JP2013118623A - スプリッタ回路およびチューナーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】スプリッタ回路において、入出力間の高いアイソレーション、並びに、特定出力ポートでの高い線形性およびノイズ特性を改善すること。
【解決手段】入力信号が入力される入力ポート（２１）と、第１のインピーダンス調整回路（５）と、前記入力信号が、前記第１のインピーダンス調整回路を介して、ソースに供給される第１のトランジスタ（１）と、前記第１のトランジスタのドレインからの出力信号が出力される第１の出力ポート（３１）と、容量素子（１４）と、前記入力信号が、前記容量素子を介して、ゲートに供給される第２のトランジスタ（３）と、前記第２のトランジスタのドレインからの出力信号が出力される第２の出力ポート（３２）と、を備えるスプリッタ回路。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スプリッタ回路およびこれを用いたチューナーシステムに関する。

図６は、特許文献１に記載されているスプリッタ回路の回路図である。
図６に示される特許文献１のスプリッタ回路は、入力ポート８１に入力された信号を出力ポート８２および出力ポート８３に出力するスプリッタ回路である。このスプリッタ回路には、出力から入力へのフィードバック回路８４、８９が存在する。もし、これらのフィードバック回路がない場合は、入力整合回路を用いて所望の周波数で整合をとる必要があり、周波数特性が狭帯域となる。

しかし、図６のスプリッタ回路では、フィードバック回路８４、８９を用いることで、トランジスタ８６、９１の相互コンダクタンスＧｍに反比例して入力インピーダンスは低くなり、ゲート−ソース容量等の寄生容量の影響により実効的な相互コンダクタンスＧｍが下がる周波数帯域までは低インピーダンスが保たれる。これにより広帯域化を実現することができる。またフィードバック回路８４、８９による低い入力インピーダンスにより、入力電力信号は電流信号として伝播され、トランジスタ入力ゲート電圧振幅が抑えられ、高い線形性も得られる。
このように、特許文献１のスプリッタ回路では入出力間にフィードバック回路８４、８９を設けることにより、広帯域化および高い線形性を実現している。

特開２００９−２６０９２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスプリッタ回路は、フィードバック回路８４、８９が存在するため、入力ポート８１−出力ポート８２間、または入力ポート８１−出力ポート８３間において入出力間のアイソレーションの確保が困難となる。
また、入力信号はトランジスタ８６、９１のゲートに入力されるため、入力ポート８１の電圧信号に対し、出力ポート８２および８３の電圧信号が逆相信号となる。そのため、図７のようにトランジスタ８６、９１のゲート電圧が高いときにはドレイン電圧が下がり、ソース−ドレイン間のバイアスを確保することが困難となり、トランジスタの非線形性が顕著となるため、より高い線形性は望めない。

また、入力電流信号はフィードバック回路８４、８９を通り、それぞれトランジスタ８６、９１へと流れる。これにより、トランジスタ８６、９１の実効的な相互コンダクタンスＧｍが下がり、各々の出力ポート８２、８３でのノイズ特性劣化を引き起こす。
そこで、本発明は、スプリッタ回路において、入出力間の高いアイソレーション、並びに、特定出力ポートでの高い線形性およびノイズ特性を改善することを目的とする。

本発明の一態様は、入力信号が入力される入力ポート（例えば図１に示す入力ポート３０）と、第１のインピーダンス調整回路（例えば図１に示すインピーダンス調整回路５）と、前記入力信号が、前記第１のインピーダンス調整回路を介して、ソースに供給される第１のトランジスタ（例えば図１に示すトランジスタ１）と、前記第１のトランジスタのドレインからの出力信号が出力される第１の出力ポート（例えば図１に示す出力ポート３１）と、容量素子（例えば図１に示す容量素子１４）と、前記入力信号が、前記容量素子を介して、ゲートに供給される第２のトランジスタ（例えば図１に示すトランジスタ３）と、前記第２のトランジスタのドレインからの出力信号が出力される第２の出力ポート（例えば図１に示す出力ポート３２）と、を備えることを特徴とするスプリッタ回路である。

この構成によれば、入出力間の高いアイソレーションを有し、特定出力ポートへの高い線形性およびノイズ特性が改善されたスプリッタ回路を実現できる。
前記入力信号が、前記容量素子を介して各ゲートにそれぞれ供給されるｎ個のトランジスタ（ｎは１以上の整数）と、前記ｎ個のトランジスタの各ドレインからの出力信号がそれぞれ出力されるｎ個の出力ポートと、をさらに備えていてよい。

