JP2000059147A

JP2000059147A - ミキサー回路

Info

Publication number: JP2000059147A
Application number: JP10234858A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakamura; 敬中村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2000-02-25
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: JP4215304B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低歪みと低雑音とを同時に実現するミキサー
回路を提供する。【解決手段】４つのトランジスタを２重平衡接続した
回路42と、この２重平衡接続した回路の２組の共通エミ
ッタに差動高周波信号47、48を差動増幅器41によって加
える回路とを備えるミキサー回路において、この２重平
衡接続した回路と差動増幅器との動作電流が互いに独立
であるように構成する。差動増幅器及びギルバ−トセル
対（４つのトランジスタを２重平衡接続した回路）の各
々に対して、それぞれが最適動作を行なう動作電流を供
給することができ、低雑音かつ低歪みを実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像伝送装置や移
動体通信機器などで使用される高周波ミキサー回路に関
し、特に、低雑音、低歪みの信号を出力できるようにし
たものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動体通信機器などでは、ＲＦ信
号に局発信号（ＬＯ）を混合してＩＦ信号を取り出すた
めに、半導体集積回路で形成されたギルバートセル型ミ
キサー回路が用いられている。

【０００３】このギルバートセル型ミキサー回路は、２
重平衡型ミキサー回路であり、図９に示す構成を備えて
いる。まず、このミキサー回路の動作原理を説明する。

【０００４】このミキサー回路では、ＲＦ信号がＲＦ入
力端子27、28から差動増幅器21に加えられ、また、ＬＯ
信号がＬＯ信号入力端子29、30からギルバートセル対22
に加えられ、ＩＦ信号がＩＦ出力端子31、32から出力さ
れる。

【０００５】ギルバートセル対22は、２重平衡接続され
た４つのトランジスタを具備し、これらのトランジスタ
の共通コレクタは、出力負荷25、26を介してＶｃｃに接
続している。

【０００６】差動増幅器21は、２つのＮＰＮ型バイポー
ラトランジスタ23、24と、これらのトランジスタのエミ
ッタ間に配置された抵抗器33とを具備し、各エミッタ
は、差動増幅器21及びギルバートセル対22に動作電流を
供給する定電流源34に接続している。

【０００７】ＲＦ入力信号は、ＲＦ入力端子27、28から
平衡信号として差動増幅器21に加えられるか、ＲＦ入力
端子27、28のどちらか一方を高周波的に接地することに
より、不平衡信号として差動増幅器21に加えられる。

【０００８】加えられたＲＦ入力信号は、差動増幅器21
によって、差動ＲＦ電流出力に変換され、これら差動電
流出力は、それぞれ、トランジスタ23、24のコレクタで
得られる。

【０００９】一方、ＬＯ信号は、ＬＯ信号入力端子29、
30から平衡信号としてギルバートセル対22に加えられる
か、あるいは、ＬＯ信号入力端子29、30のどちらか一方
を高周波的に接地することにより、不平衡信号としてギ
ルバートセル対22に加えられる。

【００１０】このギルバ−トセル対22は、そこに加えら
れるＬＯ信号が適度に大きければ、図１０の91に示すよ
うに、ＬＯ信号によって制御される単なる電流切り替え
スイッチとして動作する。従って、差動増幅器21を構成
するトランジスタのコレクタをギルバートセル対22のエ
ミッタに接続することにより、ギルバートセル対のコレ
クタには、入力ＲＦ信号とＬＯ信号との積を含んだ電流
が現われる。

【００１１】ＩＦ出力信号は、負荷25、26を介して、Ｉ
Ｆ出力端子31、32に平衡出力として得られる。

【００１２】この従来のミキサー回路において、相互変
調歪みを低減しようとする場合、差動増幅器21を構成す
るトランジスタのエミッタ間の抵抗33を大きくして帰還
量を増やすか、または、差動増幅器21のトランジスタの
バイアス電流34を大きくする方法がとられる。

【００１３】エミッタ間の抵抗33を大きくするという方
法は、基本的に差動増幅器21の利得を下げて歪みを抑え
ることであり、感度、すなわち雑音指数の劣化を招いて
しまい、高周波ミキサーとしては好ましくない。

