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Title:
DISCRETE FILTER, SAMPLING MIXER AND WIRELESS DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/004818
Kind Code:
A1
Abstract:
A sampling filter of such circuitry as not requiring a high frequency REF signal even if the number of decimation is decreased. In the sampling filter, the rotate capacitor in each switched capacitor circuit including Cr (7a-7d) arranged in four parallel arrays operates in four phases of integration, discharge, reset and feedback different from each other at the same timing. Consequently, a control signal for driving the switched capacitor circuit is used commonly. As a result, the circuit scale of a DCU (104) is reduced and the frequency of the REF signal can be lowered to the frequency of an LO signal even in operation without decimation.

Inventors:
HOSOKAWA YOSHIFUMI
SAITO NORIAKI
MIYANO KENTARO
ABE KATSUAKI
Application Number:
PCT/JP2008/001768
Publication Date:
January 08, 2009
Filing Date:
July 03, 2008
Export Citation:
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Assignee:
PANASONIC CORP (JP)
HOSOKAWA YOSHIFUMI
SAITO NORIAKI
MIYANO KENTARO
ABE KATSUAKI
International Classes:
H03D7/00; H03H19/00
Domestic Patent References:
WO2007061000A12007-05-31
Foreign References:
US20030050027A12003-03-13
Attorney, Agent or Firm:
WASHIDA, Kimihito (Shintoshicenter Bldg. 24-1, Tsurumaki1-chome, Tama-sh, Tokyo 34, JP)
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Claims:
 周波数が同じで位相が異なるN(Nは2以上の整数)個の制御信号を生成する制御信号生成部と、
 受信信号が入力されるスイッチドキャパシタ部と、
 を有する離散フィルタであって、
 前記スイッチドキャパシタ部は、互いに並列接続されたN個のスイッチドキャパシタ回路を含み、
 各スイッチドキャパシタ回路は、キャパシタへの入力状態を切り替える積分スイッチと、キャパシタからの放出状態を切り替える放出スイッチとを有し、信号の積分動作と信号の放出動作を含むN個の動作をするものであり、
 前記N個の制御信号に基づいて、前記N個のスイッチドキャパシタ回路は、同じタイミングでは、互いに異なる動作をする、
 離散フィルタ。
 前記スイッチドキャパシタ回路の動作状態に、前記キャパシタの電荷をリセットするリセット動作と、フィードバック動作を含み、N=4とした、
 請求項1に記載の離散フィルタ。
 前記スイッチドキャパシタ回路の動作状態に、フィードバック動作を含み、フィードバック信号を電圧とした、
 請求項1に記載の離散フィルタ。
 前記N個の制御信号の周波数が切り替えられる、
 請求項1に記載の離散フィルタ。
 請求項1に記載の離散フィルタと、
 前記離散フィルタの前段に設けられ、受信信号を所定の周波数でサンプリングするサンプリングスイッチと、
 を有するサンプリングミキサ。
 請求項1に記載の離散フィルタと、
 前記離散フィルタの出力信号に基づいて信号処理する信号処理部と、
 を有する無線装置。
 請求項5に記載のサンプリングミキサと、
 前記サンプリングミキサの出力信号に基づいて信号処理する信号処理部と、
 を有する無線装置。
 前記N個の制御信号のぞれぞれの間にノンオーバーラップ区間を設けるノンオーバーラップ回路、をさらに有する、
 請求項1に記載の離散フィルタ。
 前記ノンオーバーラップ回路は、
 前記制御信号生成部から出力される第1の制御信号に奇数個のNOTゲートを介した信号と、前記制御信号生成部から出力される第2の制御信号と、を入力するANDゲートを有し、
 前記ANDゲートの出力を前記スイッチドキャパシタ部に入力する信号とする、
 請求項8に記載の離散フィルタ。
 請求項8に記載の離散フィルタと、
 前記離散フィルタの前段に設けられ、受信信号を所定の周波数でサンプリングするサンプリングスイッチと、を有し、
 前記ノンオーバーラップ回路は、前記ノンオーバーラップ区間を、前記サンプリングスイッチの周期×(1-N/M)とする(MはNと異なる自然数)、
 サンプリングミキサ。
 請求項10に記載のサンプリングミキサと、
 前記サンプリングミキサの出力信号に基づいて信号処理する信号処理部と、
 を有する無線装置。
Description:
離散フィルタ、サンプリングミ サ及び無線装置

 本発明は、フィルタリングなどのデジタ 信号処理を行う離散フィルタ、サンプリン ミキサおよび無線装置に関する。

 サンプリングミキサにおいては、デジタ 変調された信号がサンプリング回路でサン リングされ、サンプリング回路に内蔵され いるスイッチトキャパシタでフィルタ効果 得られる(例えば、特許文献1及び特許文献2) 。

 図1は特許文献1及び特許文献2に記載され サンプリングミキサ600の回路図であり、図2 はサンプリングミキサ600における制御信号の タイミングチャートを示す図である。

 図1において、サンプリングミキサ600は、受 信した無線周波数(RF)信号をRF電流i RF に変換するTA(トランスコンダクタンスアンプ )1と、TA1で変換されたRF電流i RF をサンプリングする同相ミキサ部2と、それ 組み合わせられた逆相ミキサ部3と、同相ミ サ部2および逆相ミキサ部3への制御信号を 成するDCU(デジタルコントロールユニット)4 を備えている。

 同相ミキサ部2は、サンプリングスイッチ 5と、このサンプリングスイッチ5でサンプリ グされた信号を時間的に連続して積分するC h(ヒストリキャパシタ)6とを含んでいる。ま 、同相ミキサ部2は、サンプリングスイッチ5 でサンプリングされた信号の積分と放出とを 繰り返す複数のCr(ローテートキャパシタ)7~14 、各Cr7~14で放出した信号をバッファするCb( ッファキャパシタ)15とを含んでいる。

 さらに、同相ミキサ部2は、各Cr7~14に保持 された信号をCb15へ放出させるためのダンプ イッチ16と、信号放出後に各Cr7~14に保持され ている信号をリセットさせるリセットスイッ チ17と、各Cr7~14にCh6を順次接続させるための 数の積分スイッチ18~25とを含んでいる。さ に、同相ミキサ部2は、各Cr7~14をCb15に順次接 続させるための複数の放出スイッチ26~33と、D A(デジタル・アナログ)変換器からサンプリン グミキサ600側へのフィードバック信号の入力 を制御するフィードバックスイッチ34、35と 含んでいる。

