変調方法と装置
【課題】無線周波数での送信機で用いる変調回路を、所望の周波数で、約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成する局部発振器回路と変調器で構成する。
【解決手段】変調回路は、変調器への変調入力としての役目を果たす各ベースバンド情報信号のためのトランジスタ回路を含むミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路を備える変調器を含む。各トランジスタ回路は、ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、１つ以上の局部発振器信号の１つにより駆動され、対応する相互コンダクタンス素子を信号接地ノードに結合する第２のトランジスタとを備える。
【解決手段】変調回路は、変調器への変調入力としての役目を果たす各ベースバンド情報信号のためのトランジスタ回路を含むミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路を備える変調器を含む。各トランジスタ回路は、ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、１つ以上の局部発振器信号の１つにより駆動され、対応する相互コンダクタンス素子を信号接地ノードに結合する第２のトランジスタとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、例えば、無線周波数信号生成のような信号変調に関し、特に、変調波形および対応する変調回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信デバイスとシステムで使用する送信機は一般に、ベースバンド情報信号を所望の（搬送波）周波数にアップコンバートするための変調回路を採用する。もっと詳細には、その様なデバイスとシステムは送信情報を搬送波信号にのせることを課す。その信号は通常、所望の送信情報を表わす１つ以上のベースバンド情報信号に従い、搬送波信号の位相、周波数、振幅またはそれらの幾つかの組合せを変調することにより、所望のまたは割当てられた送信チャネル周波数で生成される。
【０００３】
“ＩＱ”変調とも称する直交変調は、２個の搬送波信号、即ち、同相搬送波とその同相搬送波から９０度オフセットした直交搬送波とを使用する。２つの搬送波は一般的に、対応する同相および直交のベースバンド情報信号によって変調され、次に、振幅に合成して通信チャネルを介して伝送する。ＩＱ変調は、各種の無線通信システム、例えば、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）またはｃｄｍａ２０００標準をベースとするセルラ通信ネットワークで広範囲な使用を見いだすことができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明で教示される方法と装置によれば、変調回路の１つの実施例は、所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成するよう構成された局部発振器回路と、前記１つ以上の局部発振器信号と１つ以上のベースバンド情報信号に応じて、１つ以上の変調信号を生成するよう構成された変調器とを備える。その変調回路は、例えば、セルラ無線電話機のような無線通信デバイスで使用されてもよい。
【０００５】
１つの実施例では、その変調器は、前記１つ以上のベースバンド情報信号に応じて、１つ以上の電流信号を生成するよう構成された相互コンダクタンス段回路と、前記１つ以上の電流信号と前記１つ以上の局部発振器信号とに応じて、１つ以上のミキサ出力信号を生成するよう構成されたミキサ段回路とを備える。もう１つの実施例では、そのミキサ段回路と相互コンダクタンス段回路とは効果的に組合わせられる。その結果得られる変調器構成は、多くの利点を提供し、その利点には、非限定的な例として、削減された駆動振幅要求条件と改善された出力電圧振幅を含む。
【０００６】
上記のミキサと相互コンダクタンスとを組合わせた回路の１つの実施例は、変調器への変調入力としての役目を果たす各ベースバンド情報信号のためのトランジスタ回路を含む。その様なトランジスタ回路それぞれには、前記ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、前記１つ以上の局部発振器信号の１つにより駆動され、対応する相互コンダクタンス素子を信号接地または基準ノードに結合する第２のトランジスタとを備える。
【０００７】
これらの変調器の変形を考慮して、変調器の動作を改善する方法の１つの実施例は、２５％或は約２５％のデューティサイクルで局部発振器信号を生成することに基づいている。その様な方法の１つには、所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成する工程と、前記１つ以上の局部発振器信号で変調器の対応する局部発振器信号入力を駆動する工程とを備える。その変調器は、個別の相互コンダクタンスおよびミキサ段回路を採用してもよく、あるいは、ミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路を採用してもよい。
【０００８】
勿論、本発明は上記の特徴および利点に限定されない。当業者は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を見て、付加的な特徴および利点を認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】変調回路の一実施例のブロック図である。
【図２】図１の変調回路に示した変調器の一実施例の概略図である。
【図３】例えば、図２の局部発振器信号、ベースバンド情報信号、及び、変調出力信号を示す波形のグループである。
【図４】２５％のデューティサイクルを持つ局部発振器信号を生成する一実施例を示す波形グラフである。
【図５】局部発振器信号のデューティサイクルに信号対雑音比を関係づけるグラフである。
【図６】図１の変調回路に示した変調器のもう１つの実施例の概略図である。
【図７】例えば、図６の局部発振器信号、ベースバンド情報信号、及び、変調出力信号を示す波形のグループである。
【図８】図１の変調回路に示した変調器のもう１つの実施例の概略図である。
【図９】図１の変調回路の実施例を含む無線通信デバイスの一実施例のブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、無線通信デバイスまたはシステムで実装されるかもしれない変調回路１０の１実施例を図示している。図示の実施例では、変調回路１０は、所望の周波数で、そして（そのような信号に用いる従来の５０％のデューティサイクルに比較して）２５％或は約２５％のデューティサイクルで、１つ以上の局部発振器信号を生成するように構成された局部発振器回路１２を含むか、それに関連している。変調回路１０は更に、１つ以上の局部発振器信号と１つ以上のベースバンド情報信号に応答して、１つ以上の変調信号を生成するよう構成された変調器１４を含む。その図では、変調信号、即ち、変調器１４により変調された搬送波信号を“変調器出力信号”と名付け、シングルエンド・ミキサ出力信号またはミキサ出力信号の差動ペアを備える。いずれにせよ、変調器出力信号は、伝送のために増幅するよう構成された電力増幅器（ＰＡ）回路１６に入力される。
【００１１】
変調器１４を更に詳細に見ると、図示された変調器の実施例は、１つ以上のベースバンド情報信号に応答して、１つ以上の（差動）電流信号を生成するよう構成された相互コンダクタンス段回路１８を備え、更に、１つ以上の電流信号と１つ以上の局部発振器信号とに応答して、１つ以上のミキサ出力信号を生成するよう構成されたミキサ段回路２０を備えるということが分かる。なお、そのミキサ出力信号は、ここで後に詳しく説明するミキサ負荷回路２２の実施例を介して、ミキサ段回路２０により生成される。
【００１２】
またなお、１つ以上のベースバンド情報信号は、同相および直交信号の差動ペアとして示されており、正および負または相補的な信号成分を表示するため、ＶＩp／ＶＩnとラベルが付される。同様に、１つ以上の局部発振器信号は、同相および直交の局部発振器信号の差動ペアとして示されており、同相成分に対してはＬＯＩp／ＬＯＩnとラベルが付けられ、直交成分に対してはＬＯＱp／ＬＯＱnとラベルが付けられる。
【００１３】
