專利名稱：多相濾波器以及具有該多相濾波器的單邊帶混頻器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多相濾波器以及具有該多相濾波器的單邊帶混頻器。
背景技術：
通信系統(tǒng)的接收裝置具有對通過天線接收的高頻信號進行下變頻并且進行解調(diào)的接收電路。另一方面，通信系統(tǒng)的發(fā)送裝置具有調(diào)制發(fā)送數(shù)據(jù)并且將其上變頻到高頻信號的發(fā)送電路。例如，接收電路包括下變頻混頻器和正交解調(diào)混頻器，其中，下變頻混頻器以第一本振頻率(local frequency)對接收的高頻信號進行下變頻，正交解調(diào)混頻器以相位彼此不同的第二本振頻率對下變頻之后的信號進行正交解調(diào)。另外，發(fā)送電路包括正交調(diào)制混頻器和上變頻混頻器，其中，正交調(diào)制混頻器以相位彼此不同的第三本振頻率對發(fā)送數(shù)據(jù)進行正交調(diào)制，上變頻混頻器以第四本振頻率對正交調(diào)制之后的信號進行上變頻。單邊帶混頻器使用相位彼此相差90°的不同的4相本振信號作為上述的上變頻混頻器和下變頻混頻器的本振頻率信號。而且，利用上述單邊帶混頻器的接收電路能夠去除相對于第一本振頻率位于所接收到的高頻信號的相反側(cè)的雜散信號，另一方面，發(fā)送電路能夠去除相對于第四本振頻率位于要發(fā)送的高頻信號的相反側(cè)的雜散信號。作為如上所述的去除雜散信號的混頻器而使用單邊帶混頻器。能夠利用多相濾波器作為生成該4相的本振信號的本振信號生成電路。例如，專利文獻1和非專利文獻1中記載有多相濾波器。多相濾波器從高頻輸入信號生成相位彼此相差90°的4相的高頻輸出信號。但是，其高頻輸出信號的相位精度受到濾波器的截止頻帶的限制。專利文獻專利文獻1 日本專利特開2006-121665號公報，圖10。非專利文獻非專利文獻 1 :TheDesign of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, SECOND EDITION, Thomas H. Lee, Pages 705-706，F(xiàn)IGURES19. 8，19. 9。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題因此，本發(fā)明的目的在于提供在寬的頻帶中生成多相的輸出信號的多相濾波器以及具有該多相濾波器的單邊帶混頻器。用于解決問題的手段根據(jù)實施方式的第一方面，一種多相濾波器，所述多相濾波器輸入輸入信號，輸出 4相的第一至第四輸出信號，包括第一至第四電阻，所述第一至第四電阻分別具有輸入端和輸出端；第一主電容，所述第一主電容被設置在所述第一電阻的輸出端與所述第四電阻的輸入端之間；第二主電容，所述第二主電容被設置在所述第二電阻的輸出端與所述第一電阻的輸入端之間；第三主電容，所述第三主電容被設置在所述第三電阻的輸出端與所述第二電阻的輸入端之間；第四主電容，所述第四主電容被設置在所述第四電阻的輸出端與所述第三電阻的輸入端之間；輸入緩沖器，所述輸入緩沖器輸入所述輸入信號并將其分別輸出給所述第一至第四電阻的輸入端；第一副電容，所述第一副電容與所述第一主電容并列地連接在所述第一電阻的輸出端；第一開關緩沖器，所述第一開關緩沖器輸入被輸入至所述第四電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第一副電容；第二副電容，所述第二副電容與所述第二主電容并列地連接在所述第二電阻的輸出端；第二開關緩沖器，所述第二開關緩沖器輸入被輸入至所述第一電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第二副電容；第三副電容，所述第三副電容與所述第三主電容并列地連接在所述第三電阻的輸出端；第三開關緩沖器，所述第三開關緩沖器輸入被輸入至所述第二電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第三副電容；第四副電容，所述第四副電容與所述第四主電容并列地連接在所述第四電阻的輸出端；以及第四開關緩沖器，所述第四開關緩沖器輸入被輸入至所述第三電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第四副電容，其中，從所述第一至第四電阻的輸出端分別輸出所述第一至第四輸出信號，所述第一至第四開關緩沖器響應開關信號而被控制為輸出高阻抗狀態(tài)或者不是。實施方式的第二方面是具有上述的多相濾波器的單邊帶混頻器。發(fā)明效果能夠提供在寬的頻帶中生成多相的輸出信號的多相濾波器。


圖1是通信系統(tǒng)的接收電路的構(gòu)成圖；圖2是示出圖1的接收電路的信號頻率的圖；圖3是由單邊帶混頻器構(gòu)成的接收電路的構(gòu)成圖；圖4是示出圖3的接收電路的信號頻率的圖；圖5是示出單邊帶混頻器的構(gòu)成和輸入到各混頻器的本振頻率信號的圖；圖6是說明圖5的單邊混頻器的混頻器乘法運算的圖；圖7是多相濾波器的電路圖8是兩級(兩次)的多相濾波器的構(gòu)成圖；圖9是示出圖8的頻率特性的圖；圖10是本實施方式的多相濾波器的電路圖；圖11是本實施方式的多相濾波器的緩沖器和開關緩沖器的電路圖；圖12是本實施方式的多相濾波器的其他的電路圖；圖13是本實施方式的多相濾波器的電路圖；圖14的(a)和(b)是以高頻模式和低頻模式使用圖13的多相濾波器的情況的圖；圖15是示出圖13的多相濾波器的頻率特性的圖；圖16是示出本發(fā)明的發(fā)明者實施的本實施方式的仿真結(jié)果的圖；圖17是本實施方式中的其他的多相濾波器的電路圖；圖18是本實施方式中的其他的多相濾波器的電路圖；圖19是示出圖18的多相濾波器的頻率特性的圖；圖20是本實施方式的單邊帶混頻器的接收電路的圖；圖21是本實施方式的單邊帶混頻器的發(fā)送電路的圖。
