專利名稱：變頻電路、射頻接收機及射頻收發(fā)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可適用于無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的射頻(RF)接收機和射頻收發(fā)機、以及適用于它們的變頻電路，所述無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有通過使用正交混頻器，可提取用同相信號和正交信號編碼的信號的攜帶電話和PHS(PersonalHandyphone System；個人手持電話系統(tǒng))等移動通信系統(tǒng)，以及按IEEE 802.11x規(guī)格確定的無線局域網(wǎng)(LAN)通信系統(tǒng)等。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的典型的射頻收發(fā)機示于圖10。射頻收發(fā)機由天線1、射頻前置選擇濾波器(帶通濾波器(BPF))2、雙工開關(guān)3、以及接收路徑和發(fā)送路徑構(gòu)成。雙工開關(guān)3將天線1連接到接收機1004的路徑或發(fā)送機1005的路徑。射頻收發(fā)機的目的在于，將基帶(BB)數(shù)據(jù)變換為射頻。在信號能量頻率方面，基帶數(shù)據(jù)的頻率一般從直流(DC)至數(shù)十MHz，另一方面，射頻載波的頻率處于GHz區(qū)域。更詳細地說，作為一個例子，無線局域網(wǎng)(WLAN)收發(fā)信機采用IEEE 802.11b規(guī)格，基帶數(shù)據(jù)具有從DC至11MHz的頻率，另一方面，射頻載波依賴于選擇信道而具有2412MHz～2484MHz的頻率。
從發(fā)送路徑中的基帶到射頻的變頻、以及從接收路徑中的射頻到基帶的變頻，可按幾種方法來實施。這些方法都使用一個或一個以上的混頻器，所述混頻器用于頻率的上變頻或下變頻。
圖11表示公知的外差(或超外差)方式。在該例子中，接收路徑中的射頻信號被按兩級向基帶信號下變頻。在第一級的下變頻中，將乘以了頻率fRF的載波后的接收信號通過低噪聲放大器(LNA)4放大，并通過與鎖相環(huán)(PLL)電路PLL1和電壓控制振蕩器(VCO)VCO1構(gòu)成的第一本機振蕩器(LO)的輸出信號(頻率fLO)進行混合，在第一混頻器5的輸出端上產(chǎn)生頻率進行f1＝fRF-fLO下變頻的信號。在射頻收發(fā)機中，一般地，為了從頻率f1附近的頻帶中除去干擾信號或噪聲，而包含帶通濾波器6或非專利文獻1的K.L Fong，C.D.Hulland R.G.Meyer，“A Class AB Monolithic Mixer for 900-MHz Applications，”IEEE Journal of Solid-State Circiuts，vol.32，pp.1166-1172，August 1977(1997年8月發(fā)行)中公開的LC負載。典型地，在所述的WLAN IEEE 802.11b收發(fā)機的例子中，頻率f1約為374MHz。
在第二級的下變頻中，通過將頻率f1的新的載波用第二混頻器7與鎖相環(huán)電路PLL2和電壓控制振蕩器VCO2構(gòu)成的第二本機振蕩器的輸出信號(頻率fIF)進行混合而獲得基帶信號。在本例中，第二本機振蕩器的輸出信號的頻率fIF為fIF＝374MHz。然后，從第二混頻器7輸出的基帶信號(頻率fBB)還被低通濾波器8濾波，被放大器8放大，用模擬-數(shù)字變換器(ADC)10變換為數(shù)字信號，然后被進行數(shù)字處理。
在發(fā)送路徑中，通過將數(shù)字的基帶信號用DAC(數(shù)字-模擬變換器)11變換為模擬信號，用低通濾波器12進行濾波，降低干擾，同時控制信號頻帶寬度。在濾波后，通過將信號用中頻(IF)混頻器13與第二本機振蕩器的輸出信號進行混合，從基帶向頻率f1進行上變頻，并通過帶通濾波器，用混頻器14與第一本機振蕩器的輸出信號進行混合，再次進行上變頻。通過將上變頻后的信號由功率放大器(PA)17進行放大而獲得足夠的功率并驅(qū)動天線。再有，在混頻器14和功率放大器17之間，設(shè)有帶通濾波器16。
圖12表示外差方式的下變頻產(chǎn)生的頻譜的變化。
但是，在第一混頻器5中的混合處理中，具有從第一本機振蕩器的輸出信號的頻率中分離出僅頻率與要求的射頻信號的頻率相同的信號，與要求的射頻信號同樣，被下變頻為相同頻率f1的信號。
這是外差方式的公知的弱點。如圖12所示，如果要求的射頻信號的頻率為fRF，fRF＞fLO，則存在頻率fIM(其中fIM＜fLO)的無用的信號。這種頻率fIM的無用的信號在專業(yè)術(shù)語中稱為‘鏡像信號’，為了滿足fRF-fLO＝fLO-fIM，被下變頻為相同頻率f1的信號。鏡像信號的頻率fIM被稱為‘鏡像頻率’。例如，上述的WLAN IEEE 802.11b的例子的情況下，如果假設(shè)第一本機振蕩器的輸出信號的頻率fLO＝2038MHz，要求的射頻信號的頻率fRF＝2412MHz，則鏡像頻率fIM＝1664MHz。
為了避免鏡像信號的干擾，還使用圖13所示的直接變頻方式(也稱為零差方式)的收發(fā)機。在直接變頻方式中，用單一的混合步驟來實施從射頻到基帶和從基帶到射頻的變頻。例如，在接收路徑中，射頻信號通過被放大，用混頻器21A和21B與頻率fLO＝fRF的本機振蕩信號進行混合，從而下變頻為包含基帶分量的信號。
如果是直接變頻方式，則可以避免鏡像信號的問題。
作為外差的替代方式的所謂雙變頻方式公開于專利文獻1的美國專利第6351502 B1號說明書(2002年2月26日公開)。這種雙變頻方式示于圖14。
雙變頻方式是外差方式的一種形態(tài)。其原因是，射頻的信號通過第一混頻器106、I/Q(I同相，Q正交)混頻器108A和108B以兩級方式被變換為基帶的信號。
雙變頻方式也容易受到頻率fIM＝2fLO--fRF的鏡像信號的影響。在專利文獻1的例子中，fRF＝5.2GHz、fLO＝4.24GHz、及fIM＝3.28GHz時，鏡像頻率fIM在低噪聲放大器105的頻帶外，因此，鏡像信號被極大地衰減。
在非專利文獻2的A.Zolfaghani and B.Razavi，“A Low-Power 2.4-GHzTransmitter/Receiver CMOS IC，IEEE Journal of Solid-State Circuits，vol.38，pp.176-183，F(xiàn)ebruary 2003(2003年2月發(fā)行)中，公開了另一雙變頻方式的收發(fā)機。這種雙變頻方式的收發(fā)機的結(jié)構(gòu)示于圖15。
在專利文獻2的日本公開專利公報‘特開2000-299646公報(2000年10月24日公開)中，圖16所示的電路作為雙變頻調(diào)諧器被公開。
第一混頻器402通過將射頻信號與來自電壓控制振蕩器406的頻率fLO1的時鐘信號(本機振蕩信號)混合而進行下變頻。第二混頻器404將射頻信號與按fLO1進行了下變頻的信號和來自晶體控制振蕩器(XCO)412的頻率fLO2的時鐘信號(本機振蕩信號)進行混合。兩個時鐘信號滿足fLO1＝fLO2×(N/M)的關(guān)系。
