JP2006156684A - ラジオ用半導体装置の回路ブロックへの電源供給方法及びラジオ用半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジオ用半導体装置のアナログ回路のノイズを低減する。
【解決手段】図１に白で示す低雑音増幅器１２，ステレオ復調回路１６の一部の回路は、図示しないアナログ用電源から電源電圧が供給される。図１に斜線で示すデジタル回路１９，ステレオ復調回路１６のＭＰＸＰＬＬ１７及びパイロット信号検出回路１８には、アナログ用電源とは別のデジタル用電源から電源電圧が供給される。これにより、ステレオ復調回路の中のデジタル回路で発生するノイズがアナログ回路に伝搬するのを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ラジオ用半導体装置及びその回路ブロックへの電源供給方法に関する。

半導体集積回路を設計する場合、回路の機能別にブロックを構成し、各回路ブロックの電源線と接地線をまとめて１または複数の電源パッドとグランドパッドに接続することが行われる。デジタル回路とアナログ回路は、ノイズの混入を防止するためにそれぞれ別の電源から供給することが望ましい。

特許文献１には、複数の電源系統を持つ電子回路において、各電源系統の立ち上がり時間のずれによりラッチアップ等が生じないように、異なる系統の電源線または接地線を、基板上に形成した抵抗または高抵抗の配線を介して接続することが記載されている。

また、特許文献２には、局部発振信号を増幅する局発信号バッファ増幅器の接地端子と、ミキサ回路の接地端子を異なる端子にすることで、ミキサ回路を流れる電流による接地端子の電位の変動が局発信号バッファ増幅回路に影響を与えないようにすることが記載されている。
特開平５−２９２６６３号公報 特開２０００−９１８４８号公報

従来、デジタルの回路ブロックとアナログの回路ブロックの電源線と接地線を分離することは行われている。ラジオ用ＩＣで機能別に回路ブロックを構成した場合に、１つの機能の回路ブロックの中にアナログ回路とデジタル回路が混在する場合があり、そのような場合に、アナログ回路が同一の回路ブロックの中の他の回路のノイズの影響を受けるか否かについてはあまり考慮されていなかった。

また、デジタル回路の回路ブロックの周りにガードリングを形成し、そのガードリングを回路基板に接続して接地することが行われていた。しかしながら、上記のガードリングを用いてもアナログ回路のノイズが必ずしも低減できなかった。

本発明の課題は、ラジオ用半導体装置のアナログ回路のノイズを低減することである。

本発明は，少なくとも低雑音増幅器とデジタル回路とステレオ復調回路とを備えるラジオ用半導体装置の回路ブロックへの電源供給方法であって、前記ステレオ復調回路の中のパイロット信号検出回路と副搬送信号を生成する副搬送波発生回路の電源線及び接地線と、前記低雑音増幅器及びステレオ復調回路のアナログ回路の電源線及び接地線とを分離した。

この発明によれば、ステレオ復調回路の中のデジタル回路であるパイロット信号検出回路と副搬送波発生回路の電源線及び接地線と、低雑音増幅器とステレオ復調回路のアナログ回路の電源線及び接地線とを分離することで、ステレオ復調回路のデジタル回路等で発生するノイズがアナログ回路の信号線に流入するのを防止できる。

上記の電源供給方法の他の態様は、前記デジタル回路とステレオ復調回路のパイロット信号検出回路と副搬送波発生回路をそれぞれ囲むようにガードリングを形成し、該ガードリングと半導体基板とのコンタクトを設けない構成である。

上記の電源供給方法の他の態様は、前記デジタル回路とステレオ復調回路のパイロット信号検出回路と副搬送波発生回路をそれぞれ囲むようにガードリングを形成し、該ガードリングと半導体基板とが所定以上の抵抗値を有する構成である。

このように構成することで、デジタル回路とステレオ復調回路のパイロット信号検出回路と副搬送波発生回路で発生するノイズが、回路基板を通って低雑音増幅器やステレオ復調回路のアナログ回路の信号線に流入するのを防止できる。

