JP2008228029A - 半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】振幅特性から安定性を判定し、位相補償用容量を最適値にすることによりコストを低減することができる半導体集積回路を提供する。
【解決手段】位相補償容量Ｃを含み帰還ループを有する増幅回路と、所定の周波数における前記増幅回路の出力電圧の振幅を測定し、前記振幅の比に基づいて前記位相補償容量の容量値を調整する安定性判定調整回路２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路に関するものである。

演算増幅器を用いた回路の多くはフィードバック（負帰還）を含む回路である。負帰還を含む回路では、高周波帯域において位相回りによって正帰還となり発振を引き起こす場合がある。そのため、帰還ループを有する回路が高周波帯域で発振条件を満たすような条件を持たないかどうか（安定性）の判定が行われる。

帰還ループの安定性判定法として位相余裕を用いるものがある（例えば特許文献１参照）。これはまず閉ループ回路の一端を開放して開ループ回路を構成し、その一端から周波数を変化させて信号を入力し、他端の出力を求め、開ループ伝達関数を求める。開ループ伝達関数のゲイン−周波数特性からゲインが０ｄＢ（１倍）になるユニティゲイン周波数ｆｕを求め、位相−周波数特性からこのユニティゲイン周波数ｆｕにおける位相と遅れ位相１８０°との差を求める。この差が位相余裕である。この位相余裕が基準値（例えば１５°）以上であれば発振のおそれがなく安定であると判定する。しかし、位相特性を評価する回路は複雑であり、コスト増大を招く。

また、演算増幅器が有する位相補償用容量の値を大きめに設定し、位相余裕を大きくとり、安定性を確保することが行われている。しかし、位相補償用容量の増大に伴い、ゲインが低下し、回路は狭帯域化する。また、位相補償用容量が大きいとスルーレートが下がり、出力の波形歪みが起きるという問題を有していた。
特開２００６−１０５９６号公報

本発明は振幅特性から安定性を判定し、位相補償用容量を最適値にすることによりコストを低減することができる半導体集積回路を提供することを目的とする。

本発明の一態様による半導体集積回路は、位相補償容量を含み帰還ループを有する増幅回路と、所定の周波数における前記増幅回路の出力電圧の振幅を測定し、前記振幅の比に基づいて前記位相補償容量の容量値を調整する安定性判定調整回路と、を備えるものである。

また、本発明の一態様による半導体集積回路は、位相補償容量を含み、第１及び第２の入力端子からの入力電圧差を増幅して出力端子から出力する増幅器を有し、前記第１の入力端子と前記出力端子との間に帰還ループを形成する増幅回路と、周波数制御信号に基づいて周波数を変化させて正弦波電圧を前記第１又は第２の入力端子に到る経路を介して前記第１又は第２の入力端子に入力させる正弦波発生部と、前記出力端子に接続され、前記出力端子からの出力電圧の振幅を測定する振幅測定部と、容量制御信号に基づき前記位相補償容量の容量値を調整する制御部と、前記周波数制御信号を出力し、前記振幅測定部において測定される振幅及び前記正弦波発生部から出力される正弦波電圧の振幅から前記周波数制御信号に基づく周波数における閉ループゲインを算出し、第１の周波数における前記閉ループゲインと前記第１の周波数より低い第２の周波数における前記閉ループゲインとの比が所定値になるように前記制御部へ前記容量制御信号を出力する演算部と、を備えるものである。

また、本発明の一態様による半導体集積回路は、周波数制御信号に基づいて周波数を変えて正弦波電圧を出力する正弦波発生部と、位相補償容量を含み、第１及び第２の入力端子からの入力電圧差を増幅して出力端子から出力する増幅器と、前記第１の入力端子と前記出力端子とを接続して帰還ループを形成するか又は前記第１の入力端子と前記正弦波発生部とを接続するかを切り替える第１のスイッチと、を有する増幅回路と、前記第１又は第２の入力端子と前記正弦波発生部との間に接続される第２のスイッチと、前記出力端子に接続され、前記出力端子からの出力電圧の振幅を測定する振幅測定部と、スイッチ制御信号に基づき前記第１及び第２のスイッチの制御を行い、容量制御信号に基づき前記位相補償容量の容量値の調整を行う制御部と、前記周波数制御信号を出力し、前記第１のスイッチを介して前記第１の入力端子と前記正弦波発生部とが接続され、前記第２のスイッチがオフするように前記スイッチ制御信号を出力して任意の周波数における前記増幅回路のループゲインを求め、前記ループゲインに基づきユニティゲイン周波数を算出し、前記第１のスイッチを介して前記第１の入力端子と前記出力端子とが接続され帰還ループを形成し、前記第２のスイッチがオンするように前記スイッチ制御信号を出力して、前記ユニティゲイン周波数における前記増幅回路の閉ループゲインと前記ユニティゲイン周波数より低い第２の周波数における閉ループゲインとの比を算出し、前記比が所定値になるように前記制御部へ前記容量制御信号を出力する演算部と、を備えるものである。

