JP4682335B2 - 自己較正ミキサ - Google Patents

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Description

本発明は、ミキサ回路に関するとともに、ミキサ回路を備える装置、方法、コンピュータプログラムプロダクト、及び、媒体に関する。
そのようなミキサ回路の例は、ミキサを備える回路である。そのような装置の例は、送信器、受信器及び/又はトランシーバを備える装置である。
従来の技術のミキサ回路は、欧州特許出願公開第EP1531553−A1号公報(特許文献1)から知られており、欧州特許出願公開第EP1531553−A1号公報は、その図2及び図3において、入力信号及び発振信号を受け取り且つ出力信号を出力するためのミキサを備えるとともに、入力信号を受け取り且つ入力信号に応じて調整可能な補償信号を与えるための、ミキサと並列の補償分岐部を備えるミキサ回路を開示している。出力信号及び補償信号は、ミキサの歪みを補償するために組み合わせられる。
公知のミキサ回路は、特に、並列の補償分岐部が使用されるという事実により、不利である。そのような付加的な分岐部は、較正中及び通常動作中に、補償されるべき歪みを常に見積もらなければならず、それにより、付加的なノイズ及びその付加的な歪みがもたらされる。
欧州特許出願公開第EP1531553−A1号公報
本発明の目的は、特に、ミキサを備えるミキサ回路であって、並列補償が必要とされることなくミキサの歪みが低減されるミキサ回路を提供することである。
本発明の更なる目的は、特に、並列補償が必要とされることがない、ミキサ回路を備える装置、方法、コンピュータプログラムプロダクト、及び、媒体を提供することである。
本発明に係るミキサ回路は、
入力信号と発振信号とを受け取って出力信号を出力するとともに、調整可能な負荷値を有する負荷を備えるミキサと、
上記負荷を調整するための調整器であって、調整された上記負荷が異なる時間的瞬間に異なる負荷値を有する、調整器と、
負荷値ごとに出力信号の成分を検出するための検出器と、
検出結果を選択するとともに、選択された検出結果に応じて上記負荷を設定するように上記調整器に指示し、設定された上記負荷が設定負荷値を有する、セレクタと、
を備える。
調整可能な負荷値を有する負荷を備えるミキサと、負荷を掃引するための調整器と、掃引された負荷における出力信号の成分を検出するための検出器と、検出を選択し且つそれに応じて負荷を設定するためのセレクタとを有するミキサ回路を提供することにより、並列補償が導入される必要なく、ミキサの歪みが低減される。
本発明に係るミキサ回路は、特に、その較正とその通常動作とが互いに分離されるという点で更に有利である。
本発明に係るミキサ回路の一態様は、上記検出器が、上記成分をフィルタリングするためのフィルタ回路を備えるとともに、勾配検出回路を備え、負荷値ごとの成分の検出が、負荷値ごとの成分の勾配検出を含み、上記セレクタが、選択された検出結果を規定する極勾配値を見出すために勾配値を互いに比較するための比較回路を備えることによって規定される。勾配値が最小値等の極値である検出結果を選択することにより、また、検出結果が選択される設定負荷値を有する負荷を設定することにより、特定の成分においてミキサの歪みが最小限に抑制される。
本発明に係るミキサ回路の一態様は、上記成分が、二次相互変調積を含むことによって規定される。二次相互変調積即ちIM2は、比較的大きな歪みをもたらす。従って、この特定の(周波数)成分におけるミキサの歪みを低減させることが重要である。二次入力遮断点即ちIIP2は、振幅における所望の出力信号が二次相互変調積のスペクトル成分に等しくなる入力信号の振幅を表している。従って、比較的小さい二次相互変調積が比較的高い二次入力遮断点をもたらし、これは例えば無線技術においては重要な要求である。IM2及びIIP2に関する更なる情報は、米国特許出願公開第2005/0124311号公報及び米国特許出願公開第2006/0035611号公報に開示されている。
本発明に係るミキサ回路の一態様は、上記入力信号が、振幅変調ジャマー信号又はツートン信号を含むことによって規定される。これらの入力信号のそれぞれは、良好に機能することが分かっている。他の周波数を排除することなく、振幅変調ジャマー信号は、例えば20kHz振幅変調ジャマー信号を含んでおり、また、2トーン信号は例えば100kHz2トーン信号を含んでいる。