 次に、同相ミキサ部2の動作を例にしてサ ンプリングミキサ600の動作について説明する 。

 まず、RF電流i RF は、スイッチ5においてサンプリングされ、 間的に離散化された離散信号となる。この 散信号は、SV0信号~SV7信号に基づいて、順次 Ch6および各Cr7~14に積分され、フィルタリン およびデシメーション(decimation:間引き)が行 われる。

 このようにすると、8タップのFIR(Finite Impuls e Response)フィルタの効果が得られる。このと きのサンプリングレートは、1/8にデシメーシ ョンされる。8個の積分スイッチ18~25に保持さ れた信号が、移動平均されるからである。こ のようなフィルタを1段目FIRフィルタという 1段目FIRフィルタの伝達関数は次式で表され 。

 また、各Cr7~14に順次接続されるCh6は、出力 位を保持するので、IIR(Infinite Impulse Response )フィルタの効果も得られる。このようなフ ルタを1段目IIRフィルタという。1段目IIRフィ ルタの伝達関数は次式で表される。ただし、 Ch6の容量値をCh、各Cr7~14の容量値をCrとする

 さらに、SAZ信号が、各放出スイッチ30~33 ゲートに入力すると、放出スイッチ30~33が、 SAZ信号のハイレベルの間オンする。すると、 各Cr11~14に積分された離散信号が、オン状態 各放出スイッチ30~33を介して、Cb15に同時に 出される。

 この放出後、次に、D信号がローレベルに なり、ダンプスイッチ16がオフし、Cb15が、各 Cr11~14から切り離される。

 次に、R信号がハイレベルになり、リセッ トスイッチ17がオンし、各Cr11~14に保持されて いる信号がリセットされる。

 このようにすると、各Cr11~14に積分された 信号が、同時にCb15に放出され、これにより 4タップのFIRフィルタの効果が得られる。こ ときのサンプリングレートは、1/4にデシメ ションされる。4個のCr11~14に積分された信 が、Cb15に移動平均されるからである。

 また、各Cr7~10に積分された信号も、各Cr11~14 の場合と同様に機能する。このようなフィル タを2段目FIRフィルタという。2段目FIRフィル の伝達関数は次式で表される。

 また、上述した4個のCr7~10、または4個のCr11~ 14のグループ単位で、4個のCrがCb15に接続され る。これにより、IIRフィルタの効果が得られ る。このようなフィルタを2段目IIRフィルタ いう。2段目IIRフィルタの伝達関数は次式で される。ただし、Cb15の容量値をCbとする。

 なお、逆相ミキサ部3は、同相ミキサ部2 りも1/2周期遅れてサンプリングすることを いては、同相ミキサ部2とほぼ同様に動作す 。

 このようにしてサンプリングミキサ600を構 すると、そのサンプリングミキサ600の出力 号は、1段目FIRフィルタ、1段目IIRフィルタ 2段目FIRフィルタおよび2段目IIRフィルタを通 過した信号となり、全体のフィルタ伝達関数 は、式(1)、式(2)、式(3)、式(4)及びTA1による電 流変換の式を用いて次式となる。ただし、TA1 の相互コンダクタンスをgm、入力するRF信号 周波数をf RF とする。

 次に、上述した各種フィルタを含むフィ タ特性について図3を参照して説明する。こ こでは、LO信号周波数を2.4GHz、Ch6を15pF、各Cr7 ~14を0.5pF、Cb15を15pF、TA1の相互コンダクタン を7.5mSとするものとする。

 図3(a)には、1段目FIRフィルタの特性が示 れ、図3(b)には、1段目IIRフィルタの特性が示 されている。また、図3(c)には、2段目FIRフィ タの特性が示され、図3(d)には、2段目IIRフ ルタの特性が示されている。そして、図3(e) は、サンプリングミキサ600全体のフィルタ 性が示されている。図3の従来技術の特性例 では、サンプリングスイッチ5にて2.4GHzサン リングされた信号が、32デシメーションされ て出力される。このときのサンプリング周波 数は300MHzであり、LO周波数から300MHz単位で離 た周波数成分が希望波付近に折りかえって る。このように、デシメーション数が大き と折り返し周波数が希望波付近に現れてし うという問題があった。

 特に、受信帯域が広帯域に渡るUHF帯地上 ジタルテレビ放送(約470MHz~770MHz)等の無線シ テムでは、デシメーション動作を行うと、 り返しの周波数が受信帯域内に現れるため デシメーション数を低くしたサンプリング キサが求められている。具体的には、2デシ メーション動作のサンプリングミキサで地上 デジタルテレビ放送の13チャンネル(中心周波 数約473MHz)を受信すると、折り返し周波数は 473MHzから236.5MHzごとに表れる。このとき、709 .5MHzは、地上デジタルテレビ放送の52チャン ル(中心周波数約707MHz)の信号帯域内であり、 52チャンネルの信号が希望波帯に折り返り、 信感度劣化を引き起こす。したがって、デ メーション無しのサンプリングミキサで13 ャンネル受信時の折り返し周波数を770MHz以 の946MHzにする必要がある。

 ここで、デシメーション無しで動作する従 のサンプリングミキサ610の回路図を図4に示 す。図4において、図1のサンプリングミキサ6 00と異なる点は、同相ミキサ部42、逆相ミキ 部43のそれぞれ2個のCrを備えている点と、DCU 44の出力制御信号が、SV0、SV1信号、D信号、R 号、FB0、FB1信号となる点である。図5に、DCU4 4のブロック図を示す。DCUが制御信号を生成 るのに必要なREF信号を基準にして、一般的 回路であるDフリップフロップ回路を用いて 成している。図6は、サンプリングミキサ610 の制御信号のタイミングチャートを示す図で ある。図5と図6より、SV0、SV1信号は、REF信号 8分周した信号である。また、D信号は、REF 号を4分周した信号である。また、R信号は、 REF信号を基準として4相化した信号のうちの1 である。また、FB0、FB1信号は、REF信号を基 として8相化した信号のうちの2つである。 上のように、従来の手法でデシメーション の低いサンプリングミキサを構成しようと ると、図6に示すように、高い周波数のREF信 が必要となり、波形の異なる(例えば、パル ス幅の異なる)制御信号を用意する必要があ た。