また、本発明の一態様による半導体集積回路は、周波数制御信号に基づいて周波数を変えて正弦波電圧を出力する正弦波発生部と、位相補償容量を含み、第１及び第２の入力端子からの入力電圧差を増幅して出力端子から出力する増幅器と、前記第１の入力端子と前記出力端子とを接続して帰還ループを形成するか又は前記第１の入力端子と前記正弦波発生部とを接続するか又は前記正弦波発生部と前記出力端子とを接続するかを切り替える第１のスイッチと、を有する増幅回路と、前記第１又は第２の入力端子と前記正弦波発生部との間に接続される第２のスイッチと、前記出力端子に接続され、与えられる信号の振幅を測定する振幅測定部と、前記出力端子に接続され、与えられる信号の位相を測定する位相測定部と、スイッチ制御信号に基づき前記第１及び第２のスイッチの制御を行い、容量制御信号に基づき前記位相補償容量の容量値の調整を行う制御部と、前記周波数制御信号を出力し、前記第１のスイッチを介して前記第１の入力端子と前記正弦波発生部とが接続され、前記第２のスイッチがオフするように前記スイッチ制御信号を出力して任意の周波数における前記増幅回路のループゲインを求め、前記ループゲインに基づきユニティゲイン周波数を算出し、前記正弦波発生部の出力する正弦波電圧の周波数が前記ユニティゲイン周波数となるように前記周波数制御信号を出力し、前記第１のスイッチを介して前記正弦波発生部と前記出力端子とが接続され、前記第２のスイッチがオフするように前記スイッチ制御信号を出力した際に前記位相測定部で測定される位相と、前記第１のスイッチを介して前記第１の入力端子と前記出力端子とが接続され帰還ループを形成し、前記第２のスイッチがオンするように前記スイッチ制御信号を出力した際に前記位相測定部で測定される位相との位相差を算出し、前記位相差が所定値になるように前記制御部へ前記容量制御信号を出力する演算部と、を備えるものである。

本発明によれば、振幅特性から安定性を判定し、最適な位相補償用容量値を求めることによりコストを低減することができる。

以下、本発明の実施形態による半導体集積回路を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路の概略構成を示す。半導体集積回路は増幅器１、安定性判定調整回路２、抵抗Ｒ１、Ｒ２を備える。増幅器１は位相補償用容量Ｃを含む。

増幅器１はオペアンプであり、反転入力端子ＩＮ１、非反転入力端子ＩＮ２、出力端子ＯＵＴを有する。

抵抗Ｒ１の一端はノードＸに接続され、残りの一端は増幅器１の反転入力端子ＩＮ１に接続されている。ノードＸとは、外部からのアナログ信号が入力される端子である。

増幅器１の反転入力端子ＩＮ１には抵抗Ｒ１を介してノードＸからアナログ信号が入力される。また、出力端子ＯＵＴと反転入力端子ＩＮ１との間に抵抗Ｒ２が接続され、増幅器１は負帰還がかけられている。増幅器１の非反転入力端子ＩＮ２は接地されている。

安定性判定調整回路２はＡＤ変換器２１、ＤＡ変換器２２、振幅測定部２３、制御部２４、演算部２５及び正弦波発生部２６を有する。

ＡＤ変換器２１はアナログデジタル変換器であり、増幅器１の出力端子ＯＵＴからの信号が入力されて、デジタル値に変換して出力する。ＡＤ変換器２１はさらに振幅測定部２３に接続されて、このデジタル値を振幅測定部２３に出力する。

振幅測定部２３は、ＡＤ変換器２１から出力されたデジタル値が入力されて、デジタル値の大きさを測定する。すなわち、振幅測定部２３は、ＡＤ変換器２１を介して増幅器１の出力電圧の振幅を測定する。

演算部２５は、任意の周波数ωにおける増幅器１の閉ループゲインを測定し、閉ループゲインに基づいて増幅器１の位相補償用容量Ｃの大きさを制御する回路である。そのため、演算部２５は振幅測定部２３の出力が入力される。また、演算部２５は制御部２４に接続され、位相補償用容量Ｃの大きさを制御する容量制御信号を出力する。また、演算部２５は正弦波発生部２６に接続され、正弦波発生部２６に対して周波数制御信号を出力すると共に、正弦波発生部２６からのフィードバック情報（デジタル値）が入力される。

