CN109039287A - 半导体装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体装置及其控制方法，在将频率偏差保持在预定容许范围之内的同时抑制了电路规模和功耗的增加。根据实施例的半导体装置包括：可变负载电容电路，该可变负载电容电路包括并联耦合到晶体谐振器的一端的多个负载电容元件以及分别串联耦合到负载电容元件的多个开关；以及开关控制单元，用于根据是由于通过使晶体谐振器振荡而获得的频率信号的温度改变所引起的频率偏差的指标的信息来控制控制开关的通/断。开关控制单元改变多个开关当中的将要导通的开关的数量使得当信息未包括在预定容许范围之中时频率偏差的绝对值变小。

Description

半导体装置及其控制方法
相关申请的交叉引用
2017年6月12日提交的日本专利申请No.2017-114988的公开内容包括说明书、附图、以及摘要通过引用整体并入于此。
技术领域
本发明涉及一种半导体装置及其控制方法。
背景技术
晶体振荡器被广泛用于在例如用于无线通信的半导体装置中生成参考频率信号。晶体振荡器包括晶体谐振器以及用于使晶体谐振器振荡的振荡电路。
晶体谐振器的振荡频率具有轻微的温度依赖性，并且正常AT切割晶体谐振器的振荡频率相对于温度以三次曲线变化。作为示例，在-40至85℃的温度范围中，振荡频率具有约±20至30ppm的频率偏差。
日本未审查的专利申请公开No.2008-300978和2013-098860公开了一种包括下述温度补偿电路的温度补偿晶体振荡器(TCXO)，所述温度补偿电路执行控制以消除上述三次曲线中的温度依赖性并且保持振荡频率恒定。温度补偿晶体振荡器可使频率偏差减小到例如±1ppm或更小。
发明内容
在日本未审查的专利申请公开No.2008-300978和2013-098860中所公开的温度补偿晶体振荡器中，如上所述，三次曲线中的温度依赖性被消除并且频率偏差减小到例如±1ppm或更小。因此，需要存储大量数据并通过使用诸如变容二极管这样的模拟可变电容元件来不断地改变负载电容。因此，存在电路规模和功耗增加这样的问题。
从对本说明书和附图的描述将显而易见地得知其它目的和新颖特征。
根据实施例的半导体装置包括：可变负载电容电路，该可变负载电容电路包括并联耦合到晶体谐振器的一端的多个负载电容元件以及分别串联耦合到负载电容元件的多个开关；以及开关控制单元，用于根据是由于通过使晶体谐振器振荡而获得的频率信号的温度变化所引起的频率偏差的指标的信息来控制开关的通(ON)/断(OFF)。开关控制单元改变多个开关当中的将要导通的开关的数量使得当信息未包括在预定容许范围中时频率偏差的绝对值变小。
根据该实施例，可以在将频率偏差保持在预定容许范围内的同时抑制电路规模和功耗的增加。
附图说明
图1是示出了根据第一实施例的半导体装置100的构成的方框图。
图2是示出了根据第一实施例的半导体装置100的构成的详细方框图。
图3是示出了存储在根据第一实施例的半导体装置100的存储器单元MEM中的表的示例的图示。
图4是示出了包含在根据第一实施例的半导体装置100之中的无线电收发器电路RFT的构成示例的方框图。
图5是示出了晶体谐振器CU的频率偏差Δf/fn的温度依赖性的示例的曲线图。
图6是示出了晶体谐振器CU的频率偏差Δf/fn的负载电容依赖性的示例的曲线图。
图7是示出了根据第一实施例的半导体装置的控制方法的流程图。
图8是示出了根据第二实施例的半导体装置200的构成的详细方框图。
图9是示出了包含在根据第二实施例的半导体装置200之中的无线电收发器电路RFT的构成示例的方框图。
图10是示出了存储在根据第二实施例的半导体装置200的存储器单元MEM中的表的示例的图示。
图11是示出了根据第二实施例的半导体装置的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了说明清楚，以下描述和附图被适当地省略和简化。图中所示的作为用于执行各种处理的功能块的组件可是由作为硬件的CPU、存储器、以及其它电路形成的，并且可是由加载在存储器中的作为软件的程序等来实现的。因此，本领域技术人员应当理解的是功能块可是仅通过硬件、仅通过软件、或者通过这些的组合以各种形式实现的，并且这些功能块不局限于硬件、软件、以及这些的组合。在附图中，相同组件由相同参考符号来表示并且适当地省略冗余描述。
(第一实施例)
<半导体装置100的构成>