現(xiàn)有的射頻收發(fā)機成為進行向集成電路(IC)或IC芯片內(nèi)的全面性安裝方面的障礙。
外差方式的射頻收發(fā)機為了抑制鏡像信號，需要體積大的IC芯片外部的濾波器。因此，不能進行向集成電路內(nèi)的全面性安裝。而為了驅(qū)動IC芯片外部的表面彈性波濾波器，需要將通過低噪聲放大器放大后的射頻信號輸出到IC芯片外部。其結(jié)果，需要緩沖放大器。因此，IC的功率消耗增大。
說到圖11所示的外差方式的收發(fā)機，為了使鏡像信號衰減，而設(shè)有追加的帶通濾波器15。為了獲得良好的鏡像信號除去特性，帶通濾波器15為體積大的離散的部件組，妨礙向集成電路內(nèi)的安裝。其結(jié)果，成本高，需要很大的功率消耗。
專利文獻2還涉及應(yīng)用于調(diào)諧器的雙變頻系統(tǒng)。該系統(tǒng)基本上為外差方式。因此，具有上述的問題(不能進行向集成電路內(nèi)的全面性安裝，而且，IC的功率消耗增大)。
在專利文獻2的系統(tǒng)中，第二混頻器404使用的第二本機振蕩信號的頻率fLO2被固定，不跟隨第一混頻器402使用的第一本機振蕩信號的頻率fLO1的變化而變化。因此，如果第一本機振蕩信號的頻率fLO1產(chǎn)生變化，則第一本機振蕩信號的頻率fLO1和第二本機振蕩信號的頻率fLO2之比會偏離初始的設(shè)定值。
此外，在專利文獻2的系統(tǒng)中，fLO1-fLO2＝1.0101×fRF，這意味著專利文獻2的下變頻不是對直流的下變頻，而只是對第二中頻(IF)頻帶(2.048MHz)的下變頻。因此，專利文獻2的雙變頻調(diào)諧器不能應(yīng)用于進行從射頻到基帶信號的下變頻的收發(fā)機。
此外，在專利文獻2的系統(tǒng)中，在中頻fLO2＝800MHz時，需要由鎖相環(huán)電路控制的電壓控制振蕩器來取代晶體控制振蕩器。
此外，在直接變頻方式中，鏡像頻率的問題被消除，但作為其代價，靈敏度下降，同時本機振蕩器的信號向射頻端口漏出和進行自混合的結(jié)果，在混頻器的輸出端產(chǎn)生動態(tài)的直流偏移。而且，一般來說，需要提高低噪聲放大器的增益，因此，有增大功率消耗的可能性。
圖14所示的專利文獻1的現(xiàn)有的雙變頻方式、圖15所示的非專利文獻2的現(xiàn)有的雙變頻方式都容易受到鏡像信號的影響。因此，通常需要用于抑制鏡像信號的干擾的一種體積大的濾波器。除去鏡像信號的濾波器的大小隨著鏡像信號的頻率下降而增大，所以射頻的頻率越低(≤2.4GHz)，這種問題越惡化。
在非專利文獻2的收發(fā)機中，需要用IC芯片上的濾波器的濾波來除去鏡像信號。因而，在非專利文獻2的收發(fā)機中，對于射頻信號的頻率fRF、用于第一級的下變頻的本機振蕩信號的頻率fLO、通過第一級的下變頻獲得的中頻信號的頻率fIF，由于fRF＝2.4GHz、fLO＝(2/3)fRF，所以鏡像信號fIM＝fLO-fIF為fIM＝800MHz。這樣，由于鏡像信號的頻率低(fIM＝800MHz)，所以IC芯片上的濾波器通常需要寬的區(qū)域。
而且，在專利文獻1中，暗示變更第一本機振蕩信號(專利文獻1中的輸入到第一混頻器106的LO107)的頻率fLO1，以使射頻信號的頻率fRF更高。但是，專利文獻1的收發(fā)機因輸入到第二混頻器108A和108B的本機振蕩器信號I和Q處于0°和90°的相位，所以不恰當?shù)剡M行動作。即，在fLO1＞fRF時，如果作為第二本機振蕩信號LO2(I及Q)使用0°和90°兩個相位的信號，則不進行適當?shù)膭幼鳌?br> 以下，說明這方面。首先，考慮fLO1＜fRF時的頻譜變化，包含于邊帶的某一頻率分量(頻率比載波高的分量)在第一級的下變頻后同樣還為比載波高側(cè)的頻率。如果用0°和90°的本機振蕩信號原封不動地進行第二級的下變頻，則作為基帶取出時的電壓矢量左旋轉(zhuǎn)(從I(0°)向Q(90°)的旋轉(zhuǎn)方向)，可以正常地解調(diào)。
其次，這里，在fLO1＞fRF時，在第一級的下變頻中，關(guān)注的邊帶分量為比載波低側(cè)的頻率。如果0°和90°的本機振蕩信號原封不動地進行第二級的下變頻，則作為基帶取出時的電壓矢量右旋轉(zhuǎn)(從Q(90°)向I(0°)的旋轉(zhuǎn)方向)，不能正常地解調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種可進行對集成電路的集成化和小型化的變頻電路、射頻接收機和射頻收發(fā)機。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的變頻電路將要求的頻率的射頻信號下變頻為具有相互不同的相位的兩個基帶信號，所述變頻電路包括第一混頻器，將射頻信號與第一本機振蕩信號進行混合，以將射頻信號下變頻為中頻信號；以及第二混頻器，將所述中頻信號與具有相互不同相位的兩個第二本機振蕩信號進行混合，以將從第一混頻器輸出的中頻信號下變頻為具有相互不同相位的兩個基帶信號，兩個第二本機振蕩信號分別具有0°的相位和270°的相位，設(shè)射頻信號的頻率為fRF、第一本機振蕩信號的頻率為fLO1、第二本機振蕩信號的頻率為fLO2，具有fLO1＝k×fRF(k為滿足k＞1的任意數(shù))fLO2＝fLO1/m(m為滿足m＞1的任意數(shù))
k＝m/(m-1)的關(guān)系。
上述關(guān)系可如下改寫。
fLO1＞fRF＞0fLO2＜fLO1fLO2＝fLO1-fRF即，上述關(guān)系可以被換述為(1)第一本機振蕩信號的頻率fLO1比射頻信號的頻率fRF高(由此，中頻信號的頻率f1滿足f1＝fLO1-fRF的關(guān)系)，(2)第二本機振蕩信號的頻率fLO2與中頻信號的頻率f1相等(由此，第二本機振蕩信號的頻率fLO2比第一本機振蕩信號的頻率fLO1低)。再有，在上述結(jié)構(gòu)的變頻電路中，一般地，1.125≤k≤1.35。
此外，所述變頻電路最好是m為滿足m＝2n(n為正整數(shù))的整數(shù)的結(jié)構(gòu)。
此外，本發(fā)明的變頻電路最好是還包括用于從第一混頻器的輸出信號中除去鏡像信號的鏡像信號除去濾波器。所述鏡像信號除去濾波器最好是使鏡像信號在鏡像頻率fIM＝2fLO1-fRF或其以上頻率時降低大于或等于10dB的濾波電路。
此外，本發(fā)明的變頻電路最好是還包括產(chǎn)生第一本機振蕩信號的振蕩器；以及通過將第一本機振蕩信號進行1/m分頻，從而產(chǎn)生相位為0°的第二本機振蕩信號和相位為270°的第二本機振蕩信號。
為了解決上述課題，本發(fā)明的射頻接收機用于接收要求的頻率的射頻載波，其特征在于，所述射頻接收機包括本發(fā)明的變頻電路。
本發(fā)明的射頻接收機最好是還包括接收射頻信號，使包含射頻載波的頻率的頻帶通過的帶通濾波器；以及將通過了所述帶通濾波器的射頻信號放大的低噪聲放大器。所述低噪聲放大器最好是將對使用頻帶產(chǎn)生干擾的鏡像信號進行衰減而使其大體消失。
