JP2001136051A

JP2001136051A - 片相変換回路

Info

Publication number: JP2001136051A
Application number: JP31674299A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Saito; 典昭齊藤; Katsuto Shimizu; 克人清水; Hiroyuki Yabuki; 博幸矢吹
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波用の集積回路で利用される片相変換回
路における同相雑音除去能力の向上を目的とする。【解決手段】正相信号入力端子１０２、逆相信号入力
端子１０３から入力された両相信号は差動増幅器１００
によって増幅され、トランジスタ１０７のコレクタ端子
には逆相出力が、トランジスタ１０８のコレクタ端子に
は正相出力が現れる。正相出力は負荷抵抗１０６を介し
て正相増幅器１１０でＡ倍に正相増幅され、逆相出力は
負荷抵抗１０５を介して逆相増幅器１１１で−Ａ倍に逆
相増幅される。正相増幅器１１０及び逆相増幅器１１１
の出力は同振幅かつ同位相となっており、結合容量１１
３、１１４で直流阻止するとともに加算することで、２
×Ａ倍の信号を得ることができる。一方外部から印加さ
れた同相雑音成分は同振幅で逆位相となるため相殺され
出力に現れない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種無線機器、通信
機器、測定器に必須である集積回路で利用される片相変
換回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高周波集積回路内部では特性の均一なト
ランジスタが使用できるため、差動増幅器を中心に回路
が構成されており、内部信号は位相がそれぞれ１８０度
異なった両相信号形式で伝達されることが多い。両相信
号を用いると、各々の信号線に同時に印加された外来雑
音は除去されるという利点があるため、集積回路内部で
は、増幅器だけでなく、乗算器、発振器等もこの構成を
積極的に採用している。しかし、両相信号に対応したフ
ィルタを集積回路内部に構成しようとすると、必要なイ
ンダクタ、容量の面積は片相構成の２倍となるため、両
相信号を片相出力に変換する回路が必要になってくる。
片相変換回路としてはエミッタフォロア形式のバッファ
を差動増幅器の片側出力に接続する方法が一般的であ
る。

【０００３】以下、従来の片相変換回路について説明す
る。

【０００４】図９は従来の片相変換回路の構成を示す回
路図である。図９において、１００は差動増幅器で、直
流電圧源１０４、エミッタがそれぞれ共通であるトラン
ジスタ１０７、１０８、トランジスタ１０８のコレクタ
側に接続された負荷抵抗１０６、トランジスタ１０７、
１０８のエミッタ側に接続された電流源１０９から構成
される。５００はエミッタフォロワで、トランジスタ５
０１、トランジスタ５０１のエミッタに接続された直流
電流源５０２から構成される。１０２は同相信号入力端
子、１０３は同相信号入力端子１０２と１８０度位相の
異なった信号が入力される逆相信号入力端子、１１２は
出力端子である。

【０００５】以上のように構成された片相変換回路につ
いて、以下その動作について説明する。

【０００６】まず、正相信号入力端子１０２、逆相信号
入力端子１０３から入力された両相信号が差動増幅器１
００によって増幅される。このとき、トランジスタ１０
７のコレクタ端子には逆相出力が、トランジスタ１０８
のコレクタ端子には正相出力が現れる。この正相出力を
負荷抵抗１０６を介して取り出すことで、両相信号を片
相信号に変換できる。信号を取り出さないトランジスタ
１０７の負荷抵抗は省略するのが普通である。次にこの
正相出力を正相増幅器であるエミッタフォロワ５００で
インピーダンス変換して取り出す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構
成では両相出力の正相出力のみを取り出すため、消費電
流の半分が無駄になる。また、両相駆動の利点である同
相雑音の除去ができなくなるという課題があった。