制御部２４は演算部２５から出力される容量制御信号に基づき、位相補償用容量Ｃの容量値を制御する。

正弦波発生部２６は演算部２５から出力される周波数制御信号に基づく発振周波数で正弦波のデジタル出力を生成する。正弦波発生部２６はこのデジタル出力をＤＡ変換器２２に出力する。正弦波発生部２６には例えば数値制御発振器（ＮＣＯ:Numerical Controlled Oscillator）を用いる。

ＤＡ変換器２２はデジタルアナログ変換器であり、正弦波発生部２６からの正弦波のデジタル出力が入力されて、アナログ値の正弦波電圧に変換して出力する。ＤＡ変換器２２はノードＸに接続されており、ＤＡ変換器２２から出力される正弦波電圧は抵抗Ｒ１を介して増幅器１の反転入力端子ＩＮ１に入力される。

演算部２５は、正弦波発生部２６からのフィードバック情報に含まれる正弦波発生部２６から出力されたデジタル出力正弦波の大きさと、振幅測定部２３から出力されるデジタル値の大きさとの比から閉ループゲインを求める。

一般にオペアンプの閉ループゲイン｜Ｇ（ω）｜は、図２（グラフはＬｏｇスケールで描かれている）に示されるように、位相余裕の減少に伴いピーキングがみられるようになる。例えば、ゲイン｜Ｇ（ω）｜のピーク値が低周波帯域でのゲイン｜Ｇ（ω）｜の約１．３倍（約２ｄＢ）のとき、位相余裕は約４５°になる。本実施形態はこのような閉ループ特性を利用するものであり、ゲイン｜Ｇ（ω）｜のピーク値と低周波帯域でのゲイン｜Ｇ（ω）｜を求め、これらの比から安定性を判定する。

安定でない場合、すなわち位相余裕が小さい場合、はゲイン｜Ｇ（ω）｜のピーク値と低周波帯域でのゲイン｜Ｇ（ω）｜の比が、所望の位相余裕における比になるように位相補償用容量Ｃの容量値を調整する。例えば、ゲイン｜Ｇ（ω）｜のピーク値が低周波帯域でのゲイン｜Ｇ（ω）｜の３倍であり、位相余裕を約４５°に設定したい場合は、ゲイン｜Ｇ（ω）｜のピーク値が低周波帯域でのゲイン｜Ｇ（ω）｜の約１．３倍になるように位相補償用容量Ｃの容量値を調整（容量値を大きく）する。

正弦波発生部２６から例えばＬｏｇスケールで１オーダ１０ポイントプロットできるような幅で周波数を変化させて正弦波電圧を出力する。こうすることで図２に示すような周波数ωに対するゲイン｜Ｇ（ω）｜の変化を求めることができる。

そして、ゲイン｜Ｇ（ω）｜がピーク値をとる周波数ｆ１を検出する。本実施形態では例えば、低周波帯域を周波数ｆ１の１０分の１以下の周波数帯とし、ゲイン｜Ｇ（ω）｜のピーク値が低周波帯域でのゲインの１．３倍（約２ｄＢ）以下であれば安定であると判定する。これは位相余裕が約４５°に相当する。

ゲイン｜Ｇ（ω）｜のピーク値が低周波帯域でのゲインの１．３倍より大きい場合は、演算部２５は回路が不安定であると判定し、位相補償用容量Ｃの容量値を大きくするよう制御部２４へ容量制御信号を出力する。制御部２４はこの容量制御信号に基づき位相補償用容量Ｃの容量値を大きくするよう制御する。位相補償用容量Ｃの容量値増加に伴いゲイン｜Ｇ（ω）｜は減少する。ゲイン｜Ｇ（ω）｜のピーク値が低周波帯域でのゲインの１．３倍になるように容量値が調整される。

また、位相補償用容量Ｃの容量値を最初は大きな値に設定しておき、ゲイン｜Ｇ（ω）｜のピーク値が低周波帯域におけるゲイン｜Ｇ（ω）｜の１．３倍になるように位相補償用容量Ｃの容量値を徐々に小さくしていくように調整しても良い。

位相補償用容量Ｃの構成の一例を図３に示す。位相補償用容量Ｃは並列に接続されたｎ個（ｎは２以上の整数）の容量Ｃ１〜Ｃｎを有し、それぞれの容量にはスイッチトランジスタＴｒ１が直列に接続され、スイッチトランジスタＴｒ２が並列に接続される。

スイッチトランジスタＴｒ１のゲート電極にはオンオフ切替信号ＯＮ１〜ＯＮｎが入力され、オンオフ制御される。また、スイッチトランジスタＴｒ２のゲート電極には反転されたオンオフ切替信号／ＯＮ１〜／ＯＮｎが入力され、オンオフ制御される。

制御部２４から出力される容量制御信号がこのオンオフ切替信号であり、オンするトランジスタＴｒ１の数を変えることで位相補償用容量Ｃの容量値を調整することができる。容量Ｃ１〜Ｃｎはすべて同じ容量値となるようにしてもよいし、Ｃ１＜Ｃ２＜…＜Ｃｎとなるようにしてもよい。