此外，本發(fā)明的射頻接收機最好是還包括對所述變頻電路生成的具有兩個不同相位的基帶信號進行低頻帶濾波的低通濾波器；以及將基帶信號放大的放大器。
為了解決上述課題，本發(fā)明的射頻收發(fā)機的特征在于，包括本發(fā)明的射頻接收機；以及用于發(fā)送射頻的載波的射頻發(fā)送機。
此外，本發(fā)明的射頻收發(fā)機最好是包括用于將基帶信號直接上變頻到頻率fRF的射頻信號的正交調(diào)制器，所述正交調(diào)制器包括第三混頻器，將基帶信號的同相分量與頻率為fRF并且相位為0°的時鐘信號進行混合；以及第四混頻器，將基帶信號的正交分量與頻率為fRF并且相位為90°的時鐘信號進行混合。
此外，本發(fā)明的射頻收發(fā)機最好是還包括振蕩器，產(chǎn)生第一本機振蕩信號；分頻器，通過將第一本機振蕩信號進行1/m分頻，從而產(chǎn)生相位為0°的第二本機振蕩信號和相位為270°的第二本機振蕩信號；第五混頻器，將所述振蕩器產(chǎn)生的第一本機振蕩信號和所述分頻器產(chǎn)生的相位為0°的第二本機振蕩信號進行混合，產(chǎn)生頻率為fRF并且相位為0°的的時鐘信號；以及第六混頻器，將所述振蕩器產(chǎn)生的第一本機振蕩信號和所述分頻器產(chǎn)生的相位為270°的第二本機振蕩信號進行混合，產(chǎn)生頻率為fRF并且相位為90°的的時鐘信號。上述振蕩器最好是電壓控制振蕩器，按第一本機振蕩信號的頻率fLO1進行動作，由鎖相環(huán)電路控制，并且被裝入鎖相環(huán)電路內(nèi)。
此外，本發(fā)明的射頻收發(fā)機最好是所述射頻接收機還包括低通濾波器，用于限制將要發(fā)送的數(shù)字信號進行模擬變換而成為基帶信號的同相分量和正交分量的頻帶寬度；以及放大器，放大通過所述正交調(diào)制器的上變頻獲得的射頻信號的功率。
此外，本發(fā)明的射頻收發(fā)機最好是所述射頻收發(fā)機還包括產(chǎn)生第一本機振蕩信號和第二本機振蕩信號并將它們傳送到所述射頻接收機內(nèi)的變頻電路的信號發(fā)生器，所述信號發(fā)生器產(chǎn)生用于所述射頻發(fā)送機內(nèi)的上變頻的時鐘信號(頻率fRF的射頻信號)，并將其傳送到所述射頻發(fā)送機。
此外，本發(fā)明的射頻收發(fā)機最好是還包括為了接收所述射頻載波而設(shè)置的天線，以按所述要求的頻率高效率地動作；以及用于切換將所述天線連接到所述射頻接收機的接收模式和將所述天線連接到所述射頻發(fā)送機的發(fā)送模式的切換部件，在接收模式期間，停止產(chǎn)生所述信號發(fā)生器中的時鐘信號的電路部分的動作。在上述結(jié)構(gòu)中，在接收模式期間，最好是不僅使產(chǎn)生上述信號發(fā)生器中的時鐘信號的電路部分的動作停止，而且將從上述頻率合成器向射頻發(fā)送機發(fā)送時鐘信號的發(fā)送路徑斷路。
根據(jù)本發(fā)明，由于第二本機振蕩信號的頻率fLO2與中頻信號的頻率f1相等，所以可以用第二混頻器將中頻信號變換為直流的基帶信號(DC)。此外，根據(jù)本發(fā)明，通過將射頻信號按兩級方式進行下變頻，從而可以實現(xiàn)良好的選擇性和靈敏度。
此外，根據(jù)本發(fā)明，由于第一本機振蕩信號的頻率fLO1比射頻信號的頻率fRF高，所以將對使用頻率產(chǎn)生干擾的鏡像信號移動到高頻。因此，例如通過適當?shù)剡x擇第一本機振蕩信號的頻率fLO1，可以使鏡像信號移動到?jīng)]有干擾的使用頻帶以外的頻率(例如4GHz)。其結(jié)果，不在集成電路外部設(shè)置體積大的濾波器，可以防止鏡像信號對使用頻帶的干擾。
而且，根據(jù)本發(fā)明，通過滿足fLO2＝fLO1/m(m為滿足m＞1的任意數(shù))的關(guān)系，通過對第一本機振蕩信號進行分頻，可以產(chǎn)生第二本機振蕩信號。因此，可以僅用一個鎖相環(huán)電路來產(chǎn)生第一本機振蕩信號和第二本機振蕩信號，可以極大地簡化結(jié)構(gòu)。因此，可進行對集成電路的集成化和小型化。
此外，在本發(fā)明中，用具有0°相位和270°相位的第二本機振蕩信號(對于具有0°相位和90°相位的第二本機振蕩信號，相當于僅反轉(zhuǎn)正交信號)進行第二級的下變頻。由此，將比邊帶中含有的無線載波的頻率高的頻率分量作為基帶信號取出時的電壓矢量左旋轉(zhuǎn)(從I(0°)向Q(270°)的旋轉(zhuǎn)方向)。因此，可以正常地解調(diào)比邊帶中包含的無線載波的頻率高的頻率分量。
而且，本發(fā)明的變頻電路，如果為m滿足m＝2n(n為正整數(shù))的整數(shù)的結(jié)構(gòu)，則可以通過數(shù)字電路更容易地實現(xiàn)產(chǎn)生對第一本機振蕩信號進行分頻的第二本機振蕩信號。
而且，本發(fā)明的變頻電路，如果還包括用于從第一混頻器的輸出信號中除去鏡像信號的鏡像信號除去濾波器，則可通過第一混頻器使鏡像信號移動到高頻，所以通過鏡像信號除去濾波器容易除去鏡像信號。而且，在使用LC濾波器作為鏡像信號除去濾波器時，由于可以減小構(gòu)成LC濾波器的線圈的電感和電容器的容量，所以可以將LC濾波器小型化，容易安裝在集成電路內(nèi)。
而且，本發(fā)明的變頻電路，如果是還包括通過將第一本機振蕩信號進行1/m分頻，從而產(chǎn)生相位為0°的第二本機振蕩信號和相位為270°的第二本機振蕩信號的分頻器的結(jié)構(gòu)，則可以將本機振蕩信號發(fā)生部集成化。此外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可通過數(shù)字電路實現(xiàn)。即，上述分頻器可用通過將第一本機振蕩信號的頻率fLO1除以m而產(chǎn)生頻率fLO2的第二本機振蕩信號的數(shù)字除法運算電路來實現(xiàn)。
而且，本發(fā)明的射頻收發(fā)機，如果還包括振蕩器，產(chǎn)生第一本機振蕩信號；分頻器，通過將第一本機振蕩信號進行1/m分頻，從而產(chǎn)生相位0°的第二本機振蕩信號和相位為270°的第二本機振蕩信號；第五混頻器，將上述振蕩器產(chǎn)生的第一本機振蕩信號、上述分頻器產(chǎn)生的相位0°的第二本機振蕩信號進行混合，產(chǎn)生頻率為fRF并且相位0°的時鐘信號；以及第六混頻器，將上述振蕩器產(chǎn)生的第一本機振蕩信號、上述分頻器產(chǎn)生的相位270°的第二本機振蕩信號進行混合，產(chǎn)生頻率為fRF并且相位90°的時鐘信號，則可以僅用一個振蕩器來產(chǎn)生用于下變頻的兩種本機振蕩信號和用于上變頻的時鐘信號，所以可以實現(xiàn)進一步的結(jié)構(gòu)電路的集成化和小型化。
而且，本發(fā)明的射頻收發(fā)機，如果是以下結(jié)構(gòu)還包括產(chǎn)生第一本機振蕩信號和第二本機振蕩信號并將它們傳送到上述射頻接收機內(nèi)的變頻電路的信號發(fā)生器，上述信號發(fā)生器產(chǎn)生用于上述射頻發(fā)送機內(nèi)的上變頻的時鐘信號(頻率fRF的射頻信號)，并將其傳送到上述射頻發(fā)送機，則可以將產(chǎn)生用于下變頻的時鐘信號(本機振蕩信號)的電路和產(chǎn)生用于上變頻的時鐘信號的電路集中為一個電路，所以可以實現(xiàn)進一步的結(jié)構(gòu)電路的集成化和小型化。