特開2004-289793号公報(第6-9頁、図3a、図3b 図4)

米国特許出願公開第2003/0083033号明細書、 “SAMPLING MIXER WITH ASYNCHRONOUS CLOCK AND SIGNAL  DOMAINS”

 しかしながら、REF信号の周波数が高くな と、実回路では、制御信号のパルス波形は 路の負荷等により形が崩れ、周波数が高い どつぶれた波形となるという問題がある。 こで、デシメーション数を低くしても、高 周波数のREF信号を必要としない回路構成の 散フィルタ、サンプリングフィルタを提供 る必要性が生じている。

 さらに、波形が異なる制御信号を多く使 するため制御信号生成部(DCU)の回路規模が きい。

 本発明は、このような状況下においてな れたものであり、高い周波数のREF信号を用 ずにデシメーション数を小さくでき、折り し成分による受信感度劣化を抑えることの きるサンプリングミキサを提供する。

 本発明の第1の様態に係る離散フィルタは 、周波数が同じで位相が異なるN(Nは2以上の 数)個の制御信号を生成する制御信号部と、 信信号が入力されるスイッチドキャパシタ と、を有する離散フィルタであって、前記 イッチドキャパシタ部は、互いに並列接続 れたN個のスイッチドキャパシタ回路を含み 、各スイッチドキャパシタ回路は、キャパシ タへの入力状態を切り替える積分スイッチと 、キャパシタからの放出状態を切り替える放 出スイッチとを有し、信号の積分動作と信号 の放出動作を含むN個の動作をするものであ 、前記N個の制御信号に基づいて、前記N個の スイッチドキャパシタ回路は、同じタイミン グでは、互いに異なる動作をする離散フィル タである。

 また、本発明の第2の様態に係る離散フィ ルタは、第1の様態に記載の離散フィルタに いて、前記スイッチドキャパシタ回路の動 状態に、前記キャパシタの電荷をリセット るリセット動作と、フィードバック動作を み、N=4とした離散フィルタである。

 また、本発明の第3の様態に係る離散フィ ルタは、第1の様態に記載の離散フィルタに いて、前記スイッチドキャパシタ回路の動 状態に、フィードバック動作を含み、フィ ドバック信号を電圧とした離散フィルタで る。

 また、本発明の第4の様態に係る離散フィ ルタは、第1の様態に記載の離散フィルタに いて、前記N個の制御信号の周波数が切り替 られる離散フィルタである。

 また、本発明の第5の様態に係るサンプリ ングミキサは、第1の様態に記載の離散フィ タと、前記離散フィルタの前段に設けられ 受信信号を所定の周波数でサンプリングす サンプリングスイッチと、を有する、サン リングミキサである。

 また、本発明の第6の様態に係る無線装置 は、第1の様態に記載の離散フィルタと、前 離散フィルタの出力信号に基づいて信号処 する信号処理部と、を有する、無線装置で る。

 また、本発明の第7の様態に係る無線装置 は、第5の様態に記載のサンプリングミキサ 、前記サンプリングミキサの出力信号に基 いて信号処理する信号処理部と、を有する 無線装置である。

 また、本発明の第8の様態に係る離散フィ ルタは、第1の様態に記載の離散フィルタに 前記N個の制御信号のぞれぞれの間にノンオ バーラップ区間を設けるノンオーバーラッ 回路、をさらに有する、離散フィルタであ 。

 また、本発明の第9の様態に係る離散フィ ルタは、第8の様態に記載の離散フィルタに いて、前記ノンオーバーラップ回路は、前 制御信号生成部から出力される第1の制御信 に奇数個のNOTゲートを介した信号と、前記 御信号生成部から出力される第2の制御信号 と、を入力するANDゲートを有し、前記ANDゲー トの出力を前記スイッチドキャパシタ部に入 力する信号とする、離散フィルタである。

 また、本発明の第10の様態に係るサンプ ングミキサは、第8の様態に記載の離散フィ タと、前記離散フィルタの前段に設けられ 受信信号を所定の周波数でサンプリングす サンプリングスイッチと、を有し、前記ノ オーバーラップ回路は、前記ノンオーバー ップ区間を、前記サンプリングスイッチの 期×(1-N/M)とする(MはNと異なる自然数)、サン プリングミキサである。

 また、本発明の第11の様態に係る無線装 は、第10の様態に記載のサンプリングミキサ と、前記サンプリングミキサの出力信号に基 づいて信号処理する信号処理部と、を有する 、無線装置である。

 本発明によれば、スイッチドキャパシタ 路の動作状態の数に応じた並列構成にする とで、制御信号を複数のスイッチドキャパ タ回路間で共用でき、オン時間が短い制御 号が必要なくなる。また、制御信号を生成 る制御信号生成部の回路規模を小さくでき 。

 これにより、高い周波数のREF信号を用い にデシメーション数を小さくでき、折り返 成分による受信感度劣化を抑えることがで る。

従来技術のサンプリングミキサの回路 従来技術のサンプリングミキサの制御 号タイミングチャート 従来技術のサンプリングミキサの特性 従来技術のサンプリングミキサの回路 従来技術のデジタルコントロールユニ トのブロック図 従来技術のサンプリングミキサの制御 号タイミングチャート 本発明の実施の形態1におけるサンプリ ングミキサの回路図 本発明の実施の形態1における制御信号 のタイミングチャート 本発明の実施の形態2におけるサンプリ ングミキサの回路図 本発明の実施の形態3におけるサンプ ングミキサの回路図 本発明の実施の形態3における制御信 のタイミングチャート 本発明の実施の形態3におけるサンプ ングミキサの特性図 本発明の実施の形態4におけるサンプ ングミキサの回路図 本発明の実施の形態4における可変分 器のブロック図 本発明の実施の形態4における制御信 のタイミングチャート 本発明の実施の形態5におけるサンプ ングミキサの回路図 本発明の実施の形態5におけるノンオ バーラップ回路の構成を示すブロック図(構 例1) 本発明の実施の形態5における制御信 を示す図 本発明の実施の形態5におけるノンオ バーラップ回路の構成を示すブロック図(構 例2) 本発明の実施の形態5における特性周 数成分のゲインとノンオーバーラップ区間 の関係を示す図 本発明の実施の形態5におけるノンオ バーラップ回路の構成を示すブロック図(構 例3) 本発明の実施の形態5におけるサンプ ングミキサの回路図 本発明の実施の形態5におけるサンプ ングミキサの回路図 本発明の実施の形態5におけるサンプ ングミキサの回路図 本発明の実施の形態6における無線装 のブロック図 本発明の実施の形態7における無線装 のブロック図