位相補償用容量Ｃの容量値の調整方法について説明する。容量値は当初大きめの値に設定されているとする。位相余裕を４５°〜５５°に設定する場合の調整方法を図４に示すフローチャートを用いて説明する。
（ステップＳ１）増幅回路の設計から予想されるユニティゲイン周波数の１０分の１倍をスタート周波数、１０倍をストップ周波数とし、Ｌｏｇスケールで１オーダ１０ポイントプロットできるようなステップで周波数を変化させて正弦波発生部２６から正弦波電圧を発生する。
（ステップＳ２）各周波数における増幅器１からの出力電圧の振幅を振幅測定部２３により測定し、振幅の最大値と、振幅が最大となる周波数の１０分の１倍の周波数における振幅の上昇比を算出する。
（ステップＳ３）上昇比が１ｄＢより小さいかどうかを判定する。小さい場合はステップＳ４へ進み、１ｄＢ以上なら調整を終了する。
（ステップＳ４）位相補償用容量Ｃの容量値を減らしてステップ１に戻る。

次に位相余裕を６０°〜７０°に設定する場合の調整方法を図５に示すフローチャートを用いて説明する。
（ステップＳ１１）増幅回路の設計から予想されるユニティゲイン周波数の１０分の１倍をスタート周波数、１０倍をストップ周波数とし、Ｌｏｇスケールで１オーダ１０ポイントプロットできるようなステップで周波数を変化させて正弦波発生部２６から正弦波電圧を発生する。
（ステップＳ１２）各周波数における増幅器１の出力電圧の振幅を振幅測定部２３により測定し、振幅の最大値と、振幅が最大となる周波数の１０分の１倍の周波数における振幅の上昇比を算出する。ここで振幅が最大となる周波数をｆｍとする。
（ステップＳ１３）上昇比が３ｄＢより小さいかどうかを判定する。小さい場合はステップＳ１４へ進み、３ｄＢ以上の場合はステップＳ１５へ進む。
（ステップＳ１４）位相補償用容量Ｃの容量値を減らしてステップＳ１１に戻る。
（ステップＳ１５）周波数ｆｍにおける出力振幅の周波数ｆｍ／１０における出力振幅に対する減衰比を算出する。
（ステップＳ１６）減衰比が０ｄＢ以下かどうかを判定する。０ｄＢより大きい場合はステップＳ１７へ進み、０ｄＢ以下なら調整を終了する。
（ステップＳ１７）位相補償用容量Ｃの容量値を増加させてステップＳ１５に戻る。

このような調整方法を用いて位相補償用容量の容量値を調整することで、増幅回路の位相余裕を所望の値にすることができる。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１４は出力振幅が最大となる周波数ｆｍを算出するための動作であるため、ステップＳ１３での上昇比の閾値は３ｄＢ以外の値でもよい。

このように本実施形態による半導体集積回路は位相特性を評価することなく、振幅特性のみを測定することで回路が安定か否かを判定することができるため、位相特性を評価する回路が不要になり、コストを低減することができる。

また、位相補償容量の容量値を最適値にすることができるため、位相余裕を大きく取る必要がなく、回路を広帯域化できる。

また、正弦波発生部２６に例えば、加算器、乗算器、フリップフロップ及びＲＯＭ等で構成され得るＮＣＯを用いているので、本実施形態による半導体集積回路はオンチップで構成することができる。

また、閉ループゲインがピーク値をとる周波数（周波数Ａとする）及び低周波帯域（周波数Ｂとする）でのゲイン｜Ｇ（ω）｜の比から安定性を判定するため、周波数Ａ及びＢにおける出力端子ＯＵＴからの出力電圧の振幅（共に絶対値）を、相対精度良く測定できればよい。出力端子ＯＵＴからの出力電圧の振幅を絶対値として高精度に測定しなくて良いので、絶対精度が求められる回路より回路規模を小さくすることができる。

また、増幅器１に入力される正弦波電圧（正弦波発生部２６から出力される正弦波のデジタル出力）は同じ大きさであるため、異なる周波数におけるゲイン｜Ｇ（ω）｜の比（相対値）は、ＡＤ変換器２１を介して振幅測定部２３にて測定される増幅器１の出力電圧の振幅の比となる。

