專利名稱：混頻電路及包含混頻電路的通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信裝置使用的混頻電路，特別涉及適用于超寬帶UWB (Ultra Wide Band)通信的混頻電路及包含混頻電路的通信裝置。
背景技術(shù)：
UWB通信，是利用非常寬的頻率帶域進(jìn)行高速大容量的數(shù)據(jù)通信的通 信方式。在利用廣帶域的信號的通信方式中，具有現(xiàn)有技術(shù)的采用頻譜擴 散的方式及正交頻率分割多路復(fù)用(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing),而UWB是利用時間非常短的脈沖的更加廣帶域 的通信方式，又被稱作脈沖無線電(IR: Impulse Radio)方式的通信。 下面，將它記作UWB—IR (超寬帶脈沖無線電)或簡單地記作IR方式。在 IR方式中，不依靠現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)制，只用時間軸操作就可以調(diào)制解調(diào)，可 望簡化電路及降低耗電量(參照專利文獻(xiàn)l、 2、 3)。
首先，圖12 (A)示出現(xiàn)有技術(shù)的IR方式的UWB收發(fā)裝置的典型的方 框圖，該圖(B)、 (C)示出講述其動作概要的時序圖。在這里，使用它們 簡單講述其動作和原理。
要發(fā)送的數(shù)據(jù)，被輸入端子1201。脈沖發(fā)生電路1202產(chǎn)生廣帶域的 脈沖。這時，接收被輸入端子1201的發(fā)送數(shù)據(jù)信號，對產(chǎn)生的脈沖實施 規(guī)定的調(diào)制。作為調(diào)制的方式，經(jīng)常使用錯開產(chǎn)生脈沖的產(chǎn)生位置的脈沖 位置調(diào)制(PPM:Pulse Position Modulation)及使產(chǎn)生脈沖的極性反轉(zhuǎn) 的2相調(diào)制(BPM:Bi—Phase Modulation)等。圖12 (B)示出PPM的波 形，圖12 (C)示出BPM的波形。在該圖中，分別用實線和虛線表示比特l或0。通過發(fā)送天線1203，將這樣產(chǎn)生調(diào)制的脈沖發(fā)射到空間。 [■5]
接著，講述現(xiàn)有技術(shù)的典型的接收裝置的概要。用接收天線1204接 收的信號，被低噪聲放大電路(LNA:Low Noise Amplifier)放大后，發(fā) 送給混頻電路1206。這時，適當(dāng)進(jìn)行除去在傳輸線路中引起的失真的等化 處理。作為失真的例子，有多通路引起的失真及多普勒效應(yīng)引起的頻率的 位移等，
被LNA1205放大的接收信號，發(fā)送給混頻電路1206，與樣板脈沖發(fā)生 電路1208發(fā)生的樣板脈沖相乘?；祛l電路1206是一種乘法電路，輸出2 個信號(這時是接收信號及樣板脈沖)的乘法值?；祛l電路1206輸出的 信號，被積分電路1210平滑化，根據(jù)其結(jié)果發(fā)送的比特信息被判別電路 1212判別，作為解調(diào)輸出被端子1213輸出。就是說，混頻電路1206和積 分電路1210構(gòu)成相關(guān)器，接收信號和樣板脈沖的相關(guān)性，被該電路計算。 判別電路1212根據(jù)相關(guān)性的計算結(jié)果判定(解調(diào))發(fā)送的信號。
現(xiàn)在，根據(jù)圖12 (B)、 (C)的時序圖，講述現(xiàn)有技術(shù)的IR方式的UWB 收發(fā)裝置的動作的概要。
被接收天線1204接收、LNA1205放大的接收信號b，成為圖12 (B)
所示的那種波形。在以下的講述中，實線表示發(fā)送來比特l時，虛線表示 發(fā)送來比特O時。樣板脈沖發(fā)生電路1208，發(fā)生圖12 (B)所示的那種比 特1的樣板脈沖c?；祛l電路1206將接收信號b和樣板脈沖c相乘，輸出 乘法結(jié)果信號e。乘法結(jié)果信號e被積分電路1210積分，除去高頻成分后， 輸入判別電路1212。在判別電路1212中，根據(jù)相關(guān)值的大小，作為發(fā)送 的信息判定。
以上示出檢出比特1的信號時的情況。檢出比特O的信號時，樣板脈 沖發(fā)生電路1208，取代比特l用的樣板脈沖c，發(fā)生比特O用的樣板脈沖 d，混頻電路1206將接收信號b和樣板脈沖d相乘，輸出乘法結(jié)果信號f 。這樣，通常將計算和樣板脈沖的相關(guān)性后解調(diào)的接收方式，稱作"同 步檢波方式"。在同步檢波方式中，樣板脈沖和接收信號的時刻必須完全
一致。在這里列舉的現(xiàn)有技術(shù)的例子中，采用下述方法進(jìn)行同步跟蹤根
據(jù)判別電路1212的判定結(jié)果，調(diào)整樣板脈沖發(fā)生電路1208的樣板脈沖發(fā) 生時刻，以便使相關(guān)值始終成為最大。該動作一般不容易進(jìn)行，但是伴隨 著近來的器件技術(shù)及數(shù)字信號處理技術(shù)的進(jìn)步，驅(qū)使它們后，即使用高頻 也能夠進(jìn)行穩(wěn)定的動作。
圖12 (C)是講述BPM時的現(xiàn)有技術(shù)的IR方式的UWB收發(fā)裝置的動作 的概要的圖形。被接收天線1204接收、LNA1205放大的接收信號g，被混 頻電路1206與樣板脈沖發(fā)生電路1208發(fā)生的樣板脈沖h相乘，成為乘法 結(jié)果信號i。乘法結(jié)果信號i被積分電路1210除去高頻成分，其正負(fù)被判 別電路1212判別后，能夠判定發(fā)送的比特信息是1還是0。即使取代積分 電路1210，使用低通濾波器(LPF)，實質(zhì)上也與取得相關(guān)性等同。
在IR方式的UWB通信中，信號是間歇性的，不象現(xiàn)有技術(shù)的窄帶域 通信那樣，信號是持續(xù)的。因此，眾所周知只在有接收信號(或者預(yù)料 能夠接收信號)時，向接收機的電路供給電源，沒有接收信號時則斷開電 路后，就能夠大幅度地削減整個接收裝置的耗電量(例如參照非專利文獻(xiàn) 1)。
在圖12 (A)中，脈沖發(fā)生電路1202及樣板脈沖發(fā)生電路1208，例 如能夠使用非專利文獻(xiàn)1及非專利文獻(xiàn)2所示的電路。這些電路能夠按照 下述方法設(shè)計可以由數(shù)字電路構(gòu)成，使用CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補性金屬氧化膜半導(dǎo)體)，只在有信號時消耗電 力，沒有信號時不消耗電力。特別是在非專利文獻(xiàn)2中，能夠產(chǎn)生接近構(gòu) 成電路的半導(dǎo)體元件的極限的高頻的短脈沖，可能產(chǎn)生能夠在UWB中使用 的那種帶域非常寬廣的即寬度小的脈沖。而且，可以大大減少不發(fā)信號時 即待機時的電力消耗。
另外，例如在非專利文獻(xiàn)1及非專利文獻(xiàn)3中，還介紹了只在有信號 時使其動作、除此以外的時間電力消耗極小的低噪聲放大電路1205。
圖13是非專利文獻(xiàn)3的低噪聲放大電路1300。低噪聲放大電路1300 為了放大差動的信號而使用2個相同的電路1311、 1312。在電路1311中， N溝道晶體管1301、 1302被稱作柵一陰連接，是將源極接地的N溝道晶體 管1301和柵極接地的N溝道晶體管1302縱向連接后構(gòu)成的放大電路，經(jīng)
常被作為低噪聲放大電路使用。