図２は、図１に示される変調器の一実施例のための簡略図を提供している。特に、図示の回路構成は、上述の同相および直交のべースバンドおよび局部発振器信号の差動ペアのために適合しており、それ故、二個の二重平衡ミキサを備え、ミキサ出力電流（Ｉc1およびＩc2）が負荷に加えてられる。
【００１４】
更に詳細に言えば、相互コンダクタンス段回路１８は、差動ベースバンド情報信号ペアＶＩp／ＶＩnの１つの成分により駆動されるトランジスタＭ１を備える。対応する相互コンダクタンス素子（Ｒ１で示す）と関連するトランジスタＭ１は、入力ベースバンド情報信号を、ミキサ段回路２０のＭ２／Ｍ３トランジスタペアに結合される電流モード信号に変換する。Ｍ２／Ｍ３トランジスタペアは、差動局部発振器信号ペアＬＯＩp／ＬＯＩnによって駆動される。ＶＩp／ＶＩn差動ペアの他の成分は、同様に対応する相互コンダクタンス素子（Ｒ２）およびミキサ段回路２０のＭ５／Ｍ６トランジスタペアと関連するトランジスタＭ４を駆動する。
【００１５】
この構成では、ＶＩp／ＶＩnベースバンド情報信号から生成される差動電流変調は、ミキサ段回路２０のＭ２／Ｍ３およびＭ５／Ｍ６トランジスタペアによって局部発振器信号ＬＯＩp／ＬＯＩn周波数にアップコンバートされる。同様の構成と動作は、トランジスタＭ７とＭ１０およびその対応する相互コンダクタンス素子Ｒ３とＲ４、ならびにその対応するミキサ段トランジスタペアＭ８／Ｍ９とＭ１１／Ｍ１２を介して、直交ベースバンド情報信号および直交局部発振器信号ＬＯＱp／ＬＯＱnに適用される。
【００１６】
その様な動作は、ベースバンド情報信号ＶＩp／ＶＩnおよびＶＱp／ＶＱnに対応して変調する搬送波周波数信号を表す差動電流Ｉc1とＩc2とを発生する。その差動電流はミキサ負荷回路２２を駆動し、その回路は、図示の実施例では、インダクタＬ１とＬ２、キャパシタＣ１およびレジスタＲ５を備える。ミキサ負荷回路２２の動作により、差動電流Ｉc1とＩc2とは、伝送のために増幅する電力増幅器１６の入力で、電圧モードの変調された搬送波信号を発生する。またなお、ミキサ負荷回路２２は一般的には、局部発振器周波数ｆLOの高調波を抑圧するよう、共振して同調させている。
【００１７】
所望の周波数で波形を切替えるように、そして、２５％或は約２５％のデューティサイクルで、局部発振器信号ＬＯＩp／ＬＯＩnとＬＯＱp／ＬＯＱnを提供するよう局部発振器回路１２を構成するのが都合が良い。図３は、局部発振器信号波形の一実施例を示し、更に、対応する変調回路１４と電力増幅器回路１６の所定の構成に対して、対応するベースバンド情報信号と電力増幅器出力波形とを示している。なお、図３に示すスケールは限定的というよりはむしろ例示的なものであるということを理解すべきである。
【００１８】
それを考慮して、図３の一番下の波形は、差動波形ペアＬＯＩp／ＬＯＩnのＬＯＩp成分を表わしている。その表示する振幅は、ピークからピークの間で２Ｖ（ボルト）であるが、理解すべきことは、ＬＯＩ（およびＬＯＱ）信号に用いられる駆動振幅と相対的オフセット電圧は設計事項であり、多くの考慮すべき事項、例えば、変調器１４の構成、関与するトランジスタの閾値電圧、用いられる電源とバイアス電圧、所望の動作温度範囲などに依存するということである。
【００１９】
いずれの場合でも、その波形図で論理的に上方に進んでゆくと、図示される次の波形は、差動波形（ＬＯＩp−ＬＯＩn）を表わし、ＬＯＩpとＬＯＩnの２５％デューティサイクル生成は、特徴のある階段状矩形波を持つ差動波形を発生するということが分かる。ＬＯＩpとＬＯＩnのピークからピークの間での２Ｖの生成のために、差動波形（ＬＯＩp−ＬＯＩn）は、−２Ｖから＋２Ｖの実効振幅を持つであろう。理解すべきことであるが、同様のセットの波形パターンが、直交ベースバンド信号ＬＯＱp／ＬＯＱnに適用される。
【００２０】
その図を続けて説明すると、図示の次の２個の波形は、差動ベースバンド情報信号（ＶＩp−ＶＩn）と（ＶＱp−ＶＱn）を表わす。最後に、一番上の波形は、電力増幅器回路１６が生成する、対応して変調された出力信号ＶRF_OUTを表わす。
【００２１】
上記の詳細を考慮するなら、５０％或は約５０％のデューティサイクルでの従来の動作と比較して、変調器１４を２５％或は約２５％のデューティサイクルで動作させることの利点の少なくとも幾つかを認識するかもしれない。２５％のデューティサイクルで動作させることは、例えば、１つ以上の実施例に対して、図４に示す局部発振器波形の２５％のデューティサイクルにより表わされるように、変調回路１０の変換利得を３ｄＢ削減するが、そうすることはまた、変調器１４の電流消費を半減させ、従ってその回路の雑音を半減させる。電流消費を半減させることは出力電力を３ｄＢ削減させるが、対応する雑音の削減は、ミキサ出力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）が同じままであるということを意味する。あるいは、２５％のデューティサイクルで、しかし５０％のデューティサイクルの動作に相当する電流消費で変調器１４を動作させることができ、従って、出力電力とＳＮＲを３ｄＢ改善することが可能である。
【００２２】
上記の詳細の理解は、図４に示す局部発振器信号波形の一般化されたフーリエ級数表現から始まる。例えば、その表現は（式１）のように与えられる。
【００２３】
【００２４】
ここで、Ｔ＝２π／ωLOである。デューティサイクル項をη＝τ／Ｔと表現すると、例えば、図４のＬＯＩp（ｔ）波形は、一般的に（式２）のように表現できる。
【００２５】
【００２６】
それ故、ＬＯＩn（ｔ）は、ＬＯＩp（ｔ）と１８０度異なる位相であるが、一般的に（式３）のように表現できる。
【００２７】
【００２８】
次に、差動信号は（式４）となるであろう。
【００２９】
【００３０】
５０％のデューティサイクル、即ち、η＝１／２では（式４）は（式５）の結果をもたらす。
【００３１】
【００３２】
２５％のデューティサイクル、即ち、η＝１／４では（式４）は（式６）の結果をもたらす。
【００３３】
【００３４】
（式５）の５０％のデューティサイクル項を考慮するなら、変調器１４の電流変換（相互コンダクタンス段１８の差動出力から負荷電流Ｉc1及びＩc2まで）は、（式７）のように導出できる。
【００３５】
【００３６】
ここで、Ｉin,diffは、ミキサ段２０への差動電流入力であり、相互コンダクタンス段１８の差動出力電流と同じである。
【００３７】
ここで、（式６）の２５％のデューティサイクル項を考慮すると、出力電流は（式８）となる。
【００３８】
【００３９】
ミキサ負荷回路２２は局部発振器周波数ｆLOで共振すると仮定すると、負荷電流の基本音（ｎ＝０）の振幅は、２５％のデューティサイクル動作に対しては、Ｉin,diff・√２ ／πである。比較すると、（式７）の負荷電流の基本音（ｎ＝０）の振幅は、局部発振器信号における５０％のデューティサイクルという従来の使用を仮定すると、Ｉin,diff・２／πである。これらの表現を考慮すると、電流と雑音における対応する削減のため、電力においては３ｄＢの削減があるがＳＮＲでは何ら劣化がなく、２５％のデューティサイクルで変調器１４は動作できるということが分かる。
【００４０】
図５は、デューティサイクルηの関数としてｓｉｎ2（πη）／ηをプロットし、更に、２５％のデューティサイクルで変調器１４を動作させる１つ以上の利点を示している。もっと詳しくは、（式４）の基本音から、変調器の出力電力はｓｉｎ2（πη）に比例し、同様に、ｓｉｎ2（πη）／ηはＳＮＲに比例する、ということが分かる。またなお、雑音電力はデューティサイクルηに直接依存している。更に、プロット比は約０．３７で最大となる、ということが分かる。しかしながら、０．３７のデューティサイクルは実際的でないし、または、少なくとも明らかに０．２５のデューティサイクルを発生するより複雑である。実際、所望の周波数の入力クロック信号から、または、そのある倍数で、局部発振器回路１２により、例えば、フリップフロップとデジタル遅延ゲートとを使用して、信頼性高くきれいに、０．２５のデューティサイクルは発生できる。更に、ジョンソン・カウンタ、直交電圧制御発振器（ＶＣＯ）、或は、ロジックサポートを持たせた２分周回路を使用してもよい。
【００４１】
局部発振器回路１２に実装された生成の詳細にかかわらず、プロット比は、従来使用した０．５のデューティサイクルで持つ値と、０．２５のデューティサイクルで持つ値とが同じであることが理解できる。５０％のデューティサイクルでの従来の動作と比較して、このＳＮＲの不変性は生じているが、それは、変調器の相互コンダクタンス電流源は半分の時間、オンであり、従って、ミキサ回路負荷２２に転送される全雑音電力は半分であるという理由からである。
