JP2005094427A - Semiconductor integrated circuit for communication - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発振周波数を切り替えることが可能な電圧制御発振回路(VCO)を半導体チップに内蔵させる場合に適用して有効な技術に関し、例えば、複数バンドの信号を送受信可能な携帯電話機のような無線通信装置に用いられて送信信号を変調したりアップコンバートしたりする高周波用半導体集積回路における送信用VCOの制御ループに利用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a technique that is effective when applied to a semiconductor chip having a voltage controlled oscillation circuit (VCO) capable of switching an oscillation frequency, such as a mobile phone capable of transmitting and receiving signals of a plurality of bands. The present invention relates to a technique that is effectively used for a control loop of a transmission VCO in a high-frequency semiconductor integrated circuit that is used in a wireless communication apparatus to modulate or up-convert a transmission signal.
携帯電話機等の無線通信装置(移動体通信装置)の方式の一つに、GSM(Global System for Mobile Communication)と呼ばれる方式がある。このGSM方式においては、搬送波の位相を送信データに応じてシフトするGMSK(Gaussian Minimum Shift Keying )と呼ばれる位相変調方式が用いられている。 One of the methods of wireless communication devices (mobile communication devices) such as mobile phones is a method called GSM (Global System for Mobile Communication). In this GSM system, a phase modulation system called GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) that shifts the phase of a carrier wave according to transmission data is used.
ところで、近年のGSM方式等の携帯電話機においては、GMSK変調モードの他に、搬送波の位相成分と振幅成分を変調する3π/8rotating8−PSK(Phase Shift Keying)変調モードを有するEDGE(Enhanced Data Rates for GMS Evolution)と呼ばれるシステムが実用化されつつある。1シンボル当たり1ビットの情報を送るGMSK変調に対し、3π/8rotating8−PSK(以下、8−PSKと称する)変調では1シンボル当たり3ビットの情報を送ることができるため、EDGEモードはGMSKモードに比べて高い伝送レート(384kbps)による通信が可能である。 By the way, in recent cellular phones such as the GSM system, in addition to the GMSK modulation mode, EDGE (Enhanced Data Rates for) having a 3π / 8 rotating 8-PSK (Phase Shift Keying) modulation mode for modulating the phase component and amplitude component of the carrier wave. A system called GMS Evolution) is being put into practical use. In contrast to GMSK modulation in which 1-bit information is transmitted per symbol, in 3π / 8 rotating 8-PSK (hereinafter referred to as 8-PSK) modulation, 3-bit information can be transmitted per symbol. Therefore, EDGE mode is changed to GMSK mode. Communication at a higher transmission rate (384 kbps) is possible.
送信信号の位相成分と振幅成分にそれぞれ情報を持たせる変調方式の実現方法としては、送信したい信号を位相成分と振幅成分に分離した後、位相制御ループと振幅制御ループでそれぞれフィードバックをかけて制御した後、アンプで合成して出力するポーラループと呼ばれる方式が従来より知られている(例えば、ARTECH HOUSE,INC.が1979年に出版の"High Linearity RF Amplifier Design "by Kenington,Peter B.の第162頁)。 As a method of realizing a modulation method that gives information to the phase component and amplitude component of the transmission signal, the signal to be transmitted is separated into the phase component and the amplitude component, and then the feedback is controlled by the phase control loop and the amplitude control loop, respectively. After that, a method called a polar loop that is synthesized and output by an amplifier has been conventionally known (for example, ARTECH HOUSE, INC. Published in 1979 by “High Linearity RF Amplifier Design” by Kenington, Peter B. Page 162).
ところで、近年、無線通信システムにおいては、部品点数を減らしてシステムの小型化および低コスト化を図るため、できるだけ多くの回路を1つあるいは数個の半導体集積回路内に取り込む努力がなされている。その一つに、送信用発振器を、変復調機能を有する半導体集積回路(以下、高周波ICと称する)に内蔵させる試みがあり、GSM方式の通信システムを構成する高周波ICに関しては、送信用発振器をオンチップ化させたものが、本出願人によって開発され提案されている(特許文献1)。
本発明者等は、EDGE方式の通信システムを構成する高周波ICに送信用発振器を内蔵させる技術について検討を行なった。その結果、以下のような問題点があることが明らかになった。なお、本発明者等が検討したEDGEシステムにおけるポーラループ方式は、位相制御ループに関しては送信用発振器の出力または高周波電力増幅回路(以下、パワーアンプと称する)の出力を検出して基準信号と比較する位相比較回路にフィードバックさせ、振幅制御ループに関してはパワーアンプの出力を検出して基準信号と比較する振幅比較回路にフィードバックさせる方式である。かかるポーラループ方式については、本出願人等によって提案された特許出願(特願2003−54042号)に開示されている。 The present inventors have studied a technique for incorporating a transmission oscillator in a high-frequency IC constituting an EDGE communication system. As a result, it became clear that there are the following problems. The polar loop method in the EDGE system examined by the present inventors is that the phase control loop detects the output of the transmission oscillator or the output of a high frequency power amplifier circuit (hereinafter referred to as a power amplifier) and compares it with a reference signal. This is fed back to the phase comparison circuit, and the amplitude control loop detects the output of the power amplifier and feeds it back to the amplitude comparison circuit for comparison with the reference signal. Such a polar loop system is disclosed in a patent application (Japanese Patent Application No. 2003-54042) proposed by the present applicant.
ところで、従来、携帯電話機においては、例えば880〜915MHz帯のGSMと1710〜1785MHz帯のDCS(Digital Cellular System)のような2つの周波数帯の信号を扱えるデュアルバンド方式の携帯電話機がある。また、かかるデュアルバンド方式の携帯電話機においては、それぞれの周波数帯に対応した送信用発振器(以下、送信用VCOと称する)を2つ設け、送信用VCOを切り替えることにより2つの方式に対応することができるようにしたものがある。 By the way, conventional mobile phones include dual-band mobile phones that can handle signals in two frequency bands such as GSM of 880 to 915 MHz band and DCS (Digital Cellular System) of 1710 to 1785 MHz band. In addition, in such a dual-band mobile phone, two transmission oscillators (hereinafter referred to as transmission VCOs) corresponding to the respective frequency bands are provided, and the two systems can be handled by switching the transmission VCO. There is something that can be done.
ところが、近年においては、GSMやDCSの他に例えば1850〜1910MHz帯のPCS(Personal Communication System)の信号を扱えるトリプルバンド方式の携帯電話機に対する要求がある。また、携帯電話機は今後さらに多くの方式に対応できるものが要求されると予想さる。このような複数の方式に対応できる携帯電話機に使用される送信用VCOは発振帯域(発振可能な周波数範囲)が広いことが必要である。 However, in recent years, in addition to GSM and DCS, there is a demand for a triple-band mobile phone that can handle, for example, a 1850 to 1910 MHz band PCS (Personal Communication System) signal. In addition, it is expected that mobile phones that are compatible with more systems will be required in the future. A transmission VCO used in a mobile phone that can handle such a plurality of systems needs to have a wide oscillation band (frequency range in which oscillation is possible).
一方、半導体チップに内蔵させた送信用VCOの性能を決める大きな要因に、インダクタなどの受動素子のQ値がある。受動素子のQ値は、現在の半導体製造技術では半導体チップ上に形成された素子の方がディスクリートの部品で構成された素子よりも低くなってしまう。そこで、インダクタとして外付け素子を用いるようにしているものもある。しかしながら、それでは部品点数の削減が充分に達成されない。従って、インダクタをも含めてオンチップ化することが重要である。 On the other hand, a major factor that determines the performance of a transmission VCO built in a semiconductor chip is the Q value of passive elements such as inductors. The Q value of a passive element is lower in an element formed on a semiconductor chip than in an element formed of discrete components in the current semiconductor manufacturing technology. Therefore, there are some which use an external element as an inductor. However, this does not sufficiently reduce the number of parts. Therefore, it is important to make it on-chip including the inductor.
しかし、オンチップ化されたVCOの発振帯域は、受動素子のQ値が低いため、ディスクリート部品である発振モジュールの発振帯域よりも狭くなるという不具合がある。かかる課題を解決するため、前記先願発明(特願2003−48631号)では、送信用VCOの容量値を段階的に変更可能な構成を設け、使用周波数帯に応じていずれかの容量値を選択して発振周波数を切り替えるようにしたマルチバンド方式の送信用VCOを採用している。 However, the oscillation band of the on-chip VCO has a disadvantage that it becomes narrower than the oscillation band of the oscillation module which is a discrete component because the Q value of the passive element is low. In order to solve this problem, the prior invention (Japanese Patent Application No. 2003-48631) has a configuration in which the capacity value of the VCO for transmission can be changed in stages, and any capacity value is set according to the frequency band used. A multiband transmission VCO that is selected to switch the oscillation frequency is employed.
ただし、前記先願発明はGMSK変調のみをサポートするGSMシステム用の高周波ICに送信用VCOを内蔵させるための技術に留まる。本発明者らは、EDGEシステム用の高周波ICにマルチバンド方式の送信用VCOを内蔵させる際に生じる技術的課題について検討した。その結果、温度変動により送信用VCOを構成するオンチップの容量素子の容量値が変化すると、送信用VCOのKV特性(電圧−周波数感度)が所望の特性からずれて制御ループのループゲインが変化してしまい、EVM(エラーベクトルマグニチュード)が劣化するとともに、搬送波の周波数から0.4MHz離れた周波数の信号レベルの減衰量を意味するスペクトラル・リグロース(送信スペクトラム)が劣化してしまう。その結果、変調精度が低下するとともに、隣接チャネルへのノイズの漏れ量が多くなるという課題があることが明らかとなった。 However, the invention of the prior application is limited to a technique for incorporating a transmission VCO in a high-frequency IC for a GSM system that supports only GMSK modulation. The present inventors have examined a technical problem that arises when a multi-band transmission VCO is built in a high-frequency IC for an EDGE system. As a result, when the capacitance value of the on-chip capacitive element constituting the transmission VCO changes due to temperature fluctuation, the KV characteristic (voltage-frequency sensitivity) of the transmission VCO deviates from the desired characteristic and the loop gain of the control loop changes. As a result, EVM (error vector magnitude) deteriorates and spectral regrowth (transmission spectrum), which means an attenuation of a signal level at a frequency 0.4 MHz away from the carrier frequency, deteriorates. As a result, it has been clarified that there are problems that the modulation accuracy is lowered and the amount of noise leakage to the adjacent channel is increased.