 以下本発明の実施の形態について、図面 参照しながら説明する。また、図面におい 、同一のものについては同一の符号を付し 表示する。

 (実施の形態1)
 図7は、本発明の実施の形態1におけるサン リングミキサの回路図である。図7において ンプリングミキサ100は、TA(トランスコンダ タンスアンプ)1とスイッチドキャパシタ部10 2、103と、DCU(デジタルコントロールユニット 制御信号生成部ともいう)104と、サンプリン グスイッチ5、36とを備えている。

 スイッチドキャパシタ部102は、Ch(ヒスト キャパシタ)6と、Cr(ローテートキャパシタ)7 a、7b、7c、7dと、Cb(バッファキャパシタ)15と ダンプスイッチ16a、16b、16c、16dと、リセッ スイッチ17a、17b、17c、17dと、積分スイッチ18 a、18b、18c、18dと、フィードバックスイッチ34 a、34b、34c、34dとを備えている。スイッチド ャパシタ部103も同様の構成であり、異なる は、スイッチドキャパシタ部102とスイッチ キャパシタ部103に入力してくる信号の位相 180度異なる点である。これは、スイッチド ャパシタ部102に接続したサンプリングスイ チ5のゲートに入力されるLO信号と、スイッ ドキャパシタ部103に接続したサンプリング イッチ36のゲートに入力されるLOB信号の位相 が180度異なるためである。

 DCU104は、Dフリップフロップ回路を用いた シフトレジスタ構成であり、REF信号を基準と した4相の信号(S0信号、S1信号、S2信号、S3信 )をスイッチドキャパシタ部102、103に出力す 。本実施の形態では、DCU104の回路構成につ てDフリップフロップ回路を用いたシフトレ ジスタ構成としたが、4相の信号を出力でき ば他の回路構成でもよい。

 図8は、本発明の実施の形態1におけるサ プリングミキサ100に用いる制御信号のタイ ングチャートである。S0信号、S1信号、S2信 、S3信号は、1/4周期ずれた信号で、ハイにな っている時間は、LO信号の1周期分である。S0~ S3信号は、DCU104のシフトレジスタにLO信号と じ周波数のREF信号を入力すると生成できる S0信号は、積分スイッチ18aとフィードバック スイッチ34bとリセットスイッチ17cとダンプス イッチ16dのゲートに入力される。S1信号は、 ンプスイッチ16aと積分スイッチ18bとフィー バックスイッチ34cとリセットスイッチ17dに 力される。S2信号は、リセットスイッチ17a ダンプスイッチ16bと積分スイッチ18cとフィ ドバックスイッチ34dに入力される。S3信号は 、フィードバックスイッチ34aとリセットスイ ッチ17bとダンプスイッチ16cと積分スイッチ18d に入力される。

 次に、スイッチドキャパシタ部102に注目 てサンプリングミキサ100の動作を説明する まず始めの状態として、S0信号がハイのと 、Ch6とCr7aが接続し、サンプリングスイッチ5 から出力された離散信号は、Ch6とCr7aに積分 れる。次に2番目の状態として、S0信号がロ になり、S1信号がハイになると、Cr7aとCb15が 続し、Cr7aに積分された信号がCb15に放出さ る。3番目の状態として、S1信号がローにな 、S2信号がハイになると、Cr7aに残った電荷 リセットスイッチ17aを介して接地され、Cr7a 電荷がリセットされる。4番目の状態として 、S2信号がローになり、S3信号がハイになる 、フィードバックスイッチ34aがオンし、DA変 換器からのフィードバック信号がCr7aに入力 れ、DCオフセットや差動オフセットなどが補 償できる。Cr7aは、これらの4状態の動作を繰 返し行う。また、Cr7b、7c、7dについても同 に4状態の繰り返し動作を行う。Cr7a~7dの繰り 返し動作で異なる点は、同じタイミングでは 異なる動作をしている点である。具体的には 、S0信号がハイの時には、Cr7aはサンプリング スイッチ5からの信号を積分し、Cr7bは、フィ ドバック信号が入力されており、Cr7cは接地 され電荷をリセットしており、Cr7dは積分し 信号をCb15に放出しており、Cr7a~7dは同じタイ ミングでは異なる動作をしている。

 つまり、Cr7a~Cr7dを含む4並列のスイッチドキ ャパシタ回路は、4状態を4相動作で行ってい 。また、S0信号~S3信号のそれぞれは、Cr7a~7d それぞれに対して、「積分」、「放出」、 リセット」、「フィードバック」動作に用 られ、共用化されている。これにより、DCU1 04が出力する制御信号の種類を減らし、回路 模を小さくすることができる。また、Ch6とC r7a~7dが順番に接続することで1段目のIIRフィ タを構成し、Cb15とCr7a~7dが順番に接続するこ とで2段目のIIRフィルタを構成している。こ ときの伝達関数は次式で表される。

 このとき、スイッチドキャパシタ部102の 力信号のサンプリング周波数は、Cbに信号 放出されるタイミング、つまり、Cr7a~7dとCb 接続するタイミングで決まる。図8より、LO 号の周波数と同じ周波数でCbとCr7a~7dが接続 、デシメーション無し動作ができる。

 以上から、本実施の形態のサンプリング キサによれば、4並列に構成されたCr7a~7dを んだスイッチドキャパシタ回路が、同じタ ミングでは互いに異なる動作をする4相動作 、スイッチドキャパシタ回路を駆動する制 信号を共用化することで、DCU104の回路規模 削減できる。また、S0~S3信号として同じ波 を用いることができ、波形の異なる制御信 を用意する必要がない。さらに、デシメー ョン無しの回路構成においても、REF信号の 波数をLO信号と同じ周波数まで低くすること ができる。

