JP7286030B2 - 振幅位相検波回路 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係る振幅位相検波回路の構成を示す構成図である。図1が示すとおり実施の形態1に係る振幅位相検波回路は、第1トランスコンダクタンス素子1と、第2トランスコンダクタンス素子2と、第3トランスコンダクタンス素子3と、第4トランスコンダクタンス素子4と、第1ローパスフィルタ11と、第2ローパスフィルタ12と、減算器21と、加算器22と、を含む。
また、第1トランスコンダクタンス素子1、第2トランスコンダクタンス素子2、第3トランスコンダクタンス素子3、及び第4トランスコンダクタンス素子4は、いずれも同じ非線形特性を有する非線形素子である。ここでは非線形素子としてトランスコンダクタンス素子を例示したが、非線形素子はトランスコンダクタンス素子以外の素子でもよい。より好ましい構成は、これら4つのトランスコンダクタンス素子(1~4)がいずれも同じ2次非線形特性を有することである。本開示技術に係る振幅位相検波回路が非線形特性を有する素子を採用する理由は、後述の動作原理の説明により明らかにされる。
ここで、Vrは測定対象信号の振幅、Vlはローカル信号の振幅、ωは測定対象信号及びローカル信号の角周波数、φはローカル信号に対する測定対象信号の位相差、をそれぞれ表す。以降、時間を引数とする変数は小文字アルファベットで表され、時間に依存しない定数等は大文字アルファベットで表される。
ここでΔVin(t)は正相入力から逆相入力を引いた電圧、iout(t)は出力される電流、α、β、γはトランスコンダクタンス素子が有する2次非線形特性を表す係数、である。
ただしKは、電流電圧変換係数である。
加算器22は、第1ローパスフィルタ11の出力(Va)と第2ローパスフィルタ12の出力(Vb)との加算処理を行う。加算結果(VAMP)は、以下のように表される。
実施の形態1では、本開示技術に係る振幅位相検波回路が式(8)に従ってVAMPから測定対象信号の振幅(Vr)を求められることが示されている。式(8)が示すように非線形素子が有する2次非線形特性のうちの定数項γは、値が0であれば振幅(Vr)の算出がより容易になる。ただしγは非線形素子に固有の値であるため、任意に値を変更することはできない。
実施の形態2では、実施の形態1で示された構成に或る回路を追加することで、定数項γの影響を排除できることが示される。
図2では4つの非線形素子を4つのトランスコンダクタンス素子(5、6、7、8)として表したが、本開示技術はこれに限定されない。すなわち4つのトランスコンダクタンス素子(5、6、7、8)は、それぞれ第5非線形素子、第6非線形素子、第7非線形素子、及び第8非線形素子であってもよい。
実施の形態2では、本開示技術に係る振幅位相検波回路が式(11)に従ってVAMP2から測定対象信号の振幅(Vr)を求められることが示されている。式(11)が示すようにVAMP2から測定対象信号の振幅(Vr)を求めるには、ローカル信号の振幅(Vl)を正しく把握しなければならない。
実施の形態3では、実施の形態2で示された構成を少し変形することで、ローカル信号の振幅(Vl)の情報を用いることなく測定対象信号の振幅(Vr)が求められることが示される。
式(6)と式(14)との関係から、第2減算器23の出力(VAMP3)はローカル信号の振幅(Vl)を含まない形にすることができる。
実施の形態1から実施の形態3は、本開示技術に係る振幅位相検波回路における非線形素子をトランスコンダクタンス素子(1~8)で実現した構成例を示した。
実施の形態4は、別の非線形素子を用いて本開示技術に係る振幅位相検波回路を実現する構成例を示す。
実施の形態4に係る振幅位相検波回路は、さらにインダクタ41を含む。
図4の例では、第1トランジスタ31のゲート端子はRF_IN(+)が接続され、同素子のソース端子はLO_IN(+)が接続されている。第2トランジスタ32のゲート端子はRF_IN(-)が接続され、同素子のソース端子はLO_IN(+)が接続されている。第3トランジスタ33のゲート端子はRF_IN(-)が接続され、同素子のソース端子はLO_IN(-)が接続されている。第4トランジスタ34のゲート端子はRF_IN(+)が接続され、同素子のソース端子はLO_IN(-)が接続されている。
LO_IN(+)端子とLO_IN(-)端子との間にはインダクタ41が接続され、そのセンタータップ端子はGND接地されている。
第1トランジスタ31と第3トランジスタ33それぞれのドレイン端子は互いに接続され、抵抗(51)とコンデンサ(52)の並列接続で構成される第1ローパスフィルタ回路101に入力される。第2トランジスタ32と第4トランジスタ34それぞれのドレイン端子は互いに接続され、抵抗(54)とコンデンサ(53)の並列接続で構成される第2ローパスフィルタ回路102に入力される。
第1ローパスフィルタ回路101と第2ローパスフィルタ回路102とは、それぞれ電流を電圧に変換するとともにAC成分をカットする機能を有する。
式(1)とは異なり式(15)は、測定対象信号に重畳されたバイアス電圧Vbiasがあるものとして定義されている。
ここでiDはドレイン端子を流れるドレイン電流、VGはゲート電圧、VSはソース電圧、Vthは閾値電圧、δはトランジスタの非線形特性に関する係数である。
ただしVDDは電源電圧、Rは抵抗(51、54)の値、である。
ただしVcmは同相電圧である。
抵抗(65~67)の値が等しく、かつ、その値が十分大きいと仮定すると、加算器回路202の出力電圧(VAMP4)は、以下の式で表される。