而且，本發(fā)明的射頻收發(fā)機，如果是以下結(jié)構(gòu)為了接收上述射頻載波而設(shè)置的天線，以按上述要求的頻率高效率地動作；以及用于切換將所述天線連接到所述射頻接收機的接收模式和將所述天線連接到所述射頻發(fā)送機的發(fā)送模式的切換部件，在接收模式期間，將產(chǎn)生所述信號發(fā)生器中的時鐘信號的電路部分的動作停止，則通過在接收模式期間停止產(chǎn)生所述頻率合成器中的時鐘信號的電路部分(時鐘信號發(fā)生電路)的動作，從而可以削減功率的浪費，同時減少產(chǎn)生噪聲。
再有，專利文獻1和非專利文獻2公開的那樣的切換接收模式和發(fā)送模式的所謂天線開關(guān)(專利文獻1的‘102’)，其自身不削減電力的浪費。
本發(fā)明的其他目的、特征、以及優(yōu)點，可通過以下所示的記述而充分理解。此外，在參照附圖的以下說明中會清楚本發(fā)明的好處。


圖1表示本發(fā)明一實施方式的收發(fā)機結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2表示上述收發(fā)機的時鐘合成電路結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖3(a)和圖3(b)是分別表示上述收發(fā)機中的接收路徑中的下變頻、以及發(fā)送路徑中的上變頻產(chǎn)生的信號頻譜變化的曲線圖。
圖4是表示上述收發(fā)機中的低噪聲放大器和第一混頻器的電路級的實施例的電路圖。
圖5是表示上述收發(fā)機中的Q混頻器和I混頻器的電路級的實施例的電路圖。
圖6是表示上述收發(fā)機中的用于發(fā)送的I/Q混頻器的電路級的實施例的電路圖。
圖7是表示上述收發(fā)機中的功率放大器的電路級的實施例的電路圖。
圖8是表示上述收發(fā)機中的低噪聲放大器和第一混頻器的電路級的另一圖9(a)和圖9(b)是表示圖8的低噪聲放大器的增益與頻率的曲線圖，圖9(a)表示使用了頻率比射頻載波低的本機振蕩信號的情況(比較例)，圖9(b)表示使用了頻率比射頻載波高的本機振蕩信號的情況。
圖10是表示現(xiàn)有的典型的射頻收發(fā)機結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖11是表示外差(或超外差)方式的收發(fā)機結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖12是表示外差方式的收發(fā)機中的下變頻產(chǎn)生的頻譜變化的曲線圖。
圖13是表示下變頻方式的收發(fā)機結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖14是表示專利文獻1中公開的雙變頻方式的收發(fā)機結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖15是表示非專利文獻2中公開的雙變頻方式的收發(fā)機結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖16是表示專利文獻2中公開的雙變頻調(diào)諧器結(jié)構(gòu)的方框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及在大于或等于1GHz的射頻無線通信系統(tǒng)中使用的IC化的收發(fā)機(射頻收發(fā)機)的模擬信號處理部分。該無線通信系統(tǒng)可適用于攜帶電話和PHS等的移動通信系統(tǒng)、IEEE802.11規(guī)格規(guī)定的無線LAN通信系統(tǒng)等。
在用于實施本發(fā)明的優(yōu)選方式的收發(fā)機中，對基帶信號用射頻進行調(diào)制(發(fā)送)和解調(diào)(接收)，但在其方法上有特長。即，本發(fā)明以將上述收發(fā)機的功能收容在IC芯片上，并且搭載在攜帶裝置上作為目的，實現(xiàn)收發(fā)機的小型化。
在優(yōu)選方式的收發(fā)機的接收部中，進行兩級的頻率變換。
即，進入天線的射頻信號被放大后用第一混頻器與第一本機振蕩信號混合，該混合輸出再用第二混頻器與相位不同的兩種正交信號(第二本機振蕩信號)分別混合，獲得頻率不同的兩個正交信號。這兩個正交信號被模擬-數(shù)字變換后，傳輸?shù)綌?shù)字處理部。
然后，在優(yōu)選方式的收發(fā)機中，為了實現(xiàn)小型化，使用鎖相環(huán)電路，通過用比射頻信號頻率高的頻率進行局部振蕩而產(chǎn)生第一本機振蕩信號，對第一本機振蕩信號進行分頻而產(chǎn)生具有相互不同的相位(0°、270°)的兩個第一正交信號(第二本機振蕩信號)。
另一方面，在優(yōu)選方式的收發(fā)機的發(fā)送部中，進行一級的頻率變換(直接變頻)。即，通過將從數(shù)字處理部傳送的數(shù)字信號進行數(shù)字-模擬變換而獲得的兩個正交信號用混頻器分別與第一正交信號和頻率不同的兩個第二正交信號混合后，匯總為一個并放大后從天線發(fā)送。而且，第一正交信號和頻率不同的兩個第二正交信號，通過在上述分頻獲得的兩個第一正交信號中混合第一本機振蕩信號來產(chǎn)生。
這樣，在IC化和小型化為核心下開發(fā)了優(yōu)選方式的收發(fā)機，具有與現(xiàn)有的收發(fā)機不同的電路結(jié)構(gòu)的特征。即，優(yōu)選方式的收發(fā)機以IC化和小型化作為目的，具有以下特征(1)通過將接收部的第一混頻器使用的第一本機振蕩信號進行分頻，獲得相位相互不同的兩個信號，由接收部的第二混頻器使用這兩個信號，(2)分別對于這兩個信號，混合第一本機振蕩信號，獲得頻率與上述兩個信號不同的兩個正交信號，由發(fā)送部的混頻器使用這兩個正交信號。
此外，優(yōu)選方式的收發(fā)機以IC化和小型化為目的，具有以下特征通過與本機振蕩信號的混合來設(shè)定本機振蕩信號的頻率，以使鏡像信號(偽信號)為比本機振蕩頻率高的頻率。
在收發(fā)機中，一般地，變頻時進行本機振蕩信號和射頻信號的混合，而在這種混合時，必然產(chǎn)生目標性頻率的信號和偽頻率(鏡像頻率)的信號(鏡像信號)。
在本發(fā)明中，由于將本機振蕩信號的頻率設(shè)定得比射頻信號(目標信號)的頻率高，所以可以使這種鏡像信號的頻率達到非常高的頻率。其結(jié)果，通過晶體管等的電路結(jié)構(gòu)部件自身具有的頻率特性，可以簡單地降低這種鏡像信號。因此，可以用IC芯片來實現(xiàn)收發(fā)機。而且，即使將用于除去這種鏡像信號的濾波器設(shè)置在與晶體管等電路結(jié)構(gòu)部件不同的收發(fā)機IC芯片上時，由于可以減小構(gòu)成該濾波器的部件(線圈和電容器等)的常數(shù)，所以可以將濾波器小型化。因此，可以縮小濾波器的專用面積，可以將收發(fā)機IC芯片整體的尺寸小型化。