具體實施例方式以下，依據(jù)附圖對多相濾波器和具有該多相濾波器的單邊帶混頻器的實施方式進行說明。圖1是通信系統(tǒng)的接收電路的構(gòu)成圖。該接收電路包括接收通過無線傳輸?shù)母哳l輸入信號RF的天線AT、放大接收到的高頻信號RF的低噪聲放大器LNA、將第一本振頻率信號LO(DMIX)和被放大的高頻信號相乘的下變頻混頻器DMIX、具有將相位相差π的第二本振頻率信號LO (QDEM)分別與下變頻混頻器DMIX的輸出相乘的兩個混頻器的正交解調(diào)電路QDEM、去除所述兩個混頻器的輸出中的高頻成分的低通濾波器LPF、以及對其輸出進行放大的可變增益放大器VGA，可變增益放大器VGA輸出基帶的I信號和Q信號。在接收電路處理差分信號的情況下，第一本振頻率信號LO (DMIX)是2相的本振信號，第二本振頻率信號LO(QDEM)是4相的本振信號。圖2是示出圖1的接收電路的信號的頻率的圖。接收到的高頻信號RF通過下變頻混頻器DMIX被下變頻到具有與高頻信號RF和第一本振頻率信號LO(DMIX)的頻率差對應的中頻IF的中頻信號，并且，進一步通過正交解調(diào)電路QDEM被下變頻到基帶BB信號。但是，以第一本振頻率信號LO(DMIX)為中心與高頻信號RF位于相反側(cè)的雜散信號UD也同樣地被下變頻到中頻IF，且被下變頻到基帶BB信號。因此，I、Q的基帶信號中包含有雜散信號UD的成分而使接收品質(zhì)劣化。圖3是由單邊帶混頻器構(gòu)成的接收電路的構(gòu)成圖。在該接收電路中，下混頻器 DMIX包括輸入由振蕩器10生成的第一本振頻率信號LO(DMIX)并生成4相(相位彼此相差 η /2的4相)的本振信號的多相濾波器PPF、以及將多相濾波器PPF生成的相位相差π /2 的第一本振頻率信號與接收到的高頻信號相乘的兩個混頻器Ml、M2。而且，正交解調(diào)電路 QDEM包括對振蕩器11生成的第二頻率信號進行2分頻的分頻器DIV、分別將該分頻器DIV 生成的4相的第二頻率信號LO (DEM)與分別由混頻器M1、M2輸出的中頻信號相乘的四個混頻器M3 M6、以及加法器12、減法器13。加法器12的輸出經(jīng)由低通濾波器LPF和可變增益放大器VGA成為I信號，另一方面，減法器13的輸出經(jīng)由低通濾波器LPF和可變增益放大器VGA成為Q信號。在圖3中作為輸入到各混頻器的乘法運算信號而示出了余弦信號(cos信號)和正弦信號(sin信號)。但是，在接收電路處理差分信號的情況下，對于正相側(cè)的信號乘以 +cos、+sin，對于反相(或者說負相)側(cè)的信號乘以-cos、-sin.因此，第一本振頻率信號和第二本振頻率信號均是4相信號。圖4是示出圖3的接收電路的信號頻率的圖。與圖2同樣地，通過下變頻混頻器 DMIX將接收到的高頻信號RF和雜散信號UD下變頻到中頻IF。但是，在正交解調(diào)電路QDEM 中，去除雜散信號UD的成分，只將高頻信號RF的成分變頻到基帶BB。也就是說，能夠只對位于第一本振頻率LO(QDEM)的單邊的信號RF進行下變頻。若簡單說明，其理由如下。圖5是示出單邊帶混頻器的構(gòu)成和輸入到各混頻器的本振頻率信號的圖。在圖5 中，與圖3同樣地，示出了混頻器Ml M6、加法器12、減法器13。但是，僅示出了差分電路的正相側(cè)。在反相側(cè)也具有相同的電路構(gòu)成。將第一本振頻率信號LO(DMIX)的角頻率設為wlol、第二本振頻率信號LO(DMIX) 的角頻率設為 wlo2，則如圖所示那樣 cos (wlolt)、sin (wlolt)、cos(wlo2t)、sin(wlo2t)被提供給各混頻器Ml M6，并被與接收信號RF相乘。圖6是說明圖5的單邊混頻器的混頻器乘法運算的圖。在圖5的路徑Rtl中，對被輸入的高頻信號RF在混頻器Ml中乘以第一本振頻率信號cos (wlolt)，并且在混頻器M3 中乘以第二本振頻率信號coS(Wlo2t)。因此，這些被相乘的信號C0s(Wlolt) ·οο8( 1ο2 ) 如圖6中的式(1)所示。同樣地，在圖5的路徑Rt3中，對高頻信號RF在混頻器M2中乘以第一本振頻率信號Sin(Wlolt)，在混頻器M3中乘以第二本振頻率信號Sin(Wlo2t)。因此，這些被相乘的信號 sin(wlolt) · sin(wlo2t)如圖 6 中的式(2)所示。然后，在加法器12中，式(1)、⑵被相加，結(jié)果如式(3)所述。因此，I信號如式 (4)所示。I = RF · cos(wlolt+wlo2t)在這里，因為角頻率wlolt是第一本振頻率信號LO(DMIX)的頻率，角頻率wlo2t 是第二本振頻率LO(QDEM)的頻率并且是RF與LO(QDEM)的頻率差，所以上述的式子中的角頻率(wlolt+wlo2t)與高頻信號RF的頻率對應。因此，在圖4中，若將cos (wlolt+wlo2t) 與輸入高頻信號RF相乘，則只有輸入高頻信號RF被下變頻到基帶BB，雜散信號UD沒有被下變頻到基帶BB。也就是說，去除了雜散信號UD。通過圖5的路徑Rt2和Rt4生成的Q信號也與上述同樣地，如圖6中的式(5)所示，Q = RF · sin(wlolt+wlo2t)由此，Q信號側(cè)也是只有輸入高頻信號RF被下變頻到基帶BB，而雜散信號UD沒有被下變頻到基帶BB，從而去除了雜散信號UD。如上述的那樣，單邊帶混頻器在接收電路中能夠去除對于應接收的高頻信號RF 來說是鏡像信號的雜散信號UD。