DE69702295T2

DE69702295T2 - Mischerschaltung mit weitem Dynamikbereich

Info

Publication number: DE69702295T2
Application number: DE1997602295
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Ando
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: DE69702295D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mischerschaltkreis und insbesondere einen Frequenz-Mischerschaltkreis vom Typ eines phasengleichen Doppelschaltkreises zur Ausführung eines Frequenzumwandlungsprozesses in einer Funkfrequenz-Kommunikationseinrichtung.

2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik

Als ein Beispiel für einen herkömmlichen Mischerschaltkreis ist ein sogenannter phasengleicher Doppelschaltkreis gut bekannt, in welchem unterschiedliche Schaltkreise in 2 Stufen in einer vertikalen Richtung angeordnet sind. Ein derartiger Mischerschaltkreis ist beispielsweise in der Japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung (JP-U-Showa 61-136646) beschrieben. Fig. 1 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches den Aufbau eines Frequenz-Mischerschaltkreises vom Typ eines phasenglei chen Doppelschaltkreises zeigt.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, sind die Emitter der Transistoren Q5 und Q6 jeweils über die Widerstände R2 und R3 zusammengeschlossen und sind durch eine Konstantstromquelle 10 mit Masse verbunden. Die Basen der Transistoren Q5 und Q6 sind mit den Eingabeanschlüssen 7 verbunden. Die Emitter der Transistoren Q1 und Q2 sind zusammengeschlossen und mit dem Kollektor des Transistors Q5 verbunden. Darüberhinaus sind die Emitter der Transistoren Q3 und Q4 zusammengeschlossen und mit dem Kollektor des Transistors Q6 verbunden. Ferner sind die Basen der Transistoren Q1 und Q4 sowie die Basen der Transistoren Q2 und Q3 zusammengeschlossen. Die Basen der Transistoren Q1 und Q4 und die Basen der Transistoren Q2 und Q3 sind mit den lokalen Signal-Eingabeanschlüssen 6 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Q1 und Q3 sind zusammengeschlossen und mit einem Strom-/Spannungsversorgungsanschluß 9 über einen Belastungswiderstand R4 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Q2 und Q4 sind zusammengeschlossen und mit einem Strom-/Spannungsversorgungsanschluß 9 über einen Belastungswiderstand R5 verbunden, sowie ferner mit einem Ausgabeanschluß 8.
Wenn man davon ausgeht, daß die Stromversorgungsspannung Vcc ist, die Sättigungsspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor eines jeden Transistors Q1 bis Q6 Vsat ist, die Potentialdifferenz an beiden Enden der Konstantstromquelle 10 VC ist und ein Spannungsabfall aufgrund des Widerstands R2 VR2 ist, dann ergibt sich die maximale Amplitude Vomax, die vom Ausgabeterminal 8 ausgegeben werden kann, aus der folgenden Gleichung:
Vomax = (VCC - VC - 2Vsat - VR2)/2 (1)
Bei dem oben erwähnten herkömmlichen Mischerschaltkreis ist die maximale Amplitude Vomax durch die drei Parameter VC, Vsat und VR2 begrenzte wenn die Stromversorgungsspannung VCC konstant ist. Es ist daher nicht möglich, den Ausgangs-Dynamikbereich zu vergrößern. Aus diesem Grund ist der Dynamikbereich einer Funkfrequenz-Kommunikationseinrichtung durch den Mischerschaltkreis begrenzt. Dies ist ein Faktor, durch den die Eigenschaften der Funkfrequenz-Kommunikationseinrichtung beeinträchtigt werden.
