND1CNT端子が、部分B、Cでは、それぞれ、BAND2CNT、BAND3CNT端子に置き換わり、バンド1選択回路部Aに接続されるローカル周波数信号入力端子BG1BAND1、BG1BAND1B、BG6BAND1、BG6BAND1Bが、バンド2選択回路部Bでは、BG1BAND2、BG1BAND2B、BG6BAND2、BG6BAND2Bに、バンド3選択回路部Cでは、BG1BAND3、BG1BAND3B、BG6BAND3、BG6BAND3Bに置き換わる。
ローカル周波数信号切替回路1は、バンドグループ1でバンド1の非反転ローカル周波数信号を入力するBG1BAND1端子がゲートに接続された第1の入力トランジスタMN20と、バンドグループ1でバンド1の反転ローカル周波数信号を入力するBG1BAND1B端子がゲートに接続された第2の入力トランジスタMN21と、を備える。ここで、MN20、MN21はNMOSトランジスタである。なお、図1に記載されているトランジスタは、MP80〜MP83を除いてすべてNMOSトランジスタである。入力トランジスタMN20とMN21は、共にソースが電流源トランジスタMN10のドレインに共通に接続され、第1の入力トランジスタMN20と第2の入力トランジスタMN21は、差動対を構成している。電流源トランジスタMN10のゲートは、電流制御信号入力端子CC1に接続され、図示しないカレントミラー回路によって電流制御信号入力端子CC1に与えられるバイアス電圧によりMN20、MN21により構成される差動対に一定の電源電流を供給する電流源として機能する。なお、電流源トランジスタMN10のソースはグランド電位GNDに接地される。
第1及び第2の入力トランジスタMN20とMN21のドレインは、それぞれ、第2のスイッチトランジスタMN30、MN31のソースに接続される。第2のスイッチトランジスタMN30、MN31のゲートは、バンド1選択信号入力端子BAND1CNTに接続される。第2のスイッチトランジスタMN30、MN31のドレインはそれぞれ、第1のスイッチトランジスタMN40とMN41のソースに接続されている。MN40とMN41のゲートは、バンドグループ1選択信号入力端子BG1CNTに接続されている。第1のスイッチトランジスタMN40、MN41のドレインは、それぞれ、非反転ローカル信号出力端子OUT、反転ローカル信号出力端子OUTBに接続される。
また、第1のスイッチトランジスタMN40のドレインは、並列に接続されたスパイラルインダクタL0とL1の一端に接続されている。スパイラルインダクタL0の他端は、インダクタ選択トランジスタMP80のドレインに接続される。インダクタ選択トランジスタMP80はPMOSトランジスタであり、そのソースは、電源VDDに接続される。同様にスパイラルインダクタL1の他端は、インダクタ選択トランジスタMP81のドレインに接続される。インダクタ選択トランジスタMP81はPMOSトランジスタであり、そのソースは、電源VDDに接続される。
また、第1のスイッチトランジスタMN41のドレインは、並列に接続されたスパイラルインダクタL2とL3の一端に接続されている。スパイラルインダクタL2の他端は、インダクタ選択トランジスタMP82のドレインに接続される。インダクタ選択トランジスタMP82はPMOSトランジスタであり、そのソースは、電源VDDに接続される。同様にスパイラルインダクタL3の他端は、インダクタ選択トランジスタMP83のドレインに接続される。インダクタ選択トランジスタMP83はPMOSトランジスタであり、そのソースは、電源VDDに接続される。
これらのスパイラルインダクタL0〜L3とインダクタ選択トランジスタMP80〜MP83は、ローカル周波数信号切替回路1全体の負荷回路2となる回路である。並列に設けられたスパイラルインダクタL0〜L3と、インダクタと電源との間に接続されたインダクタ選択トランジスタと、によって、電源VDDと出力端子OUT、OUTBとの間に接続されるインダクタを切り替え、周波数特性の選択をすることができる。すなわち、バンドグループ選択信号入力端子BG1CNT、BG6CNTから入力されるバンドグループ選択信号により選択されるスパイラルインダクタL0〜L3のインダクタンスをそれぞれのバンドグループの周波数帯域に合致したインダクタンス値を選択することができる。
なお、バンドグループ1選択信号入力端子BG1CNTから入力されるバンドグループ1選択信号は、インバータ3で論理反転されてインダクタ選択トランジスタMP80、MP83のゲートに接続される。同様に、バンドグループ6選択信号入力端子BG6CNTから入力されるバンドグループ6選択信号は、インバータ4で論理反転されてインダクタ選択トランジスタMP81、MP82のゲートに接続される。バンドグループ選択信号入力端子BG1CNT、BG6CNTはバンドグループが選択されたときにハイレベルとなるアクティブハイの信号なので、バンドグループ1が選択されたとき、インバータ3の出力端子がロウレベルとなり、L0とMP80を介して出力端子OUTが電源VDDに接続され、L3とMO83を介して出力端子OUTBが電源VDDに接続される。また、バンドグループ6が選択されたとき、インバータ4の出力端子がロウレベルとなり、L1とMP81を介して出力端子OUTが電源VDDに接続され、L2とMP82を介して出力端子OUTBが電源VDDに接続される。
図1に図示するように第1のスイッチトランジスタMN40、MN41のソースは、バンド1選択回路部Aの内部において、第2のスイッチトランジスタMN30、MN31を介して第1、第2の入力トランジスタMN20、MN21のドレインに接続されている。これと同様に、第1のスイッチトランジスタMN40、MN41のソースは、バンド2選択回路部BのB1、B2端子、バンド3選択回路部CのC1、C2端子に接続され、それぞれ、バンド2選択回路部Bとバンド3選択回路部Cの内部において、図示しない第2のスイッチトランジスタを介して図示しない第1、第2の入力トランジスタのドレインと接続されている。
また、ローカル周波数信号出力端子OUT、OUTBは、ゲートがバンドグループ1選択信号入力端子BG1CNTに接続された第1のスイッチトランジスタMN40、MN41のドレインと並列に、ゲートがバンドグループ6選択信号入力端子BG6CNTに接続されたスイッチトランジスタMN42、MN43のドレインにも接続されている。スイッチトランジスタMN42、MN43のソース側には、スイッチトランジスタMN40、MN41と同様に電流源トランジスタMN11により構成される電流源と、入力トランジスタMN22とMN23とにより構成される差動対と、MN32、MN33により構成されるバンド1を選択するスイッチトランジスタが接続されている。さらに、バンド2選択回路部Bの図示しない電流源、差動対、バンド2を選択する第2のスイッチトランジスタと、バンド3選択回路部Cの図示しない電流源、差動対、バンド3を選択する第2のスイッチトランジスタと、に接続される。