另外，如果在發(fā)送電路中采用，則能夠去除雜散信號UD，作為輸出信號只生成高頻信號。如上所述，因為第一本振頻率信號LO(DMIX)的頻率比第二本振頻率信號 LO(QDEM)的頻率高，所以為了生成4相的信號，不使用分頻器而是使用了多相濾波器PPF。圖7是多相濾波器的電路圖。多相濾波器并聯(lián)設置有4組由電阻RlO R40和電容ClO C40構(gòu)成的RC濾波器，對電阻RlO R40的輸入側(cè)端子(左側(cè)端子)輸入4相的輸入信號Iin、Qin, Iin_b> Qin_b，輸出側(cè)端子(右側(cè)端子)輸出4相的輸出信號lout、 Qout、Iout_b、Qout_b。1化_13是1111的反相信號(相位相差π )，Qin_b是Qin的反相信號。 另外，Iin與Qin的相位相差η/2。輸出信號也是同樣的。并且，各電容ClO C40被分別連接在電阻R40、RIO、R20、R30的輸入側(cè)，4組濾波器被順時針(或者逆時針)連接。電阻 RlO R40具有相同的電阻值，電容ClO C40也具有相同的電容值。4相的輸入信號的相位關系精度低，一旦通過多相濾波器，則4相的輸出信號的相位關系變成高精度。其原理記載在上述的非專利文獻1中，即RC濾波器能夠被看作低通濾波器或者高通濾波器。所述的濾波器，由于在其截止頻帶相位偏移90° (π/2)，因此通過順時針連接4組RC濾波器，在作為RC濾波器的輸出的電阻R的右側(cè)端子上高精度地生成相位偏移了 90° (π/2)的4相的輸出信號。而且，高精度地形成90°的相位關系的頻帶是RC濾波器的截止頻率Fe，該截止頻率Fc如下。Fc = 1/(2 π RC)也就是說，多相濾波器PPF能夠僅在構(gòu)成多相濾波器的4組濾波器的截止頻率Fc 的附近生成4相的第一本振頻率信號LO(DMIX)。從以上的原理可知，輸入信號不需要一定是4相的輸入信號，也可以將2相的輸入信號Iin、Iin_b分別輸入到電阻RIO、R20和電阻R30、R40。而且，也可以將單相的輸入信號輸入到所有的電阻RlO R40。尤其是，通過設置多級如圖7所示的單元多相濾波器，四個輸出信號的相位關系逐漸以高精度形成相差90°的關系。但是，因為信號通過經(jīng)歷級數(shù)而衰減，所以過大的級數(shù)并不是優(yōu)選的。圖8是兩級(兩次)的多相濾波器的構(gòu)成圖。該例子具有初級多相濾波器PPFl和第二級多相濾波器PPF2。而且，向初級多相濾波器PPFl輸入2相的輸入信號LOin、L0in_ b，初級的四個輸出被連接到第二級的四個輸入，從第二級的四個的輸出端子輸出4相的輸出信號LOout(O) LOout (3 π/2)。第一級全部由電阻Rl、電容Cl來構(gòu)成濾波器，第二級全部由電阻R2、電容C2來構(gòu)成濾波器。并且，將初級的電阻Rl和電容Cl所決定的截止頻率Fcl設為2. 5GHz，將第二級的電阻R2和電容C2所決定的截止頻率Fc2設為3. 5GHz。由此，初級的濾波器PPFl在頻率 Fcl = 2. 5GHz的頻帶生成高精度的4相信號，第二級的濾波器PPF2在頻率Fc2 = 3. 5GHz 的頻帶生成高精度的4相信號。圖9是示出圖8的頻率特性的圖。橫軸是頻率，縱軸與4相輸出的精度對應。如圖9所示，在兩級構(gòu)成的多相濾波器中，在各級的截止頻率Fcl、Fc2處生成高精度的4相信號，因此其頻帶能夠擴展為Fcl Fc2。但是，因為多相濾波器在級數(shù)增加時信號衰減量變大，所以增加級數(shù)并不實用，因此通過僅增加級數(shù)來擴展頻帶是有限制的。如圖3所示的由單邊帶混頻器構(gòu)成的接收電路優(yōu)選的是處理寬頻帶的接收信號 RF。另一方面，如上所述，多相濾波器僅在截止頻帶生成高精度的4相的第一本振頻率信號
11LO(DMIX)。因此，如果能夠擴展多相濾波器的頻帶，則能夠擴展使用了該多相濾波器的單頻帶混頻器的頻帶。圖10是本實施方式中的多相濾波器的電路圖。該例子是輸入2相的輸入信號LOi、 L0i_b輸出4相的輸出信號LOout(O) L0OUt(3Ji/2)的單級的濾波器。4組濾波器包括相同電阻值的電阻RlO R40和相同電容值的主電容ClO C40。到此為止的構(gòu)成與圖7 是相同的。在圖10的實施方式中，4組濾波器還包括與主電容ClO C40并列的副電容 ClOa C40a。并且，2相的輸入信號LOin (0)、LOin ( π )經(jīng)由緩沖器Bi、Β2被提供給電阻 R10、R20的輸入端(左側(cè)端子)。另外，副電容ClOa的一側(cè)的端子連接在電阻RlO的輸出端(右側(cè)端子)，另一側(cè)的端子經(jīng)由開關緩沖器SBl被提供輸入信號L0i_b。同樣地，副電容C20a的一側(cè)的端子連接在電阻R20的輸出端(右側(cè)端子)，另一側(cè)的端子經(jīng)由開關緩沖器SB2被提供輸入信號LOi。副電容C30a的一側(cè)的端子連接在電阻R30的輸出端(右側(cè)端子)，另一側(cè)的端子經(jīng)由開關緩沖器SB3被提供輸入信號LOi。最后，副電容C40a的一側(cè)的端子連接在電阻R40的輸出端(右側(cè)端子)，另一側(cè)的端子經(jīng)由開關緩沖器SB4被提供輸入信號L0i_b。圖11是本實施方式中的多相濾波器的輸入緩沖器和開關緩沖器的電路圖。開關緩沖器SB包括由P溝道晶體管Pl和N溝道晶體管m構(gòu)成的逆變器電路、以及分別通過反相的開關信號xs、S控制的P溝道晶體管P3和N溝道晶體管N4。因此，在開關緩沖器SB 中，當開關信號XS、S分別成為H電平、L電平時，晶體管P3、N4截止，輸出成為高阻抗狀態(tài) (截止狀態(tài))。