さらに、送信用VCOの出力信号は別個の半導体集積回路あるいはモジュールとして構成されたパワーアンプによって電力増幅されてアンテナから出力されるが、このパワーアンプのへの入力レンジの仕様として、従来は一般に5dB±2dBのような範囲が要求されることが多かった。また、通信品質の向上および低消費電力化の観点から、今後パワーアンプのへの入力レンジの仕様として5dB±1dBのような厳しい条件が要求されるようになると予想される。 Further, the output signal of the VCO for transmission is power amplified by a power amplifier configured as a separate semiconductor integrated circuit or module and output from the antenna. Conventionally, as a specification of the input range to this power amplifier, it is generally 5 dB. A range such as ± 2 dB was often required. In addition, from the viewpoint of improving communication quality and reducing power consumption, it is expected that strict conditions such as 5 dB ± 1 dB will be required in the future as specifications of the input range to the power amplifier.
ところが、送信用VCOの出力振幅は電源電圧や発振周波数さらには温度変動によって変化するため、これらの変動要因に対して送信用VCOの出力振幅があまり変化しないように予め対策を行なっておかないと、通信品質が低下したり消費電力が増加して1回の充電で可能な最大通話時間や最大待ち受け時間が短くなってしまうおそれがある。なお、温度変動に対して送信用VCOの出力振幅を一定に保つようにした発明として文献2に記載されているものがある。ただし、この先願発明は、振幅変調のみ行なうASK変調回路において温度変動に対して送信用VCOの出力振幅を一定に保つための技術に留まる。
However, since the output amplitude of the transmission VCO changes depending on the power supply voltage, the oscillation frequency, and the temperature fluctuation, measures must be taken in advance so that the output amplitude of the transmission VCO does not change so much with respect to these fluctuation factors. There is a risk that the communication quality deteriorates or the power consumption increases and the maximum call time and the maximum standby time that can be performed by one charge are shortened. Note that there is one described in
この発明の目的は、送信用発振回路を半導体チップに内蔵させる場合に、温度変動に伴う送信用発振回路のKV特性の変化によるEVMの劣化および送信スペクトラムの劣化を防止することができる通信用半導体集積回路を提供することにある。
この発明の他の目的は、送信用発振回路を半導体チップに内蔵させる場合に、温度変動に伴う送信用発振回路の出力振幅の変化による通信品質の低下および消費電力の増加を防止することができる通信用半導体集積回路を提供することにある。
この発明のさらに他の目的は、特に位相変調と振幅変調を行なうEDGEシステムを構成する通信用半導体集積回路に送信用発振回路を内蔵させる場合に利用して有効な技術を提供することにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a communication semiconductor capable of preventing deterioration of EVM and transmission spectrum due to a change in KV characteristics of a transmission oscillation circuit due to temperature fluctuation when a transmission oscillation circuit is built in a semiconductor chip. It is to provide an integrated circuit.
Another object of the present invention is to prevent a decrease in communication quality and an increase in power consumption due to a change in output amplitude of a transmission oscillation circuit due to a temperature change when the transmission oscillation circuit is built in a semiconductor chip. The object is to provide a semiconductor integrated circuit for communication.
Still another object of the present invention is to provide a technique which is effective when used in the case where a transmission oscillation circuit is built in a communication semiconductor integrated circuit constituting an EDGE system that performs phase modulation and amplitude modulation.
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、本願の第1の発明は、位相変調された信号を周波数変換して出力する送信用発振回路と、該送信用発振回路の出力信号の位相と位相変調および振幅変調された信号の位相とを比較する位相比較回路と、該位相比較回路の出力に応じた電圧を生成するチャージポンプとを含み該チャージポンプにより生成された電圧により前記送信用発振回路の発振周波数を制御する位相制御ループを備えている通信用半導体集積回路において、温度変化による前記送信用発振回路のKV特性(制御電圧−発振周波数特性)のずれを前記チャージポンプの電流を変化させることで補正する温度補償回路を設けるようにしたものである。
Outlines of representative ones of the inventions disclosed in the present application will be described as follows.
That is, the first invention of the present application is a transmission oscillation circuit that frequency-converts and outputs a phase-modulated signal, the phase of the output signal of the transmission oscillation circuit, and the phase of the phase-modulated and amplitude-modulated signal. A phase control loop for controlling the oscillation frequency of the oscillation circuit for transmission by using the voltage generated by the charge pump, the phase control circuit including a phase comparison circuit for comparing the output and a charge pump for generating a voltage according to the output of the phase comparison circuit The communication semiconductor integrated circuit is provided with a temperature compensation circuit that corrects a deviation of the KV characteristic (control voltage-oscillation frequency characteristic) of the transmission oscillation circuit due to a temperature change by changing a current of the charge pump. It is a thing.
上記した手段によれば、温度変化により送信用発振回路のKV特性が所望の特性からずれたとしても、例えばVCOのKV値Kvとチャージポンプの電流値Icpとの積Kv・Icpが所定の範囲に入るようにチャージポンプの電流を補正することで、位相制御ループの安定性が向上し、EVMの劣化および送信スペクトラムの劣化を防止することができる。 According to the above means, even if the KV characteristic of the transmission oscillation circuit deviates from a desired characteristic due to a temperature change, for example, the product Kv · Icp of the KV value Kv of the VCO and the current value Icp of the charge pump is within a predetermined range. By correcting the current of the charge pump so as to enter, stability of the phase control loop can be improved, and deterioration of the EVM and transmission spectrum can be prevented.
また、本願の第2の発明は、電圧制御発振器と該発振器の出力を増幅する増幅回路とにより構成され、位相変調された信号を周波数変換して出力する送信用発振回路を備えている通信用半導体集積回路において、前記増幅回路の出力信号の振幅が所定の範囲に入るように前記増幅回路の電源電圧を温度に応じて変化させるようにしたものである。 Further, the second invention of the present application is for communication, comprising a voltage controlled oscillator and an amplifier circuit for amplifying the output of the oscillator, and comprising a transmission oscillation circuit for converting the frequency of the phase-modulated signal and outputting the signal. In the semiconductor integrated circuit, the power supply voltage of the amplifier circuit is changed according to the temperature so that the amplitude of the output signal of the amplifier circuit falls within a predetermined range.
上記した手段によれば、温度変化により送信用発振回路の出力信号の振幅が所望の範囲からずれたとしても、発振器の出力を増幅する増幅回路の電源電圧が温度に応じて変化されてその利得が制御されるため、送信用発振回路の出力信号の振幅をほぼ一定に保つことができる。 According to the above means, even if the amplitude of the output signal of the transmission oscillation circuit deviates from a desired range due to a temperature change, the power supply voltage of the amplifier circuit that amplifies the output of the oscillator is changed according to the temperature, and the gain Therefore, the amplitude of the output signal of the transmission oscillation circuit can be kept almost constant.
さらに、本願の第3の発明は、電圧制御発振器と該発振器の出力を増幅する増幅回路とにより構成され、位相変調された信号を周波数変換して出力する送信用発振回路を備えている通信用半導体集積回路において、前記前記増幅回路の出力信号の振幅が所定の範囲に入るように前記増幅回路の電源電圧を電圧制御発振器の出力信号の周波数に応じて変化させるようにしたものである。 Further, a third invention of the present application is for communication, comprising a voltage controlled oscillator and an amplifier circuit for amplifying the output of the oscillator, and comprising a transmission oscillation circuit for frequency-converting and outputting a phase-modulated signal In the semiconductor integrated circuit, the power supply voltage of the amplifier circuit is changed according to the frequency of the output signal of the voltage controlled oscillator so that the amplitude of the output signal of the amplifier circuit falls within a predetermined range.
上記した手段によれば、発振周波数の変更により送信用発振回路の出力信号の振幅が所望の範囲からずれたとしても、発振器の出力を増幅する増幅回路の電源電圧が、発振周波数に応じて変化されてその利得が制御されるため、送信用発振回路の出力信号の振幅をほぼ一定に保つことができる。 According to the above means, even if the amplitude of the output signal of the transmission oscillation circuit deviates from a desired range due to the change of the oscillation frequency, the power supply voltage of the amplifier circuit that amplifies the output of the oscillator changes according to the oscillation frequency. Since the gain is controlled, the amplitude of the output signal of the transmission oscillation circuit can be kept substantially constant.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本願の第1の発明に従うと、温度変化により送信用発振回路のKV特性が所望の特性からずれたとしても、位相制御ループの安定性が向上し、EVMの劣化および送信スペクトラムの劣化を防止することができる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
That is, according to the first invention of the present application, even if the KV characteristic of the transmission oscillation circuit deviates from a desired characteristic due to a temperature change, the stability of the phase control loop is improved, and the EVM and the transmission spectrum are deteriorated. Can be prevented.
また、本願の第2の発明に従うと、送信用発振回路を半導体チップに内蔵させた場合に、温度変化により送信用発振回路の出力信号の振幅が所望の範囲からずれたとしても、送信用発振回路の出力信号の振幅をほぼ一定に保つことができ、それによって通信品質の低下および消費電力の増加を防止することができる。 According to the second invention of this application, when the transmission oscillation circuit is built in the semiconductor chip, even if the amplitude of the output signal of the transmission oscillation circuit deviates from a desired range due to a temperature change, the transmission oscillation The amplitude of the output signal of the circuit can be kept almost constant, thereby preventing communication quality deterioration and power consumption increase.
さらに、本願の第3の発明に従うと、送信用発振回路を半導体チップに内蔵させた場合に、発振周波数の変更により送信用発振回路の出力信号の振幅が所望の範囲からずれたとしても、送信用発振回路の出力信号の振幅をほぼ一定に保つことができ、それによって通信品質の低下および消費電力の増加を防止することができる。 Further, according to the third invention of the present application, when the transmission oscillation circuit is built in the semiconductor chip, even if the amplitude of the output signal of the transmission oscillation circuit is deviated from a desired range due to the change of the oscillation frequency, the transmission is not performed. The amplitude of the output signal of the trusted oscillation circuit can be kept substantially constant, thereby preventing communication quality deterioration and power consumption increase.
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る送信用発振回路を内蔵した通信用半導体集積回路(高周波IC)及びそれを用いた無線通信システムの一実施例を示すブロック図である。この実施例は、位相制御ループと振幅制御ループを有するいわゆるポーラループ方式で8−PSK変調を行なうEDGE方式の無線通信システムに適用したものである。 FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a communication semiconductor integrated circuit (high frequency IC) incorporating a transmission oscillation circuit according to the present invention and a radio communication system using the same. This embodiment is applied to an EDGE wireless communication system that performs 8-PSK modulation in a so-called polar loop system having a phase control loop and an amplitude control loop.