首先，参考图1对根据第一实施例的半导体装置进行描述。图1是示出了根据第一实施例的半导体装置100的构成的方框图。如图1所示，根据第一实施例的半导体装置100包括晶体谐振器CU、振荡电路OC、可变负载电容电路CL、以及开关控制单元SC。在这里，可变负载电容电路CL包括2n个(n是大于或等于2的自然数)负载电容元件C1a至Cna和C1b至Cnb以及2n个开关S1a至Sna和S1b至Snb。
如图1所示，在半导体装置100中，晶体谐振器CU通过振荡电路OC振荡并且从振荡电路OC输出频率信号fs。晶体谐振器CU的一端与包含在可变负载电容电路CL之中的所有负载电容元件C1a至Cna的一端相耦合。负载电容元件C1a至Cna的另一端分别与包含在可变负载电容电路CL之中的开关S1a至Sna的一端相耦合。所有开关S1a至Sna的另一端耦合到地。
也就是说，在晶体谐振器CU的一端与地之间负载电容元件C1a至Cna分别且串联地与开关S1a至Sna相耦合。换句话说，串联耦合的n对负载电容元件C1a至Can以及开关S1a至Sna并联耦合在晶体谐振器CU的一端与地之间。开关S1a至Sna例如是MOS(金属氧化物半导体)晶体管。
开关S1a至Sna可以耦合到晶体谐振器CU的一端，并且负载电容元件C1a至Cna可以耦合到地。每个负载电容元件C1a至Cna的电容不是必需相等。然而，当电容相等时，容易控制并制造负载电容元件C1a至Cna。
类似地，晶体谐振器CU的另一端与包含在可变负载电容电路CL之中的所有负载电容元件C1b至Cnb的一端相耦合。负载电容元件C1b至Cnb的另一端分别与包含在可变负载电容电路CL之中的开关S1b至Snb的一端相耦合。所有开关S1b至Snb的另一端耦合到地。
也就是说，在晶体谐振器CU的一端与地之间负载电容元件C1b至Cnb分别且串联地与开关S1b至Snb相耦合。换句话说，串联耦合的n对负载电容元件C1b至Cnb和开关S1b至Snb并联耦合在晶体谐振器CU的一端与地之间。开关S1b至Snb例如是MOS晶体管。
开关S1b至Snb可以与晶体谐振器CU的另一端相耦合，并且负载电容元件C1b至Cnb可以耦合到地。每个负载电容元件C1b至Cnb的电容不是必需相等。然而，当电容相等时，容易控制并制造负载电容元件C1b至Cnb。
开关控制单元SC获取如下信息，该信息是由于温度变化所引起的频率信号fs的频率偏差的指标。开关控制单元SC根据所获取的信息通过包括n条信号线的总线BUS来控制n对开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断。在这里，成对的开关S1a和S1b的通/断是由同一信号来控制的。类似地，成对的开关S2a和S2b至开关Sna和Snb的通/断分别是由同一信号来控制的。
当所获取的信息未包括在预定容许范围中时，开关控制单元SC改变开关S1a至Sna和S1b至Snb当中的将要导通的开关的数量使得从振荡电路OC所输出的频率信号fs的频率偏差的绝对值变小。由此，耦合在晶体谐振器CU的一端与地之间的负载电容元件C1a至Cna的数量改变，并且耦合到晶体谐振器CU的一端的负载电容改变。类似地，耦合在晶体谐振器CU的另一端与地之间的负载电容元件C1b至Cnb的数量改变，并且耦合到晶体谐振器CU的另一端的负载电容改变。
在根据本实施例的半导体装置100中，可改变耦合到晶体谐振器CU的两端的负载电容。然而，可改变耦合到晶体谐振器CU的至少一端的负载电容是可以的。
<效果说明>
如上所述，根据本实施例的半导体装置100包括开关控制单元SC，该开关控制单元SC根据是由于温度变化所引起的频率偏差的指标的信息来控制开关S1a至Sna以及S1b至Snb的通/断。具体地，当所获取的信息未包括在预定容许范围之中时，开关控制单元SC改变开关S1a至Sna和S1b至Snb当中的将要导通的开关的数量使得频率信号fs的频率偏差的绝对值变小。由此，可以改变耦合到晶体谐振器CU的两端的负载电容并且将从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率偏差保持在预定容许范围之内。
另一方面，在根据本实施例的半导体装置100中，不需要像在温度补偿晶体振荡器(TCXO)中那样存储大量数据以便消除三次曲线形状的温度依赖性。此外，不必不断地改变负载电容，使得不需要诸如变容二极管这样的模拟可变电容元件。因此，在根据本实施例的半导体装置100中，与温度补偿晶体振荡器相比，可以抑制电路规模和功耗的增加。
如上所述，在根据本实施例的半导体装置100中，可以在将频率偏差保持在预定容许范围之内的同时抑制电路规模和功耗的增加。
