特許 7256826 ＲＦ通信において右手系及び左手系伝送ラインスイッチを用いる広帯域３６０度位相シフタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-04

(45)【発行日】2023-04-12

(54)【発明の名称】ＲＦ通信において右手系及び左手系伝送ラインスイッチを用いる広帯域３６０度位相シフタ

(51)【国際特許分類】

   H04B 1/26 20060101AFI20230405BHJP

   H04B 1/16 20060101ALI20230405BHJP

   H04B 1/04 20060101ALI20230405BHJP

   H03L 7/08 20060101ALI20230405BHJP

   H03L 7/081 20060101ALI20230405BHJP

【ＦＩ】

H04B1/26 R

H04B1/16 R

H04B1/04 T

H03L7/08 220

H03L7/081

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2020565261

(86)(22)【出願日】2019-05-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-09-13

(86)【国際出願番号】 US2019033390

(87)【国際公開番号】W WO2019226698

(87)【国際公開日】2019-11-28

【審査請求日】2021-01-19

(31)【優先権主張番号】15/989,156

(32)【優先日】2018-05-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】521458638

【氏名又は名称】スウィフトリンク テクノロジーズ カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100196612

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 慎也

(72)【発明者】

【氏名】クオ チェ－チュン

(72)【発明者】

【氏名】チー タイユン

(72)【発明者】

【氏名】チェン トーマス

【審査官】前田 典之

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１２８８２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００９－５２３３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１５９２５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １／２６

Ｈ０４Ｂ １／１６

Ｈ０４Ｂ １／０４

Ｈ０３Ｌ ７／０８

Ｈ０３Ｌ ７／０８１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線周波数（ＲＦ）フロントエンド集積回路（ＩＣ）デバイスであって、
予め定められた周波数帯域内でＲＦ信号を送信及び受信するＲＦ送受信機と、
前記ＲＦ送受信機に結合され、前記予め定められた周波数帯域を含む広周波数スペクトルで周波数合成を実行する周波数シンセサイザと、
を含み、
前記周波数シンセサイザは、前記ＲＦ送受信機に対しローカル発振器（ＬＯ）信号を生成して、前記ＲＦ送受信機が前記予め定められた周波数帯域内でＲＦ信号を送信及び受信するのを可能にし、
前記周波数シンセサイザは、
前記ＬＯ信号の複数の位相シフトされた信号を生成する直交位相生成器（ＱＰＧ）回路と、
前記ＱＰＧ回路に結合され、前記ＬＯ信号の前記位相シフトされた信号に基づいて複数の象限信号を生成する位相シフト回路と、
を含み、前記象限信号の各々は、位相の４つの象限の１つに対応し、
前記位相シフト回路は、
前記ＬＯ信号の前記位相シフトされた信号の象限スペースに対応する１つの象限内で前記ＬＯ信号の前記位相シフトされた信号の位相を最初に調節するように構成された可変利得増幅器と、
前記１つの象限内の前記ＬＯ信号の前記位相シフトされた信号の前記調節された位相を前記４つの象限のいずれかに更に位相をシフトするように協調して切り替えるように動作可能である複数のスイッチであって、前記スイッチの各々は、位相を０度又は１８０度シフトするようにオン又はオフ状態のいずれかに個別に構成される右手系伝送ライン及び左手系伝送ラインを含む、複数のスイッチと、
を含む、
無線周波数（ＲＦ）フロントエンド集積回路（ＩＣ）デバイス。

【請求項2】

前記ＱＰＧ回路に結合された前記可変利得増幅器は、複数の利得で前記ＬＯ信号の前記位相シフトされた信号を増幅するように構成され、
前記複数のスイッチは、前記可変利得増幅器に結合され、前記象限信号を生成するために位相の複数の度を切り替える位相スイッチ論理を含む、
請求項１に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項3】

前記ＱＰＧ回路は、第１の度にシフトされた第１の信号及び第２の度にシフトされた第２の信号を生成する、請求項２に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項4】

前記第１の度は、位相シフトされた－４５度であり、前記第２の度は位相シフトされた＋４５度である、請求項３に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項5】

前記可変利得増幅器は、第１の可変利得増幅器及び第２の可変利得増幅器を含み、前記第１の可変利得増幅器は、前記ＱＰＧ回路に結合されて前記第１の信号を受信及び増幅し、前記第２の可変利得増幅器は、前記ＱＰＧ回路に結合されて前記第２の信号を受信及び増幅する、請求項３に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項6】

前記位相スイッチ論理は、第１の位相スイッチ及び第２の位相スイッチを含み、前記第１の位相スイッチは、前記第１の可変利得増幅器に結合され、前記第２の位相スイッチは、前記第２の可変利得増幅器に結合される、請求項５に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項7】

前記位相スイッチ論理は更に、前記第１の位相スイッチ及び前記第２の位相スイッチに結合されて、前記第１の位相スイッチ及び前記第２の位相スイッチの出力を組み合わせて前記象限信号を生成するパワーコンバイナ論理を含む、請求項６に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項8】

前記第１の位相スイッチ及び前記第２の位相スイッチの各々は、位相をゼロ度遅延又は１８０度遅延に切り替えることができる、請求項７に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項9】

前記第１の位相スイッチが前記ゼロ度に位置付けられ且つ前記第２の位相スイッチが前記ゼロ度に位置付けられるとき、前記パワーコンバイナ論理は、第１の象限スペースに第１の象限信号を生成する、請求項８に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項10】