図1に示す無線通信システムは、信号電波を送受信するアンテナ100と、送受信を切り替えるスイッチ110と、受信信号から不要波を除去するSAWフィルタなどからなるバンドパスフィルタ120と、送信信号を増幅する高周波電力増幅回路(パワーアンプ)130と、受信信号を復調したり送信信号を変調したりする高周波IC200と、送信データをI,Q信号に変換したり高周波IC200を制御したりするベースバンド回路300とからなる。この実施例では、高周波IC200およびベースバンド回路300は、各々別個の半導体チップ上にそれぞれ半導体集積回路として構成されている。
The radio communication system shown in FIG. 1 includes an
特に制限されるものでないが、この実施例の高周波IC200は、GSM850とGSM900、DCS1800、PCS1900の4つの通信方式による信号の変復調が可能に構成されている。また、これに応じて、バンドパスフィルタ120は、GSM系の周波数帯の受信信号を通過させるフィルタと、DCS1800の周波数帯の受信信号を通過させるフィルタと、PCS1900の周波数帯の受信信号を通過させるフィルタとからなる。
Although not particularly limited, the high-
本実施例の高周波IC200は、大きく分けると、受信系回路と、送信系回路と、それ以外の制御回路やクロック系回路などの送受信系に共通の回路からなる制御系回路とで構成される。
The high-
受信系回路は、受信信号を増幅するロウノイズアンプ210と、高周波用発振回路(RFVCO)250で生成された発振信号φRFを分周し互いに90°位相がずれた直交信号を生成する分周移相回路211と、ロウノイズアンプ210で増幅された受信信号に分周移相回路211で分周された直交信号を合成することで復調を行なうミキサからなる復調回路212a,212bと、復調されたI,Q信号をそれぞれ増幅してベースバンド回路300へ出力する高利得増幅部(PGA)220A,220Bなどからなる。
The reception system circuit divides the oscillation signal φRF generated by the
送信系回路は、例えば640MHzのような中間周波数の発振信号φIFを生成する発振回路(IFVCO)230と、該発振回路230で生成された発振信号φIFを分周しかつ互いに90°位相がずれた直交信号を生成する分周移相回路232と、生成された直交信号をベースバンド回路300から供給されるI信号とQ信号により変調をかけるミキサからなる変調回路233a,233bと、変調された信号を合成する加算器234と、所定の周波数の送信信号φTXを発生する送信用発振回路(TXVCO)240a,240bと、送信用発振回路240a,240bから出力される送信信号φTXをフィードバックした信号と高周波用発振回路(RFVCO)250で生成された発振信号φRFを分周した信号φRF’とを合成することでそれらの周波数差に相当する周波数の信号を生成するオフセットミキサ253aと、該オフセットミキサ253aの出力と前記加算器234で合成された変調信号TXIFとを比較して周波数差および位相差を検出する位相比較回路236と、該位相検出回路236の出力に応じた電圧を生成するチャージポンプ&ループフィルタ237と、高周波電力増幅回路130から出力される送信出力をフィードバックした信号と高周波用発振回路(RFVCO)250で生成された発振信号φRFとを合成することでそれらの周波数差に相当する周波数の信号を生成する第2のオフセットミキサ253bと、該オフセットミキサ253bの出力と前記加算器234で合成された変調信号TXIFとを比較して振幅差を検出する振幅比較回路238と、検出された振幅差に応じた電圧とベースバンドIC300からの出力レベル指示信号Vrampとから高周波電力増幅回路130の利得を制御する信号Vapcを生成するPA出力制御回路239などから構成されている。
The transmission circuit divides the oscillation signal φIF generated by the oscillation circuit (IFVCO) 230 that generates an oscillation signal φIF of an intermediate frequency such as 640 MHz and the
送信用発振回路240a,240bのうち一方はGSM用の850〜900MHz帯の信号を生成する回路、他方はDCSおよびPCS用の1700〜1900MHz帯の信号を生成する回路である。ループフィルタは、特に制限されるものでないが、製造ばらつきおよび温度依存性の小さい外付けの容量素子と抵抗素子で構成されている。
One of the
また、この実施例の高周波IC200のチップ上には、チップ全体を制御する制御回路260と、前記高周波用発振回路(RFVCO)250と共にRF用PLL回路を構成するRFシンセサイザ261と、前記中間周波数の発振回路(IFVCO)230と共にIF用PLL回路を構成するIFシンセサイザ262と、これらのシンセサイザ261および262の基準クロックとなるクロック信号φrefを生成する基準発振回路(TCXO)264とが設けられている。シンセサイザ261および262は、それぞれ位相比較回路とチャージポンプとループフィルタなどで構成される。
Further, on the chip of the
なお、基準発振信号φrefは周波数精度の高いことが要求されるため、基準発振回路264には外付けの水晶振動子Xtalが接続される。基準発振信号φrefとしては、26MHzあるいは13MHzのような周波数が選択される。かかる周波数の水晶振動子は汎用部品であり容易に手に入れることができるためである。
Since the reference oscillation signal φref is required to have high frequency accuracy, an external crystal oscillator Xtal is connected to the
制御回路260には、コントロールレジスタが設けられ、このレジスタにはベースバンドIC300からの信号に基づいて設定が行なわれる。具体的には、ベースバンドIC300から高周波IC200に対して同期用のクロック信号CLKと、データ信号SDATAと、制御信号としてロードイネーブル信号LENとが供給されており、制御回路260は、ロードイネーブル信号LENが有効レベルにアサートされると、ベースバンドIC300から伝送されてくるデータ信号SDATAをクロック信号CLKに同期して順次取り込んで、上記コントロールレジスタにセットする。特に制限されるものでないが、データ信号SDATAはシリアルで伝送される。ベースバンドIC300はマイクロプロセッサなどから構成される。
この実施例では、位相検出回路236と、チャージポンプ&ループフィルタ237、送信用発振回路(TXVCO)240a,240bおよびオフセットミキサ253aによって周波数変換を行なう送信用PLL回路(TXPLL)が構成される。本実施例のマルチバンド方式の無線通信システムでは、例えばベースバンドIC300からの指令によって制御回路260が、送受信時に高周波用発振回路250の発振信号の周波数φRFを、使用するチャネルに応じて変更すると共に、GSMモードかDCS/PCSモードかに応じて、オフセットミキサ253a,253bに供給される信号の周波数を変更することによって送信周波数の切り替えが行なわれる。
In this embodiment, a
一方、高周波用発振回路(RFVCO)250の発振周波数は、受信モードと送信モードとで異なる値に設定される。高周波用発振回路(RFVCO)250の発振周波数fRFは、送信モードでは、例えばGSM850の場合3616〜3716MHzに、GSM900の場合3840〜3980MHzに、またDCSの場合3580〜3730MHzに、さらにPCSの場合3860〜3980MHzに設定され、この発振周波数fRFが分周回路でGSMの場合は1/4に分周され、またDCSとPCSの場合は1/2に分周されてオフセットミキサ253a,253bに供給される。
On the other hand, the oscillation frequency of the high-frequency oscillation circuit (RFVCO) 250 is set to a different value between the reception mode and the transmission mode. In the transmission mode, the oscillation frequency fRF of the high-frequency oscillation circuit (RFVCO) 250 is, for example, 3616-3716 MHz for GSM850, 3840-3980 MHz for GSM900, 3580-3730 MHz for DCS, and 3860--3 for PCS. The oscillation frequency fRF is set to 3980 MHz, and is divided into 1/4 in the case of GSM by a frequency divider, and is divided into 1/2 in the case of DCS and PCS and supplied to the offset
オフセットミキサ253aは、RFVCO250からの発振信号φRFと送信用発振回路(TXVCO)TXVCO240a,240bからの送信用発振信号φTXの周波数の差(fRF−fTX)に相当する信号を出力し、この差信号の周波数が変調信号TXIFの周波数と一致するように送信用PLL(TXPLL)が動作する。言いかえると、TXVCO240a,240bは、RFVCO250からの発振信号φRFの周波数(GSMの場合はfRF/4,DCSとPCSの場合はfRF/2)と変調信号TXIFの周波数との差に相当する周波数で発振するように制御される。
The offset
この実施例においては、TXVCO240a,240bの周波数のキャリブレーションおよび使用バンドの選択を行なうため、TXVCO240a,240bの出力φTXがIFシンセサイザ262に供給され、IFシンセサイザ内の周波数キャリブレーションデータをもとに制御回路260からのバンド選択信号VB2〜VB0がTXVCO240a,240bへ供給される。制御回路260からTXVCO240a,240bへいずれのVCOが動作するか指定する選択信号SELが供給されるように構成されている。
In this embodiment, in order to calibrate the frequencies of the TXVCOs 240a and 240b and select the band to be used, the output φTX of the TXVCOs 240a and 240b is supplied to the
本実施例の高周波ICにおいては、送信用VCOのKV値Kv(=発振周波数範囲/制御電圧範囲)が温度により変化したとしても、チャージポンプの電流Icpを温度に応じて変化させることでKv・Icpが所定の値を維持するように温度補償してループゲインが一定に保たれるようにしている。具体的には、VCOのKV値Kvは図2(A)に示すように温度が高くなるとこれにほぼ比例して大きくなり、温度が低くなると小さくなるので、図2(B)に示すように温度が高くなるほどチャージポンプの電流Icpが少なくなるようにして、図2(C)に示すように温度に対してKv・Icpが一定に保たれるように構成されている。これにより、位相制御ループのループゲインが安定し、VCOのKV値Kvが温度変動で変化してもEVMの劣化および送信スペクトラムの劣化を防止することができる。 In the high frequency IC of the present embodiment, even if the KV value Kv (= oscillation frequency range / control voltage range) of the transmission VCO changes with temperature, the charge pump current Icp is changed according to the temperature to change Kv · Temperature compensation is performed so that Icp maintains a predetermined value so that the loop gain is kept constant. Specifically, as shown in FIG. 2 (A), the KV value Kv of the VCO increases substantially in proportion to the temperature as shown in FIG. 2 (A), and decreases as the temperature decreases. As shown in FIG. 2C, the charge pump current Icp decreases as the temperature increases, so that Kv · Icp is kept constant with respect to the temperature. Thereby, the loop gain of the phase control loop is stabilized, and even when the KV value Kv of the VCO changes due to temperature fluctuation, it is possible to prevent the deterioration of the EVM and the transmission spectrum.
図3には、本発明を適用したポーラループ方式の送信用PLLのうち位相制御ループを取り出したものが示されている。図3において、図1の回路と同一の回路には同一の符号を付して重複した説明は省略する。この実施例では、特に制限されるものでないが、ループフィルタは、抵抗R1,R2と容量C1,C2,C3からなる3次のフィルタとして構成されている。また、抵抗R1,と容量C1,C2は、製造ばらつきおよび温度依存性の小さい外付けの容量素子と抵抗素子で構成されている。 FIG. 3 shows a polar loop transmission PLL to which the present invention is applied, in which a phase control loop is extracted. In FIG. 3, the same circuits as those in FIG. In this embodiment, although not particularly limited, the loop filter is configured as a third order filter composed of resistors R1, R2 and capacitors C1, C2, C3. Further, the resistor R1 and the capacitors C1 and C2 are composed of an external capacitor element and a resistor element with small manufacturing variation and temperature dependency.