本発明に係るミキサ回路の一態様は、上記調整器及び上記セレクタを備え、較正モードでは上記調整器を掃引し、非較正モードでは上記調整器をロックするためのコントローラを更に備えることによって規定される。
コントローラは、例えば、プロセッサ又はプロセッサシステムの一部を備え又は形成し、また、調整器は、例えば、ハードウェア又はソフトウェアカウンタ、及び/又は、カウント値を負荷を想定した調整信号へと変換するためのハードウェア又はソフトウェア変換器を備える。較正モードでは、負荷が掃引された後に設定されるようになっている。通常動作モード等の非較正モードでは、負荷がその設定負荷値を維持しなければならない。
本発明に係るミキサ回路の一態様は、上記調整器を備え、高感度モード及び非高感度モードのそれぞれにおいて小さいステップ及び大きいステップをそれぞれ有する調整信号を上記負荷に対して与えるためのコントローラを更に備えることによって規定される。
高感度モードでは、二つのその後の調整信号間の差が比較的小さいステップでなければならず、また、非高感度モードでは、二つのその後の調整信号間の差が比較的大きいステップでなければならない。
本発明に係るミキサ回路の一態様は、クロック信号を受け取るためのクロック入力と調整信号を上記負荷に対して与えるための出力とを有する上記調整器を備えるとともに、高速モード及び低速モードのそれぞれにおいて高速クロック信号及びより低速なクロック信号をそれぞれ生成するためにクロック信号を生成するクロック信号発生器を備えるコントローラを更に備えることによって規定される。
高速モードでは、調整器をクロックするためのクロック信号が比較的高速でなければならず、また、低速モードでは、調整器をクロックするためのクロック信号が比較的低速でなければならない。
本発明に係る装置は、本発明に係るミキサ回路を備える。
本発明に係る装置の一態様は、
上記ミキサを備える受信器と、
送信器と、
送信スイッチを介して上記送信器から送信信号を受け取るとともに、送信信号に応じて入力信号を受信スイッチを介して上記ミキサに対して与えるための入力信号発生器と、
を更に備えることによって規定される。
スイッチは、較正モードでは、入力信号発生器を介して受信器及び送信器を互いに結合し、また、通常動作モード等の非較正モードでは、受信器及び送信器を一つのアンテナ又はそれら自体のアンテナに対して結合する。
本発明に係る装置及び本発明に係る方法及び本発明に係るコンピュータプログラムプロダクト及び本発明に係る媒体の実施の形態は、本発明に係るミキサ回路の実施の形態と一致する。
本発明は、特に、並列補償又は並列補償の調整が回避されるべきであるという洞察に基づいているとともに、特に、ミキサの負荷が調整可能な負荷値を有していなければならず且つ調整器が負荷を掃引しなければならず且つ検出器が掃引された負荷におけるミキサ出力信号の成分を検出しなければならず且つセレクタが検出を選択してそれに応じて負荷を設定しなければならないという基本的な認識に基づいている。
本発明は、特に、ミキサを備えるミキサ回路であって、並列補償が必要とされることなくミキサの歪みが低減されるミキサ回路を提供するために、問題を解決する。本発明に係るミキサ回路は、特に、その較正とその通常動作とが互いに分離されるという点で更に有利である。
本発明のこれらの態様及び他の態様は後述する実施の形態から明確になり、当該実施の形態を参照して上記態様について説明する。
図1に示されるミキサ2は、互いに結合される第1の主電極(例えば、エミッタ又はソース)を備える第1及び第2のトランジスタ21,22を備えるとともに、電流源24を介してグランドに結合される第1の主電極(例えば、エミッタ又はソース)と第1及び第2のトランジスタ21,22の第1の主電極に結合される第2の主電極(例えば、コレクタ又はドレイン)とを備える第3のトランジスタ23を備えている。第1のトランジスタ21の第2の主電極(例えば、コレクタ又はドレイン)は、第1のインピーダンス25(例えば、キャパシタ及びレジスタの並列回路)を介して、基準端子に対して結合され、また、第2のトランジスタ22の第2の主電極(例えば、コレクタ又はドレイン)は、第2のインピーダンス26(例えば、キャパシタ及びレジスタの並列回路)を介して、基準端子に対して結合される。