上記構成において、差動対を構成する第1、第2の入力トランジスタ(MN20、MN21等)は、ローカル周波数を増幅し、電流源(MN10、MN11等)は差動対に電流を供給する。第2のスイッチトランジスタ(MN30、MN31、MN32、MN33等)は、バンドグループにかかわらず、バンド1〜3のいずれかのバンドを選択する。第1のスイッチトランジスタ(MN40、MN41、MN42、MN43)はバンドグループ1またはバンドグループ6のいずれかを選択する。したがって、内部の図示を省略しているバンド2選択回路部B、バンド3選択回路部Cに設けられた差動対も含めて6つの差動対に入力されるそれぞれ周波数の異なるローカル周波数信号のうち、第1のスイッチトランジスタ(MN40、MN41、MN42、MN43)によりバンググループが選択され、第2のスイッチトランジスタ(MN30、MN31、MN32、MN33等)によりバンドが選択されたローカル周波数の差動対のみが出力端子OUT、OUTB及び負荷回路2に接続されることになる。選択されない差動対は、差動対と出力端子OUT、OUTB及び負荷回路2との間に設けられた第1のスイッチトランジスタまたは第2のスイッチトランジスタのいずれかが、オフするため、電源VDDとグランドGNDとの間に原則として電流が流れることはない。詳しくは後述する。
次に、図1のローカル周波数信号切替回路1の動作について、図3の動作波形図を用いて説明する。図3の横軸は時間を示し、縦軸は電圧値を示す。図3には、バンドグループ1と6を切り替えたときのバンド1の周波数ホッピング波形を示す。図3において、「BG1BAND1」は、PLLから入力するバンドグループ1バンド1の3.432GHzのローカル周波数信号を示す。同様に、「BG6BAND1」は、PLLから入力するバンドグループ6バンド1の7.656GHzのローカル周波数信号を示す。「BAND1CNT」は、バンド1選択信号入力端子から入力される波形である。「BAND1CNT」がハイレベルのとき、バンド1が選択され、「BAND1CNT」がロウレベルのとき、バンド1は選択されない。また、「BG1CNT」は、バンドグループ1選択信号入力端子から入力される波形である。「BG1CNT」がハイレベルのとき、バンドグループ1が選択され、「BG1CNT」がロウレベルのとき、バンドグループ1は選択されない。同様に、「BG6CNT」は、バンドグループ6選択信号入力端子から入力される波形であり、「BG6CNT」がハイレベルのとき、バンドグループ6が選択され、「BG6CNT」がロウレベルのとき、バンドグループ6は選択されない。選択されないバンド、バンドクループのローカル周波数信号はスイッチトランジスタにより遮断され、選択されたバンド、バンドクループのローカル周波数信号はスイッチトランジスタが導通する。
したがって、「BAND1CNT」及び「BG1CNT」が共にハイレベルとなると、出力端子OUTからバンドグループ1バンド1のローカル周波数信号が増幅されて出力する。このとき、他のローカル周波数は、第1のスイッチトラジスタ及び第2のスイッチトランジスタのうち、少なくとも一方がオフするので、アイソレーションされる。また、「BAND1CNT」及び「BG6CNT」が共にハイレベルとなると、出力端子OUTからバンドグループ6バンド1のローカル周波数信号が増幅されて出力する。このとき、他のローカル周波数は、第1のスイッチトラジスタ及び第2のスイッチトランジスタのうち、少なくとも一方がオフするので、アイソレーションされる。このようにして、ローカル周波数信号切替回路に入力されるそれぞれ異なる周波数のローカル周波数信号のうち、選択された周波数のローカル信号が増幅されて出力し、他の周波数はアイソレーションされる。したがって、異なるバンドグループのバンドについても周波数ホッピングを行うことができる。
さらに、より詳しい動作について説明をする。始めに、バンドグループ1が選択され、バンドグループ1選択信号入力端子BG1CNTからハイレベルが入力されると共に、バンド1が選択されバンド1選択信号入力端子BAND1CNTからハイレベルが入力される場合を考える。この場合、BG1BAND1端子、BG1BAND1B端子から入力されるバンドグループ1バンド1のローカル周波数信号が選択されて出力端子OUTと出力端子OUTBから出力される。トランジスタMN20、MN21のゲートに入力されたバンドグループ1バンド1の電圧信号は、トランジスタMN20、MN21で電流信号に変換され、トランジスタMN20、MN21のドレインに出力される。トランジスタMN20、MN21のドレインから出力された電流信号は、カスコードに接続されたトランジスタMN30、MN31のソースに入力される。トランジスタMN30、MN31のゲートに入力されているバンド1選択信号がハイレベルである場合を考えると、トランジスタMN30、MN31はゲート接地回路として動作し電流導通状態となり、入力された電流信号の利得が1の信号としてトランジスタMN30、MN31のドレインに出力される。トランジスタMN40、MN41もトランジスタMN30、31と同様の動作であり、ゲートに入力されているバンドグループ1選択信号がハイレベルであるとトランジスタMN40、41のドレインに電流信号が出力される。トランジスタMN40、MN41のドレインに出力された電流信号は、スパイラルインダクタL0、L3で電圧信号に変換されるので、トランジスタMN20、MN21のゲートに接続されたバンドグループ1バンド1のローカル周波数信号が電圧信号に変換されて出力端子OUT、OUTBに出力される。
バンドグループ1選択信号入力端子BG1CNTから入力されたバンドグループ1選択信号がハイレベルになる事により、トランジスタMP80、MP83が導通状態になりスパイラルインダクタL0、L3が選択される。スパイラルインダクタの選択を切替えることにより周波数特性の選択をすることができる。
また、トランジスタMN40、MN41は、ゲート接地回路として動作している為に周波数特性劣化の要因になるミラー容量の影響を低減する。ゲート接地回路によるミラー容量の低減は広く知られているのでここでは詳しい説明は省略する。