上記の電源供給方法の他の態様は、前記パイロット信号検出回路は、前記デジタル回路から供給されるクロック信号に基づいて動作するオフセットキャンセル回路を有する。
このようにパイロット信号検出回路の電源線及び接地線をアナログ回路の電源線及び接地線と分離することで、ステレオ復調回路のパイロット信号検出回路に含まれるオフセットキャンセル回路で発生するノイズが、低雑音増幅器等に影響するのを防止できる。

上記の電源供給方法は、前記ステレオ復調回路のパイロット信号検出回路と副搬送波発生回路とデジタル回路の電源線及び接地線と、アナログ回路の電源線及び接地線をそれぞれ別のパッドに接続する。

このように構成することで、デジタル回路、あるいはステレオ復調回路の中のデジタル回路で発生するノイズが、低雑音増幅器及びステレオ復調回路のアナログ回路に流入するのを防止できる。

本発明によれば、デジタル回路、あるいはステレオ復調回路のパイロット信号検出回路と副搬送波発生回路で発生するノイズが、低雑音増幅器及びステレオ復調回路のアナログ回路に流入するのを防止できる。さらに、デジタル回路等の周りに形成するガードリングを回路基板に接続しないようにすることで回路基板を介したノイズの伝搬を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、実施の形態のラジオ用半導体集積回路（半導体装置）１１の回路ブロックへの電源供給方法の説明図である。
このラジオ用半導体集積回路１１は、Ｐ型の回路基板上に形成されたｐチャネルＭＯＳトランジスタとｎチャネルＭＯＳトランジスタとからなる。

図１において、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１２は、アンテナ（図示せず）で受信された無線信号を増幅しミキサ回路（ＭＩＸ）１３に出力する。ミキサ回路１３は、局部発振回路（ＬＯ）１４で生成される局部発振信号と受信信号を混合して中間周波信号に変換する。中間周波信号はＩＦ部１５で増幅、検波されステレオ復調回路（ＭＰＸ部）１６でステレオ信号に復調される。

ステレオ復調回路１６は、ステレオ複合信号からステレオ副搬送波信号を抽出するＭＰＸＰＬＬ（副搬送波発生回路）１７と、ステレオ複合信号からパイロット信号を検出するパイロット信号検出回路（ＰＤＥＴ）１８等のデジタル回路を含んでいる。

ＭＰＸＰＬＬ１７は電圧制御発振器を有しており、この電圧制御発振器でノイズが発生する。また、パイロット信号検出回路１８は、デジタル回路１９から出力されるクロック信号に基づいて動作するオフセットキャンセル回路を有する。このオフセットキャンセル回路もノイズ発生源となっている。

デジタル（Ｄｉｇｉｔａｌ）回路１９は、論理回路や基準となる周波数の信号を生成する周波数シンセサイザ等の回路からなる。
我々は、上記のラジオ用半導体集積回路１１の低雑音増幅器１２のノイズを分析し、そのノイズの周波数が、デジタル回路１９で生成される信号、あるいはステレオ復調回路１６内部の電圧制御発振器等の発振周波数と関連性があることを見いだした。さらに、ステレオ復調回路１６のステレオ副搬送波を生成するＭＰＸＰＬＬ１７とパイロット信号検出回路１８で発生するノイズが影響していることを見いだした。

そこで、従来、ステレオ復調回路１６全体にアナログ用電源から電圧を供給していたのを、ステレオ復調回路１６のアナログ回路の電源線及び接地線は、アナログ用電源の電源パッド及びグランドパッドに接続して、図示しないアナログ電源から電源電圧供給するようにし、デジタル回路のＭＰＸＰＬＬ１７及びパイロット信号検出回路１８の電源線及び接地線は、デジタル用電源の電源パッド及びグランドパッドに接続して、図示しないデジタル電源から電源電圧を供給するようにした。

具体的には、図１に白で示すアナログ回路の回路ブロックである低雑音増幅器１２，ミキサ回路１３、ＩＦ部１５及びステレオ復調回路１６のアナログ回路にはアナログ用電源から電源電圧を供給している。