差動信號RF+被外加給端子1308，經(jīng)過由電容器1305及電感器1304 構(gòu)成的匹配電路后，被外加給源極接地的N溝道晶體管1301的柵極。被N 溝道晶體管1301放大的信號，被端子1306外加給柵極接地(Bias2)的N 溝道晶體管1302，放大后，利用電感器1303產(chǎn)生的電壓降，從而獲得信 號IF+。
端子1309是給予源極接地的N溝道晶體管1301的柵極偏壓(Biasl) 的端子，經(jīng)過電阻1310后外加偏壓(Biasl)。另外，端子1306是給予N 溝道晶體管1302的柵極偏壓(Bias2)的端子，控制該偏壓(Bias2)后， 能夠控制流入放大電路(N溝道晶體管1301、 1302)的電流。就是說，使 放大電路動作時，給予適當(dāng)?shù)钠珘?Bias2);不需要使放大電路動作時， 使該電壓值成為最小(例如成為接地電位)。這時，因為流入電感器1303、 N溝道晶體管1302、 1301的路線的電流成為零，所以不需要使放大電路動 作時，使給予端子1306的電位(Bias2)成為最小，從而使其停止動作后， 能夠使電路電流成為零。在UWB — IR中，沒有信號時，使端子1306的電 位成為最小，從而能夠減少低噪聲放大電路的電力消耗。
在混頻電路1206中，通常能夠使用被廣泛使用的二重平衡電路型混 頻器(又稱作Gilbert電路)。但是特別注重電力時，還可以使用采用CMOS 晶體管等開關(guān)元件的從動型混頻器。
專利文獻(xiàn)l:美國專利第6421389號說明書 專利文獻(xiàn)2:美國專利申請公開第2003/0108133A1號說明書 專利文獻(xiàn)3:美國專利申請公開第2001/0033576號說明書 非專利文獻(xiàn)1: A CMOS IMPULSE RADIO ULTRA—WIDEB認(rèn)D TRANCEIVER FOR IMb/s DATA C薩UNICAIION AND 2. 5cm RANGE FINDINGS T. Terada et. al、 2005Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers、 pp.30 一33
非專利文獻(xiàn)2: A Low —Power Template Generator for Coherent Impulse — RadioUltra Wide — Band Receivers. Jose Luis et. al 、 Proceedings IEEE ICUWB， 2006 pp97 — 102
非專利文獻(xiàn)3: AO. 18um CMOS Switchable Low —Power LNA for Impulse Radio Ultra Wide — Band Receivers. E.Barajas et. al 、 Proceedings IEEE ICUWB，2006
在圖12 (A)所示的UWB—IR方式的通信裝置中，講述了采用只在有 信號時使電路有效的間歇動作的技術(shù)，減少整個電路的電力消耗的情況。 構(gòu)成通信裝置的各電路要素，當(dāng)然要求只在處理UWB—IR的高頻廣帶域的 信號時進(jìn)行高速動作，但特別是脈沖發(fā)生電路1202及樣板脈沖發(fā)生電路 1208、低噪聲放大電路1205，設(shè)計了具備該高速動作性能和間歇動作功能 的優(yōu)異的電路。可是，混頻電路(乘法電路)1206不存在適合于這種動作 的電路?，F(xiàn)有技術(shù)的二重平衡電路型混頻器，不可能進(jìn)行上述那種間歇動 作。另外，不消耗電力的從動型混頻器，存在著變換增益較小的課題。
另外，在現(xiàn)有技術(shù)的UWB—IR方式的通信裝置、特別是在其接收裝置 中，還存在著下述課題必須分別單獨設(shè)計組合必不可少的要素——低噪 聲放大電路、混頻器及樣板脈沖發(fā)生電路后構(gòu)成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述課題中的至少一部分，可以作為以下的形態(tài)或適 用例實現(xiàn)。 [適用例1]
一種混頻電路，其特征在于，是輸出混合第1輸入信號和第2輸入 信號的第1輸出信號和第2輸出信號的混頻電路，包含第l源極接地放 大電路，該第1源極接地放大電路放大所述第1輸入信號；第2源極接地 放大電路，該第2源極接地放大電路放大所述第2輸入信號；第l信號輸 出部，該第l信號輸出部輸出所述第l輸出信號；第2信號輸出部，該第 2信號輸出部輸出所述第2輸出信號；第1晶體管組，該第l晶體管組包 含在所述第1源極接地放大電路和所述第1信號輸出部之間連接的n行m 列(n為2以上的整數(shù)，m為2以上的整數(shù))的晶體管；第2晶體管組， 該第2晶體管組包含在所述第1源極接地放大電路和所述第2信號輸出部 之間連接的n行m列的晶體管；第3晶體管組，該第3晶體管組包含在所 述第2源極接地放大電路和所述第1信號輸出部之間連接的n行m列的晶 體管；第4晶體管組，該第4晶體管組包含在所述第2源極接地放大電路 和所述第2信號輸出部之間連接的n行m列的晶體管；nXmXk個控制信 號線，這些控制信號線輸入了驅(qū)動所述第1晶體管組及所述第2晶體管組 且驅(qū)動所述第3晶體管組及所述第4晶體管組的nXmXk個(k是l或2)
控制信號。
采用該結(jié)構(gòu)后，根據(jù)nXmXk個控制信號，適當(dāng)?shù)厥沟? 第4晶體 管組偏壓后，能夠使混頻電路具有低噪聲放大電路的功能。另外，能夠利 用給予第1 第4晶體管組的柵極的nXmXk個控制信號的給予方法，進(jìn) 行豐富多彩的混頻動作。就是說，nXmXk個控制信號包含斷開第1 第4 晶體管組的那種電位時，給予該電位后，能夠斷開電路、停止動作。這樣， 能夠斷開不要時的電路的動作，減少電力消耗。另外，還能夠利用nXm Xk個控制信號的組合，等效地進(jìn)行比控制信號高的頻率的信號輸入的動 作。特別是因為能夠根據(jù)nXmXk個控制信號控制第1 第4晶體管組， 所以可以利用nXmXk個控制信號的組合，等效地進(jìn)行相當(dāng)于比控制信號高的頻率的信號輸入的動作。特別是處理UWB—IR信號時，能夠不使用UWB 一IR的樣板脈沖地根據(jù)控制信號在內(nèi)部等效地合成，將輸入信號與該等效 地合成的樣板脈沖相乘。
在上述混頻電路中，其特征在于所述nXmXk個控制信號中的至少 一個，包含斷開所述第1晶體管組、所述第2晶體管組、所述第3晶體管 組和所述第4晶體管組的電位。
采用該結(jié)構(gòu)后，在不需要電路動作時，能夠給予斷開第1 第4晶體 管組的電位，從而斷開電路、停止動作。這樣，能夠斷開不要時的混頻電 路的動作，減少電力消耗。特別是處理UWB—IR那樣的間歇性的信號時， 能夠在不輸入脈沖信號時，停止電路的動作，減少電力消耗。
在上述混頻電路中，其特征在于所述nXmXk個控制信號是2值， 所述2值中的一個電位，是斷開所述第1晶體管組、所述第2晶體管組、 所述第3晶體管組和所述第4晶體管組的電位；另一個電位，是給予所述 第1晶體管組、所述第2晶體管組、所述第3晶體管組和所述第4晶體管 組的規(guī)定的偏壓值。
采用該結(jié)構(gòu)后，在不需要混頻電路動作時，能夠給予斷開第1 第4 晶體管組的電位，從而斷開電路、停止動作。另外，使另一個電位成為給 予第1 第4晶體管組的偏壓值后，可以將混頻電路作為匹配放大電路， 從而可以在具有混頻器功能的的基礎(chǔ)上，還具有低噪聲放大電路的功能。
一種通信裝置，其特征在于包含上述混頻電路。
采用該結(jié)構(gòu)后，因為混頻電路集低噪聲放大電路的功能、混頻電路的功能、nXmXk個控制信號帶來的豐富多彩的控制功能、斷開混頻電路節(jié) 電的功能于一身，所以使用該混頻電路的通信裝置，其結(jié)構(gòu)可以極其簡單。