次に、定電流源トランジスタMN11とトランジスタMN22、MN23で構成されている差動回路とトランジスタMN22、MN23にカスコード接続されたトランジスタMN32、MN33とトランジスタMN32、MN33にカスコード接続されたトランジスタMN42、MN43からなるバンドグループ6のバンド1動作用の回路の動作を説明する。説明は、過渡状態ではなく定常状態として説明する。
トランジスタMN42、MN43のゲートには、バンドグループ6選択信号入力端子BG6CNTから入力したバンドグループ6選択信号が接続されているが、このバンドグループ6選択信号がロウレベルである為に、トランジスタMN42、MN43はトランジスタとしては動作せず、トランジスタMN42、MN43はオフ抵抗で導通している状態になる。トランジスタMN42、MN43のソースに接続されているトランジスタMN32、MN33のドレイン電圧には、トランジスタMN42、MN43のオフ抵抗とトランジスタMN42、MN43に流れる電流で決まる電圧降下分を出力端子OUT、OUTBの電圧から差し引いた値が与えられる。
このオフ抵抗による電圧降下は、非常に大きな値であり、トランジスタMN42、MN43のソースに接続されているトランジスタMN32、MN33のドレイン電圧は、限りなく0Vに近づきトランジスタMN32、MN33はトランジスタとして動作しない。トランジスタMN32、MN33のゲートにはバンド1選択信号入力端子BAND1CNTから入力されるバンド1選択信号が印加されるが、このバンド1選択信号がハイレベルのとき、トランジスタMN32、MN33はオン抵抗で導通している状態となる。一方、バンド1選択信号がロウレベルのときは、トランジスタMN32、MN33がオフ抵抗で導通している状態になり、トランジスタMN32、MN33はトランジスタMN32、MN33のゲートに入力されているバンド1選択信号の信号レベルに関係なく常に抵抗で導通している状態となる。従って、トランジスタMN32、MN33のソースに接続されているトランジスタMN22、MN23のドレインには、トランジスタMN32、MN33の限りなく0Vに近いドレイン電圧が与えられ、トランジスタMN22、MN23もトランジスタとしては動作せず、オン抵抗で導通している状態となる。トランジスタMN22、MN23のソースに接続されているトランジスタMN11のドレイン電圧も限りなく0Vに近い値となり、トランジスタMN11のドレイン−ソース間電圧も限りなく0Vに近い値となる。したがって、トランジスタMN11の動作領域は飽和領域から単なる抵抗性となる領域に入り、オフ状態となることで電流が流れず、前述のバンドグループ6のバンド1動作用の回路はオフする。
トランジスタMN32、33のオン抵抗またはオフ抵抗による電圧降下とトランジスタMN22、23のオン抵抗による電圧降下については、トランジスタMN42、MN43のオフ抵抗による電圧降下が支配的で、トランジスタMN11のドレイン電圧がほぼ決まる為に説明を省略する。
次にトランジスタMN42、MN43のオフ抵抗について説明する。オフ抵抗は、チャネル長変調係数を無視するとroで表すことができ、下記の式(1)で表すことができる。
ro=1/(1/2×μn×Cox×W/L×(Vgs−Vth)2)・・・式(1)
ここで、roはトランジスタMN42またはMN43の出力抵抗、μnはチャネル移動度、Coxは単位面積当たりのゲート容量、VgsはトランジスタMN42またはMN43のゲート−ドレイン間電圧、Vthは閾値、Wはチャネル幅、Lはチャネル長である。
一例として、μn×Cox=50(uA/V2)、Vth=0.7(V)、W/L=10として、上記式(1)に代入すると、
ro=1/(0.5×50(u)×10×(0−0.7)2)=8.16(kΩ)
が得られる。なお、上記パラメータは、Behzad Razavi著「アナログCMOS集積回路の設計 応用編」の503ページから引用した。また、Vgsに関しては、定常状態になるとほぼ0Vになる為にVgs=0(V)とした。上記計算例より、オフ抵抗は8.16kΩと大きい。仮にトランジスタMN42またはトランジスタMN43に流れる電流を500uAとした場合の、トランジスタMN43またはトランジスタMN42でのオフ抵抗による電圧降下を下記の式(2)で表わされる。
ro=1/(0.5×50(u)×10×(0−0.7)2)=8.16(kΩ)
が得られる。なお、上記パラメータは、Behzad Razavi著「アナログCMOS集積回路の設計 応用編」の503ページから引用した。また、Vgsに関しては、定常状態になるとほぼ0Vになる為にVgs=0(V)とした。上記計算例より、オフ抵抗は8.16kΩと大きい。仮にトランジスタMN42またはトランジスタMN43に流れる電流を500uAとした場合の、トランジスタMN43またはトランジスタMN42でのオフ抵抗による電圧降下を下記の式(2)で表わされる。
Vd=500(uA)×8.16(kΩ)=3.3(V)・・・式(2)
出力端子OUT、OUTBの電圧が3.3(V)と仮定した場合のトランジスタMN42またはトランジスタMN43のソース電圧は3.3(V)−3.3(V)=0(V)となる。
したがって、トランジスタMN42、MN43のオフ抵抗によりトランジスタMN11のドレイン電圧が限りなく0(V)に近づき、トランジスタMN11には電流が流れず電流源としてはオフしているとみなすことができ、バンドグループ6のバンド1動作用の回路はオフする。
次に、バンドグループ1のバンド1が選択され、バンド1信号が希望波として出力されている時のバンドグループ6のバンド1信号とのアイソレーションについて説明する。UWBシステムで要求されているアイソレーションは、40(dB)以上である。バンドグループ1のバンド1が選択されている時は、バンドグループ1のバンド1動作用回路とバンドグループ6のバンド1動作用回路がロードとしてのスパイラルインダクタL0、L3を共用している為に、動作がオンしているバンドグループ1のバンド1動作用回路に流れる電流と動作がオフしているバンドグループ6のバンド1動作用回路に流れる電流の電流比が、バンドグループ1のバンド1動作用回路とバンドグループ6のバンド1動作用回路の電圧利得の差になる。