実施の形態2では、実施の形態1で示された構成に或る回路を追加することで、定数項γの影響を排除できることが示されている。
同様に実施の形態5は、実施の形態4で示された構成に或る回路を追加することで、VbiasとVthとの影響を排除できることが示される。
レプリカ検波回路301は、4つのトランジスタ(35、36、37、38)と、第3ローパスフィルタ回路103と、第2インダクタ42と、レプリカ用コンデンサ81と、を含む。ここで4つのトランジスタ(35、36、37、38)は、実施の形態4に係るトランジスタ(31、32、33、34)と同じ非線形特性を有する(式(16)参照)。また、第3ローパスフィルタ回路103は、実施の形態4に係る第1ローパスフィルタ回路101及び第2ローパスフィルタ回路102と同じ値のコンデンサ及び抵抗により構成されている。
レプリカ検波回路301の出力は、3入力加減算器回路203の3つの入力端子のうちの1つの入力端子へ接続されている。
第5トランジスタ35と第6トランジスタ36のソース端子は、それぞれ第2インダクタ42の一端(図5では左側)に接続されている。第7トランジスタ37と第8トランジスタ38のソース端子は、それぞれ第2インダクタ42の他端(図5では右側)に接続されている。
第2インダクタ42のセンタータップ端子は、GND接地されている。
4つのトランジスタ(35、36、37、38)のドレイン端子は、それぞれ第3ローパスフィルタ回路103に接続されている。
式(20)と式(24)との関係を式(25)へ代入すれば、図5に示す回路の出力(VAMP5)は、以下のように表される。
実施の形態3では、実施の形態2で示された構成を少し変形することで、ローカル信号の振幅(Vl)の情報を用いることなく測定対象信号の振幅(Vr)が求められることが示されている。
同様に実施の形態6は、実施の形態5で示された構成を少し変形することで、ローカル信号の振幅(Vl)の情報を用いることなく測定対象信号の振幅(Vr)が求められることが示される。
Claims (5)
- 入力側から順に、
測定対象信号のための差動入力端子であるRF_IN(+)及びRF_IN(-)と、ローカル信号のための差動入力端子であるLO_IN(+)及びLO_IN(-)と、
RF_IN(+)を正相入力としLO_IN(+)を逆相入力とする第1非線形素子と、RF_IN(-)を正相入力としLO_IN(+)を逆相入力とする第2非線形素子と、RF_IN(-)を正相入力としLO_IN(-)を逆相入力とする第3非線形素子と、RF_IN(+)を正相入力としLO_IN(-)を逆相入力とする第4非線形素子と、
前記第1非線形素子の出力電流をid1とし、前記第2非線形素子の出力電流をid2とし、前記第3非線形素子の出力電流をid3とし、前記第4非線形素子の出力電流をid4としたときに、id2とid4とが合成された電流を入力とする第1ローパスフィルタと、id1とid3とが合成された電流を入力とする第2ローパスフィルタと、
前記第1ローパスフィルタの出力電圧をVaとし、前記第2ローパスフィルタの出力電圧をVbとしたときに、VaからVbを減算する減算器と、VaとVbとを加算する加算器と、を含み、
前記第1非線形素子、前記第2非線形素子、前記第3非線形素子、及び前記第4非線形素子は、いずれも同じ2次非線形特性を有する、
振幅位相検波回路。 - 上流から順に、
前記第1非線形素子、前記第2非線形素子、前記第3非線形素子、及び前記第4非線形素子と同じ特性を有する第5非線形素子、第6非線形素子、第7非線形素子、及び第8非線形素子と、
前記第5非線形素子の出力電流をid5とし、前記第6非線形素子の出力電流をid6とし、前記第7非線形素子の出力電流をid7とし、前記第8非線形素子の出力電流をid8としたときに、id5とid6とid7とid8とが合成された電流を入力とする第3ローパスフィルタと、
前記第3ローパスフィルタの出力電圧をVcとしたときに、前記加算器の出力電圧からVcを減算する第2減算器と、をさらに含み、
前記第5非線形素子、前記第6非線形素子、前記第7非線形素子、及び前記第8非線形素子は、いずれも信号が入力されない、
請求項1に記載の振幅位相検波回路。 - 上流から順に、
前記第1非線形素子、前記第2非線形素子、前記第3非線形素子、及び前記第4非線形素子と同じ特性を有する第5非線形素子、第6非線形素子、第7非線形素子、及び第8非線形素子と、
前記第5非線形素子の出力電流をid5とし、前記第6非線形素子の出力電流をid6とし、前記第7非線形素子の出力電流をid7とし、前記第8非線形素子の出力電流をid8としたときに、id5とid6とid7とid8とが合成された電流を入力とする第3ローパスフィルタと、
前記第3ローパスフィルタの出力電圧をVcとしたときに、前記加算器の出力電圧からVcを減算する第2減算器と、をさらに含み、
前記第5非線形素子及び前記第6非線形素子は、いずれも、LO_IN(+)が逆相入力に接続され、前記第7非線形素子及び前記第8非線形素子は、いずれもLO_IN(-)が逆相入力に接続される、
請求項1に記載の振幅位相検波回路。 - 前記第1非線形素子、前記第2非線形素子、前記第3非線形素子、及び前記第4非線形素子は、いずれもトランスコンダクタンス素子である、
請求項1に記載の振幅位相検波回路。 - 前記第1非線形素子、前記第2非線形素子、前記第3非線形素子、及び前記第4非線形素子は、いずれもトランジスタである、
請求項1に記載の振幅位相検波回路。
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