この実施例では、位相比較回路236に付随して温度補償付き基準電流生成回路241が設けられており、この温度補償付き基準電流生成回路241から位相比較回路236に供給される基準電流Irefが調整されることによって位相比較回路236の出力部に設けられているチャージポンプCPの電流源の電流値Icpが、前述したように、温度が変化してもKv・Icpが一定に保たれるように構成されている。
In this embodiment, a reference current generation circuit with
さらに、この実施例では、送信用発振回路240aまたは240bのいずれかの出力信号を選択してオフセットミキサ253aへフィードバックさせるセレクタ244が設けられている。このセレクタ244はセレクタの機能を有するバッファにより構成してもよい。また、図3に示されているように、図1のGSM用の送信用発振回路240aはTXVCOaとバッファBFFaとにより構成され、DCS/PCS用の送信用発振回路240bはTXVCObとバッファBFFbとにより構成されている。バッファBFFa,BFFbにより、TXVCOa,TXVCObの差動出力がシングル(単相)の信号に変換されて出力される。バッファBFFa,BFFbを設けることにより、TXVCOa,TXVCObの出力を増幅してパワーアンプに供給できるとともに、パワーアンプの負荷の変動によりVCOの発振周波数や位相が変動するのを抑制することができる。
Further, in this embodiment, a
図4には上記温度補償付き基準電流生成回路241の具体的な回路例が、また図5には位相比較回路236の具体的な回路例が示されている。
FIG. 4 shows a specific circuit example of the reference
この実施例の温度補償付き基準電流生成回路241は、バンドギャップリファランス回路のような定電圧回路411と電圧−電流変換回路412と温度補償回路413とを備えている。バンドギャップリファランス回路は、互いにベースが共通接続されたNPN型のバイポーラ・トランジスタ(以下、単にトランジスタと呼ぶ)Q1,Q2を有し、Q2はベースとコレクタが結合されたダイオード接続とされ、Q2のコレクタ電圧がQ1,Q2のベースに印加されると共に、トランジスタQ1のエミッタは抵抗R3を介して接地点GNDに、またトランジスタQ2のエミッタは直接接地点GNDに接続され、Q1,Q2のコレクタ同士は抵抗R1,R2を介して接続されている。
The reference
また、電源電圧Vccと接地点GNDとの間には定電流源(抵抗でも可)CC0とトランジスタQ3とが直列形態に接続され、このトランジスタQ3のベースに上記トランジスタQ1のコレクタ電圧が印加されている。また、このトランジスタQ3のコレクタ電圧をベースに受けるトランジスタQ4が設けられ、Q4のエミッタは前記抵抗R1とR2の接続ノードN0に接続されてそのコレクタ電流が前記トランジスタQ1,Q2に分配されている。 In addition, a constant current source (which may be a resistor) CC0 and a transistor Q3 are connected in series between the power supply voltage Vcc and the ground point GND, and the collector voltage of the transistor Q1 is applied to the base of the transistor Q3. Yes. A transistor Q4 receiving the collector voltage of the transistor Q3 is provided. The emitter of Q4 is connected to the connection node N0 of the resistors R1 and R2, and the collector current is distributed to the transistors Q1 and Q2.
この実施例の定電圧回路411は、ワイドラー形と呼ばれる公知のバンドギャップリファランス回路であり、バイポーラ・トランジスタのベース・エミッタ間電圧をVbe、温度をTとすると、接続ノードN0の電位V0は、次式
V0=Vbe+(R2/R3)・(kT/q)・ln(R2/R1)
で表わされる。ここで、バイポーラ・トランジスタのベース・エミッタ間電圧をVbeは、−2mV/℃の負の温度特性を有する。
The
It is represented by Here, the base-emitter voltage Vbe of the bipolar transistor has a negative temperature characteristic of −2 mV / ° C.
上記式において、第1項のVbeは負の温度特性を有し、第2項は温度Tを含むので正の温度特性を有する。そこで、第1項のVbeの負の温度特性を打ち消すように第2項の抵抗R1,R2,R3の値を設定してやることによって、接続ノードN0の電位V0は温度が変化しても一定つまり温度依存性を有しないようになる。これがワイドラー形バンドギャップリファランス回路の動作原理である。 In the above formula, Vbe in the first term has a negative temperature characteristic, and the second term includes the temperature T, and thus has a positive temperature characteristic. Therefore, by setting the values of the resistors R1, R2, and R3 of the second term so as to cancel the negative temperature characteristic of Vbe of the first term, the potential V0 of the connection node N0 is constant even if the temperature changes, that is, the temperature No dependency. This is the principle of operation of the Wideler type band gap reference circuit.
この実施例の温度補償付き基準電流生成回路241は、上記バンドギャップリファランス回路411のトランジスタQ4のベース電位と同一の電位Vcをベースに受ける電圧−電流変換用のトランジスタQ6を備えこのトランジスタQ6の電流密度をQ4に合わせればバンドギャップ電圧と同等のエミッタ電圧を生成でき、温度依存性を有しない電流I0を流すように構成できる。そして、上記トランジスタQ6のエミッタと接地点との間には抵抗R6が接続され、Q6のコレクタと電源電圧端子Vccとの間にはダイオード接続のPNP型のトランジスタQ7と抵抗R7が直列に接続されている。
The temperature compensated reference
なお、ここで抵抗R6等は正の温度特性を有するが、適当な製造プロセスを使用することによりその変化はトランジスタのベース・エミッタ間電圧Vbeの温度特性に比較すると無視できる程度に小さくすることができる。従って、トランジスタQ6に流れる電流I0も温度依存性を有しない電流とすることができる。さらに、Q6と同一の電流I0が流されるトランジスタQ7とカレントミラー接続されたトランジスタQ10が設けられ、このトランジスタQ10に流される温度依存性のない電流が基準電流Iref0として出力される。 Here, the resistor R6 and the like have a positive temperature characteristic, but by using an appropriate manufacturing process, the change can be made small enough to be ignored compared to the temperature characteristic of the base-emitter voltage Vbe of the transistor. it can. Therefore, the current I0 flowing through the transistor Q6 can also be a current having no temperature dependence. Furthermore, a transistor Q7 that is supplied with the same current I0 as Q6 and a transistor Q10 that is current-mirror connected are provided, and a current that does not depend on temperature that is supplied to the transistor Q10 is output as the reference current Iref0.
一方、電圧−電流変換回路412には、上記トランジスタQ4のベースと接続されたトランジスタQ8,Q9が設けられ、Q6と同様に温度依存性のない電圧が温度補償回路413に供給されるようにされている。この温度補償回路413には、上記トランジスタQ8と直列に接続された抵抗R11,R12と、Q9と直列に接続された抵抗R13およびダイオード接続のトランジスタQ11が設けられている。
On the other hand, the voltage-
さらに、温度補償回路413には、上記抵抗R11とR12の接続ノードの電位V1と抵抗R13とトランジスタQ11の接続ノードの電位V2のそれぞれが、MOSトランジスタM1,M2と定電流源CC1とからなるレベルシフト回路を介してベース端子に入力されエミッタ端子が抵抗R14,R15を介して結合されたバイポーラ・トランジスタQ12,Q13と、該Q12,Q13のコレクタ端子と電源電圧端子Vccとの間に接続されたアクティブ負荷トランジスタM3,M4と、上記エミッタ抵抗R14,R15の接続ノードと接地点との間に接続された定電流源CC1,CC2および切替えスイッチSW11とからなる差動回路が設けられている。
Further, in the
ここで、定電流源CC1はGSM用、CC2はDCS/PCS用である。図1の実施例の高周波ICにおいては、GSMモードとDCSまたはPCSのモードとでTXVCOを切り替える一方、2つのモードで共通のチャージポンプを使用しその電流Icpを変えることでループゲインを変えている。そのため、モードによってチャージポンプへ供給する基準電流Irefの温度補償による補正量も変えるように構成されている。 Here, the constant current source CC1 is for GSM, and CC2 is for DCS / PCS. In the high-frequency IC of the embodiment of FIG. 1, the TXVCO is switched between the GSM mode and the DCS or PCS mode, while the loop gain is changed by changing the current Icp using a common charge pump in the two modes. . Therefore, the correction amount by temperature compensation of the reference current Iref supplied to the charge pump is also changed depending on the mode.
温度補償回路413は、抵抗R11,R12に流れる電流は温度依存性がないため、抵抗R11,R12の抵抗値が温度で変化してもそれらの結合ノードの電位V1の温度にかかわらず一定である。一方、トランジスタQ11のベース・エミッタ間電圧Vbeは負の温度特性を有し、抵抗R13の温度変化に伴う抵抗値の変化はトランジスタのベース・エミッタ間電圧Vbeの変化に比べると無視できるほど小さいため、抵抗R13とトランジスタQ11の接続ノードの電位V2は温度に応じて変化する。
In the
そのため、温度が低いほど差動バイポーラ・トランジスタQ13のコレクタ電流が少なくなり、温度が高いほどQ13のコレクタ電流が多くなる。負荷MOSトランジスタM3,M4のドレイン電流は定電流源CC1を一定に保つようにQ13と逆特性の電流増減を示す。この実施例では、温度が25℃のときに差動バイポーラ・トランジスタQ12、Q13のコレクタ電流が同一になるように各素子の定数が設定されている。つまり、温度が25℃のときは差動増幅回路の出力ノードから電流が流れ出すことも電流を引き込むこともない。 Therefore, the collector current of the differential bipolar transistor Q13 decreases as the temperature decreases, and the collector current of Q13 increases as the temperature increases. The drain currents of the load MOS transistors M3 and M4 show current increase / decrease opposite to Q13 so as to keep the constant current source CC1 constant. In this embodiment, the constants of the respective elements are set so that the collector currents of the differential bipolar transistors Q12 and Q13 are the same when the temperature is 25 ° C. That is, when the temperature is 25 ° C., no current flows out from the output node of the differential amplifier circuit, and no current is drawn.