また、前記第１のトランジスタに直列接続される第１のカスコードトランジスタ（例えば図１に示すカスコードトランジスタ２）をさらに備え、前記第１の出力ポートは、前記第１のカスコードトランジスタのドレインからの出力信号を出力するようになっていてよい。
この構成によれば、出力インピーダンスを上げることで第１および第２のトランジスタのドレインの電圧振幅を抑え線形性を向上させるとともに、入出力間のアイソレーションを向上させることができる。
また、前記容量素子に直列接続される第２のインピーダンス調整回路（例えば図３に示すインピーダンス調整回路）をさらに備えていてよい。

本発明の他の態様は、上記いずれかの態様に記載のスプリッタ回路（例えば図４に示すスプリッタ回路１００）と、前記スプリッタ回路の前記第１の出力ポートからの出力信号が供給される主チューナー（例えば図４に示すラジオチューナー１１０）と、前記スプリッタ回路の前記第２の出力ポートからの出力信号が供給される副チューナー（例えば図４に示すＶＩＣＳ（登録商標）チューナー１２０）と、を備えることを特徴とするチューナーシステムである。
この構成によれば、入出力間の高いアイソレーションを有し、特定出力ポートへの高い線形性およびノイズ特性が改善されたスプリッタ回路、およびこれを利用したチューナーシステムを実現できる。
また、前記主チューナーはラジオチューナーであり、前記副チューナーは道路交通情報通信システム専用チューナーであってよい。

本発明の一態様によれば、入出力間の高いアイソレーションを有し、特定出力ポートへの高い線形性およびノイズ特性が改善されたスプリッタ回路、およびこれを利用したチューナーシステムを実現できる。

本発明の第１の実施形態に係るスプリッタ回路の一例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態に係るスプリッタ回路におけるトランジスタのソース電圧とドレイン電圧の位相を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るスプリッタ回路の別の例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態に係るスプリッタ回路を用いたチューナーシステムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るスプリッタ回路の一例を示す回路図である。 特許文献１に記載のスプリッタ回路の回路図である。 特許文献１に記載のスプリッタ回路におけるトランジスタのゲート電圧とドレイン電圧の位相を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示す。

（第１の実施形態）
（スプリッタ回路）
図１は、本実施形態に係るスプリッタ回路の一例を示す回路図である。
入力ポート３０には、インピーダンス調整回路５およびソース回路７が接続され、ＤＣカット用の容量素子１４を介して例えばＮチャネル型トランジスタからなるトランジスタ３が接続されている。インピーダンス調整回路５は例えばＮチャネル型トランジスタからなるトランジスタ１のソースに接続されている。また、ソース回路６はトランジスタ３のソースとグランドの間に挿入されている。
ここで、ソース回路６、７は、例えばインダクタで構成されて、トランジスタ１、３に電流バイアスを与えるためのものである。

また、トランジスタ１のゲートはゲートバイアス回路１０に接続され、トランジスタ３のゲートはゲートバイアス回路１３に接続されている。
トランジスタ１のドレインは例えばＮチャネル型トランジスタからなるカスコードトランジスタ２のソースに接続され、カスコードトランジスタ２のゲートはバイアス回路９に接続されている。同様に、トランジスタ３のドレインは例えばＮチャネル型トランジスタからなるカスコードトランジスタ４のソースに接続され、カスコードトランジスタ４のゲートはバイアス回路１２に接続されている。

カスコードトランジスタ２のドレインは負荷回路８に接続されるとともに出力ポート３１へ接続されている。同様に、カスコードトランジスタ４のドレインは負荷回路１１に接続されるとともに出力ポート３２へ接続されている。
ここで、カスコードトランジスタ２および４は、出力インピーダンスを上げることでそれぞれトランジスタ１および３のドレインの電圧振幅を抑え線形性を向上させるとともに、入出力間のアイソレーションを向上させるためのものである。

次に、本実施形態に係るスプリッタ回路の動作について説明する。図１のスプリッタ回路１００は、入力ポート３０に入力された信号を出力ポート３１および出力ポート３２に出力するものである。すなわち、入力ポート３０に入力された信号は、インピーダンス調整回路５を介してトランジスタ１のソース側に供給されるとともに、容量素子１４を介してトランジスタ３のゲート側に供給され、トランジスタ１およびトランジスタ３のドレインからの出力信号が、それぞれ出力ポート３１、３２から出力される。
スプリッタ回路１００において、トランジスタ１のソースからのインピーダンスは相互コンダクタンスＧｍに反比例するため、電流やトランジスタサイズを調整することで低入力インピーダンスに設定することができる。