【００４２】
同じか同様の２５％のデューティサイクル信号を、図６に示す変調器１４の実施例に適用してもよい。そして、理解すべきことは、変調器１４の実施例は、図１の変調回路１０に代用できるということである。勿論、図６に示す変調器１４は、図２に示すような変調器１４の実施例に対して、２５％のデューティサイクルを持つ局部発振器信号をそれに提供することに依存しないという有利な点があることを更に理解すべきである。しかしながら、その状況で使用した場合、優れた性能を備える。
【００４３】
もっと詳細には、図６に示す変調器１４は、とりわけ変調器１４の改善した出力電圧振幅能力を提供するミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路２８とを含む。増加した出力電圧振幅は、同じ入力電力に対して変調器１４の出力電力を増加する、即ち、その効率を改善する。
【００４４】
図６に示すミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路２８の注目すべき特徴の一つは、局部発振器信号により駆動されるスイッチングトランジスタが、ベースバンド情報信号による駆動される相互コンダクタンストランジスタの底部に移される点にある。もっと詳細には、ミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路２８は、変調器１４への変調入力としての役目を果たす各ベースバンド情報信号のためのトランジスタ回路を含む。各トランジスタ回路は、ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、１つ以上の局部発振器信号のうちの１つにより駆動され、対応する相互コンダクタンス素子を信号接地ノードに結合する第２のトランジスタとを備える。
【００４５】
この構成は簡単に見え、例えば、トランジスタＭ１４は１つのトランジスタ回路の第１のトランジスタを表わし、レジスタＲ６は対応する相互コンダクタンス素子を表わし、トランジスタＭ１５は同じトランジスタ回路の第２のトランジスタを表わす。更に、トランジスタＭ１４は、−差動ベースバンド信号ペアＶＩpとＶＩnの正の成分で示される−ベースバンド情報信号の１つによって駆動され、トランジスタＭ１４は、変調器出力ノード３０と３２を相互コンダクタンス素子Ｒ６の一端に結合する。Ｒ６の他端は、トランジスタＭ１５を介して信号接地つまり基準ノード３４に結合され、トランジスタＭ１５は、−差動局部発振器信号ペアＬＯＩpとＬＯＩnの正の成分で示される−局部発振器信号の１つによって駆動される。相互コンダクタンス・トランジスタＭ１６〜Ｍ２８（偶数）と、それらに対応する相互コンダクタンス素子Ｒ７〜Ｒ１３と、スイッチングトランジスタＭ１５〜Ｍ２９（奇数）は、同様の動作を提供する。またなお、スイッチングトランジスタＭ１５〜Ｍ２９（奇数）を相互コンダクタンス・トランジスタＭ１４〜Ｍ２８（偶数）のドレインまたはゲートに置くこともできる。
【００４６】
いずれの場合にせよ、差動信号構成にとって、ミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路２８は一般的に、差動信号ペアにおける各差動信号に対して図示の一対のトランジスタ回路を含む。この構成が、図２の変調器の実施例に関して図示された相互コンダクタンス段回路１８に比較して、電流源の数を実効的に２倍にするが、相対的電流レベルは半減し、ＳＮＲは維持される。更に、上記で注意したように、図示された回路構成は、改善した出力電圧振幅を提供する。もっと詳細には、図２で、スイッチングトランジスタ−局部発振器信号により駆動されるトランジスタ−は、ミキサ負荷と相互コンダクタンス・トランジスタ即ちベースバンド情報信号により駆動されるトランジスタとの間に現れることが分かる。その回路構成の意味するところは、スイッチングトランジスタ、即ち、図２のトランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ８、Ｍ９、Ｍ１１、及びＭ１２は、出力電圧無歪限界の２００〜３００ミリボルトを消費するということである。対照的に、図６のスイッチングトランジスタＭ１５〜Ｍ２９（奇数）は相互コンダクタンス素子（レジスタＲ６〜Ｒ１３）の下に含まれ、それ故、それらの抵抗に実効的に包含される。
【００４７】
図７は、図６の変調器１４と共に用いられるかもしれない局部発振器信号波形とベースバンド信号波形の一実施例を示している。図３の波形と同様に、図７は、下から上の順に、ＬＯＩp信号、ＬＯＩp−ＬＯＩn差動信号、ＶＩp−ＶＩn差動信号、ＶＱp−ＶＱn差動信号、及び、ＶRF_OUT信号である。勿論、当業者は認識するであろうが、図示の信号レベルは単に非限定的例の目的でのみ備えられたものである。
【００４８】
しかしながら、注意すべきことであるが、スイッチングトランジスタＭ１５〜Ｍ２９（奇数）を相互コンダクタンス・トランジスタＭ１４〜Ｍ２８（偶数）の下に置くことにより、とりわけ、局部発振器信号のために削減した振幅を使用するという利点を提供している。このことを理解するため、ミキサ段回路２０においてトランジスタＭ２／Ｍ３、Ｍ５／Ｍ６、Ｍ８／Ｍ９、及び、Ｍ１１／Ｍ１２として示される図２のスイッチングトランジスタを参照するとよい。それらのトランジスタのゲートに印加される駆動電圧は、トランジスタを十分にオンにすることを保証するため、十分なマージンを持ってゲート−ソース間閾値電圧を超えなければならない。それらのトランジスタのゲート−ソース間電圧は、相互コンダクタンス段１８の各ソースノードに現れる電圧を基準にするので、ＬＯＩp／ＬＯＩn及びＬＯＱp／ＬＯＱnの印加駆動電圧は、図６のミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路２８に対する印加駆動電圧より高くなければならない。即ち、図６のスイッチングトランジスタＭ１５〜Ｍ２９（奇数）のゲート−ソース間電圧は、共通信号接地ノード３４を基準にしており、このことは、局部発振器信号に対して比較的低い振幅を使用して、デューティサイクルに無関係に、これらのトランジスタを十分にオンにすることができるということを意味している。
【００４９】
これらおよび他の利点を考慮して、図８は変調器１４のもう一つの実施例を図示している。ここでは、ミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路４０は、シングルエンド動作用に構成される。ここで、第１のトランジスタ回路は、共通変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子Ｒ１５に結合する第１のトランジスタＭ３０を備える。次に、その相互コンダクタンス素子は、第２のトランジスタＭ３１を介して共通信号基準ノードに結合される。トランジスタＭ３０は、差動ベースバンド情報信号ペアＶＩp／ＶＩnの１つの成分によって駆動され、トランジスタＭ３１は、差動局部発振器信号ペアＬＯＩp／ＬＯＩnの１つの成分によって駆動される。トランジスタＭ３２／Ｍ３３、Ｍ３４／Ｍ３５、Ｍ３６／Ｍ３７、及びそれらに対応する相互コンダクタンス素子Ｒ１６、Ｒ１７、及びＲ１８は、差動信号ＶＩp／ＶＩn、ＶＱp／ＶＱn、ＬＯＩp／ＬＯＩn、及びＬＯＱp／ＬＯＱnの残りの成分に同様の機能を提供する。
【００５０】
ミキサ負荷回路２２は、電源電圧（ＶＣＣ）と共通変調器出力ノード３６との間にシングルエンド接続を提供することにより、ミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路４０のシングルエンド構成を補完する。ミキサ負荷回路２２を異なるように構成できることを理解すべきであるが、図示の実施例には、Ｃ３、Ｌ５、及びＲ１９を含む並列ＲＬＣ回路を備える。
【００５１】
また、無線通信基地局および移動局で使用される無線周波数トランシーバのタイプにおけるような、変調信号の生成と伝送に関与する種々の応用で変調回路１０を使用できることも理解すべきである。例えば、図９は、ここで説明した変調回路１０の実施例を含む無線通信デバイス５０の一実施例を図示している。なお、しかしながら、変調回路１０の各種構成要素は、完全に集積されているというよりは、むしろ、通信デバイス５０内で分散されてもよい。
【００５２】