また、温度が25℃よりも低いときはQ13のコレクタ電流がQ12のコレクタ電流よりも少なくなって負荷MOSトランジスタM4のドレイン電流の一部が出力ノードから補正電流Icompとして流れ出して前記トランジスタQ10からの定電流Iref0に加算されて基準電流Irefとして出力される。一方、温度が25℃よりも高くなるとQ13のコレクタ電流がQ12のコレクタ電流よりも多くなって出力ノードから電流Icompを引く込むため前記トランジスタQ10からの定電流Iref0が減算されて基準電流Irefとして出力される。従って、基準電流Irefは温度が低いほど増加し温度が高くなるほど減少することとなる。この基準電流Irefが図5の位相比較回路236に供給される。
When the temperature is lower than 25 ° C., the collector current of Q13 is smaller than the collector current of Q12, and a part of the drain current of the load MOS transistor M4 flows out from the output node as the correction current Icomp, and is output from the transistor Q10. It is added to the constant current Iref0 and output as the reference current Iref. On the other hand, when the temperature is higher than 25 ° C., the collector current of Q13 becomes larger than the collector current of Q12 and the current Icomp is drawn from the output node, so that the constant current Iref0 from the transistor Q10 is subtracted and output as the reference current Iref. Is done. Therefore, the reference current Iref increases as the temperature decreases and decreases as the temperature increases. This reference current Iref is supplied to the
図5の位相比較回路236は、差動トランジスタ対が縦積みにされたギルバートセルと呼ばれる回路からなり、ギルバートセルの差動増幅段の定電流用トランジスタQ21とカレントミラー接続されたトランジスタQ20が設けられ、このトランジスタQ20に前記温度補償付き基準電流生成回路241からの温度依存性を有する基準電流Irefが流されることで、差動増幅段に流される電流さらには出力段に流される電流が変化されるように構成されている。
The
位相比較回路236の下段の差動トランジスタ対Q22,Q23には変調回路からの変調信号TXIF,/TXIFが入力され、上段の差動トランジスタ対Q24,Q25とQ26,Q27にはオフセットミキサ253aでダウンコンバートされたフィードバック信号φTX,/φTXが入力される。その結果、出力段のトランジスタQ30,Q31には、TXIF,/TXIFとφTX,/φTXの位相差と基準電流Irefの電流値に応じた電流が流される。つまり、位相差が等しければ基準電流Irefの電流値が多いほどQ30,Q31のコレクタ電流が多くなり、基準電流Irefの電流値が少ないほどQ30,Q31のコレクタ電流が少なくなる。ここで、基準電流Irefは前述したように負の温度特性を有するように生成されるため、Q30,Q31のコレクタ電流も負の温度特性を有する。
Modulation signals TXIF and / TXIF from the modulation circuit are input to the lower differential transistor pair Q22 and Q23 of the
さらに、トランジスタQ30のコレクタ電流はトランジスタQ32,Q33からなるカレントミラー回路で折り返されてトランジスタQ33に流される。これによって、Q31に流れるコレクタ電流とQ33に流れるコレクタ電流との和が基準電流Irefに比例した電流(トランジスタのサイズが同じであれば同一の電流)となる。そして、このトランジスタQ33と前記トランジスタQ31とが直列に接続され、その接続ノードにループフィルタが接続されるようにされている。つまり、トランジスタQ31がチャージポンプのチャージ用の電流源として機能し、トランジスタQ33がチャージポンプのディスチャージ用の電流源として機能する。その結果、Q31に流れるコレクタ電流がQ33に流れるコレクタ電流よりも大きいときはチャージ電流としてループフィルタへ流し込み、Q31に流れるコレクタ電流がQ33に流れるコレクタ電流よりも小さいときはディスチャージ電流としてループフィルタから引き込むように動作する。 Further, the collector current of the transistor Q30 is turned back by the current mirror circuit composed of the transistors Q32 and Q33 and flows to the transistor Q33. As a result, the sum of the collector current flowing through Q31 and the collector current flowing through Q33 becomes a current proportional to the reference current Iref (the same current if the transistors have the same size). The transistor Q33 and the transistor Q31 are connected in series, and a loop filter is connected to the connection node. That is, the transistor Q31 functions as a current source for charging the charge pump, and the transistor Q33 functions as a current source for discharging the charge pump. As a result, when the collector current flowing through Q31 is larger than the collector current flowing through Q33, it flows into the loop filter as a charge current, and when the collector current flowing through Q31 is smaller than the collector current flowing through Q33, it is drawn from the loop filter as a discharge current. To work.
このトランジスタQ31,Q33のコレクタ電流が温度補償付き基準電流生成回路241からの基準電流Irefに応じて負の温度特性を有するため、チャージポンプの電流源の電流Icpが図2(B)のように温度が高くなるほど減少するように調整されることになる。なお、定電流用トランジスタQ21と並列に、Q21と異なるサイズのトランジスタを設けてスイッチにより切り替えることによって、GSMモードとDCSまたはPCSモードに応じて異なる電流が差動回路に流されることで、モードに応じてチャージポンプの電流源の電流値が異なるようにされている。つまり、位相制御ループのループゲインは、モードに応じてループフィルタの周波数帯域を変えることで変えることもできるが、この実施例ではチャージポンプの電流源の電流値を変えることで対応するようになっている。
Since the collector currents of the transistors Q31 and Q33 have a negative temperature characteristic in accordance with the reference current Iref from the temperature-compensated reference
以上、温度変化によるTXVCOのKV値のずれをチャージポンプの電流源の電流Icpを調整することで補償する実施例について説明したが、製造ばらつきによるTXVCOのKV特性のずれや基準電流生成回路241の補償特性のずれも考えられる。このような製造ばらつきに伴うずれを補正できるように、例えば図5のチャージポンプの出力段のトランジスタQ31やQ33と並列にサイズの異なるトランジスタと、そのトランジスタを接続/離反可能にするスイッチおよびそのスイッチのオン・オフ状態を設定するためのレジスタなどを設けて特性のばらつきに応じてチャージポンプの電流源の電流Icpを調整するように構成しても良い。
As described above, the embodiment in which the deviation of the KV value of the TXVCO due to the temperature change is compensated by adjusting the current Icp of the current source of the charge pump has been described. However, the deviation of the KV characteristic of the TXVCO due to the manufacturing variation and the reference
図6には、本発明を適用した送信用PLLの第2の実施例が示されている。なお、図6も図3と同様に、ポーラループ方式の送信用PLLのうち位相制御ループのみ示され、振幅制御ループは図示が省略されている。 FIG. 6 shows a second embodiment of a transmission PLL to which the present invention is applied. Note that FIG. 6 also shows only the phase control loop of the polar-loop transmission PLL, as in FIG. 3, and the amplitude control loop is not shown.
この実施例では、電源電圧Vccおよびチップ温度に応じた電源電圧Vregを生成してバッファBFFaとBFFbに供給する電圧レギュレータ242が設けられている。また、この電圧レギュレータ242には、制御回路260内のバンド決定回路621から発振回路240a,240bに供給されるGSMモードまたはDCS/PCSモードを指定するモード選択信号MODEが供給され、電圧レギュレータ242は選択モードに応じて生成電圧を調整してバッファBFFaまたはBFFbに与えるように構成されている。VCOa,VCObは選択モードに応じてGSM用またはDCS/PCS用のいずれかが動作状態にされ、他方は停止状態にされる。
In this embodiment, a
発振周波数バンド決定回路621は、制御回路260からの発振周波数指定情報に基づいて算出した目標発振周波数値TX(N,A)と、周波数測定回路により測定されてレジスタ622に予め格納されている周波数値とから使用するバンドを決定してバンド選択信号VB2〜VB0をVCOa,VCObへ供給する。
The oscillation frequency
VCOがカバーすべき周波数範囲を広くしたい場合、制御電圧Vtによる可変容量素子の容量値の変化のみで行なおうとすると、Vt−fTF特性(制御電圧−発振周波数特性)が急峻になり、VCOの感度すなわち周波数変化量と制御電圧変化量との比(Δf/ΔVt)が大きくなってノイズに弱くなる。つまり、制御電圧Vtに僅かなノイズがのっただけでVCOの発振周波数が大きく変化してしまう。 When it is desired to widen the frequency range to be covered by the VCO, if only the change in the capacitance value of the variable capacitance element due to the control voltage Vt is attempted, the Vt-fTF characteristic (control voltage-oscillation frequency characteristic) becomes steep, and the VCO The sensitivity, that is, the ratio (Δf / ΔVt) between the amount of change in frequency and the amount of change in control voltage becomes large and becomes weak against noise. That is, the oscillation frequency of the VCO changes greatly only by a slight noise on the control voltage Vt.
この問題を解決するために、この実施例のVCOa,VCObは、LC共振回路を構成する容量素子を複数個並列に設けて、バンド切替え信号VB2〜VB0で接続する容量素子を8段階に切り替えてCの値を変化させることで、図8に示すように、8本のVt−fTF特性線BAND0〜BAND7に従った発振制御を行なえるように構成され、送信時には使用する周波数帯に応じていずれかの特性を選択して動作させるようにされている。 In order to solve this problem, the VCOa and VCOb of this embodiment are provided with a plurality of capacitor elements constituting the LC resonance circuit in parallel, and the capacitor elements connected by the band switching signals VB2 to VB0 are switched in eight stages. By changing the value of C, as shown in FIG. 8, it is configured to be able to perform oscillation control according to the eight Vt-fTF characteristic lines BAND0 to BAND7. These characteristics are selected and operated.
図7には、本実施例において使用する送信用VCOの構成例が示されている。
この実施例の送信用VCOはLC共振型発振回路であり、ソースが共通接続されかつ互いにゲートとドレインとが交差結合された一対のPチャネルMOSトランジスタM41,M42と、該トランジスタM41,M42の共通ソースと電源電圧端子Vccとの間に接続された定電流源I0と、各トランジスタM41,M42のドレインと接地点GNDとの間にそれぞれ接続されたインダクタL1,L2と、上記トランジスタM41,M42のドレイン端子間に直列に接続された可変容量素子としてのMOSバラクタMv1,Mv2と、同じくトランジスタM41,M42のドレイン端子間に直列に接続された容量C11−スイッチMOSトランジスタM11−容量C12と、これらと並列に接続されたC21−M12−C22;C31−M13−C32とから構成されている。MOSバラクタMv1,Mv2は、PチャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜を誘電体とするゲート電極−基板間の容量を利用するものである。スイッチMOSトランジスタM11〜M13は、NチャネルMOSFETにより構成されている。
FIG. 7 shows a configuration example of the transmission VCO used in this embodiment.