一種通信裝置，其特征在于是接收包含上述混頻電路后構(gòu)成的UWB 一IR信號的通信裝置，所述混頻電路的所述nXmXk個控制信號，包含寬 度比所述UWB — IR信號的樣板脈沖大的脈沖信號。
采用該結(jié)構(gòu)后，由于根據(jù)寬度比上述結(jié)構(gòu)的UWB—IR信號的樣板脈沖 大的(即低頻的)控制信號，控制第1 第4晶體管組后，能夠在混頻電 路內(nèi)等效地產(chǎn)生UWB — IR的樣板信號，所以不需要向混頻電路輸入UWB — IR信號的樣板脈沖之類的高頻廣帶域的信號。進(jìn)而，由于混頻電路同時具 備低噪聲放大電路的功能、混頻電路的功能、根據(jù)控制信號合成樣板信號 的功能、斷開混頻電路省電的功能，所以使用該混頻電路的通信裝置，能 夠使其結(jié)構(gòu)非常簡單。特別是在UWB—IR那種處理間歇性信號的通信裝置 中，非常有效。
一種通信裝置，其特征在于是包含上述混頻電路后構(gòu)成的通信裝置， 所述混頻電路的所述nXmXk個控制信號，至少包含具有頻率f,的成分的 信號和具有頻率f2的成分的信號；接收的信號的頻率f"與所述頻率f, 及所述頻率f2之和或差中的某一個一致。
采用該結(jié)構(gòu)后，由于混頻電路同時具備低噪聲放大電路的功能、混頻 電路的功能、根據(jù)控制信號進(jìn)行豐富多彩的控制的功能、斷開混頻電路省 電的功能，所以使用該混頻電路的通信裝置，能夠使其結(jié)構(gòu)非常簡單。特 別是作為控制信號，使用具有頻率fb f2等2個頻率成分的信號后，可以
在輸出信號中獲得fr一 (f,±f2)的信號。這樣，使(t + f2)或(f,一f2) 與f,一致地進(jìn)行選擇后，能夠?qū)⒔邮招盘栔苯宇l率變換成基帶。因此， 可以構(gòu)成采用等待轉(zhuǎn)換方式的接收裝置，而且因為不使用和接收信號的頻率相同的本地振蕩頻率，所以能夠避免在現(xiàn)有技術(shù)的等待轉(zhuǎn)換方式的接收
裝置中成問題的DC偏置問題。


圖1是表示第1實施方式涉及的混頻電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是表示第1實施方式涉及的混頻電路的端子的時序圖。
圖3是表示產(chǎn)生給予混頻電路的控制信號的邏輯電路的電路圖。
圖4是講述產(chǎn)生給予混頻電路的控制信號的邏輯電路的動作的時序圖。
圖5是表示產(chǎn)生給予混頻電路的控制信號的邏輯電路的電路圖。 圖6是講述第2實施方式涉及的混頻電路的電路圖。 圖7是講述第2實施方式涉及的混頻電路的其它例子的電路圖。 圖8是講述第3實施方式涉及的混頻電路的電路圖。 圖9是講述產(chǎn)生給予第3實施方式涉及的混頻電路的控制信號的電路 的動作的時序圖。
圖10是使用第4實施方式涉及的混頻電路構(gòu)成的UWB—IR的通信裝置。
圖11是使用第5實施方式涉及的混頻電路構(gòu)成的接收機。
圖12是講述現(xiàn)有技術(shù)的UWB—IR的通信裝置的方框圖，及時序圖。
圖13是現(xiàn)有技術(shù)的低噪聲放大電路。
具體實施例方式
下面，參照附圖，講述混頻電路的實施方式。
(第l實施方式) 〈混頻電路的結(jié)構(gòu)〉
首先，參照圖1及圖2，講述第l實施方式涉及的混頻電路的結(jié)構(gòu)。 圖1是表示第1實施方式涉及的混頻電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2是表示第 1實施方式涉及的混頻電路的端子的時序圖。
如圖1所示，混頻電路1由下述部件構(gòu)成第1源極接地放大電路一
一源極接地放大電路11，第2源極接地放大電路——源極接地放大電路 12，第1信號輸出部——信號輸出部21，第2信號輸出部——信號輸出部 22，第1晶體管組——晶體管組31，第2晶體管組——晶體管組32，第3 晶體管組——晶體管組33，第4晶體管組——晶體管組34。
源極接地放大電路ll，由N溝道晶體管lOl (該N溝道晶體管101的 源極端子接地，漏極端子與布線13連接)、電容器105、電感器107和電 阻109構(gòu)成。電容器105及電感器107，在輸入端子103和N溝道晶體管 101的柵極端子之間串聯(lián)。電阻109在電容器105及電感器107的連接線 和輸入端子111之間連接。第1輸入信號——差動信號RF+輸入輸入端子
103。
源極接地放大電路12，由N溝道晶體管102 (該N溝道晶體管102的 源極端子接地，漏極端子與布線14連接)、電容器106、電感器108和電 阻110構(gòu)成。電容器106及電感器108，在輸入端子104和N溝道晶體管 102的柵極端子之間串聯(lián)。電阻110在電容器106及電感器108的連接線 和輸入端子111之間連接。第2輸入信號——差動信號RF—輸入輸入端子
104。
向輸入端子111供給偏置電壓Bias。偏置電壓Bias通過電阻109和 電感器107，外加給N溝道晶體管101的柵極端子。另外，偏置電壓Bias 還通過電阻IIO和電感器108，外加給N溝道晶體管102的柵極端子。
信號輸出部21，由在外加電源電壓VDD的電源端子136和布線23之 間連接的電感器134構(gòu)成。輸出第1輸出信號"^一輸出信號IF—的輸出端 子121與布線23連接。
信號輸出部22，由在電源端子136和布線24之間連接的電感器135構(gòu)成。輸出第2輸出信號——輸出信號IF+的輸出端子120與布線24連 接。
晶體管組31，由(r^)2行(m二)2列的N溝道晶體管112、 113、 114、 115構(gòu)成。N溝道晶體管112、 113，在布線23和布線13之間串聯(lián)。N溝 道晶體管114、 115，在布線23和布線13之間串聯(lián)。N溝道晶體管112的 柵極端子，與控制信號線130連接。N溝道晶體管113的柵極端子，與控 制信號線131連接。N溝道晶體管114的柵極端子，與控制信號線132連 接。N溝道晶體管115的柵極端子，與控制信號線133連接。
晶體管組32，由2行2列的N溝道晶體管116、 117、 118、 119構(gòu)成。 N溝道晶體管116、117，在布線24和布線13之間串聯(lián)。N溝道晶體管118、 119，在布線24和布線13之間串聯(lián)。N溝道晶體管116的柵極端子，與控 制信號線131連接。N溝道晶體管117的柵極端子，與控制信號線132連 接。N溝道晶體管118的柵極端子，與控制信號線133連接。N溝道晶體 管119的柵極端子，與控制信號線130連接。
晶體管組33，由2行2列的N溝道晶體管126、 127、 128、 129構(gòu)成。 N溝道晶體管126、 127，在布線23和布線14之間串聯(lián)。N溝道晶體管128、 129，在布線23和布線14之間串聯(lián)。N溝道晶體管126的柵極端子，與控 制信號線131連接。N溝道晶體管127的柵極端子，與控制信號線132連 接。N溝道晶體管128的柵極端子，與控制信號線133連接。N溝道晶體 管129的柵極端子，與控制信號線130連接。
晶體管組34，由2行2列的N溝道晶體管122、 123、 124、 125構(gòu)成。 N溝道晶體管122、123，在布線24和布線14之間串聯(lián)。N溝道晶體管124、 125，在布線24和布線14之間串聯(lián)。N溝道晶體管122的柵極端子，與控 制信號線130連接。N溝道晶體管123的柵極端子，與控制信號線131連 接。N溝道晶體管124的柵極端子，與控制信號線132連接。N溝道晶體 管125的柵極端子，與控制信號線133連接。