 これにより、実回路においてもデシメー ョン無し動作が可能となり、折り返し周波 を希望波帯から遠ざけ、折り返し成分によ 受信感度劣化を抑えることができる。

 また、本実施の形態では、スイッチを構 する素子をn型FETとしたが、p型でもかまわ いし、n型とp型を組み合わせて使用してもか まわない。また、スイッチに微小電気機械シ ステム(MEMS)を使用してもかまわない。

 また、本実施の形態では、サンプリング イッチを接続したサンプリングミキサとし が、サンプリングスイッチを用いず、BB信 を入力とした離散フィルタとしてもよい。BB 信号は、RF周波数帯からBB周波数帯に周波数 換された受信信号であり、時間的に連続信 でも、離散信号でもかまわない。

 また、本実施の形態では、Ch、Cr、Cbを平 平板のキャパシタとして説明したが、n型FET を使用したキャパシタでもかまわないし、p FETを使用したキャパシタでもかまわない。

 また、本実施の形態では、Ch、Cr、Cbを固 の値として説明したが、複数のキャパシタ スイッチを用意して、キャパシタの値を切 替える構成にしてもかまわない。

 (実施の形態2)
 図9は、本発明の実施の形態2におけるサン リングミキサ200を示す回路図である。ここ は、実施の形態1と異なる点を主に説明する

 サンプリングミキサ200は、図7の実施の形 態1におけるスイッチドキャパシタ部102、103 よびDCU104に代えて、スイッチドキャパシタ 202、203、DCU204を備えている。

 スイッチドキャパシタ部202は、実施の形 1のスイッチドキャパシタ部102から、Cr7dと ダンプスイッチ16dと、リセットスイッチ17a~1 7dと、積分スイッチ18dと、フィードバックス ッチ34dとを除いた構成である。逆相ミキサ 203も同様の構成である。

 DCU204は、3相の信号(S0信号、S1信号、S2信 )をスイッチドキャパシタ部202、203に出力し いる。

 次に、サンプリングミキサ200の動作につ て実施の形態1と異なる点は、Cr7a~7cを含む3 列のスイッチドキャパシタ回路が、「積分 、「放出」、「フィードバック」の3状態を 3相動作で行っている点である。フィードバ ク信号がDC電圧信号であれば、リセット動作 があっても、なくても、同一動作となる。よ って、スイッチドキャパシタ回路の動作から リセット動作を省き、スイッチドキャパシタ 回路の並列数を削減することができる。

 以上から、本実施の形態のサンプリング キサによれば、3並列に構成されたCr7a~7cを んだスイッチドキャパシタ回路が、同じタ ミングでは互いに異なる動作をする3相動作 、実施の形態1の効果に加えて、さらに回路 規模を削減することが可能である。

 また、本実施の形態では、フィードバッ 信号として、DA変換器の出力信号を用いた 、DC電圧源の電圧をフィードバック信号とし てもかまわない。

 また、本実施の形態では、3並列のスイッ チドキャパシタ回路が、積分、放出、フィー ドバックの3状態を3相動作するとしたが、フ ードバックスイッチを取り除いたスイッチ キャパシタ回路を2並列にして、積分、放出 の2状態を2相動作させてもよい。重要なのは スイッチドキャパシタ回路の動作状態の数 Nのとき、スイッチドキャパシタ回路の並列 数をNにし、DCUで出力する制御信号を周波数 同じで位相がことなるN個の信号とし、同じ イミングでは異なる動作をすることである これにより、LO信号と同じ周波数のREF信号 、サンプリングミキサのデシメーション無 動作することができる。

 (実施の形態3)
 図10は、本発明の実施の形態3におけるサン リングミキサ300を示す回路図である。ここ は、実施の形態1と異なる点を主に説明する 。

 サンプリングミキサ300は、図7の実施の形 態1におけるDCU104に代えて、DCU304を備えてい 。

 図11は、本発明の実施の形態3におけるサ プリングミキサ300に用いる制御信号のタイ ングチャートである。

 DCU304には、LO信号の2倍の周波数を持ったR EF信号が入力され、S0信号~S3信号のハイにな ている時間は、LO信号の半周期分である。従 来のサンプリングミキサと比較し、動作に必 要な制御信号の種類が減り、DCUに必要なREF信 号の周波数が下がった分、本実施の形態のサ ンプリングミキサ300は高速動作ができる。こ れにより、出力信号のサンプリング周波数が 高くなり、折り返し周波数が希望波帯からLO 号周波数の2倍離れた周波数となる。

 図12は、本実施の形態3のサンプリングミ サ300の特性(REF信号周波数=2倍LO周波数)に合 せて、実施の形態1のサンプリングミキサ100 の特性(REF信号周波数=LO周波数)を示した図で る。図12より、実施の形態1の特性は940MHzに り返しのピークが現れているが、実施の形 3の特性では940MHzに折り返しのピークが現れ ていないことが分かる。

 以上から、本実施の形態のサンプリング キサによれば、DCUに必要なREF信号の周波数 下がった分、高速動作が可能となり、実施 形態1より、さらに折り返し周波数を希望波 帯から遠ざけることができる。このとき、LO 号周波数は、470MHzである。

 (実施の形態4)
 図13は、本発明の実施の形態4におけるサン リングミキサ400を示す回路図である。ここ は、実施の形態1と異なる点を主に説明する 。

 サンプリングミキサ400は、図7の実施の形 態1におけるDCU104に代えて、DCU404を備えてい 。

 DCU404は、4相信号を生成するシフトレジス タに入力するREF信号の周波数を切り替える可 変分周器405を備えている。可変分周器405は、 不図示の信号処理部から出力されたREF切替信 号に基づき分周数を可変させる。

 図14は、可変分周器405の例を示すブロッ 図である。図14より、可変分周器405は、分周 しないでシフトレジスタにREF信号を出力する 経路と、REF信号を2分周してシフトレジスタ 出力する経路を切り替える構成である。REF 替信号に基づきこれらの経路を切り替えて シフトレジスタに入力信号の周波数を可変 せている。本実施の形態では、分周しない 路と2分周する経路の切り替えであるが、こ に限らず、他の分周数の経路を用意して切 替えてもかまわない。

