JP3315580B2

JP3315580B2 - 高周波集積回路

Info

Publication number: JP3315580B2
Application number: JP08965596A
Authority: JP
Inventors: 裕之松浦; 明三浦; 生朗青木; 賢太郎手塚
Original assignee: 株式会社テラテック
Priority date: 1996-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2016-04-11
Also published as: JPH09284161A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集積回路化された高
周波回路に利用する。本発明は集積回路の小型化、簡単
化技術に関する。本発明は、高周波信号を被測定電子回
路に供給し、その反射信号を分析することにより、その
被測定電子回路の特性を調べる装置、あるいは高周波信
号をアンテナから被測定物に照射し、その反射信号を分
析することにより、その被測定物の移動速度などを調べ
る装置に利用するに適する。

【０００２】

【従来の技術】電子回路に高周波信号を印加し、その反
射信号を分析することによってその電子回路の特性を算
出するネットワークアナライザが知られている。あるい
は、連続した高周波信号を被測定物に対して照射し、そ
の反射信号を分析することによって被測定物の動きを測
定する連続波レーダが知られている。

【０００３】この従来例を図５ないし図７を参照して説
明する。図５および図６は従来例のネットワークアナラ
イザの構成図である。図７は従来例の連続波レーダの構
成図である。図５はヘテロダイン型であり、高周波発振
器１により発振した高周波信号はドライバアンプ２によ
り要求されるレベルにまで増幅され、カプラ２２を介し
て高周波入出力端子４に出力され、被測定電子回路ＤＵ
Ｔに供給される。高周波信号は、具体的には、３〜３０
ＧＨｚあるいは３０〜３００ＧＨｚのマイクロ波または
ミリ波と呼ばれる周波数帯の信号を用いている。

【０００４】被測定電子回路ＤＵＴにより反射された高
周波信号は、被測定電子回路ＤＵＴの特性にしたがっ
て、印加された時点の高周波信号とは振幅および位相が
変化している。この高周波信号は高周波入出力端子４か
ら再びカプラ２２に到達し、ミキサ２１が備えられてい
る線路に出力される。ミキサ２１では、局部発振器２０
の出力と混合され、その結果として得られた中間周波数
信号（ＩＦ）がローパスフィルタ８に入力される。ロー
パスフィルタ８では、余分な高周波成分が除去される。
この中間周波数信号は中間周波増幅器１９により要求さ
れるレベルまで増幅されて出力端子１０に出力される。
出力端子１０から出力される中間周波出力は、モニタな
どの表示装置に接続されて分析処理が行われる。

【０００５】図６はホモダイン型であり、図５に示した
ヘテロダイン型と比較すると局部発振器２０が不要であ
る。高周波発振器１により発振した高周波信号はドライ
バアンプ２により要求されるレベルにまで増幅され、パ
ワーデバイダ２４により分岐されて片方は高周波入出力
端子４から被測定電子回路ＤＵＴに印加される。他方は
ミキサ２１に供給される。

【０００６】被測定電子回路ＤＵＴにより反射された高
周波信号は、被測定電子回路ＤＵＴの特性にしたがっ
て、印加された時点の高周波信号とは振幅および位相が
変化している。この高周波信号は高周波入出力端子４か
ら再びカプラ２２に到達し、ミキサ２１が備えられてい
る線路に出力される。ミキサ２１では、高周波発振器１
から発振されたままの高周波信号と被測定電子回路ＤＵ
Ｔにより反射された高周波信号とが混合される。ミキサ
２１の出力はベース・バンド信号であり、ローパスフィ
ルタ８、増幅器９を介して出力端子１０に出力される。

【０００７】例えば、被測定電子回路ＤＵＴに印加され
た高周波信号をａ・ｓｉｎωｔ（ただし、ａは振幅、ωは角周波数、ｔは時間）とし、これが被測定電子回路ＤＵＴにより反射されて、ｂ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）（ただし、ｂは振幅、αは位相ずれ）と変化した場合に、これをミキサ２１で混合すると、ａ・ｓｉｎωｔ×〔ｂ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）〕＝−（ａ
・ｂ／２）・〔ｃｏｓ（２ωｔ＋α）＋ｃｏｓα〕となり、２ωの成分を取り除いた検出出力は、 −（ａ・ｂ／２）・ｃｏｓα である。位相ずれαと、振幅値ｂは、どちらかが固定で
あるかまたは無視できるならば他方がわかる。