さらに、入力トランジスタMN20、MN21に接続されたローカル周波数信号入力端子BG1BAND1、BG1BAND1Bから入力する差動電圧振幅と、入力トランジスタMN22、MN23に接続されたローカル周波数信号入力端子BG6BAND1、BG6BAND1Bの差動電圧振幅は、同一であるとして設計する為、アイソレーションは電圧利得の差になり電流比で求めることができ、下記の式(3)で表すことができる。
Iso(dB)=20×LOG(Ion/Ioff)・・・式(3)
ここで、Isoはアイソレーション、IonはトランジスタMN10のドレイン電流、
IoffはトランジスタMN11のドレイン電流である。バンドグループ1のバンド1が選択され、バンド1信号が希望波として出力されている時のバンドグループ6のバンド1動作用回路の定電流源のトランジスタMN11は、ドレインソース間の電圧がほぼ0(V)であり電流が流れていないので電流源としてはオフしているとみなすことができるが、実際はトランジスタMN11のオン抵抗とトランジスタMN11のドレイン電圧で決まる電流が流れている。トランジスタMN11のオン抵抗は、下記の式(4)で決まっている。
IoffはトランジスタMN11のドレイン電流である。バンドグループ1のバンド1が選択され、バンド1信号が希望波として出力されている時のバンドグループ6のバンド1動作用回路の定電流源のトランジスタMN11は、ドレインソース間の電圧がほぼ0(V)であり電流が流れていないので電流源としてはオフしているとみなすことができるが、実際はトランジスタMN11のオン抵抗とトランジスタMN11のドレイン電圧で決まる電流が流れている。トランジスタMN11のオン抵抗は、下記の式(4)で決まっている。
オン抵抗=1/(μn×Cox×W/L×(Vgs−Vth))・・・式(4)
ここで、Vgs=1.3(V)として、先のオフ抵抗の計算例で使用したパラメータと同じパラメータを使用して計算すると オン抵抗=3.3(kΩ) が求められる。なお、Vgsに関しては、トランジスタMN11がカレントミラーで動作しており、トランジスタMN11のゲートのDCバイアスがバイアス回路に存在する基準側のトランジスタ(図示無し)で生成されている為に、基準側のトランジスタに流れる電流Idを100(uA)とした時のVgsを下記の式(5)で求めて、上記のパラメータに使用した。
Vgs=√(Id/(0.5×μn×Cox×W/L))+Vth ・・・式(5)
トランジスタMN11のドレイン電圧は限りなく0(V)に近い値になるが、仮に1mVであるとすると先に計算したオン抵抗値よりトランジスタMN11のドレイン電流Ioffは、Ioff=1(mV)/3.3(kΩ)=約333(nA)となる。また、トランジスタMN10のドレイン電流IonをIon=1(mA)とする。
上記の結果を式(1)に代入すると
Iso(dB)=20×LOG(1(mA)/333(nA))=約70(dB)
となる。以上から、UWBシステムで要求されている40(dB)以上のアイソレーションの確保が可能である。
Iso(dB)=20×LOG(1(mA)/333(nA))=約70(dB)
となる。以上から、UWBシステムで要求されている40(dB)以上のアイソレーションの確保が可能である。
次に、動作オフ回路に入力されている入力信号レベルのリークについて説明する。説明は、バンドグループ1のバンド1が選択され、BG1BAND1端子、BG1BAND1B端子から入力された信号が希望波として出力端子OUT、OUTBに出力されている時で、バンドグループ6のバンド1動作用回路はオフ状態である場合の説明をする。
バンドグループ1のバンド1が選択され、バンドグループ6のバンド1動作用回路がオフしている場合でも、バンドグループ6バンド1の信号は、BG6BAND1端子、BG6BAND1B端子から連続的に常に入力されている為、BG6BAND1端子、BG6BAND1B端子から入力される電圧信号が、トランジスタMN22のゲート−ドレイン間容量とトランジスタMN23のゲート−ドレイン間容量を介して、出力端子OUT、OUT_Bにリーク信号として現れる。これはトランジスタの寄生素子によるもので高周波特有の現象であり、OUT、OUT_Bに現れるリーク信号のレベルが大きい。電流比でのアイソレーションが確保できたとしても、リーク信号と選択されている希望波の比較ではアイソレーションが劣化して見えてしまい、UWBシステムで要求されている40dB以上が確保できなくなってしまう。以下の説明では、説明を簡単にするため、寄生素子はトランジスタのゲート−ドレイン間容量のみを考慮し、LSI上の配線による配線間寄生容量など、その他の寄生素子に対する影響は考慮しないものとする。
そうすると、選択されている希望波の入力から出力までの電圧利得を1とした場合(通常の設計では電圧利得=1は無く、必ず電圧利得>1で設計する為に最も悪い状態に設定している)に動作オフ回路の入力信号レベルに対する出力端子OUT、OUT_Bに現れるリーク信号の減衰量を40dB以上確保する必要がある。以降の説明は、スパイラルインダクタL0とトランジスタMN42とトランジスタMN32とトランジスタMN22で構成されている、差動回路の片側の回路で説明する。
オフ時のバンドグループ6のバンド1動作用回路のBG6BAND1端子から入力される信号に対する減衰量は、トランジスタMN22のゲート−ドレイン間容量のインピーダンスとトランジスタMN32のオン抵抗(トランジスタMN32がオン抵抗になる状態は、トランジスタMN32のゲートに入力されているBAND1CNT端子から入力される信号がハイレベルのとき)とトランジスタMN42のオフ抵抗とロードとしてのスパイラルインダクタL0のインピーダンスで分圧される減衰量から求めることができ、LSI上の配線による配線寄生容量などを考慮していない場合、簡易的に下記の式(6)で表すことができる。オフ抵抗はチャネル長変調係数を無視するとroで表すことができる。
減衰量(dB)=20×LOG(Zi/(Zi+ro+Ron+1/(ω×Cgd))・・・式(6)
ここで、トランジスタMN42の出力抵抗であるオフ抵抗roは、チャネル長変調係数を無視すると、ro=1/(1/2×μn×Cox×W/L×(Vgs−Vth)2)となる。また、RonはトランジスタMN32のオン抵抗であり、Ron=1/(μn×Cox×W/L×(Vgs−Vth))で求められる。さらに、ZiはロードとしてのスパイラルインダクタL0のインピーダンスであり、Zi=ω×L0=2×π×fで求められる。また、CgdはトランジスタMN22のゲート−ドレイン間容量、fは周波数である。
上記式(6)により減衰量を計算すると、計算例として、
減衰量=20×LOG(48(Ω)/(48(Ω)+11.11(kΩ)+3.3(kΩ)+693(Ω))=−50(dB)が得られる。