【０００８】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、両相出力の利点である同相雑音除去の特長を保ち
つつ、両相出力を効率的に片相出力に変換することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、正相入力信号を正相増幅器で増幅し、逆相
入力信号を逆相増幅器で増幅し、その出力をそれぞれ結
合容量を介して接続することで同相雑音除去の特長を保
ちつつ、両相出力を効率的に片相出力に変換することが
可能な構成としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、両相入力信号を片相信号に変換して出力する片相変
換回路において、入力信号を正相増幅する正相増幅器と
反転増幅する逆相増幅器からなり、前記正相増幅器と逆
相増幅器にそれぞれ逆相の信号を入力し、その出力をそ
れぞれ第１及び第２の結合容量を介して接続したことを
特徴とする片相変換回路であり、同相雑音除去の特長を
保ちつつ、両相出力を効率的に片相出力に変換するとい
う作用を有する。

【００１１】請求項２に記載の発明は、正相増幅器をエ
ミッタフォロワ、逆相増幅器を利得１倍のエミッタ接地
増幅器とエミッタフォロワの直列接続により実現したこ
とを特徴とする請求項１記載の片相変換回路であり、請
求項１記載の作用に加え、回路規模を小さくできるとい
う作用を有する。

【００１２】請求項３に記載の発明は、正相増幅器及び
逆相増幅器を第１及び第２の片相入力差動増幅器で構成
し、前記正相増幅器は前記片相入力差動増幅器において
入力を容量接地された側のトランジスタのコレクタ端子
から、前記逆相増幅器は前記片相入力差動増幅器におい
て入力側のトランジスタのコレクタ端子からそれぞれ負
荷抵抗を介して出力を取り出したことを特徴とする請求
項１記載の片相変換回路であり、位相変換精度の高い差
動増幅器を使用することで請求項１記載の作用に加え、
同相雑音除去能力を高めるという作用を有する。

【００１３】請求項４に記載の発明は、第１及び第２の
片相入力差動増幅器の負荷抵抗及び容量接地側入力端子
を共通としたことを特徴とする請求項３記載の片相変換
回路であり、請求項３の作用に加え、回路規模を小さく
できるという作用を有する。

【００１４】請求項５に記載の発明は、出力にエミッタ
フォロワ回路を接続したことを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載の片相変換回路であり、請求項１〜４
記載の作用に加え、低入力インピーダンス回路を駆動で
きるという作用を有する。

【００１５】請求項６に記載の発明は、出力に１入力１
出力のフィルタを接続して片相でフィルタリング処理を
行った後、両相変換回路を用いて再び両相に変換したこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の片相変
換回路であり、請求項１〜５記載の作用に加え、後段で
再び両相信号駆動を可能とする作用を有する。

【００１６】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかに記載の片相変換回路を用いた集積回路であ
り、両相信号を一度片相信号に変換してフィルタと接続
した後、再度両相信号に変換することで、集積回路の小
型化を実現するという作用を有する。

【００１７】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の集積回路を用いた無線機器であり、集積回路の小型化
を図ることで、無線機器全体の小型化を実現するという
作用を有する。

【００１８】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図８を用いて説明する。

【００１９】（実施の形態１）図１は片相変換回路の回
路図を示す。図１において１００は差動増幅器で、直流
電圧源１０４、エミッタがそれぞれ共通であるトランジ
スタ１０７、１０８、トランジスタ１０７、１０８のコ
レクタ側にそれぞれ接続された負荷抵抗１０５、１０
６、トランジスタ１０７、１０８のエミッタ側に接続さ
れた直流電流源１０９から構成される。１０１は片相変
換回路で、例えば演算増幅器等で構成される利得Ａ倍を
持つ正相増幅器１１０、利得−Ａ倍を持つ逆相増幅器１
１１、正相増幅器１１０及び逆相増幅器１１１の直流を
それぞれ阻止する結合容量１１３、１１４から構成され
る。１０２は同相信号入力端子、１０３は同相信号入力
端子１０２と１８０度位相の異なった信号が入力される
逆相信号入力端子、１１２は片相出力端子である。

【００２０】以上のように構成された片相変換回路につ
いて、以下その動作について説明する。まず、正相信号
入力端子１０２、逆相信号入力端子１０３から入力され
た両相信号が差動増幅器１００によって増幅される。動
作説明を簡単にするため、差動増幅器１００の利得は１
倍とする。このとき、トランジスタ１０７のコレクタ端
子には逆相出力が、トランジスタ１０８のコレクタ端子
には正相出力が現れる。

