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JP2000068748A - ダイレクトコンバ―ジョン回路 - Google Patents

ダイレクトコンバ―ジョン回路

Info

Publication number
JP2000068748A
JP2000068748A JP11228401A JP22840199A JP2000068748A JP 2000068748 A JP2000068748 A JP 2000068748A JP 11228401 A JP11228401 A JP 11228401A JP 22840199 A JP22840199 A JP 22840199A JP 2000068748 A JP2000068748 A JP 2000068748A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
frequency
direct conversion
oscillator
conversion circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11228401A
Other languages
English (en)
Inventor
Simon Atkinson
アトキンソン サイモン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Analog Devices Inc
Original Assignee
Analog Devices Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Analog Devices Inc filed Critical Analog Devices Inc
Publication of JP2000068748A publication Critical patent/JP2000068748A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D3/00—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
    • H03D3/007—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by converting the oscillations into two quadrature related signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superheterodyne Receivers (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイレクトコンバージョン回路において、局
部発振信号とＲＦ信号との間の干渉を低減する。 【解決手段】 直交関係にある２つのミキサ３２及び３
６と、位相シフトユニット５０と、局部発振器とを含
む。２つのミキサは３２及び３６、無線周波信号の入力
ポート３０に結合され、無線周波入力信号をミキシング
して低い周波数に変換する。位相シフトユニット５０
は、前記ミキサ３２及び３６の少なくとも一方に接続さ
れ、局部発振信号を位相シフトする。局部発振器は、周
波数分周器４０及び４４を含んだフェーズロックループ
から構成される。第一の電圧制御発振器３８の出力信号
は、このループで非整数値Ｎ／Ｍ倍に周波数逓倍され、
局部発振信号となる。電圧制御発振器３８の周波数がＲ
Ｆの非整数倍なので、ＲＦからの干渉が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線周波（ＲＦ）
信号の送信機及び受信機に関し、特にダイレクトコンバ
ージョン受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】入力ＲＦ信号を中間周波数に変換するス
ーパーへテロダイン受信機とは異なり、ダイレクトコン
バージョン受信機は、入力ＲＦ信号を中間周波数に変換
しない。ダイレクトコンバージョン受信機は、直接に直
流（ＤＣ）信号になるように混合するものであり、中間
周波数が０Ｈｚ（ＤＣ）であることからゼロＩＦ受信機
とも呼ばれる。変調情報はダウンコンバージョン結果に
表され、一般的には中間周波数に関連するキャリア情報
は含まれない。ダイレクトコンバージョン受信機では、
局部発振器は入力ＲＦ信号と同じ周波数で動作する。米
国特許第５，４３８，６９２号、５，５４８，０６８号
に、従来のダイレクトコンバージョン受信機が開示され
ている。
【０００３】ダイレクトコンバージョンでは、変調情報
は直交ダイレクトコンバージョンを受けても保存され
る。この直交ダイレクトコンバージョンでは、入力ライ
ンすなわちキャリアを、２つの異なる経路にて局部発振
