JP2005303954A - 送信システム半導体集積回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で回路規模が小さく、不要スプリアスに対して良好な送信システム半導体集積回路装置を提供する。
【解決手段】第一の局発信号１０１は、中間周波数の周波数が位相分配手段１０２に入力され、ＱＰＳＫ変調用に位相分配する場合には０／９０°に位相分配され、振幅誤差成分をなくすために振幅等化手段１０３に入力される。さらに直交変調手段１０４にて、移相分配された局発信号とベースバンド信号であるＩ，Ｑ信号が掛け合わされて直交変調波として出力され、ベクトル合成後、周波数混合器１０５で第二の局発信号１０７と掛け合わされ、出力バッファアンプ１０６を通して出力端子２０１から出力する。前記直交変調手段１０４の出力には、帯域内外に不要スプリアスが多数発生している。この不要スプリアスを抑圧するために、直交変調ミキサー入力前段にＬＰＦ３０１を設置し、変調後にＬＰＦ３０２を設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波半導体の送信システム集積回路装置に関するものである。

従来の送信システム半導体においては、不要高調波スプリアスを抑圧するために、同一チップ内でパッシブもしくはアクティブフィルタを構成することにより、帯域制限を行っていた。
特開２０００−７８０５１号公報

しかしながら、前記従来の技術では、パッシブもしくはアクティブ素子を使って、フィルタにより不要成分を抑圧しようとした場合、集積化する際に回路規模，消費電流、あるいはコストが増大するといった課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するため、安価で回路規模が小さく、不要スプリアスに対して良好な送信システム半導体集積回路装置を提供することを目的とする。

本発明に係る送信システム半導体集積回路装置は、不要高調波スプリアスを発生させ易いリミッタアンプ、あるいはミキサー回路ブロックを構成するトランジスター（以下：Ｔｒと略）のｆＴあるいはｆｍａｘをトランジスターのセルの構成をマスクによって制御することにより、ベース入力あるいはコレクタ出力によってローパスフィルタ（以下：ＬＰＦと略する）を構成し、必要帯域の信号のみを通し、新たにパッシブもしくはアクティブ素子を使ってフィルタを必要としないようにしたものであって、リミッタあるいはミキサーなどの非線形回路において発生する不要高調波スプリアスを抑圧するとという課題に対して、回路規模あるいは消費電流を増やすことなく、同一チップ内に作り込むことが実現する。

本発明によれば、同一半導体チップ内に高周波性能に優れるＴｒと、使用帯域のみを通すＴｒとを、回路の特性に合わせて最適に混在させることにより、回路規模あるいは消費電流を増やすことなく製作できる送信システム半導体集積回路装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図１５を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１を説明するための送信系システムの構成図である。

図１において、第一の局発信号１０１は、ＩＦ（中間周波数の略）の周波数（１.５ＧＨｚＰＤＣの場合には１７８ＭＨｚ、ＰＨＳは２３３.１５ＭＨｚ）が位相分配手段１０２に入力され、ＱＰＳＫ変調用に位相分配する場合には０／９０°に位相分配されて、振幅誤差成分をなくすために振幅等化手段１０３に入力される。この際、リミッタ回路が採用され、高次の歪みが発生する。

さらに、直交変調手段１０４にて、移相分配された局発信号とベースバンド信号であるＩ，Ｑ信号が掛け合わされて直交変調波として出力され、ベクトル合成後、周波数混合器１０５で第二の局発信号１０７（ＲＦ周波数は、例えば１.５ＧＨｚＰＤＣの場合、１６０７〜１６３１ＭＨｚ）と掛け合わされ、出力バッファアンプ１０６を通して出力端子２０１から出力する。

前記直交変調手段１０４の出力には、帯域内外に不要スプリアスが多数発生している。図１５に示すように、例えば１.５ＧＨｚＰＤＣの場合、希望波ｃｈ：１６１９−１７８＝１４４１ＭＨｚに対して、ｆＩＦ（１７８）×８＝１４２４ＭＨｚ、２×（１６１９−１７８）−１７８×８＝１４５８ＭＨｚと、希望波±１７ＭＨｚに不要スプリアスが発生し、外付けフィルタでは除去しきれない。

図２は比較例としての従来例の構成図であり、この例の場合、直交変調手段１０４の出力の不要スプリアスを抑圧するために、ベクトル合成後に帯域制限用ＬＰＦ１０８を設置している。図６に具体的な２次のアクティブＬＰＦ回路（サレンキー型）の構成例を示す。このＬＰＦ１０８は、回路規模，電流共に無視することはできない。