第3のトランジスタ23の制御電極(例えば、ベース又はゲート)は、入力信号を受け取るための入力27を構成し、また、第1及び第2のトランジスタ21,22の制御電極(例えば、ベース又はゲート)は、オシレータ信号を受け取るためのオシレータ入力28a,28bを構成し、また、第1及び第2のトランジスタ21,22の第2の主電極は、出力信号を出力するための出力29a,29bを構成する。第1及び第2のトランジスタ21,22の第2の主電極は、更に、負荷3を介して互いに結合される。この負荷3は、四つの並列分岐部を備えている。一つの分岐部はインピーダンス31を備え、他の三つの分岐部はそれぞれ、インピーダンス32,34,36とスイッチ33,35,37との直列構造を備えている。負荷3は、スイッチ33,35,37を動作させることにより負荷3を調整するための調整信号を受け取る制御入力38を更に備える。分岐部ごとに異なる構造、分岐部の異なる構造、及び、分岐部の異なる数が排除されるべきではない。
図2に示される本発明に係るミキサ回路1は、入力27を介して入力信号を受け取り、発振入力28(=28a&28b)を介して発振信号を受け取り、及び、出力29(=29a,29b)を介して出力信号を出力するための、図1に示されるような負荷3を有するミキサ2を備えている。図1に関して説明したように、負荷3は、調整可能な負荷値を有する。ミキサ回路1は、制御入力38を介して調整信号を負荷3に対して供給することにより負荷3を調整するための調整器4を更に備えている。較正モードにおいて、調整された負荷3は、異なる時間的瞬間に異なる負荷値を有するように掃引される。ミキサ回路1は、負荷値ごとに出力信号の成分を検出するための検出器5と、検出結果を選択し且つ選択された検出結果に応じて負荷を設定するように調整器4に指示するセレクタ6とを更に備えている。設定された負荷3は、設定負荷値を有する。
検出器5は、直列構成で互いに結合される、増幅器51と、成分をフィルタリングするフィルタ回路52と、勾配検出回路53とを備えている。負荷値ごとの成分の検出は、負荷値ごとの成分の勾配検出を含む。セレクタ6は、選択された検出結果を規定する極勾配を見出すために勾配値同士を比較する比較回路61を備えるとともに、勾配値を受け取って記憶するために勾配検出回路53の出力に結合された例えばメモリ62を備えている。メモリ62は、一つ以上の勾配値を与えるための命令を受け取るために一方向で比較回路に結合されるとともに、勾配値を与えるために他方向で比較回路に結合される。
ミキサ回路1はコントローラ7を更に備え、コントローラ7は、例えば調整器4及びセレクタ6を備えており、較正モードでは調整器4を掃引し且つ非較正モードでは調整器4をロックし及び/又は高感度モード及び非高感度モードでは小さいステップ及び大きいステップをそれぞれ有する調整信号を負荷3に対して与える。調整器4は、例えば、クロック信号を受け取るためのクロック入力と、調整信号を負荷3に対して与えるための出力とを備えており、また、コントローラは、例えば、高速モード及び低速モードのそれぞれにおいて高速クロック信号及び低速クロック信号をそれぞれ生成するためにクロック信号を生成するクロック信号発生器71を備えている。
コントローラ7は、例えば、調整器4及び信号クロック発生器71及び比較回路61及びメモリ62を制御するためのプロセッサ72を更に備えている。あるいは、プロセッサが、調整器4及び/又は信号クロック発生器71及び/又は比較回路61及び/又はメモリ62に組み込まれてもよく、又は、調整器4及び/又は信号クロック発生器71及び/又は比較回路61及び/又はメモリ62が、プロセッサ72の一部を形成する等してもよい。
図3に示される本発明に係る装置8は、ミキサ2を備える受信器81と、送信器82と、送信器82から送信スイッチ93を介して送信信号を受け取り且つ送信信号に応じて入力信号を受信スイッチ97を介してミキサ2へ与えるための入力信号発生器91とを備えている。受信器81は、例えば、受信回路96の出力に結合される動作入力と、入力信号発生器91の出力に結合される較正入力と、ミキサ2の入力27に結合される出力とを有する受信スイッチ97を更に備えている。送信器82は、例えば、第1の送信回路94に結合される入力と、第2の送信回路92の入力に結合される動作出力と、入力信号発生器91の入力に結合される較正出力とを有する送信スイッチ93を更に備えている。