図示の実施例では、例えば、セルラ無線電話機、ＰＤＡ、無線ページャ等であるかもしれない無線通信デバイス５０は、送信／受信アンテナ５２、スイッチ／デュープレクサ５４、受信機５６、送信機５８、ベースバンド処理回路６０、システム制御回路６２、入力／出力（インタフェース）回路６４、およびユーザインタフェース回路６６を備える。理解されるように、ユーザインタフェース回路６６はデバイス５０の意図する機能に従って変わるであろうし、それ故、ディスプレイ画面、キーパッド、マイクロフォン、及びスピーカを含むかもしれない。
【００５３】
とにかく、送信機５８の変調器１４への入力のためにベースバンド情報信号−例えば、直交信号−を生成するよう、１つ以上の汎用または特殊用途のマイクロプロセッサおよび対応するプログラム命令を備えるかもしれないベースバンド処理回路６０が構成されてもよい。同様に、変調器１４への入力のために局部発振器信号を生成するよう、ベースバンド処理回路６０による命令／制御の下で動作してもよい局部発振器回路１２が構成され、このようにして、ベースバンド情報信号に従って変調した１つ以上の伝送用搬送波信号を送信機５８の電力増幅回路１６に提供する。
【００５４】
上記の適用範囲と実施例を考慮するなら、本発明は、前述の説明によって制限されず、また添付図面によっても制限されるものではないことを理解すべきである。それよりむしろ、本発明は請求の範囲とそれらの法的均等物によってのみ制限される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、例えば、無線周波数信号生成のような信号変調に関し、特に、変調波形および対応する変調回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信デバイスとシステムで使用する送信機は一般に、ベースバンド情報信号を所望の（搬送波）周波数にアップコンバートするための変調回路を採用する。もっと詳細には、その様なデバイスとシステムは送信情報を搬送波信号にのせることを課す。その信号は通常、所望の送信情報を表わす１つ以上のベースバンド情報信号に従い、搬送波信号の位相、周波数、振幅またはそれらの幾つかの組合せを変調することにより、所望のまたは割当てられた送信チャネル周波数で生成される。
【０００３】
“ＩＱ”変調とも称する直交変調は、２個の搬送波信号、即ち、同相搬送波とその同相搬送波から９０度オフセットした直交搬送波とを使用する。２つの搬送波は一般的に、対応する同相および直交のベースバンド情報信号によって変調され、次に、振幅に合成して通信チャネルを介して伝送する。ＩＱ変調は、各種の無線通信システム、例えば、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）またはｃｄｍａ２０００標準をベースとするセルラ通信ネットワークで広範囲な使用を見いだすことができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明で教示される方法と装置によれば、変調回路の１つの実施例は、所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成するよう構成された局部発振器回路と、前記１つ以上の局部発振器信号と１つ以上のベースバンド情報信号に応じて、１つ以上の変調信号を生成するよう構成された変調器とを備える。その変調回路は、例えば、セルラ無線電話機のような無線通信デバイスで使用されてもよい。
【０００５】
１つの実施例では、その変調器は、前記１つ以上のベースバンド情報信号に応じて、１つ以上の電流信号を生成するよう構成された相互コンダクタンス段回路と、前記１つ以上の電流信号と前記１つ以上の局部発振器信号とに応じて、１つ以上のミキサ出力信号を生成するよう構成されたミキサ段回路とを備える。もう１つの実施例では、そのミキサ段回路と相互コンダクタンス段回路とは効果的に組合わせられる。その結果得られる変調器構成は、多くの利点を提供し、その利点には、非限定的な例として、削減された駆動振幅要求条件と改善された出力電圧振幅を含む。
【０００６】
上記のミキサと相互コンダクタンスとを組合わせた回路の１つの実施例は、変調器への変調入力としての役目を果たす各ベースバンド情報信号のためのトランジスタ回路を含む。その様なトランジスタ回路それぞれには、前記ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、前記１つ以上の局部発振器信号の１つにより駆動され、対応する相互コンダクタンス素子を信号接地または基準ノードに結合する第２のトランジスタとを備える。
【０００７】
これらの変調器の変形を考慮して、変調器の動作を改善する方法の１つの実施例は、２５％或は約２５％のデューティサイクルで局部発振器信号を生成することに基づいている。その様な方法の１つには、所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成する工程と、前記１つ以上の局部発振器信号で変調器の対応する局部発振器信号入力を駆動する工程とを備える。その変調器は、個別の相互コンダクタンスおよびミキサ段回路を採用してもよく、あるいは、ミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路を採用してもよい。
【０００８】
勿論、本発明は上記の特徴および利点に限定されない。当業者は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を見て、付加的な特徴および利点を認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】変調回路の一実施例のブロック図である。
【図２】図１の変調回路に示した変調器の一実施例の概略図である。
【図３】例えば、図２の局部発振器信号、ベースバンド情報信号、及び、変調出力信号を示す波形のグループである。
【図４】２５％のデューティサイクルを持つ局部発振器信号を生成する一実施例を示す波形グラフである。
【図５】局部発振器信号のデューティサイクルに信号対雑音比を関係づけるグラフである。
【図６】図１の変調回路に示した変調器のもう１つの実施例の概略図である。
【図７】例えば、図６の局部発振器信号、ベースバンド情報信号、及び、変調出力信号を示す波形のグループである。
【図８】図１の変調回路に示した変調器のもう１つの実施例の概略図である。
【図９】図１の変調回路の実施例を含む無線通信デバイスの一実施例のブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、無線通信デバイスまたはシステムで実装されるかもしれない変調回路１０の１実施例を図示している。図示の実施例では、変調回路１０は、所望の周波数で、そして（そのような信号に用いる従来の５０％のデューティサイクルに比較して）２５％或は約２５％のデューティサイクルで、１つ以上の局部発振器信号を生成するように構成された局部発振器回路１２を含むか、それに関連している。変調回路１０は更に、１つ以上の局部発振器信号と１つ以上のベースバンド情報信号に応答して、１つ以上の変調信号を生成するよう構成された変調器１４を含む。その図では、変調信号、即ち、変調器１４により変調された搬送波信号を“変調器出力信号”と名付け、シングルエンド・ミキサ出力信号またはミキサ出力信号の差動ペアを備える。いずれにせよ、変調器出力信号は、伝送のために増幅するよう構成された電力増幅器（ＰＡ）回路１６に入力される。
【００１１】
変調器１４を更に詳細に見ると、図示された変調器の実施例は、１つ以上のベースバンド情報信号に応答して、１つ以上の（差動）電流信号を生成するよう構成された相互コンダクタンス段回路１８を備え、更に、１つ以上の電流信号と１つ以上の局部発振器信号とに応答して、１つ以上のミキサ出力信号を生成するよう構成されたミキサ段回路２０を備えるということが分かる。なお、そのミキサ出力信号は、ここで後に詳しく説明するミキサ負荷回路２２の実施例を介して、ミキサ段回路２０により生成される。
【００１２】
またなお、１つ以上のベースバンド情報信号は、同相および直交信号の差動ペアとして示されており、正および負または相補的な信号成分を表示するため、ＶＩp／ＶＩnとラベルが付される。同様に、１つ以上の局部発振器信号は、同相および直交の局部発振器信号の差動ペアとして示されており、同相成分に対してはＬＯＩp／ＬＯＩnとラベルが付けられ、直交成分に対してはＬＯＱp／ＬＯＱnとラベルが付けられる。
【００１３】
図２は、図１に示される変調器の一実施例のための簡略図を提供している。特に、図示の回路構成は、上述の同相および直交のべースバンドおよび局部発振器信号の差動ペアのために適合しており、それ故、二個の二重平衡ミキサを備え、ミキサ出力電流（Ｉc1およびＩc2）が負荷に加えてられる。
【００１４】