【００１４】差動増幅器21のバイアス電流34を大きくす
る方法は、差動増幅器21で発生する歪みと雑音とを小さ
くする。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】差動増幅器21は、その
動作電流を大きくすると、差動増幅器21で発生する歪み
と雑音とは小さくなる。一方、ギルバ−トセル対22から
発生する雑音はショット雑音が主であり、その動作電流
を大きくすると、ギルバ−トセル対22から発生する雑音
が非常に大きくなる。このような理由から、差動増幅器
21及びギルバ−トセル対22の動作電流を同時に大きくす
ると、相互変調歪みは低減されるが、ギルバートセル対
22で発生する雑音が大きくなり、ミキサー回路全体とし
ての雑音指数劣化を招いてしまうという問題が有る。

【００１６】ミキサー回路全体として低歪みと低雑音と
を同時に実現しようとすると、ギルバートセル対22及び
差動増幅器21の各々における最適な動作電流の値は、異
なるのである。

【００１７】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
のであり、低歪みと低雑音とを同時に実現し、また、映
像信号のように直流成分を含む広帯域な入力信号にも対
応できる半導体集積回路に適したミキサー回路を提供す
ることを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明のミキサ
ー回路は、ギルバートセル対と差動増幅器とに、互いに
独立した動作電流を設定できるように構成している。

【００１９】そのため、差動増幅器とギルバ−トセル対
とに対して、それぞれが最適の動作を行なう動作電流を
供給することができ、低歪みで低雑音のミキサー回路を
実現することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、４つのトランジスタを２重平衡接続した回路と、こ
の２重平衡接続した回路の２組の共通エミッタに差動高
周波信号を差動増幅器によって加える回路とを備えるミ
キサー回路において、この２重平衡接続した回路と差動
増幅器との動作電流が互いに独立であるように構成した
ものであり、差動増幅器及びギルバ−トセル対（４つの
トランジスタを２重平衡接続した回路）の各々に対し
て、それぞれが最適動作を行なう動作電流を供給するこ
とができる。

【００２１】請求項２に記載の発明は、この２重平衡接
続した回路と差動増幅器との動作電流の差に当たる電流
を、差動増幅器を構成する２組のトランジスタのコレク
タに供給する電流源を設けたものであり、ギルバ−トセ
ル対に対して、最適動作を行なう動作電流を供給するこ
とができ、直流成分をも含む広帯域な入力信号に適用し
て、低雑音且つ低歪みの出力を得ることができる。

【００２２】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。

【００２３】（第１の実施形態）第１の実施形態のミキ
サー回路は、図１に示すように、差動増幅器41とギルバ
ートセル対42とのバイアス電流源を別々に設け、差動増
幅器41を構成するトランジスタのコレクタ出力を、結合
キャパシタ43、44を介して、ギルバートセル対42を構成
するトランジスタのエミッタに交流的に結合している。

【００２４】ＬＯ入力端子49、50に加えられるＬＯ信号
が十分大きければ、ギルバートセル対42は、図１０の91
と同様に、単なる切り替えスイッチとして動作する。入
力ＲＦ信号は、ＲＦ端子47、48に加えられ、差動増幅器
41から、結合キャパシタ43、44を介して、ギルバートセ
ル対42を構成するトランジスタの低入力インピーダンス
のエミッタに加えられているので、ギルバ−トセル対42
から発生する歪みは、少ない動作電流でも非常に小さ
い。

【００２５】従って、ミキサー回路全体としての歪み
は、差動増幅器41によって発生する歪みが主であるが、
差動増幅器41の動作電流を、歪みと雑音とが小さくなる
ように大きく設定することによって、差動増幅器41での
歪みと雑音とを減らすことができる。

【００２６】一方、ギルバ−トセル対42で発生する歪み
は上記の理由により小さな動作電流でも十分に小さい。
また、ギルバートセル対42で発生する雑音は、ショット
雑音が主で、動作電流を小さくすることによって、ギル
バートセル対42から発生する雑音を小さくすることがで
きる。

【００２７】図１のミキサー回路によれば、差動増幅器
41とギルバ−トセル対42との動作電流をそれぞれが最適
となるように独立に設定することが可能であり、低歪み
且つ低雑音のミキサー回路を実現することができる。