向控制信號線130、 131、 132、 133分別輸入(nXmXk=2X2=Xl) 4 個控制信號G1、 G2、 G3、 G4。然后控制信號Gl、 G2、 G3、 G4輸入構(gòu)成晶 體管組31及晶體管組32的晶體管的柵極，并輸入構(gòu)成晶體管組33及晶 體管組34的晶體管的柵極，驅(qū)動這些晶體管。
在本實施方式中，作為差動信號IF+、 IF—的一個例子，示出UWB — IR信號的情況，如圖2所示，列舉了周期T、脈沖指針數(shù)二4周期的脈沖列。 圖2所示的那種差動信號IF+、 IF—，例如在用平衡型的天線接收上述 UWB — IR信號等時，能夠獲得。這些差動信號IF+、 IF—，分別經(jīng)過由電 容器105、 106和電感器107、 108構(gòu)成的輸入匹配電路，外加給N溝道晶 體管IOI、 102的柵極端子。
串聯(lián)的N溝道晶體管112、 113給予各自的柵極端子相同的電壓后， 可以視為一個溝道長為Ll + L2的晶體管。在這里，Ll、 L2分別是N溝道 晶體管112、 113的溝道長。將串聯(lián)的N溝道晶體管112、 113當(dāng)作一個晶 體管，視為N溝道晶體管101的漏極與之連接后，就可以認(rèn)為這些晶體管 112、 113、 101成為圖13所示的現(xiàn)有技術(shù)的柵一陰連接。
除了上述N溝道晶體管112、 113以外，N溝道晶體管101還與串聯(lián)的 N溝道晶體管114、 115、 N溝道晶體管116、 117、 N溝道晶體管118、 119并聯(lián)。這8個N溝道晶體管112 119的柵極端子，采用圖l所示的那 種連接后，被控制信號線130、 131、 132、 133給予的控制信號G1、 G2、 G3、 G4控制。
分別給予控制信號線130、 131、 132、 133圖2所示的那種控制信號 Gl、 G2、 G3、 G4。這些控制信號G1 G4，假設(shè)取最小值V。、最大值V,的2 值，按照圖2所示的那種順序，經(jīng)過較小的遷移時間后變化。怎樣產(chǎn)生這 種信號將在后文講述。另外，為了便于以后的講述，如圖2所示，將各信 號遷移的時刻定義為tl、 t2、 t9。此外，在圖2中，只放大繪出存在間歇性的UWB—IR信號的部分。實際上，沒有信號的時刻tl以前及時刻t9 以后的時間，遠(yuǎn)比時刻U t9的期間長。
現(xiàn)在，將最小值V。作為在圖1中斷開N溝道晶體管H2 119及N溝 道晶體管122 129的那種低電壓值，將最大值V,作為把這些串聯(lián)的N溝 道晶體管112 119及N溝道晶體管122 129視為一個柵極接地級的晶體 管時的柵極偏壓值。這樣地選擇最小值V。及最大值V,后，N溝道晶體管112、 113就如圖2所示，在控制信號G1、 G2都成為最大值V,的時刻t2 t3的 期間及時刻t6 t7的期間，作為柵極接地級動作。同樣，N溝道晶體管 114、 115在控制信號G3、 G4都成為最大值V,的時刻t4 t5的期間及時 刻t8 t9的期間，作為柵極接地級動作。另外，N溝道晶體管126、 127 在控制信號G2、 G3都成為最大值V,的時刻t3 t4的期間及時刻t7 t8 的期間，作為柵極接地級動作；N溝道晶體管128、 129在控制信號G1、 G4都成為最大值V,的時刻tl t2的期間及時刻t5 t6的期間，作為柵 極接地級動作。
因此，在時刻tl t2的期間中，電感器134檢出被N溝道晶體管102 (反轉(zhuǎn))放大、進(jìn)而被柵極接地級(該柵極接地級由N溝道晶體管128、 129產(chǎn)生)放大的信號。另外，同樣在時刻t2 t3的期間中，電感器134 檢出被N溝道晶體管101放大、進(jìn)而被串聯(lián)的N溝道晶體管112、 113放 大的信號。以下同樣，在每個周期T/2中，切換N溝道晶體管101、 102 的漏極輸出，電感器134檢出用串聯(lián)的晶體管產(chǎn)生的柵極接地級放大的信 號，作為輸出信號IF—向輸出端子121輸出。
另一方面，電感器135利用與上述互補性的連接即利用N溝道晶體管 116、 117在時刻t3 t4的期間及時刻t7 t8的期間，還利用N溝道晶體 管118、 119在時刻tl t2的期間及時刻t5 t6的期間，柵極接地放大N 溝道晶體管101的漏極輸出，進(jìn)而利用N溝道晶體管122、 123在時刻t2 t3的期間及時刻t6 t7的期間，還利用N溝道晶體管124、 125在時刻 t4 t5的期間及時刻t8 t9的期間，柵極接地放大N溝道晶體管102的漏極輸出，作為輸出信號IF+向輸出端子120輸出。
總而言之，分別將最大值V,、最小值V。應(yīng)用于2值信號的真、偽后， 邏輯式Ga=Gl XG4+G2XG3為真時，進(jìn)入輸入端子103的差動信號RF+就 被輸出端子120 (反轉(zhuǎn))放大后輸出，進(jìn)入輸入端子104的差動信號RF— 則被輸出端子121 (反轉(zhuǎn))放大后輸出。另外，邏輯式Gb=GlXG2+G3X G4為真時，進(jìn)入輸入端子104的差動信號RF—就被輸出端子120 (反轉(zhuǎn)) 放大后輸出，進(jìn)入輸入端子103的差動信號RF+則被輸出端子121放大后 輸出。上述2個邏輯式Ga、 Gb都非真時即時刻tl以前或時刻t9以后， 混頻電路1被斷開，不消耗電力。這樣，就輸出上述2個邏輯式Ga、 Gb 產(chǎn)生的2值信號之差Ga—Gb和差動信號RF+、 RF—的乘法結(jié)果。
象圖2那樣地設(shè)定控制信號G1 G4后，圖2的2值信號之差Ga—Gb 就和UWB —IR通信使用的樣板信號等效，該混頻電路1可以發(fā)揮低噪聲放 大電路、乘法電路及樣板脈沖發(fā)生電路的一部分功能。就是說，在圖12 (A)所示的現(xiàn)有技術(shù)的UWB — IR接收機結(jié)構(gòu)圖中，可以置換低噪聲放大 電路1205、乘法電路1206及樣板脈沖發(fā)生電路1208的一部分后使用。在 本實施方式的混頻電路l中，不需要從外部供給樣板脈沖。在UWB—IR通 信中，作為樣板信號使用的樣板脈沖，速度非常高，常常成為構(gòu)成機器的 元件的極限頻率程度。但是在本實施方式的混頻電路l中，不需要產(chǎn)生這 種高速的信號。另外，本實施方式的混頻電路l因為沒有樣板脈沖時不消 耗電力，所以不象現(xiàn)有技術(shù)那樣需要控制電路電源的通、斷的開關(guān)電路。
圖3是生成以上講述的控制信號G1 G4的邏輯電路300的一個例子， 圖4是生成控制信號G1 G4的邏輯電路300的時序圖。以下，為了便于 講述，將否定邏輯和電路(NOR) 301、 302、 303、 304的輸出分別作為Ql、 Q2、 Q3、 Q4，為了表示各自的輸出值的狀態(tài)，例如記作(Ql、 Q2、 Q3、 Q4) 二 (L、 L、 H、 H)，或者簡單地記作(LLHH)。它表示N0R301、 302的輸出 值為偽、N0R303、 304的輸出值為真?？刂齐娐?05接收輸入端子311的圖4所示的啟動信號SS，產(chǎn)生旨在 將邏輯電路300初始化信號IS。另外，端子310始終被輸入偽(L)。NOR301、 304可以是2輸入NOR，但是為了保持和N0R302、 303的對稱性而連接3 輸入NOR。在邏輯電路300中，N0R301的輸出信號Ql成為Q1=X(Q2 + Q4)， N0R302的輸出信號Q2成為Q2=X (Q1+Q3 + IS)， N0R303的輸出信號Q3 成為Q3=X (Q1+Q4+IS)， ,304的輸出信號Q4成為Q4=X (Q2 + Q3)。在 這里，X是表示邏輯的否定的信號，前置于邏輯式或邏輯值后，表示該邏 輯的否定。
下面，參照圖4的時序圖，講述圖3的邏輯電路300的動作。