更に詳細に言えば、相互コンダクタンス段回路１８は、差動ベースバンド情報信号ペアＶＩp／ＶＩnの１つの成分により駆動されるトランジスタＭ１を備える。対応する相互コンダクタンス素子（Ｒ１で示す）と関連するトランジスタＭ１は、入力ベースバンド情報信号を、ミキサ段回路２０のＭ２／Ｍ３トランジスタペアに結合される電流モード信号に変換する。Ｍ２／Ｍ３トランジスタペアは、差動局部発振器信号ペアＬＯＩp／ＬＯＩnによって駆動される。ＶＩp／ＶＩn差動ペアの他の成分は、同様に対応する相互コンダクタンス素子（Ｒ２）およびミキサ段回路２０のＭ５／Ｍ６トランジスタペアと関連するトランジスタＭ４を駆動する。
【００１５】
この構成では、ＶＩp／ＶＩnベースバンド情報信号から生成される差動電流変調は、ミキサ段回路２０のＭ２／Ｍ３およびＭ５／Ｍ６トランジスタペアによって局部発振器信号ＬＯＩp／ＬＯＩn周波数にアップコンバートされる。同様の構成と動作は、トランジスタＭ７とＭ１０およびその対応する相互コンダクタンス素子Ｒ３とＲ４、ならびにその対応するミキサ段トランジスタペアＭ８／Ｍ９とＭ１１／Ｍ１２を介して、直交ベースバンド情報信号および直交局部発振器信号ＬＯＱp／ＬＯＱnに適用される。
【００１６】
その様な動作は、ベースバンド情報信号ＶＩp／ＶＩnおよびＶＱp／ＶＱnに対応して変調する搬送波周波数信号を表す差動電流Ｉc1とＩc2とを発生する。その差動電流はミキサ負荷回路２２を駆動し、その回路は、図示の実施例では、インダクタＬ１とＬ２、キャパシタＣ１およびレジスタＲ５を備える。ミキサ負荷回路２２の動作により、差動電流Ｉc1とＩc2とは、伝送のために増幅する電力増幅器１６の入力で、電圧モードの変調された搬送波信号を発生する。またなお、ミキサ負荷回路２２は一般的には、局部発振器周波数ｆLOの高調波を抑圧するよう、共振して同調させている。
【００１７】
所望の周波数で波形を切替えるように、そして、２５％或は約２５％のデューティサイクルで、局部発振器信号ＬＯＩp／ＬＯＩnとＬＯＱp／ＬＯＱnを提供するよう局部発振器回路１２を構成するのが都合が良い。図３は、局部発振器信号波形の一実施例を示し、更に、対応する変調回路１４と電力増幅器回路１６の所定の構成に対して、対応するベースバンド情報信号と電力増幅器出力波形とを示している。なお、図３に示すスケールは限定的というよりはむしろ例示的なものであるということを理解すべきである。
【００１８】
それを考慮して、図３の一番下の波形は、差動波形ペアＬＯＩp／ＬＯＩnのＬＯＩp成分を表わしている。その表示する振幅は、ピークからピークの間で２Ｖ（ボルト）であるが、理解すべきことは、ＬＯＩ（およびＬＯＱ）信号に用いられる駆動振幅と相対的オフセット電圧は設計事項であり、多くの考慮すべき事項、例えば、変調器１４の構成、関与するトランジスタの閾値電圧、用いられる電源とバイアス電圧、所望の動作温度範囲などに依存するということである。
【００１９】
いずれの場合でも、その波形図で論理的に上方に進んでゆくと、図示される次の波形は、差動波形（ＬＯＩp−ＬＯＩn）を表わし、ＬＯＩpとＬＯＩnの２５％デューティサイクル生成は、特徴のある階段状矩形波を持つ差動波形を発生するということが分かる。ＬＯＩpとＬＯＩnのピークからピークの間での２Ｖの生成のために、差動波形（ＬＯＩp−ＬＯＩn）は、−２Ｖから＋２Ｖの実効振幅を持つであろう。理解すべきことであるが、同様のセットの波形パターンが、直交ベースバンド信号ＬＯＱp／ＬＯＱnに適用される。
【００２０】
その図を続けて説明すると、図示の次の２個の波形は、差動ベースバンド情報信号（ＶＩp−ＶＩn）と（ＶＱp−ＶＱn）を表わす。最後に、一番上の波形は、電力増幅器回路１６が生成する、対応して変調された出力信号ＶRF_OUTを表わす。
【００２１】
上記の詳細を考慮するなら、５０％或は約５０％のデューティサイクルでの従来の動作と比較して、変調器１４を２５％或は約２５％のデューティサイクルで動作させることの利点の少なくとも幾つかを認識するかもしれない。２５％のデューティサイクルで動作させることは、例えば、１つ以上の実施例に対して、図４に示す局部発振器波形の２５％のデューティサイクルにより表わされるように、変調回路１０の変換利得を３ｄＢ削減するが、そうすることはまた、変調器１４の電流消費を半減させ、従ってその回路の雑音を半減させる。電流消費を半減させることは出力電力を３ｄＢ削減させるが、対応する雑音の削減は、ミキサ出力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）が同じままであるということを意味する。あるいは、２５％のデューティサイクルで、しかし５０％のデューティサイクルの動作に相当する電流消費で変調器１４を動作させることができ、従って、出力電力とＳＮＲを３ｄＢ改善することが可能である。
【００２２】
上記の詳細の理解は、図４に示す局部発振器信号波形の一般化されたフーリエ級数表現から始まる。例えば、その表現は（式１）のように与えられる。
【００２３】
【００２４】
ここで、Ｔ＝２π／ωLOである。デューティサイクル項をη＝τ／Ｔと表現すると、例えば、図４のＬＯＩp（ｔ）波形は、一般的に（式２）のように表現できる。
【００２５】
【００２６】
それ故、ＬＯＩn（ｔ）は、ＬＯＩp（ｔ）と１８０度異なる位相であるが、一般的に（式３）のように表現できる。
【００２７】
【００２８】
次に、差動信号は（式４）となるであろう。
【００２９】
【００３０】
５０％のデューティサイクル、即ち、η＝１／２では（式４）は（式５）の結果をもたらす。
【００３１】
【００３２】
２５％のデューティサイクル、即ち、η＝１／４では（式４）は（式６）の結果をもたらす。
【００３３】
【００３４】
（式５）の５０％のデューティサイクル項を考慮するなら、変調器１４の電流変換（相互コンダクタンス段１８の差動出力から負荷電流Ｉc1及びＩc2まで）は、（式７）のように導出できる。
【００３５】
【００３６】
ここで、Ｉin,diffは、ミキサ段２０への差動電流入力であり、相互コンダクタンス段１８の差動出力電流と同じである。
【００３７】
ここで、（式６）の２５％のデューティサイクル項を考慮すると、出力電流は（式８）となる。
【００３８】
【００３９】
ミキサ負荷回路２２は局部発振器周波数ｆLOで共振すると仮定すると、負荷電流の基本音（ｎ＝０）の振幅は、２５％のデューティサイクル動作に対しては、Ｉin,diff・√２ ／πである。比較すると、（式７）の負荷電流の基本音（ｎ＝０）の振幅は、局部発振器信号における５０％のデューティサイクルという従来の使用を仮定すると、Ｉin,diff・２／πである。これらの表現を考慮すると、電流と雑音における対応する削減のため、電力においては３ｄＢの削減があるがＳＮＲでは何ら劣化がなく、２５％のデューティサイクルで変調器１４は動作できるということが分かる。
【００４０】
図５は、デューティサイクルηの関数としてｓｉｎ2（πη）／ηをプロットし、更に、２５％のデューティサイクルで変調器１４を動作させる１つ以上の利点を示している。もっと詳しくは、（式４）の基本音から、変調器の出力電力はｓｉｎ2（πη）に比例し、同様に、ｓｉｎ2（πη）／ηはＳＮＲに比例する、ということが分かる。またなお、雑音電力はデューティサイクルηに直接依存している。更に、プロット比は約０．３７で最大となる、ということが分かる。しかしながら、０．３７のデューティサイクルは実際的でないし、または、少なくとも明らかに０．２５のデューティサイクルを発生するより複雑である。実際、所望の周波数の入力クロック信号から、または、そのある倍数で、局部発振器回路１２により、例えば、フリップフロップとデジタル遅延ゲートとを使用して、信頼性高くきれいに、０．２５のデューティサイクルは発生できる。更に、ジョンソン・カウンタ、直交電圧制御発振器（ＶＣＯ）、或は、ロジックサポートを持たせた２分周回路を使用してもよい。
【００４１】
局部発振器回路１２に実装された生成の詳細にかかわらず、プロット比は、従来使用した０．５のデューティサイクルで持つ値と、０．２５のデューティサイクルで持つ値とが同じであることが理解できる。５０％のデューティサイクルでの従来の動作と比較して、このＳＮＲの不変性は生じているが、それは、変調器の相互コンダクタンス電流源は半分の時間、オンであり、従って、ミキサ回路負荷２２に転送される全雑音電力は半分であるという理由からである。
【００４２】