図１に斜線で示すデジタル回路１９及びステレオ復調回路１６のＭＰＸＰＬＬ１７とパイロット信号検出回路１８には、アナログ用電源とは別のデジタル用電源から電源電圧を供給している。

さらに、図１に横線で示す回路ブロックの局部発振器１４には、別の電源から電源電圧を供給している。
すなわち、同じステレオ復調回路１６に属する回路であっても、ノイズ発生源と推定されるＭＰＸＰＬＬ１７とパイロット信号検出回路１８はデジタル用電源に接続し、アナログ回路はアナログ用電源に接続し、それらの回路の電源線と接地線を完全に分離するようにした。

これにより、デジタル回路１９から出力される信号に基づくノイズ、あるいは電圧制御発振器等を有する回路で発生するノイズが、低雑音増幅器１２等のアナログ回路に伝搬するの抑え、受信信号のノイズを抑制することができた。低雑音増幅器１２の入力側のノイズレベルを下げることで、受信可能な信号レベルを低くできるので受信感度を向上させることができる。

なお、この実施の形態では、デジタル回路のバッファのサイズを小さくし、バッファの貫通電流を少なくすることでさらにノイズを抑制している。また、デジタル回路１９の内部のクロック信号の周波数を極力低くしてラジオ放送の周波数帯に混入するノイズを抑制している。

次に、ラジオ用半導体集積回路１１における、Ｐ型回路基板によるノイズの伝搬の影響を調べるため以下のような回路モデルを用いてシミュレーションを行った。
図２は、ラジオ用ＩＣ３２のＰ回路基板のノイズに対する影響を調べるためのシミュレーション用回路を模式的に示す図である。

低雑音増幅器３３は、グランド線Ｌ１によりグランドパッドＰＡＤ１に接続され、グランドパッドＰＡＤ１は、ワイヤ抵抗Ｒ１によりプリント基板３１のグランドに接続されている。ワイヤ抵抗Ｒ１は、グランドパッドＰＡＤ１とＩＣ３２の外部接続端子との間のワイヤの抵抗値を示している。グランドパッドＰＡＤ１は、図１のアナログ回路の電源のグランドに該当する。

デジタル回路３４は、グランド線Ｌ２によりグランドパッドＰＡＤ２に接続されており、グランドパッドＰＡＤ２は、ワイヤ抵抗Ｒ２とグランド線Ｌ３を介してプリント基板３１のグランドに接続されている。ワイヤ抵抗Ｒ２は、グランドパッドＰＡＤ２とＩＣ３２の外部接続端子との間のワイヤの抵抗値を示している。グランドパッドＰＡＤ２は、図１のデジタル回路１９のグランドに該当する。また、抵抗Ｒ３は、グランドパッドＰＡＤ１とＰＡＤ２間のＰ型回路基板（ＩＣ３２のグランドとなる）の等価抵抗値を表している。

上記の回路において、Ｐ型回路基板の等価抵抗Ｒ３の値を変化させて、デジタル回路３２を動作させて低雑音増幅器３３の入力ノイズを測定すると、抵抗値Ｒ３が大きいほど低雑音増幅器３３の入力側のノイズは少なくなる。
また、ワイヤ抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を小さくした場合も、低雑音増幅器３３の入力ノイズは小さくなる。

これは、デジタル回路３４で発生するノイズがＰ型回路基板を通って低雑音増幅器３３の入力側に伝搬していることを示している。
すなわち、上記の結果からは、ノイズ発生源のデジタル回路の周りのガードリングを回路基板に接続しない方が、ノイズの伝搬を少なくできる。

そこで、本実施の形態では、ノイズの発生源となる図１のデジタル回路１９、ステレオ復調回路１６のＭＰＸＰＬＬ１７及びパイロット信号検出回路１８の周りに形成するガードリングとＰ型回路基板とのコンタクトを形成しないようにした。