減衰量=20×LOG(48(Ω)/(48(Ω)+11.11(kΩ)+3.3(kΩ)+693(Ω))=−50(dB)が得られる。
ここで、ro=11.11(kΩ)、Ron=3.3(kΩ)、Zi=ω×L0=2×π×7.656(GHz)×1(nH)=48(Ω)とした。
また、1/(ω×Cgd)=1/(2×π×7.656(GHz)×3(fF/um)×10)=693(Ω)とした。なお、上記の1/(ω×Cgd)の式で最後に10を掛けているのはWとLの比の値であり、7.656(GHz)はバンドグループ6のバンド1の周波数、Cgd=3(fF/um)とした。
CgdのパラメータはBehzad Razavi著アナログCMOS集積回路の設計 基礎編の44ページから引用した。
上記から、選択されている希望波の入力から出力までの電圧利得を1とした悪い状態でも、動作オフ回路の入力信号レベルに対する減衰量が−50(dB)となり、希望波とリーク信号のアイソレーションが50dBとなり、UWBシステムで要求されている40(dB)以上のアイソレーションの確保が可能である。
バンドグループ6が選択された時は、BG1CNT端子から入力するバンドグループ1選択信号とBG6CNT端子から入力するバンドグループ6選択信号の論理が反転してトランジスタMN40、MN41、MP80、NP83とトランジスタMN42、MN43、MP81、MP82の導通と非道通状態が切り替わって動作が逆になり、バンドグループ1のバンド1動作用の回路がオフになりバンドグループ6のバンド1動作用の回路がオンになり変換信号(ローカル周波数信号)が出力端子OUT、OUTBから出力される。
バンド1、バンド2、バンド3の制御信号とバンドグループ1とバンドグループ6の制御信号は、デジタル信号であるため回路特性は同じなので、バンドグループ1とバンドグループ6のバンド2、3の動作もバンド1と同じである為に説明を省略する。
次に、本発明と比較するため、図4に示す特許文献1に記載の従来の送信信号のローカル周波数信号切替回路(ゲート133a、133b、133c、アナログ加算器131)にバンドグループ6のローカル周波数信号に切り替える機能を追加してみることを考えてみる。図5は、図4に示す従来のローカル周波数信号切替回路にバンドグループ6のローカル周波数に切り替える機能を追加した参考例のブロック図である。
図5に示すように、バンドグループ6のバンド1、バンド2、バンド3の周波数でミキシング信号を生成する為にPLL40〜42に加えて、PLL43、44、45を備え、PLL43、44、45の後段にバンドグループ6のバンド1、バンド2、バンド3を周波数ホッピングさせる為のバンド切替え回路としてゲート53、54、55を備えることになる。また、バンドグループ1と6とを切替える為に、新たにバンドグループ1のバンドグループ切替回路70、71、72をバンド切替回路としてのゲート50、51、52の後段に配置し、同様に、バンドグループ6のバンドグループ切替回路73、74、75をバンド切替回路としてのゲート53、54、55の後段に追加することになる。バンドグループ切替回路70、71、72、73、74、75の配置場所は、図5に示すとおり、バンド切替回路としてのゲート50、51、52、53、54、55の後段に配置してもよいし、図5とは逆に、ゲート50、51、52、53、54、55の前段に配置してもよい。ゲート50、51、52、53、54、55の前後であればどちらに配置しても機能としては同じであり、配置場所による実質的な差異は無い。
バンドグループ1と6の切替えはバンドグループ1選択信号とバンドグループ6選択信号にて制御され、バンドグループ1を選択時はバンドグループ1のバンドグループ切替え回路70、71、72が導通状態となり、バンド選択信号で選択されたバンドグループ1のバンド1、バンド2、バンド3信号がアナログ加算器60を介して出力される。バンドグループ6を選択時はバンドグループ6のバンドグループ切替え回路73、74、75が導通状態となり、バンド選択信号で選択されたバンドグループ6のバンド1、バンド2、バンド3信号がアナログ加算器60を介して出力される。
バンドグループ切替え回路の動作周波数はバンドグループ1の切替え回路70、71、72が3.432GHz、3.960GHz、4.488GHzで、バンドグループ6の切替え回路73、74、75は7.656GHz、8.184GHz、8.712GHzと非常に高周波である。追加するバンドグループ切替え回路70、71、72、73、74、75は動作周波数が高周波である為に、トランスファーゲート型のような単純なトランジスタ構成による切替えスイッチでは周波数特性及びアイソレーション確保が困難である。バンドグループ切替え回路70、71、72、73、74、75の能力としては、従来技術ですでに使用しているバンド切替え回路としてのゲート50、51、52と同等の能力が必要になる。ゲート50、51、52の回路は、図4のブロック図(133a〜c)で示すようにアンプ回路であり、アンプ動作をオンオフして切替えることで所望のアイソレーションが確保できる。すなわち、一般的には、ゲート50〜55、70〜75それぞれ個別に増幅用のトランジスタと、電流源回路と、負荷回路とが必要になる。したがって、従来回路で複数のバンドグループを追加した場合、バンドグループ切替え回路70、71、72、73、74、75を追加する事が一般的であり、回路追加により消費電流が増加してしまう。
次に、図6は、実施例1のローカル周波数切替回路を送信部のローカル周波数切替回路1a、及び、受信部のローカル周波数切替回路1bとして備えた送受信回路を有するウルトラワイドバンド無線送受信装置100を複数設け、複数設けたウルトラワイドバンド無線送受信装置100間でデータの送受信を行うウルトラワイドバンド無線送受信システム200のブロック図である。
送信部のローカル周波数切替回路1aは、PLL(位相同期回路)21〜26が出力するローカル周波数信号をバンドグループ選択信号入力端子BG1CNT、BG6CNTとバンド選択信号入力端子BAND1〜3CNTとに入力される選択信号に基づき選択し、変調回路であるミキサー129へ出力する。ミキサー129では、信号処理回路101が出力するデジタル信号に基づいてフィルタ127を通した信号をローカル周波数信号で変調し、出力段135を介してアンテナ111から出力する。