信号と混合する。一方の経路の局部発振信号は入力ＲＦ
信号に対してゼロ位相（０°）であり、もう一方の経路
では位相が９０°シフトされている。この代わりに、入
力信号に対して、一方の経路を−４５°、もう一方の経
路を＋４５°シフトさせる方法もある。例えば米国特許
第５，３０３，４１７号を参照されたい。回路の両経路
は、一般に、相互に９０°位相が異なっており、一方の
経路がＩチャネルと呼ばれ、もう一方の経路がＱチャネ
ルと呼ばれる。直交ダイレクトコンバージョン法は、入
力信号に含まれる位相情報を保存する。
【０００４】図１に示すように、従来のダイレクトコン
バージョン回路は、ＲＦアンテナから入力ＲＦ信号を受
信する入力ポート１０を有する。入力信号は２つの入力
経路に分割される。一方の経路の入力信号は、ミキサ１
２にて、位相シフトが０°の局部発振信号１４と混合さ
れる。もう一方の経路の入力信号は、ミキサ１６にて、
位相シフトが９０°の局部発振信号と混合される。局部
発振信号における９０°位相シフトは、移相器２０によ
って実行される。局部発振信号は、図示した従来の局部
発振回路にて、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２２及び２４
からの信号をミキサ２６で混合することにより生成され
る。ＶＣＯ２２と２４とは、ミキサ１２及び１６と同一
のＩＣ上に集積される場合もあるし、そうでない場合も
ある。この信号がバンドパスフィルタ２８でフィルタリ
ングされることにより、局部発振信号１４が生成され
る。バンドパスフィルタ２８は、一般には、破線２９で
示した同一のＩＣ上には集積されない。局部発振信号１
４の周波数は、入力ポート１０における入力ＲＦ信号の
周波数と同じである。
【０００５】局部発振信号が入力ＲＦ信号に放射される
と、干渉（妨害）が生じる。これら両信号の周波数は同
じなので、入来する信号から局部発振信号を周波数フィ
ルタリングすることはできない。入来信号は、実質的
に、ブロックされてしまう。米国特許第４，８１１，４
２５号及び５，４２８，８３７号は、ゼロＩＦ受信機に
おけるＲＦ入力信号に対する局部発振信号の漏れ込みの
影響を低減することを目論んだものである。
【０００６】また、ＲＦ入力信号がＶＣＯに放射した場
合も、干渉が生じる。ＶＣＯは一般に非常に敏感なの
で、ＶＣＯの周波数に近い周波数の信号であれば、もし
その信号のエネルギーが小さかったとしても、ＶＣＯの
信号と相互作用を起こしてしまう。これは、ＶＣＯがそ
の周波数又はこれに近い周波数の信号を選択的に増幅
し、その結果、その周波数近傍の低エネルギーのノイズ
信号を、スペクトル的にクリーン（きれい）な信号に見
えるようにしてしまうからである。
【０００７】この問題を克服するための一つの方法は、
入力ＲＦ信号と異なった周波数で動作するＶＣＯを用い
ることである。ＶＣＯ信号の周波数は、後で、入力ＲＦ
信号と同じ周波数の局部発振信号となるように変換され
る。例えば、図１に示したように、ＶＣＯ２２からの信
号（周波数Ｆ１）は、ミキサ２６にて、他のＶＣＯ２４
からの信号（周波数Ｆ２）と結合される。結合信号は、
その後バンドパスフィルタ２８で濾波され、これにより
局部発振信号１４が生成される。しかしながら、Ｆ１信
号とＦ２信号との積は、スプリアス信号を含み、このス
プリアス信号は局部発振信号を生成するためには濾波し
て取り除かなくてはならない。例えば、２つの正弦（サ
イン）関数の積ｓｉｎ（α）×ｓｉｎ（β）は、（１／
２）ｃｏｓ（α−β）−（１／２）ｃｏｓ（α＋β）に
等しい。ミキサでは、２つの周波数（Ｆ１＋Ｆ２とＦ１
−Ｆ２）が生成され、そのうち一方が濾波して取り除か
れる。一般に、この種の濾波は、ＩＣの外で行う必要が
ある。このことが、局部発振信号の入力ＲＦ信号に対す
る更なる干渉すなわち漏れ込みを招来してしまう。
【０００８】従来の他の局部発振回路では、１つのＶＣ
Ｏのみが用いられ、このＶＣＯの出力が周波数２倍器に
入力され、その後バンドパスフィルタを通され、最後に
移相器２０に入力される。ＶＣＯの周波数（Ｆ１）は、
ＲＦ入力信号の周波数の１／２であり、局部発振器の周
波数は従って２Ｆ１となる。更に別の従来の局部発振回
路では、ＶＣＯの周波数（Ｆ１）はＲＦ入力信号の周波
数の２倍であり、局部発振信号の周波数は（１／２）Ｆ
１になる。これも、一つのＶＣＯ（Ｆ１）により実現さ
れる。このＶＣＯの出力は１／２分周器に入力され、こ
れにより移相器（位相シフトデバイス）２９に入力する
ための局部発振信号が生成される。しかしながら、これ
ら各回路では、局部発振信号は依然としてＲＦ入力信号
に放射され、ＶＣＯはＲＦ入力信号の高調波周波数に対
して反応する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】これら従来の技術で
は、前述の放射干渉（妨害）の問題を完全には解決でき
ない。本発明の目的は、無線周波入力信号と局部発振信
