JPH11505090A - Ｒｆ送信機用集積回路におけるスプリアス信号の低減 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 送信機におけるスプリアス信号成分を低減するための方法およびシステムが記載されている。例えば送信機の別の入力信号ノードから生じた妨害信号を除くために、送信機の入力信号ノードの後にローパスフィルタまたはバンドパスフィルタを挿入できる。このようにして送信機回路の集積化を高める。

Description

【発明の詳細な説明】 ＲＦ送信機用集積回路におけるスプリアス信号の低減 背景 本発明は無線通信システムにおける送信機に関し、より詳細にはスプリアス（ spurious）信号を低減するための方法およびシステムに関する。 最新の電子機器はタイミング信号を発生するのにクロックおよび発振器を使用 することに大きく依存している。かかる機器の例としていくつかを挙げるとすれ ば、パソコン、家電（現在では一般にマイクロプロセッサおよびデジタル回路を 含む）、電話交換機、無線機器（セルラー電話を含む）およびスイッチングを利 用する電源を有する任意の装置がある。 発振器およびクロックの１つの特徴として、電磁波エネルギーの望ましくない 放射を生じることが挙げられ、このような不要な放射は近くの他の機器だけでな く、発振器およびクロックと同じ機器の部品内にある周辺回路にも問題を生じさ せる。例えば無線受信機内では周辺回路内の発振器は、妨害波の影響を受ける受 信機の周波数、例えば目的とする受信チャンネルまたはスーパーヘテロダイン式 周波数受信機における中間周波数で不要な信号を放射することにより、無線受信 機に妨害を発生し得る。（この明細書で使用する「妨害」なる用語は、放射妨害 （干渉）または伝達妨害（干渉）のいずれも意味する。）多くの無線機の設計で は内部で使用される発振周波数のすべては１つの高精度の基準発振器から得られ 、この発振器は発振器の基本周波数、高調波周波数および副高調波周波数で妨害 を発生し得る。これら妨害周波数と所望する周波数との混合を、以下スプリアス 信号と称す。このような妨害を除くために、発振器の同調を外すことは理論的に は不可能であるが、あまり重要でない周波数バンドでスプリアス信号が生じるよ うに同調をずらすことは可能である。従って、セルラー無線機および関連する基 地局のみならず、その他の多くの無線機の設計において使用される受信機では、 スプリアス信号は依然として発生している。 無線送信機も同様な問題がある。例えば多くの無線送信機は種々の周波数、例 えば中間周波数および搬送波周波数で信号を発生する。これら基準周波数信号が 例えば単側波帯送信のために振幅制限されると、妨害信号と所望する信号の相互 変調積が生じ、これからスプリアス信号が発生する。 電子回路では回路基板を注意深く設計したり、デカップリングおよびスクリー ニング、バランスドラインを使用したり、低電力レベルおよびその他の一般に知 られた設計原理により、これまで不要なスプリアス信号を最小にしている。しか しながらこれら技術は、不要なスプリアス信号を許容できるレベルまで低減する 際に適当でないことが多い。部品の集積化を更に高め、システム全体のサイズお よび電力消費量を最小にしたいという継続した要求により、これらの従来の対策 はスプリアス信号の発生を制御する上ではあまり効果的でなくなっている。 別の解決案として、スプリアス信号を発生するように相互作用する回路、例え ば送信機内の中間周波数回路と搬送波周波数回路とを分離する方法が挙げられる 。しかしながら全体の電力消費量を下げながらオフチップインターフェースを減 少し、ノイズレベルを良好にするには、上記のように集積化することが望ましい 。 従って、スプリアス信号の発生を許容できるレベルまで低減し、対策を講じな い場合にかかるスプリアス信号を発生し得る回路の集積化を促進できる方法およ びシステムを提供することが望ましい。 概要 本発明の１つの特徴は、中間周波数信号ノードおよび搬送波周波数信号ノード を有する送信機で使用できることにある。これらノードで生じた信号は単側波帯 送信のために振幅制限される。中間周波数ノードに対する搬送波周波数ノードに よって生じる妨害を低減するために、振幅制限ステージ前にバンドパスまたはロ ーパスフィルタが挿入される。