JP5069192B2 - スイッチとして平衡ミキサを使用する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、アナログ回路に関し、特に、平衡ミキサを具備している新しく改良されたアナログスイッチに関する。

デジタル通信システムが増加して減少するアナログ通信システムに置換し、使用者はアナログおよびデジタルの両システムを使用して通信を可能にする必要がある。両タイプのシステムを使用する通信能力は、使用者がアナログシステムのみを有する領域、あるいはデジタルシステムのみを有する領域にいる場合にサービスが効果的であることを保証する。

両タイプのシステムを使用して通信する能力を有するためには、使用者が有する装置は両タイプの通信システムを支持しなければならない。分離した回路が各タイプの通信システムに使用される場合、２重モードサービスは、かさばり、高価で電力効率が悪い。さらに実際的な設計は、両タイプの通信システムにおいて動作できる回路ができるだけ多くしなければならない。

信号通路における中間点でのデジタルモード回路とアナログモード回路の融合によって、デジタルモード信号とアナログモード信号の両方は同じ回路を通って伝送し、冗長性回路に対する必要性を除去する。例えば、一度融合されると、デジタルモード信号通路およびアナログモード信号通路は、電力制御回路、ＲＦアップコンバージョン回路、あるいはパワー増幅回路を共用する。

それ故、本発明の目的は、２重モード装置に対する結合機構を与える安価な方法を提供することである。

さらに別の目的は、平衡ミキサを使用したスイッチング機構を提供することである。

本発明は、スイッチとして平衡ミキサを使用する新しく改良された方法および装置に関する。デジタルモードにおいて、平衡ミキサは、デジタルモードアナログ波形、すなわち、アナログ形式に変換されるデジタル情報信号、および局部発振器（Ｌ．Ｏ．）信号を受信する。デジタルモードアナログ波形は通信情報を搬送し、Ｌ．Ｏ．は変換周波数を供給する。平衡ミキサは、結果的な出力信号を供給するためにデジタル情報信号波形とＬ．Ｏ．とを混合する。

アナログモードにおいて、Ｌ．Ｏ．は、ミキサに供給される前の通信情報を含む変調された搬送波である。デジタルモードにおいてはデジタルモードアナログ波形が受信されるミキサのポート上にアナログ信号は存在しない。ミキサの所望の出力は、変調された搬送波である。ミキサを通って搬送波を伝送するために、ＤＣバイアスはそれを不平衡にするためにミキサの小信号端子の１個に供給される。平衡していないミキサは、ミキサの出力において増加したレベルで搬送波信号を生成する。

平衡していないミキサ形態の搬送波出力電力は部分間で変化することができる。ダイオード減衰器は、アナログモード出力のスケーリングを供給するためにミキサの出力に付加される。

本発明は、スイッチとして平衡ミキサを使用する方法および装置に関する。図１は、本発明の好ましい実施例を示す例示的な概略図である。図１において、ミキサ10は、能動２重平衡ミキサと仮定する。２重平衡ミキサという用語は、ミキサの両入力ポートにおける信号が出力から抑制されることを意味する。例示的な実施例におけるミキサ10は、カリフォルニア州のSignetics Company of Sunnyvale社によって販売されているＮＥ６０２である。

デジタルモードにおいて、デジタル情報波形は一般にデジタルアナログ（ＤからＡへ）変換器によって生成される。デジタルモードアナログ波形は、キャパシタ２を通ってミキサ10の小信号入力Ａに与えられる。ミキサ10は、各入力ピン上に存在するＤＣバイアスレベルを有する。キャパシタ２は、デジタルモードアナログ波形からの入力ＡにおけるＤＣ電圧を遮断する。ミキサ10は、平衡した入力を受信するために設けられている。この場合における小信号平衡入力Ｂはキャパシタ８を通ってＡＣ接地に接続され、シングルエンド信号はキャパシタ２を通って小信号入力Ａに供給される。

デジタルモードにおいて、局部発振器（Ｌ．Ｏ．）信号は、平衡した信号として変成器12を通ってミキサ10に供給される。変成器12はシングルエンドＬ．Ｏ．信号をミキサ10用の平衡した入力ＣおよびＤに変換する。デジタルモードにおいて、Ｌ．Ｏ．信号は理想的には変調されない正弦波である。アナログモードにおいてＬ．Ｏ．信号は変調された搬送波である。