同じか同様の２５％のデューティサイクル信号を、図６に示す変調器１４の実施例に適用してもよい。そして、理解すべきことは、変調器１４の実施例は、図１の変調回路１０に代用できるということである。勿論、図６に示す変調器１４は、図２に示すような変調器１４の実施例に対して、２５％のデューティサイクルを持つ局部発振器信号をそれに提供することに依存しないという有利な点があることを更に理解すべきである。しかしながら、その状況で使用した場合、優れた性能を備える。
【００４３】
もっと詳細には、図６に示す変調器１４は、とりわけ変調器１４の改善した出力電圧振幅能力を提供するミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路２８とを含む。増加した出力電圧振幅は、同じ入力電力に対して変調器１４の出力電力を増加する、即ち、その効率を改善する。
【００４４】
図６に示すミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路２８の注目すべき特徴の一つは、局部発振器信号により駆動されるスイッチングトランジスタが、ベースバンド情報信号による駆動される相互コンダクタンストランジスタの底部に移される点にある。もっと詳細には、ミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路２８は、変調器１４への変調入力としての役目を果たす各ベースバンド情報信号のためのトランジスタ回路を含む。各トランジスタ回路は、ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、１つ以上の局部発振器信号のうちの１つにより駆動され、対応する相互コンダクタンス素子を信号接地ノードに結合する第２のトランジスタとを備える。
【００４５】
この構成は簡単に見え、例えば、トランジスタＭ１４は１つのトランジスタ回路の第１のトランジスタを表わし、レジスタＲ６は対応する相互コンダクタンス素子を表わし、トランジスタＭ１５は同じトランジスタ回路の第２のトランジスタを表わす。更に、トランジスタＭ１４は、−差動ベースバンド信号ペアＶＩpとＶＩnの正の成分で示される−ベースバンド情報信号の１つによって駆動され、トランジスタＭ１４は、変調器出力ノード３０と３２を相互コンダクタンス素子Ｒ６の一端に結合する。Ｒ６の他端は、トランジスタＭ１５を介して信号接地つまり基準ノード３４に結合され、トランジスタＭ１５は、−差動局部発振器信号ペアＬＯＩpとＬＯＩnの正の成分で示される−局部発振器信号の１つによって駆動される。相互コンダクタンス・トランジスタＭ１６〜Ｍ２８（偶数）と、それらに対応する相互コンダクタンス素子Ｒ７〜Ｒ１３と、スイッチングトランジスタＭ１５〜Ｍ２９（奇数）は、同様の動作を提供する。またなお、スイッチングトランジスタＭ１５〜Ｍ２９（奇数）を相互コンダクタンス・トランジスタＭ１４〜Ｍ２８（偶数）のドレインまたはゲートに置くこともできる。
【００４６】
いずれの場合にせよ、差動信号構成にとって、ミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路２８は一般的に、差動信号ペアにおける各差動信号に対して図示の一対のトランジスタ回路を含む。この構成が、図２の変調器の実施例に関して図示された相互コンダクタンス段回路１８に比較して、電流源の数を実効的に２倍にするが、相対的電流レベルは半減し、ＳＮＲは維持される。更に、上記で注意したように、図示された回路構成は、改善した出力電圧振幅を提供する。もっと詳細には、図２で、スイッチングトランジスタ−局部発振器信号により駆動されるトランジスタ−は、ミキサ負荷と相互コンダクタンス・トランジスタ即ちベースバンド情報信号により駆動されるトランジスタとの間に現れることが分かる。その回路構成の意味するところは、スイッチングトランジスタ、即ち、図２のトランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ８、Ｍ９、Ｍ１１、及びＭ１２は、出力電圧無歪限界の２００〜３００ミリボルトを消費するということである。対照的に、図６のスイッチングトランジスタＭ１５〜Ｍ２９（奇数）は相互コンダクタンス素子（レジスタＲ６〜Ｒ１３）の下に含まれ、それ故、それらの抵抗に実効的に包含される。
【００４７】
図７は、図６の変調器１４と共に用いられるかもしれない局部発振器信号波形とベースバンド信号波形の一実施例を示している。図３の波形と同様に、図７は、下から上の順に、ＬＯＩp信号、ＬＯＩp−ＬＯＩn差動信号、ＶＩp−ＶＩn差動信号、ＶＱp−ＶＱn差動信号、及び、ＶRF_OUT信号である。勿論、当業者は認識するであろうが、図示の信号レベルは単に非限定的例の目的でのみ備えられたものである。
【００４８】
しかしながら、注意すべきことであるが、スイッチングトランジスタＭ１５〜Ｍ２９（奇数）を相互コンダクタンス・トランジスタＭ１４〜Ｍ２８（偶数）の下に置くことにより、とりわけ、局部発振器信号のために削減した振幅を使用するという利点を提供している。このことを理解するため、ミキサ段回路２０においてトランジスタＭ２／Ｍ３、Ｍ５／Ｍ６、Ｍ８／Ｍ９、及び、Ｍ１１／Ｍ１２として示される図２のスイッチングトランジスタを参照するとよい。それらのトランジスタのゲートに印加される駆動電圧は、トランジスタを十分にオンにすることを保証するため、十分なマージンを持ってゲート−ソース間閾値電圧を超えなければならない。それらのトランジスタのゲート−ソース間電圧は、相互コンダクタンス段１８の各ソースノードに現れる電圧を基準にするので、ＬＯＩp／ＬＯＩn及びＬＯＱp／ＬＯＱnの印加駆動電圧は、図６のミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路２８に対する印加駆動電圧より高くなければならない。即ち、図６のスイッチングトランジスタＭ１５〜Ｍ２９（奇数）のゲート−ソース間電圧は、共通信号接地ノード３４を基準にしており、このことは、局部発振器信号に対して比較的低い振幅を使用して、デューティサイクルに無関係に、これらのトランジスタを十分にオンにすることができるということを意味している。
【００４９】
これらおよび他の利点を考慮して、図８は変調器１４のもう一つの実施例を図示している。ここでは、ミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路４０は、シングルエンド動作用に構成される。ここで、第１のトランジスタ回路は、共通変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子Ｒ１５に結合する第１のトランジスタＭ３０を備える。次に、その相互コンダクタンス素子は、第２のトランジスタＭ３１を介して共通信号基準ノードに結合される。トランジスタＭ３０は、差動ベースバンド情報信号ペアＶＩp／ＶＩnの１つの成分によって駆動され、トランジスタＭ３１は、差動局部発振器信号ペアＬＯＩp／ＬＯＩnの１つの成分によって駆動される。トランジスタＭ３２／Ｍ３３、Ｍ３４／Ｍ３５、Ｍ３６／Ｍ３７、及びそれらに対応する相互コンダクタンス素子Ｒ１６、Ｒ１７、及びＲ１８は、差動信号ＶＩp／ＶＩn、ＶＱp／ＶＱn、ＬＯＩp／ＬＯＩn、及びＬＯＱp／ＬＯＱnの残りの成分に同様の機能を提供する。
【００５０】
ミキサ負荷回路２２は、電源電圧（ＶＣＣ）と共通変調器出力ノード３６との間にシングルエンド接続を提供することにより、ミキサと相互コンダクタンス段とを組合わせた回路４０のシングルエンド構成を補完する。ミキサ負荷回路２２を異なるように構成できることを理解すべきであるが、図示の実施例には、Ｃ３、Ｌ５、及びＲ１９を含む並列ＲＬＣ回路を備える。
【００５１】
また、無線通信基地局および移動局で使用される無線周波数トランシーバのタイプにおけるような、変調信号の生成と伝送に関与する種々の応用で変調回路１０を使用できることも理解すべきである。例えば、図９は、ここで説明した変調回路１０の実施例を含む無線通信デバイス５０の一実施例を図示している。なお、しかしながら、変調回路１０の各種構成要素は、完全に集積されているというよりは、むしろ、通信デバイス５０内で分散されてもよい。
【００５２】
図示の実施例では、例えば、セルラ無線電話機、ＰＤＡ、無線ページャ等であるかもしれない無線通信デバイス５０は、送信／受信アンテナ５２、スイッチ／デュープレクサ５４、受信機５６、送信機５８、ベースバンド処理回路６０、システム制御回路６２、入力／出力（インタフェース）回路６４、およびユーザインタフェース回路６６を備える。理解されるように、ユーザインタフェース回路６６はデバイス５０の意図する機能に従って変わるであろうし、それ故、ディスプレイ画面、キーパッド、マイクロフォン、及びスピーカを含むかもしれない。
【００５３】