【０００８】図７は連続波を使ったレーダである。高周
波発振器１により発振した高周波信号はドライバアンプ
２により要求されるレベルにまで増幅され、パワーデバ
イダ２４により分岐されて片方はサーキュレータ２３を
介して高周波入出力端子４に接続されているアンテナＡ
ＮＴから被測定物に照射される。他方はミキサ２１に供
給される。

【０００９】被対象物からの反射波はアンテナＡＮＴに
接続されている高周波入出力端子４から再びサーキュレ
ータ２３に到達し、ミキサ２１が備えられている線路に
出力される。ミキサ２１では、高周波発振器１から発振
されたままの高周波信号と被測定物により反射された高
周波信号とが混合される。ミキサ２１の出力はベース・
バンド信号であり、ローパスフィルタ８、増幅器９を介
して出力端子１０に出力される。

【００１０】出力端子１０の検出出力からドプラシフト
などによる周波数変化を検出することにより被測定物の
動きを測定することができる。

【００１１】これらの回路は集積回路として実現され
る。この従来例を図８を参照して説明する。図８は連続
波レーダの回路を集積回路として実現した例を示す図で
ある。図８（ａ）に示す集積回路上の各符号（１、２、
４、９、１０、２１、２３、２４）は、図７に示した各
符号と対応するものである。ただし、図８（ａ）に示す
集積回路では、増幅器９に周波数選択性があるものを用
いることによりローパスフィルタ８は省略した。図８
（ｂ）は、図８（ａ）に示す集積回路を側面から見た図
である。半導体基板の底面にはグランドプレーン５０が
設けられ、フェライト製のサーキュレータ２３が半導体
基板の表面から突出している。

【００１２】図９はミキサ２１の構成例を示す図であ
る。４分の１波長の伝送線路をリング形状となるように
６本組み合わせて構成される。これは一般にラットレー
ス回路と呼ばれているものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来例で
は、ミキサ２１を構成するラットレース回路において、
４分の１波長の伝送線路を６本用いてリング形状を形成
することから、寸法を縮小させる上での制約があり、集
積回路の小型化に問題が生じる。

【００１４】また、個別にみると、図５はカプラ２２を
用いているが、その結合長は通常、４分の１波長または
それ以上であり、小型化の際に問題となる。また、高周
波発振器１の他に局部発振器２０を用いているため、Ｐ
ＬＬ（位相同期ループ）などで制御を行う複雑な回路を
多用しなければならず、集積回路の小型化、簡単化の上
で問題が生じる。

【００１５】図６は、パワーデバイダ２４を用いている
が発熱があり、小型化には不適当で、低消費電力化も難
しい。図６とは異なる形のパワーデバイダとしてウィル
キンソン型が知られているが、これも伝送線路を用いて
いるため、小型化の際に問題となる。また、カプラ２２
を用いているが、上述した理由により集積回路化には不
適当である。

【００１６】図７は、サーキュレータ２３を用いている
が図８（ｂ）に示すように、半導体基板上に突出してし
まい、集積回路化には不適当である。製造上も、サーキ
ュレータの円板状フェライトを置く工程が増え、また、
その位置合わせなどの工程が増えるなどの問題が生じ
る。

【００１７】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、小型化および簡単化を行うことができる高周
波集積回路提供することを目的とする。本発明は、半導
体基板上に突出した部分のない高周波集積回路を提供す
ることを目的とする。本発明は、低消費電力化を行うこ
とができる高周波集積回路を提供することを目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は高周波集積回路
であって、その特徴とするところは、高周波発振器と、
この高周波発振器の出力端に接続される高周波入出力端
子と、前記高周波発振器の出力端と接地電位との間に接
続される非線形素子と、前記高周波入出力端子に生じる
前記高周波発振器の出力信号に対する応答信号とその高
周波発振器の出力信号との差分周波数の信号としてこの
非線形素子の両端に現れるベースバンド信号を抽出する
回路手段とを一つの半導体基板に形成したところにあ
る。

【００１９】本発明の構成を採ることにより、高周波集
積回路を小型化および簡単化することができる。また、
半導体基板上に突出した部分のない高周波集積回路を実
現することができる。さらに、低消費電力化を行うこと
ができる。

【００２０】前記非線形素子と直列にインピーダンス整
合回路が接続されることが望ましい。この非線形素子は
ダイオードでよい。このダイオードはショットキーバリ
ア・ダイオードを用いることができる。

【００２１】前記高周波入出力端子は前記高周波発振器
出力にバンドパスフィルタを介して接続される構成とす
ることもできる。また、前記回路手段はローパスフィル
タを含む構成とすることもできる。