これにより、デジタル回路１９やＭＰＸＰＬＬ１７等で発生するノイズがＰ型回路基板を通って低雑音増幅器１２やその他のアナログ回路に伝搬されるのを防止できる。従って、低雑音増幅器１２等のアナログ回路のノイズレベルを下げ、受信感度を向上させることができる。

本発明は、２または３系統の外部電源端子を有するラジオ用半導体装置において、より効果を得ることができる。すなわち、外部電源端子が２または３系統の半導体装置において、ノイズを低減し、感度を向上させ、かつ低コストの１チップＩＣを実現できる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、例えば、以下のように構成しても良い。
（１）実施の形態は、ステレオ復調回路１６のＭＰＸＰＬＬ１７とパイロット信号検出回路１８の電源を、アナログ回路用電源と別の電源から供給する場合について説明したが、ステレオ復調回路１６に含まれる回路に限らず、他の回路ブロックに含まれるデジタル回路についても同様に適用できる。
（２）ノイズ発生源の回路ブロックのガードリングと回路基板とのコンタクトを無くす方法に限らず、ガードリングと回路基板との間の接続抵抗値が大きくなるようにしても良い（例えば、４０Ω以上）。
（３）デジタル回路のガードリングと回路基板との接続を無くことに代え、アナログ回路のガードリングと回路基板との接続を無してノイズの伝搬を防止するようにしても良い。

実施の形態の半導体集積回路の回路ブロックへの電源供給方法の説明図である。 シミュレーションに用いた回路モデルを示す図である。

符号の説明

１１ 半導体集積回路
１２ 低雑音増幅器
１３ ミキサ回路
１４ 局部発振回路
１５ ＩＦ部
１６ ステレオ復調回路
１７ ＭＰＸＰＬＬ
１８ パイロット信号検出回路
１９ デジタル回路

Claims (7)

1. 少なくとも低雑音増幅器とデジタル回路とステレオ復調回路とを備えるラジオ用半導体装置の回路ブロックへの電源供給方法であって、
   前記ステレオ復調回路のパイロット信号検出回路及び副搬送信号を生成する副搬送波発生回路の電源線及び接地線と、前記低雑音増幅器及びステレオ復調回路のアナログ回路との電源線及び接地線とを分離したラジオ用半導体装置の回路ブロックへの電源供給方法。
2. 前記デジタル回路とステレオ復調回路のパイロット信号検出回路及び副搬送波発生回路をそれぞれ囲むようにガードリングを形成し、該ガードリングと半導体基板とのコンタクトを設けないようにした請求項１記載のラジオ用半導体装置の回路ブロックへの電源供給方法。
3. 前記デジタル回路とステレオ復調回路のパイロット信号検出回路と副搬送波発生回路をそれぞれ囲むようにガードリングを形成し、該ガードリングと半導体基板とが所定以上の抵抗値を有する請求項１記載のラジオ用半導体装置の回路ブロックへの電源供給方法。
4. 前記パイロット信号検出回路は、前記デジタル回路から供給されるクロック信号に基づいて動作するオフセットキャンセル回路を有する請求項１記載のラジオ用半導体装置の回路ブロックへの電源供給方法。
5. 前記ステレオ復調回路のパイロット信号検出回路と副搬送波発生回路とデジタル回路の電源線及び接地線と、アナログ回路の電源線及び接地線を、それぞれ別のパッドに接続する請求項１、２、３または４記載のラジオ用半導体装置の回路ブロックへの電源供給方法。
6. 低雑音増幅器とデジタル回路とステレオ復調回路とを備えるラジオ用半導体装置であって、
   前記ステレオ復調回路のパイロット信号検出回路及び副搬送波信号を生成する副搬送波発生回路の電源線及び接地線と、前記低雑音増幅器及びステレオ復調回路のアナログ回路の電源線と接地線とを分離し、それぞれ別の電源から電圧を供給するラジオ用半導体装置。
7. 前記デジタル回路とステレオ復調回路のパイロット信号検出回路と副搬送波発生回路をそれぞれ囲むようにガードリングを形成し、該ガードリングと半導体基板とのコンタクトを設けないようにした請求項６記載のラジオ用半導体装置。
   
   

Images