本發(fā)明還提供對集成電路的安裝容易的適合于半雙工的新的收發(fā)機。以下，根據(jù)附圖來說明用于實施本發(fā)明的優(yōu)選方式的收發(fā)機。圖1表示該實施方式的收發(fā)機的方框圖。
該實施方式的收發(fā)機的主要特征如下那樣。
a)在用于接收的下變頻中，采用由第一混頻器204使用比射頻載波的頻率fRF高的頻率fLO1的本機振蕩信號的雙變頻。通過使用頻率比射頻信號高的本機振蕩信號，鏡像信號的頻率fIM移動到高頻。由此，在fLO1＞fRF時，fIM＝2fLO1-fRF并且fIM＞fRF。其結(jié)果，通過適當?shù)剡x擇頻率fLO1，可以使鏡像信號的頻率fIM移動到頻譜區(qū)域內(nèi)的接收器的頻帶寬度外部。這種移動后的鏡像信號的能量不對收發(fā)機的動作產(chǎn)生影響。
b)此外，通過使鏡像信號的頻率fIM為比射頻載波的頻率fRF高的頻率，通過濾波除去鏡像信號非常容易，同時可用集成電路上的小型的濾波器來實現(xiàn)。
c)使用與接收路徑中使用的相同的時鐘合成電路210，將發(fā)送信號按直接變頻方式上變頻到射頻載波的頻率。
下面，對于該實施方式的收發(fā)機，根據(jù)圖1，說明主要塊和作為收發(fā)機的動作。這里，說明在依據(jù)WLAN的IEEE 802.11b的半雙工收發(fā)機中應(yīng)用本發(fā)明的情況。
該實施方式的收發(fā)機，射頻收發(fā)機包括用于射頻載波的發(fā)送接收的天線200；射頻帶通濾波器201；從天線200接收射頻信號的接收路徑(射頻接收機)(接收部)；將射頻信號發(fā)送到天線200的發(fā)送路徑(射頻發(fā)送機)(發(fā)送部)；以及開關(guān)202。
天線200接收的射頻載波的頻率在2412MHz～2484MHz的范圍，該頻率依賴于選擇的信道。天線200以所要求的射頻載波的頻率高效率地動作來設(shè)計。射頻帶通濾波器201限制射頻信號(從天線輸入到接收路徑、或從發(fā)送路徑輸入到天線的射頻信號)的帶寬。射頻帶通濾波器201接收射頻信號，使包含要提取的射頻載波的頻率的頻帶通過。開關(guān)202選擇(通過LNA203)接收路徑或(通過功率放大器226)發(fā)送路徑作為天線200的連接目的地。即，開關(guān)202具備作為將天線200切換到連接到接收路徑的接收模式、以及將天線200切換到連接到發(fā)送路徑的發(fā)送模式的切換部件的功能。這些方面與現(xiàn)有的收發(fā)機相同。
該實施方式的收發(fā)機還包括用于產(chǎn)生在接收路徑和發(fā)送路徑的變頻中使用的時鐘信號(本機振蕩信號)并供給接收路徑和發(fā)送路徑的時鐘合成電路(信號發(fā)生器)210。在時鐘合成電路210中，按射頻載波的頻率fRF產(chǎn)生發(fā)送路徑的變頻中使用的兩個時鐘信號224。這兩個信號的頻率和振幅相等，但相位有90度不同。
上述接收路徑將要求的頻率的射頻信號按兩級方式進行下變頻，包括低噪聲放大器203；進行第一級下變頻的第一混頻器204；電容器206；使用兩個第二本機振蕩信號208來進行第二級下變頻的作為第二混頻器的Q混頻器207A和I混頻器207B；低通濾波器211；以及放大器212。其中，通過第一混頻器204、電容器206、以及Q混頻器207A和I混頻器207B，構(gòu)成變頻電路。
低噪聲放大器203將通過了射頻帶通濾波器201的射頻信號放大，并使頻帶中產(chǎn)生干擾的鏡像信號衰減，以使其基本上消失。第一混頻器204將射頻信號與第一本機振蕩信號進行混合，以使射頻信號下變頻為具有比其頻率低的頻率的中頻信號。在低噪聲放大器203中，可以設(shè)置用于從第一混頻器204的輸出信號中除去鏡像信號的鏡像信號除去濾波器。鏡像信號除去濾波器最好是使鏡像信號在鏡像頻率fIM＝2fLO1-fRF或其以上的頻率時降低10dB以上。如后述那樣，鏡像信號除去濾波器可以用尺寸小的IC芯片上LC濾波器來實現(xiàn)。再有，鏡像信號除去濾波器也可以設(shè)置在第一混頻器204與Q混頻器207A和I混頻器207B之間。
Q混頻器207A和I混頻器207B將從第一混頻器204經(jīng)由電容器206輸入的中頻信號下變頻為具有比其頻率低的頻率并且具有互不相同的相位的兩個基帶信號209A、209B。即，Q混頻器207A將上述中頻信號與具有270°相位的第二本機振蕩信號208進行混合，以使中頻信號被下變頻為具有90°相位的基帶信號209A(Q信號)。I混頻器207B將上述中頻信號與具有0°相位的第二本機振蕩信號208進行混合，以使中頻信號被下變頻為具有0°相位的基帶信號209A(I信號)。
低通濾波器211對Q混頻器207A和I混頻器207B生成的具有兩個不同相位的基帶信號(基帶的同相信號和正交信號)進行低頻濾波。放大器212放大由低通濾波器211低頻濾波后的基帶信號。
上述發(fā)送路徑包括低通濾波器221，用于限制這些基帶信號的同相分量和正交分量的頻帶寬度，以輸入將要發(fā)送的數(shù)字信號進行模擬變換的基帶信號的同相分量(I)220A和正交分量(Q)220B；正交調(diào)制器，用于將基帶信號的同相分量(I信號)222A和正交分量(Q信號)222B直接上變頻到頻率fRF的射頻信號；以及功率放大器226，放大通過上述正交調(diào)制器上變頻獲得的射頻信號的功率。上述正交調(diào)制器包括將基帶信號的同相分量222A與頻率為fRF并且相位為0°的時鐘信號224進行混合的I/Q混頻器(第三混頻器)223A；將基帶信號的正交分量222B與頻率為fRF并且相位為90°的時鐘信號224進行混合的I/Q混頻器(第四混頻器)223B；以及將I/Q混頻器223A的輸出信號和I/Q混頻器223B的輸出信號進行耦合的加法器225。
第一混頻器204中使用的第一本機振蕩信號(來自時鐘合成電路210內(nèi)的本機振蕩器的時鐘信號)205的頻率fLO1相對于射頻載波的頻率fRF，存在fLO1＝k×fRF(其中k＞1)的關(guān)系。K典型地為1.15～1.35。Q混頻器207A和I混頻器207B中使用的兩個第二本機振蕩信號208具有頻率fLO2，并具有互不相同的相位(0°和270°)。頻率fLO2相對于頻率fLO1，存在fLO2＝fLO1/m的關(guān)系。m是比1大的數(shù)(最好是大于或等于2的整數(shù))，k和m存在k＝m/(m-1)，m＞1的關(guān)系。頻率fLO2隨著頻率fLO1的變化而變化。
通過在第一混頻器204中使用比射頻載波的頻率fRF高的頻率fLO1的本機振蕩信號，具有以下優(yōu)點。
(1)如果鏡像信號的頻率為非常高的頻率，例如約4GHz，則受到鏡像信號的干擾的無線通信系統(tǒng)是點對點微波連接系統(tǒng)和電波探測系統(tǒng)。這樣的頻率非常高的鏡像信號，一般不干擾通常的WLAN的使用。
(2)通過使用尺寸小的IC芯片上的LC濾波器(鏡像信號除去濾波器)以高頻率來濾波第一混頻器204的輸出信號，從而除去鏡像信號。
下面，說明收發(fā)機的動作。