前記第１の象限スペースは、０から９０度に及ぶ、請求項９に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項11】

前記第１の可変利得増幅器及び前記第２の可変利得増幅器は、前記第１の象限スペース内の前記第１の象限信号の振幅及び位相角度を調節するために異なる利得で構成される、請求項９に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項12】

前記第１の位相スイッチが前記ゼロ度に位置付けられ且つ前記第２の位相スイッチが前記１８０度に位置付けられるとき、前記パワーコンバイナ論理は、第２の象限スペースに第２の象限信号を生成する、請求項８に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項13】

前記第２の象限スペースは、９０から１８０度に及ぶ、請求項１２に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項14】

前記第１の可変利得増幅器及び前記第２の可変利得増幅器は、前記第２の象限スペース内の前記第２の象限信号の振幅及び位相角度を調節するために異なる利得で構成される、請求項１２に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項15】

前記第１の位相スイッチが前記１８０度に位置付けられ且つ前記第２の位相スイッチが前記１８０度に位置付けられるとき、前記パワーコンバイナ論理は、第３の象限スペースに第３の象限信号を生成する、請求項８に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項16】

前記第３の象限スペースは、１８０から２７０度に及ぶ、請求項１５に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項17】

前記第１の可変利得増幅器及び前記第２の可変利得増幅器は、前記第３の象限スペース内の前記第３の象限信号の振幅及び位相角度を調節するために異なる利得で構成される、請求項１５に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項18】

前記第１の位相スイッチが前記１８０度に位置付けられ且つ前記第２の位相スイッチが前記０度に位置付けられるとき、前記パワーコンバイナ論理は、第４の象限スペースに第４の象限信号を生成する、請求項８に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項19】

前記第４の象限スペースは、２７０から３６０度に及ぶ、請求項１８に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項20】

前記第１の可変利得増幅器及び前記第２の可変利得増幅器は、前記第４の象限スペース内の前記第４の象限信号の振幅及び位相角度を調節するために異なる利得で構成される、請求項１８に記載のＲＦフロントエンドＩＣデバイス。

【請求項21】

アンテナと、
前記アンテナに結合される、請求項１から２０のいずれかに記載の無線周波数（ＲＦ）フロントエンド集積回路（ＩＣ）デバイスと、
前記ＲＦフロントエンドＩＣデバイスに結合されたベースバンドプロセッサと、
を含む、モバイルデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、一般的には無線周波数（ＲＦ）回路の直交位相生成回路に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、ＲＦ通信において右手系及び左手系伝送ラインスイッチ(transmission line switches)を用いる広帯域位相シフタに関する。

【背景技術】

【0002】

国際電子通信連合（ＩＴＵ）は、５Ｇ周波数帯域に対して２４．２５から４３．５ＧＨｚの間の実施可能な帯域に対して調査を行っており、従って、２４から４３．５ＧＨｚのような広帯域が５Ｇ開発に重要になってきている。

【0003】

直交信号は、フロントエンド回路、例えば、周波数変調器、位相シフタなどに広く用いられてきた。ランゲカプラとして知られる従来の１／４波長結合伝送ラインは、低挿入損失及び良好なリターン損失を同時に備えた直交信号を生成することができる。しかしながら、この結合ラインは、家庭用電子デバイス設計に適さない大きなチップサイズを必要とする。位相シフタは、位相アレイシステムに広く用いられる。しかしながら、市場には効率的でコンパクトな位相シフタが存在していなかった。

【0004】

同じ参照符号が同様の要素を示す添付図面の図において、本発明の実施形態について限定ではなく一例として例証する。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】本発明の１つの実施形態による無線通信デバイスの実施例を示すブロック図である。

【図2】本発明の１つの実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路の実施例を示すブロック図である。

【図3】本発明の別の実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路を示すブロック図である。

【図4】本発明の別の実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路を示すブロック図である。

【図5】本発明の１つの実施形態による直交位相生成回路の実施例を示す図である。

【図6A】本発明の１つの実施形態による位相シフト回路(phase shifting circuit)の実施例を示す図である。

【図6B】本発明の１つの実施形態による位相シフト回路の実施例を示す図である。

【図6C】本発明の１つの実施形態による位相シフト回路の実施例を示す図である。

【図7】本発明の１つの実施形態による位相スイッチング論理の実施例を示す図である。

【図8】本発明の１つの実施形態による位相スイッチング論理の応答曲線を示す図である。

【図9A】本発明の一部の実施形態による性能曲線を示す図である。

【図9B】本発明の一部の実施形態による性能曲線を示す図である。

【図10】本発明の１つの実施形態による回路を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

以下に示す詳細事項を参照して本発明の様々な実施形態及び態様ついて説明し、添付図面は、様々な実施形態を例示する。以下の説明及び図面は、本発明の例証であり、本発明の限定と解釈すべきではない。多くの特定の詳細事項は、本発明の様々な実施形態の完全な理解を提供するために記載されている。しかしながら、特定の事例において、周知又は従来の詳細事項は、本発明の実施形態の簡潔な論議を提供するために記載されていない。

【0007】

本明細書における「１つの実施形態」又は「ある実施形態」の記載は、実施形態に関して記述される特定の特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを意味する。本明細書における様々な箇所での表現「１つの実施形態では」は、必ずしも全て同じ実施形態を指すとは限らない。