【００２８】（第２の実施形態）第２の実施形態では、
第１の実施形態（図１）の回路を更に改良したミキサー
回路について説明する。

【００２９】図１の構成では、差動増幅器41とギルバー
トセル対42との結合にキャパシタ43、44を用いて交流結
合を行なっているため、低周波も含むような広帯域な入
力信号を通すためには、この結合キャパシタ43、44の値
を十分大きくしなければならない。

【００３０】そのため、図１のミキサー回路を半導体集
積回路で実現する場合に、キャパシタによって非常に大
きなチップ面積が占有されることになる。

【００３１】また、半導体集積回路で実現されるキャパ
シタは、その容量値に大きなバラツキが有るため、ギル
バートセル対42のエミッタに加えられる信号にアンバラ
ンスを招き、歪みが発生する。

【００３２】さらに、図１のミキサー回路では、映像信
号のように直流成分を含む入力信号には本質的に対応で
きない。

【００３３】第２の実施形態のミキサー回路は、こうし
た点を改善している。この回路は、図２に示すように、
ギルバートセル対２の動作電流を、差動増幅器１の動作
電流と違えるための電流源３、４を備えている。その他
の構成は、従来のミキサー回路（図９）と同じであり、
ＲＦ信号、ＬＯ信号の与え方、及びＩＦ出力信号の取り
出し方についても変わりがない。

【００３４】この回路において、動作電流源14、15は、
差動増幅器１の最適動作電流を差動増幅器１に供給し、
電流源３、４は、動作電流源14、15から供給される動作
電流とギルバートセル対２の最適動作電流との差電流を
差動増幅器１の２組のトランジスタのコレクタに供給す
る。従って、ギルバートセル対２には、ギルバートセル
対２の最適動作電流が供給されることになる。

【００３５】図３は、差動増幅器１のバイアス電流を５
ｍＡとして、ギルバ−トセル対２の動作電流（Ｉｃｃ
Ｇｉｌｂｅｒｔ）を１ｍＡから５ｍＡまで変化させた時
の変換利得（Ｇａｉｎ）と雑音指数（ＮＦ）とを示して
おり、また、図４は、同じ条件下における３次の入力イ
ンターセプトポイント（ＩＰ３ｉｎ）と雑音指数（Ｎ
Ｆ）とを示している。これらの図において、ギルバ−ト
セル対２の動作電流（ＩｃｃＧｉｌｂｅｒｔ）が５ｍ
Ａの時は、図９に示す従来のミキサー回路の特性とな
る。

【００３６】図４によると、ギルバートセル対２の動作
電流（ＩｃｃＧｉｌｂｅｒｔ）を増やしていくと、ミ
キサー回路全体の雑音指数（ＮＦ）が単調に悪化してい
くのが分かる。３次の入力インターセプトポイント（Ｉ
Ｐ３ｉｎ）は、ギルバートセル対２の動作電流（Ｉｃｃ
Ｇｉｌｂｅｒｔ）とともに大きくなり、約２ｍＡで最
大となっている。

【００３７】図３によると、変換利得（Ｇａｉｎ）は、
１ｍＡから５ｍＡというギルバートセル対の動作電流範
囲内で０．４ｄＢ以内でほぼ一定である。

【００３８】このように、差動増幅器１のバイアス電流
を５ｍＡ、ギルバートセル対２の動作電流を２ｍＡとす
ることにより、従来のミキサー回路に比べて、雑音指数
（ＮＦ）は約１．６ｄＢの改善、３次の入力インターセ
プトポイント（ＩＰ３ｉｎ）は約１．５ｄＢｍの改善効
果が得られる。変換利得（Ｇａｉｎ）に関しては、従来
のミキサー回路と同じ値が実現できる。

【００３９】このように、図２のミキサー回路では、差
動増幅器１に動作電流源14、15から差動増幅器１の最適
動作電流が供給され、また、電流源３、４からの差電流
の供給によって、ギルバートセル対２の最適動作電流が
ギルバートセル対２に与えられる。そのため、従来のミ
キサー回路に比べて、消費電流を増やすことも、変換利
得を損なうこともなく、雑音指数と３次の入力インター
セプトポイント（ＩＰ３ｉｎ）とを改善することがで
き、その実用的効果は大なるものがある。