Ein weiteres Beispiel für einen Mischerschaltkreis ist aus der DE-A-33 04 181 bekannt. Mit einem derartigen Mischerschaltkreis ist es schwierig, einen großen Ausgangs-Dynamikbereich zu erzielen. Der Dynamikbereich ist durch den Mischerschaltkreis begrenzt, wodurch die Eigenschaften der gesamten Funkfrequenz-Kommunikationseinrichtung beeinträchtigt sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mischerschaltkreis zu schaffen, bei welchem der Ausgangs-Dynamikbereich vergrößert werden kann, so daß die Eigenschaften einer Funk-Kommunikationseinrichtung verbessert werden können.
Zur Realisierung eines Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung weist ein Mischerschaltkreis einen phasengleichen Doppelschaltkreis für die Eingabe eines lokalen Signals und eines weiteren Signals, sowie für die Ausgabe eines ersten und eines zweiten Stromsignals auf, welche zueinander entgegengesetzte Phasen aufweisen, ferner eine erste und eine zweite Stromspiegelungsvorrichtung für die Eingabe des vom phasengleichen Doppelschaltkreis ausgegebenen ersten und zweiten Stromsignals, bzw. für die Ausgabe eines dritten und eines vierten Stromsignals, eine dritte Stromspiegelungsvorrichtung für die Eingabe des von der ersten Stromspiegelungsvorrichtung ausgegebenen dritten Stromsignals und für die Ausgabe eines fünften Stromsignals, und eine Umwandlungsvorrichtung für die Durchführung einer Strom-Spannungs-Umwandlung basierend auf dem von der zweiten Stromspiegelungsvorrichtung ausgegebenen vierten Stromsignal und dem von der dritten Stromspiegelungsvorrichtung ausgegebenen fünften Stromsignal, zur Lieferung eines Ausgangssignals.
Die Umwandlungsvorrichtung weist ein Impedanzbauelement auf, welches direkt mit Ausgängen der zweiten und dritten Stromspiegelungsvorrichtung an einem Ende verbunden ist, sowie eine Konstantspannungsquelle zwischen dem anderen Ende des Impedanzbauelements und der Masse. Die Spannung der Konstantspannungsquelle ist so eingestellt, daß sie die Hälfte der Betriebsspannung des Mischerschaltkreises beträgt. Das Impedanzbauelement kann ein Widerstandselement oder ein Resonanzschaltkreis, wie z. B. ein paralleler RLC-Resonanzschaltkreis, sein.
Um noch einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung zu erzielen, weist ein Verfahren zur Ausdehnung des Dynamikbereichs in einem Mischerschaltkreis die folgenden Schritte auf:
Die Erzeugung eines ersten und eines zweiten Stromsignals aus einem lokalen Signal und einem weiteren Signal mit Hilfe eines phasengleichen Doppelschaltkreises, wobei das erste und das zweite Stromsignal zueinander entgegengesetzte Phasen aufweisen, und die Ausgabe der Signale; die Erzeugung eines dritten und vierten Stromsignals aus dem ersten bzw. zweiten Stromsignal mit Hilfe eines ersten bzw. zweiten Stromspiegelungsschaltkreises; die Erzeugung eines fünften Stromsignals aus einem dritten Stromsignal mit Hilfe eines dritten Stromspiegelungsschaltkreises; und die Durchführung einer Strom-Spannungs-Umwandlung basierend auf dem vom zweiten Stromspiegelungsschaltkreis ausgegebenen vierten Stromsignal und dem vom dritten Stromspiegelungsschaltkreis ausgegebenen fünften Stromsignal zur Erzeugung eines Ausgangssignals. Hierbei kann der Durchführungsschritt die Einschränkung einer Bandbreite des Ausgangssignals umfassen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen:

Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltkreisdiagramm, welches einen herkömmlichen Mischerschaltkreis zeigt;
Fig. 2 ein Schaltkreisdiagramm, welches den Aufbau des Mischerschaltkreises entsprechend der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt; und
Fig. 3 ein Schaltkreisdiagramm, welches den Aufbau des Mischerschaltkreises entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Der Mischerschaltkreis der vorliegenden Erfindung wird im folgenden ausführlich mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 2 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches den Aufbau des Mischerschaltkreises der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, setzt sich der phasengleiche Doppelschaltkreis 1 in der vorliegenden Ausführungsform aus den Transistoren Q1 bis Q6 und den Widerständen R2 und R3 zusammen. Die Emitter der Transistoren Q5 und Q6 sind jeweils durch die Widerstände R2 und R3 zusammengeschlossen und durch eine Konstantstromquelle 10 mit Masse verbunden. Die Basen der Transistoren Q5 und Q6 sind mit den Signal-Eingabeanschlüssen 7 verbunden. Die Emitter der Transistoren Q1 und Q2 sind zusammengeschlossen und mit dem Kollektor des Transistors Q5 verbunden. Ferner sind die Emitter der Transistoren Q3 und Q4 zusammengeschlossen und mit dem Kollektor des Transistors Q6 verbunden. Darüberhinaus sind die Basen der Transistoren Q1 und Q4 sowie die Basen der Transistoren Q2 und Q3 zusammengeschlossen. Die Basen der Transistoren Q1 und Q4 und die Basen der Transistoren Q2 und Q3 sind mit den lokalen Signal-Eingabeanschlüssen 6 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Q1 und Q3 sowie die Kollektoren der Transistoren Q2 und Q4 sind zusammengeschlossen.
Der erste Stromspiegelungs-Schaltkreis 2 setzt sich aus den Transistoren Q7 und Q9 zusammen. Der Emitter des Transistors Q7 ist mit der Basis und den Kollektoren der Transistoren Q1 und Q3 verbunden. Die Basis des Transistors Q7 ist mit der Basis des Transistors Q9 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Q7 und Q9 sind mit einem Strom- bzw. Spannungsversorgungsterminal 9 verbunden.
Der zweite Stromspiegelungsschaltkreis 3 setzt sich aus den Transistoren Q8 und Q10 zusammen. Der Emitter des Transistors Q8 ist mit der Basis und den Kollektoren der Transistoren Q2 und Q4 verbunden. Die Basis des Transistors Q8 ist mit der Basis des Transistors Q10 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Q8 und Q10 sind an einem Strom- bzw. Spannungsversorgungsterminal 9 angeschlossen.
Der dritte Stromspiegelungsschaltkreis setzt sich aus den Transistoren Q11 und Q12 zusammen. Der Kollektor des Transi stors Q11 ist mit der Basis und dem Emitter des Transistors Q9 verbunden. Die Basis des Transistors Q11 ist mit der Basis des Transistors Q12 verbunden. Der Kollektor des Transistors Q12 ist mit dem Emitter des Transistors Q10 verbunden. Die Emitter der Transistoren Q11 und Q12 sind mit Masse verbunden.
Das Impedanzbauelement 11 umfaßt die aus Fig. 3 ersichtlichen Bauelemente. Das eine Ende des Impedanzbauelements 11 ist mit dem Emitter des Transistors Q10 verbunden. Die Konstantspannungsquelle 5 ist zwischen dem anderen Ende des Widerstans R1 11 und der Masse zur Lieferung der Spannung von Vcc/2 angeschlossen.
Als nächstes wird der Betrieb des Mischerschaltkreises in der ersten Ausführungsform ausführlich beschrieben. Wenn das Eingangssignal von den Eingabeanschlüssen 7 in den phasengleichen Doppelschaltkreis 1 und das lokale Signal von den lokalen Signal-Eingabeanschluß 6 in den phasengleichen Doppelschaltkreis eingegeben werden, werden dieses Signale vermischt. Hieraufhin erfolgt eine Abwärts- oder Aufwärts-Umwandlung und es werden Stromausgangssignale erzeugt. Wenn man davon ausgeht, das das Stromverhältnis des ersten, zweiten und dritten Stromspiegelungsschaltkreises zueinander 1. 1. 1 ist, wird eine Stromdifferenz, die vom phasengleichen Doppelschaltkreis 1 ausgeben wird und zueinander entgegengesetzte Phasen aufweisen, von einem Gegentakt-Schaltkreis, welcher die Transistoren Q10 und Q12 umfaßt, ausgegeben. Der Differenzstrom wird einer Strom- Spannungs-Umwandlung durch den Widerstand R1 unterzogen. Die umgewandelte Spannung wird als das Mischer-Ausgangssignal vom Ausgabeterminal 8 ausgegeben.