<半导体装置100的详细构成>
接下来，将参考图2对根据第一实施例的半导体装置进行更详细地描述。图2是示出了根据第一实施例的半导体装置100的构成的详细方框图。如图2所示，除了图1所示的晶体谐振器CU、振荡电路OC、可变负载电容电路CL、以及开关控制单元SC之外，根据第一实施例的半导体装置100还包括温度传感器TS、存储器单元MEM、无线电收发器电路RFT、以及天线AN。
如图2所示，将振荡电路OC、可变负载电容电路CL、开关控制单元SC、存储器单元MEM、温度传感器TS、以及无线电收发器电路RFT集成在由半导体芯片所组成的无线电收发器LSI 10中。晶体谐振器CU和天线AN外部附接到提供给无线电收发器LSI 10的端子。
如图2所示，振荡电路OC包括反相器INV、限流电阻Rd、以及反馈电阻Rf。振荡电路OC使晶体谐振器CU振荡并输出频率信号fs。
反相器INV的输入端耦合到晶体谐振器CU的一端，并且从反相器INV的输出端输出频率信号fs。
限流电阻Rd提供于反相器INV的输出端与晶体谐振器CU的另一端之间。限流电阻Rd防止过大的电流流入振荡电路OC。
反馈电阻Rf被提供为与反相器INV并联。具体地说，反馈电阻Rf的一端与耦合到相器INV的输入端并且反馈电阻Rf的另一端耦合到反相器INV的输出端。反馈电阻Rf将来自反相器INV的输出端的电流反馈回到反相器INV的输入端并使得振荡继续。
晶体谐振器CU的一端与包含在可变负载电容电路CL之中的所有负载电容元件C1a至Cna的一端相耦合。负载电容元件C1a至Cna的另一端分别与包含在可变负载电容电路CL之中的开关S1a至Sna的一端相耦合。所有开关S1a至Sna的另一端耦合到地。
也就是说，在晶体谐振器CU的一端与地之间负载电容元件C1a至Cna分别与开关S1a至Sna串联耦合。换句话说，串联耦合的n对负载电容元件C1a至Cna和开关S1a至Sna并联耦合在晶体谐振器CU的一端与地之间。开关S1a至Sna例如是MOS(金属氧化物半导体)晶体管。
类似地，晶体谐振器CU的另一端与包含在可变负载电容电路CL之中的所有负载电容元件C1b至Cnb的一端相耦合。负载电容元件C1b至Cnb的另一端分别与包含在可变负载电容电路CL之中的开关S1b至Snb的一端相耦合。所有开关S1b至Snb的另一端耦合到地。
也就是说，在晶体谐振器CU的一端与地之间负载电容元件C1b至Cnb分别且串联地与开关S1b至Snb相耦合。换句话说，串联耦合的n对负载电容元件C1b至Cnb和开关S1b至Snb并联耦合在晶体谐振器CU的一端与地之间。开关S1b至Snb例如是MOS晶体管。
开关控制单元SC从温度传感器TS获取温度信息。开关控制单元SC根据所获取的温度信息通过包括n条信号线的总线BUS来控制n对开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断。在这里，成对的开关S1a和S1b的通/断由同一信号来控制。类似地，成对的开关S1a和S1b至开关Sna和Snb的通/断分别是由同一信号来控制的。
此外，当开关控制单元SC从温度传感器TS获取了温度信息时，开关控制单元SC参考存储在存储器单元MEM中的表并且控制开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断。因此，可以快速地处理对开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断控制。
如后面参考图3所详细描述的，表示出了对于每种类型(晶体类型)的晶体谐振器CU的温度范围与在该温度范围中要导通的开关对的数量之间的对应关系。这是因为当晶体类型不同时，频率特性略有不同。因此，开关控制单元SC获取用于指示出要使用的晶体谐振器CU的类型的晶体类型信号ct。
当所获取的温度信息未包括在预定容许范围之内时，开关控制单元SC改变开关S1a至Sna和S1b至Snb当中的将要导通的开关的数量使得从振荡电路OC所输出的高频信号fs的频率偏差的绝对值变小。由此，耦合在晶体谐振器CU的一端与地之间的负载电容元件C1a至Cna的数量改变，并且耦合到晶体谐振器CU的一端的负载电容改变。类似地，耦合在晶体谐振器CU的另一端与地之间的负载电容元件C1b至Cnb的数量改变，并且与晶体谐振器CU的另一端相耦合的负载电容改变。
温度传感器TS间接地检测晶体谐振器CU的温度。用于对包括无线电收发器电路RFT的模拟电路生成参考电压的带隙参考电路可以用作温度传感器TS。在这种情况下，不需要单独提供温度传感器TS，使得可以抑制电路规模的增加。