本実施形態では、不要スプリアスを抑圧するために直交変調ミキサー入力前段にＬＰＦ３０１を設置し、変調後にＬＰＦ３０２を設置している。これらのＬＰＦは、本実施形態の場合では、ＬＰＦ３０１は、図３に示すように、高周波特性コレクタ−サブ間容量（Ｃｃｓ）を増やすために、図４に示すように、ｎ型埋め込み層の面積を広げることにより合わせて、ベース−コレクタ間容量（Ｃｃｂ）も増え、ｆＴが劣化する。

すなわち、従来のＴｒセルに比べて、＋α分だけコレクタ−エミッタ間隔を広げ、広がった面積分に応じたＣｃｓ容量が増える。図７にＣｃｓとｆＴとの関係特性図を示す。必要信号成分を通すＴｒセルを振幅等化手段１０３の出力回路Ｔｒに使い、出力負荷ＲＬとＣｃｓ容量によりＬＰＦを構成し、直交変調手段１０４で掛け合わされる前に高調波レベルを抑圧することができる。Ｃｃｓの増大により高周波特性を劣化させ、高調波のレベルを下げることができる。

ＬＰＦ３０２について、図５を参照して説明する。直交変調手段１０４の出力Ｔｒのコレクタの寄生容量Ｃｃを増やすように、前記高周波特性の悪いＴｒ単体マスクセルを使い、負荷ＲＬとＣｃｓにより前記ＬＰＦ３０１と同様に、ＬＰＦを構成し、不要スプリアスを抑圧することができる。

このようにＩＦ周波数信号処理ブロックまでは、必要信号帯域のみを通すＴｒセルを使用し、以降のＲＦ周波数信号処理ブロックは、本来のｆＴの高い高周波用Ｔｒセルを使用する。同一半導体チップ内に高周波性能に優れるＴｒと使用帯域のみを通すＴｒを回路の特性に合わせて最適に混在させることにより、パッシブもしくはアクティブフィルタを構成することなく、かつ回路規模あるいは消費電流を増やすことなく作り込むことができる。

図９に同じ効果が得られる別のＴｒの構成例を示す。振幅等化手段１０３の出力段におけるＬＰＦ３０１を直交変調手段１０４のミキサー局発信号入力段で等化的にＬＰＦを構成する。直交変調手段１０４のミキサー局発信号入力Ｔｒセルのベース抵抗Ｒｂ、ベース−サブ間容量Ｃｂｓを増やし同様に入力段でＬＰＦを構成する。

図８に本実施形態のＴｒセルを示す。このＴｒセルは、従来構成のＴｒセルに比べて、ベース拡散領域からの引き出し電極の幅を−β分だけ狭くし、＋α分だけ横方向に広げている。このようにすることにより、ベース抵抗Ｒｂｓを増やし、ベースに寄生するＣｂｓ（ベース−サブ間容量）を増やす。

同様の効果が得られる実施形態１の変形例を図１０を参照して説明する。なお、以下の説明において、既に説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

図１０に示すように、本例では直交変調手段１０４のミキサー局発信号入力段にＬＰＦ３０１を、ミキサー出力段にＬＰＦ３０２をそれぞれ配置する。図１１に本例のＴｒの構成を示す。前記Ｔｒで説明したように、ベース抵抗Ｒｂ，ベース−サブ間容量Ｃｂｓを増やすために、ベース取り出し電極幅をβ分狭くし、横方向にα分広げている。更にコレクタ−サブ間容量Ｃｃｓを増やすために、γ分縦方向に広げる。図１２に示すように、このＴｒセルを使うことにより、前記Ｒｂ，ＣｂｓによりＬＰＦ３０１相当の帯域制限回路を構成し、出力段はＲＬ，ＣｃｓでＬＰＦ３０２相当の帯域制限回路を構成する。

（実施形態２）
図１３は本発明の実施形態２を説明するための送信系システムの構成図である。

図１３において、移相分配後の振幅誤差をなくす振幅等化手段１０３および次段直交変調手段１０４のミキサー局発信号入力に実施形態１におけるＴｒセルを使用し、周波数混合器１０５のミキサー出力Ｔｒにおいて、実施形態１と同じようにｎ型埋め込み層の面積を広げ、コレクタ−サブ間容量Ｃｃｓを増やす。