例えば、増幅器１に周波数ｆ１、ｆ２の正弦波電圧Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２が入力され、その時の出力電圧をそれぞれＶｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２、ゲインをそれぞれＧ１、Ｇ２とすると、Ｇ１＝Ｖｏｕｔ１／Ｖｉｎ１、Ｇ２＝Ｖｏｕｔ２／Ｖｉｎ２と表すことができる。ゲインＧ１、Ｇ２の比Ｇ１／Ｇ２はＧ１／Ｇ２＝（Ｖｏｕｔ１・Ｖｉｎ２）／（Ｖｏｕｔ２・Ｖｉｎ１）となる。ここでＶｉｎ１＝Ｖｉｎ２の場合、Ｇ１／Ｇ２＝Ｖｏｕｔ１／Ｖｏｕｔ２となり、ゲインの比は増幅器１の出力電圧の振幅比となることが分かる。

従って、ゲイン｜Ｇ（ω）｜を算出せずに、ＡＤ変換器２１を介して振幅測定部２３にて測定される増幅器１の出力電圧の振幅の比を用いて安定性を判定してもよい。

（第２の実施形態）図６に本発明の第２の実施形態による半導体集積回路の概略構成を示す。半導体集積回路は増幅器１、安定性判定調整回路３、抵抗Ｒ１、Ｒ２、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を備える。増幅器１は位相補償用容量Ｃを含む。

増幅器１はオペアンプであり、反転入力端子ＩＮ１、非反転入力端子ＩＮ２及び出力端子ＯＵＴを有する。

抵抗Ｒ１の一端はノードＸに接続され、他端は増幅器１の反転入力端子ＩＮ１に接続される。ノードＸは外部からのアナログ信号が与えられる端子である。

増幅器１の反転入力端子ＩＮ１には抵抗Ｒ１を介してノードＸからアナログ信号が入力される。抵抗Ｒ２の一端は増幅器１の反転入力端子ＩＮ１に接続され、他端はスイッチＳＷ１によって増幅器１の出力端子ＯＵＴ又はＤＡ変換器３２に接続が切り替えられる。抵抗Ｒ２の他端が増幅器１の出力端子ＯＵＴに接続される場合、増幅器１には負帰還がかけられる。増幅器１の非反転入力端子ＩＮ２は接地されている。

安定性判定調整回路３はＡＤ変換器３１、ＤＡ変換器３２、振幅測定部３３、制御部３４、演算部３５及び正弦波発生部３６を有する。

ＡＤ変換器３１はアナログデジタル変換器であり、増幅器１の出力端子ＯＵＴからの信号が入力されて、デジタル値に変換して出力する。ＡＤ変換器３１はさらに振幅測定部３３に接続されて、このデジタル値を振幅測定部３３に出力する。

振幅測定部３３は、ＡＤ変換器３１から出力されたデジタル値が入力されて、デジタル値の大きさを測定する。すなわち、振幅測定部３３は、ＡＤ変換器３１を介して増幅器１の出力電圧の振幅を測定する。

演算部３５は、任意の周波数ωにおける増幅器１のループゲイン｜βＨ（ω）｜を測定し、ループゲイン｜βＨ（ω）｜に基づいてユニティゲイン周波数ｆｕを算出する。ここでβは帰還率、Ｈ（ω）は開ループ利得（増幅器１単体の増幅率）を示す。また、ユニティゲイン周波数ｆｕ及び低周波帯域における閉ループゲイン｜Ｇ（ω）｜に基づいて増幅器１の位相補償用容量Ｃの大きさを制御する。

そのため、演算部３５は振幅測定部３３の出力が入力される。また、演算部３５は制御部３４に接続され、位相補償用容量Ｃの大きさを制御する容量制御信号及びスイッチＳＷ１、ＳＷ２の切替を制御するスイッチ制御信号を出力する。また、演算部３５は正弦波発生部３６に接続され、正弦波発生部３６に対して周波数制御信号を出力すると共に、正弦波発生部３６からのフィードバック情報（デジタル値）が入力される。

制御部３４は演算部３５から出力される容量制御信号に基づき、位相補償用容量Ｃの容量値を制御する。また、スイッチ制御信号に基づき、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の切替制御を行う。

正弦波発生部３６は演算部３５から出力される周波数制御信号に基づく発振周波数で正弦波のデジタル出力を生成する。正弦波発生部３６はこのデジタル出力をＤＡ変換器３２に出力する。正弦波発生部３６には例えば数値制御発振器（ＮＣＯ:Numerical Controlled Oscillator）を用いる。

ＤＡ変換器３２はデジタルアナログ変換器であり、正弦波発生部３６からの正弦波のデジタル出力が入力されて、アナログ値の正弦波電圧に変換して出力する。ＤＡ変換器３２はスイッチＳＷ２を介してノードＸに接続されており、スイッチＳＷ２がオンしているとき、ＤＡ変換器２２から出力される正弦波電圧は抵抗Ｒ１を介して増幅器１の反転入力端子ＩＮ１に入力される。また、スイッチＳＷ１を介して抵抗Ｒ２に正弦波電圧を与えることができる。