【００２２】例えば、前記ローパスフィルタは前記半導
体基板上に形成された４分の１波長の伝送線路と、この
伝送線路と接地電位との間に接続された静電容量とを含
む構成とすることもできる。

【００２３】前記半導体基板上の伝送線路はＣＰＷ( コ
プレーナウェーブガイド）として形成されることが望ま
しい。

【００２４】これにより、半導体基板を片面パターンの
みで実現することができるので、さらに、製造工程上の
作業効率を向上させることができる。

【００２５】前記発振器は目的周波数の整数分の１を出
力する発振回路と、この発振回路の出力を目的周波数に
逓倍する逓倍器とを含む構成とすることもできる。さら
に、前記非線形素子は、この逓倍器を兼用することもで
きる。

【００２６】

【発明の実施の形態】

【００２７】

【実施例】

（第一実施例）本発明第一実施例の構成を図１を参照し
て説明する。図１は本発明第一実施例回路の構成図であ
る。

【００２８】本発明は高周波集積回路であって、その特
徴とするところは、高周波発振器１と、この高周波発振
器１の出力端に接続される高周波入出力端子４と、高周
波発振器１の出力端と接地電位との間に接続される非線
形素子としてのミキサダイオード６と、高周波入出力端
子４に生じる高周波発振器１の出力信号に対する応答信
号とその高周波発振器１の出力信号との差分周波数の信
号としてこのミキサダイオード６の両端に現れるベース
バンド信号を抽出する回路手段としてのローパスフィル
タ８、増幅器９、出力端子１０とを一つの半導体基板に
形成したところにある。

【００２９】ミキサダイオード６と直列にインピーダン
ス整合回路５が接続されている。また、ミキサダイオー
ド６には、ショットキーバリア・ダイオードを用いた。

【００３０】高周波入出力端子４は高周波発振器１の出
力にバンドパスフィルタ３を介して接続されている。

【００３１】本発明では、半導体基板上の伝送線路はＣ
ＰＷ( コプレーナウェーブガイド）として形成されてい
る。

【００３２】高周波入出力端子４には、従来例で既に説
明したように、ネットワークアナライザであるならば被
測定電子回路が接続され、連続波レーダならばアンテナ
が接続される。

【００３３】バンドパスフィルタ３は、被測定電子回路
に供給すべき高周波信号が通るものである。同じ結果が
得られるならば、ハイパスフィルタを用いることもでき
るし、または、連続波レーダとする場合に、アンテナに
共振特性がありフィルタの役割を代行できる場合には省
略することもできる。

【００３４】ドライバアンプ２とバンドパスフィルタ３
の接続点にミキサ回路７を接続する。ミキサ回路７はイ
ンピーダンス整合回路５とミキサダイオード６からな
る。ミキサダイオード６としてはショットキーバリア・
ダイオードが好適である。インピーダンス整合回路５
は、ミキサダイオード６に所望の高周波信号が印加さ
れ、かつ、ドライバアンプ２から高周波入出力端子４へ
の信号の流れをなるべく妨げないものがよい。ミキサダ
イオード６のインピーダンスが高い場合には、インピー
ダンス整合回路５を省略することもできる。

【００３５】ローパスフィルタ８は、ミキシングによっ
て生じた差成分の信号のみを通し、高周波を通さないた
めのものである。高周波信号は、増幅器９によって所定
のレベルまで増幅され出力端子１０から出力される。

【００３６】次に、本発明第一実施例の動作を説明す
る。高周波発振器１で高周波信号を発生し、それをドラ
イバアンプ２により増幅し、所望のレベルとする。これ
をバンドパスフィルタ３を介して高周波入出力端子４に
供給するとともに、ミキサ回路７に印加する。ローパス
フィルタ８にもつながっているが、フィルタの作用でそ
の先にはつながらない。

【００３７】高周波入出力端子４には、被測定電子回路
またはアンテナがつながり、反射波がバンドパスフィル
タ３を介して戻ってくる。これをミキサ回路７で先の高
周波信号と混合する。直流または周波数差成分（高周波
信号よりずっと低い周波数）の信号をローパスフィルタ
８で取り出し、増幅器９で所望のレベルまで増幅し検出
出力として出力端子１０に出力する。この検出出力にし
たがって、分析処理を行う。ミキサ回路７に高周波信号
を印加すると高調波成分を生じるので、検出出力につい
てはハイパスフィルタを用いて高調波成分を除去するよ
うにしてもよい。

【００３８】これにより、集積回路化の上で問題となる
パワーデバイダ、カプラ、ラットレース回路、サーキュ
レータなどの構成部品を用いることなく高周波集積回路
が構成できるため、小型で簡単な構成の集積回路化され
た高周波回路を実現することができる。