首先，在時刻tb以前的靜止?fàn)顟B(tài)中，控制電路305產(chǎn)生的初始化信 號IS成為H，因此成為(Q2、 Q3) = (L、 L)。這樣，就成為(Ql、 Q4) 二 (L、 H)。就是說，在時刻tb以前，持續(xù)保持(Ql、 Q2、 Q3、 Q4) = (L、 U L、 H)的狀態(tài)。
在時刻ta中，啟動信號SS上升后，與之呼應(yīng)，控制電路305為了使 電路動作而使初始化信號IS下降。就是說，從時刻ta開始，伴隨著延遲， 在時刻tb中變化成為IS二L。
初始化信號IS =L時，NOR301和N0R302形成RS觸發(fā)器電路。由于 NOR303和NOR304也同樣形成RS觸發(fā)器電路，施加正反饋地連接，所以邏 輯電路300開始振蕩。就是說，伴隨著NOR.的電路動作的延遲，時刻tl 以后，Ql、 Q2、 Q3、 Q4就(LHLH) — (LHHL) — (HLHL) — (HLLH)地變 化?？刂齐娐?05監(jiān)視Q3或Q4，在脈沖指針數(shù)成為規(guī)定的值時，使初始 化信號IS W后，能夠停止上述振蕩，能夠恢復(fù)初始的靜止?fàn)顟B(tài)。
使上述輸出信號Q1、 Q2、 Q3、 Q4與GhQ2、 G2=Q3、 G3二Q1、 G4二 Q4 對應(yīng)后，就成為圖1的控制信號Ql、 Q2、 Q3、 Q4。可以將合成邏輯電路 300產(chǎn)生的輸出信號Ql、 Q2、 Q3、 Q4后生成的樣板脈沖，設(shè)定成取決于N0R301 304的延遲量的遷移時間。雖然可能與UWB — IR通信能夠使用的 那種短樣板脈沖對應(yīng)，但是上述控制信號Ql、 Q2、 Q3、 Q4是速度遠(yuǎn)比樣 板脈沖低的信號，這使邏輯電路300的電路構(gòu)成非常容易。此外，作為樣 板脈沖使用時的頻率調(diào)整，可以采用控制N0R301 304的電源電壓，或者 將成為負(fù)荷的小電容的電容附加給輸出后調(diào)整其負(fù)荷量等方法，與目的頻 率一致。
圖5示出生成控制信號G1 G4的其它邏輯電路500的一個例子。在 圖5中，利用晶體管501、 502、 503、 504、 505形成差動放大電路。N溝 道晶體管501形成限制電路電流的電流源，限制電路電流?？刂圃撾娐冯?流后，差動放大電路的應(yīng)答時間變化，能夠控制信號傳遞的延遲量。就是 說，能夠與由端子516外加給N溝道晶體管501的柵極的電壓VS對應(yīng)， 控制產(chǎn)生的信號的脈沖寬度。
P溝道晶體管504、 505，是用N溝道晶體管502、 503形成的差動放 大級的負(fù)荷，P溝道晶體管504、 505的柵極與相互的漏極連接，形成所謂 的交叉耦合電路。該連接強調(diào)相互的變化，使信號遷移的偏移最小。N溝 道晶體管507是旨在固定初始狀態(tài)的開關(guān)，可以根據(jù)被端子515外加的初 始化信號IS切換初始狀態(tài)和動作狀態(tài)。就是說，初始化信號IS的電位較 高時，強制性地使N溝道晶體管507成為接通狀態(tài)，強制性地使P溝道晶 體管505的漏極電位(Q2)成為L，邏輯電路500被固定為初始的狀態(tài)。 另外，初始化信號IS的電位較低時，N溝道晶體管507斷開，邏輯電路 500成為動作狀態(tài)。N溝道晶體管506的柵極電位被始終固定為接地電位， 始終成為斷開狀態(tài)。該N溝道晶體管506雖然幾乎不給動作帶來直接影響， 但是為了獲得差動放大器的動作的良好的平衡性(對稱性)而附加。
由晶體管508 514形成的電路，和以上講述的由晶體管501 507形 成的電路同樣，構(gòu)成差動放大電路。將這2個差動放大電路縱向連接，進(jìn) 行圖5所示的那種連接，從而使輸出成為正反饋地返回輸入側(cè)后，就成為 具有4相的輸出的振蕩電路。利用和圖3的電路同樣的動作，控制外加給端子515的初始化信號IS后，能夠獲得上述控制信號Q1、 Q2、 Q3、 Q4。 就是說，使晶體管504、 505、 511、 512的漏極的輸出信號為Q1、 Q2、 Q3、 Q4，分別被緩沖器518緩沖放大后取出，就分別成為控制信號Q3、 Ql、 Q2、 Q4。
采用以上講述的本實施方式后，可以獲得以下效果。
在本實施方式的混頻電路l中，可以利用給予串聯(lián)的晶體管的控制信 號(Q1 Q4)，在不需要電路動作時，進(jìn)行斷開混頻電路1的間歇動作。 這樣，在UWB—IR那樣利用間歇信號的通信裝置中，使用混頻電路l后， 能夠削減整個裝置的耗電量。
另外，在本實施方式的混頻電路l中，因為還可以視為在低噪聲放大 電路的柵一陰連接中將混頻器裝入柵極接地級的電路，所以可以在具有混 頻器功能的基礎(chǔ)上，還具有低噪聲放大電路的功能。而且，在現(xiàn)有技術(shù)的 低噪聲放大電路和混頻電路中，電流分別從電源流出，與此不同，在混頻 電路1中，電流流過的線路成為一個。因此，與采用現(xiàn)有技術(shù)的電路結(jié)構(gòu) 相比，能夠削減電路消耗的電力。
進(jìn)而，在現(xiàn)有技術(shù)中，向混頻器輸入樣板波形，進(jìn)行和接收信號的乘 法運算。與此不同，在混頻電路l中，通過柵極接地級的邏輯合成，來合 成樣板脈沖。因此，不需要向混頻器輸入樣板脈沖，可以只輸入頻率遠(yuǎn)比 樣板脈沖低的信號。就是說，不需要為了混頻電路l的輸入而生成樣板脈 沖。這樣，在UWB—IR之類必須處理接近電路元件的極限的那種高頻的樣 板脈沖時，電路設(shè)計非常容易。
另外，在現(xiàn)有技術(shù)的UWB — IR的接收機的結(jié)構(gòu)中，要求輸入混頻器的 樣板脈沖具有很大的振幅，因此必須具備將用適當(dāng)?shù)臉影迕}沖發(fā)生電路產(chǎn) 生的樣板脈沖放大的驅(qū)動器電路。由于處理的頻率高，所以這些電路的設(shè) 計頗為棘手。而在本實施方式中，由于利用輸入混頻電路l的控制信號的組合，就能夠合成樣板脈沖，所以輸入混頻電路l的信號，可以是頻率遠(yuǎn) 比樣板脈沖的頻率低的信號，設(shè)計容易。能夠省略在現(xiàn)有技術(shù)中必不可少 的驅(qū)動器電路等電路，還能夠進(jìn)而進(jìn)一步節(jié)電。
進(jìn)而，使用現(xiàn)有技術(shù)的混頻電路構(gòu)成使接收信號直接成為基帶的所謂 直接轉(zhuǎn)換方式的接收機時，還存在著產(chǎn)生所謂DC偏置的嚴(yán)重的問題，即 本地振蕩器產(chǎn)生的本地信號泄漏到無線信號(差動信號RF)側(cè)后，該信號 被電路的失配等反射，它在本身的本地信號的作用下，被變換成直流成分。 在本實施方式的混頻電路1中，由于相當(dāng)于本地信號的信號可以不具有和 無線信號相同的頻率成分，所以不會產(chǎn)生上述那種DC偏置之類的問題。 本實施方式的混頻電路1在現(xiàn)有技術(shù)的采用窄帶域的信號進(jìn)行的通信中， 效果也非常大。
(第2實施方式)
接著，講述混頻電路的第2實施方式。在第1實施方式中，信號輸 出部21、 22使用電感器134、 135，將放大的電流信號變換成電壓后取出。 一般地說，將混頻電路(乘法電路)作為UWB—IR使用的乘法電路及接收 機的混頻電路用于頻率變換時，取出的信號的頻率低于輸入信號。這時， 如果利用電感器取出信號，就需要較大的值的電感器。在集成電路上形成 電感器時，難以搭載可以獲得足夠大的振幅值的很大的電感器，這時信號 振幅還往往變小。
在本第2實施方式中，示出2個與上述情況對應(yīng)的例子。圖6是取代 圖1的電感器134、 135，使用連接電阻601、 602的信號輸出部621、 622 的混頻電路600的例子。采用這樣結(jié)構(gòu)后，混頻電路600可以不依賴電感 值地取出低頻率成分的信號。在圖6的混頻電路600中，為了取出很大的 信號，電阻601、 602引起很大的電壓降。因此，要獲得很大的信號，就 必須提高電源電壓VDD。