ミキサ10のデジタルモード出力ＥおよびＦは、デジタルモードアナログ波形とＬ．Ｏ．信号との積である。ミキサ10は、変成器14によってシングルエンド出力に変換される平衡した出力ＥおよびＦを生ずる。デジタルモードにおいて、抵抗18およびトランジスタ６に供給される制御信号は論理的に低いレベルであるので、トランジスタ６はオフ状態であり、抵抗４に関して高いインピーダンスを有する。同様に、ダイオード20はバイアスされず、抵抗16に比較して高いインピーダンスを有する。

図２は、典型的な平衡ミキサの構造を示す。局部発振器は、入力ＣおよびＤを通って４個のスイッチングトランジスタ40のベースに供給される。強力な局部発振器信号スイッチは、４個のスイッチングトランジスタ40をオンオフする。小信号入力ＡおよびＢは、４個のスイッチングトランジスタ40のエミッタに結合されるコレクタを有する２個のトランジスタ42のベースに供給される。残りの回路は、平衡ミキサをバイアスするために使用される。図２のミキサのダブルエンド出力ＥおよびＦは、４個のスイッチングトランジスタ40のコレクタから得られる。

正確に平衡にされるとき、ミキサの出力ＥおよびＦは、Ｌ．Ｏ．周波数および小信号入力周波数の非常に小さな成分を有する。Ｌ．Ｏ．および小信号入力の抑制は、平衡した構成の直接の結果であり、４個のスイッチングトランジスタ40のコレクタでの信号の合計である。ミキサが平衡されないとき、Ｌ．Ｏ．および小信号周波数電力レベルは出力ＥおよびＦで増加する。

図２におけるミキサの不平衡が極端に大きくなる場合、Ｌ．Ｏ．周波数および小信号周波数の信号レベルは顕著なものとなる。本発明は、Ｌ．Ｏ．周波数が有効なレベルの出力で利用可能であるような極度の不平衡を与える。極度の不平衡は、２個のトランジスタ42の１個のベースでバイアスを乱し、トランジスタの１個を遮断し、ミキサを不平衡にすることによって達成される。

再び図１を参照すると、アナログモードにおいて信号はデジタルモードアナログ波形入力において存在しない。Ｌ．Ｏ．は、伝達情報を含み、ミキサ10の所望の出力である搬送波に周波数変調（ＦＭ）される。制御信号は、論理的に高いレベルである。トランジスタ６はオン状態であり、キャパシタ２によって遮断されていたバイアスは、抵抗４およびトランジスタ６を通って接地に短絡され、ミキサ10を不平衡にする。トランジスタ６はまた、デジタルモードアナログ波形入力上に存在する全ての好ましくない信号を接地に短絡する。変調された搬送波は、ミキサ10および変成器14を通って大きなレベルで出力に伝送される。

変成器14からのアナログモードにおける変調された搬送波の出力での実際のレベルは可変であり、ミキサ10の部分間の変化および不平衡状態の影響に依存する。一様な動作を行うために、出力レベルは電位差計22によって選択される。制御信号はアナログモードにおいて論理的に高いレベルにあるので、ダイオード20は抵抗18を通ってバイアスされる。電位差計22は、変成器14の出力で一定のレベルを供給する抵抗値に設定される。図１に示される減衰器は例示的な実施例であり、信号の振幅を変化させるための多数の別の実施例は当業者に良く知られている。例えば、振幅変化の特徴は能動平衡ミキサ内に含まれる。

この方法における変成器14の出力から無線装置の出力への全ての回路は、デジタルおよびアナログの両方の動作に共通である。ミキサ10および制御信号は、２重モード動作回路を結合させる安価で効果的な手段を供給する。

好ましい実施例の前述の説明は、当業者が本発明を形成あるいは使用することを可能にするように提供されている。これらの実施例に対する様々な変更は当業者に容易に明らかであり、ここに定められた一般的な原理は発明力を要することなしに別の実施例に適用される。したがって、本発明はここに示された実施例に限定されるものではなく、ここに開示された原理および新しい特徴に基いた広い技術的範囲を含むものである。