 図15は、サンプリングミキサ400が2デシメー ョン動作したときの制御信号のタイミング ャートである。この動作は、可変分周器405 、シフトレジスタに入力するREF信号の周波 を2分周した動作に相当する。図15より、S0 号~S3信号のハイ時間は、LO信号の2周期分と っており、この間離散信号が積分される。 の動作は、2タップのFIRフィルタとなり、2デ シメーションが行われる。この伝達関数は次 式で表される。

 このときの、2デシメーション動作をするサ ンプリングミキサ400全体の伝達関数は、次式 で表される。

 次に、サンプリングミキサ400の動作につい 説明する。例として、サンプリングミキサ4 00を、UHF帯地上デジタルテレビ放送受信用と ると、受信帯域は470MHz(13チャンネル)~770MHz(6 2チャンネル)となる。このとき、低い周波数 チャンネルを受信している時は、デシメー ョンを行うと他のチャンネルの信号が、希 波帯に折り返してしまい受信感度劣化を招 ので、デシメーション無しにする必要があ 。高い周波数のチャンネルを受信している は、デシメーションによる折り返し周波数 770MHz以上とすることができ、デシメーショ を行うことができ、(式8)より、1/f RF によって高い周波数で落ちたゲインをデシメ ーションによるFIRフィルタのゲインで補うこ とで、受信感度劣化を抑えることができる。

 以上から、本実施の形態のサンプリング キサによれば、DCUのシフトレジスタへの入 信号の周波数を切り替えることで、デシメ ション数を切り替えることが可能となり、 い周波数チャンネル受信時にはデシメーシ ン無し動作で折り返し成分による受信感度 化を抑え、高い周波数チャンネル受信時に デシメーション動作でゲイン劣化による受 感度劣化を抑えることが可能となる。

 また、本実施の形態では、地上デジタル レビ放送受信について説明したが、他の無 システムでもかまわない。

 また、本実施の形態では、地上デジタル レビ放送を例として、同一無線システムに ける他のチャンネル帯域内に折り返し周波 が現れないようにしたが、受信している無 システム以外の異なる無線システムの帯域 に折り返し周波数が現れないようにしても い。

 (実施の形態5)
 図16は、本発明の実施の形態5におけるサン リングミキサ700を示す回路図である。サン リングミキサ700は、図7の実施の形態1にお るサンプリングミキサ100にノンオーバーラ プ回路1400を加えたものである。

 ここで、デシメーション数を低くしても サンプリングミキサを駆動する制御信号に 、サンプリング周波数のM/N倍(M、Nは互いに なる自然数)の周波数成分が重畳しているの で、サンプリング周波数のM/N倍の周波数に存 在する妨害信号が周波数変換後の受信信号帯 域内に発生する。これにより、受信感度劣化 を招くので、制御信号に重畳されたサンプリ ング周波数のM/N倍の成分を抑圧する必要があ る。そこで、サンプリングミキサ700は、ノン オーバーラップ回路1400を備える。

 次いで、本実施の形態に係るノンオーバ ラップ回路の構成について説明する。

 <構成例1:ノンオーバーラップ回路1400-1(図 17)>
 図17において、ノンオーバーラップ回路1400- 1は、NOTゲート1410、1411、1412、1413と、ANDゲー 1420、1421、1422、1423とを有している。

 出力信号4は、NOTゲート1410を介したDCU104 ら出力される出力信号3と、DCU104から出力さ る出力信号0とのAND演算の結果である。した がって、出力信号0が1の場合、出力信号3が0 なるまで出力信号4は1にならない。また、出 力信号7は、出力信号2が0であれば、出力信号 3が1の場合に1となる。よって、出力信号7と 力信号4が同時に1にはならないように構成さ れている。

 出力信号5は、NOTゲート1411を介したDCU104 ら出力される出力信号0と、DCU104から出力さ る出力信号1とのAND演算の結果である。した がって、出力信号1が1の場合、出力信号0が0 なるまで出力信号5は1にならない。また、出 力信号4は、出力信号3が0であれば、出力信号 0が1の場合に1となる。よって、出力信号4と 力信号5が同時に1にはならないように構成さ れている。

 出力信号6は、NOTゲート1412を介したDCU104 ら出力される出力信号1とDCU104から出力され 出力信号2とのAND演算の結果である。したが って、出力信号2が1の場合、出力信号1が0に るまで出力信号6は1にならない。また、出力 信号5は、出力信号0が0であれば、出力信号1 1の場合に1となる。よって、出力信号5と出 信号6が同時に1にはならないように構成され ている。

 出力信号7は、NOTゲート1413を介したDCU104 ら出力される出力信号2とDCU104から出力され 出力信号3とのAND演算の結果である。したが って、出力信号3が1の場合、出力信号2が0に るまで出力信号7は1にならない。また、出力 信号6は、出力信号1が0であれば、出力信号2 1の場合に1となる。よって、出力信号6と出 信号7が同時に1にはならないように構成され ている。

 このようにして生成された出力信号4~7を 御信号0~3として用いることで、図18に示す ンオーバーラップ区間を有する制御信号群 生成できる。

 <構成例2:ノンオーバーラップ回路1400-2(図 19)>
 図19においてノンオーバーラップ回路1400-2 、図17の構成にさらに遅延部1430、1431、1432、 1433を有している。

 出力信号4は、NOTゲート1410を介したDCU104 ら出力される出力信号3を遅延部1430を用いて 遅延させた信号と、DCU104から出力される出力 信号0とのAND演算の結果である。したがって 出力信号0が1の場合、出力信号3を遅延させ 信号が0になるまで出力信号4は1にならない また、出力信号7は、出力信号2が0であれば 出力信号3が1の場合に1となる。よって、出 信号7のON時間と出力信号4のON時間は、遅延 1430による遅延時間分の間隔(ノンオーバーラ ップ区間)が空くようになる。

 出力信号5は、NOTゲート1411を介したDCU104 ら出力される出力信号0を遅延部1431を用いて 遅延させた信号と、DCU104から出力される出力 信号1とのAND演算の結果である。したがって 出力信号1が1の場合、出力信号0を遅延させ 信号が0になるまで出力信号5は1にならない また、出力信号4は、出力信号3が0であれば 出力信号0が1の場合に1となる。よって、出 信号4のON時間と出力信号5のON時間は、遅延 1431による遅延時間分の間隔(ノンオーバーラ ップ区間)が空くようになる。