号との間の漏れ込みすなわち干渉を低減したダイレクト
コンバージョン受信機又は送信機を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】無線周波信号用のダイレ
クトコンバージョン回路を開示する。この回路は、直交
関係にあるミキサのペアと、位相シフトユニットと、局
部発振器とを含む。直交関係のミキサのペアは、無線周
波信号入力ポートに結合され、無線周波入力信号をミキ
シングして低い周波数に変換する。位相シフトユニット
は、前記ミキサのペアの少なくとも一方に接続され、局
部発振信号を位相シフトする。局部発振器は、局部発振
信号を生成する。局部発振器は、非整数周波数逓倍器を
有する。この周波数逓倍器は、第一の電圧制御発振器の
信号に非整数値を乗算することにより、局部発振信号を
生成する。
【００１１】本発明のある態様では、ダイレクトコンバ
ージョン回路は、基準経路とフィードバック経路とを含
むフェーズロックループを含む。フェーズロックループ
は、基準経路内に周波数分周器を含み、フィードバック
経路に周波数分周器を含み、更にフィードバック経路に
第二の電圧制御発振器を含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１３】図２に示すように、実施形態のダイレクト
コンバージョン回路は、無線周波（ＲＦ）アンテナから
入力ＲＦ信号を受信する入力ポート３０を有する。入力
信号は２つのチャネルに分割される。一方のチャネルの
入力信号はミキサ３２で位相シフト０°の局部発振信号
３４と混合される。もう一方のチャネルでは、入力信号
はミキサ３６で９０°位相シフトされた局部発振信号３
４と混合される。
【００１４】局部発振信号３４は、以下に説明するフェ
ーズロックループにより生成される。基準経路では、周
波数Ｆ３の第１信号が第１の電圧制御発振器（ＶＣＯ）
３８で生成される。この第１信号は、周波数分周器４０
（÷Ｍ）に入力される。この分周器４０の出力は、フェ
ーズロックループの位相感応検出器（phase sensitive
detector）４２の第１の入力部に入力される。検出器４
２の出力は、別の周波数分周器４４（÷Ｎ）、第２の電
圧制御発振器４６、バンドパスフィルタ４８を通ってフ
ィードバックされる。バンドパスフィルタ４８の出力
は、検出器４２の第２の入力部に入力される。局部発振
信号３４は、分周器４４の出力によって、位相シフトデ
バイス５０に供給される。
【００１５】例えばポート３０における入力信号の周波
数が１．８ＧＨｚであれば、ＶＣＯ３８の周波数は１．
３５ＧＨｚに選択される。この場合、分周器４０のＭの
値としては３が選択され、分周器４４のＮの値としては
４が選択される。第２のＶＣＯ４６の周波数は、この例
では１．８ＧＨｚと選択される。分周器４０は基準経路
に存在するので、周波数Ｆ３を１／Ｍ倍に逓倍すること
になる。一方分周器４４はフィードバック経路に存在す
るので、フェーズロックループ信号の周波数をＮ倍に逓
倍することになる。したがって、局部発振信号３４の周
波数は、（Ｎ／Ｍ）×Ｆ３＝４／３×１．３５ＧＨｚ＝
１．８ＧＨｚとなり、これは入力ＲＦ信号の周波数に等
しい。
【００１６】この例では、電圧制御発振器３８からの信
号の周波数Ｆ３は、入力ＲＦ信号に対して高調波の関係
にない。なぜなら、入力ＲＦ信号の周波数は（４／３）
Ｆ３に等しいからである。したがって、入力ＲＦ信号か
らＶＣＯ３６への結合は、ＶＣＯ３６の動作に極めて小
さい影響しかもたらさない。
【００１７】第２の発振器も、干渉から保護されてい
る。なぜなら、この発振器はフェーズロックループの一
部だからである。フェーズロックループにより、ＶＣＯ
４６はＶＣＯ３８からの基準周波数に追従する。もしＶ
ＣＯ３８がスペクトル的にクリーンであれば、第２のＶ
ＣＯ４６がスペクトル的にきれい（クリーン）である必
要はない。これにより、第２の発振器４６は、ミキサ３
２及び３６と同じ集積回路（ＩＣ）５２上に集積するこ
とができる。一般には、複数のＶＣＯを１つのＩＣ上に
集積するとノイズが多くなりがちである。フィードバッ
クループがＶＣＯ４６からノイズを除去するので、ＶＣ
Ｏ４６を集積しなかった場合よりも、よりよいアイソレ
ーションが達成できる。ＶＣＯ３８は、ミキサ３２及び
３６と同じＩＣ上に集積する必要はない。
【００１８】また、本発明に係る回路のフェーズロック
ループは、広い帯域にわたって動作する。ＶＣＯ３８の
周波数Ｆ３が動作中に素早く変化したとしても、フェー
ズロックループはそれに追従する。ループ全体が、実質
的には、ＲＦ信号からの相互作用に対して感度がない電
圧制御発振器となる。すなわち、もし入力ＲＦ信号から
の干渉がＶＣＯ４６に到達したら、変調がそれに応じて
変わろうとする。フェーズロックループは、この信号を
基準信号と比較し、その信号のクリーンさを確保するよ
う逆補償動作を行う。スプリアスエネルギー信号がＶＣ