装置8は、例えば、アンテナがアンテナ回路部に結合されているアンテナ回路83を更に備えており、アンテナ回路部は、第2の送信回路92の出力に結合される入力を備えるとともに、受信回路96の入力に結合される出力を備えている。
成分は、例えば、他の成分を排除することなく二次相互変調積を含み得る。二次相互変調積即ちIM2は、比較的大きな歪みをもたらす。従って、この特定の(周波数)成分によるミキサ2の歪みを低減させることが重要である。二次入力遮断点即ちIIP2は、振幅における所望の出力信号が二次相互変調積のスペクトル成分に等しくなる入力信号の振幅を表している。従って、比較的小さい二次相互変調積が比較的高い二次入力遮断点をもたらし、これは例えば無線技術においては重要な要求である。
この特定の成分において、図2に示されるような本発明に係るミキサ回路1は、以下のように機能する。較正モードでは、例えば振幅変調ジャマー信号(例えば、20kHzAMジャマー信号)又はツートン信号(例えば、100kHzツートン信号)等の入力信号が入力27へ供給される。この入力信号は、コントローラ7によって制御される図示しない特定の発生器から生じてもよく、あるいは、図3に関して後述するように入力信号発生器91から生じてもよい。また、局部発振信号等の発振信号が、図2に示され且つ図1に示される入力28a,28bを備える入力28に対して供給される。負荷3は、制御入力38を介して、調整器4から生じる調整信号を受け取る。
較正モードでは、調整器4を介して、負荷3が掃引され、それにより、負荷3が異なる時間的瞬間に異なる負荷値を得る。それに加えて、調整器4は、例えば、他の種類の調整器を排除することなくカウンタを備えており、その結果、調整信号は事後カウント値を含む。各カウント値に応じて、負荷3は、スイッチ33,35,37のうちの一つ以上を開く及び/又は閉じることによって調整される。カウンタを使用する利点は、異なる開始値及び/又は終了値を選択することによって掃引間隔を増大させ或いは減少させることができるという点、異なるカウントステップ(小さいステップ=大きい精度、大きいステップ=小さい精度)を容易に導入できるという点、また、クロック速度を変えることにより異なる掃引速度を容易に導入できるという点である。調整信号は、1ラウンドの増大する又は減少するカウント値を含んでいてもよく、また、三角形状信号等の数ラウンドの増大する及び/又は減少するカウント値(カウント値の増大後に、カウント値が減少する等)を含んでいてもよい。これらの三角形状信号は非常に良く機能することが分かっている。
結果として、負荷3のそれぞれの異なる負荷値ごとに、異なる出力信号がミキサ2によって生成される。フィルタ回路52は、異なる出力信号ごとにIM2成分をフィルタリングするとともに、出力信号ごとにIM2成分を勾配検出回路53に対して供給し、また、勾配検出回路53は、出力信号ごとにIM2成分の勾配を検出する。勾配値がメモリ62に記憶され、また、比較回路61が極勾配値を決定し、この極勾配値は、例えば、この極負荷値をもたらした出力信号に対応する負荷値を規定する。負荷3は、調整器4を介して、この特定の負荷値に設定される。更に、調整器4のカウンタが、例えばロックされるとともに、調整信号として使用される所定のカウント値を生成する。その後、通常動作モード等の非較正モードが開始してもよい。
前述したように、入力信号は、図3に示されるような入力信号発生器91から生じてもよい。その場合、送信スイッチ93を介して送信信号を与えるために送信器82が使用され、また、入力信号発生器91は、送信信号を、受信スイッチ97を介してミキサ2へ供給される入力信号へと変換する。従って、送信スイッチ93及び受信スイッチ97は、較正モードでは、入力信号発生器91を介して受信器81と送信器82とを互いに結合し、非較正モードでは、受信器81のミキサ回路1及び送信器82の第1の送信回路94のそれぞれをアンテナ回路83に対して結合する。