存储器单元MEM存储由开关控制单元SC参考的表。在这里，图3是示出了在根据第一实施例的半导体装置100的存储器单元MEM中存储的表的示例的图示。如图3所示，该表示出了晶体谐振器CU的类型(晶体类型)、温度范围、以及要导通的开关对的数量。具体地说，该表示出了对于不同晶体类型A和B的每一个而言的温度范围与要导通的开关对的数量之间的对应关系。当晶体类型不同时，诸如随后图5中所述的温度依赖性和诸如随后图6中所述的负载电容依赖性这样的频率特性至少在一定程度上不同。因此，该表示出了对于每种晶体类型而言的温度范围与要导通的开关对的数量之间的对应关系。
如图3所示，在晶体类型A和B这两者中，在晶体谐振器CU的容许温度范围中(在图3的示例中为-40至85℃)10对开关导通。在晶体类型A和B这两者中，随着温度升高超过容许温度范围，要导通的开关对的数量增加。
在图3的示例中，具体地说，在晶体类型A的情况下，在85至95℃的温度范围中11对开关导通，在95至100℃的温度范围中12对开关导通，并且在100至105℃的温度范围中13对开关导通。另一方面，在晶体类型B的情况下，在85至100℃的温度范围中11对开关导通，并且在100至105℃的温度范围中12对开关导通。当然，图3所示的温度范围和要导通的开关对的数量仅是示例并且可适当地改变。
无线电收发器电路RFT通过利用从振荡电路OC所输出的频率信号fs来从外部所接收到的发送数据td生成发送RF(射频)信号并且通过天线AN来无线地发送该发送RF信号。另一方面，无线电收发器电路RFT通过天线AN无线地接收接收RF(射频)信号，从该接收RF信号生成接收数据rd，并且将该接收数据rd发送到外部。
图4是示出了在根据第一实施例的半导体装置100之中包含的无线电收发器电路RFT的构成示例的方框图。超外差型无线电收发器电路RFT包括基带处理单元BBP、IQ调制器IQM、IF(中频)放大器IFA1和IFA2、PLL(锁相环)电路PLL1和PLL2、频率合成器FS、上变频器UC、功率放大器PA、输出滤波器O、低噪声放大器LNA、RF(射频)混频器RFM、IF(中频)混频器IFM。省略各种滤波器。
基带处理单元BBP将从外部接收到的发送数据td编码成发送IQ信号并且将该发送IQ信号发送到IQ调制器IQM。另一方面，基带处理单元BBP将从IF混频器IFM接收到的接收IQ信号解码成接收数据rd并将该接收数据rd发送到外部。
以下，将描述发送数据td的流。
在IQ调制器IQM中，通过从基带处理单元BBP输出的发送IQ信号对从PLL电路PLL1输出的IF(中频)信号进行正交调制并且生成发送IF信号。在这里，从PLL电路PLL1输出的IF信号是从振荡电路OC输出的频率信号fs生成的。
通过IF放大器IFA1对从IF调制器IQM输出的发送IF信号进行放大。对已放大的发送IF信号与从频率合成器FS输出的频率信号进行混频并在上变频器UC中上变频为发送RF信号。在这里，从频率合成器FS输出的频率信号是从振荡电路OC输出的频率信号fs生成的。
通过功率放大器PA对从上变频器UC输出的发送RF信号进行放大并且此后通过输出滤波器OF从天线AN无线发送。在这里，输出滤波器OF抑制从天线AN所无线发送的发送RF信号传播到低噪声放大器LNA。
接下来，将描述接收数据rd的流。
通过输出滤波器OF将由天线AN无线接收到的接收RF信号输入到低噪声放大器LNA并且由低噪声放大器LNA进行放大。在这里，输出滤波器OF抑制由天线AN无线接收到的接收RF信号传播到功率放大器PA。
将放大的接收RF信号与从频率合成器FS输出的上述频率信号进行混频并在RF混频器RFM中下变频为接收IF信号。通过IF放大器IFA2对从RF混频器RFM输出的接收IF信号进行放大。
在IF混频器IFM中将放大的接收IF信号与从PLL电路PLL2输出的IF信号进行混频并将其解调为接收IQ信号。此后，通过基带处理单元BBP将从IF混频器IFM输出的接收IQ信号解码为接收数据rd。
<效果说明>
如上所述，根据本实施例的半导体装置100包括开关控制单元SC，该开关控制单元SC根据所获取的温度信息来控制开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断。具体地说，当所获取的温度信息未包括在规定容许范围之内时，开关控制单元SC改变开关S1a至Sna和S1b至Snb当中的将要导通的开关的数量使得从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率偏差的绝对值变小。因此，可以改变耦合到晶体谐振器CU的两端的负载电容并且保持从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率偏差在预定容许范围之内。