演算部３５は、正弦波発生部３６からのフィードバック情報に含まれる正弦波発生部３６から出力されたデジタル出力正弦波の大きさと、振幅測定部３３から出力されるデジタル値の大きさとの比から増幅器１のループゲイン｜βＨ（ω）｜、閉ループゲイン｜Ｇ（ω）｜を求める。スイッチＳＷ２をオフし、抵抗Ｒ２の一端がＤＡ変換器３２に接続するようにスイッチＳＷ１を切り替えることでループゲイン｜βＨ（ω）｜を測定することができる。また、スイッチＳＷ２をオンし、抵抗Ｒ２の一端が増幅器１の出力端子ＯＵＴに接続するようにスイッチＳＷ１を切り替えることで閉ループゲイン｜Ｇ（ω）｜を測定することができる。

一般にオペアンプのループゲイン｜βＨ（ω）｜は図７に示すように周波数の増加に対して一定の傾きで減少し、ユニティゲイン周波数ｆｕでループゲイン｜βＨ（ω）｜＝１となる。この傾きは設計時のシミュレーションから分かっており、１つの周波数（ループゲイン｜βＨ（ω）｜が周波数の増加に伴い一定の傾きで減少する領域の周波数）におけるループゲイン｜βＨ（ω）｜を測定することでユニティゲイン周波数ｆｕは容易に算出することができる。ピーキングがみられる閉ループゲイン｜Ｇ（ω）｜では、ユニティゲイン周波数ｆｕにおいてピーク値をとる。従って、本実施形態はこのようにして算出されたユニティゲイン周波数ｆｕ及び低周波帯域（例えば周波数ｆｕ／１０）における閉ループゲイン｜Ｇ（ω）｜を測定し、これらの比から安定性を判定するものである。

この半導体集積回路を用いた安定性の判定及び位相補償用容量の容量値調整の方法を図８に示すフローチャートを用いて説明する。
（ステップＳ２１）スイッチＳＷ２をオフし、抵抗Ｒ２にＤＡ変換器３２から出力される正弦波電圧が入力されるようにスイッチＳＷ１を切り替える。演算部３５において増幅器１のループゲイン｜βＨ（ω）｜を測定し、設計時のシミュレーションに基づき、ユニティゲイン周波数ｆｕを算出する。
（ステップＳ２２）スイッチＳＷ２をオンし、抵抗Ｒ２に増幅器１の出力端子ＯＵＴが接続されるようにスイッチＳＷ１を切り替える。演算部３５が、ユニティゲイン周波数ｆｕと周波数ｆｕ／１０の正弦波電圧を出力するよう正弦波発生部３６へ周波数制御信号を出力し、ユニティゲイン周波数ｆｕと周波数ｆｕ／１０のそれぞれでの閉ループゲイン｜Ｇ（ω）｜を測定する。
（ステップＳ２３）ユニティゲイン周波数ｆｕにおけるゲイン｜Ｇ（ω）｜が閉ループゲインのピーク値、周波数ｆｕ／１０におけるゲイン｜Ｇ（ω）｜が低周波帯域でのゲインとみなすことができ、両者の比が基準値（例えば１．３倍）以下であれば回路が安定であると判定される。比が基準値より大きい場合は位相余裕が小さく不安定であると判定し、演算部３５が容量制御信号を制御部３４へ出力し、位相補償用容量Ｃの容量値を調整する。容量値の調整は上記第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

上記第１の実施形態では複数の周波数におけるゲイン｜Ｇ（ω）｜を測定し、ピーク値をとる周波数を検出する必要があった。しかし本実施形態では１つの周波数におけるループゲイン｜βＨ（ω）｜を測定し、それを用いて閉ループゲイン｜Ｇ（ω）｜がピーク値をとるユニティゲイン周波数ｆｕを求めるため、安定性の判定及び位相補償用容量の調整に要する時間を短縮することができる。

１つの周波数でのループゲイン｜βＨ（ω）｜の測定からユニティゲイン周波数ｆｕを測定しているが、複数の周波数でのループゲイン｜βＨ（ω）｜を測定し、より精度高くユニティゲイン周波数ｆｕを求めるようにしても良い。

このように本実施形態に係る半導体集積回路により振幅特性のみを測定することで回路が安定か否かを高速に判定することができる。また、位相補償容量の容量値を最適値にすることで回路を広帯域化できる。また、正弦波発生部３６にＮＣＯを用いているのでオンチップにすることができる。

（第３の実施形態）図９に本発明の第３の実施形態による半導体集積回路の概略構成を示す。半導体集積回路は増幅器１、安定性判定調整回路４、抵抗Ｒ１、Ｒ２、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を備える。増幅器１は位相補償用容量Ｃを含む。