そのため、IM2測定値が刺激(入力信号)の精度とミキサのゲインの精度とIM2検出器の感度とによって決まることを考慮して、公知の限界を回避するために新規で且つ発明性のある概念が創造された。この概念は、掃引によるミキサの負荷調節と、出力信号の成分の検出と、適切な検出結果の選択とを含んでいる。
IM2成分の検出がダイオードによって行われてもよく、及び/又は、フィルタ回路52がダイオードを備えていてもよい。このダイオードは、増幅された出力信号を受け取るためのアノードを備えるとともに、キャパシタ及びレジスタの並列構造を介してグランドに結合されるカソードを備えている。
二つの状況は互いに区別される必要がある。第1の状況によれば、調整器のカウンタのクロック速度がIM2周波数よりも小さく、また、第2の状況によれば、調整器のカウンタのクロック速度がIM2周波数よりも大きい。
IM2周波数が3MHzに固定される状態でIIP2を30dBmから60dBmへと高めるために高速較正が必要とされる場合には、ミキサ回路1の動作を図4に示されるようにすることができる。その場合、図4におけるブロックは、以下の意味を有する。
ブロック100:較正開始
ブロック101:刺激接続
ブロック102:IIP2較正をミキサ分岐部に接続
ブロック103:初期カウント値をロード
ブロック104:クロック開始
ブロック105:超過
ブロック106:最初、yes又はno
ブロック107:較正エラー
ブロック108:ミキサ分岐部変更
ブロック109:掃引停止
ブロック110:較正値を読み取ってそれを補正
ブロック111:較正値記憶
最大性能が必要とされる場合であって、IM2周波数が100kHzに固定される状態で較正後に80dBmのIIP2を得るべく較正パラメータを規定するためにトレードオフがなされる場合には、感度が最初に考慮されなければならない。検出するためのIM2レベルが非常に低いと、勾配検出フィルタ(三角形信号)を用いてノイズレベルが最適化される。システムのダイナミックレンジが限られることを考慮すると、2ステップ手法が行われてもよい。ステップ1:30dBm乃至60dBm(±5dBm)のIIP2レベル、高クロック、低精度。ステップ2:較正継続時間を減少させるため、較正値−10又は較正値がゼロよりも小さかった場合にはゼロ等、カウンタの初期値をロードすることができる。55dBm乃至80dBm(±2dBm)のIIP2レベル、高精度、低クロック。この場合、ミキサ回路1の動作を図5に示すようにすることができる。その場合、図5におけるブロックは以下の意味を有する。
ブロック200:較正開始
ブロック201:刺激接続
ブロック202:IM2周波数及びクロックを低精度モードにセットアップ
ブロック203:ブロック性能を低精度モードにセットアップ
ブロック204:IIP2較正をミキサ分岐部に接続
ブロック205:初期値=0
ブロック206:初期値ロード
ブロック207:クロック開始
ブロック208:超過
ブロック209:最初
ブロック210:較正エラー
ブロック211:ミキサ分岐部変更
ブロック212:掃引停止
ブロック213:較正値を読み取ってそれを補正
ブロック214:低モード
ブロック215:較正値を記憶
ブロック216:初期値=較正値−10又は較正値がゼロよりも小さかった場合にはゼロ
ブロック217:IM2周波数及びクロックを高精度モードにセットアップ
ブロック218:ブロック性能を高精度モードにセットアップ
尚、前述した実施の形態は、本発明を例示するものであって、本発明を限定するものではなく、また、当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの他の実施の形態を想起することができる。請求項中、括弧内に記載される任意の参照符号は、請求項を限定するものと解釈されるべきではない。動詞「備える、含む(to comprise)」及びその活用形の使用は、請求項中に記載される要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素に先行する冠詞「一つの(a,an)」は、そのような要素の複数の存在を排除しない。本発明は、いくつかの別個の要素を備えるハードウェアによって及び/又は適切にプログラムされたコンピュータによって実施されてもよい。いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のうちのいくつかは、ハードウェアの一つの同じ要素によって具現化されてもよい。特定の手段が互いに異なる従属請求項中に挙げられているという事実だけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用できないということを示唆するものではない。