【００３９】（第二実施例）本発明第二実施例を図２を
参照して説明する。図２は本発明第二実施例回路の構成
図である。本発明第二実施例は、図１に示した本発明第
一実施例のミキサ回路７からインピーダンス整合回路５
を省いている。インピーダンス整合回路５を省くために
は、ミキサダイオード６のインピーダンスを高く設定す
ればよい。また、ローパスフィルタ８を４分の１波長の
伝送線路１１とコンデンサ１２により構成した。ミキサ
ダイオード６側からみると高周波信号にとってはコンデ
ンサ１２はほとんど短絡状態となっており接地電位に逃
げて行き低周波成分のみが増幅器９に入力される。

【００４０】図３は本発明第二実施例回路を集積回路化
した状態を示す図である。図３に示した集積回路例で
は、伝送線路をＣＰＷ（コプレーナウェーブガイド）に
より構成している。ＣＰＷの利点は半導体基板の片面だ
けで構成できる点や基板の穴開けが不要である点が優れ
ている。図３のＧＮＤパターンは、適宜エアーブリッジ
または多層配線技術で同電位にする。

【００４１】高周波発振器１の出力端には３段構成のド
ライバアンプ２が接続され、ドライバアンプ２の出力端
には、ミキサダイオード６のアノードと、バンドパスフ
ィルタ３およびローパスフィルタ８の入力端が接続され
ている。バンドパスフィルタ３は、２本の４分の１波長
の伝送線路が直列に接続されたハイパスフィルタであ
り、その接続点にさらに１本の４分の１波長の伝送線路
の一端が接続されて構成されている。この接続点に一端
が接続された１本の４分の１波長の伝送線路の他端がバ
ンドパスフィルタ３の入力端となる。また、直列に接続
された２本の４分の１波長の伝送線路の一端は接地電位
（ＧＮＤ）に接続され、他端は高周波入出力端子４とな
る。ローパスフィルタ８は、１本の４分の１波長の伝送
線路１１とコンデンサ１２により構成され、この伝送線
路１１の一端がローパスフィルタ８の入力端となり、他
端はコンデンサ１２の一端に接続されるとともに、増幅
器９の入力端に接続される。コンデンサ１２の他端は接
地電位（ＧＮＤ）に接続される。増幅器９は１個のＮＰ
Ｎ型トランジスタにより構成されている。増幅器９の入
力端はこのＮＰＮ型トランジスタのベースに接続され、
出力端子１０はコレクタに接続されている。また、コレ
クタには増幅器９の直流電源の正電位が接続され、エミ
ッタには増幅器９の直流電源の負電位が接続されてい
る。配線パターンはＣＰＷにより片面のみの加工によっ
て施されている。高周波発振器１およびドライバアンプ
２については、図３においては詳細な構成を省略して図
示しているが、その構成は既知の技術であり本発明と直
接関係がないので詳細な説明は省略する。

【００４２】従来例の図８で示した構成では、サーキュ
レータ２３はマイクロストリップラインを用いて半導体
基板の表裏を使用し、両面の処理や穴開けが必要であ
る。このために、この部分だけ別基板とすることも必要
になる場合がある。これらのことから、本発明が有用で
あることがわかる。

【００４３】なお、図３ではハイパスフィルタ用として
３本の４分の１波長線路を用いているが、既知のフィル
タ構成技術を用いて本数を減らすこともできる。また、
高周波入出力に導波管を接続すればそれ自体にハイパス
フィルタの作用がある。また、アンテナを接続する場合
には、それ自体に周波数選択性が通常あるので、この点
からもハイパスフィルタを簡単化または省略することが
できる。

【００４４】（第三実施例）本発明第三実施例を図４を
参照して説明する。図４は本発明第三実施例回路の構成
図である。本発明第三実施例では、発振器１５で目的の
高周波信号ｆを直接発振させずに、ｆの整数分の１の周
波数で発振させ、逓倍器１３による逓倍により目的周波
数を得るようにしている。逓倍器１３の出力はバンドパ
スフィルタ３₂を通過し、逓倍により生じた不要な周波
数成分を除去される。逓倍自体は既知の技術であり、詳
細な説明は省略する。さらに、この逓倍器１３の作用を
非線形素子であるミキサ回路７に兼用させることもでき
る。さらに、バンドパスフィルタ３₂をバンドパスフィ
ルタ３₁に兼用させることもできる。この場合の構成は
図１〜図３に示した構成と同様である。