圖7是取代圖1的信號輸出部21、 22，使用信號輸出部721、 722的混頻電路700的例子?；祛l電路700可以不引起很大的電壓降地取出很大 的信號。P溝道晶體管703、 704被二極管連接，分別和P溝道晶體管705、 706構(gòu)成電流反射鏡電路。就是說，用P溝道晶體管703、 704檢出的信號 電流，被P溝道晶體管705、 706復(fù)制后輸出。這些電流反射鏡電路是電 流源，具有非常高的阻抗，所以設(shè)計容易與旨在構(gòu)成相關(guān)電路的后級連接 的積分電路。就是說，只要象圖示的那樣連接電容器707、 709，就可以獲 得足夠的性能。此外，開關(guān)708、 710是旨在釋放開始積分時被電容器充 電的電荷、恢復(fù)初始狀態(tài)的復(fù)位開關(guān)。
(第3實施方式)
再接著，講述混頻電路的第3實施方式。在第1實施方式中，示出 由2行2列的晶體管構(gòu)成晶體管組31 34的情況。如果增加晶體管組31 34的晶體管的數(shù)量，就可以使控制信號的脈沖寬度更長。這樣，可以使控 制信號的頻率成分更低，電路設(shè)計更加容易。在本第3實施方式中，講述 使用由2行2列的晶體管構(gòu)成的晶體管組831 834的混頻電路800?；祛l 電路800，各控制信號只進(jìn)行1次遷移，作為例子，可以進(jìn)行和第l實施 方式同樣的脈沖指針數(shù)4的樣板脈沖的乘法運算，但并不局限于這種情況， 如果增加?xùn)艠O接地級的數(shù)量，就可以檢出更多的脈沖指針數(shù)的脈沖。
圖8 (A)是第3實施方式的混頻電路800，圖8 (B)是旨在產(chǎn)生控制 信號的電路圖例。在圖8 (A)中，除了由串聯(lián)晶體管形成的柵極接地級以 外，都和圖l相同，為使敘述簡潔，對進(jìn)行和圖1的電路同樣的動作之處， 賦予和圖l相同的符號，不再贅述。
在圖8 (A)中，用點劃線的橢圓835包圍的端子組，是輸入(nXrn Xk = 2X4X2=) 16個控制信號D1 D8、 XD2 XD9的端子，分別按照下 面講述的規(guī)則，與柵極接地級的晶體管801 832的柵極連接。關(guān)于控制 信號D1 D8、 XD2 XD9的生成方法，將在后文參照圖8 (B)講述。另外， 圖9是為了補充講述控制信號D1 D8、 XD2 XD9以及它們的動作的時序 圖。
晶體管組831的N溝道晶體管801 808，將被柵極接地級的N溝道晶 體管101放大的信號柵極接地放大，由電感器134向輸出端子121輸出。
晶體管組832的N溝道晶體管809 816，將被柵極接地級的N溝道晶 體管101放大的信號柵極接地放大，由電感器135向輸出端子120輸出。
晶體管組834的N溝道晶體管817 824，將被柵極接地級的N溝道晶 體管102放大的信號柵極接地放大，由電感器135向輸出端子120輸出。
晶體管組833的N溝道晶體管825 832，將被柵極接地級的N溝道晶 體管102放大的信號柵極接地放大，由電感器134向輸出端子121輸出。
和上述第1實施方式講述的同樣，將控制信號D1 D8、 XD2 XD9作 為取最小值V。、最大值V,的2值的信號，將它視為邏輯值后，N溝道晶體 管801、 802就在控制信號D1和XD2的邏輯積為真時，作為柵極接地放大 電路動作，其它的時候斷開。晶體管組831的其它N溝道晶體管803 808， 形成3組串聯(lián)對，各組在控制信號D3和XD4、 D5和XD6、 D7和XD8的邏 輯積為真時，作為柵極接地放大電路動作，其它的時候斷開。就是說，晶 體管組831將i作為偶數(shù)時，Di-,和XDi的邏輯積為真時，作為柵極接地放
大電路動作，其它的時候斷開。
晶體管組834的N溝道晶體管817 824，由于采用和晶體管組831 的其它N溝道晶體管803 808完全相同的連接方式，所以在Dh和XDi的 邏輯積為真時，作為柵極接地放大電路動作，其它的時候斷開。
晶體管組832的N溝道晶體管809 816及晶體管組833的N溝道晶 體管825 832，在Di和XDi+,的邏輯積為真時，作為柵極接地放大電路動 作，其它的時候斷開。
這樣，Dw和XDi的邏輯積為真時，被N溝道晶體管101源極接地放大 的信號，就被晶體管組831的N溝道晶體管801 808柵極接地放大，然 后被輸出端子121輸出。另外，這時被N溝道晶體管102源極接地放大的 信號，則被晶體管組834的N溝道晶體管817 824柵極接地放大，然后 被輸出端子120輸出。
Di和XDi+i的邏輯積為真時，被N溝道晶體管101源極接地放大的信號， 就被晶體管組832的N溝道晶體管809 816柵極接地放大，然后被輸出 端子120輸出。另外，這時被N溝道晶體管102源極接地放大的信號，則 被晶體管組833的N溝道晶體管825 832柵極接地放大，然后被輸出端 子121輸出。
在D卜'禾卩XDi的邏輯積及Di和XDi+1的邏輯積中，如果在i=2 8時均取 總和(總邏輯和)，就成為圖9的SUM1、 SUM2那樣的信號。將這2個信號 SUM1、 SUM2視為差動信號后，就成為UWB—IR使用的樣板信號。
通過以上的動作說明，適當(dāng)生成控制信號D1 D8、 XD2 XD9，使這些 Dh禾卩XDi的邏輯積及Di和XDiw的邏輯積生成的信號成為樣板脈沖后，混 頻電路800的輸出端子120、 121就可以獲得將該樣板脈沖和被輸入端子 103、 104外加的差動信號IF+、 IF—放大后進(jìn)行乘法計算的結(jié)果。
下面，參照圖8 (B)的邏輯電路及圖9的表示動作的時序圖，講述控 制信號D1 D8、 XD2 XD9的生成方法。
延遲電路841 849，是差動型的延遲電路。延遲電路841 849，是 伴隨著規(guī)定的延遲差動輸出差動信號的延遲電路。能夠使用由圖3的 N0R301、 302 (或303、 304)構(gòu)成的觸發(fā)器電路及由圖5的晶體管501 505 (或508 512)構(gòu)成的差動放大電路等。另外，還經(jīng)常使用用交叉耦 合變換器結(jié)合電流被限制的變換器的輸出的電路等?，F(xiàn)在，假設(shè)將DO、 XD0作為啟動信號輸入延遲電路841后，伴隨著規(guī) 定的延遲，輸出控制信號XD1、 Dl。下面，信號依次伴隨著延遲，被延遲 電路842 849輸出，被輸出D2 D9、 XD2 XD9。此外，在本第3實施方 式的混頻電路800中，不使用XD1及D9。
在Dh禾卩XDi的邏輯積及Di和XDi+1的邏輯積中，如果在i=2 8時均取 總和(總邏輯和)，就成為圖9的SUM1、 SUM2那樣的信號。將這2個波形 視為差動信號后，就是UWB—IR使用的脈沖指針數(shù)4的脈沖，控制延遲電 路841 849的延遲量，使其與UWB—IR使用的脈沖的周期一致后，就成 為UWB — IR使用的樣板波形。在第l實施方式中，為了規(guī)定脈沖指針數(shù)， 需要記數(shù)指針數(shù)的控制電路305。而在本第3實施方式中，由于根據(jù)延遲 電路的數(shù)量和柵極接地放大級的串聯(lián)晶體管的組數(shù)，自動決定脈沖指針 數(shù)，所以不需要這種電路。脈沖指針數(shù)增多后，串聯(lián)晶體管的數(shù)量也增多， 寄生電容等寄生元件的影響令人擔(dān)憂，但是數(shù)量變多的是柵極接地級，柵 極接地級的輸出入阻抗通常遠(yuǎn)比寄生元件低，其影響不會變大。
這樣，采用本第3實施方式的混頻電路800后，能夠不生成UWB—IR 的樣板信號地低噪聲放大接收信號，而且可以獲得與樣板信號進(jìn)行乘法計 算的結(jié)果。此外，由于沒有接收信號時，能夠?qū)㈦娐返碾娏鲾嚅_，所以待 機時的耗電量非常低。另外，因為不需要產(chǎn)生樣板脈沖，延遲電路列的1 次狀態(tài)遷移，能夠產(chǎn)生l次板脈沖，所以能夠大大減小要求進(jìn)行高速動作 的電路。