なお、本願の実施例に記載の発明は、（１）第１のモードにおいて混合し、第２のモードにおいて導通する２重モードミキサ回路において、小信号入力、局部発振器入力、および出力を有する能動平衡ミキサと、局部発振信号を前記局部発振器入力に結合する第１の結合装置と、情報信号を前記小信号入力に結合する第２の結合装置と、前記第１のモードあるいは前記第２のモードを指定する制御信号を受信し、前記制御信号が前記第２の動作モードを示すときに前記制御信号に応じて前記能動平衡ミキサを不平衡にする不平衡手段とを具備していることを特徴とする２重モードミキサ回路を含む。

また、（２）前記能動平衡ミキサの前記小信号入力がバイアスレベルを有し、前記不平衡手段が前記小信号入力の前記バイアスレベルを変える上記（１）記載の回路、
また、（３）前記能動平衡ミキサが、前記第１のモードにおいて前記情報信号と前記局部発振信号とを混合する上記（１）記載の回路、
また、（４）前記不平衡手段により、前記第２のモードにおいて前記局部発振信号を前記能動平衡ミキサを通って前記出力に結合させる上記（１）記載の回路、
また、（５）前記能動平衡ミキサの前記小信号入力がバイアスレベルを有し、前記不平衡手段が前記小信号入力に結合されるトランジスタを具備し、このトランジスタが前記制御回路に応じて電流を導通させる上記（１）記載の回路、
また、（６）前記能動平衡ミキサを通って前記出力に結合される前記局部発振信号の振幅を変化させる減衰器を具備している上記（４）記載の回路、
また、（７）前記減衰器が前記制御信号の関数として振幅を変化させる上記（６）記載の回路、
また、（８）前記第２の結合装置がキャパシタである上記（１）記載の回路、
また、（９）前記第１の結合装置が変成器である上記（１）記載の回路を含む。

また、本願の実施例に記載の発明は、（１０）第１のモードにおいて２個の信号を混合し、第２のモードで信号を導通させる平衡ミキサを使用する方法において、局部発振信号を受信し、前記信号を前記平衡ミキサに結合し、情報信号を受信し、前記情報信号を第１のモードにおいて前記平衡ミキサに結合し、前記平衡ミキサの出力で混合した積の信号を生成するために、前記局部発振信号と前記情報信号を前記第１のモードにおいて混合し、前記第２の動作モードを示す制御信号に応じて前記平衡ミキサを不平衡にし、前記ミキサの出力で前記局部発振信号を生成するために前記第２のモードで前記局部発振信号を導通させるステップを含んでいる平衡ミキサを使用する方法を含む。

また、（１１）前記局部発振信号が前記第２のモードで変調される周波数である上記（１０）記載の方法、
また、（１２）前記制御信号に応じて前記ミキサの出力における前記局部発振信号の振幅を変化させるステップを含んでいる（１０）記載の方法を含む。

本発明の概略図。 標準的な２重平衡ミキサの概略図。

Claims (11)