一方、受信部のローカル周波数切替回路1bは、PLL21〜26が出力するローカル周波数信号をバンドグループ選択信号入力端子BG1CNT、BG6CNTとバンド選択信号入力端子BAND1〜3CNTとに入力される選択信号に基づき選択し、復調回路であるミキサー115へ出力する。アンテナ111から受信した信号は、低雑音増幅器(LNA)113で増幅された後、ミキサー115へ入力し、ミキサー115によりローカル周波数信号と合成され復調される。さらにフィルタ124を通過させた後、デジタル信号に変換されて信号処理回路101に入力し、受信データのデータ処理が行われる。
このような送信機能と受信機能とを備えたウルトラワイドバンド無線送受信装置100を複数設けることにより、全体としてウルトラワイドバンド無線送受信システム200を構成することができる。ウルトラワイドバンド無線送受信システム200に含まれるウルトラワイドバンド送受信機100は相互にデータの送受信を行うことができる。
なお、上記実施例(特に図1の説明)では、反転信号と非反転信号とをゲートに受ける一対の入力トランジスタ(例えばMN20、MN21)を差動対として用い、差動信号を一対の出力端子(OUT、OUTB)から出力する差動入力かつ、差動出力のローカル周波数信号切替回路について説明した。しかし、上記実施例は好ましい一例であり、要求される機能や性能によっては、シングル出力やシングル入力のローカル周波数信号切替回路に用いることも可能である。そのような場合は、OUTB出力端子や、差動対を構成する一対の入力トランジスタのうち、一方の入力トランジスタ(例えば、MN21)やその入力トランジスタに接続される第1、第2のスイッチトランジスタ(例えば、MN41、MN31)を省略することもできる。
以上、述べたように本発明には様々な実施形態のバリエーションが考えられるが、好ましいバリエーションのモード(形態)をいくつか記載すると以下のとおりである。
すなわち、本発明の周波数切替回路は、必ずしもローカル周波数信号の切替に限定されるものではなく、周波数の異なる高周波信号(例えば1GHz以上)の周波数の切替回路に広く適用することができる。また、実施例では、入力トランジスタと出力端子との間に第1のスイッチトランジスタと第2のスイッチトランジスタの2つのスイッチトランジスタを設ける実施例について、説明したが、入力トランジスタと出力端子との間にスイッチトランジスタを1つしか設けない切替回路に適用することもできる。すなわち、本発明は、以下の(モード1)〜(モード7)に適用することもできる。
(モード1)
それぞれ異なる周波数の高周波信号がゲートに接続されソースが電流源に接続された複数の入力トランジスタと、
前記複数の入力トランジスタに対して共通に設けられた出力端子と、
前記出力端子に接続された負荷回路と、
を備え、
前記複数の入力トランジスタのドレインと前記出力端子は、それぞれ前記入力トランジスタに対応して設けられたスイッチトランジスタを介して接続され、
前記複数の入力トランジスタにそれぞれ入力された高周波信号のうち、前記スイッチトラジスタにより選択された高周波信号を前記出力端子から出力するように構成されていることを特徴とする高周波信号切替回路。
(モード2)
前記負荷回路には、インダクタが含まれ、前記インダクタは、前記スイッチトランジスタを介して前記入力トランジスタと接続され、
前記出力端子は、前記インダクタと前記スイッチトランジスタとの間に接続されていることを特徴とするモード1記載の高周波信号切替回路。
(モード3)
前記負荷回路は、周波数特性の異なる複数のインダクタと、前記複数のインダクタのうち、選択する高周波信号に応じた周波数特性のインダクタを選択して負荷として接続するインダクタ選択トランジスタをさらに備えることを特徴とするモード1または2記載の高周波信号切替回路。
(モード4)
前記複数のインダクタはそれぞれ一端が前記出力端子に接続され、他端が対応する前記インダクタ選択トランジスタを介して電源に接続されていることを特徴とするモード3記載の高周波信号切替回路。
(モード5)
前記電流源は、前記複数の入力トランジスタ毎に設けられ、それぞれソースが接地され、ゲートが電流制御信号に接続され、ドレインが対応する入力トランジスタの前記ソースに接続されている電源トランジスタを備えることを特徴とするモード1乃至4いずれか1のモードに記載の高周波信号切替回路。
(モード6)
前記複数の入力トランジスタを第1の入力トランジスタとしたときに、前記複数の第1の入力トランジスタとそれぞれ差動対を構成し、前記電流源に共通に接続されている複数の第2の入力トランジスタを備え、前記差動対を構成する前記第1、第2の入力トランジスタのゲートには、前記高周波信号の非反転信号と反転信号がそれぞれ接続され、
前記出力端子が、一対の差動出力端子であり、一対の前記スイッチトランジスタを介して対応する前記第1または第2の入力トランジスタのドレインと接続されていることを特徴とするモード1乃至5いずれか1のモードに記載の高周波信号切替回路。
(モード7)
それぞれ異なる周波数の高周波信号を出力する複数のPLLをさらに備え、
前記複数のPLLの出力信号がそれぞれ前記高周波信号として前記複数の入力トランジスタにそれぞれ接続されていることを特徴とするモード1乃至6いずれか1のモードに記載の高周波信号切替回路。
それぞれ異なる周波数の高周波信号がゲートに接続されソースが電流源に接続された複数の入力トランジスタと、
前記複数の入力トランジスタに対して共通に設けられた出力端子と、
前記出力端子に接続された負荷回路と、
を備え、
前記複数の入力トランジスタのドレインと前記出力端子は、それぞれ前記入力トランジスタに対応して設けられたスイッチトランジスタを介して接続され、
前記複数の入力トランジスタにそれぞれ入力された高周波信号のうち、前記スイッチトラジスタにより選択された高周波信号を前記出力端子から出力するように構成されていることを特徴とする高周波信号切替回路。
(モード2)
前記負荷回路には、インダクタが含まれ、前記インダクタは、前記スイッチトランジスタを介して前記入力トランジスタと接続され、
前記出力端子は、前記インダクタと前記スイッチトランジスタとの間に接続されていることを特徴とするモード1記載の高周波信号切替回路。
(モード3)
前記負荷回路は、周波数特性の異なる複数のインダクタと、前記複数のインダクタのうち、選択する高周波信号に応じた周波数特性のインダクタを選択して負荷として接続するインダクタ選択トランジスタをさらに備えることを特徴とするモード1または2記載の高周波信号切替回路。
(モード4)