另外，當開關信號XS、S分別為L電平、H電平時，晶體管P3、N4導通，成為通常的逆變器電路(導通狀態(tài))。另一方面，輸入緩沖器B是由晶體管P1、N2組成的逆變器電路。但是，也可以使輸入緩沖器B與開關緩沖器SB具有相同的電路構(gòu)成，總是維持開關信號XS為L電平、S為 H電平來作為逆變器電路使用。在這樣的情況下，緩沖器B和開關緩沖器SB的動作變得相同，能夠取得平衡，從而是優(yōu)選的。返回到圖10，對于主電容ClO和副電容ClOa分別經(jīng)由輸入緩沖器B3、開關緩沖器 SBl共同輸入輸入信號L0i_b。因此，在開關緩沖器SBl處于導通狀態(tài)(非高阻抗狀態(tài))的情況下，副電容ClOa的左側(cè)端子和主電容ClO的左側(cè)端子成為相同的信號狀態(tài)，實質(zhì)上被短路。其結(jié)果是，主電容ClO和副電容ClOa變得和并聯(lián)連接的構(gòu)成實質(zhì)上是相同的。另一方面，在開關緩沖器SBl處于截止狀態(tài)(高阻抗狀態(tài))的情況下，與副電容ClOa不存在的情況實質(zhì)上是相同的。也就是說，在開關緩沖器SBl處于導通狀態(tài)(非高阻抗狀態(tài))的情況下，截止頻率 Fc是Fc = 1/(2 π RlO · (C10+C10a))與此相對，在開關緩沖器SBl處于截止狀態(tài)(高阻抗狀態(tài))的情況的情況下，截止頻率Fc是如下的情況。Fc = 1/(2 π RlO · C10)因此，通過調(diào)整主電容ClO和副電容ClOa的電容值，能夠使圖10的多相濾波器的截止頻率成為兩種期望的頻率。其結(jié)果是，通過切換開關信號XS、S來控制圖10的1級構(gòu)成的多相濾波器的動作頻帶為高頻帶或低頻帶，能夠?qū)嵸|(zhì)上擴展動作頻帶。圖12是本實施方式的多相濾波器的其他的電路圖。該例子是輸入4相的輸入信號 LOin (0) ,LOin ( π /2) ,LOin ( π ) ,LOin (3 π /2)的例子，各個輸入信號經(jīng)由輸入緩沖器Bl Β4被提供給電阻RlO R40。同時，對副電容ClOa C40a經(jīng)由開關緩沖器SBl SB4分別提供輸入信號LOin(3 Ji /2)、LOin(O) ,LOin(Ji /2) ,LOin(Ji)。其動作原理與圖10相同。而且，多相濾波器也能夠適用于將單一的輸入信號經(jīng)由一個輸入緩沖器B分別提供給電阻RlO R40的輸入端的情況。在該情況下，將單一的輸入信號經(jīng)由四個開關緩沖器SBl SB4提供給四個副電容ClOa C40a即可。在圖10和圖12的多相濾波器中，也可以除副電容ClOa C40a和開關緩沖器 SBl SB4之外，再同樣地設置第二副電容ClOb C40b和第二開關緩沖器SBlb SB4b (未圖示)，通過不同的開關信號來控制開關緩沖器SBl SB4和第二開關緩沖器SBlb SB4b。 其結(jié)果是，能夠在僅由主電容ClO C40構(gòu)成濾波器的情況下的第一截止頻率、僅由主電容和第一副電容ClOa C40a構(gòu)成濾波器的情況下的第二截止頻率、僅由主電容和第二副電容ClOb C40b構(gòu)成濾波器的情況下的第三截止頻率、以及由主電容和第一副電容ClOa C40a、第二副電容ClOb C40b構(gòu)成濾波器的情況下的第四截止頻率之間進行切換。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)更寬的頻帶。圖13是本實施方式中的多相濾波器的電路圖。該例子是在兩級構(gòu)成的濾波器的初級上并列設置主電容Cl和副電容Cla的例子。也就是說，初級的多相濾波器PPFl的構(gòu)成與圖10相同，第二級的多相濾波器PPF2的構(gòu)成與圖7相同。在輸入2相的輸入信號 LOin(O)、LOin (π )的初級的4組RC濾波器中設置有電阻Rl、主電容Cl、副電容Cla，在第二級的4組RC濾波器中設置有電阻R2、電容C2。雖然簡化了圖示，然而在4組濾波器中設置有相同的電阻R1、R2，電容Cl、Cla、C2。并且，向開關緩沖器SBl SB4提供開關信號 XS > S O在開關信號XS、S為H、L電平時，由于開關緩沖器SBl SB4成為高阻抗狀態(tài)，因此，初級的多相濾波器PPFl的截止頻率成為由電阻Rl和主電容Cl確定的高的截止頻率 Fcl，相反地，在開關信號XS、S為L、H電平時，由于開關緩沖器SBl SB4成為非高阻抗狀態(tài)(導通狀態(tài))，因此，初級的多相濾波器PPFl的截止頻率成為由電阻Rl和主電容Cl和副電容Cla確定的低的截止頻率Fcla。也就是說，成為以下式子。Fcl = 1/2 π RlClFcla = 1/2 π Rl (Cl+Cla)圖中的 Fcl = 3. 5GHz, Fcla = IGHz 是一個例子。并且，第二級的多相濾波器PPF2的截止頻率Fc2成為由電阻R2和電容C2確定的頻率，即Fc2 = 1/2 π R2C2在圖中作為一個例子示出了 Fc2 = 2GHz。圖14是以高頻模式和低頻模式使用圖13的多相濾波器的情況的圖。在圖14的 (a)的情況下，開關信號XS、S成為了 H、L電平，開關緩沖器SBl SB4成為了高阻抗狀態(tài)。 其結(jié)果是，如圖中的虛線所示，輸入信號LOin(O)、LOin(^i)沒有被提供給副電容Cla。由此，初級成為高的截止頻率Fcl。