【0008】

一部の実施形態によれば、ＲＦフロントエンドＩＣデバイスは、ＲＦ信号を送信及び受信するＲＦ送受信機と、予め定められた周波数帯域内で動作するよう周波数合成(frequency synthetization)を実行する周波数シンセサイザと、を含む。周波数シンセサイザは、ＲＦ送受信機へのローカル発振器（ＬＯ）信号を生成して、ＲＦ送受信機が予め定められた周波数帯域内でＲＦ信号を送信及び受信するのを可能にする。周波数シンセサイザは、ＬＯ信号に基づいて位相シフトされた信号を生成する直交位相生成器(quadrature phase generator)（ＱＰＧ）回路と、位相シフトされた信号に基づいて四分円信号（象限信号）(quadrant signals)を生成する位相シフト回路と、を含む。四分円信号の各々は、それぞれ四分円スペースの位相の４つの四分円（象限）(quadrants)の１つに対応する。位相シフト回路は、ＱＰＧ回路によって生成された位相シフトされた信号に基づいて更に位相をシフトするコラボレーション方式(collaboration manner)で動作することができる、複数の位相スイッチを含み、適正な四分円スペースに四分円信号を生成する。

【0009】

１つの実施形態によれば、位相シフト回路は、１又は２以上の可変利得増幅器(variable gain amplifiers)と、１又は２以上の位相シフト論理と、を含む。可変利得増幅器は、ＱＰＧ回路に結合されて、異なる利得で信号を増幅する。位相シフト論理は、可変利得増幅器に結合され、位相を異なる角度に切り替え四分円信号を生成する。ＱＰＧ回路は、第１の度(first degree)（例えば、－４５度）シフトされた第１の信号、及び第２の度（例えば、＋４５度）シフトされた第２の信号を生成する。

【0010】

１つの実施形態では、可変利得増幅器は、ＱＰＧ回路から生成された第１の信号を増幅する第１の可変利得増幅器と、ＱＰＧ回路から生成された第２の信号を増幅する第２の可変利得増幅器と、を含む。位相シフト論理は、第１及び第２の可変利得増幅器それぞれに結合された第１の位相スイッチ及び第２の位相スイッチを含む。１つの実施形態では、位相シフト論理は更に、第１の位相スイッチ及び第２の位相スイッチに結合されたパワーコンバイナ論理を含み、第１の及び第２の位相スイッチの出力を組み合わせて四分円信号を生成する。

【0011】

１つの実施形態では、位相スイッチの各々は、異なる位置（例えば、オン又はオフ位置）に位置付けられた時にゼロ度及び１８０度に切り替えることができる。第１及び第２の位相スイッチの両方がゼロ度で構成された時には、生成される四分円信号は、第１の四分円スペース（例えば、ゼロ度と９０度の間）にある。第１の位相スイッチがゼロ度で構成され且つ第２の位相スイッチが１８０度で構成されたときには、生成される四分円信号は第２の四分円スペース（例えば、９０度と１８０度の間）にある。第１及び第２の位相スイッチの両方が１８０度で構成されたときには、生成される四分円信号は第３の四分円スペース（例えば、１８０度と２７０度の間）にある。第１の位相スイッチが１８０度で構成され第２の位相スイッチがゼロ度で構成されたときには、生成される四分円信号は第４の四分円スペース（例えば，２７０度と３６０度の間）である。１つの実施形態では、可変利得増幅器の利得を調節することによって、対応する四分円信号の振幅及び位相角度を四分円信号に対応する四分円スペース内で調節することができる。

【0012】

図１は、本発明の１つの実施形態による無線通信デバイスの実施例を示すブロック図である。図１を参照すると、無線通信デバイス１００（単に無線デバイスとも呼ばれる）は、とりわけ、ＲＦフロントエンドモジュール１０１及びベースバンドプロセッサ１０２を含む。無線デバイス１００は、例えば、移動電話、ラップトップ、タブレット、ネットワークアプライアンスデバイス（例えば、モノのインターネット又はＩＯＴアプライアンスデバイス）などの何れかの種類の無線通信デバイスとすることができる。無線通信デバイス１００は、ＣＰＥデバイスとすることができる。

【0013】

無線受信回路では、ＲＦフロントエンドは、ミキサステージを含むそれ以下のアンテナ間の全ての回路の総称である。ＲＦフロントエンドは、信号が低中間周波数（ＩＦ）に変換される前に元の着信無線周波数の信号を処理する受信機の構成要素の全てを含む。マイクロ波及び衛星受信機では、これは低雑音ブロック（ＬＮＢ）又は低雑音ダウンコンバータ（ＬＮＤ）と呼ばれることが多く、多くの場合はアンテナに位置付けられ、これによってアンテナからの信号を扱い易い中間周波数で受信機の残りに転送することができる。ベースバンドプロセッサは、無線機能の全て（アンテナを必要とする全ての機能）を管理するネットワークインタフェースのデバイス（チップ又はチップの一部）である。

【0014】

１つの実施形態では、ＲＦフロントエンドモジュール１０１は、ＲＦ送受信機のアレイを含み、ＲＦ送受信機の各々は、複数のＲＦアンテナのうちの１つを介して特定の周波数帯域（例えば、非オーバーラップ周波数範囲など、特定の周波数の範囲）内でＲＦ信号を送信及び受信する。ＲＦフロントエンド集積回路（ＩＣ）チップは更に、ＲＦ送受信機に結合されたフルバンド周波数シンセサイザを含む。フルベースの周波数シンセサイザは、ローカル発振器（ＬＯ）信号を生成してＲＦ送受信機の各々に提供し、ＲＦ送受信機が対応する周波数帯域内でＲＦ信号を混合、変調、及び／又は復調するのを可能にする。ＲＦ送受信機のアレイ及びフルバンド周波数シンセサイザは、単一のＲＦフロントエンドＩＣチップ又はパッケージとして単一のＩＣチップ内に統合することができる。