【００４０】さらに、図２のミキサー回路は、入力周波
数を制限するような素子を用いていないので、入力ＲＦ
信号としては直流も許される。

【００４１】（第３の実施形態）第３の実施形態の回路
を示す図５は、第２の実施形態（図２）のミキサー回路
の電流源３、４を、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ8
1、82、83によるカレントミラ−で実現した場合を示し
ている。

【００４２】図５の回路図では、図２に比べて、余分に
電流源80を必要としているが、例えば、図６に示すよう
に、ミキサーの出力を能動負荷102を持つ差動増幅器101
を介して出力する場合は、能動負荷102のバイアスのた
めに、電流源100は元々必要である。また、図７のよう
に入力段がＰＮＰトランジスタで構成されている差動増
幅器203を介してミキサーの出力を出す場合にも、能動
負荷201、202のバイアスのために、電流源200は元々必
要である。あるいは、図８に示すように、ミキサー部の
電流源34をカレントミラー301で構成し、電流源80をＮ
ＰＮトランジスタ300で構成すれば、ＮＰＮトランジス
タ300は、定電流源301とカレントミラーをなし、なお且
つ、電流源80の代わりにもなる。図６〜図８に示したよ
うに、この電流源80は、実際の回路では、他の回路部で
用いられている電流源と併用できるので集積回路全体と
しての余分な消費電流の増加は招かない。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のミキサー回路は、ギルバートセル対と差動増幅器との
動作電流をそれぞれ最適値に設定することが可能であ
り、低雑音且つ低歪みの出力を得ることができる。

【００４４】また、差動増幅器とギルバートセル対との
動作電流の差電流を供給する電流源を設けた回路では、
周波数制限する手段を持たないので、直流成分をも含む
広帯域な入力信号にも適用することが可能であり、消費
電流を増やすことなく低雑音且つ低歪みを実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態におけるミキサー回路
の回路図、

【図２】本発明の第２の実施形態におけるミキサー回路
の回路図、

【図３】変換利得（Ｇａｉｎ）と雑音指数（ＮＦ）との
ギルバートセル対動作電流依存性を示す特性図、

【図４】３次入力換算インターセプトポイント（ＩＰ３
Ｉｎ）と雑音指数（ＮＦ）とのギルバートセル対動作電
流依存性を示す特性図、

【図５】本発明の第３の実施形態におけるミキサー回路
の回路図、

【図６】第３の実施形態におけるミキサー回路を適用し
た第１の回路、

【図７】第３の実施形態におけるミキサー回路を適用し
た第２の回路、

【図８】第３の実施形態におけるミキサー回路を適用し
た第３の回路、

【図９】従来のミキサー回路の回路図、

【図１０】ＬＯ信号が十分大きな場合の従来のミキサー
回路の等価回路図である。

【符号の説明】

１、21、41、61、101、203 差動増幅器２、22、42、62 ギルバートセル対３、４、14、15、34、80、301 定電流源５、６、25、26、55〜58、65、66 出力負荷７、８、27、28、47、48、67、68 ＲＦ信号入力端子９、10、29、30、49、50、69、70 Ｌ０信号入力端子 11、12、31、32、51、52、71、72 ＩＦ信号出力端子 23、24 ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ 33、84〜86 抵抗器 43、44 結合キャパシタ 81〜83 ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ 91 ギルバートセル対の動作と等価な電流切り替えスイ
ッチ 100、200 電流源 102、201、202 能動負荷 300 ＮＰＮトランジスタ 301 カレントミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４つのトランジスタを２重平衡接続した
回路と、前記２重平衡接続した回路の２組の共通エミッ
タに差動高周波信号を差動増幅器によって加える回路と
を備えるミキサー回路において、前記２重平衡接続した回路と前記差動増幅器との動作電
流が、互いに独立であることを特徴とするミキサー回
路。
【請求項２】前記２重平衡接続した回路と前記差動増
幅器との動作電流の差に当たる電流を、前記差動増幅器
を構成する２組のトランジスタのコレクタに供給する電
流源を具備していることを特徴とする請求項１に記載の
ミキサー回路。