【００２１】この正相出力は負荷抵抗１０６を介して例
えば演算増幅器により構成される正相増幅器１１０でＡ
倍に正相増幅され、同じく逆相出力は負荷抵抗１０５を
介して例えば演算増幅器を用いた逆相増幅器１１１で−
Ａ倍に逆相増幅される。この正相増幅器１１０及び逆相
増幅器１１１の出力は同振幅かつ同位相となっているた
め、この出力を結合容量１１３、１１４を介して直流阻
止するとともに接続し、加算することで、２×Ａ倍の信
号を得ることができる。逆に、外部から印加された同相
雑音成分は同振幅で逆位相となるため、相殺され出力に
現れない。

【００２２】以上のように本実施例によれば、正相入力
信号を正相増幅器で増幅し、逆相入力信号を逆相増幅器
で増幅し、その出力を直結することで同相雑音除去の特
長を保ちつつ、両相出力を効率的に片相出力に変換でき
る。

【００２３】なお、差動増幅器１００は両相出力形式を
とっていさえすれば、増幅器ではなくミキサ、発振器出
力でもよいことはいうまでもない。

【００２４】（実施の形態２）図２は片相変換回路の回
路図を示す。図２において１００〜１１４の番号を付し
た構成要素は実施の形態１で説明した図１の各部と同一
であるため説明は省略する。２００、２０３、２０４は
増幅用トランジスタ、２０１、２０７は直流電流源、２
０５は負荷抵抗、２０６は負荷抵抗２０５と抵抗値の等
しいエミッタ抵抗である。

【００２５】以上のように構成された片相変換回路につ
いて、以下その動作について説明する。トランジスタ２
００、直流電流源２０１、直流阻止結合容量２０２はエ
ミッアフォロア構成であり、利得１倍の正相増幅器１１
０となる。更にトランジスタ２０３、負荷抵抗２０５、
エミッタ抵抗２０６で構成されるエミッタ接地増幅器は
負荷抵抗２０５とエミッタ抵抗２０６の値が等しいた
め、利得１倍で逆相増幅を行うことができ、その出力を
トランジスタ２０４、電流源２０７からなるエミッタフ
ォロア回路で受けることで正相増幅器１１０と出力イン
ピーダンスが同一で利得１倍の逆相増幅器１１１を構成
できる。正相増幅器１１０に最小の回路構成で実現でき
るエミッタフォロア回路形式を、逆相増幅器１１１に最
小の回路構成で実現できるエミッタ接地形式とエミッタ
フォロア形式の直列接続を用いているため、演算増幅器
で実現する場合より回路形式を大幅に簡単化できる。以
下の動作は実施の形態１と同一であるため説明は省略す
る。

【００２６】（実施の形態３）図３は片相変換回路の回
路図を示す。図３において１００〜１１４の番号を付し
た構成要素は実施の形態１で説明した図１の各部と同一
であるため説明は省略する。３００、３０１、３１０、
３１１は増幅用トランジスタ、３０４、３１４は直流電
流源、３０６、３１６はバイアス用電源、３０３、３１
３はバイアス印加用抵抗、３０５、３１５は対接地容
量、３０２、３１２はそれぞれトランジスタ３０１、３
１０のコレクタ端子に接続された負荷抵抗である。

【００２７】以上のように構成された片相変換回路につ
いて、以下その動作について説明する。トランジスタ３
００、３０１、電流源３０４及びトランジスタ３１０、
３１１、電流源３１４はそれぞれ片相入力片相出力の差
動増幅器であり、その容量接地側入力端子すなわち、ト
ランジスタ３０１、３１１のベース端子はそれぞれ電圧
源３０６、３１６からバイアス印加用抵抗３０３、３１
３を介してバイアス供給されるとともに対接地容量３０
５、３１５により高周波接地されている。このとき正相
増幅器１１０として、トランジスタ３０１のコレクタ出
力から負荷抵抗３０２を介して正相出力をとりだす形
式、逆相増幅器１１１としてトランジスタ３１０のコレ
クタ出力から逆相出力を取り出す形式をとる。同一集積
回路内部ではトランジスタの特性が均一であるため、差
動増幅器の位相変換特性は非常に良好であり、エミッタ
フォロアで構成した場合より、同相雑音の除去能力に優
れた片相変換回路が実現できる。以下の動作は実施の形
態１と同一であるため説明は省略する。