【0015】

図２は、本発明の１つの実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路の実施例を示すブロック図である。図２を参照すると、ＲＦフロントエンド１０１は、とりわけ、ＲＦ送受信機２１１－２１３のアレイに結合されたフルベース周波数シンセサイザ２００を含む。送受信機２１１－２１３の各々は、ＲＦアンテナ２２１－２２３の１つを介して特定の周波数帯域又はＲＦ周波数の特定の範囲内でＲＦ信号を送信及び受信するよう構成される。１つの実施形態では、送受信機２１１－２１３の各々は、フルバンド周波数シンセサイザ２００からＬＯ信号を受信するよう構成される。ＬＯ信号は、対応する周波数帯域に対して生成される。ＬＯ信号は、対応する周波数帯域内でＲＦ波信号を送信及び受信する目的で送受信機によって混合、変調、復調するのに用いられる。

【0016】

図３は、本発明の別の実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路を示すブロック図である。図３を参照すると、フルバンド周波数シンセサイザ３００は、上述したフルバンド周波数シンセサイザ１０１を表すことができる。１つの実施形態では、フルバンド周波数シンセサイザ３００が送受信機のアレイに通信可能に結合され、各送受信機は幾つかの周波数帯域の１つに対応する。この実施例では、フルバンド周波数シンセサイザ３００が、送信機３０１Ａ、受信機３０２Ａ、送信機３０１Ｂ、及び受信機３０２Ｂに結合される。送信機３０１Ａ及び受信機３０２Ａは、低帯域（ＬＢ）送信機及びＬＢ受信機と呼ばれる低周波数帯域で動作する第１の送受信機の一部とすることができる。送信機３０１Ｂ及び受信機３０２Ｂは、高帯域（ＨＢ）送信機及びＨＢ受信機と呼ばれる高周波数帯域で動作する第２の送受信機の一部とすることができる。図３に示すように２つの送受信機だけが存在するが、より多くの送受信機を図２に示すようにフルバンド周波数シンセサイザ３００に結合してもよいことに留意されたい。

【0017】

１つの実施形態では、周波数シンセサイザ３００は、限定ではないが、位相ロックループ（ＰＬＬ）回路又はブロック３１１と、ＬＯバッファ３１２と、ＬＢ同相／直交（ＩＱ）生成器３１３と、ＬＢ位相回転器３１４とを含む。ＰＬＬは、位相が入力信号の位相に関係付けられる出力信号を生成する制御システムである。幾つかの異なるタイプが存在するが、可変周波数発振器及び位相検出器からなる電子回路として最初に視覚化することが容易である。発振器は周期信号を生成し、位相検出器が、この信号の位相と入力周期信号の位相を比較して位相を一致させるように発振器を調節する。比較のため入力信号に出力信号を近付けることは、出力が入力に「フィードバック」されループを形成するのでフィードバックループと呼ばれる。

【0018】

入力と出力位相をロックステップの状態にしておくステップはまた、入力及び出力周波数を同じに維持することを意味する。結果的に、同期信号に加えて、位相ロックループが入力周波数を追跡することができ、又は位相ロックループが入力周波数の倍数である周波数を生成することができる。これらの特性は、コンピュータクロック同期、復調、及び周波数合成に用いられる。位相ロックループは、ラジオ、テレコミュニケーション、コンピュータ及び他の電子応用に広く用いられる。これらを用いて、信号を復調し、雑音の多いチャネルから信号を回復し、入力周波数の倍数で安定した周波数を生成する（周波数合成）、又はマイクロプロセッサなどのデジタル論理回路において正確に時間クロックパルスを分配することができる。

【0019】

図３を参照すると、ＰＬＬブロック３１１は、クロック基準信号を受信して、クロック基準信号の周波数にロックオンし、第１のＬＯ信号、すなわち低帯域ＬＯ信号又はＬＢＬＯ信号を生成するためのものである。第１のＬＯ信号は、任意選択的にＬＯバッファ３１２によってバッファすることができる。ＬＢＬＯ信号に基づいて、ＬＢＩＱ生成器３１３は、ＲＦ信号の同相及び直交成分を混合、変調、及び復調するのに適したＩＱ信号を生成する。ＩＱ信号は、予め定められた角度によって回転すること、又はＬＢ位相回転器３１４によって遅延させることができる。回転されたＩＱ信号は次に、ＬＢ送信機３０１Ａ及び受信機３０２Ａに提供される。詳細には、ＩＱ信号は、ＬＢ送信機３０１Ａに提供されることになる送信側ＩＱ（ＴＸＩＱ）信号３２１Ａと、ＬＢ受信機３０２Ａに提供されることになる同相及び直交受信側ＩＱ（ＲＸＩＱ）信号３２２Ａとを含むことができる。