在这里，图5是示出了晶体谐振器CU的频率偏差Δf/fn的温度依赖性的示例的曲线图。横轴表示温度[℃]并且纵轴表示频率偏差Δf/fn[ppm]。在这里，Δf是每个温度下的晶体谐振器CU的振荡频率f与标称频率fn之间的差，即由于温度所引起的频移。由温度所引起的频移为Δf＝f-fn。
如图5所示，频率偏差Δf/fn相对于温度以三次曲线变化。如图5所示，在补偿温度范围中，即在晶体谐振器CU的容许温度范围(在图5的示例中为-40至85℃)中，频率偏差Δf/fn在预定容许范围之内(在图5的示例中为±30ppm)。
另一方面，如果使用温度范围扩展到例如-40℃至105℃，则晶体谐振器CU的频率偏差Δf/fn超过容许偏差的上限(在图5的示例中为30ppm)。
在这里，由通信标准等来适当地设定频率偏差Δf/fn的容许范围。例如，诸如Bluetooth(注册商标)低能这样的短距离无线电通信标准中的频率偏差的容许范围是±50ppm。因此，考虑到相对于该标准的裕量，认为频率偏差的容许范围被设置为例如大约±30ppm。这样的容许范围比移动电话的通信标准(频率偏差的容许范围为±3ppm)大一位记数，因此不要求像温度补偿晶体振荡器(TCXO)那样小的频率偏差(例如±1ppm或更小)。
在这里，图6是示出了晶体谐振器CU的频率偏差Δf/fn的负载电容依赖性的示例的曲线图。横轴表示负载电容[pF]并且纵轴表示频率偏差Δf/fn[ppm]。在图6的示例中，使12.5pF的负载电容耦合到晶体谐振器CU使得频率偏差Δf/fn在25℃改变成0。在这里，如图6所示，当耦合到晶体谐振器CU的负载电容增加时，频率偏差Δf/fn单调减小。
因此，在根据本实施例的半导体装置100中，当所获取的温度超过例如容许温度上限(在图5的示例中为85℃)时，开关S1a至Sna和S1b至Snb当中的将要导通的开关的数量增加。也就是说，如图6所示，通过增大耦合到晶体谐振器CU两端的负载电容，可以减小从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率偏差Δf/fn。其结果是，可以将频率信号fs的频率偏差Δf/fn保持在容许偏差的范围之内(在图5的示例中为30ppm)。
另一方面，在根据本实施例的半导体装置100中，不需要像在温度补偿晶体振荡器(TCXO)中那样存储大量数据以消除三次曲线形状的温度依赖性。此外，不需要不断地改变负载电容，从而不需要诸如变容二极管这样的模拟可变电容元件。因此，在根据本实施例的半导体装置100中，与温度补偿晶体振荡器相比，可以抑制电路规模和功耗的增加。
如上所述，在根据本实施例的半导体装置100中，可以在将频率偏差保持在预定容许范围之内的同时抑制电路规模和功耗的增加。
<半导体装置的控制方法>
接下来，将参考图7对根据第一实施例的半导体装置的控制方法进行描述。图7是示出了根据第一实施例的半导体装置的控制方法的流程图。在图7的描述中，适当地参考图1。
如图7所示，首先，图1所示的温度传感器TS检测晶体谐振器CU的温度(步骤ST11)。
接下来，开关控制单元SC确定由温度传感器TS检测到的温度是否在存储在存储器单元MEM(参考图3)中的表中的使用温度范围之内(步骤ST12)。首先使用的温度范围是容许温度范围。
当所检测到的温度在图3所示的表中的使用温度范围之内时(步骤ST12：是)，开关控制单元SC不改变要导通的开关的数量(开关对的数量)并且在不改变的情况下结束开关控制。另一方面，当所检测到的温度不在图3所示的表中的使用温度范围之内时(步骤ST12：否)，开关控制单元SC将要导通的开关的数量(开关对的数量)改变成与包括所检测到的温度的温度范围相对应的数量(步骤ST13)并且此后结束该开关控制。
在根据本实施例的半导体装置100中，为了降低功耗，电源断开并且每当分组发送/接收完成时振荡电路OC停止。因此，例如，每当发送/接收分组时，在电源导通之后开关控制单元SC重复图7所示的控制，直到分组发送/接收完成。例如，在蓝牙低能的情况下，以7.5ms的间隔重复625μs的分组发送/接收。在每次执行多次分组发送/接收时，可以重复图7中所示的控制，而不是在每次发送/接收分组时。在要导通的开关的数量改变的时刻，其电势不同的负载电容元件被耦合，从而从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率可能变化很大。因此，优选的是要导通的开关的数量改变的时刻不是在分组的发送/接收期间。