安定性判定調整回路４はアナログデジタル変換器であるＡＤ変換器４１、デジタルアナログ変換器であるＤＡ変換器４２、振幅測定部４３、制御部４４、演算部４５、正弦波発生部４６及び位相測定部４７を有する。

抵抗Ｒ２の一端は増幅器１の反転入力端子ＩＮ１に接続され、他端はスイッチＳＷ１によって増幅器１の出力端子ＯＵＴ又はＤＡ変換器４２に接続が切り替えられる。また、スイッチＳＷ１はＤＡ変換器４２とＡＤ変換器４１とを接続するように切り替えることができる。スイッチＳＷ１の切り替え制御は演算部４５より出力されるスイッチ制御信号に基づき制御部４４により行われる。

位相測定部４７は、ＡＤ変換器４１を介して増幅器１又はＤＡ変換器４２の出力電圧の位相を測定し、測定結果を演算部４５へ出力する。

抵抗Ｒ１、スイッチＳＷ２、振幅測定部４３、正弦波発生部４６等の接続関係は図６に示す上記第２の実施形態による半導体集積回路と同様のため省略する。

この半導体集積回路を用いた安定性の判定及び位相補償用容量の容量値調整の方法を説明する。

まず、上記第２の実施形態と同様の方法でユニティゲイン周波数ｆｕを求め、周波数ｆｕの正弦波電圧を出力するよう演算部４５が正弦波発生部４６へ周波数制御信号を出力する。

次に、スイッチＳＷ２をオフし、抵抗Ｒ２にＤＡ変換器４２の出力が入力するようＳＷ１を切り替えて位相測定部４７において増幅器１の出力の位相Ｐｈ１を測定する。

続いて、ＤＡ変換器４２の出力端子とＡＤ変換器４１の入力端子とが接続するようにスイッチＳＷ１を切り替え、位相測定部４７においてＤＡ変換器４２の出力の位相Ｐｈ２を測定する。

測定された２つの位相Ｐｈ１、Ｐｈ２の位相差を演算部４５にて求め、ユニティゲイン周波数ｆｕでの位相余裕に基づいての安定性の判定を行う。また、位相差（又は位相余裕）が所定値となるように位相補償用容量Ｃの調整を行う。

本実施形態による半導体集積回路は位相測定部を備えるためコスト低減とはならないが、位相余裕を正確に求めることができるため、最適な位相補償容量値を求めることができ、安定で広帯域な増幅回路を得ることができる。

（応用形態）上記実施形態による半導体集積回路はマルチモード対応の無線トランシーバＬＳＩに含まれるアンプへの使用に適している。上記第１の実施形態による半導体集積回路をマルチモード対応の無線トランシーバＬＳＩに含まれるアンプに適用した例を図１０に示す。この無線トランシーバＬＳＩでは、ＺｉｇＢｅｅ（ジグビー）用、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース）用、ＷＬＡＮ（ワイヤレスＬＡＮ）用のアナログデジタル変換器ＡＤＣ１〜３がそれぞれスイッチＳＷ３〜５を介してアンプ１０１に接続されている。

安定性判定調整回路２内のＡＤ変換器２１、ＤＡ変換器２２がそれぞれアンプ１０１の出力端子、入力端子に接続される。

スイッチＳＷ３〜５の切り替えによりアンプ１０１の用途はＺｉｇＢｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又はＷＬＡＮになり、用途の切り替わり時に安定性判定調整回路２がアンプ１０１の位相補償用容量Ｃの容量値を調整する。

これにより無線トランシーバＬＳＩは用途毎にアンプの位相補償用容量が最適化され、効率的に動作することができる。

上述した実施の形態はいずれも一例であって制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、上記第１乃至第３の実施形態では反転増幅器の構成で説明をしたが、非反転増幅器又は差動増幅器構成にも適用することが出来る。

本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路の概略構成図である。 閉ループゲインの一例を示す図である。 位相補償用容量の概略構成図である。 位相補償用容量の容量値調整のフローチャートを示す図である。 位相補償用容量の容量値調整のフローチャートを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路の概略構成図である。 ループゲインの一例を示す図である。 同第２の実施形態による安定性判定のフローチャートを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体集積回路の概略構成図である。 マルチモード対応無線トランシーバＬＳＩに含まれるアンプへの適用例を示す図である。

符号の説明

１ 増幅器
２ 安定性判定調整回路

Claims (5)