インピーダンス調整回路５は、例えば抵抗で構成され、入力ポート３０への入力インピーダンスが所望の値になるよう調整するとともに、トランジスタ１のゲート−ソース間電圧振幅を抑え、線形性を向上させることができる。
このように、本実施形態のスプリッタ回路１００においては、入力ポート３０への入力インピーダンスは、トランジスタ１のソースから見える入力インピーダンスと、インピーダンス調整回路５とによって決定され、低入力インピーダンスに設定される。
また、その入力インピーダンスは、トランジスタ１のソースからのインピーダンスにより低インピーダンスに設定されており、トランジスタ１の相互コンダクタンスＧｍに反比例するため、ゲート−ソース容量等の寄生容量の影響により実効的なＧｍが下がる周波数帯域までは低インピーダンスが保たれる。これにより広帯域化を実現することが可能である。

以上説明したように、本実施形態に係るスプリッタ回路１００は、フィードバック回路を必要としない構成とし、その低入力インピーダンスにより広帯域化を実現している。よって、入力ポート３０−出力ポート３１間または入力ポート３０−出力ポート３２間において、入出力間の高いアイソレーションを得ることができる。また、入出力間の高いアイソレーションの結果として、出力ポート３１−出力ポート３２間においては、高い出力ポート間のアイソレーションも実現することができる。

そして、本実施形態のスプリッタ回路１００において、入力電流信号は、その低入力インピーダンスにより、ほぼすべてがトランジスタ１へと入力され、トランジスタ３へはほとんど入力されない。そのため出力ポート３１では優れたノイズ特性を得ることができる。
また、本実施形態に係るスプリッタ回路１００では、入力信号はトランジスタ１のソースに入力されるため、入力ポート３０の電圧信号に対し、出力ポート３１の電圧信号が同相信号となる。そのため、図７のように入力信号がトランジスタのゲートに入力されることにより、入力ポートの電圧信号と出力ポートの電圧信号が逆相信号となっていた従来の構成と比較して、本実施形態のスプリッタ回路１００では、図２に示されるように、ソース電圧とドレイン電圧は同相信号になり、動作時のトランジスタ１のソース−ドレイン間のバイアス条件が緩和され、線形性をさらに改善することができる。

（第１の実施形態の変形例）
図３は本実施形態に係るスプリッタ回路の別の例を示す回路図である。
図３では、図１のスプリッタ回路において、入力ポート３０の直後で分岐されている。つまり、入力ポート３０からソース回路７を経て、インピーダンス調整回路５を介してトランジスタ１に向かう経路と、入力ポート３０から容量素子１４を介してトランジスタ３に向かう経路とに分岐され、これら経路それぞれに入力ポート３０に入力された入力信号が供給される。さらに、容量素子１４とトランジスタ３との間にインピーダンス調整回路１７が追加されている。
インピーダンス調整回路１７は例えばインダクタで構成され、トランジスタ３の入力容量と共振させるために挿入している。トランジスタ３の入力容量との共振周波数にインダクタンス値を調整すると、トランジスタ３への入力電流信号が大きくなる。その入力電流信号はトランジスタ３の高い入力インピーダンスにより電圧振幅へと変換される。そして、トランジスタ３のゲート電圧振幅が大きくなるので、出力ポート３２のノイズ特性を改善することができる。
なお、インピーダンス調整回路１７は、容量素子１４とトランジスタ３との間に追加されているが、入力ポート３０と容量素子１４との間に追加してもよい。

（チューナーシステム）
図４は、本実施形態に係るスプリッタ回路１００を用いたチューナーシステムの構成の一例を示すブロック図である。
スプリッタ回路１００は、主要チューナーであるラジオチューナー（Ｒａｄｉｏ Ｔｕｎｅｒ）１１０および道路交通情報通信システム専用チューナー（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｕｎｅｒ：ＶＩＣＳ（登録商標、以下同様） Ｔｕｎｅｒ）１２０に接続されている。より詳しくは、入力信号はスプリッタ回路１００の入力ポート３０に入力され、スプリッタ回路１００の出力ポート３１からの出力信号はラジオチューナー１１０に入力され、スプリッタ回路１００の出力ポート３２からの出力信号はＶＩＣＳチューナー１２０に入力される。