(第二实施例)
<半导体装置200的详细构成>
接下来，将参考图2对根据第二实施例的半导体装置进行详细地描述。图8是示出了根据第二实施例的半导体装置200的构成的详细方框图。
在图2所示的根据第一实施例的半导体装置100中，开关控制单元SC根据从温度传感器TS获取的温度信息来控制n对开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断。另一方面，在图8所示的根据第二实施例的半导体装置200中，开关控制单元SC根据从无线电收发器电路RFT获取的自动频率控制(AFC)信号afc来控制n对开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断。因此，根据第二实施例的半导体装置200不需要温度传感器TS。
AFC信号afc是从主无线设备(图中未示出)所接收到的接收RF信号的频率(以下称为主频率)与从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率之间的差。主频率始终保持恒定并且等于晶体谐振器CU的标称频率fn。也就是说，AFC信号afc与由于从振荡电路OC输出的频率信号fs的温度所引起的频移相对应。
在这里，图9是示出了在根据第二实施例的半导体装置200中包含的无线电收发器电路RFT的构成示例的方框图。图9所示的无线电收发器电路RFT具有与图4所示的无线电收发器电路RFT相同的电路构成。如图9所示，基带处理单元BBP包括接收检测单元RDU。接收检测单元RDU生成AFC信号afc并将该AFC信号afc输出到开关控制单元SC。在图4中，省略了接收检测单元RDU。
如图9所示，接收检测单元RDU接收从IF混频器IFM输出的接收IQ信号的频率以及从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率。在这里，接收IQ信号的频率是主频率。因此，接收检测单元RDU可生成与主振频率与从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率之间的差相对应的AFC信号afc。
如图8所示，开关控制单元SC从无线电收发器电路RFT获取AFC信号afc，即频率信号fs的频移。此后，开关控制单元SC根据所获取的频率信号fs的频移通过包括n条信号线的总线BUS来控制n对开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断。在这里，成对的开关S1a和S1b的通/断是由同一信号来控制的。类似地，成对的开关S1a和S1b至开关Sna和Snb的通/断分别是由同一信号来控制的。
当开关控制单元SC获取频率信号fs的频移时，开关控制单元SC参考存储在存储器单元MEM中的表并控制开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断。因此，可以快速地处理对开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断控制。
当所获取的频率信号fs的频移未包括在预定容许范围之内时，开关控制单元SC改变开关S1a至Sna和S1b至Snb当中的将要导通的开关的数量使得从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率偏差的绝对值变小。由此，耦合在晶体谐振器CU的一端与地之间的负载电容元件C1a至Cna的数量改变，并且耦合到晶体谐振器CU的一端的负载电容改变。类似地，耦合在晶体谐振器CU的另一端与地之间的负载电容元件C1b至Cnb的数量改变，并且与晶体谐振器CU的另一端相耦合的负载电容改变。
在这里，图10是示出了存储在根据第二实施例的半导体装置200的存储器单元MEM中的表的示例的图示。如图10所示，该表示出了当对于每种类型(晶体类型)的晶体谐振器CU增加一对要导通的开关时的频率降低量。在图10的示例中，对于不同晶体类型A、B、C中的每一个示出了当增加一对要导通的开关时的频率降低量。可从图6所示的晶体谐振器CU的频率偏差Δf/fn的负载电容依赖性获取频率降低量。