調整可能な負荷を備えるミキサを図式的に示している。 本発明に係るミキサ回路を図式的に示している。 本発明に係る装置を図式的に示している。 ミキサ回路の第1の動作を示している。 ミキサ回路の第2の動作を示している。

Claims (11)

  1. 入力信号と発振信号とを受け取って出力信号を出力するとともに、調整可能な負荷値を有する負荷を備えるミキサと、
    前記負荷を調整するための調整器であって、調整された前記負荷が異なる時間的瞬間に異なる負荷値を有する、調整器と、
    負荷値ごとに出力信号の成分を検出するための検出器と、
    検出結果を選択するとともに、選択された検出結果に応じて前記負荷を設定するように前記調整器に指示し、設定された前記負荷が設定負荷値を有する、セレクタと、
    を備えるとともに、
    前記検出器は、前記成分をフィルタリングするためのフィルタ回路を備えるとともに、勾配検出回路を備え、負荷値ごとの成分の検出は、負荷値ごとの成分の勾配検出を含み、前記セレクタは、選択された検出結果を規定する極勾配値を見出すために勾配値を互いに比較するための比較回路を備える、
    ことを特徴とするミキサ回路。
  2. 前記成分は、二次相互変調積を含むことを特徴とする請求項1に記載のミキサ回路。
  3. 前記入力信号は、振幅変調ジャマー信号又はツートン信号を含むことを特徴とする請求項1に記載のミキサ回路。
  4. 前記調整器及び前記セレクタを備え、較正モードでは前記調整器を掃引し、非較正モードでは前記調整器をロックするためのコントローラを更に備えることを特徴とする請求項1に記載のミキサ回路。
  5. 前記調整器を備え、高感度モード及び非高感度モードのそれぞれにおいて小さいステップ及び大きいステップをそれぞれ有する調整信号を前記負荷に対して与えるためのコントローラを更に備えることを特徴とする請求項1に記載のミキサ回路。
  6. クロック信号を受け取るためのクロック入力と調整信号を前記負荷に対して与えるための出力とを有する前記調整器を備えるとともに、高速モード及び低速モードのそれぞれにおいて高速クロック信号及びより低速なクロック信号をそれぞれ生成するためにクロック信号を生成するクロック信号発生器を備えるコントローラを更に備えることを特徴とする請求項1に記載のミキサ回路。
  7. 請求項1に記載のミキサ回路を備える装置。
  8. 前記ミキサを備える受信器と、
    送信器と、
    送信スイッチを介して前記送信器から送信信号を受け取るとともに、送信信号に応じて入力信号を受信スイッチを介して前記ミキサに対して与えるための入力信号発生器と、
    を更に備えることを特徴とする請求項に記載の装置。
  9. 入力信号及び発振信号を受け取って出力信号を出力するためのミキサの負荷を調整するステップであって、前記負荷が調整可能な負荷値を有し、調整された前記負荷が異なる時間的瞬間に異なる負荷値を有する、ステップと、
    負荷値ごとに出力信号の成分を検出するための検出器から、検出結果を選択するとともに、選択された検出結果に応じて前記負荷を設定し、設定された前記負荷が設定負荷値を有するステップと、
    備えるとともに、
    前記検出器は、前記出力信号の成分をフィルタリングするとともに、前記負荷値ごとに前記成分の勾配を検出し、
    前記選択された検出結果に応じて前記負荷を設定する際には、前記選択された検出結果を規定する極勾配値を見出すために勾配値を互いに比較する、
    ことを特徴とする方法。
  10. 請求項に記載の方法のステップを実行するためのコンピュータプログラムプロダクト。
  11. 請求項10に記載のコンピュータプログラムプロダクトを含む媒体。
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