ただし、Ｃｃｓ容量は１.４４ＧＨｚ帯域の信号が通るように選ばれている。このＴｒセルとミキサー出力負荷ＲＬとでＬＰＦ４０１を構成する。この帯域制限により図１４に示すように希望波に対し、ｆＩＦ分ｆＲＦ（キャリア）から離れた信号成分であるｆＲＦ＋ｆＩＦ（イメージ）信号を抑圧することができる。

すなわち、ＩＦ信号処理ブロック段は、実施形態１のＴｒセルで構成されており、ＲＦ周波数信号と混合される周波数混合器１０５は、従来の高周波用ＴｒよりｆＴが低く実施形態１のＴｒセルより高いＴｒセルで構成されており、出力バッファアンプ１０６は本来の高周波Ｔｒセルで構成されている。同一半導体チップ内で回路ブロックごとに、高周波性能に優れるＴｒと、使用帯域のみを通すＴｒを回路の特性に合わせて最適に混在させることによって、パッシブもしくはアクティブフィルタを構成することなく、回路規模あるいは消費電流を増やすことなく作り込むことができる。

（実施形態３）
図１６は本発明の実施形態３を説明するための送信系システムの構成図である。

実施形態３では、実施形態２と同じくＩＦ信号処理ブロックには実施形態１で説明したＴｒセルを使用し、周波数混合器１０５には実施形態２で説明したＴｒセルを使用し、出力バッファアンプ１０６には、高周波特性に優れ、かつ高耐圧でもあるＴｒセルを使用している。

図１７に示すように、出力バッファは、エミッタ接地タイプの信号増幅回路を構成し、半導体ＩＣチップ外部にインダクターを負荷にして信号を取り出す場合、低ひずみかつ低消費電力で高周波信号を増幅することができ、なおかつ電源電圧がＴｒセルのコレクタ−エミッタ間に加わるため高耐圧も要求される。

本発明は、リミッタあるいはミキサーなどの非線形回路において発生する不要スプリアスに対して、回路素子あるいは消費電流を増やすことなく抑圧する場合に有用である。

本発明の実施形態１を説明するための送信系システムの構成図 比較例としての従来の送信系システムの構成図 実施形態１におけるＬＰＦ（３０１）の構成図 実施形態１を構成するトランジスターのセル図 実施形態１におけるＬＰＦ（３０２）の構成図 実施形態１における具体的な２次のアクティブＬＰＦ回路（サレンキー型）の構成図 実施形態１におけるＣｃｓとｆＴとの関係特性図 実施形態１の変形例におけるトランジスターのセル図 実施形態１を構成する直交変調ミキサーの等価回路図 実施形態１の変形例の構成図 図１０に示す変形例を構成するトランジスターのセル図 図１０に示す変形例を構成する直交変調ミキサーの等価回路図 本発明の実施形態２を説明するための送信系システムの構成図 実施形態２の効果を示す周波数特性図 実施形態１の効果を示す周波数特性図 本発明の実施形態３を説明するための送信系システムの構成図 実施形態３における送信出力バッファの等価回路図

符号の説明

１０１ 第一の局発信号
１０２ 移相分配手段
１０３ 振幅等化手段
１０４ 直交変調手段
１０５ 周波数混合手段
１０６ 出力バッファアンプ
１０７ 第二の局発信号
１０８ 帯域制限手段
２０１ 出力端子
３０１，３０２，４０１ ＬＰＦ

Claims (3)

1. 中間周波数を発生する第一の局発信号と高周波周波数を発生する第二の局発信号とを有する間接変調型の通信方式の送信装置であって、前記中間周波数を発生する発振器から０／９０°に分配する移相分配手段と、移相シフト後の前記第一の局発信号の振幅誤差をなくす振幅等化手段と、送信変調をかける直交変調手段と、高周波周波数を発生する第二の局発信号と前記直交変調手段の出力とをかけ合わせ周波数変換を行う周波数混合器と、出力バッファアンプとを備えた送信システムにおいて、高周波特性を有するトランジスターセルと帯域制限機能を有するトランジスターセルとを同一半導体チップ内に混在させたことを特徴とする送信システム半導体集積回路装置。
2. 前記周波数混合器で希望周波数成分のみを選択的に通すフィルタを等価的に有するトランジスターセルを、同一半導体チップ内に混在させたことを特徴とする請求項１記載の送信システム半導体集積回路装置。
3. 前記出力バッファアンプにおいて、周波数選択機能及び耐圧を上げたトランジスターセルを同一半導体チップに混在させたことを特徴とする請求項１記載の送信システム半導体集積回路装置。

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