在以上講述中，用啟動信號DO的上升，產(chǎn)生由Dw和XDi的邏輯積及 Di和XDi+,的邏輯積生成的信號，這時執(zhí)行和接收信號的乘法運算。但是對 電路稍加變更后，能夠在DO下降時也執(zhí)行和樣板信號的乘法運算。這時， 因為在延遲電路列消耗電力的上升和下降的兩者的信號遷移時也可以進(jìn) 行乘法運算，所以能夠增加按照電路消耗電力平均的可接收的信息量。因 此，將各控制信號與柵極接地放大級的串聯(lián)晶體管的柵極連接，進(jìn)而在晶 體管組831 834的基礎(chǔ)上，安裝、并聯(lián)4個晶體管組，以便使電路在Di-,和XDi的邏輯積及Di和XDi+,的邏輯積的狀態(tài)下動作。
本第3實施方式的混頻電路800，在低噪聲放大、不從外部輸入高速 的樣板信號地對該放大的信號和樣板信號進(jìn)行乘法運算，而且處理間歇性 的信號的UWB—IR之類的通信裝置中，同時具備可以進(jìn)行只在具有有效的 信號時才消耗電力的間歇動作的開關(guān)功能。這樣，將本第3實施方式的混 頻電路800用于UWB—IR的通信裝置特別是用于接收裝置后，能夠大幅度 降低裝置的耗電量和簡化其結(jié)構(gòu)。
Luuy^ j
(第4實施方式)
再接著，講述混頻電路的第4實施方式。圖10示出使用上述實施方 式的混頻電路構(gòu)成UWB—IR的通信裝置的例子。圖10 (A)示出發(fā)送裝置。 要發(fā)送的數(shù)據(jù)，輸入端子1001。脈沖發(fā)生電路1002產(chǎn)生廣帶域的脈沖。 這時，接收輸入端子1001的發(fā)送數(shù)據(jù)信號，對產(chǎn)生的脈沖實施規(guī)定的調(diào) 制。作為調(diào)制的方式，經(jīng)常使用錯開產(chǎn)生脈沖的產(chǎn)生位置的脈沖位置調(diào)制 (PPM:Pulse Position Modulation)及使產(chǎn)生脈沖的極性反轉(zhuǎn)的2相調(diào) 制(BPM:Bi—Phase Modulation)等。通過發(fā)送天線1003，將產(chǎn)生調(diào)制的
脈沖發(fā)射到空間。
在這里，能夠在脈沖發(fā)生電路1002中使用上述實施方式的混頻電路。 就是說，作為源極接地級的輸入信號，可以將應(yīng)該串行化后發(fā)送的信息作 為基帶信號，輸入輸入端子103、 104 (圖1、 6、 7、 8)。這時，采用PPM 發(fā)送時，為了使脈沖位置錯開而調(diào)整啟動信號(相當(dāng)于圖3的初始化信號 IS、圖8的D0、 XD0)的時刻。另外，采用BPM時，則與啟動信號同步地 變更輸入端子103、 104的信號的極性。上述實施方式的混頻電路，因為 根據(jù)基帶信號和控制信號Q1 Q4 (圖1、 3、 5、 7)或D1 D8及XD2 XD9 (圖8、 9)的邏輯，輸出在混頻電路內(nèi)合成的樣板脈沖(圖2的Ga Gb、 圖9的SUM1、 SUM2)和上述基帶信號的乘法計算值，所以也能夠同時進(jìn)行 UWB — IR的調(diào)制。
接著，用圖10 (B)講述使用上述實施方式的混頻電路的接收裝置的 結(jié)構(gòu)。用天線1004接收的信號，輸入上述實施方式的混頻電路1005。作 為混頻電路1005，可以使用圖l、 6、 7、 8所示的混頻電路1、 600、 700、 800。這些混頻電路1、 600、 700、 800，能夠處理差動信號，所以天線1004 也能夠使用平衡型的天線。處理差動信號后，可以實現(xiàn)電路的低電源電壓 化、減少信號失真等。上述實施方式的混頻電路，由于同時具備低噪聲放 大的功能、產(chǎn)生樣板信號及與放大的信號進(jìn)行乘法運算的功能，所以能夠 用一個電路進(jìn)行上述動作。電路1006是產(chǎn)生發(fā)送給混頻電路1005的控制 信號的電路，可以使用圖3、圖5或圖8 (B)所示的電路。
被混頻電路1005放大、與樣板脈沖相乘后的接收信號，被積分電路 1007平滑化，判別電路1008判別根據(jù)其結(jié)果發(fā)送的比特信息，作為解調(diào) 輸出，由端子1009輸出。就是說，混頻電路1005和積分電路1007構(gòu)成 相關(guān)器，接收信號和樣板脈沖的相關(guān)性，被該電路計算。根據(jù)相關(guān)性的計 算結(jié)果，判定(解調(diào))發(fā)送的信號。在判別電路1008中，還負(fù)責(zé)控制整 個電路，與解調(diào)的信號同步，估計下一個信號到來時的時刻，向混頻電路 1005的產(chǎn)生控制信號的電路1006發(fā)送啟動信號，使其產(chǎn)生給予混頻電路 1005的控制信號。
上述實施方式的混頻電路，由于同時具備低噪聲放大的功能、產(chǎn)生樣 板信號及與放大的信號進(jìn)行乘法運算的功能，所以電路的結(jié)構(gòu)極其簡化。 另外。上述實施方式的混頻電路在不輸入啟動信號的靜止?fàn)顟B(tài)(待機狀態(tài)) 時，消耗電流僅為電路元件的泄漏電流，非常小。因此，可以大大降低系 統(tǒng)的耗電量。
采用本第4實施方式的上述結(jié)構(gòu)，還可以使發(fā)送裝置、接收裝置共用 同一個混頻電路。這樣，構(gòu)成收發(fā)機一體化的對講機裝置時，可以使結(jié)構(gòu) 更加簡化。
(第5實施方式)再接著，講述混頻電路的第5實施方式。在上述實施方式中，作為取
2值的數(shù)字值；講述了輸入混頻電路的控制信號，但是還能夠輸入正旋波 那樣的模擬信號。
輸入模擬信號時，在圖l、圖6、圖7的需要4個控制信號的電路中， 將控制信號分作二組Gl和G3或G2和G4，分別輸入差動的信號vbl±Vl、
Vb2±V2。在這里，Vbl、 Vb2是各組的信號的同相成分，是給予信號的偏壓。 作為vw、 vb2，通常電壓給予一定的電流。另外，v,、 V2是差動成分，是模 擬的控制信號。
這樣地外加信號后，如果使輸入信號(給予輸入端子103、 104的信 號的差動成分)為v"那么輸出端子出現(xiàn)的輸出信號就包含用這3個差動
成分的積表示的信號成分V,XV2XVr。因此，作為Vr、 Vl、 v2，考慮頻率fr、
f,、f2的正弦波后，輸出中就包含f r士f,士f2的頻率成分。
如果設(shè)定f ,L + f2 (或fff2 = f r /2)， Vr被頻率變化，就能夠直接 成為基帶。這時，由于本地振蕩電路的頻率和Vr的頻率不同，所以在許多
等待轉(zhuǎn)換方式的接收機中，不會產(chǎn)生成問題的DC偏置。這樣，不局限于 UWB，在通常的使用窄帶域信號(該窄帶域信號采用相位調(diào)制、頻率調(diào)制
或振幅調(diào)制)進(jìn)行通信的接收機中，也能夠使其結(jié)構(gòu)大大簡化。
圖11是根據(jù)上述原理構(gòu)成接收機時的方塊圖。用天線1101接收的接 收信號，直接輸入上述實施方式的混頻電路1102。上述實施方式的混頻電 路，因為還同時具備低噪聲放大的功能，所以前置于混頻器，不需要設(shè)置 低噪聲放大電路。在這里，可以使用圖l、圖6或圖7講述的電路。
本地振蕩電路1103、 1104，分別振蕩頻率f,、 f2。現(xiàn)在，假設(shè)要接收 的信號的頻率為L，設(shè)定f一f, + f2后，接收信號就被變換成基帶信號。 電路1105由只從被混頻電路1102變換的信號中取出基帶成分的濾波器及 解調(diào)電路構(gòu)成。按照接收信號的(相位調(diào)制、頻率調(diào)制、振幅調(diào)制等的)調(diào)制方式，解調(diào)接收信號，復(fù)原接收的信息。本地振蕩電路1103、 1104 利用相位固定環(huán)路等，跟蹤接收信號，進(jìn)行始終使接收信號和載波的相位 差保持一定等的控制，還可以獲得很高的接收功能。