The transmission VCO of this embodiment is an LC resonance type oscillation circuit, and a pair of P-channel MOS transistors M41 and M42 whose sources are commonly connected and whose gates and drains are cross-coupled with each other, and common to the transistors M41 and M42. A constant current source I0 connected between the source and the power supply voltage terminal Vcc, inductors L1 and L2 respectively connected between the drains of the transistors M41 and M42 and the ground point GND, and the transistors M41 and M42 MOS varactors Mv1, Mv2 as variable capacitance elements connected in series between drain terminals, capacitance C11-switch MOS transistor M11-capacitance C12 similarly connected in series between drain terminals of transistors M41, M42, and C21-M12-C22 connected in parallel; C31-M1 And it is configured from the Metropolitan -C32. The MOS varactors Mv1 and Mv2 utilize the capacitance between the gate electrode and the substrate using the gate insulating film of the P channel MOS transistor as a dielectric. The switch MOS transistors M11 to M13 are configured by N-channel MOSFETs.
この実施例の発振回路においては、MOSバラクタMv1とMv2の接続ノードN0にチャージポンプ&ループフィルタ237からの制御電圧Vtが印加されて発振周波数が連続的に変化される一方、容量C11,C12間のスイッチMOSトランジスタM11と、容量C21,C22間のスイッチMOSトランジスタM12と、容量C31,C32間のスイッチMOSトランジスタM13が、バンド選択信号VB2〜VB0によってオンまたはオフ状態にされることで発振周波数が段階的に変化されるように構成されている。
In the oscillation circuit of this embodiment, the control voltage Vt from the charge pump &
可変容量素子としては、PN接合からなるバラクタ・ダイオードを用いるのが一般的であるが、本実施例のようにMOSバラクタを使用することにより発振レベルを大きくすることができ、それによって回路のCN比が良好になる。また、インダクタL1,L2を接地点に接続して接地電位を基準に回路内の各ノードの電位を決定するような回路構成を採用することで電源電圧依存性が低くなるという利点がある。 As the variable capacitance element, a varactor diode composed of a PN junction is generally used. However, by using a MOS varactor as in this embodiment, the oscillation level can be increased, and thereby the CN of the circuit can be increased. The ratio is good. Further, by adopting a circuit configuration in which the inductors L1 and L2 are connected to the ground point and the potential of each node in the circuit is determined based on the ground potential, there is an advantage that the power supply voltage dependency is reduced.
また、容量C11とC12は同一容量値、C21とC22、C31とC32もそれぞれ同一容量値である。ただし、容量C11とC21とC31の容量値はそれぞれ2のm乗(mは2,1,0)の重みを有するように設定されており、VB2〜VB0の組合せに応じて容量値が8段階で変化され、発振回路は図8に示す8バンドの周波数特性BAND0〜BAND7のいずれかで動作するようにされる。 The capacitors C11 and C12 have the same capacitance value, and C21 and C22 and C31 and C32 have the same capacitance value. However, the capacitance values of the capacitors C11, C21, and C31 are set to have a weight of 2 to the power of m (m is 2, 1, 0), respectively, and the capacitance values are 8 levels according to the combination of VB2 to VB0. The oscillation circuit is made to operate with any of the 8-band frequency characteristics BAND0 to BAND7 shown in FIG.
さらに、本実施例のTXVCOにおいては、バンド選択信号VB2〜VB0を反転するインバータINV1〜INV3と、該インバータの出力端子とスイッチMOSトランジスタM11〜M13のドレインおよびソース端子との間に、それぞれ抵抗R11,R12〜R31,R32が接続されており、スイッチMOSトランジスタM11〜M13がオフされた状態では固定容量C11〜C32の一方の端子が電源電圧Vccに固定され、フローティングにならないようにされている。さらに、定電流源I0と直列にスイッチSW0が設けられており、このスイッチSW0をオフにすることでVCOの発振動作を停止させることができるようにされている。 Furthermore, in the TXVCO of the present embodiment, the resistors R11 are respectively connected between the inverters INV1 to INV3 that invert the band selection signals VB2 to VB0, and the output terminals of the inverters and the drain and source terminals of the switch MOS transistors M11 to M13. , R12 to R31, R32 are connected, and when the switch MOS transistors M11 to M13 are turned off, one terminal of the fixed capacitors C11 to C32 is fixed to the power supply voltage Vcc so as not to float. Further, a switch SW0 is provided in series with the constant current source I0, and the oscillation operation of the VCO can be stopped by turning off the switch SW0.
なお、この実施例のLC共振型発振回路においては、固定容量C11〜C32は、半導体基板上に形成された金属膜−絶縁膜−金属膜のサンドイッチ構造の容量で構成されている。容量C11〜C32を構成する電極のサイズ比により所望の容量比(2のm乗)を得ることができる。以下、容量C11〜C32をバンド切替え容量と称し、MOSバラクタMv1とMv2を可変容量と称する。可変容量としてPN接合からなるバラクタ・ダイオードを用い、固定容量C11〜C32としてMOSトランジスタのゲート電極と基板間の容量を用いるようにしても良い。また、本実施例においては、インダクタL1,L2は、半導体基板上に形成されたアルミニウム層からなるオンチップの素子が使用されているが、これは部品点数を減らすためであり、外付け素子を使用することも可能である。 In the LC resonance type oscillation circuit of this embodiment, the fixed capacitors C11 to C32 are constituted by a capacitor having a sandwich structure of metal film-insulating film-metal film formed on a semiconductor substrate. A desired capacitance ratio (2 m) can be obtained by the size ratio of the electrodes constituting the capacitors C11 to C32. Hereinafter, the capacitors C11 to C32 are referred to as band switching capacitors, and the MOS varactors Mv1 and Mv2 are referred to as variable capacitors. A varactor diode made of a PN junction may be used as the variable capacitor, and a capacitor between the gate electrode of the MOS transistor and the substrate may be used as the fixed capacitors C11 to C32. In this embodiment, the inductors L1 and L2 are on-chip elements made of an aluminum layer formed on a semiconductor substrate. This is to reduce the number of components, and external elements are not used. It is also possible to use it.
図9に、図7のLC共振型発振回路に用いられる可変容量としてのMOSバラクタMv1,Mv2の特性を示す。
図9において、横軸はMOSバラクタMv1,Mv2の端子間電圧すなわちインダクタL1とL2との接続ノード(=出力ノード)の電位が一定(=GND)の状態で接続ノードN0に印加される制御電圧Vt、縦軸はMOSバラクタMv1,Mv2の容量値、VthはMOSトランジスタとしてのしきい値電圧である。図9より、電圧VtがVthよりも充分に高いとMOSバラクタMv1,Mv2の容量値は大きく、電圧VtがVthよりも充分に低いと容量値は小さくなる。また、Vthの近傍ではMOSバラクタMv1,Mv2の容量値は大きく変化し、この遷移領域を除く部分ではほぼ一定の値を示す。
FIG. 9 shows the characteristics of the MOS varactors Mv1 and Mv2 as variable capacitors used in the LC resonance type oscillation circuit of FIG.
In FIG. 9, the horizontal axis represents the voltage between the terminals of the MOS varactors Mv1 and Mv2, that is, the control voltage applied to the connection node N0 when the potential of the connection node (= output node) between the inductors L1 and L2 is constant (= GND). Vt, the vertical axis represents the capacitance values of the MOS varactors Mv1, Mv2, and Vth represents the threshold voltage as a MOS transistor. From FIG. 9, when the voltage Vt is sufficiently higher than Vth, the capacitance values of the MOS varactors Mv1 and Mv2 are large, and when the voltage Vt is sufficiently lower than Vth, the capacitance value is small. Further, the capacitance values of the MOS varactors Mv1 and Mv2 change greatly in the vicinity of Vth, and a substantially constant value is shown in the portion excluding the transition region.
このように、MOSバラクタMv1,Mv2の容量値が大きく変化するのは、電圧VtがVthよりも低い場合はMOSトランジスタとして見た時オフ状態であるためMOSバラクタMv1,Mv2の容量値はゲート寄生容量Coffのみであるのに対し、電圧VtがVthよりも高い場合はゲート電極下に反転層が形成されるためその容量値は寄生容量CoffにMOSのゲート酸化膜容量Coxを加えた大きさ(Coff+Cox)になるためである。 As described above, the capacitance values of the MOS varactors Mv1 and Mv2 greatly change because the capacitance values of the MOS varactors Mv1 and Mv2 are in a gate parasitic state when the voltage Vt is lower than Vth. In contrast to the capacitance Coff alone, when the voltage Vt is higher than Vth, an inversion layer is formed under the gate electrode, so that the capacitance value is the size obtained by adding the MOS gate oxide film capacitance Cox to the parasitic capacitance Coff ( This is because Coff + Cox).
従って、図6のLC共振型発振回路においては、出力振幅のレベルいかんでは発振出力のレベルが変化するのに応じてMOSバラクタMv1,Mv2の容量値が変動することがある。具体的には、発振出力はGNDを中心に振幅±Vaでサイン波状に変化するが、このときMOSバラクタMv1,Mv2に印加される制御電圧Vtが、Vt<―Va+Vthの条件を満たしている場合には、MOSバラクタMv1,Mv2の容量値はCoff(=一定)となる。 Therefore, in the LC resonance type oscillation circuit of FIG. 6, the capacitance values of the MOS varactors Mv1 and Mv2 may vary depending on the output amplitude level and the oscillation output level. Specifically, the oscillation output changes in the form of a sine wave with an amplitude ± Va centered on GND, but at this time, the control voltage Vt applied to the MOS varactors Mv1 and Mv2 satisfies the condition of Vt <−Va + Vth. The capacitance values of the MOS varactors Mv1 and Mv2 are Coff (= constant).
一方、制御電圧VtがVt>+Va+Vthの条件を満たしている場合には、MOSバラクタMv1,Mv2の容量値はCoff+Cox(=一定)となる。これに対し、Vtが(−Va+Vth)<Vt<(+Va+Vth)の条件を満たしている場合には、MOSバラクタMv1,Mv2の容量値はVtに応じて変化し、周期内のMOSトランジスタのオン時間tonとオフ時間toffの割合に応じて(Coff+Cox)とCoffを積分した値の和として表わされる。 On the other hand, when the control voltage Vt satisfies the condition of Vt> + Va + Vth, the capacitance values of the MOS varactors Mv1 and Mv2 are Coff + Cox (= constant). On the other hand, when Vt satisfies the condition of (−Va + Vth) <Vt <(+ Va + Vth), the capacitance values of the MOS varactors Mv1 and Mv2 change according to Vt, and the on-time of the MOS transistor in the cycle It is expressed as a sum of values obtained by integrating (Coff + Cox) and Coff according to the ratio of ton and off time toff.