首先，說明接收時的動作。從天線200經(jīng)由開關(guān)202輸入到接收路徑的頻率fRF的射頻信號被低噪聲放大器203放大后，用第一混頻器204下變頻為頻率f1＝fLO1·fRF的信號(中頻信號)，從第一混頻器204輸出。
從第一混頻器204輸出的中頻信號通過Q混頻器207A，與頻率fLO2并且具有270°相位的時鐘信號(正交信號Q)混合。同樣，從第一混頻器204輸出的中頻信號，通過I混頻器207B，與相同的頻率fLO2并且具有0°相位的時鐘信號(信號I)混合。由于頻率fLO2與中頻信號的中心頻率f1相等，所以混頻器207A和207B的輸出包含基帶信號分量。
為了除去頻帶分量，從Q混頻器207A輸出的基帶信號209A(VQP和VQN)和從I混頻器207B輸出的基帶信號209B(VIP和VIN)被傳送到低通濾波器211，由放大器212放大。由此，如果基帶信號進行模擬/數(shù)字變換，則成為完成接收信號的復(fù)原的狀態(tài)。
下面，說明發(fā)送時的動作。
在發(fā)送模式中，為了節(jié)省功率而中止接收路徑的電路的動作。已經(jīng)變換為復(fù)合I/Q型的模擬信號的基帶信號，即基帶信號的同相分量220A和正交分量220B根據(jù)按發(fā)送規(guī)格確立的規(guī)定被傳送到低通濾波器221，以便限制發(fā)送信號的頻帶寬度。濾波后的信號222A和222B被傳送到I/Q混頻器223A和223B，用I/Q混頻器223A和223B將其與頻率fRF的射頻的時鐘信號混合。接著，I/Q混頻器223A和223B的輸出由加法器進行結(jié)合，用功率放大器226放大，并被傳送到天線用于發(fā)送。
這里，m最好是滿足m＝2n(n為正整數(shù))的整數(shù)。滿足該條件的m和k的可能的四種組合(m＝21、22、23、24)、在各組合中fRF＝2400MHz的情況下使用的頻率fLO1和fLO2、各組合中產(chǎn)生的鏡像信號的頻率fIM、以及射頻載波的頻率fRF和鏡像信號的頻率fIM之差ΔIM示于表1。
表1

如表1所示，例如，在m＝4、k＝4/3、以及fLO1＝3200MHz時，鏡像信號的頻率為fIM＝4000MHz，與射頻信號隔開1600MHz。
在圖3(a)和圖3(b)中，表示在該實施方式的晶體管中，m＝4、k＝4/3、以及fLO1＝3200MHz情況下的接收路徑中的下變頻、以及發(fā)送路徑中的上變頻產(chǎn)生的信號頻譜的變化。
圖2是表示圖1所示的收發(fā)機的時鐘合成電路210內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)的圖。
如圖2所示，時鐘合成電路210由電壓控制振蕩器(VCO)301和鎖相環(huán)(PLL)電路300來實現(xiàn)，電壓控制振蕩器通過按頻率fLO1＝k×fRF進行動作并振蕩而產(chǎn)生輸出頻率fLO1的信號，鎖相環(huán)電路使電壓控制振蕩器301的頻率穩(wěn)定并進行控制。電壓控制振蕩器301的輸出信號作為第一本機振蕩信號供給第一混頻器204，同時供給后述的混頻器(第五混頻器)303A和混頻器(第六混頻器)303B。電壓控制振蕩器301的輸出信號通過分頻電路(分頻器)302進行1/m分頻。分頻電路302通過這種分頻，同時產(chǎn)生頻率fLO2相位0°的信號305A、以及頻率fLO2相位270°的信號305B。信號305A和信號305B分別作為第二本機振蕩信號供給Q混頻器207A和I混頻器207B，同時供給后述的混頻器303A和混頻器303B。
混頻器(第五混頻器)303A通過將頻率fLO1的電壓控制振蕩器301的輸出信號和頻率fLO2相位0°的信號305A進行混合，產(chǎn)生頻率fRF相位0°的射頻信號304A，作為時鐘信號224輸出到I/Q混頻器223A?；祛l器(第六混頻器)303B通過將頻率fLO1的電壓控制振蕩器301的輸出信號和頻率fLO2相位270°的信號305B進行混合，產(chǎn)生頻率fRF相位90°的射頻信號304B，作為時鐘信號224輸出到I/Q混頻器223B。
為了節(jié)省功率同時減少轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生噪聲，在接收期間(即通過開關(guān)202使收發(fā)機的動作模式為接收模式的期間)，使混頻器303A和303B(產(chǎn)生射頻信號304A和304B的電路部分)的動作中止，同時將從混頻器303A和303B至I/Q混頻器223A和223B的射頻信號304A和304B的發(fā)送路徑斷路。
圖4～圖7中表示該實施方式的收發(fā)機(前端射頻收發(fā)機)的各部的電路級的實施例。
本發(fā)明提供用于無線通信的收發(fā)機的系統(tǒng)實現(xiàn)。該收發(fā)機系統(tǒng)以使用了CMOS(互補型金屬氧化膜半導(dǎo)體)工藝技術(shù)或BiCOMS工藝技術(shù)的標準的集成電路(IC)工藝中的實現(xiàn)為目標。
本發(fā)明的收發(fā)機可通過在集成電路工藝中使用標準的電路技術(shù)來實現(xiàn)。該實施例的收發(fā)機通過互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路來實施。但是，該收發(fā)機即使是其他的集成電路、例如雙極BiCMOS等也可以實施。為了高頻動作(GHz級)中的效率，最好是可實現(xiàn)金屬-絕緣體-金屬(MIM)這樣的面積效率高的電容器、以及用于芯片上的電感線圈的厚金屬層的高速晶體管工藝。而且，該實施方式的收發(fā)機不限定于集成電路的實施，當然也可以是使用單獨元件組的實施。
圖4表示低噪聲放大器203和第一混頻器204的電路級的實施例。
低噪聲放大器(LNA)203用管腳(輸入端子)Vin接收來自天線200和開關(guān)202的信號。如圖4所示，晶體管M1～M4形成通過線圈Ld加載的低噪聲放大器203。調(diào)整該線圈Ld，以使電容器Cc1和下級的輸入阻抗配合，由此獲得的頻率為載波的射頻頻率。使用DC屏蔽電容器和電感器Lg及Le，以便使輸入阻抗適合于50Ω，并且使低噪聲放大器203的噪聲指數(shù)減少。
如圖4所示，第一混頻器204是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的雙平衡吉爾伯特型混頻器。如圖4所示，第一混頻器204通過放大來自低噪聲放大器203的射頻信號的差動晶體管M5和M6、通過第一本機振蕩信號205按頻率fLO1的時鐘動作的四重轉(zhuǎn)換晶體管M8～M11、以及電流源晶體管M7來實現(xiàn)。第一混頻器204通過阻抗元件Zf被加載，與下級進行電容耦合。
在第一混頻器204中的信號混合處理中，還產(chǎn)生頻率f2＝fRF+fLO1的射頻信號。這種射頻信號(f2＞fRF和f2＞fLO1)影響阻抗元件Zf的頻率特性。因此，在實用上，僅頻率f1＝fLO1-fRF的差分信號從第一混頻器204通過混頻器207A和混頻器207B。在第一本機振蕩信號205的頻率fLO1為fLO1＝3200MHz時，頻率f1為f1＝800MHz。
圖5表示差動I/Q混頻器的Q混頻器207A和I混頻器207B的電路級的