Wenn man davon ausgeht, daß die Stromversorgungsspannung Vcc ist, ist die Sättigungsspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor eines jeden Transistors Q10 und Q12 Vsat1 und die maximale Amplitude Vomax1, welche vom Ausgabeterminal 8 in dieser Ausführungsform ausgegeben werden kann, beträgt
Vomax1 = (Vcc - 2Vsat1)/2 (2)
Fig. 3 ist ein Schaltkreisdiagramm, das den Mischerschaltkreis entsprechend der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. Die gleichen Bauteile als in Fig. 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen oder Symbolen bezeichnet. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, weist der Mischerschaltkreis in der zweiten Ausführungsform einen parallelen RLC-Resonanzschaltkreis auf, welcher sich aus einem Induktor L1, einem Widerstand R1 und einer Kapazität C1 anstelle des Impedanzbauelements 11 in Fig. 2 zusammensetzt.
Bei dieser Ausführungsform erfolgt für das Ausgangssignal eine Einschränkung der Bandbreite durch den parallelen RLC-Resonanzschaltkreis. Aus diesem Grund weist die Ausführungsform die Auswirkungen von Rauschunterdrückung und unechter Ausgangssignalunterdrückung auf. Darüberhinaus ist die maximale Amplitude des Ausgangssignals die gleiche wie in Gleichung (2).
In den Ausführungsformen ist die Spannung der Konstantspannungsquelle Vcc/2 und das Impedanzbauelement setzt sich aus dem Widerstand oder dem parallelen RLC-Resonanzschaltkreis zusammen. Die Spannung der Konstantspannungsquelle kann jedoch einen unterschiedlichen Wert aufweisen und es ist nicht erforderlich, den Widerstand oder den parallelen RLC-Resonanzschaltkreis als Impedanzbauelement zu verwenden. Wenn die Spannung der Konstantspannungsquelle auf Vcc/2 eingestellt ist, kann die Spannung Vcc der Schaltkreis-Stromversorgung am wirksamsten genutzt werden.
Als ein spezifisches Beispiel ergibt sich für die maximale Ausgangssignalamplitude Vomax, wenn Vcc = 3 V, Vsat = Vsat1 = 0,2 V, Vc = 4 V, VR2 = 0,4 V, in dem herkömmlichen Beispiel und für die maximale Ausgangssignalamplitude Vomax1 in der vorliegenden Erfindung folgendes: aus Gleichung (1),
Vomax = 0,9 V
aus Gleichung (2)
Vomax1 = 1,3 V
Aus diesem Grund versteht sich, daß der Dynamikbereich des Ausgangssignals in der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu dem herkömmlichen Beispiel auf das 1,5-fache vergrößert worden ist.
Wie es oben beschrieben worden ist, setzt sich der Mischerschaltkreis erfindungsgemäß aus dem phasengleichen Doppelschaltkreis, den Stromspiegelungsschaltkreisen und der Konstantspannungsquelle zusammen. Die Stromdifferenz der Mischausgangssignale aus dem phasengleichen Doppelschaltkreis, welche entgegengesetzte Phasen zueinander aufweisen, wird von einem Ausgabeschaltkreis mit Gegentaktaufbau ausgegeben. Der Ausgangsstrom des Ausgabeschaltkreises wird der Strom-Spannungs-Umwandlung durch den Widerstand R1 unterzogen, wobei die Gleichspannung der Konstantspannungsquelle als Bezug verwendet wird. Aus diesem Grund kann der Ausgangssignal-Dynamikbereich groß gemacht werden, ohne daß man von der Emitter-/Kollektor- Sättigungsspannung Vsat eines jeden Transistors in dem phasengleichen Doppelschaltkreis, von der Potentialdifferenz Vc an den beiden Enden der Konstantstromquelle und dem Spannungsabfall VR2 aufgrund des Widerstands R2 abhängig ist.