采用上述結(jié)構(gòu)后，能夠簡單地構(gòu)成等待轉(zhuǎn)換方式的接收機。等待轉(zhuǎn)換 方式的接收機，因為沒有中間頻率放大級，所以其結(jié)構(gòu)本身簡單，與反復(fù) 多次變換的直接方式相比，靈敏度高，對于混調(diào)等大信號帶來的妨礙及失 真也具有很強的耐性。而且，在現(xiàn)有技術(shù)的等待轉(zhuǎn)換方式中，存在著產(chǎn)生 所謂DC偏置的嚴(yán)重的問題，但是在本混頻電路中卻不產(chǎn)生DC偏置。進(jìn)而， 在本混頻電路中，由于還同時具備低噪聲放大的功能，所以電路更加簡化。 如上所述，使作為控制電壓給予混頻電路1102的本地振蕩電路1103、 1104 的輸出電位為規(guī)定的值后，還能夠使上述混頻電路停止動作，使電路電流 最小(幾乎為零)。這對于減少電路待機的耗電量而言，非常有效。
以上，講述了作為本地振蕩電路，具有2個的情況。但是還可以輸入 更多的信號。以下，講述輸入2以上的整數(shù)n個信號的情況。在圖8 (A) 的電路中，進(jìn)而添加上述第3實施方式講述的在D卜,和XDi的邏輯積及Di 和XDi+,的邏輯積的狀態(tài)下動作的4個晶體管組的電路，n二8的電路例。在 這里，將信號列Vi (i=l n)作為差動信號，給予Di和XDi。但是，在圖 8 (A)中，沒有XD1的端子，而將XD9作為XD1代用。另外，在D卜,和XDi 的邏輯積及Di和XDiw的邏輯積的晶體管組中，需要的D9信號，但它用D1 代用。 一般地說，各組配置n個串聯(lián)晶體管時，需要到第n + l個為止的 控制信號，但分別將D1、 XDl作為D。+,、 XD",的替代物。按照上述規(guī)則， 將信號列Vi作為差動信號，給予Di和XDi之間后，在輸出中就出現(xiàn)輸入信 號L和它們的積的成分即^Xv,Xv2X…Xv。的成分。這樣，就可以混合4 個以上的頻率。巧妙地使用它們后，可以在簡化機器、除去特定的妨礙頻 率等中加以利用。
以上，講述了混頻電路的實施方式。但并不局限于這些實施方式，可 以在不違背宗旨的范圍內(nèi)，用各種形態(tài)實施。下面，列舉變形例進(jìn)行講述。
(變形例1)首先，講述混頻電路的變形例1。在所述第1實施方式
中，以使用MOS型的晶體管的情況為例進(jìn)行了講述。但并不局限于此，例 如使用雙極型的晶體管，將對應(yīng)電極分別置換成源極一發(fā)射機、柵極一基 極、漏極一集電極，給予適當(dāng)?shù)钠?，就能夠進(jìn)行完全相同的動作。
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級的晶體管不是兩個，而是3個以上，就可以進(jìn)而進(jìn)行利用控制信號的組
合的豐富多彩的控制，對產(chǎn)生控制信號有所限制時，能夠放寬該限制。
(變形例3)再接著，講述混頻電路的變形例3。在所述第1實施方
式中，使用兩個相同的電路處理差動信號。但是如果使源極接地級的晶體
管(圖1、 6、 7及圖8 (A)中的N溝道晶體管101、 102)各自的源極與 電流源連接，使流入兩晶體管的電流始終一定地控制，就能夠進(jìn)一步減小 同向增益，能夠進(jìn)一步提高差動放大的效果。
(變形例4)最后，講述混頻電路的變形例4。在所述第1實施方式 中，使用兩個相同的電路處理差動信號。但是反之，采用只使用兩個中的 一個的電路后，還可以處理單端的信號。這時，雖然要減少增益，但是將 使用的元件數(shù)量減少一半，將耗電量也減少一半?？刂菩盘栆部梢杂脝味?信號，從而使電路進(jìn)一步簡化。
綜上所述，采用本混頻電路后，能夠提供同時具備低噪聲放大的功能、 產(chǎn)生樣板信號及使待機時的耗電量最小的功能的混頻電路。使用它后，可 以構(gòu)成高效率的UWB—IR接收機。另外，本混頻電路因為能夠提供即使在 現(xiàn)有技術(shù)的窄帶域的通信方式中的接收機中使用也沒有DC偏置問題的混 頻電路，所以能夠構(gòu)成性能高而且結(jié)構(gòu)簡單的等待轉(zhuǎn)換方式的接收機。
權(quán)利要求
1、一種混頻電路，將第1輸入信號和第2輸入信號混合后輸出第1輸出信號和第2輸出信號，所述混頻電路包含第1源極接地放大電路，該第1源極接地放大電路放大所述第1輸入信號；第2源極接地放大電路，該第2源極接地放大電路放大所述第2輸入信號；第1信號輸出部，該第1信號輸出部輸出所述第1輸出信號；第2信號輸出部，該第2信號輸出部輸出所述第2輸出信號；第1晶體管組，該第1晶體管組包含連接在所述第1源極接地放大電路與所述第1信號輸出部之間的n行m列的晶體管，n為2以上的整數(shù)，m為2以上的整數(shù)；第2晶體管組，該第2晶體管組包含連接在所述第1源極接地放大電路與所述第2信號輸出部之間的n行m列的晶體管；第3晶體管組，該第3晶體管組包含連接在所述第2源極接地放大電路與所述第1信號輸出部之間的n行m列的晶體管；第4晶體管組，該第4晶體管組包含連接在所述第2源極接地放大電路與所述第2信號輸出部之間的n行m列的晶體管；和n×m×k個控制信號線，這些控制信號線輸入了驅(qū)動所述第1晶體管組及所述第2晶體管組且驅(qū)動所述第3晶體管組及所述第4晶體管組的n×m×k個控制信號，k是1或2。
2、 如權(quán)利要求1所述的混頻電路，其特征在于所述nXmXk個控 制信號中的至少一個，包含斷開所述第1晶體管組、所述第2晶體管組、 所述第3晶體管組和所述第4晶體管組的電位。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的混頻電路，其特征在于所述nXmXk 個控制信號是2值信號，所述2值中的一個電位，是斷開所述第l晶體管 組、所述第2晶體管組、所述第3晶體管組和所述第4晶體管組的電位； 另一個電位，是給予所述第1晶體管組、所述第2晶體管組、所述第3晶體管組和所述第4晶體管組的規(guī)定的偏壓值。
4、 一種通信裝置，其特征在于包含權(quán)利要求1 3任一項所述的混頻電路。
5、 一種通信裝置，包含權(quán)利要求1 3任一項所述的混頻電路后構(gòu)成，接收超寬帶脈沖無線電信號，所述混頻電路的所述nXmXk個控制信號，包含寬度比所述超寬帶脈沖無線電信號的樣板脈沖大的脈沖信號。
6、 一種通信裝置，包含權(quán)利要求1 3任一項所述的混頻電路后構(gòu)成， 所述混頻電路的所述nXmXk個控制信號，至少包含具有頻率f\成分的信 號和具有頻率f2成分的信號；接收的信號的頻率f\，與所述頻率fi及所述頻率f2之和或差中的某一 個一致。
全文摘要
混頻電路1包含第1、第2源極接地放大電路(11、12)；第1、第2信號輸出部(21、22)；包含在第1、第2源極接地放大電路(11、12)和第1、第2信號輸出部(21、22)之間連接的n行m列的晶體管的第1～第4晶體管組(31～34)。第1～第4晶體管組(31～34)被n×m×k個控制信號(G1～G4)驅(qū)動。實現(xiàn)對于UWB-IR那樣的高頻廣帶域的信號可以進(jìn)行動作，而且可以進(jìn)行間歇動作的混頻電路。
文檔編號H03D7/12GK101534092SQ200910117989
公開日2009年9月16日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者池田勝幸 申請人:精工愛普生株式會社