このようにして中間周波数信号ノードにおいて搬 送波周波数信号ノードで生じる妨害信号が低減される。 図面の簡単な説明 添付図面と共に次の詳細な説明を読めば、本発明の課題および利点について理 解できよう。 図１は、従来の送信機のブロックである。 図２は、本発明の第１の実施例に係わる送信機のブロック図である。 図３は、本発明の第２の実施例に係わる送信機のブロック図である。 図４は、本発明の第３の実施例に係わる送信機のブロック図である。 詳細な説明 図１は、従来の送信機の回路を示す。ここでは中間周波数信号ノードは、中間 周波数信号を発生する。この中間周波数信号は第１の分岐に沿って直交変調器３ ０に入力される前に位相シフト（ブロック１０）され、振幅制限（ブロック２０ ）される。第２のブランチは位相シフトされない中間周波数信号の振幅制限され た（ブロック２５）信号を発生する。直交変調器３０は第１および第２ブランチ によって発生された信号上に変調されるＱおよびＩの情報を載せた成分も受ける 。この結果生じた信号はローパスフィルタ４０へ送られ、可変増幅器５０によっ て増幅される。 この変調信号は次に搬送波周波数信号ノード（ＲＦＬＯ）にて供給され、増幅 器７０で振幅制限された搬送波周波数を使って混合器６０でアップコンバートさ れる。このアップコンバートされた信号は次に電力増幅器８０で増幅され、その 後、送信のためにアンテナ（図示せず）へ結合できる。例えばシステムのワイド 干渉最適化、または当業者に周知の理由のため、電力フィードバックループ９０ を介して出力電力制御を行うことができる。 図１に示された送信機への入力は、例えば回路に関連した他の入力および出力 によって生じ得る妨害信号の影響を受ける。例えば中間周波数信号ノード（ＩＦ ＬＯ）は、例えば搬送波周波数の高調波を含む搬送波周波数信号ノード（ＲＦＬ Ｏ）からの妨害信号に影響を受け、よってこれを伝える。ＩＦＬＯノードと放射 ノード、例えばＲＦＬＯ、ＰＡ等との間の距離が短くなるにつれて、かかる妨害 波によるＩＦＬＯノードの影響の受け易くなっている。従って、図１に示された 回路を単一チップを集積化すると、小型化レベルが増すにつれて、かかる妨害信 号によって生じる問題も大きくなる。 特に高調波信号の高調波と妨害信号との間にて、非線形的な振幅制限ステージ ２０で相互変調が生じる。ローパスフィルタ４０による除去を避けるため、中間 周波数に十分近い周波数の相互変調積が、振幅制限された搬送波周波数とブロッ ク６０で混合される。これによってバンド内のスプリアス信号が発生し、これら 信号はブロック８０で増幅され、送信される。 本発明の実施例によれば、妨害信号が制限ステージ２０で相互変調積を発生す る前に、この妨害信号を除くよう、中間周波数信号ノードで得られる入力信号を ろ波することによって、これらスプリアス信号を防止できる。第１の実施例は図 ２に示されているようなものである。ここでは送信機の回路の同様な部品を示す のに同じ参照番号が使用されており、これら部品のこれまでの説明を参考として 援用する。 図２に示された送信機の回路はローパスフィルタ１００のブロック図２を含む ことに留意されたい。ローパスフィルタ１００は位相シフタ１０の上段に配置さ れているように示されているが、当業者であれば位相シフタ１０と制限ステージ ２０との間にフィルタ１００（または図３のバンドパスフィルタ１１０）を配置 し、制限ステージ２０の上段に別のフィルタを設置できることが理解できよう。 このローパスフィルタは妨害信号が送信機チェーンを通って伝搬する前に、ノー ドＩＦＬＯで受信される妨害信号を除くよう、中間信号に同調させることができ る。このように、制限ステージ２０および２５は、妨害成分が低減された信号を 受け、次にこれにより相互変調積の振幅を低減する。このように電力増幅器８０ から出力されるスプリアス信号も低減される。ローパスフィルタのカットオフ周 波数は、例えば中間周波数よりも約３０％高く設定できる。当業者であれば任意 の適当なカットオフ周波数を使用できることは理解できよう。 ローパスフィルタ１００は（より高い）搬送波周波数ノード（ＲＦＬＯ）によ って発生された、例えば高調波および基本波を除くよう、中間周波数よりも高い 周波数レンジにある妨害信号を除く。