【0020】

１つの実施形態では、周波数シンセサイザ３００は更に、周波数コンバータ３１５、注入同期発振器３１６、ＨＢＩＱ生成器３１７、及びＨＢ位相回転器３１８を含む。周波数コンバータ３１５は、ＰＬＬブロック３１１から生成された第１のＬＯ信号を高周波数を有する（例えば、高周波数帯域内）信号に変換するためのものである。１つの実施形態では、周波数コンバータ３１５は、第１のＬＯ信号の周波数を２倍にする周波数ダブラーを含む。注入同期発振器３１６は、周波数コンバータ３１５から受信した２逓倍周波数信号にロックオンして、第１のＬＯ周波数の約２倍の第２のＬＯ周波数を有する第２のＬＯ信号を生成するためのものである。この実施例では、第２のＬＯ周波数は第１のＬＯ周波数の２倍である点に留意されたい。しかしながら、周波数コンバータ３１５は何れの周波数範囲においても周波数を変換及び生成することができる。ＲＦフロントエンドデバイス内に統合されるより多くの周波数帯域が存在する場合、より多くの周波数コンバータを用いて、基準周波数を複数の他の低周波数又は高周波数に変換することができる。

【0021】

注入ロッキング及び注入プリングは、高調波発振器が近接周波数で動作する第２の発振器によって妨害される時に起こる可能性がある周波数効果である。結合が十分強く且つ周波数が十分近い時に、第２の発振器は第１の発振器を捕捉する可能性があり、第１の発振器が第２の発振器と基本的に同一の周波数を有するようになる。これが注入ロッキングである。第２の発振器が単に第１の発振器を妨害し第１の発振器を捕捉しないときには、この効果は注入プリングと呼ばれる。注入ロッキング及び注入プリング効果は、多くの物理的システムのタイプで観察されるが、これらの用語は。電子発振器又はレーザー共振器に関連付けられることが多い。

【0022】

図３を参照すると、ＨＢ ＩＱ生成器３１７が、高帯域周波数範囲におけるＲＦ信号の同相及び直交成分を混合、変調、及び復調するのに適したＩＱ信号を生成する。電気工学では、角度変調による正弦波は、１／４サイクル（π／２ラジアン）だけ位相がオフセットされる２振幅－変調正弦波に分解するか、又はこれから合成することができる。全ての３つの関数が同じ周波数を有する。振幅変調正弦波は、同相及び直交成分として知られている。一部の人々は、これらの用語によって振幅変調（ベースバンド）自体のみを指すことが便利であることを見出している。

【0023】

ＩＱ信号は、予め定められた角度だけ回転させるか、又はＨＢ位相回転器３１８によって遅延させることができる。回転されたＩＱ信号は次に、ＨＢ送信機３０１Ｂ及び受信機３０２Ｂに提供される。特に、ＩＱ信号は、ＨＢ送信機３０１Ｂに提供されることになる送信側ＩＱ（ＴＸＩＱ）信号３２１Ｂ及びＨＢ受信機３０２Ｂに提供されることになる同相及び直交受信側ＩＱ（ＲＸＩＱ）信号３２２Ｂを含むことができる。従って、成分３１２－３１４は、ＬＢ送信機３０１Ａ及びＬＢ受信機３０２Ａに対するＴＸＩＱ及びＲＸＩＱ信号を生成するよう構成され、成分３１５－３１８は、ＨＢ送信機３０１Ｂ及びＨＢ受信機３０２Ｂに対するＴＸＩＱ及びＲＸＩＱ信号を生成するよう構成される。関係するより多くの周波数帯域のより多くの送信機及び受信機が存在する場合、追加の周波数帯域に対する必要なＴＸＩＱ及びＲＸＩＱ信号を生成するため、成分３１２－３１４及び／又は成分３１５－３１８のより多くのセットを周波数シンセサイザ３００によって維持することができる。

【0024】

１つの実施形態では、ＬＢ送信機３０１Ａは、フィルタ３０３Ａと、ミキサ３０４Ａと、増幅器３０５Ａとを含む。フィルタ３０３Ａは、宛先に送信されることになるＬＢ送信側（ＬＢＴＸ）信号を受信するローパス（ＬＰ）フィルタとすることができ、ＬＢＴＸ信号は、ベースバンドプロセッサ１０２などのベースバンドプロセッサから提供することができる。ミキサ３０１Ａ（アップコンバートミキサ又はＬＢアップコンバートミキサとも呼ばれる）は、ＬＢ位相回転器３１４によって提供されたＴＸＩＱ信号に基づいてキャリア周波数信号にＬＢＴＸ信号を混合及び変調するよう構成される。変調された信号（例えば、低帯域ＲＦ又はＬＢＲＦ信号）は次に、増幅器３０５Ａによって増幅され、次いで増幅された信号がアンテナ３０１Ａを介してリモート受信機に送信される。

【0025】

１つの実施形態では、ＬＢ受信機３０２Ａは、増幅器３０６Ａと、ミキサ３０７Ａと、フィルタ３０８Ａとを含む。増幅器３０６Ａは、アンテナ３１０Ａを介してリモート送信機からＬＢＲＦ信号を受信して、受信したＲＦ信号を増幅するためのものである。増幅したＲＦ信号は次にＬＢ位相回転器３１４から受信されたＲＸＩＱ信号に基づいてミキサ３０７Ａ（ダウンコンバートミキサ又はＬＢダウンコンバートミキサとも呼ばれる）によって復調される。復調された信号は次いで、低パスフィルタとすることができるフィルタ３０８Ａによって処理される。１つの実施形態では、ＬＢ送信機３０１Ａ及びＬＢ受信機３０２Ａは、送信側及び受信側（Ｔ／Ｒ）スイッチ３０９Ａを介してアンテナ３１０Ａを共有する。Ｔ／Ｒスイッチ３０９Ａは、特定の時点にてＬＢ送信機３０１Ａと受信機３０２Ａを切り替えて、アンテナ３１０ＡをＬＢ送信機３０１Ａ又はＬＢ受信機３０２Ａの何れかに結合するよう構成される。