1. 第１、第２、第３および第４のトランジスタ（４０）、
   第５および第６のトランジスタ（４２）、
   該第５のトランジスタのベースに結合された第１の小信号入力部（Ａ）、
   該第６のトランジスタのベースに結合された第２の小信号入力部（Ｂ）、
   該第１および第４のトランジスタのベースに結合された第１の局部発振器入力部（Ｃ）、
   該第２および第３のトランジスタのベースに結合された第２の局部発振器入力部（Ｄ）、
   該第１および第３のトランジスタのコレクタに結合された第１の出力部（Ｅ）、そして、該第２および第４のトランジスタのコレクタに結合された第２の出力部（Ｆ）を有する能動平衡ミキサを含む２重モードミキサ回路であって、ここで
   該第１および第２のトランジスタは、該第５のトランジスタのコレクタに結合されたエミッタを有する第１の対として配置され、該第３および第４のトランジスタは該第６のトランジスタのコレクタに結合されたエミッタを有する第２の対として構成され、そして該能動平衡ミキサは、第１のモードにおいて該第１および第２の小信号入力部における情報信号を該第１および第２の局部発振器入力部における局部発振信号と混合するように構成され、該回路はさらに、
   該第１のモードにおいて該局部発振信号を該第１および第２の局部発振器入力部に結合し、そして第２のモードにおいて変調された搬送波信号を該第１および第２の局部発振器入力部に結合する第１の結合装置（１２）、
   該第１のモードにおいて該情報信号を該第１および第２の小信号入力部に結合する第２の結合装置（２）、そして
   該第１のモードまたは該第２のモードを示す制御信号を受信するために、該第１の小信号入力部に結合された不平衡手段（４、６）、なお該不平衡手段は、該第２のモードにおいて該第１の結合装置により該能動平衡ミキサの該第１および第２の局部発振器入力部に結合されている該変調された情報信号を伝えるために、該第２のモードを示す該制御信号に応答して、該第５のトランジスタのベースにおけるバイアスを乱すことで該第５のトランジスタを遮断することにより、該能動平衡ミキサを不平衡にするように構成されている回路。
2. 該不平衡手段は、抵抗（４）および第７のトランジスタ（６）を含み、該抵抗は該第１の小信号入力部および該第７のトランジスタに結合されており、該第２のモードにおいて、該第７のトランジスタは該制御信号を受け取り、そして該第１の小信号入力部を該抵抗を介して接地部に接続するように構成されている請求項１の回路。
3. 該第２の結合装置がキャパシタである請求項１の回路。
4. 該第１の結合装置が変成器である請求項１の回路。
5. 第１、第２、第３および第４のトランジスタ（４０）、第５および第６のトランジスタ（４２）、該第５のトランジスタのベースに結合された第１の入力部（Ａ）と該第６のトランジスタのベースに結合された第２の入力部（Ｂ）を含む小信号入力部分、該第１および第４のトランジスタに結合された第３の入力部（Ｃ）と該第２および第３のトランジスタに結合された第４の入力部（Ｄ）を含む局部発振入力部分、該第１および第３のトランジスタに結合された第１の出力部（Ｅ）と該第２および第４のトランジスタに結合された第２の出力部（Ｆ）を含む出力部分を有する能動平衡ミキサを使用する方法であって、第１の動作モードにおいて情報信号と局部発振信号とを混合するために、そして第２モードにおいて変調された搬送波信号を該能動平衡ミキサの該出力部分に伝えるために該能動平衡ミキサを使用する方法であって、該方法は、
   該第１のモードにおいて、該局部発振信号を該第３および第４の入力部に結合させ、該情報信号を該第１および第２の入力部に結合させ、そして該能動平衡ミキサの該第１および第２の出力部において出力信号を生成するために該局部発振信号と該情報信号を混合し、
   該第２のモードにおいて、該第２のモードを示す制御信号に応答して、該能動平衡ミキサの該第１の入力部に結合された不平衡手段により、該能動平衡ミキサを不平衡にするために該第５のトランジスタのバイアスを乱すことで該第５のトランジスタを遮断し、
   該第２のモードにおいて、該変調された搬送波信号を該能動平衡ミキサの該第３および第４の入力部に結合することにより、該能動平衡ミキサを介して、該第１および第２の出力部から該変調された搬送波信号を出力する、
   ステップを含む方法。
6. 第１のモードおよび第２のモードを有する２重モードミキサ回路であって、該回路は
   第１、第２、第３および第４のトランジスタを含む第１の能動装置（４０）、
   第５および第６のトランジスタを含む第２の能動装置（４２）、
   該第５のトランジスタに結合された第１の小信号入力部（Ａ）、
   該第６のトランジスタに結合された第２の小信号入力部（Ｂ）であって、キャパシタ８を通ってＡＣ接地に接続された第２の小信号入力部（Ｂ）、
   該第１および第４のトランジスタに結合された第１の局部発振器入力部（Ｃ）、