Q混頻器207A由晶體管M14和M15及M18～M21和負載M26、M27形成。另一方面，I混頻器207B由晶體管M16和M17及M22～M25形成，將負載M28～M29進行加載。從第一混頻器204傳送的通過下變頻獲得的頻率f1的信號、電壓Vop和電壓Von被供給輸入差動對晶體管M14和M15及輸入差動對晶體管M16和M17。
Q混頻器207A的四重轉(zhuǎn)換晶體管M18～M21被頻率fLO2具有270°相位的正交信號Q(QN和QP；QP＝-QN)同步(clocking)。在本實施例中，頻率fLO2為fLO2＝fLO1/4。同樣，I混頻器207B的四重轉(zhuǎn)換晶體管M22～M25同樣被頻率fLO2具有0°相位的信號I(IN和IP；IP＝-IN)同步。由于頻率fLO2與輸入到Q混頻器207A和I混頻器207B的中頻信號的中心頻率f1相等，所以混頻器207A和混頻器207B的輸出包含基帶信號。
圖6表示用于發(fā)送的I/Q混頻器223A和223B的電路級的實施例。
就I/Q混頻器223A和223B來說，使用兩個吉爾伯特型混頻器。將來自低通濾波器221的I信號222A和Q信號222B分別稱為TxI(TxIP和TxIN)和TxQ(TxQP和TxQN)。這些信號分別被差動晶體管M30和M31(TxI)和差動晶體管M33和M34(TxQ)放大，由四重晶體管M36～M39和四重晶體管M40～M43進行混合。I/Q混頻器223A和223B的輸出信號被電抗元件Zh(加法器225)結(jié)合，進入功率放大器226。
圖7表示功率放大器226的電路級的實施例。
在本實施例中，作為功率放大器226，使用兩級的級聯(lián)放大器。來自I/Q混頻器223A和223B的差分信號VTN和VTP被第一級的晶體管M44～M48和第二級的晶體管M49～M53放大。在最后級上，將上述信號變換為單端信號，為了驅(qū)動天線，使用平衡-不平衡變換器負載。
在圖8和圖9(a)及圖9(b)中，表示使用了比射頻載波fRF高的頻率fLO1(fLO1＞fRF)的本機振蕩信號時的集成效率。
在圖8中，表示低噪聲放大器203和第一混頻器204的電路級的另一實施例。該實施例的低噪聲放大器203相對于上述圖4所示的實施例的低噪聲放大器203來說，追加了用于除去鏡像信號的鏡像陷阱(trap)濾波器(鏡像信號除去濾波器)。用于減少頻率fIM的鏡像信號的影響的鏡像陷阱濾波器(陷波濾波器)設(shè)置在低噪聲放大器203的陰極節(jié)點上。該鏡像陷阱濾波器在頻率fIM時具有非常低的阻抗，使鏡像頻率fIM時的低噪聲放大器203的增益S21降低。鏡像陷阱濾波器通過線圈Lr和電容器Cr及Cs形成的諧振電路來實現(xiàn)。在該諧振電路中，fIM≈1/{2(LrCr)1/2}。圖8的低噪聲放大器203按fRF＝2.4GHz可動作來調(diào)整。
圖9(a)和圖9(b)是表示包括鏡像陷阱濾波器的圖8的低噪聲放大器中的頻率與兩種增益的曲線圖，圖9(a)是使用比射頻載波fRF低的頻率fLO1(fLO1＜fRF)的本機振蕩信號，fIM＝1.5GHz的情況(比較例)，圖9(b)是使用比射頻載波fRF高的頻率fLO1(fLO1＞fRF)的本機振蕩信號，fIM＝4GHz的情況。
鏡像陷阱濾波器與要求的頻率fRF的射頻信號進行比較，輸出使鏡像信號減少大于或等于20dB的輸出信號。
如圖9(a)所示，線圈Lr的電感Lr和電容器Cr及Cs的電容Cr和Cs，在使用比射頻載波fRF低的頻率fLO1的本機振蕩信號時，Lr＝4.5nH、Cr＝2pF、Cs＝0.5pF。相對于此，如圖9(b)所示，通過使用比射頻載波fRF高的頻率fLO1的本機振蕩信號，Lr＝1.5nH、Cr＝1pF、Cs＝0.1pF，電感Lr減少1/3，電容Cr減少1/2。因此，可以將鏡像陷阱濾波器集成為更小型的電路。
如以上那樣，本發(fā)明通過采用集成電路技術(shù)，可以使半導(dǎo)體襯底內(nèi)的集成度增大，提供可適用于半雙工的收發(fā)機。
在本實施方式的收發(fā)機中，以下的情況是可能的。
1)通過所有的濾波器的集成化，可以削減消耗功率、IC芯片外部的部件、以及成本。
2)通過按兩級方式進行接收路徑中的下變頻，可以實現(xiàn)高選擇性。
3)在進行第一級下變頻的第一混頻器中，使用頻率比射頻載波高的本機振蕩信號，所以容易抑制鏡像信號。此外，由于鏡像信號的頻率與射頻載波相比為高頻，所以鏡像除去濾波器更小，可安裝在集成電路內(nèi)。
4)通過使用單一的電壓控制振蕩器和鎖相環(huán)電路而產(chǎn)生接收部中所有必要的時鐘信號(本機振蕩信號)，所以可以降低功率消耗。
5)電壓控制振蕩器按與射頻載波不同的頻率進行動作，除去頻率的拉近效應(yīng)。
本發(fā)明的射頻收發(fā)機也可以是射頻前端收發(fā)機，包括以頻率fRF的射頻(RF)載波高效率地進行動作而設(shè)置的天線；具有包含射頻載波的通過頻帶的帶通濾波器；以及用于切換發(fā)送模式的信號路徑(發(fā)送路徑)和接收模式的信號路徑(接收路徑)的開關(guān)，上述接收路徑具有放大接收的頻率fRF的信號，使頻帶干擾信號衰減而使其大致消失的低噪聲放大器(LNA)；第一混頻器；以及正交混頻器，上述第一混頻器通過將射頻信號和具有比射頻載波的頻率高的頻率fLO1的第一本機振蕩器(LO1)信號進行混合，將接收信號下變頻為具有更低頻率f1＝fLO1-fRF的信號，頻率fLO1相對于RF頻率，滿足
fLO1＝k×fRF(其中k＞1)的關(guān)系，k一般為1.125～1.35，正交濾波器通過將頻率f1的第一混頻器的輸出信號和具有與頻率f1相等的頻率fLO2、并且具有0°相位和270°相位的第二本機振蕩器(LO2)信號進行混合，將具有大約f1頻率的信號下變頻到基帶，頻率fLO2相對于頻率fLO1存在fLO2＝fLO1/m的關(guān)系，系數(shù)k和m存在k＝m/(m-1)，m＞1的關(guān)系，而且，由正交混頻器生成的基帶的同相(I)信號和正交(Q)信號被低頻濾波、放大，上述發(fā)送路徑包括低通濾波器，用于限制被發(fā)送的信號的模擬變換后的同相分量和正交分量的帶寬；第一混頻器和第二混頻器構(gòu)成的正交調(diào)制器，為了用頻率fRF的RF載波將基帶信號直接上變頻到射頻信號，而將基帶信號的同相分量和正交分量分別混合；以及放大器，為了驅(qū)動天線，而實質(zhì)性地放大上變頻后的信號的功率。
此外，上述射頻前端收發(fā)機，上述射頻載波的頻率相對于第一本機振蕩器信號的頻率fLO1和第二本機振蕩器信號的頻率fLO2，滿足fRF＝fLO1-fLO2和fRF＝fLO1×(m-1)/m的關(guān)系就可以。
此外，上述射頻前端收發(fā)機也可以是以下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生第一本機振蕩器信號和第二本機振蕩器信號，以使值m為2的乘冪，即滿足下式m＝2n(n＝1、2、...)此外，上述射頻前端收發(fā)機在接收模式期間，也可以是中止發(fā)送路徑和用于頻率fRF的射頻載波的時鐘發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)。