【0026】

同様に、ＨＢ送信機３０１Ｂは、高帯域送信側（ＨＢＴＸ）信号を処理するための、ＬＢ送信機３０１Ａのフィルタ３０３Ａ、ミキサ３０４Ａ、及び増幅器３０５Ａに類似の機能を有するフィルタ３０３Ｂ、ミキサ３０４Ｂ（ＨＢアップコンバートミキサとも呼ばれる）、及び増幅器３０５Ｂそれぞれを含む。ＨＢ受信機３０２Ｂは、高帯域受信側（ＨＢＲＸ）信号を処理するため、ＬＢ受信機３０２Ａの増幅器３０６Ａ、ミキサ３０７Ａ、及びフィルタ３０８Ａに類似した機能を有するフィルタ３０６Ｂ、ミキサ３０７Ｂ（ＨＢダウンコンバートミキサとも呼ばれる）、及びフィルタ３０８Ｂそれぞれを含む。ＨＢ送信機３０１Ｂ及びＨＢ受信機３０２Ｂは、ＬＢ送信機３０１Ａ及び受信機３０２Ａの構成と同様にＴ／Ｒスイッチ３０９Ｂを介してアンテナ３１０Ｂに結合される。アンテナ３１０Ａ－３１０Ｂは、ＲＦフロントエンド回路の一部ではない図２のアンテナ２２１－２２３の何れか１又は２以上を表すことができる。

【0027】

図４は、本発明の別の実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路の実施例を示すブロック図である。図４を参照すると、この実施形態では、ＬＢ送信機３０１Ａ、ＬＢ受信機３０２Ａ、ＨＢ送信機３０１Ｂ、及びＨＢ受信機３０２Ｂの各々が、２つの経路、すなわち１）同相成分信号を処理するＩ経路、及び２）直交成分信号を処理するＱ経路を含む。１つの実施形態では、ＬＢ送信機３０１Ａは、Ｉ経路ベースバンド信号を受信するＩ経路ローパスフィルタ（例えば、チューナブルローパスフィルタ）及びＩ経路ベースバンド信号を混合及び変調するＩ経路アップコンバートミキサを含む。ＬＢ送信機３０１Ａは、Ｑ経路ベースバンド信号を受信するＱ経路ローパスフィルタ（例えば、チューナブルローパスフィルタ）及びＱ経路ベースバンド信号を混合及び変調するＱ経路アップコンバートミキサを含む。ＬＢ送信機３０１Ａは更に、チューナブル帯域選択フィルタ及び増幅器を含む。帯域選択フィルタ（例えば、バンドパスフィルタ）は、対応する周波数帯域を選択して、対応する帯域の外側にある雑音を取り除くためのものである。増幅器は、アンテナ３１０Ａを介してリモートデバイスに送信されることになる変調されたＲＦ信号を増幅するためのものである。ＨＢ送信機３０１Ｂは、高周波数帯域の信号を処理するためのＬＢ送信機３０１Ａに類似の構成要素を含む。

【0028】

同様に、１つの実施形態によれば、ＬＢ受信機３０２Ａはアンテナ３１０Ａを介してリモートデバイスからＬＢＲＦ信号を受信する増幅器（例えば、低雑音増幅器又はＬＮＡ）及び帯域選択フィルタ（例えば、バンドパスフィルタ）を含む。ＬＢ受信機３０２Ａは更に、Ｉ経路ダウンコンバートミキサ及びＱ経路ダウンコンバートミキサを含み、ＲＦ信号をＩ経路ベースバンド信号及びＱ経路ベースバンド信号に混合及び復調する。ＬＢ受信機３０２Ａは更に、ベースバンドプロセッサに提供することができるＩ経路ベースバンド信号及びＱ経路ベースバンド信号を処理するＩ経路ローパスフィルタ及びＱ経路ローパスフィルタを含む。ＨＢ受信機３０２Ｂは、高周波数帯域の信号を処理するためのＬＢ受信機３０２Ａに類似の構成要素を含む。

【0029】

１つの実施形態では、周波数シンセサイザ３００が、位相周波数検出器を備えたチャージポンプ、ループフィルタ、プログラマブル分割器、電圧制御発振器を有するＰＬＬブロックを含む。周波数シンセサイザ３００は更に、図３に関して上述した周波数ダブラー及び注入ロッキング発振器を含む。

【0030】

加えて、周波数シンセサイザ３００は、同相送信側（ＴＸＩ）位相回転器３１４Ａ、直交送信側（ＴＸＱ）位相回転器３１４Ｂ、同相受信側（ＲＸＩ）位相回転器３１４Ｃ、及び直交受信側（ＲＸＱ）位相回転器３１４Ｄを含み、これらは具体的には位相回転を実行してＬＢ送信機３０１Ａ及びＬＢ受信機３０２Ａのための同相ＬＯ信号及び直交ＬＯ信号を生成するよう構成される。詳細には、ＴＸＩ位相回転器３１４ＡがＬＢ送信機３０１ＡのＩ経路アップコンバートミキサに結合され、ＴＸＱ位相回転器３１４ＢがＬＢ送信機３０１ＡのＱ経路アップコンバートミキサに結合され、Ｉ経路及びＱ経路ベースバンド信号を対応する周波数帯域内で混合及び変調できるようにする。ＲＸＩ位相回転器３１４ＣがＬＢ受信機３０２ＡのＩ経路ダウンコンバートミキサに結合されＲＸＱ位相回転器３１４ＤがＬＢ受信機３０２ＡのＱ経路ダウンコンバートミキサに結合され、Ｉ経路及びＱ経路ベースバンド信号を対応する周波数帯域内で混合及び復調できるようにする。