另一方面，在圖14的(b)的情況下，開關信號XS、S成為了 L、H電平，開關緩沖器 SBl SB4成為了非高阻抗狀態(tài)(導通狀態(tài))。其結(jié)果是，輸入信號LOin(O)、LOin(Ji)被提供給了副電容Cla。由此，初級成為低的截止頻率Fcla。圖15是示出圖13的多相濾波器的頻率特性的圖。如圖14的(a)所示的多相濾波器成為合成了初級的截止頻率Fcl = 3. 5GHz和第二級的截止頻率Fc2 = 2GHz的頻率特性。因此，成為如圖15的實線所示的以約3GHz為中心的高頻帶LO(H)。另一方面，如圖 14的(b)所示的多相濾波器成為合成了初級的截止頻率Fcla = IGHz和第二級的截止頻率Fc2 = 2GHz的頻率特性。因此，成為如圖15的虛線所示的以約1. 5GHz為中心的低頻帶 LO(L)。這樣，通過控制開關信號XS、S，能夠?qū)⒍嘞酁V波器的頻帶在高頻帶LO(H)和低頻帶LO(L)之間切換。由此，只要根據(jù)單邊帶混頻器處理的輸入信號RF的頻帶來控制開關信號，實質(zhì)上就能夠處理寬頻帶的輸入信號RF。圖16是示出本發(fā)明的發(fā)明人實施的本實施方式的仿真結(jié)果的圖。本發(fā)明的發(fā)明人針對圖13的多相濾波器進行仿真，研究了高頻帶LO(H)的情況和低頻帶LO(L)的情況的輸出信號之間的相位關系。圖16(A)的橫軸是輸出頻率，縱軸是相位，其示出了兩個頻率對相位的關系。根據(jù)該圖，當將開關信號XS、S設為H、L電平以使開關緩沖器SBl SB4成為高阻抗狀態(tài)時，確認了在以頻率3GHz為中心的頻帶兩個輸出信號的相位差高精度地成為 90° (π/2)。另一方面，如圖16(B)所示，當將開關信號XS、S設為L、H電平以使開關緩沖器SBl SB4為非高阻抗狀態(tài)時，確認了在以頻率1. 5GHz為中心的頻帶兩個輸出信號的相位差高精度地成為90° (π/2)。圖17是示出本發(fā)明的發(fā)明人實施的針對圖8的多相濾波器的仿真結(jié)果的圖。在這種情況下，雖然在以頻率3GHz為中心的頻帶中兩個輸出信號的相位差高精度地成為了 90°，但是在1.5GHz附近相位差小于90°。因此，不優(yōu)選在1. 5GHz頻帶使用該多相濾波
器，頻帶變窄。在圖13的多相濾波器中，優(yōu)選的是，設定電阻R1、R2和電容Cl、Cla、C2，以使三種截止頻率Fcl、Fcla、Fc2Fcl = 1/2 π RlClFcla = 1/2 JiRl (Cl+Cla)Fc2 = 1/2 π R2C2滿足如下的關系。Fc2_Fcla = Fcl_Fc2通過如此設定，能夠使圖15的頻率特性的高頻帶LO(H)情況的特性和低頻帶 LO(L)情況的特性以頻率Fc2為中心左右對稱。由此，多相濾波器能夠在高頻帶模式和低頻帶模式具有同等的特性。圖18是本實施方式的其他的多相濾波器的電路圖。該多相濾波器除了具有初級的濾波器PPF1，還具有從第二級的濾波器PPF2到第N級的濾波器PPi^n，整體上是N級(N 次)構(gòu)成。初級的濾波器PPFl具有與圖13的初級的濾波器PPFl相同的構(gòu)成，第二級 第 N級濾波器PPF2 PPi^n具有與圖13的第二級濾波器PPF2相同的構(gòu)成，但是電阻值和電容值不同。
并且，只有初級多相濾波器PPFl具有電阻Rl、主電容Cl和副電容Cla，能夠通過開關信號xs、S切換到高的截止頻率Fcl、或者低的截止頻率Fcla。另外，第二級 第N級濾波器PPF2 PPi^n中的每一個的電阻值或者電容值不同，具有分別稍微偏移的截止頻率 Fc2 Fen。而且，與圖13同樣地，輸入2相的輸入信號，生成4相的輸出信號。圖19是示出圖18的多相濾波器的頻率特性的圖。設定各濾波器的電阻值和電容值，以使得初級的濾波器PPFl的兩個截止頻率Fcl、Fcla分別成為最大頻率和最小頻率、第二級 第N級的濾波器PPF2 PPi^n的截止頻率Fc2 Fcn分散于其間的頻率區(qū)域。初級濾波器PPFl的兩個截止頻率成為Fcl = 1/2 π RlClFcla = 1/2 π Rl (Cl+Cla)，并且，第二級 第N級的濾波器PPF2 PPi^n的截止頻率Fc2 Fcn的平均頻率成為Fo2 = (1/(2 π R2C2) +…+1/(2 π RnCn))/(n_l)。并且，通過以開關信號切換初級的濾波器，能夠?qū)⒍嘞酁V波器的動作頻帶切換成圖19中的實線的高頻帶或虛線的低頻帶。在該情況下，優(yōu)選的是，設定各濾波器級的電阻值、電容值，使得滿足Fcl_Fo2 = Fo2_Fcla的關系。通過如此設定，多相濾波器能夠在高頻帶模式和低頻帶模式具有同等的特性。圖20是本實施方式的單邊帶混頻器的接收電路的圖。該接收電路通過低噪聲放大器LNA放大天線AT接收到的接收信號RF，通過下變頻混頻器DMIX的兩個混頻器Ml、M2 將放大的信號與第一本振頻率信號L0I、L0Q相乘。該第一本振頻率信號L0I、L0Q是相位相差90°的余弦波和正弦波。在差分構(gòu)成的情況下，下變頻混頻器DMIX包括正相側(cè)的兩個混頻器Ml、M2和反相側(cè)(負相側(cè))的兩個混頻器Ml、M2。并且，正相側(cè)的第一本振頻率信號L0I、L0Q和反相側(cè)的第一本振頻率信號-L0I、-L0Q分別被提供給對應的兩個混頻器Ml、 M2。多相濾波器PPF具有與前述的實施方式相同的構(gòu)成，輸入由振蕩器10生成的信號(例如單相、2相或者4相的信號)并生成上述的4相的第一本振頻率信號L0I、 L0Q,-LOK-LOQ0并且，頻率控制電路FCON向多相濾波器PPF提供開關信號XS、S，通過切換開關信號XS、S，將其頻帶在高頻側(cè)和低頻側(cè)切換。下變頻混頻器DMIX的后級的正交解調(diào)電路QDEM包括四個混頻器M3、M4、M5、M6、 加法器12、減法器13。分別向混頻器M3、M6提供第二本振頻率信號L0BI，向混頻器M4、M5 提供第二本振頻率信號L0BQ。這些信號LOBI、LOBQ是相位彼此相差90°的余弦波和正弦波。并且，在正交解調(diào)電路QDEM為差分構(gòu)成的情況下，四個混頻器M3 M6分別被設置在正相側(cè)和反相側(cè)，并向正相側(cè)的混頻器提供第二本振頻率信號L0BI、L0BQ，向反相側(cè)的混頻器提供反相的第二本振頻率信號-L0BI、-L0BQ。這些4相的第二本振頻率信號由分頻器DIV生成。另外，向分頻器DIV提供由振蕩器11生成的信號，分頻器生成4相的信號。另外，頻率控制電路FCON根據(jù)接收信號RF的頻帶來切換開關信號XS、S，將其頻