Claims

1. Mischerschaltkreis, welcher folgendes aufweist:

einen phasengleichen Doppelschaltkreis (1) für die Eingabe eines lokalen Signals und eines weiteren Signals, und für die Ausgabe eines ersten und eines zweiten Stromsignals, wobei das erste und das zweite Stromsignal zueinander entgegengesetzte Phasen aufweisen;

eine erste und zweite Stromspiegelungsvorrichtung (2, 3) für die Eingabe des vom phasengleichen Doppelschaltkreis ausgegebenen ersten und zweiten Signals, bzw. für die Ausgabe des dritten bzw. vierten Stromsignals;

eine dritte Stromspiegelungsvorrichtung (4) für die Eingabe des von der ersten Stromspiegelungsvorrichtung (2) ausgegebenen dritten Stromsignals, und für die Ausgabe eines fünften Stromsignals; und

Umwandlungsvorrichtungen (11, 5) für die Durchführung einer Strom-Spannungs-Umwandlung basierend auf dem von der zweiten Stromspiegelungsvorrichtung (3) ausgegebenen vierten Stromsignals und dem von der dritten Stromspiegelungsvorrichtung (4) ausgegebenen fünften Stromsignals zur Lieferung eines Ausgangssignals, wobei

die Umwandlungsvorrichtung ein Impedanzbauelement (11) aufweist, welches direkt mit Ausgängen der zweiten und dritten Stromspiegelungsvorrichtung an einem Ende verbunden ist; und

eine Konstantspannungsquelle (5) zwischen dem anderen Ende des Impedanzbauelements und der Masse angeschlossen ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Spannung der Konstantspannungsquelle so eingestellt ist, daß diese die Hälfte der Betriebsspannung des Mischerschaltkreises beträgt, und daß

das Impedanzbauelement ein Resonanzschaltkreis ist.

2. Mischerschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzschaltkreis ein paralleler RLC-Resonanzschaltkreis ist (RLC = Widerstand, Induktivität, Kapazität).

3. Mischerschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor der zweiten Stromspiegelungsvorrichtung und ein Transistor der dritten Stromspiegelungsvorrichtung zur Bildung eines Gegentakt-Schaltkreises miteinander verbunden sind.

4. Verfahren zur Ausdehnung eines Dynamikbereichs in einem Mischerschaltkreis, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

die Erzeugung eines ersten und eines zweiten Stromsignals aus einem lokalen Signal und einem weiteren Signal mit Hilfe eines phasengleichen Doppelschaltkreises, wobei das erste und das zweite Stromsignal zueinander entgegengesetzte Phasen aufweisen, und die Ausgabe der Signale;

die Erzeugung eines dritten und vierten Stromsignals aus dem ersten bzw. zweiten Stromsignal mit Hilfe eines ersten bzw. zweiten Stromspiegelungsschaltkreises;

die Erzeugung eines fünften Stromsignals aus einem dritten Stromsignal mit Hilfe eines dritten Stromspiegelungsschaltkreises; dadurch gekennzeichnet, daß

eine Strom-Spannungs-Umwandlung basierend auf dem vom zweiten Stromspiegelungsschaltkreis ausgegebenen vierten Stromsignal und dem vom dritten Stromspiegelungsschaltkreis ausgegebenen fünften Stromsignal durchgeführt wird, wobei eine Konstantspannungsquelle für das Einstellen eines Endes des Resonanzschaltkreises auf die Hälfte einer Betriebsspannung des Mischerschaltkreises verwendet wird, während das andere Ende des Resonanzschaltkreises direkt mit den Ausgängen des zweiten bzw. dritten Stromspiegelungsschaltkreises verbunden ist, zur Erzeugung eines Ausgangssignals.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Durchführungsschritt die Einschränkung einer Bandbreite des Ausgangssignals umfaßt.