このように、制御電圧Vtに応じてMOSバラクタMv1,Mv2の容量値が変動すると、LC共振型発振回路の発振周波数fvcoも変化することとなる。逆に、電圧Vtが一定であっても発振回路の出力振幅2・Vaが変化すれば発振周波数は変化することが分かる。そして、このとき出力振幅2・Vaと発振周波数fvcoとの間には相関がある。
Thus, when the capacitance values of the MOS varactors Mv1 and Mv2 vary according to the control voltage Vt, the oscillation frequency fvco of the LC resonance type oscillation circuit also changes. Conversely, it can be seen that the oscillation frequency changes if the
図6の実施例では、電圧レギュレータ242にモード選択信号を与え、動作モードに応じて発振回路VCOa,VCObの後段のバッファBFFa,BFFbの電源電圧Vregを変化させることで、発振周波数が高いほど生成する電圧Vregを高くしてバッファの利得を大きくし、発振周波数が低いほど生成する電圧Vregを低くして利得を小さくするようにしている。モード選択信号の代わりに選択バンド情報すなわち発振周波数情報を与え、発振周波数に応じてバッファBFFa,BFFbの電源電圧Vregを変化させるようにしても良い。
In the embodiment of FIG. 6, a mode selection signal is given to the
図10はMOSバラクタMv1,Mv2に印加される制御電圧VtとVCOの発振周波数fvcoとの相関、およびこれらと発振出力の振幅との相関を示す。図10において、実線がVtとfvcoの相関線の交点に対応する電圧V0は、MOSFETのしきい値Vthに相当する。 FIG. 10 shows the correlation between the control voltage Vt applied to the MOS varactors Mv1 and Mv2 and the oscillation frequency fvco of the VCO, and the correlation between these and the amplitude of the oscillation output. In FIG. 10, a voltage V0 in which the solid line corresponds to the intersection of the correlation lines of Vt and fvco corresponds to the threshold value Vth of the MOSFET.
図10から分かるように、制御電圧Vtがある値V1(=−Va+Vth)よりも低い時には発振周波数fvcoはある高いほぼ一定の値f1となり、電圧VtがV2(=Va+Vth)よりも高い時iは発振周波数fvcoはある低いほぼ一定の値f2となる。また、制御電圧VtがV1とV2との間にある時は、発振周波数fvcoはほぼリニアに変化する。そして、発振周波数fvcoが変化するときの制御電圧Vtの値V1とV2との差(V2−V1)が、そのときの発振出力の振幅2・Vaにほぼ相当する。傾きが異なる直線は、それぞれ製造ばらつきあるいは温度変化によりVCOのQ値が変化することでVt−fvco特性(制御電圧−発振周波数特性)が大きく変わることを意味している。そして、このVt−fvco特性が急峻になるほどVCOの出力振幅は小さく、Vt−fvco特性が緩やかになるほど振幅は大きくなることが図10より分かる。これが、可変容量素子としてMOSバラクタを用いている図7のVCOの特徴である。
As can be seen from FIG. 10, when the control voltage Vt is lower than a certain value V1 (= −Va + Vth), the oscillation frequency fvco becomes a certain high substantially constant value f1, and when the voltage Vt is higher than V2 (= Va + Vth), i The oscillation frequency fvco is a certain low and substantially constant value f2. When the control voltage Vt is between V1 and V2, the oscillation frequency fvco changes almost linearly. The difference (V2−V1) between the values V1 and V2 of the control voltage Vt when the oscillation frequency fvco changes substantially corresponds to the
ところで、図7のVCOにおいては、温度変化でバラクタMv1,Mv2の抵抗値などQ値が変わると振幅が変わり、それによりVCOのKV値Kvが変化してループゲインが変化する。また、Vt−fvco特性が急峻になるとVCOのKV値Kvが大きくなり、Vt−fvco特性が緩やかになるとVCOのKV値Kvが小さくなる。そのため、振幅2・Vaが小さくなるとVCOのKV値Kvは大きくなり、振幅が大きくなるとVCOのKV値Kvは小さくなる。具体的には、温度が高いほどVCOのKV値Kvが大きくなり、温度が低いほどVCOのKV値Kvが小さくなる。つまり、温度が高いほどVCOの振幅2・Vaは小さくなり、温度が低いほど振幅は大きくなる。
By the way, in the VCO of FIG. 7, when the Q value such as the resistance values of the varactors Mv1 and Mv2 changes due to a temperature change, the amplitude changes, thereby changing the KV value Kv of the VCO and changing the loop gain. Further, when the Vt-fvco characteristic becomes steep, the KV value Kv of the VCO increases. When the Vt-fvco characteristic becomes gentle, the KV value Kv of the VCO decreases. Therefore, the KV value Kv of the VCO increases as the
従って、温度変化に関わらず送信用PLLのループゲインを安定化させるには、前述した実施例1のように、温度に応じてチャージポンプの電流値Icpを変化させるのが有効であり、また温度変化に関わらずTXVCOの振幅が一定になるようにするには、温度変化に応じて低温のときはTXVCOの利得を小さくし高温のときは利得を大きくすればよい。図6の第2実施例では、電圧レギュレータ242に温度補償機能を持たせ、温度に応じて発振回路VCOa,VCObの後段のバッファBFFa,BFFbの電源電圧Vregを変化させることで、温度が低いときは生成する電圧Vregを低くして利得を小さくし、温度が高いときは生成する電圧Vregを高くして利得を大きくするようにしている。
Therefore, in order to stabilize the loop gain of the transmission PLL regardless of the temperature change, it is effective to change the current value Icp of the charge pump according to the temperature as in the first embodiment described above. In order to make the TXVCO amplitude constant regardless of the change, the gain of the TXVCO may be reduced at a low temperature and the gain may be increased at a high temperature according to the temperature change. In the second embodiment shown in FIG. 6, the
図11には、温度補償機能を有する電圧レギュレータ242の具体的な回路例が示されている。
図11に示されているように、この実施例の電圧レギュレータ242は、基準電圧発生回路421と、該基準電圧発生回路421により生成された基準電圧Vrefを一方の差動トランジスタM31のゲート入力電圧とする差動増幅回路422と、該差動増幅回路422の他方の差動トランジスタM32のゲート端子へフィードバックする電圧を生成する温度補償回路423とから構成されている。基準電圧発生回路421は、図4に示されているワイドラー形バンドギャップリファランス回路411と同様な構成の回路を用いるか、あるいは回路を兼用することができる。
FIG. 11 shows a specific circuit example of the
As shown in FIG. 11, the
差動増幅回路422は、互いにソースが結合された一対の差動トランジスタM31,M32と、共通ソースと接地点との間に接続された定電流源CC3と、M31,M32のコレクタと電源電圧端子Vccとの間に接続されたアクティブ負荷トランジスタM33,M34と、M31のドレイン端子にゲート端子が接続された出力トランジスタM35とから構成されている。
The
温度補償回路423は、出力トランジスタM35のドレイン端子すなわち回路の出力端子と接地点との間に直列に接続された抵抗手段RM1,RM2と、抵抗手段RM2と並列に設けられ温度に応じて電流値が変化する可変電流手段VCとから構成されている。このうち、抵抗手段RM1は一対の並列抵抗RM11,RM12、RM13と、それぞれの抵抗RM11,RM12、RM13と直列に接続されたスイッチSW11,SW12、SW13とから構成されている。抵抗RM11,RM12、RM13は各々抵抗値が異なっており、スイッチSW11,SW12、SW13は、GSMモードかDCSモードかPCSモードかを示す信号MODEによっていずれか一つがオン状態にされ、他はオフ状態にされる。
The
これにより、GSMモードとDCSモードとPCSモードとで、電圧レギュレータ242が発生する電圧Vregが異なるようにされている。具体的には、発振周波数の低いDCSモードにおける発生電圧Vreg(DCS)よりもPCSモードにおける発生電圧Vreg(PCS)の方が高くなるように抵抗RM12,RM13の抵抗値が設定されている。
Thereby, the voltage Vreg generated by the
この実施例では、GSMモードかDCSモードかPCSモードかで発生電圧Vregを3段階に切り替えるようにしているが、前述したようにTXVCOは8個の周波数帯のいずれかで発振動作されるので、抵抗手段RM1を構成する抵抗とスイッチの組を複数個設けて、選択されたバンドに応じて発生電圧Vregを多段階に切り替えるようにしても良い。なお、これは、電圧レギュレータ242をVCOa,VCObの後段の2つのバッファBFFa,BFFbに共通の回路として構成する場合であり、バッファBFFa,BFFbに応じてそれぞれ別個の電圧レギュレータを設ける場合には、発生電圧Vregを個別に多段階に切り替えるように構成しても良い。
In this embodiment, the generated voltage Vreg is switched in three stages in the GSM mode, the DCS mode, or the PCS mode. However, as described above, the TXVCO oscillates in any of the eight frequency bands. A plurality of pairs of resistors and switches constituting the resistance means RM1 may be provided so that the generated voltage Vreg is switched in multiple stages according to the selected band. Note that this is a case where the
この実施例の電圧レギュレータは、差動トランジスタM32のゲート電圧がM31のゲート電圧である基準電圧Vrefと一致するようにフィードバックがかかり、抵抗RM1と、抵抗RM2および可変電流源VCの合成抵抗Rcとの比に応じた電圧Vregが発生される。例えば、抵抗RM1と合成抵抗Rcとの比が1:1の場合には、Vregの1/2の電圧が差動トランジスタM32のゲート端子にフィードバックされるため、発生電圧Vregは2×Vrefとなる。 In the voltage regulator of this embodiment, feedback is applied so that the gate voltage of the differential transistor M32 matches the reference voltage Vref which is the gate voltage of M31, and the resistor RM1, the resistor RM2, and the combined resistor Rc of the variable current source VC A voltage Vreg corresponding to the ratio is generated. For example, when the ratio of the resistor RM1 to the combined resistor Rc is 1: 1, a voltage half of Vreg is fed back to the gate terminal of the differential transistor M32, so that the generated voltage Vreg is 2 × Vref. .