前記複数のインダクタはそれぞれ一端が前記出力端子に接続され、他端が対応する前記インダクタ選択トランジスタを介して電源に接続されていることを特徴とするモード3記載の高周波信号切替回路。
(モード5)
前記電流源は、前記複数の入力トランジスタ毎に設けられ、それぞれソースが接地され、ゲートが電流制御信号に接続され、ドレインが対応する入力トランジスタの前記ソースに接続されている電源トランジスタを備えることを特徴とするモード1乃至4いずれか1のモードに記載の高周波信号切替回路。
(モード6)
前記複数の入力トランジスタを第1の入力トランジスタとしたときに、前記複数の第1の入力トランジスタとそれぞれ差動対を構成し、前記電流源に共通に接続されている複数の第2の入力トランジスタを備え、前記差動対を構成する前記第1、第2の入力トランジスタのゲートには、前記高周波信号の非反転信号と反転信号がそれぞれ接続され、
前記出力端子が、一対の差動出力端子であり、一対の前記スイッチトランジスタを介して対応する前記第1または第2の入力トランジスタのドレインと接続されていることを特徴とするモード1乃至5いずれか1のモードに記載の高周波信号切替回路。
(モード7)
それぞれ異なる周波数の高周波信号を出力する複数のPLLをさらに備え、
前記複数のPLLの出力信号がそれぞれ前記高周波信号として前記複数の入力トランジスタにそれぞれ接続されていることを特徴とするモード1乃至6いずれか1のモードに記載の高周波信号切替回路。
なお、本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
1、1a、1b、201:ローカル周波数信号切替回路
2:負荷回路
3、4:インバータ
100:ウルトラワイドバンド送受信機
101:信号処理回路
111:アンテナ
113:低雑音増幅器(LNA)
115、115a、115b、115c:ミキサー(復調回路)
117a、117b、117c、L0〜L3:インダクタ
21〜26、40〜45、119a、119b、119c:PLL(発振回路)
30〜32、50〜55、70〜75、121a、121b、121c、133a、133b、133c:ゲート
123:可変利得アナログ加算器
124、126、127:フィルタ
125:プログラマブル利得段
129:ミキサー(変調回路)
60、131:アナログ加算器
135:出力段
200:ウルトラワイドバンド送受信システム
A:バンド1選択回路部
B:バンド2選択回路部
C:バンド3選択回路部
BAND1CNT、BAND2CNT、BAND3CNT:バンド選択信号入力端子
BG1BAND1、BG1BAND1B、BG6BAND1、BG6BAND1B、BG1BAND2、BG1BAND2B、BG6BAND2、BG6BAND2B、BG1BAND3、BG1BAND3B、BG6BAND3、BG6BAND3B:ローカル周波数信号入力端子
BG1CNT、BG6CNT:バンドグループ選択信号入力端子
CC1、CC2:電流制御信号入力端子(バイアス電圧入力端子)
MN10、MN11:トランジスタ(電流源、NMOSトランジスタ)
MN20、MN22:トランジスタ(第1の入力トランジスタ、NMOSトランジスタ)
MN21、MN23:トランジスタ(第2の入力トランジスタ、NMOSトランジスタ)
MN30〜MN33:トランジスタ(第2のスイッチトランジスタ、NMOSトランジスタ)
MN40〜MN43:トランジスタ(第1のスイッチトランジスタ、NMOSトランジスタ)
MP80〜MP83:トランジスタ(インダクタ選択トランジスタ、PMOSトランジスタ)
OUT、OUTB:ローカル周波数信号出力端子
2:負荷回路
3、4:インバータ
100:ウルトラワイドバンド送受信機
101:信号処理回路
111:アンテナ
113:低雑音増幅器(LNA)
115、115a、115b、115c:ミキサー(復調回路)
117a、117b、117c、L0〜L3:インダクタ
21〜26、40〜45、119a、119b、119c:PLL(発振回路)
30〜32、50〜55、70〜75、121a、121b、121c、133a、133b、133c:ゲート
123:可変利得アナログ加算器
124、126、127:フィルタ
125:プログラマブル利得段
129:ミキサー(変調回路)
60、131:アナログ加算器
135:出力段
200:ウルトラワイドバンド送受信システム
A:バンド1選択回路部
B:バンド2選択回路部
C:バンド3選択回路部
BAND1CNT、BAND2CNT、BAND3CNT:バンド選択信号入力端子
BG1BAND1、BG1BAND1B、BG6BAND1、BG6BAND1B、BG1BAND2、BG1BAND2B、BG6BAND2、BG6BAND2B、BG1BAND3、BG1BAND3B、BG6BAND3、BG6BAND3B:ローカル周波数信号入力端子
BG1CNT、BG6CNT:バンドグループ選択信号入力端子
CC1、CC2:電流制御信号入力端子(バイアス電圧入力端子)
MN10、MN11:トランジスタ(電流源、NMOSトランジスタ)
MN20、MN22:トランジスタ(第1の入力トランジスタ、NMOSトランジスタ)
MN21、MN23:トランジスタ(第2の入力トランジスタ、NMOSトランジスタ)
MN30〜MN33:トランジスタ(第2のスイッチトランジスタ、NMOSトランジスタ)
MN40〜MN43:トランジスタ(第1のスイッチトランジスタ、NMOSトランジスタ)
MP80〜MP83:トランジスタ(インダクタ選択トランジスタ、PMOSトランジスタ)
OUT、OUTB:ローカル周波数信号出力端子
Claims (12)
- それぞれ異なる周波数のローカル周波数信号がゲートに接続されソースが電流源に接続された複数の入力トランジスタと、
前記複数の入力トランジスタに対して共通に設けられた出力端子と、
前記出力端子に接続された負荷回路と、
を備え、
前記複数の入力トランジスタのドレインと前記出力端子は、それぞれ、周波数バンドグループを選択する第1のスイッチトランジスタと、選択された前記バンドグループの中で周波数ホッピングをする周波数を選択する第2のスイッチトランジスタと、を介して接続され、
前記複数の入力トランジスタにそれぞれ入力されたローカル周波数信号のうち、前記第1及び第2のスイッチトランジスタにより選択されたローカル周波数信号を前記出力端子から出力するように構成されていることを特徴とするローカル周波数信号切替回路。 - 前記負荷回路には、インダクタが含まれ、前記インダクタは、前記第1のスイッチトランジスタ及び第2のスイッチトランジスタを介して前記入力トランジスタと接続され、