在图10的示例中，具体地说，在晶体类型A的情况下，当增加一对要导通的开关时，频率改变-8kHz。在晶体类型B的情况下，当增加一对要导通的开关时，频率改变-13kHz。在晶体类型C的情况下，当增加一对要导通的开关时，频率改变-10kHz。当然，图10中的当增加一对要导通的开关时的频率改变的值仅仅是示例并且可适当地改变。
下面将描述具体的示例。
当标称频率fn是2.4GHz并且频率信号fs的频率偏差Δf/fn的容许偏差是±30ppm时，频率信号fs的频移的容许范围是±72kHz(＝2.4GHz×(±30ppm))。因此，当所获取的AFC信号afc(即频率信号fs的频移)包含在容许范围(±72kHz)中时，开关控制单元SC不改变要导通的开关的数量。
另一方面，当所获取的频率信号fs的频移未包括在容许范围(72kHz)中时，开关控制单元SC使频移的值除以图10中所示的当增加一对要导通的开关时的频率降低量。当所获得的商为正值时，使要导通的开关对的数量增加与商的整数部分相对应的值，并且当所获得的商是负值时，使要导通的开关对的数量减少与商的整数部分相对应的值。
作为具体示例，假定在图10所示的当增加一对要导通的开关时的频率降低量是13kHz并且AFC信号afc即频率信号fs的频移的值未包括在容许范围(±72kHz)中的情况下使用晶体类型B。当频移的值是超过容许上限值72kHz的80kHz时，因为80kHz/13kHz＝6.1...，因此要增加六对要导通的开关。另一方面，当频移的值是低于容许下限值-72kHz的-80KHz时，因为-80kHz/13kHz＝-6.1...，因此要减去六对要导通的开关。通过这样的控制，可以将从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率偏差保持在预定容许范围之内。
<效果说明>
如上所述，根据本实施例的半导体装置200包括开关控制单元SC，该开关控制单元SC根据用于指示出由于温度改变所引起的频率信号fs的偏移的AFC信号afc来控制开关S1a至Sna和S1b至Snb的通/断。具体地说，当所获取的频率信号fs的偏移未包括在预定容许范围之内时，开关控制单元SC改变开关S1a至Sna和S1b至Snb当中的要导通的开关的数量使得频率信号fs的频率偏差的绝对值变小。因此，可以改变耦合到晶体谐振器CU的两端的负载电容并且保持从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率偏差在预定容许范围之内。
另一方面，还在根据本实施例的半导体装置200中，不需要像在温度补偿晶体振荡器(TCXO)中那样存储大量数据以消除三次曲线形状的温度依赖性。此外，不需要不断地改变负载电容，从而不需要诸如变容二极管这样的模拟可变电容元件。因此，还在根据本实施例的半导体装置200中，与温度补偿型晶体振荡器相比，能够抑制电路规模和功耗的增加。
此外，在根据本实施例的半导体装置200中，不需要温度传感器TS，从而与根据第一实施例的半导体装置100相比，能够进一步抑制电路规模和功耗的增加。
如上所述，还在根据本实施例的半导体装置200中，可以在将频率偏差保持在预定容许范围之内的同时抑制电路规模和功耗的增加。
<半导体装置的控制方法>
接下来，将参考图11对根据第二实施例的半导体装置的控制方法进行描述。图11是示出了根据第二实施例的半导体装置的控制方法的流程图。在图11的描述中，适当参考图8和图9。
如图11所示，首先，图9所示的接收检测单元RDU检测频率信号fs与主频率之间的频移(步骤ST21)。
接下来，开关控制单元SC确定从接收检测单元RDU所获取的频率信号fs的频移是否包含在预定容许范围之内(步骤ST22)。
当频率信号fs的频移包含在预定容许范围之内时(步骤ST22：是)，开关控制单元SC不改变要导通的开关的数量(开关对的数量)并且在不改变的情况下结束开关控制。另一方面，当频率信号fs的频移未包括在预定容许范围之内时(步骤ST22：否)，开关控制单元SC根据频率信号fs的频移值来改变要导通的开关的数量(开关对的数量)并且此后结束该开关控制。
同样在根据本实施例的半导体装置200中，为了降低功耗，电源断开并且每当分组发送/接收完成时振荡电路OC停止。因此，例如，每当发送/接收分组时，开关控制单元SC在电源导通之后重复图11所示的控制，直到分组发送/接收完成。可以在每次执行多次分组发送/接收时，而不是在每次发送/接收分组时，重复图11中所示的控制。在要导通的开关的数量改变的时刻，其电势不同的负载电容元件被耦合，从而从振荡电路OC输出的频率信号fs的频率可能变化很大。因此，优选的是要导通的开关的数量改变的时刻不是在分组的发送/接收期间。