【００２８】（実施の形態４）図４は片相変換回路の回
路図を示す。図４において１００〜１１２の番号を付し
た構成要素は実施の形態１で説明した図１の各部と、３
００〜３０２、３０４、３１０〜３１１、３１３〜３１
６の番号を付した構成要素は実施の形態３で説明した図
３の各部と同一であるため説明は省略する。

【００２９】以上のように構成された片相変換回路につ
いて、図３及び４を用いて以下その動作について説明す
る。図３における負荷抵抗３０２及び３１２を共通とす
ることで図４のように負荷抵抗３１２及び、正相増幅器
１１０及び逆相増幅器１１１の直流的な干渉を避けるた
めに必要であった結合容量３０７、３１７が不要にな
る。また、図３における接地側入力端子トランジスタ３
０１及び３１１のベース端子を共通とすることで、図４
のようにバイアス電源３０６、バイアス印加用抵抗３０
３、対接地容量３０５が不要になり、回路規模を大幅に
削減できる。

【００３０】以下の動作は実施の形態１と同一であるた
め説明は省略する。

【００３１】（実施の形態５）図５は片相変換回路の回
路図を示す。図５において５００は、増幅用トランジス
タ５０１、電流源５０２から構成されるエミッタフォロ
ワである。１００〜１０９、１１２の番号を付した構成
要素は実施の形態１で説明した図１の各部と、３００〜
３０２、３０４、３１０〜３１１、３１３〜３１６の番
号を付した構成要素は実施の形態３で説明した図３の各
部と同一であるため説明は省略する。

【００３２】以上のように構成された片相変換回路につ
いて、図５を用いて以下その動作について説明する。図
５において片相変換回路１０１の出力をエミッタフォロ
ワ５００で受けることで低出力インピーダンスへの変換
が行われ、片相変換回路１０１が後段に接続される回
路、例えばフィルタ等の入力インピーダンスの影響を受
けにくくなる。

【００３３】以下の動作は実施の形態１と同一であるた
め説明は省略する。

【００３４】（実施の形態６）図６は片相変換回路の回
路図を示す。図６において６００は１入力１出力構成の
バンドパスフィルタ、６０１は直流阻止結合容量６０
４、エミッタを結合したトランジスタ６０５、６０６、
トランジスタ６０５、６０６のエミッタに接続された電
流源６０７、バイアス用電源６１１、バイアス印加用抵
抗６０９、６１０、対接地容量６０８、トランジスタ６
０５、６０６のコレクタ端子にそれぞれ接続された負荷
抵抗６０２、６０３から構成される両相変換回路、６１
２は逆相出力端子、６１３は正相出力端子である。１０
０〜１０９の番号を付した構成要素は実施の形態１で説
明した図１の各部と同一であるため説明は省略する。

【００３５】以上のように構成された片相変換回路につ
いて、図６を用いて以下その動作について説明する。図
６において、片相変換回路１０１によって片相変換され
た信号は１入力１出力形式のバンドパスフィルタによっ
て不要成分を除去される。次によく用いられる差動増幅
器回路形式を用いた両相変換回路に接続することで後段
の両相入力回路に信号を渡すことができる。バンドパス
フィルタ６００を集積回路内に内蔵しようとした場合、
片相信号に変換することで両相信号に対応したフィルタ
と比較して、必要なインダクタ、容量の面積が半分です
むため、大幅に回路規模を削減できる。また、バンドパ
スフィルタ６００を集積回路の外部で構成する場合にも
外部出力端子数が半分ですむという利点がある。