前記出力端子は、前記インダクタと前記第1、第2のスイッチトランジスタとの間に接続されていることを特徴とする請求項1記載のローカル周波数信号切替回路。 - 前記負荷回路は、周波数特性の異なる複数のインダクタと、前記複数のインダクタのうち、選択するローカル周波数に応じた周波数特性のインダクタを選択して負荷として接続するインダクタ選択トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項1または2記載のローカル周波数信号切替回路。
- 前記複数のインダクタはそれぞれ一端が前記出力端子に接続され、他端が対応する前記インダクタ選択トランジスタを介して電源に接続されていることを特徴とする請求項3記載のローカル周波数信号切替回路。
- 前記電流源は、前記複数の入力トランジスタ毎に設けられ、それぞれソースが接地され、ゲートが電流制御信号に接続され、ドレインが対応する入力トランジスタの前記ソースに接続されている電源トランジスタを備えることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載のローカル周波数信号切替回路。
- 前記複数の入力トランジスタを第1の入力トランジスタとしたときに、前記複数の第1の入力トランジスタとそれぞれ差動対を構成し、前記電流源に共通に接続されている複数の第2の入力トランジスタを備え、前記差動対を構成する前記第1、第2の入力トランジスタのゲートには、前記ローカル周波数信号の非反転信号と反転信号がそれぞれ接続され、
前記出力端子が、一対の差動出力端子であり、それぞれ前記第1及び第2のスイッチトランジスタを介して対応する前記第1または第2の入力トランジスタのドレインと接続されていることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項記載のローカル周波数信号切替回路。 - 前記入力トランジスタそれぞれのドレインに前記第2のスイッチトランジスタのソースが接続され、前記第2のスイッチトランジスタのドレインに前記第1のスイッチトランジスタのソースが接続され、前記第1のスイッチトランジスタのドレインに前記出力端子及び前記負荷回路が接続されていることを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載のローカル周波数信号切替回路。
- それぞれ異なる周波数のローカル周波数信号を出力する複数の発振回路をさらに備え、
前記複数の発振回路の出力信号がそれぞれ前記ローカル周波数信号として前記複数の入力トランジスタにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項1乃至7いずれか1項記載のローカル周波数信号切替回路。 - 請求項1乃至8いずれか1項記載のローカル周波数信号切替回路と、
前記ローカル周波数信号切替回路が出力するローカル周波数信号により送信信号を変調する変調器と、
を備えることを特徴とする送信回路。 - 請求項1乃至8いずれか1項記載のローカル周波数信号切替回路と、
前記ローカル周波数信号切替回路が出力するローカル周波数信号と受信信号をミキシングする復調器と、
を備えることを特徴とする受信回路。 - 受信用ローカル周波数信号切替回路と、
前記受信用ローカル周波数信号切替回路が出力するローカル周波数信号と受信信号をミキシングする復調器と、
送信用ローカル周波数信号切替回路と、
前記送信用ローカル周波数信号切替回路が出力するローカル周波数信号により送信信号を変調する変調器と、
それぞれ前記受信用ローカル周波数信号切替回路と前記送信用ローカル周波数切替回路とに接続され異なる周波数のローカル周波数信号を前記受信用ローカル周波数信号切替回路及び前記送信用ローカル周波数切替回路に供給する複数の位相同期回路と、
を備え、
前記受信用ローカル周波数信号切替回路及び前記送信用ローカル周波数信号切替回路がそれぞれ請求項1乃至8いずれか1項記載のローカル周波数切替回路であることを特徴とする送受信回路。 - 請求項11記載の送受信回路をそれぞれ有する複数のウルトラワイドバンド無線送受信装置を備え、前記複数の送受信装置間でデータの送受信を行うことを特徴とするウルトラワイドバンド無線送受信システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010093218A JP2011223514A (ja) | 2010-04-14 | 2010-04-14 | ローカル周波数信号切替回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010093218A JP2011223514A (ja) | 2010-04-14 | 2010-04-14 | ローカル周波数信号切替回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011223514A true JP2011223514A (ja) | 2011-11-04 |
Family
ID=45039837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010093218A Withdrawn JP2011223514A (ja) | 2010-04-14 | 2010-04-14 | ローカル周波数信号切替回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011223514A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017112447A (ja) * | 2015-12-15 | 2017-06-22 | 日本電信電話株式会社 | トラック・アンド・ホールド回路 |
-
2010
- 2010-04-14 JP JP2010093218A patent/JP2011223514A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017112447A (ja) * | 2015-12-15 | 2017-06-22 | 日本電信電話株式会社 | トラック・アンド・ホールド回路 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130702 |