【００４５】（実施例まとめ）ローパスフィルタ８は、
特別に回路を設けなくとも、例えば、対象とする高周波
信号でまったく利得がなく、かつ、それで飽和しないよ
うな帯域の狭い増幅器で兼用することもできる。

【００４６】ドライバアンプ２や増幅器９をＨＢＴ(Het
ero Bipolar Transistor: ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタ）とし、ミキサダイオード６をショットキーバリ
アダイオードとしてモノリシックＩＣ化することもでき
る。また、ドライバアンプ２をＨＥＭＴ(High Electron
Mobility Transistor) とし、ダイオード６をショット
キーバリアダイオードとしてモノリシックＩＣ化するこ
ともできる。

【００４７】ドライバアンプ２と高周波入出力端子４と
検出信号を取り出すローパスフィルタ８とミキサ回路７
とを一点で直接接続するようにし、ハードウェア量を少
なくして小型化、低価格化することがきる。フェライト
やサイズの大きなエレメントが少なくＩＣ化がしやす
い。また、ミキサ回路７において高周波信号と局部発振
信号とが同一端子から加えられるので、局部発振信号の
高周波発振器１側への漏れに気を配る必要がない。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波集積回路を小型化および簡単化することができ
る。本発明によれば、半導体基板上に突出した部分がで
きないような高周波集積回路を実現できる。また、低消
費電力化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例回路の構成図。

【図２】本発明第二実施例回路の構成図。

【図３】本発明第二実施例回路を集積回路化した状態を
示す図。

【図４】本発明第三実施例回路の構成図。

【図５】従来例のネットワークアナライザの構成図。

【図６】従来例のネットワークアナライザの構成図。

【図７】従来例の連続波レーダの構成図。

【図８】連続波レーダの回路を集積回路として実現した
例を示す図。

【図９】ミキサの構成例を示す図。

【符号の説明】

１高周波発振器２ドライバアンプ３、３₁、３₂ バンドパスフィルタ４高周波入出力端子５インピーダンス整合回路６ミキサダイオード７ミキサ回路８ローパスフィルタ９増幅器１０出力端子１１伝送線路１２コンデンサ１３逓倍器１５発振器１９中間周波増幅器２０局部発振器２１ミキサ２２カプラ２３サーキュレータ２４パワーデバイダ５０グランドプレーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者手塚賢太郎東京都武蔵野市中町二丁目11番13号株式会社テラテック内 (56)参考文献特開平５−243855（ＪＰ，Ａ) 特開平３−13106（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−136113（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−96321（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−110511（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−29814（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03D 7/00 - 9/06 H04B 1/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波発振器と、この高周波発振器の出
力端に一端が接続され他端に接続されたアンテナまたは
被測定電子回路に前記高周波発振器の高周波を出力し、
前記アンテナから被測定物に放射され前記被測定物から
の反射信号が応答信号として入力され、または前記被測
定電子回路からの反射信号が応答信号として入力される
高周波入出力端子と、前記高周波発振器の出力端と接地
電位との間に接続される非線形素子と、前記高周波入出
力端子に入力される前記アンテナまたは被測定電子回路
からの応答信号とその高周波発振器の出力信号との差分
周波数の信号としてこの非線形素子の両端に現れるベー
スバンド信号を抽出する回路手段とを一つの半導体基板
に形成したことを特徴とする高周波集積回路。
【請求項２】前記非線形素子と直列にインピーダンス
整合回路が接続された請求項１記載の高周波集積回路。
【請求項３】前記非線形素子はダイオードである請求
項１または２記載の高周波集積回路。
【請求項４】前記ダイオードはショットキーバリア・
ダイオードである請求項３記載の高周波集積回路。
【請求項５】前記高周波入出力端子は前記高周波発振
器出力にバンドパスフィルタを介して接続された請求項
１記載の高周波集積回路。
【請求項６】前記回路手段はローパスフィルタを含む
請求項１記載の高周波集積回路。
【請求項７】前記ローパスフィルタは前記半導体基板
上に形成された４分の１波長の伝送線路と、この伝送線
路と接地電位との間に接続された静電容量とを含む請求
項６記載の高周波集積回路。
【請求項８】前記半導体基板上の伝送線路としてＣＰ
Ｗ( コプレーナウェーブガイド）を形成した請求項１記
載の高周波集積回路。
【請求項９】前記発振器は目的周波数の整数分の１を
出力する発振回路と、この発振回路の出力を目的周波数
に逓倍する逓倍器とを含む請求項１記載の高周波集積回
路。
【請求項１０】前記非線形素子は、前記逓倍器を兼用
する請求項９記載の高周波集積回路。