【0031】

１つの実施形態では、周波数シンセサイザ３００が、同相送信側（ＴＸＩ）位相回転器３１８Ａ、直交送信側（ＴＸＱ）位相回転器３１８Ｂ、同相受信側（ＲＸＩ）位相回転器３１８Ｃ、及び直交受信側（ＲＸＱ）位相回転器３１８Ｄを含み、これらは具体的には、位相回転を実行してＨＢ送信機３０１Ｂ及びＨＢ受信機３０２Ｂのための同相ＬＯ信号及び直交ＬＯ信号を生成するよう構成される。詳細には、ＴＸＩ位相回転器３１８ＡがＨＢ送信機３０１ＢのＩ経路アップコンバートミキサに結合されＴＸＱ位相回転器３１８ＢがＨＢ送信機３０１ＢのＱ経路アップコンバートミキサに結合され、Ｉ経路及びＱ経路ベースバンド信号を対応する周波数帯域内で混合及び変調できるようにする。ＲＸＩ位相回転器３１８ＣがＨＢ受信機３０２ＡのＩ経路ダウンコンバートミキサに結合されＲＸＱ位相回転器３１８ＤがＨＢ受信機３０２ＢのＱ経路ダウンコンバートミキサに結合され、Ｉ経路及びＱ経路ベースバンド信号を対応する周波数帯域内で混合及び復調できるようにする。

【0032】

この場合も同様に、図４に示したこの実施例には、周波数シンセサイザ３００によってカバーされる２つの周波数帯域が存在する。しかしながら、これより多くの周波数帯域を集積ＲＦフロントエンド内で実施することができる。実施されることになる多くの周波数帯域が存在する場合、ＴＸＩ、ＴＸＱ、ＲＸＩ、及びＲＸＱ位相回転器のより多くのセットが必要になることがある。

【0033】

図５は、本発明の１つの実施形態による変圧器ベースの直交信号生成器を示すブロック図である。この直交信号生成器５００は、ＱＰＧ生成器とも呼ばれ、図３のＩＱ生成器３１３及び３１７及び／又は位相回転器３１４及び３１８の一部として実施することができる。図５を参照すると、この実施形態では、ＱＰＧ生成器５００が、互いに直列に結合された第１の変圧器５１１及び第２の変圧器５１２を含み、入力端子５０１、終端レジスタ（例えば、５０ｏｈｍ）を介した接地端子５０２、第１の出力端子５０３、及び第２の出力端子５０４を形成する。１つの実施形態では、ＱＰＧ生成器５００が入力端子５０１からＬＯ信号を受信して、出力端子５０３での＋４５度位相シフトなどの第１の位相シフト又は遅延の第１の直交信号を発生し、出力端子５０４の－４５度位相シフトなどの第２の位相シフト又は遅延の第２の直交信号を発生する。

【0034】

１つの実施形態では、変圧器(transformers)５１１－５１２は、ＣＭＯＳ処理の一部として実装される。１つの実施形態では、各変圧器の一次巻線（例えば、第１の巻線）及び二次巻線（例えば、第２の巻線）は、ＩＣの異なる基板層上に配置される。この実施例では、変圧器５１１の第１又は一次巻線５２１が、基板層５１３上に配置され、変圧器５１１の第２又は二次巻線５２２が、基板層５１４上に配置される。巻線５２１及び巻線５２２は、誘電体５５０の反対側に配置される。同様に、変圧器５１２の第１又は一次巻線５２３が、基板層５１３上に配置され、変圧器５１２の第２又は二次巻線５２４が、基板層５１４上に配置される。巻線５２３及び巻線５２４は、誘電体５５０の反対側に配置される。巻線５２１は巻線５２３に直列に接続され、巻線５２２は巻線５２４に直列に接続される。

【0035】

１つの実施形態では、変圧器の巻線は、螺旋形で基板層上に配置された導電性トレース又はマイクロストリップのセットを用いて実施される。この螺旋形は、長方形の螺旋形状とすることができ、円形、楕円、又は正方形の螺旋形状も適用可能とすることができる。１つの実施形態では、変圧器５１１の一次巻線５２１を表す導電性トレースの第１のセットが、基板層５１３などのＩＣの第１の基板層上に配置される。変圧器５１１の二次巻線５２２を表す導電性トレースの第２のセットは、基板層５１４などのＩＣの第２の基板層上に配置される。入力端子５０１は、第１の基板層上の第１のセットの導電性トレースのセンタータブに結合される。第１の出力端子５０３は、第２の基板層上の第２のセットの導電性トレースのセンタータブに結合される。

【0036】

同様に、変圧器５１２の一次巻線５２３を表す導電性トレースの第１のセットが、基板層５１３などのＩＣの第１の基板層上に配置される。変圧器５１２の二次巻線５２４を表す導電性トレースの第２のセットが、基板層５１４などのＩＣの第２の基板層上に配置される。接地端子５０２は、第１の基板層上の終端レジスタ５３０（例えば、５０ｏｈｍ）を介して第１のセットの導電性トレースのセンタータブに結合される。第２の出力端子５０４は、第２の基板層上の第２のセットの導電性トレースのセンタータブに結合される。第１の変圧器５１１の導電性トレースの外側リングの終端は、同じ基板層上の第２の変圧器５１２の導電性トレースの外側リングの終端に結合され、これによって変圧器５１１は変圧器５１２に直列に結合される。１つの実施形態では、各巻線の螺旋形状を形成する導電性トレースの長さは、ＱＰＧ生成器の動作周波数に関連付けられる波長の１／４にほぼ等しい。２つの導電性トレース（又はトラック、ワイヤ、又はストリップ）間のスペースは可能な限り近くなることが望まれる。