此外，上述射頻前端收發(fā)機也可以是在上述接收路徑中，包含用于使信號在頻率fIM＝2fLO1-fRF或其以上的頻率降低10dB以上的濾波電路的結(jié)構(gòu)。
此外，上述射頻前端收發(fā)機也可以是以下結(jié)構(gòu)通過使用(a)按第一本機振蕩器信號的頻率fLO1進行動作，由鎖相環(huán)電路控制，并且裝入鎖相環(huán)電路內(nèi)的電壓控制振蕩器(VCO)、(b)通過將第一本機振蕩器信號的頻率fLO1除以m而產(chǎn)生頻率fLO2的第二本機振蕩器信號的除法電路、(c)將第一本機振蕩器信號和頻率為fLO2并且相位為0°的第二本機振蕩器信號混合，產(chǎn)生頻率為fRF并且相位為0°的時鐘信號的第一混頻器、以及(d)將第一本機振蕩器信號和頻率為fLO2并且相位為270°的第二本機振蕩器信號混合，產(chǎn)生頻率為fRF并且相位為90°的時鐘信號的第二混頻器，來產(chǎn)生上述第一本機振蕩器信號、上述第二本機振蕩器信號、以及頻率fRF的時鐘信號。
本發(fā)明的變頻電路、射頻接收機、以及射頻收發(fā)機可應(yīng)用于攜帶電話和PHS(Personal Handyphone System)等的移動通信系統(tǒng)、按IEEE 802.11x規(guī)格確定的無線局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)通信系統(tǒng)等這樣的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。而且，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是小型的，所以作為內(nèi)置于攜帶裝置的結(jié)構(gòu)是特別有用的。
再有，在發(fā)明的詳細說明的項目中形成的具體的實施方式、或?qū)嵤├吘故怯糜谑贡景l(fā)明的技術(shù)內(nèi)容清楚，而不是僅限于這樣的具體例并被狹義地解釋。在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以進行各種變更來實施。
權(quán)利要求
1.一種變頻電路，將要求的頻率的射頻信號下變頻為具有相互不同的相位的兩個基帶信號，所述變頻電路包括第一混頻器，將射頻信號與第一本機振蕩信號進行混合，以將射頻信號下變頻為中頻信號；以及第二混頻器，將所述中頻信號與具有相互不同相位的兩個第二本機振蕩信號進行混合，以將從第一混頻器輸出的中頻信號下變頻為具有相互不同相位的兩個基帶信號，兩個第二本機振蕩信號分別具有0°的相位和270°的相位，設(shè)射頻信號的頻率為fRF、第一本機振蕩信號的頻率為fLO1、第二本機振蕩信號的頻率為fLO2，存在fLO1＝k×fRF(k為滿足k＞1的任意數(shù))fLO2＝fLO1/m(m為滿足m＞1的任意數(shù))k＝m/(m-1)的關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的變頻電路，其中，m是滿足m＝2n(n為正整數(shù))的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的變頻電路，其中，所述變頻電路還包括用于從第一混頻器的輸出信號中除去鏡像信號的鏡像信號除去濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的變頻電路，其中，所述變頻電路還包括產(chǎn)生第一本機振蕩信號的振蕩器；以及通過將第一本機振蕩信號進行1/m分頻，從而產(chǎn)生相位為0°的第二本機振蕩信號和相位為270°的第二本機振蕩信號的分頻器。
5.一種射頻接收機，用于接收所要求的頻率的射頻載波，其中，所述射頻接收機包括權(quán)利要求1所述的變頻電路。
6.如權(quán)利要求5所述的射頻接收機，其中，所述射頻接收機還包括接收射頻信號，使包含射頻載波的頻率的頻帶通過的帶通濾波器；以及將通過了所述帶通濾波器的射頻信號放大的低噪聲放大器。
7.如權(quán)利要求5所述的射頻接收機，其中，所述射頻接收機還包括對所述變頻電路生成的具有兩個不同相位的基帶信號進行低頻帶濾波的低通濾波器；以及將基帶信號放大的放大器。
8.一種射頻收發(fā)機，包括權(quán)利要求5所述的射頻接收機；以及用于發(fā)送射頻的載波的射頻發(fā)送機。
9.如權(quán)利要求8所述的射頻收發(fā)機，其中，所述射頻發(fā)送機包括用于將基帶信號直接上變頻到頻率fRF的射頻信號的正交調(diào)制器，所述正交調(diào)制器包括第三混頻器，將基帶信號的同相分量與頻率為fRF并且相位為0°的時鐘信號進行混合；以及第四混頻器，將基帶信號的正交分量與頻率為fRF并且相位為90°的時鐘信號進行混合。
10.如權(quán)利要求9所述的射頻收發(fā)機，其中，所述射頻收發(fā)機還包括振蕩器，產(chǎn)生第一本機振蕩信號；分頻器，該分頻器通過將第一本機振蕩信號進行1/m分頻，從而產(chǎn)生相位為0°的第二本機振蕩信號和相位為270°的第二本機振蕩信號；第五混頻器，將所述振蕩器產(chǎn)生的第一本機振蕩信號和所述分頻器產(chǎn)生的相位為0°的第二本機振蕩信號進行混合，產(chǎn)生頻率為fRF并且相位為0°的時鐘信號；以及第六混頻器，將所述振蕩器產(chǎn)生的第一本機振蕩信號和所述分頻器產(chǎn)生的相位為270°的第二本機振蕩信號進行混合，產(chǎn)生頻率為fRF并且相位為90°的的時鐘信號。
11.如權(quán)利要求9所述的射頻收發(fā)機，其中，所述射頻接收機還包括低通濾波器，用于限制對將要發(fā)送的數(shù)字信號進行模擬變換而成為基帶信號的同相分量和正交分量的頻帶寬度；以及放大器，放大通過所述正交調(diào)制器的上變頻獲得的射頻信號的功率。
12.如權(quán)利要求9所述的射頻收發(fā)機，其中，所述射頻收發(fā)機還包括產(chǎn)生第一本機振蕩信號和第二本機振蕩信號并將它們傳送到所述射頻接收機內(nèi)的變頻電路的信號發(fā)生器，所述信號發(fā)生器產(chǎn)生用于所述射頻發(fā)送機內(nèi)的上變頻的時鐘信號，并將其傳送到所述射頻發(fā)送機。
13.如權(quán)利要求12所述的射頻收發(fā)機，其中，所述射頻收發(fā)機還包括為了接收所述射頻載波而設(shè)置的天線，以按所述要求的頻率高效率地動作；以及用于對將所述天線連接到所述射頻接收機的接收模式和將所述天線連接到所述射頻發(fā)送機的發(fā)送模式進行切換的切換部件，在接收模式期間，將產(chǎn)生所述信號發(fā)生器中的時鐘信號的電路部分的動作停止。
全文摘要
提供一種可進行對集成電路的集成化和小型化的變頻電路、射頻接收機和射頻收發(fā)機。其中，所述變頻電路包括第一混頻器，將射頻信號與頻率f
文檔編號H03K9/00GK1612490SQ20041008963
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者艾伯托·O·阿丹, 神谷真司 申請人:夏普株式會社