15帶在高頻側(cè)和低頻側(cè)切換。加法器12的輸出和減法器13的輸出經(jīng)由低通濾波器LPF、可變增益放大器、AD轉(zhuǎn)換器ADC被提供給數(shù)字處理器14。通過數(shù)字處理器14進行接收電路所需要的解碼處理等。上述的加法器12也可以是減法器，在這種情況下，減法器13變成加法器。圖21是本實施方式中的單邊帶混頻器的發(fā)送電路的圖。I信號成分和Q信號成分經(jīng)由可變增益放大器VGA和低通濾波器LPF被提供給正交調(diào)制電路QM0D。正交調(diào)制電路QMOD包括四個混頻器M13 M16，分頻器DIV生成的相位相差90°的兩個本振頻率信號 LO(QMOD)(余弦波和正弦波)被如圖所示那樣地提供給四個混頻器M13 M16。并且，設置有對混頻器M13、M15的輸出進行加法運算的加法器22和對混頻器M14、M16的輸出進行減法運算的減法器23。在正交調(diào)制電路QMOD為差分構(gòu)成的情況下，在正相側(cè)和反相側(cè)分別設置四個混頻器M13 M16，并提供正相、反相各兩個本振頻率信號LO(QMOD)。上述的加法器 22可以是減法器，在這種情況下減法器23變成加法器。而且，上變頻混頻器MIX包括兩個混頻器M11、M12，并將多相濾波器PPF生成的相位相差90°的兩個本振頻率信號提供給Mil、M12。在差分構(gòu)成的情況下，在正相側(cè)和反相側(cè)分別設置兩個混頻器Mil、M12，將來自多相濾波器PPF的4相的本振頻率信號提供給對應的混頻器。并且，通過加法器M對混頻器Mil、M12的輸出進行加法運算，經(jīng)由功率放大器 PAMP從天線AT發(fā)送輸出信號RF。通過上述的單邊帶混頻器從該天線AT發(fā)送的信號中去除雜散波。也有將該加法器M變成減法器的情況。在該接收電路中，頻率控制電路FCON也根據(jù)發(fā)送信號RF的頻帶來切換開關信號 XS、S，將其頻帶在高頻側(cè)和低頻側(cè)切換。如上述說明的那樣，本實施方式的多相濾波器PPF能夠在寬的頻帶，高精度地生成具有90°的相位差的4相信號。另外，將該多相濾波器PPF作為本振頻率信號的生成裝置來使用的單邊帶混頻器能夠接收寬頻帶的接收信號或者發(fā)送寬頻帶的發(fā)送信號。產(chǎn)業(yè)上的使用可能性本實施方式的多相濾波器PPF和具有所述多相濾波器PPF的單邊帶混頻器能夠用于例如通信裝置等。符號說明LOin (0)、LOin ( π )輸入信號LOout (0)、LOout ( π /2)、LOout ( π )、LOout (3 π /2) :4 相的輸出信號RlO R40:電阻ClO C40:主電容ClOa C40a 副電容B1、B3:輸入緩沖器SBl SB4 第一至第四開關緩沖器(三態(tài)緩沖器)XS、S:開關信號
權(quán)利要求
1.一種多相濾波器，其輸入輸入信號，并輸出4相的第一至第四輸出信號，其中，所述多相濾波器包括第一至第四電阻，所述第一至第四電阻分別具有輸入端和輸出端； 第一主電容，所述第一主電容被設置在所述第一電阻的輸出端與所述第四電阻的輸入端之間；第二主電容，所述第二主電容被設置在所述第二電阻的輸出端與所述第一電阻的輸入端之間；第三主電容，所述第三主電容被設置在所述第三電阻的輸出端與所述第二電阻的輸入端之間；第四主電容，所述第四主電容被設置在所述第四電阻的輸出端與所述第三電阻的輸入端之間；輸入緩沖器，所述輸入緩沖器輸入所述輸入信號并將其分別輸出給所述第一至第四電阻的輸入端；第一副電容，所述第一副電容與所述第一主電容并列地連接在所述第一電阻的輸出端；第一開關緩沖器，所述第一開關緩沖器輸入被輸入至所述第四電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第一副電容；第二副電容，所述第二副電容與所述第二主電容并列地連接在所述第二電阻的輸出端；第二開關緩沖器，所述第二開關緩沖器輸入被輸入至所述第一電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第二副電容；第三副電容，所述第三副電容與所述第三主電容并列地連接在所述第三電阻的輸出端；第三開關緩沖器，所述第三開關緩沖器輸入被輸入至所述第二電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第三副電容；第四副電容，所述第四副電容與所述第四主電容并列地連接在所述第四電阻的輸出端；以及第四開關緩沖器，所述第四開關緩沖器輸入被輸入至所述第三電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第四副電容，其中，從所述第一至第四電阻的輸出端分別輸出所述第一至第四輸出信號， 所述第一至第四開關緩沖器響應開關信號而被控制為輸出高阻抗狀態(tài)或者不是。