図４のチューナーシステムにおいては、ＦＭ多重化されたデジタル信号を復調するＶＩＣＳチューナー１２０に比べ、ラジオチューナー１１０は優れたノイズ特性および線形性を要求される。
本実施形態に係るスプリッタ回路１００の出力ポート３１をラジオチューナー１１０へ接続し、出力ポート３２をＶＩＣＳチューナー１２０へ接続することにより、それぞれのチューナーの要求に適した信号に分配することが可能となる。

（第２の実施形態）
図５は、本実施形態に係るスプリッタ回路の一例を示す回路図である。なお、図５において、第１の実施形態に係るスプリッタ回路と同等の構成には同一符号が付されて示されている。
図５に示されるように、本実施形態に係るスプリッタ回路１００は、第１の実施形態に係るスプリッタ回路（図１）のゲート入力のトランジスタ３に加え、さらにゲート入力のトランジスタ１５、２０を多数接続したものである。すなわち、本実施形態のスプリッタ回路１００は、第１の実施形態に係るスプリッタ回路の構成（図１）に加えて、トランジスタ３、カスコードトランジスタ４、ソース回路６、負荷回路１１、バイアス回路１２、および出力ポート３２と同等の構成を、複数、多段接続したものである。

第１の実施形態においては、トランジスタ３はゲート入力の構成となっているためその入力インピーダンスは高い。よって、これと同等の構成（トランジスタ１５、２０）を多数接続しても、出力ポート３１の特性を劣化させることはそれほどない。
なお、上記実施形態に係るスプリッタ回路においては、トランジスタ１および３にそれぞれ接続されるカスコードトランジスタ２および４を備えているが、これらは必須の構成ではない。トランジスタ１および３の各ドレインからの出力信号が、それぞれ出力ポート３１および３２から出力されるようになっていてもよい。（図５のカスコードトランジスタ１６、２１についても同様であり、トランジスタ１５、２０の各ドレインからの出力信号が、それぞれ出力ポート３３、３４から出力されるようになっていてもよい。）
本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

１、３ トランジスタ
２、４ カスコードトランジスタ
５、１７ インピーダンス調整回路
６、７ ソース回路
８、１１ 負荷回路
９、１２ バイアス回路
１０、１３ ゲートバイアス回路
１４ 容量素子
１５、２０ トランジスタ
１６、２１ カスコードトランジスタ
３０ 入力ポート
３１、３２、３３ 出力ポート
８１ 入力ポート
８２、８３ 出力ポート
８４、８９ フィードバック回路
８５、９０ 容量素子
８６、９１ トランジスタ
８７、９２ ゲートバイアス回路
８８ 電源
９３、９４ ドレインバイアス回路
９５、９６ インダクタ
９７、９８ ダイオード
９９ 抵抗素子
１００ スプリッタ回路
１１０ ラジオチューナー
１２０ ＶＩＣＳチューナー

Claims (6)

1. 入力信号が入力される入力ポートと、
   第１のインピーダンス調整回路と、
   前記入力信号が、前記第１のインピーダンス調整回路を介して、ソースに供給される第１のトランジスタと、
   前記第１のトランジスタのドレインからの出力信号が出力される第１の出力ポートと、
   容量素子と、
   前記入力信号が、前記容量素子を介して、ゲートに供給される第２のトランジスタと、
   前記第２のトランジスタのドレインからの出力信号が出力される第２の出力ポートと、
   を備えることを特徴とするスプリッタ回路。
2. 前記入力信号が、前記容量素子を介して各ゲートにそれぞれ供給されるｎ個のトランジスタ（ｎは１以上の整数）と、
   前記ｎ個のトランジスタの各ドレインからの出力信号がそれぞれ出力されるｎ個の出力ポートと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスプリッタ回路。
3. 前記第１のトランジスタに直列接続される第１のカスコードトランジスタをさらに備え、
   前記第１の出力ポートは、前記第１のカスコードトランジスタのドレインからの出力信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載のスプリッタ回路。
4. 前記容量素子に直列接続される第２のインピーダンス調整回路をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスプリッタ回路。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のスプリッタ回路と、
   前記スプリッタ回路の前記第１の出力ポートからの出力信号が供給される主チューナーと、
   前記スプリッタ回路の前記第２の出力ポートからの出力信号が供給される副チューナーと、
   を備えることを特徴とするチューナーシステム。
6. 前記主チューナーはラジオチューナーであり、前記副チューナーは道路交通情報通信システム専用チューナーであることを特徴とする請求項５に記載のチューナーシステム。

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