虽然已根据实施例对本发明人所做出的发明进行了具体描述，但不必说本发明不局限于上述实施例并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种修改。

Claims (16)

1.一种半导体装置，包括：
晶体谐振器；
振荡电路，所述振荡电路使所述晶体谐振器振荡并且输出频率信号；
可变负载电容电路，所述可变负载电容电路包括并联耦合到所述晶体谐振器的一端的多个负载电容元件以及分别串联耦合到所述负载电容元件的多个开关；以及
开关控制单元，所述开关控制单元基于下述信息来控制所述开关的通/断，所述信息是由于温度改变引起的所述频率信号的频率偏差的指标，
其中，当所述信息未包括在预定容许范围之内时，所述开关控制单元改变所述多个开关当中的将要导通的开关的数量，使得所述频率偏差的绝对值变小。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，进一步包括：
温度传感器，所述温度传感器检测所述晶体谐振器的温度，
其中，所述信息是由所述温度传感器检测到的温度信息。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，
其中，所述信息是所述频率信号的频率与从外部主无线装置接收到的无线信号的主频率之间的频移信息。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，
其中，所述开关控制单元在未发送或接收分组的时段期间改变所述多个开关当中的将要导通的开关的数量。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，
其中，所述负载电容元件的电容彼此相等。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，
其中，所述可变负载电容电路进一步包括并联耦合到所述晶体谐振器的另一端的多个负载电容元件以及分别串联耦合到所述负载电容元件的多个开关。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，
其中，耦合到所述晶体谐振器的一端的所述负载电容元件的数量和耦合到所述晶体谐振器的另一端的所述负载电容元件的数量是相同的。
8.根据权利要求6所述的半导体装置，
其中，耦合到所述晶体谐振器的一端和另一端的所述负载电容元件的电容彼此相等。
9.一种半导体装置的控制方法，所述半导体装置包括：
晶体谐振器；
振荡电路，所述振荡电路使所述晶体谐振器振荡并且输出频率信号，以及
可变负载电容电路，所述可变负载电容电路包括并联耦合到所述晶体谐振器的一端的多个负载电容元件以及分别串联耦合到所述负载电容元件的多个开关，所述控制方法包括：
获取下述信息，所述信息是由于温度改变引起的所述频率信号的频率偏差的指标，并且
当获取的信息未包括在预定容许范围中时，改变所述多个开关当中的将要导通的开关的数量，使得所述频率偏差的绝对值变小。
10.根据权利要求9所述的半导体装置的控制方法，
其中，所述信息是由所述温度传感器检测到的所述晶体谐振器的温度信息。
11.根据权利要求9所述的半导体装置的控制方法，
其中，所述信息是所述频率信号的频率与从外部主无线装置接收到的无线信号的主频率之间的频移信息。
12.根据权利要求9所述的半导体装置的控制方法，
其中，在未发送或接收分组的时段期间改变所述多个开关当中的将要导通的开关的数量。
13.根据权利要求9所述的半导体装置的控制方法，
其中，所述负载电容元件的电容彼此相等。
14.根据权利要求9所述的半导体装置的控制方法，
其中，所述可变负载电容电路进一步包括并联耦合到所述晶体谐振器的另一端的多个负载电容元件以及分别串联耦合到所述负载电容元件的多个开关。
15.根据权利要求14所述的半导体装置的控制方法，
其中，耦合到所述晶体谐振器的一端的所述负载电容元件的数量和耦合到所述晶体谐振器的另一端的所述负载电容元件的数量是相同的。
16.根据权利要求14所述的半导体装置的控制方法，
其中，耦合到所述晶体谐振器的一端和另一端的所述负载电容元件的电容彼此相等。
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