しかしながら図３に示された本発明の別の 実施例によれば、中間周波数の下方および上方の双方の妨害信号を除くためのロ ーパスフィルタ１００の別の手段としてバンドパスフィルタ１１０を使用できる 。例えばデータクロックは潜在的な妨害ソースであるが、この妨害信号はバンド パスフィルタを使って除くことができる。このフィルタ１１０のバンドは中間周 波数を中心とするものにでき、例えばこのバンド幅は中間周波数の±３０％とす ることができる。当業者であれば任意の適当なバンドパスレンジを使用できるこ と が理解できよう。 送信機列の信号パス内の制限ステージ前にフィルタを設けることにより、スプ リアス信号成分の低減を行うことができる。従って、送信機の性能を損なうこと なく、かかる回路の集積レベルを高めることができる。本発明に係わる送信機は 回路基板上、または半導体チップ上の回路のレイアウトの影響を受けにくいので 、かかる送信機の設計サイクルを短縮できる。 以上で特定の実施例を参照して本発明について説明した。しかしながら上記好 ましい実施例以外の特定の形態に本発明を実施できることは、当業者には容易に 明らかとなろう。このことは、本発明の精神から逸脱することなく行うことがで き、好ましい実施例は単に説明のためのものにすぎず、決して限定的なものとみ なすべきではない。例えば、図示した実施例は中間周波数信号ノード（ＩＦＬＯ ）を通って伝搬する妨害信号から生じるスプリアス信号を低減するのにフィルタ を設けることを記載しているが、当業者であれば、他のモード、例えば搬送波周 波数ノード（ＲＦＬＯ）を通って伝搬するスプリアス信号を低減するのに、本発 明を実施できることも理解できよう。この実施例は図４に示されており、ここで は制限ステージ７０の前に搬送波周波数に同調した第２のローパスフィルタ１２ ０が挿入されている。先の実施例と同じように、フィルタ１２０はバンドパスフ ィルタとしても構成できる。更に中間周波数ブランチ上の妨害波に関心がない場 合、フィルタ１００を省略することによって、図４の実施例を変更することもで きる。本発明の範囲はこれまでの説明ではなく、添付された請求の範囲によって 示されており、請求の範囲内に入るすべての変形例および均等物は請求の範囲内 に含まれるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年６月２６日 【補正内容】 請求の範囲 １．搬送波周波数信号を発生する搬送波周波数ノードと、中間周波数信号を発 生する中間周波数ノードと、前記中間周波数信号にデータを変調する変調器と、 前記搬送波周波数信号を使って前記変調された中間周波数信号をアップコンバー トする混合器と、前記搬送波周波数ノードと前記混合器との間に挿入された第１ の振幅制限ステージと、前記中間周波数ノードと前記変調器との間に挿入された 第２の振幅制限ステージとを有する送信機において、 前記送信機によって送信されるスプリアス信号を低減するように、前記中間周 波数に同調されたフィルタが、前記中間周波数ノードと前記第２の振幅制限ステ ージとの間に挿入され、 前記搬送波周波数ノード、前記中間周波数ノード、前記変調器、前記混合器、 前記第１および第２の振幅制限ステージおよび前記フィルタが単一の集積回路チ ップ上に集積化され、 前記中間周波数信号の高調波と前記集積回路チップの放射ノードから生じた、 妨害波信号との間の相互変調を低減するように、前記集積回路チップ上に前記フ ィルタが設けられたことを特徴とする送信機。 ２．前記フィルタがバンドパスフィルタである、請求項１記載の送信機。 ３．前記バンドパスフィルタが前記中間周波数を中心とする、請求項２記載の 送信機。 ４．前記フィルタがローパスフィルタである、請求項１記載の送信機。 ５．前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が中間周波数よりも約３０％高 い、請求項４記載の送信機。 ６．