 出力信号6は、NOTゲート1412を介したDCU104 ら出力される出力信号1を遅延部1432を用いて 遅延させた信号と、DCU104から出力される出力 信号2とのAND演算の結果である。したがって 出力信号2が1の場合、出力信号1を遅延させ 信号が0になるまで出力信号6は1にならない また、出力信号5は、出力信号0が0であれば 出力信号1が1の場合に1となる。よって、出 信号5のON時間と出力信号6のON時間は、遅延 1432による遅延時間分の間隔(ノンオーバーラ ップ区間)が空くようになる。

 出力信号7は、NOTゲート1413を介したDCU104 ら出力される出力信号2を遅延部1433を用いて 遅延させた信号と、DCU104から出力される出力 信号3とのAND演算の結果である。したがって 出力信号3が1の場合、出力信号2を遅延させ 信号が0になるまで出力信号7は1にならない また、出力信号6は、出力信号1が0であれば 出力信号2が1の場合に1となる。よって、出 信号6のON時間と出力信号7のON時間は、遅延 1433による遅延時間分の間隔(ノンオーバーラ ップ区間)が空くようになる。

 このように生成された出力信号4~7を制御 号0~3とすることで、遅延部1430~1433による遅 量により、図18に示すノンオーバーラップ 間の幅を変化させることができる。

 次に、図20を用いて、ノンオーバーラッ 区間を変化させた場合の動作周波数×5/4倍の 周波数成分のゲインについて説明する。図20 、サンプリングスイッチ5、36の動作周波数 500[MHz]のときと、800[MHz]のときに、制御信号 S0~S3のノンオーバーラップ区間を変化させた 合の、動作周波数×5/4倍の周波数成分のゲ ンをプロットしたものである。動作周波数 より、特定の周波数成分のゲインを下げる 適なノンオーバーラップ区間の値が存在す ことがわかる。例えば、500[MHz]のときは400ps( ピコ秒)の時にゲインが最小となり、800[MHz]の ときは250ps(ピコ秒)の時にゲインが最小とな 。

 例えば、動作周波数×M/4倍(すなわちN=4)の周 波数成分のゲインを下げる最適なノンオーバ ーラップ区間は(式9)で表せる。

 このように、特定の周波数成分のゲイン 最小になるように各制御信号のノンオーバ ラップ区間を設定することで、特定の周波 成分の重畳を軽減することが可能である。

 なお、特定のノンオーバーラップ区間を 定するための遅延部の数は特に問わない。 こでは、一例として周期×4サイクルで動作 るサンプリングミキサにおけるサンプリン 周波数×5/4倍の周波数成分のゲインについ 説明したが、周期×Nサイクルで動作する場 、サンプリング周波数のM/N倍(M、Nは互いに なる自然数)の成分についても、同様に、そ 周波数成分のゲインが最小になるように各 御信号のノンオーバーラップ区間を設定す ことで、特定の周波数成分の重畳を軽減す ことが可能である。

 <構成例3:ノンオーバーラップ回路1400-3(図 21)>
 図21においてノンオーバーラップ回路1400-3 、図20の構成にさらに遅延部1434、1435、1436、 1437と、セレクタ1440、1441、1442、1443とを有し いる。

 セレクタ1440は、切替信号に基づき、NOTゲ ート1410に出力する信号を遅延部1434のみを通 した出力にするか、遅延部1434及び1430の両 を通過した出力にするかを切り替える。

 セレクタ1441は、切替信号に基づき、NOTゲ ート1411に出力する信号を遅延部1435のみを通 した出力にするか、遅延部1435及び1431の両 を通過した出力にするかを切り替える。

 セレクタ1442は、切替信号に基づき、NOTゲ ート1412に出力する信号を遅延部1436のみを通 した出力にするか、遅延部1436及び1432の両 を通過した出力にするかを切り替える。

 セレクタ1443は、切替信号に基づき、NOTゲ ート1413に出力する信号を遅延部1437のみを通 した出力にするか、遅延部1437及び1433の両 を通過した出力にするかを切り替える。

 このようにして生成された出力信号4~7(S4~ S7)を制御信号0~3(S0~S3)とし、遅延部1434、1435、 1436、1437の遅延量をa[s]、遅延部1430、1431、1432 、1433の遅延量をb[s]とすると、セレクタ1440~14 43により、ノンオーバーラップ区間をa+b[s]と るか、a[s]とするかを切り替えることが可能 となる。例えば、a=250[ps]、b=150[ps]のとき、サ ンプリングスイッチ5、36の動作周波数が800[MH z]のときノンオーバーラップ区間をa[ps]とし サンプリングスイッチ5、36の動作周波数が50 0[MHz]のときノンオーバーラップ区間をa+b[ps] することで、動作周波数×5/4倍の周波数成分 のゲインを動作周波数に合わせて軽減するこ とが可能である。

 かかる構成によれば、各制御信号のノン ーバーラップ区間の幅を切り替えることで 動作周波数に応じて特定の周波数成分の重 を軽減することが可能である。また、動作 波数が一定の場合に、重畳を減らす周波数 分を切り替えることも可能である。なお、 定のノンオーバーラップ区間を設定するた の遅延部の数は上述した例に限定されず、 レクタの選択できる数も特に問わない。

 以上、ノンオーバーラップ回路1400の各構 成例について説明した。

 かかる構成によれば、各制御信号のON時 の間には、制御信号のON時間同士が重ならな いノンオーバーラップ区間を設けることが可 能である。また、ノンオーバーラップ区間を 設けることで、制御信号のサンプリング周波 数のM/N倍成分を抑圧することができる。

 なお、ノンオーバーラップ回路の上記構 は一例であって、同様の制御信号を生成で る構成であれば特に限定されない。

 また、図20および(式9)は、制御信号が理 的な矩形波のときに適用されるものであっ 、回路の特性によっては、特定の周波数成 のゲインを最小にする最適値が異なる。そ 場合、ノンオーバーラップ区間を変化させ 、最適値を求める必要がある。

 また、図9の実施の形態2におけるサンプ ングミキサ200にノンオーバーラップ回路を えた構成を図22に示す。図22に示すサンプリ グミキサ750は、図16のノンオーバーラップ 路1400に代えてノンオーバーラップ回路1500を 備えている。ノンオーバーラップ回路1500の 成は、DCU204の出力が3相の信号(S0信号、S1信 、S2信号)になることに対応させて、図17に示 す構成からNOTゲート1413およびANDゲート1423を 除したもの、図19に示す構成から遅延部1433 NOTゲート1413およびANDゲート1423を削除した の、または、図21に示す構成から遅延部1437 遅延部1433、セレクタ1443、NOTゲート1413およ ANDゲート1423を削除したものになる。