【００３６】以下の動作は実施の形態１と同一であるた
め説明は省略する。なお、６００はバンドパスフィルタ
としたが、その用途に応じてローパスフィルタでもハイ
パスフィルタでもノッチフィルタとしてもよいことはい
うまでもない。

【００３７】（実施の形態７）図７は無線機器の送信系
において使用される集積回路のブロック結線図を示す。
図７において１０１は片相変換回路で実施の形態１で説
明した図１の片相変換回路と、６０１は両相変換回路で
実施の形態６で説明した図６の両相変換回路と同一であ
るため説明は省略する。７００は直交変調器７０１、片
相変換回路１０１、ローパスフィルタ７０２、両相変換
回路６０１、アップミキサ７０３からなり、シリコンプ
ロセスにより集積された送信用の集積回路である。

【００３８】以上のように構成された集積回路７００に
ついて、図７を用いて以下その動作について説明する。
図７において直交変調器７０１は内部において両相動作
を行っており、変調波信号を両相で出力する。次に片相
変換回路１０１が両相信号を片相信号に変換し、ローパ
スフィルタ７０２がその高調波成分を除去する。ローパ
スフィルタ７０２の出力は両相変換器６０１により両相
信号に変換され、両相駆動のアップミキサ７０３に供給
される。

【００３９】以下の動作は実施の形態６と同一であるた
め説明は省略する。

【００４０】なお、本実施の形態においては無線機器の
送信系に用いる集積回路の例を挙げて説明したが、ダウ
ンミキサと組み合わせて受信系に用いても、発振器と組
み合わせて局部発振器系に用いて集積回路を構成しても
よいことはいうまでもない。

【００４１】（実施の形態８）図８は無線機器のブロッ
ク結線図を示す。図８において１０１片相変換回路で実
施の形態１で説明した図１の片相変換回路と、６０１は
両相変換回路で実施の形態６で説明した図６の両相変換
回路と同一であり、７００〜７０３は実施の形態７で説
明した図７の各部と同一であるため説明は省略する。８
００は第２局部発振器、８０１は第１局部発振器、８０
３はアンテナ、８０４はスイッチ、８０５はバンドパス
フィルタ、８０６はパワーアンプ、８０７は低雑音アン
プ、８０８はバンドパスフィルタ、８０９はダウンミキ
サ、８１０はバンドパスフィルタ、８１１は直交復調器
である。

【００４２】以上のように構成された無線機器につい
て、図８を用いて以下その動作について説明する。図８
において受信時はアンテナスイッチ８０４は低雑音アン
プ８０７側に切り替えられ、アンテナ８０３から入った
電波は低雑音アンプ８０７により低雑音増幅され、バン
ドパスフィルタ８０８により不要波除去される。次に第
１局部発振器８０１、ダウンミキサ８０９によりダウン
コンバートされ、バンドパスフィルタ８１０により帯域
制限され、最後に直交復調器８１１でベースバンド部へ
渡される。

【００４３】一方、送信時はアンテナスイッチ８０４は
パワーアンプ側に切り替えられ、ベースバンドからわた
された信号は集積回路７００、第１局部発振器８０１、
第２局部発振器８００により変調、アップコンバートさ
れ、バンドパスフィルタ８０５により、不要波を除去さ
れてからパワーアンプ８０６により所望電力まで増幅さ
れ、アンテナ８０３より放射される。集積回路７００が
小型化することにより、無線機器の小型化も図れる。

【００４４】以下の動作は実施の形態７と同一であるた
め説明は省略する。

【００４５】なお、本実施の形態においては無線機器に
おいて送信系に集積回路を用いた例を挙げて説明した
が、ダウンミキサと組み合わせて受信系を集積化した場
合にも、発振器と組み合わせて局部発振器系を集積化し
た場合にも適用できることはいうまでもない。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、正相入力
信号を正相増幅器で増幅し、逆相入力信号を逆相増幅器
で増幅し、その出力を結合容量を介して接続することで
同相雑音除去の特長を保ちつつ、両相出力を効率的に片
相出力に変換できるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における片相変換回路の
回路図