Ｏ４６と相互作用したとしても、フェーズロックループ
がそれを除去する。
【００１９】電圧制御発振器は（目的の周波数から）オ
フセットされているが、局部発振信号は、フェーズロッ
クループを用いて非整数倍に逓倍又は分周することによ
り生成される。上述のような広帯域フェーズロックルー
プを用いることにより、ループの位相は、広帯域にわた
って、入力される電圧制御発振器の信号に追従する。し
たがって、フェーズロックループの帯域が前記帰還経路
における前記ＲＦフィルタの帯域よりも広ければ、その
ループ内の電圧制御発振器の自走位相ノイズの要件はほ
とんど問題にならなくなり、この結果その発振器は１つ
の集積回路チップ上に完全に集積することができる。
【００２０】フェーズロックループ回路系を完全にオン
・チップとする（チップ上に作り込む）ことにより、
（パッケージ間の放射が除去されることにより）局部発
振信号から入力ＲＦ信号への結合が大幅に低減される。
その結果得られるミキサ出力でのＤＣのオフセットも低
減される。
【００２１】本発明に係る回路の他のメリットとして
は、フェーズロックループの位相検出器における周波数
比較が非常に高い周波数、すなわちループの帯域よりも
大きい周波数で起こるということがある。したがって、
ＶＣＯとループフィルタを集積化することで、結果とし
て得られる局部発振信号が（もし含むとしても）低いレ
ベルのスプリアス側波帯しか含まないようにすることが
できる。また、基準とループとの分周比（divide rati
o）を適切に選択することで、１つの基準発振器で、マ
ルチバンド（多帯域）をカバーすることができる。これ
は、分周器（divider）を切り換えることにより、フェ
ーズロックループを、非整数分周器として動作する状態
から、非整数逓倍器として動作する状態に切り換えるこ
とができるからである。
【００２２】上記実施形態は、無線周波数信号用のダイ
レクトコンバージョン受信機を構成するのに、本発明に
係る回路を適用したものであった。本発明に係る回路
は、ダイレクトコンバージョン送信機を構成する場合に
も、同様に、用いることができる。この場合、Ｉ及びＱ
チャネルの信号をそれぞれミキサに入力し、それらミキ
サの出力を結合して送信アンテナに送るようにすればよ
い。
【００２３】本発明の属する技術分野について知識を有
する者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、
上記実施形態に対して様々な変形例が考えられることが
理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のダイレクトコンバージョン回路を模式
的に表す図である。
【図２】 本発明に係るダイレクトコンバージョン回路
を模式的に表す図である。
【符号の説明】
３０ 入力ポート、３２，３６ ミキサ、３４ 局部発
振信号、３８ 第１の電圧制御発振器、４０，４４ 周
波数分周器、４６ 第２の電圧制御発振器、４８ バン
ドパスフィルタ、５０ 位相シフトユニット、５２ 集
積回路。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１０月１３日（１９９９．１０．
１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線周波信号用のダイレクトコンバージ
    ョン回路であって、 互いに直交関係にある２つのミキサであって、無線周波
    信号の入力ポートに接続され、無線周波入力信号を周波
    数変換する２つのミキサと、 前記２つのミキサの少なくとも一方に接続され、局部発
    振信号を位相シフトする位相シフト手段と、 前記局部発振信号を生成する局部発振器であって、第１
    の電圧制御発振器の信号の周波数を非整数値で逓倍する
    ことにより、前記局部発振信号を生成する非整数周波数
    逓倍手段と、 を有するダイレクトコンバージョン回路。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のダイレクトコンバージョ
    ン回路であって、前記非整数周波数逓倍手段は、フェー
    ズロックループを含むことを特徴とするダイレクトコン
    バージョン回路。
  3. 【請求項３】 請求項２記載のダイレクトコンバージョ
    ン回路であって、前記フェーズロックループは、基準経
    路とフィードバック経路とを有し、更に前記基準経路と
    フィードバック経路の少なくとも一方に周波数分周器を
    有することを特徴とするダイレクトコンバージョン回
    路。
  4. 【請求項４】 請求項２記載のダイレクトコンバージョ
    ン回路であって、前記フェーズロックループは、基準経
    路とフィードバック経路とを有し、更に前記基準経路と
    フィードバック経路の双方に周波数分周器を有すること
    を特徴とするダイレクトコンバージョン回路。