1. 位相補償容量を含み帰還ループを有する増幅回路と、
   所定の周波数における前記増幅回路の出力電圧の振幅を測定し、前記振幅の比に基づいて前記位相補償容量の容量値を調整する安定性判定調整回路と、
   を備えることを特徴とする半導体集積回路。
2. 位相補償容量を含み、第１及び第２の入力端子からの入力電圧差を増幅して出力端子から出力する増幅器を有し、前記第１の入力端子と前記出力端子との間に帰還ループを形成する増幅回路と、
   周波数制御信号に基づいて周波数を変化させて正弦波電圧を前記第１又は第２の入力端子に到る経路を介して前記第１又は第２の入力端子に入力させる正弦波発生部と、
   前記出力端子に接続され、前記出力端子からの出力電圧の振幅を測定する振幅測定部と、
   容量制御信号に基づき前記位相補償容量の容量値を調整する制御部と、
   前記周波数制御信号を出力し、前記振幅測定部において測定される振幅及び前記正弦波発生部から出力される正弦波電圧の振幅から前記周波数制御信号に基づく周波数における閉ループゲインを算出し、第１の周波数における前記閉ループゲインと前記第１の周波数より低い第２の周波数における前記閉ループゲインとの比が所定値になるように前記制御部へ前記容量制御信号を出力する演算部と、
   を備えることを特徴とする半導体集積回路。
3. 前記演算部は、前記閉ループゲインが最大値となる周波数を第１の周波数とし、前記最大値と前記第２の周波数における前記閉ループゲインとの比が所定値になるように前記容量制御信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の半導体集積回路。
4. 周波数制御信号に基づいて周波数を変えて正弦波電圧を出力する正弦波発生部と、
   位相補償容量を含み、第１及び第２の入力端子からの入力電圧差を増幅して出力端子から出力する増幅器と、前記第１の入力端子と前記出力端子とを接続して帰還ループを形成するか又は前記第１の入力端子と前記正弦波発生部とを接続するかを切り替える第１のスイッチと、を有する増幅回路と、
   前記第１又は第２の入力端子と前記正弦波発生部との間に接続される第２のスイッチと、
   前記出力端子に接続され、前記出力端子からの出力電圧の振幅を測定する振幅測定部と、
   スイッチ制御信号に基づき前記第１及び第２のスイッチの制御を行い、容量制御信号に基づき前記位相補償容量の容量値の調整を行う制御部と、
   前記周波数制御信号を出力し、前記第１のスイッチを介して前記第１の入力端子と前記正弦波発生部とが接続され、前記第２のスイッチがオフするように前記スイッチ制御信号を出力して任意の周波数における前記増幅回路のループゲインを求め、前記ループゲインに基づきユニティゲイン周波数を算出し、前記第１のスイッチを介して前記第１の入力端子と前記出力端子とが接続され帰還ループを形成し、前記第２のスイッチがオンするように前記スイッチ制御信号を出力して、前記ユニティゲイン周波数における前記増幅回路の閉ループゲインと前記ユニティゲイン周波数より低い第２の周波数における閉ループゲインとの比を算出し、前記比が所定値になるように前記制御部へ前記容量制御信号を出力する演算部と、
   を備えることを特徴とする半導体集積回路。
5. 周波数制御信号に基づいて周波数を変えて正弦波電圧を出力する正弦波発生部と、
   位相補償容量を含み、第１及び第２の入力端子からの入力電圧差を増幅して出力端子から出力する増幅器と、前記第１の入力端子と前記出力端子とを接続して帰還ループを形成するか又は前記第１の入力端子と前記正弦波発生部とを接続するか又は前記正弦波発生部と前記出力端子とを接続するかを切り替える第１のスイッチと、を有する増幅回路と、
   前記第１又は第２の入力端子と前記正弦波発生部との間に接続される第２のスイッチと、
   前記出力端子に接続され、与えられる信号の振幅を測定する振幅測定部と、
   前記出力端子に接続され、与えられる信号の位相を測定する位相測定部と、
   スイッチ制御信号に基づき前記第１及び第２のスイッチの制御を行い、容量制御信号に基づき前記位相補償容量の容量値の調整を行う制御部と、
   前記周波数制御信号を出力し、前記第１のスイッチを介して前記第１の入力端子と前記正弦波発生部とが接続され、前記第２のスイッチがオフするように前記スイッチ制御信号を出力して任意の周波数における前記増幅回路のループゲインを求め、前記ループゲインに基づきユニティゲイン周波数を算出し、前記正弦波発生部の出力する正弦波電圧の周波数が前記ユニティゲイン周波数となるように前記周波数制御信号を出力し、前記第１のスイッチを介して前記正弦波発生部と前記出力端子とが接続され、前記第２のスイッチがオフするように前記スイッチ制御信号を出力した際に前記位相測定部で測定される位相と、前記第１のスイッチを介して前記第１の入力端子と前記出力端子とが接続され帰還ループを形成し、前記第２のスイッチがオンするように前記スイッチ制御信号を出力した際に前記位相測定部で測定される位相との位相差を算出し、前記位相差が所定値になるように前記制御部へ前記容量制御信号を出力する演算部と、
   を備えることを特徴とする半導体集積回路。

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