【図２】本発明の実施の形態２における片相変換回路の
回路図

【図３】本発明の実施の形態３における片相変換回路の
回路図

【図４】本発明の実施の形態４における片相変換回路の
回路図

【図５】本発明の実施の形態５における片相変換回路の
回路図

【図６】本発明の実施の形態６における片相変換回路の
回路図

【図７】本発明の実施の形態７における片相変換回路の
ブロック結線図

【図８】本発明の実施の形態８における片相変換回路の
ブロック結線図

【図９】従来の片相変換回路の回路図

【符号の説明】

１００差動増幅器１０１片相変換回路１０２同相信号入力端子１０３逆相信号入力端子１０４直流電圧源１０５、１０６負荷抵抗１０７、１０８トランジスタ１０９直流電流源１１０正相増幅器１１１逆相増幅器１１２片相出力端子１１３、１１４結合容量２００トランジスタ２０１直流電流源２０３、２０４トランジスタ２０５負荷抵抗２０６エミッタ抵抗２０７直流電流源３００、３０１トランジスタ３０２負荷抵抗３０３バイアス印加用抵抗３０４直流電流源３０５対接地容量３０６バイアス電源３１０、３１１トランジスタ３１２負荷抵抗３１３バイアス印加用抵抗３１４直流電流源３１５対接地容量３１６バイアス電源５００エミッタフォロワ５０１トランジスタ５０２直流電流源６００バンドパスフィルタ６０１両相変換回路６０２、６０３負荷抵抗６０４結合容量６０５、６０６トランジスタ６０７直流電流源６０８対接地容量６０９、６１０バイアス印加用抵抗６１１バイアス電源６１２正相出力端子６１３逆相出力端子７００集積回路７０１直交変調器７０２ローパスフィルタ７０３アップミキサ８００第２局部発振器８０１第１局部発振器８０３アンテナ８０４スイッチ８０５バンドパスフィルタ８０６パワーアンプ８０７低雑音アンプ８０８バンドパスフィルタ８０９ダウンミキサ８１０バンドパスフィルタ８１１直交復調器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢吹博幸神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１号松下技研株式会社内Ｆターム(参考） 5J098 AA02 AA11 AA14 AB03 AB12 AB31 AD11 AD24 5K004 AA05 AA08 FE02 FH01 JC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両相入力信号を片相信号に変換して出力
する片相変換回路において、入力信号を正相増幅する正
相増幅器と反転増幅する逆相増幅器とを有し、前記正相
増幅器と逆相増幅器にそれぞれ逆相の信号を入力し、そ
の出力をそれぞれ第１及び第２の結合容量を介して接続
したことを特徴とする片相変換回路。
【請求項２】正相増幅器をエミッタフォロワ、逆相増
幅器を利得１倍のエミッタ接地増幅器とエミッタフォロ
ワの直列接続により実現したことを特徴とする請求項１
記載の片相変換回路。
【請求項３】正相増幅器及び逆相増幅器を第１及び第
２の片相入力差動増幅器で構成し、前記正相増幅器は前
記片相入力差動増幅器において入力を容量接地された側
のトランジスタのコレクタ端子から、前記逆相増幅器は
前記片相入力差動増幅器において入力側のトランジスタ
のコレクタ端子からそれぞれ負荷抵抗を介して出力を取
り出したことを特徴とする請求項１記載の片相変換回
路。
【請求項４】第１及び第２の片相入力差動増幅器の負
荷抵抗及び容量接地側入力端子を共通としたことを特徴
とする請求項３記載の片相変換回路。
【請求項５】出力にエミッタフォロワ回路を接続した
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の片相
変換回路。
【請求項６】出力に１入力１出力のフィルタを接続し
て片相でフィルタリング処理を行った後、両相変換回路
を用いて再び両相に変換したことを特徴とする請求項１
〜５のいずれかに記載の片相変換回路。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の片相変
換回路を用いた集積回路。
【請求項８】請求項７に記載の集積回路を用いた無線
機器。