2.一種多相濾波器，其輸入輸入信號，并輸出4相的第一至第四輸出信號，其中，所述多相濾波器包括第一級濾波器單元電路，所述第一級濾波器單元電路輸入所述輸入信號并輸出4相的信號；以及第二級濾波器單元電路，所述第二級濾波器單元電路輸入由所述第一級濾波器單元電路輸出的4相的信號，所述第一級、第二級濾波器單元電路分別包括 第一至第四電阻，所述第一至第四電阻分別具有輸入端和輸出端；第一主電容，所述第一主電容被設置在所述第一電阻的輸出端與所述第四電阻的輸入端之間；第二主電容，所述第二主電容被設置在所述第二電阻的輸出端與所述第一電阻的輸入端之間；第三主電容，所述第三主電容被設置在所述第三電阻的輸出端與所述第二電阻的輸入端之間；以及第四主電容，所述第四主電容被設置在所述第四電阻的輸出端與所述第三電阻的輸入端之間，所述第一級濾波器單元電路包括輸入緩沖器，所述輸入緩沖器輸入所述輸入信號并將其分別輸出給所述第一至第四電阻的輸入端；第一副電容，所述第一副電容與所述第一主電容并列地連接在所述第一電阻的輸出端；第一開關緩沖器，所述第一開關緩沖器輸入被輸入至所述第四電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第一副電容；第二副電容，所述第二副電容與所述第二主電容并列地連接在所述第二電阻的輸出端；第二開關緩沖器，所述第二開關緩沖器輸入被輸入至所述第一電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第二副電容；第三副電容，所述第三副電容與所述第三主電容并列地連接在所述第三電阻的輸出端；第三開關緩沖器，所述第三開關緩沖器輸入被輸入至所述第二電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第三副電容；第四副電容，所述第四副電容與所述第四主電容并列地連接在所述第四電阻的輸出端；以及第四開關緩沖器，所述第四開關緩沖器輸入被輸入至所述第三電阻的輸入端的所述輸入信號并將其輸出給所述第四副電容，其中，從所述第二級單元濾波器電路的所述第一至第四電阻的輸出端分別輸出所述第一至第四輸出信號，所述第一至第四開關緩沖器響應開關信號而被控制為輸出高阻抗狀態(tài)或者不是。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多相濾波器，其中，所述輸入信號包括相位彼此不同的第一、第二輸入信號，所述輸入緩沖器包括第一輸入緩沖器，所述第一輸入緩沖器輸入所述第一輸入信號并將該第一輸入信號輸出給所述第一以及第二電阻的輸入端子；以及第二輸入緩沖器，所述第二輸入緩沖器輸入所述第二輸入信號并將該第二輸入信號輸出給所述第三以及第四電阻的輸入端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多相濾波器，其中，所述輸入信號包括相位彼此不同的第一至第四輸入信號，所述輸入緩沖器包括第一至第四輸入緩沖器，所述第一至第四輸入緩沖器分別輸入所述第一至第四輸入信號并將該第一至第四輸入信號分別輸出給所述第一至第四電阻的輸入端子。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多相濾波器，其中，所述第一級單元濾波器電路的所述主電容和副電容的電容被設定為使得對應于所述第一級單元濾波器電路的所述電阻和主電容的第一頻率與對應于所述第二級濾波器單元電路的所述電阻和主電容的第二頻率之間的差，和對應于所述第一級單元濾波器電路的所述電阻和主電容以及副電容的第三頻率與所述第二頻率之間的差相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多相濾波器，還包括與所述第二級單元濾波器電路的輸出連接的第三級至第N級單元濾波器電路， 其中，從所述第N級單元濾波器電路的所述第一至第四電阻的輸出端分別輸出所述第一至第四輸出信號，所述第一級單元濾波器電路的所述主電容和副電容的電容被設定成使得對應于所述第一級單元濾波器電路的所述電阻和主電容的第一頻率與對應于所述第二級至第N級的單元濾波器電路的所述電阻和主電容的第二至第N頻率的平均頻率之間的差，和對應于所述第一級單元濾波器電路的所述電阻和主電容以及副電容的第三頻率與所述平均頻率之間的差相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多相濾波器，其中，所述輸入緩沖器的驅(qū)動能力和所述第一至第四開關緩沖器的驅(qū)動能力之比與所述主電容和所述副電容的電容比相等。
8.一種多相濾波器，所述多相濾波器輸入相位彼此不同的第一、第二輸入信號，并輸出 4相的第一至第四輸出信號，其中，所述多相濾波器包括第一至第四電阻，所述第一至第四電阻分別具有輸入端和輸出端； 第一主電容，所述第一主電容被設置在所述第一電阻的輸出端與所述第四電阻的輸入端之間；第二主電容，所述第二主電容被設置在所述第二電阻的輸出端與所述第一電阻的輸入端之間；第三主電容，所述第三主電容被設置在所述第三電阻的輸出端與所述第二電阻的輸入端之間；第四主電容，所述第四主電容被設置在所述第四電阻的輸出端與所述第三電阻的輸入端之間；第一緩沖器，所述第一緩沖器輸入所述第一輸入信號并將其輸出給所述第一以及第二電阻的輸入端；第二緩沖器，所述第二緩沖器輸入所述第二輸入信號并將其輸出給所述第三以及第四電阻的輸入端；第一副電容，所述第一副電容與所述第一主電容并列地連接在所述第一電阻的輸出端；第一開關緩沖器，所述第一開關緩沖器輸入所述第二輸入信號并將其輸出給所述第一副電容；第二副電容，所述第二副電容與所述第二主電容并列地連接在所述第二電阻的輸出端；第二開關緩沖器，所述第二開關緩沖器輸入所述第一輸入信號并將其輸出給所述第二副電容；第三副電容，所述第三副電容與所述第三主電容并列地連接在所述第三電阻的輸出端；第三開關緩沖器，所述第三開關緩沖器輸入所述第一輸入信號并將其輸出給所述第三副電容；第四副電容，所述第四副電容與所述第四主電容并列地連接在所述第四電阻的輸出端；以及第四開關緩沖器，所述第四開關緩沖器輸入所述第二輸入信號并將其輸出給所述第四副電容，其中，從所述第一至第四電阻的輸出端分別輸出所述第一至第四輸出信號， 所述第一至第四開關緩沖器響應開關信號而被控制為輸出高阻抗狀態(tài)或者不是