【0037】

図６Ａ－６Ｃは、本発明の１つの実施形態による位相シフタ回路を示すブロック図である。位相シフタ回路の実施例は、１又は２以上の可変利得増幅器及び１又は２以上の位相シフト論理を含む。可変利得増幅器（ＶＧＡ）は、ＱＰＧ回路に結合され、異なる利得で信号を増幅する。位相シフト論理は、可変利得増幅器に結合され、位相を異なる角度切り替え四分円信号を生成する。ＱＰＧ回路は、第１の度（例えば、－４５度）シフトされた第１の信号及び第２の度（例えば、＋４５度）シフトされた第２の信号を生成する。

【0038】

１つの実施形態では、図６Ａに関して、位相シフタ回路６００は、ＱＰＧ回路６０１、第１の可変利得増幅器６０２、第２の可変利得増幅器６０３、第１の位相スイッチ６０４、第２の位相スイッチ６０５、及びパワーコンバイナ論理６０６を含む。ＱＰＧ回路６０１は、第１の度（例えば、－４５度）シフトされた第１の信号及び第２の度（例えば、＋４５度）シフトされた第２の信号を生成する。第１の可変利得増幅器６０２は、ＱＰＧ回路６０１から受信された第１の信号を増幅する。第２の可変利得増幅器６０３は、ＱＰＧ回路から生成された第２の信号を増幅する。第１の位相スイッチ６０４及び第２の位相スイッチ６０５は、第１及び第２の可変利得増幅器６０２－６０３それぞれに結合される。パワーコンバイナ論理６０６は、第１の位相スイッチ６０４及び第２の位相スイッチ６０５に結合され、第１及び第２の位相スイッチ６０４－６０５の出力を組み合わせて四分円信号を生成し、この四分円信号を図３の送受信機３０５Ａ－３０５Ｂなどの送受信機に送信することができる。

【0039】

１つの実施形態では、位相スイッチ６０４－６０５の各々は、異なる位置（例えば、オン又はオフ位置）に位置付けられたときにゼロ度及び１８０度切り替えることができる。第１及び第２の位相スイッチの両方がゼロ度で構成されたときには、生成される四分円信号は、図６Ｂに示すように第１の四分円スペース（例えば、ゼロ度と９０度の間）にある。第１の位相スイッチがゼロ度で構成され第２の位相スイッチが１８０度で構成されたときには、生成される四分円信号は、第２の四分円スペース（例えば、９０度と１８０度の間）にある。第１及び第２の位相スイッチの両方が１８０度で構成されたときには、生成される四分円信号は、図６Ｃに示すように第３の四分円スペース（例えば、１８０度と２７０度の間）にある。第１の位相スイッチが１８０度で構成され第２の位相スイッチがゼロ度で構成されたときには、生成される四分円信号は、第４の四分円スペース（例えば、２７０度と３６０度の間）である。１つの実施形態では、可変利得増幅器の利得を調節することによって、対応する四分円信号の振幅及び位相角度は、四分円信号に対応する四分円スペース内で調節することができる。

【0040】

図７は、１つの実施形態による位相スイッチ回路の実施例を示すブロック図である。位相スイッチ回路７００は、位相スイッチ回路６０４又は６０５の一部として実施することができる。図７を参照すると、位相スイッチ回路７００は、右手系伝送ラインとして第１の伝送ライン７０１と、左手系伝送ラインとして第２の伝送ライン７０２とを含む。伝送ライン７０１－７０２の各々は、１又は２以上の選択論理を介して個々にターンオン又はターンオフすることができる。伝送ラインの各々に対して１対の選択論理が存在するが、伝送ラインをターンオン又はターンオフするのに単一の選択論理で十分であることがある。この実施例では、伝送ライン７０１－７０２の１つだけが何れの時点にもターンオンすることができる。伝送ライン７０１がターンオンされた時には、出力及び入力の位相は同一である（例えば、ゼロ度位相シフト）。伝送ライン７０２がターンオンされた時には、入力及び出力の位相は１８０度の差がある。１つの実施形態では、伝送ライン７０１が単にマイクロストリップを含むことができ、伝送ライン７０２が１又は２以上の対のインダクタ－コンデンサ（ＬＣ）回路を含む。

【0041】

右手系及び左手系伝送ラインからのＳ２１位相応答を図８に示し、ここで広帯域位相差は、２つの位相曲線を減算することによって取得することができる。右／左手伝送ライン１８０度スイッチの設計結果を図９Ａに示している。リターン損失は－１０ｄＢより優良であり、挿入損失差は０．３ｄＢより小さい。２３から４３ＧＨｚの位相差は＋／－５度変動を有する１８０度を示し、これは図９Ｂに示すように５Ｇ応用に適している。図１０は、図６Ａ－６Ｃに示した回路に対する特定の実施の実施例を示す概略図である。

【0042】

上述の明細書において、本発明の実施形態について、本発明の特定の例示的な実施形態を参照して説明してきた。添付の請求項に記載される本発明の広範な精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正を行い得ることは明らかであろう。明細書及び図面は、従って、限定の意味ではなく例証の意味と見なされるものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】