さらに、この実施例の電圧レギュレータにおいては、温度補償回路423の可変電流源VCが、直列形態の抵抗RM3とダイオード接続のバイポーラ・トランジスタQ13とから構成されている。この回路において、トランジスタQ13のベース・エミッタ間電圧をVbe、抵抗RM3の抵抗値をr3とおくと、抵抗RM3に流れる電流I3は、I3=(Vref−Vbe)/r3で表わされる。ここで、ベース・エミッタ間電圧Vbeは負の温度特性を有する。そのため、温度が高くなるほど抵抗R3に流れる電流I3が多くなる。これは、抵抗RM2および可変電流源VCの合成抵抗Rcが小さくなったのと等価である。その結果、抵抗R1の電圧降下量が大きくなって差動トランジスタM32のゲート電圧が下がる方向に向かおうとするが、差動増幅回路422がその電圧を基準電圧Vrefに戻すように働いて発生電圧Vregが高くされる。逆に温度が低くなると発生電圧Vregが低くされる。
Further, in the voltage regulator of this embodiment, the variable current source VC of the
以上のように、本実施例の電圧レギュレータは、温度に応じて温度が高いほど高くなるような電圧Vregを発生する。また、バンドギャップリファランス回路は電源電圧Vccにかかわらず一定の電圧を発生するため、本実施例の電圧レギュレータは電源電圧Vccが変動しても発生電圧Vregが変化しない。さらに、TXVCOの発振周波数に応じて周波数が高いほど高い電圧Vregを発生する。そして、このように制御された電圧VregがTXVCOの後段のバッファBFFa,BFFbに電源電圧として供給されるため、送信用発振回路240a,240bの出力振幅は、温度の変化や電源電圧Vccの変動、発振周波数の切り替えに対してほぼ一定に保たれる。
As described above, the voltage regulator of this embodiment generates a voltage Vreg that increases as the temperature increases according to the temperature. Since the band gap reference circuit generates a constant voltage regardless of the power supply voltage Vcc, the voltage regulator of this embodiment does not change the generated voltage Vreg even if the power supply voltage Vcc varies. Further, a higher voltage Vreg is generated as the frequency is higher according to the oscillation frequency of the TXVCO. Since the voltage Vreg controlled in this way is supplied as a power supply voltage to the buffers BFFa and BFFb in the subsequent stage of the TXVCO, the output amplitude of the
図12には、上記のように構成された電圧レギュレータ242により発生された電圧Vregを受けて動作するバッファBFFa,BFFbの回路例が示されている。
FIG. 12 shows a circuit example of buffers BFFa and BFFb that operate in response to the voltage Vreg generated by the
図12に示すように、バッファBFFa,BFFbは、ゲインをあまり持たず主としてTXVCOの差動出力をシングルの信号に変換する機能を有する第1バッファ431と、主として信号の増幅を担う第2バッファ432とから構成されている。第1、第2バッフア間はDC電圧カットのために容量C40にて接続される。前記電圧レギュレータ242により発生された電圧Vregは、後段の第2バッファ432に供給されるようにされている。電圧レギュレータ242により発生された電圧Vregを、TXVCOと第1バッファ431と第2バッファ432のすべてに供給する方が出力振幅の精度は高くなるが、そのようにしないのはノイズ特性や電力変換効率の悪化を招く一方、最終段である第2バッファ432の電源電圧さえ制御すればかなり良好な精度が得られるためである。
As shown in FIG. 12, the buffers BFFa and BFFb have a
第1バッファ431は、互いのソース端子がGNDで結合されTXVCOの差動出力信号φTX,/φTXがゲート端子に入力された差動MOSトランジスタM41,M42と、差動MOSトランジスタM41,M42のドレイン側に接続されたアクティブ負荷トランジスタM43,M44と、差動MOSトランジスタM41,M42のゲート端子にバイアス点すなわち入力信号の振幅中心を与えるための抵抗R41,R42とから構成されている。
The
第2バッファ432は、PチャネルMOSトランジスタM45とNチャネルMOSトランジスタM46が直列に接続され、それぞれのゲート端子に第1バッファ431の出力信号が入力されたCMOSインバータにより構成されている。抵抗R43は、出力信号のバイアス点(振幅中心)を入力信号の中心レベル(Vreg/2)に固定するよう、セルフバイアスを行なうために設けられている。
The
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、実施例1と実施例2とを組み合わせて両方を適用するようにしても良い。また、実施例においては、TXVCOの出力をオフセットミキサ253aを介して位相比較器236にフィードバックしているが、バッファの出力をフィードバックするようにしても良い。
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor. For example, the first embodiment and the second embodiment may be combined to apply both. In the embodiment, the TXVCO output is fed back to the
また、上記実施例では、位相制御ループと振幅制御ループを有するポーラループ方式の無線通信システムに適用した場合を説明したが、本発明は、例えばGMSK変調のような位相変調を行なう位相制御ループのみを有するオフセットPLL方式の高周波ICに適用することが可能である。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a polar loop type radio communication system having a phase control loop and an amplitude control loop has been described. However, the present invention is applicable only to a phase control loop that performs phase modulation such as GMSK modulation. It is possible to apply to an offset PLL type high frequency IC having
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるEDGE方式による通信が可能な携帯電話機の無線通信システムに用いられる高周波ICに適用した場合について説明したが、本発明はEDGE方式の高周波ICに限定されるものでなく、位相変調と振幅変調が必要な16QAMや64QAMのような変調を行なう無線LAN用の高周波ICであって、変調方法として位相制御ループと振幅制御ループを有するポーラループ方式と呼ばれる方式を採用した送信系回路を有する高周波ICの送信用VCOに対しても本発明を適用することができる。 In the above description, the case where the invention made mainly by the present inventor is applied to a high frequency IC used in a wireless communication system of a mobile phone capable of communication using the EDGE system, which is a field of use behind the invention, has been described. The invention is not limited to an EDGE high frequency IC, but is a high frequency IC for wireless LAN that performs modulation such as 16QAM or 64QAM that requires phase modulation and amplitude modulation, and uses a phase control loop and amplitude as a modulation method. The present invention can also be applied to a transmission VCO of a high-frequency IC having a transmission system circuit that employs a so-called polar loop system having a control loop.
100 送受信用アンテナ
110 送受信切り替え用のスイッチ
120 フィルタ
130 高周波電力増幅回路
200 高周波IC
210 ロウノイズアンプ
211,232 分周移相回路
212a,212b 復調用ミキサ
220A,220B 高利得増幅回路
233a,233b 変調用ミキサ
253a,253b 周波数変換ミキサ
230 中間周波数発振回路(IFVCO)
236 位相比較回路
237a 送信用PLLのチャージポンプ
237b 送信用PLLのループフィルタ
238 振幅比較回路
240a,240b 送信用発振回路(TXVCO)
241 基準電流生成回路
242 電圧レギュレータ
244 セレクタ
250 高周波発振回路(受信用VCO,RFVCO)
261 RFPLL用シンセサイザ回路
262 IFPLL用シンセサイザ回路
264 基準発振回路
300 ベースバンド回路
411 定電圧回路
412 電圧−電流変換回路
413 温度補償回路
431 第1バッファ
432 第2バッファ
DESCRIPTION OF
210
236 Phase comparison circuit 237a Transmission PLL charge pump 237b Transmission
241 Reference
261 Synthesizer circuit for
Claims (16)
温度変化による前記送信用発振回路の制御電圧−発振周波数特性のずれを前記チャージポンプの電流を変化させることで補正する温度補償回路と、
を備えていることを特徴とする通信用半導体集積回路。 A transmission oscillation circuit for frequency-converting and outputting a phase-modulated signal, a phase comparison circuit for comparing the phase of the output signal of the transmission oscillation circuit with the phase of the modulated signal, and the output of the phase comparison circuit A phase control loop for controlling the oscillation frequency of the oscillation circuit for transmission by the voltage generated by the current of the charge pump, including a charge pump for generating a voltage according to
A temperature compensation circuit that corrects a deviation in control voltage-oscillation frequency characteristics of the transmission oscillation circuit due to a temperature change by changing a current of the charge pump; and
A semiconductor integrated circuit for communication, comprising:
前記送信用発振回路は電圧制御発振器と該発振器の出力を増幅する増幅回路とを含み、前記増幅回路の出力信号の振幅が所定の範囲に入るように前記増幅回路の電源電圧が温度に応じて変化されるようにされていることを特徴とする通信用半導体集積回路。 Equipped with a transmission oscillation circuit that converts the frequency of the phase-modulated signal and outputs it.
The transmission oscillation circuit includes a voltage controlled oscillator and an amplification circuit that amplifies the output of the oscillator, and the power supply voltage of the amplification circuit depends on temperature so that the amplitude of the output signal of the amplification circuit falls within a predetermined range. A communication semiconductor integrated circuit characterized by being changed.
前記送信用発振回路は電圧制御発振器と該発振器の出力を増幅する増幅回路とを含み、前記増幅回路の出力信号の振幅が所定の範囲に入るように、前記電圧制御発振器の出力信号の周波数に応じて前記増幅回路の電源電圧が変化されることを特徴とする通信用半導体集積回路。 Equipped with a transmission oscillation circuit that converts the frequency of the phase-modulated signal and outputs it.
The transmission oscillation circuit includes a voltage controlled oscillator and an amplification circuit that amplifies the output of the oscillator, and the frequency of the output signal of the voltage controlled oscillator is set so that the amplitude of the output signal of the amplification circuit falls within a predetermined range. In response, the power supply voltage of the amplifier circuit is changed.
前記送信用発振回路は電圧制御発振器と該発振器の出力を増幅する増幅回路とを含み、前記増幅回路の出力信号の振幅が所定の範囲に入るように、温度および前記電圧制御発振器の出力信号の周波数に応じて前記増幅回路の電源電圧が変化される通信用半導体集積回路。 Equipped with a transmission oscillation circuit that converts the frequency of the phase-modulated signal and outputs it.
The transmission oscillation circuit includes a voltage controlled oscillator and an amplification circuit that amplifies the output of the oscillator, and the temperature and the output signal of the voltage controlled oscillator are adjusted so that the amplitude of the output signal of the amplification circuit falls within a predetermined range. A communication semiconductor integrated circuit in which a power supply voltage of the amplifier circuit is changed according to a frequency.
温度変化による前記送信用発振回路の制御電圧−発振周波数特性のずれを前記チャージポンプの電流を変化させることで補正する温度補償回路と、
を備え、
前記送信用発振回路は電圧制御発振器と該発振器の出力を増幅する増幅回路とを含み、
前記増幅回路の出力信号の振幅が所定の範囲に入るように、温度および前記電圧制御発振器の出力信号の周波数に応じて前記増幅回路の電源電圧が変化される通信用半導体集積回路。 A transmission oscillation circuit that frequency-converts and outputs a phase-modulated signal, a phase comparison circuit that compares the phase of the output signal of the transmission oscillation circuit with the phase of the phase-modulated and amplitude-modulated signal, and the phase A phase control loop including a charge pump for generating a voltage according to the output of the comparison circuit and controlling the oscillation frequency of the oscillation circuit for transmission by the voltage generated by the current of the charge pump;
A temperature compensation circuit that corrects a deviation in control voltage-oscillation frequency characteristics of the transmission oscillation circuit due to a temperature change by changing a current of the charge pump; and
With
The transmission oscillation circuit includes a voltage controlled oscillator and an amplification circuit that amplifies the output of the oscillator,
A communication semiconductor integrated circuit in which a power supply voltage of the amplifier circuit is changed according to a temperature and a frequency of an output signal of the voltage controlled oscillator so that an amplitude of an output signal of the amplifier circuit falls within a predetermined range.
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