とにかく、送信機５８の変調器１４への入力のためにベースバンド情報信号−例えば、直交信号−を生成するよう、１つ以上の汎用または特殊用途のマイクロプロセッサおよび対応するプログラム命令を備えるかもしれないベースバンド処理回路６０が構成されてもよい。同様に、変調器１４への入力のために局部発振器信号を生成するよう、ベースバンド処理回路６０による命令／制御の下で動作してもよい局部発振器回路１２が構成され、このようにして、ベースバンド情報信号に従って変調した１つ以上の伝送用搬送波信号を送信機５８の電力増幅回路１６に提供する。
【００５４】
上記の適用範囲と実施例を考慮するなら、本発明は、前述の説明によって制限されず、また添付図面によっても制限されるものではないことを理解すべきである。それよりむしろ、本発明は請求の範囲とそれらの法的均等物によってのみ制限される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数での送信機に用いられる変調回路であって、
前記変調回路は、
所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成するよう構成された局部発振器回路と、
前記１つ以上の局部発振器信号と、１つ以上のベースバンド情報信号とに応じて、１つ以上の変調信号を生成するよう構成された変調器とを備えることを特徴とする変調回路。
【請求項２】
前記変調器は、
前記１つ以上のベースバンド情報信号に応じて、１つ以上の電流信号を生成するよう構成された相互コンダクタンス段回路と、
前記１つ以上の電流信号と前記１つ以上の局部発振器信号とに応じて、１つ以上のミキサ出力信号を生成するよう構成されたミキサ段回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
【請求項３】
前記変調器は、前記変調器への変調入力としての役目を果たすベースバンド情報信号各々に対するトランジスタ回路を含むミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路を有し、
前記トランジスタ回路各々は、
前記ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、
前記１つ以上の局部発振器信号の１つにより駆動され、前記対応する相互コンダクタンス素子を信号接地ノードに結合する第２のトランジスタとを有することを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
【請求項４】
前記局部発振器回路は、前記１つ以上の局部発振器信号を同相信号と直交信号として生成するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
【請求項５】
前記局部発振器回路は、前記変調器のミキサ部におけるトランジスタベースのスイッチのためのトランジスタ駆動信号として、前記１つ以上の局部発振器信号を生成するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
【請求項６】
前記局部発振器回路は、前記１つ以上のベースバンド情報信号により駆動される１つ以上の相互コンダクタンストランジスタと、前記１つ以上の局部発振器信号により駆動される１つ以上のスイッチングトランジスタとを有することを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
【請求項７】
前記１つ以上の相互コンダクタンストランジスタ夫々は、
前記１つ以上のベースバンド情報信号によって駆動されるベース或はゲートと、負荷回路に結合されるコレクタ或はドレインと、相互コンダクタンス素子に結合されるエミッタ或はソースとを有するトランジスタを含み、
前記１つ以上のスイッチングトランジスタ夫々は、
前記１つ以上の局部発振器信号の１つによって駆動されるベース或はゲートと、前記相互コンダクタンス素子の１つに結合されるコレクタ或はドレインと、信号接地に結合されるエミッタ或はソースとを有するトランジスタとを含むことを特徴とする請求項６に記載の変調回路。
【請求項８】
前記局部発振器回路は、前記１つ以上の局部発振器信号を、前記信号接地を基準として、前記スイッチングトランジスタのターンオン閾値電圧を超える所望の量の電圧レベルに対応する振幅で発生するよう構成されていることを特徴とする請求項７に記載の変調回路。
【請求項９】
変調入力としての役目を果たすベースバンド情報信号各々に対するトランジスタ回路を含むミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路を有する変調器であって、
前記トランジスタ各々には、
前記ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、
１つ以上の局部発振器信号の１つにより駆動され、前記対応する相互コンダクタンス素子を信号接地ノードに結合する第２のトランジスタとを有することを特徴とする変調器。
【請求項１０】
前記ベースバンド情報信号は、差分信号ペアを有し、
前記ミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路は、前記差分信号ペアにおける各差分信号に対する１対のトランジスタ回路を含むことを特徴とする請求項９に記載の変調器。
【請求項１１】
局部発振器が前記変調器に含まれるか、或は関係し、
前記局部発振器は、所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで前記１つ以上の局部発振器信号を生成するよう構成されていることを特徴とする請求項９に記載の変調器。
【請求項１２】
前記局部発振器は、２５％或は約２５％のデューティサイクルをもち、前記信号接地を基準として前記第２のトランジスタのターンオン電圧の関数として決定される振幅をもつ実質的に矩形の波形信号として前記局部発振器信号を生成するよう構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の変調器。
【請求項１３】
前記変調器は、変調入力として、同相ベースバンド情報信号と対応する直交ベースバンド情報信号とを受信するよう構成された同相及び直交変調器を有することを特徴とする請求項９に記載の変調器。
【請求項１４】
１つ以上のベースバンド情報信号を所望の周波数にアップコンバートするように構成された変調器の動作を改善する方法であって、前記方法は、
前記所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成する工程と、
前記１つ以上の局部発振器信号で前記変調器の対応する局部発振器信号入力を駆動する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項１５】
変調回路を有する無線通信デバイスであって、
所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成するよう構成された局部発振器回路と、
前記１つ以上の局部発振器信号と、１つ以上のベースバンド情報信号とに応じて、１つ以上の変調信号を生成するよう構成された変調器とを備えることを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項１６】
前記変調器は、前記変調器への変調入力としての役目を果たすベースバンド情報信号各々に対するトランジスタ回路を含むミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路を有し、
前記トランジスタ回路各々は、
前記ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、
前記１つ以上の局部発振器信号の１つにより駆動され、前記対応する相互コンダクタンス素子を信号接地ノードに結合する第２のトランジスタとを有することを特徴とする請求項１５に記載の無線通信デバイス。
【請求項１７】
前記ベースバンド情報信号は、差分信号ペアを有し、
前記ミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路は、前記差分信号ペアにおける各差分信号に対する１対のトランジスタ回路を含むことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信デバイス。
【請求項１】
無線周波数での送信機に用いられる変調回路であって、
前記変調回路は、