無線周波数入力および中間周波数入力、並びに前記無線周波数入力および 前記中間周波数入力のうちの少なくとも１つの下段に配置された振幅制限ステー ジを含む送信機回路であって、 前記振幅制限ステージの下段の前記無線周波数入力および前記中間周波数入力 の一方をろ波するフィルタが、前記集積回路チップ上に製造されており、該フィ ルタが前記中間周波数入力の高調波と前記無線周波数入力の高調波との間の相互 変調を低減するよう、前記集積回路チップ上に設けられたことを特徴とする送信 機回路。 ７．前記フィルタがバンドパスフィルタである、請求項６記載の送信機。 ８．前記バンドパスフィルタが前記無線周波数および前記中間周波数の一方を 中心とする、請求項７記載の送信機。 ９．前記フィルタがローパスフィルタである、請求項６記載の送信機。 １０．前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が前記無線周波数および前記 中間周波数の一方より約３０％高い、請求項９記載の送信機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 オルネビング，ゴーラン スウェーデン国 エス−191 73 ソレン ツナ，ソルダトベーゲン ２ビー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．搬送波信号を発生する搬送波周波数ノードと、 中間周波数信号を発生する中間周波数ノードと、 中間周波数信号上にデータを変調する変調器と、 前記搬送波周波数信号を使って前記変調された中間周波数信号をアップコンバ ートする混合器と、 前記搬送波周波数ノードと前記混合器との間に挿入された第１の振幅制限ステ ージと、 前記中間周波数ノードと前記変調器との間に挿入された第２の振幅制限ステー ジと、 前記中間周波数ノードと前記第２の振幅制限ステージとの間に挿入され、前記 送信機によって送信されるスプリアス信号を低減するよう前記中間周波数に同調 されたフィルタとを備えた送信機。 ２．前記フィルタがバンドパスフィルタである、請求項１記載の送信機。 ３．前記バンドパスフィルタが前記中間周波数を中心とする、請求項２記載の 送信機。 ４．前記フィルタがローパスフィルタである、請求項１記載の送信機。 ５．前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が中間周波数よりも約３０％高 い、請求項４記載の送信機。 ６．前記搬送波周波数ノード、前記中間周波数ノード、前記変調器、前記混合 器、前記第１および第２の振幅制限ステージおよび前記フィルタが単一の集積回 路チップ上に集積化された、請求項１記載の送信機。 ７．無線周波数入力および中間周波数入力を有する集積回路チップと、 前記無線周波数入力および前記中間周波数入力のうちの少なくとも１つの下段 に配置された振幅制限ステージと、 前記振幅制限ステージの下段の前記無線周波数入力および前記中間周波数入力 のうちの一方をろ波する、前記集積回路チップ上に製造されたフィルタとを備え た送信機回路。 ８．前記フィルタがバンドパスフィルタである、請求項７記載の送信機。 ９．前記バンドパスフィルタが前記無線周波数および前記中間周波数の一方を 中心とする、請求項８記載の送信機。 １０．前記フィルタがローパスフィルタである、請求項７記載の送信機。 １１．前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が前記無線周波数および前記 中間周波数の一方より約３０％高い、請求項１０記載の送信機。 １２．第１の入力基準信号を発生する工程と、 前記第１の入力基準信号を振幅制限する工程と、 第２の入力基準信号を発生する工程と、 前記第１の入力基準信号によって生じた相互変調積を除くように、前記第２の 入力基準信号をろ波する工程と、 前記振幅制限された第１の入力基準信号および前記ろ波された第２の入力基準 信号を使って送信用の信号を発生する工程とを備えた、送信機からのスプリアス 信号の送信を低減するための方法。 １３．前記ろ波工程が、 前記第２の入力基準周波数よりも高いカットオフ周波数を有するように同調さ れたローパスフィルタを使用する工程を更に含む、請求項１２記載の方法。 １４．前記カットオフ周波数が前記第２の入力基準周波数よりも約３０％高い 、請求項１３記載の方法。 １５．前記ろ波工程が、 前記第２の入力基準周波数に同調したバンドパスフィルタを使用する工程を更 に含む、請求項１２記載の方法。