9. 一種多相濾波器，所述多相濾波器輸入相位彼此不同的第一至第四輸入信號，并輸出4相的第一至第四輸出信號，其中，所述多相濾波器包括第一至第四電阻，所述第一至第四電阻分別具有輸入端和輸出端； 第一主電容，所述第一主電容被設置在所述第一電阻的輸出端與所述第四電阻的輸入端之間；第二主電容，所述第二主電容被設置在所述第二電阻的輸出端與所述第一電阻的輸入端之間；第三主電容，所述第三主電容被設置在所述第三電阻的輸出端與所述第二電阻的輸入端之間；第四主電容，所述第四主電容被設置在所述第四電阻的輸出端與所述第三電阻的輸入端之間；第一至第四緩沖器，所述第一至第四緩沖器分別輸入所述第一至第四輸入信號并將該第一至第四輸入信號分別輸出給所述第一至第四電阻的輸入端；第一副電容，所述第一副電容與所述第一主電容并列地連接在所述第一電阻的輸出端；第一開關緩沖器，所述第一開關緩沖器輸入所述第四輸入信號并將其輸出給所述第一副電容；第二副電容，所述第二副電容與所述第二主電容并列地連接在所述第二電阻的輸出端；第二開關緩沖器，所述第二開關緩沖器輸入所述第一輸入信號并將其輸出給所述第二副電容；第三副電容，所述第三副電容與所述第三主電容并列地連接在所述第三電阻的輸出端；第三開關緩沖器，所述第三開關緩沖器輸入所述第二輸入信號并將其輸出給所述第三副電容；第四副電容，所述第四副電容與所述第四主電容并列地連接在所述第四電阻的輸出端；以及第四開關緩沖器，所述第四開關緩沖器輸入所述第三輸入信號并將其輸出給所述第四副電容，其中，從所述第一至第四電阻的輸出端分別輸出所述第一至第四輸出信號，所述第一至第四開關緩沖器響應開關信號而被控制為輸出高阻抗狀態(tài)或者不是。
10.一種接收側(cè)單頻帶混頻器，包括權(quán)利要求1、2、5、6、8、9中任一項所述的多相濾波器，第一本振頻率信號作為所述輸入信號被輸入至所述多相濾波器；下變頻混頻器，所述下變頻混頻器包括第一混頻器和第二混頻器，其中，所述第一混頻器將高頻輸入信號與所述多相濾波器的第一或第三輸出信號相乘，或者將高頻輸入信號與所述多相濾波器的第一以及第三輸出信號相乘，所述第二混頻器將所述高頻輸入信號與所述多相濾波器的第二或第四輸出信號相乘，或者將所述高頻輸入信號與所述多相濾波器的第二以及第四輸出信號相乘；以及正交解調(diào)電路，所述正交解調(diào)電路包括第三、第四混頻器，所述第三、第四混頻器分別將所述第一、第二混頻器的輸出與第二本振頻率信號相乘；第一加減法器，所述第一加法器將所述第三、第四混頻器的輸出相加或相減來輸出I信號；第五、第六混頻器，所述第五、第六混頻器分別將所述第一、第二混頻器的輸出與所述第二本振頻率信號相乘；以及第二加減法器，所述第二加減法器將所述第五、第六混頻器的輸出相減或相加來輸出Q信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收側(cè)單頻帶混頻器，還包括頻帶控制單元，所述頻帶控制單元根據(jù)接收頻帶，向所述第一至第四開關緩沖器提供所述開關信號，以將所述第一至第四開關緩沖器控制為所述高阻抗狀態(tài)或者不是。
12.一種發(fā)送側(cè)單頻帶混頻器，包括正交調(diào)制電路，所述正交調(diào)制電路包括第三、第四混頻器，所述第三、第四混頻器分別將I信號與第二本振頻率信號相乘；第五、第六混頻器，所述第五、第六混頻器分別將Q信號與所述第二本振頻率信號相乘；第一加減法器，所述第一加法器將所述第三和第五混頻器的輸出相加或相減；以及第二加減法器，所述第二加法器將所述第四和第六混頻器的輸出相減或相加；權(quán)利要求1、2、5、6、8、9中任一項所述的多相濾波器，第一本振頻率信號作為所述輸入信號被輸入至所述多相濾波器；以及上變頻混頻器，所述上變頻混頻器包括第一混頻器和第二混頻器，其中，所述第一混頻器將所述第一加減法器的輸出信號與所述多相濾波器的第一或者第三輸出信號相乘，或者將所述第一加減法器的輸出信號與所述多相濾波器的第一以及第三輸出信號相乘，所述第二混頻器將所述第二加減法器的輸出信號與所述多相濾波器的第二或第四輸出信號相乘， 或者將所述第二加減法器的輸出信號與所述多相濾波器的第二以及第四輸出信號相乘。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)送側(cè)單頻帶混頻器，還包括頻帶控制單元，所述頻帶控制單元根據(jù)發(fā)送頻帶，向所述第一至第四開關緩沖器提供所述開關信號，以將所述第一至第四開關緩沖器控制為所述高阻抗狀態(tài)或者不是。
全文摘要
一種4相濾波器，其具有四個單元濾波器，每個單元濾波器具有被輸入輸入信號的電阻和主電容，并經(jīng)由開關緩沖器向與各單元濾波器的主電容并列設置的副電容提供輸入信號，并能夠根據(jù)開關緩沖器是否處于輸出高阻抗狀態(tài)來轉(zhuǎn)換動作頻帶。
文檔編號H04B1/26GK102474236SQ20098016033
公開日2012年5月23日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日
發(fā)明者大石和明 申請人:富士通株式會社