   該第２および第３のトランジスタに結合された第２の局部発振器入力部（Ｄ）、
   該第１および第３のトランジスタに結合された第１の出力部（Ｅ）、
   該第２および第４のトランジスタに結合された第２の出力部（Ｆ）、そして、
   該第１および第２の能動装置を直流バイアスするバイアス回路を含む能動平衡ミキサ（１０）、そして
   該第１の小信号入力部に結合され、そして制御信号を受け取るように構成された不平衡回路（４、６）を含み、
   ここで、
   該第１の小信号入力部において直流バイアスが外部的に乱されない場合、該能動平衡ミキサは、該第１の小信号入力部において第１の信号として情報信号を受け取り、該第１および第２の局部発振器入力部において第２の信号として局部発振信号を受け取り、混合された信号を得るため該第１の信号と該第２の信号を混合するように、なお該混合された信号は該第１の信号の周波数においておよび該第２の信号の周波数において抑制された成分を有し、該第１および第２の出力部から該混合された信号を出力するように構成され、
   該不平衡回路は、該第１のモードを示す該制御信号に応答して、該第１の小信号入力部の直流バイアスを乱さないように構成され、そして、該第２のモードを示す該制御信号に応答して、該第１の小信号入力部の該直流バイアスの乱れを提供し、そして
   該第１の小信号入力部の該直流バイアスの該乱れは該第５のトランジスタを遮断することにより該能動平衡ミキサを不平衡にし、該能動平衡ミキサが該第１および第２の出力部に、該第１および第２の局部発振器入力部において受け取られた、変調された搬送波信号を伝えるようにする、
   ２重モードミキサ回路。
7. 該不平衡回路は直列に結合された抵抗装置（４）およびスイッチ装置（６）を含み、該スイッチ装置の状態は該制御信号により制御され、該スイッチ装置は該第２のモードを示す該制御信号に応答して導通するように構成され、該スイッチ装置は該第１のモードを示す該制御信号に応答して導通しないように構成される、請求項６の２重モードミキサ回路。
8. 該第２の信号を該第１および第２局部発振器入力部に結合する第１の結合装置（１２）をさらに含む、請求項７の２重モードミキサ回路。
9. 該第１の結合装置は第１の変成器を含む、請求項８の２重モードミキサ回路。
10. 該能動平衡ミキサの該第１および第２の出力部に結合された変成器入力部と、そして変成器出力部とを含む第２の変成器（１４）とをさらに含む、請求項９の２重モードミキサ回路。
11. 能動平衡ミキサ（１０）を使用する方法であって、
    該能動平衡ミキサ（１０）は、第１、第２、第３および第４のトランジスタを含む第１の能動装置（４０）、第５および第６のトランジスタを含む第２の能動装置（４２）、該第５のトランジスタに結合された第１の小信号入力部（Ａ）、該第６のトランジスタに結合された第２の小信号入力部（Ｂ）であって、キャパシタ８を通ってＡＣ接地に接続された第２の小信号入力部（Ｂ）、該第１および第４のトランジスタに結合された第１の局部発振器入力部（Ｃ）、該第２および第３のトランジスタに結合された第２の局部発振器入力部（Ｄ）、該第１および第３のトランジスタに結合された第１の出力部（Ｅ）、該第２および第４のトランジスタに結合された第２の出力部（Ｆ）、そして、該第１及び第２の能動装置を直流バイアスするバイアス回路を含み、
    ここで、該直流バイアスが該第１の小信号入力部において外部的に乱されない場合、該能動平衡ミキサは、混合された信号を得るために、該第１の小信号入力部における信号を、該第１および第２の局部発振器入力部における信号と混合するように、なお該混合された信号は、該第１の小信号入力部における信号の周波数、ならびに該第１および第２の局部発振器入力部における信号の周波数において抑制された周波数成分を有し、該第１および第２の出力部から該混合された信号を出力するように構成され、この方法は、
    該直流バイアスが該第１の小信号入力部において外部的に乱されない第１のモードにおいて、該第１および第２の局部発振器入力部に局部発振信号を結合し、
    該第１のモードにおいて、該第１の小信号入力部に情報信号を結合し、
    第２のモードにおいて、該第１および第２の局部発振器入力部に変調された搬送波信号を結合し、そして、
    該第２のモードにおいて、該第２のモードを示す該制御信号に応答して、該第１の小信号入力部と接地部との間に導電装置（４）を接続することにより該第５のトランジスタのベースにおけるバイアスを乱すことで該第５のトランジスタを遮断することにより該能動平衡ミキサを不平衡にし、該能動平衡ミキサを不平衡にすることは、該能動平衡ミキサが該第１と第２の出力部に該変調された搬送波信号を伝送するようにする方法。

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