所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成するよう構成された局部発振器回路と、
前記１つ以上の局部発振器信号と、１つ以上のベースバンド情報信号とに応じて、１つ以上の変調信号を生成するよう構成された変調器とを備えることを特徴とする変調回路。
【請求項２】
前記変調器は、
前記１つ以上のベースバンド情報信号に応じて、１つ以上の電流信号を生成するよう構成された相互コンダクタンス段回路と、
前記１つ以上の電流信号と前記１つ以上の局部発振器信号とに応じて、１つ以上のミキサ出力信号を生成するよう構成されたミキサ段回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
【請求項３】
前記変調器は、前記変調器への変調入力としての役目を果たすベースバンド情報信号各々に対するトランジスタ回路を含むミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路を有し、
前記トランジスタ回路各々は、
前記ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、
前記１つ以上の局部発振器信号の１つにより駆動され、前記対応する相互コンダクタンス素子を信号接地ノードに結合する第２のトランジスタとを有することを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
【請求項４】
前記局部発振器回路は、前記１つ以上の局部発振器信号を同相信号と直交信号として生成するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
【請求項５】
前記局部発振器回路は、前記変調器のミキサ部におけるトランジスタベースのスイッチのためのトランジスタ駆動信号として、前記１つ以上の局部発振器信号を生成するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
【請求項６】
前記局部発振器回路は、前記１つ以上のベースバンド情報信号により駆動される１つ以上の相互コンダクタンストランジスタと、前記１つ以上の局部発振器信号により駆動される１つ以上のスイッチングトランジスタとを有することを特徴とする請求項１に記載の変調回路。
【請求項７】
前記１つ以上の相互コンダクタンストランジスタ夫々は、
前記１つ以上のベースバンド情報信号によって駆動されるベース或はゲートと、負荷回路に結合されるコレクタ或はドレインと、相互コンダクタンス素子に結合されるエミッタ或はソースとを有するトランジスタを含み、
前記１つ以上のスイッチングトランジスタ夫々は、
前記１つ以上の局部発振器信号の１つによって駆動されるベース或はゲートと、前記相互コンダクタンス素子の１つに結合されるコレクタ或はドレインと、信号接地に結合されるエミッタ或はソースとを有するトランジスタとを含むことを特徴とする請求項６に記載の変調回路。
【請求項８】
前記局部発振器回路は、前記１つ以上の局部発振器信号を、前記信号接地を基準として、前記スイッチングトランジスタのターンオン閾値電圧を超える所望の量の電圧レベルに対応する振幅で発生するよう構成されていることを特徴とする請求項７に記載の変調回路。
【請求項９】
変調入力としての役目を果たすベースバンド情報信号各々に対するトランジスタ回路を含むミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路を有する変調器であって、
前記トランジスタ各々には、
前記ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、
１つ以上の局部発振器信号の１つにより駆動され、前記対応する相互コンダクタンス素子を信号接地ノードに結合する第２のトランジスタとを有することを特徴とする変調器。
【請求項１０】
前記ベースバンド情報信号は、差分信号ペアを有し、
前記ミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路は、前記差分信号ペアにおける各差分信号に対する１対のトランジスタ回路を含むことを特徴とする請求項９に記載の変調器。
【請求項１１】
局部発振器が前記変調器に含まれるか、或は関係し、
前記局部発振器は、所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで前記１つ以上の局部発振器信号を生成するよう構成されていることを特徴とする請求項９に記載の変調器。
【請求項１２】
前記局部発振器は、２５％或は約２５％のデューティサイクルをもち、前記信号接地を基準として前記第２のトランジスタのターンオン電圧の関数として決定される振幅をもつ実質的に矩形の波形信号として前記局部発振器信号を生成するよう構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の変調器。
【請求項１３】
前記変調器は、変調入力として、同相ベースバンド情報信号と対応する直交ベースバンド情報信号とを受信するよう構成された同相及び直交変調器を有することを特徴とする請求項９に記載の変調器。
【請求項１４】
１つ以上のベースバンド情報信号を所望の周波数にアップコンバートするように構成された変調器の動作を改善する方法であって、前記方法は、
前記所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成する工程と、
前記１つ以上の局部発振器信号で前記変調器の対応する局部発振器信号入力を駆動する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項１５】
変調回路を有する無線通信デバイスであって、
所望の周波数で、２５％或は約２５％のデューティサイクルで１つ以上の局部発振器信号を生成するよう構成された局部発振器回路と、
前記１つ以上の局部発振器信号と、１つ以上のベースバンド情報信号とに応じて、１つ以上の変調信号を生成するよう構成された変調器とを備えることを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項１６】
前記変調器は、前記変調器への変調入力としての役目を果たすベースバンド情報信号各々に対するトランジスタ回路を含むミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路を有し、
前記トランジスタ回路各々は、
前記ベースバンド情報信号により駆動され、変調器出力ノードを対応する相互コンダクタンス素子に結合する第１のトランジスタと、
前記１つ以上の局部発振器信号の１つにより駆動され、前記対応する相互コンダクタンス素子を信号接地ノードに結合する第２のトランジスタとを有することを特徴とする請求項１５に記載の無線通信デバイス。
【請求項１７】
前記ベースバンド情報信号は、差分信号ペアを有し、
前記ミキサと相互コンダクタンスとを組合せた回路は、前記差分信号ペアにおける各差分信号に対する１対のトランジスタ回路を含むことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１９９９８９（Ｐ２０１２−１９９９８９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１２７４５５（Ｐ２０１２−１２７４５５）
【出願日】平成２４年６月４日（２０１２．６．４）
【分割の表示】特願２００８−５４２７６１（Ｐ２００８−５４２７６１）の分割
【原出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＷＣＤＭＡ
【出願人】（５９８０３６３００）テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） (2,266)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２７４５５（Ｐ２０１２−１２７４５５）
【出願日】平成２４年６月４日（２０１２．６．４）
【分割の表示】特願２００８−５４２７６１（Ｐ２００８−５４２７６１）の分割
【原出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＷＣＤＭＡ
【出願人】（５９８０３６３００）テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） (2,266)
【Ｆターム（参考）】
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