  5. 【請求項５】 請求項２記載のダイレクトコンバージョ
    ン回路であって、前記フェーズロックループは、当該ル
    ープのフィードバック経路上に第２の電圧制御発振器を
    有することを特徴とするダイレクトコンバージョン回
    路。
  6. 【請求項６】 請求項１記載のダイレクトコンバージョ
    ン回路であって、前記局部発振器は、前記２つのミキサ
    と同じ集積回路上に設けられた第２の電圧制御発振器を
    有することを特徴とするダイレクトコンバージョン回
    路。
  7. 【請求項７】 請求項１記載のダイレクトコンバージョ
    ン回路であって、前記局部発振器は、フェーズロックル
    ープのフィードバック経路上に第２の電圧制御発振器を
    有し、このフィードバックループにより前記電圧制御発
    振器からのスプリアス信号を除去することを特徴とする
    ダイレクトコンバージョン回路。
  8. 【請求項８】 請求項１記載のダイレクトコンバージョ
    ン回路であって、前記局部発振器は、２つの入力ポート
    と１つの出力ポートを有する位相感応検出器を有し、一
    方の入力ポートは基準経路に接続され、もう一方の入力
    ポートは前記位相感応検出器の前記出力ポートに結合さ
    れたフィードバック経路に接続されることを特徴とする
    ダイレクトコンバージョン回路。
  9. 【請求項９】 請求項８記載のダイレクトコンバージョ
    ン回路であって、前記基準経路は、電圧制御発振器と周
    波数分周器を含むことを特徴とするダイレクトコンバー
    ジョン回路。
  10. 【請求項１０】 請求項８記載のダイレクトコンバージ
    ョン回路であって、前記フィードバック経路は周波数分
    周器を含むことを特徴とするダイレクトコンバージョン
    回路。
  11. 【請求項１１】 請求項８記載のダイレクトコンバージ
    ョン回路であって、前記フィードバック経路は、第２の
    電圧制御発振器を含むことを特徴とするダイレクトコン
    バージョン回路。
  12. 【請求項１２】 無線周波信号を受信するダイレクトコ
    ンバージョン受信機であって、 互いに直交関係にある２つのミキサであって、無線周波
    信号の入力ポートに接続され、無線周波入力信号を周波
    数変換する２つのミキサと、 前記２つのミキサの少なくとも一方に接続され、局部発
    振信号を位相シフトする位相シフト手段と、 前記局部発振信号を生成する局部発振器であって、第１
    発振器信号を生成する第１の電圧制御発振器と、基準経
    路及びフィードバック経路を有するフェーズロックルー
    プとを有する局部発振器と、 を有し、前記基準経路とフィードバック経路の少なくと
    も一方に、前記第１発振器信号の周波数を非整数値で逓
    倍するための周波数分周器を備えたダイレクトコンバー
    ジョン受信機。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載のダイレクトコンバー
    ジョン受信機であって、前記基準経路とフィードバック
    経路の各々に周波数逓倍器を設けたことを特徴とするダ
    イレクトコンバージョン受信機。
  14. 【請求項１４】 請求項１２記載のダイレクトコンバー
    ジョン受信機であって、前記フェーズロックループの前
    記フィードバック経路に第２の電圧制御発振器を設けた
    ことを特徴とするダイレクトコンバージョン受信機。
  15. 【請求項１５】 無線周波信号を受信するダイレクトコ
    ンバージョン受信機であって、 互いに直交関係にある２つのミキサであって、無線周波
    信号の入力ポートに接続され、無線周波入力信号を周波
    数変換する２つのミキサと、 前記２つのミキサの少なくとも一方に接続され、局部発
    振信号を位相シフトする位相シフト手段と、 前記局部発振信号を生成する局部発振器であって、第１
    発振器信号を生成する第１の電圧制御発振器と、基準経
    路及びフィードバック経路を有するフェーズロックルー
    プとを有する局部発振器と、 を有し、 前記基準経路は第１の係数を有する第１の周波数分周器
    を有し、前記フィードバック経路は第２の係数を有する
    第２の周波数分周器を有し、前記局部発振器は、前記第
    ２の係数を前記第１の係数で割ることで得られる非整数
    値で、前記第１の電圧制御発振器の信号の周波数を逓倍
    することで得られる周波数により特徴づけられるダイレ
    クトコンバージョン受信機。
JP11228401A 1998-08-12 1999-08-12 ダイレクトコンバ―ジョン回路 Pending JP2000068748A (ja)

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