 また、図10の実施の形態3におけるサンプ ングミキサ300にノンオーバーラップ回路1400 を加えた構成(サンプリングミキサ800)を図23 示す。

 また、図13の実施の形態4におけるサンプ ングミキサ400にノンオーバーラップ回路1400 を加えた構成(サンプリングミキサ850)を図24 示す。

 (実施の形態6)
 図25は、本発明の実施の形態6における無線 置500の構成例を示すブロック図である。無 装置500は、例えば、携帯電話、自動車電話 トランシーバなどである。

 図25において、無線装置500は、アンテナ50 1、共用器502、送信部503、受信部504及び信号 理部(DSP)505を備えている。

 そして、送信部503は、電力増幅器(PA)506及 び変調部507を有する。受信部504は、低雑音増 幅器(LNA)508及びサンプリングミキサ509を有す 。

 アンテナ501は、共用器502を介して、送信 503及び受信部504にそれぞれ接続されている 共用器502は、送信信号及び受信信号の各周 数帯に対応している。共用器502は、送信部5 03から信号が入力されれば、その信号のうち 送信信号の周波数帯域をアンテナ501に通過 せて出力する。他方、アンテナ501からの信 が共用器502に入力されれば、共用器502は、 の信号のうち、受信信号の周波数帯域を通 させて受信部504に出力する。

 信号処理部505では、受信部504からの出力 号が、AD変換された後、その出力信号が信 処理(例えば、音声処理、データ処理)される 。また、信号処理部505では、所定の入力信号 (例えば、音声、データ)が信号処理された後 DA変換されて、送信部503に出力される。な 、図25の信号処理部505を1つとしたが、複数 いてもかまわない。

 サンプリングミキサ509として、図7の実施 の形態1におけるサンプリングミキサ100を用 ることとする。このようにすると、デシメ ション無し動作により、折り返し成分によ 受信感度劣化を抑えることができるサンプ ングミキサ100を適用することができ、有用 ある。なお、サンプリングミキサ509として 実施の形態2、3、4及び5のいずれかにおける ンプリングミキサを用いてもよい。

 なお、本実施の形態では、サンプリング キサを含む無線装置の場合で説明したが、 ンプリングスイッチ5を有さない離散フィル タを含む無線装置としてもかまわない。

 (実施の形態7)
 図26は、本発明の実施の形態7における無線 置510の構成例を示すブロック図である。本 施の形態では、UHF帯(470MHz~770MHz)及びVHF帯(90M Hz~108MHz、170MHz~222MHz)地上デジタルテレビ放送 信用として説明する。

 図26において、無線装置510は、アンテナ51 1、513と、LNA512、514と、サンプリングミキサ52 0と、信号処理部505とを備えている。サンプ ングミキサ520は、TA521、522と、サンプリング スイッチ523、524、525、526と、スイッチドキャ パシタ部527、528と、DCU529を備えている。UHF帯 受信用に、アンテナ511、LNA512、TA521、サンプ ングスイッチ523、524を用い、VHF帯受信用に アンテナ513、LNA514、TA522、サンプリングス ッチ525、526を用いる。LNA512、514とTA521、522は 、信号処理部505から出力されるUV切替信号に じて動作をオンオフ切り替える。サンプリ グスイッチ523、524は、UHF帯受信用のLOU信号 LOBU信号でサンプリングを行い、サンプリン グスイッチ525、526は、VHF帯受信用のLOV信号、 LOBV信号でサンプリングを行う。LOU信号、LOBU 号、LOV信号、LOBV信号は、不図示の局部発振 部から出力されている。スイッチドキャパシ タ部527、528とDCU529と信号処理部505は、UHF帯受 信、VHF帯受信の両方で共用である。

 次に、無線装置510の動作について説明す 。UHF帯受信時には、UV切替信号により、LNA51 2とTA521の動作がオンし、LNA514とTA522の動作が フし、LOV信号とLOBV信号はサンプリングスイ ッチ525、526をオフ状態に固定するためにロー 信号となっている。よって、アンテナ511で受 信したUHF帯受信信号は、LNA512で増幅され、サ ンプリングミキサ520に入力される。サンプリ ングミキサ520では、受信信号をTA521で電流変 し、サンプリングスイッチ523、524でサンプ ングし、スイッチドキャパシタ部527、528で ィルタリングして、信号処理部505に信号を 力する。同様に、VHF帯受信時は、LNA512、TA52 1が動作オフ、サンプリングスイッチ523、524 オフとなっている。アンテナ513で受信したVH F帯受信信号は、LNA514で増幅され、サンプリ グミキサ520に入力される。サンプリングミ サ520では、受信信号をTA522で電流変換し、サ ンプリングスイッチ525、526でサンプリングし 、スイッチドキャパシタ部527、528でフィルタ リングして、信号処理部505に信号を出力する 。

 サンプリングミキサ520のスイッチドキャ シタ部527、528及びDCU529として、図7の実施の 形態におけるスイッチドキャパシタ部102、103 及びDCU104を用いることとする。このようにす ると、デシメーション無し動作により、折り 返し成分による受信感度劣化を抑えることが できるサンプリングミキサを適用することが でき、有用である。なお、サンプリングミキ サ520のスイッチドキャパシタ部527、528及びDCU 529として、実施の形態2、3、4及び5のいずれ のスイッチドキャパシタ部及びDCUを用いて よい。また、RF周波数で動作するLNAとTAをUHF とVHF帯に分けることで、それぞれの周波数 に対して回路を最適設計することができ、 らに受信していない周波数帯の回路の動作 オフすることで消費電流を削減できる。

 2007年7月5日出願の特願2007-176920、2007年11 22日出願の特願2007-302678および2008年6月26日出 願の特願2008-167269の日本出願に含まれる明細 、図面および要約書の開示内容は、すべて 願に援用される。

 本発明の離散時間処理フィルタおよびサ プリングミキサは、無線装置の無線回路に いるのに有用である。特に、信号の周波数 換を行うのに適している。




 
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