JP2009033394A - 受信回路及びそれを備えた半導体装置、半導体モジュール並びに無線通信装置 - Google Patents
受信回路及びそれを備えた半導体装置、半導体モジュール並びに無線通信装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ダイレクトコンバージョン方式の受信回路において、DCオフセットキャンセル動作に要する時間を延ばすこと無く、確実にDCオフセットキャンセルを行う。
【解決手段】受信回路は、受信信号を差動増幅するLNA3と、第1の局部発振信号を発生するローカル回路17と、差動増幅された受信信号と第1の局部発振信号とを混合することにより受信信号をベースバンド信号に周波数変換する混合器4と、それぞれ差動動作しかつ互いに多段接続されたLPF7,9,11及びGCA8,10,12と、RFICコントローラ19とを備える。RFICコントローラ19はGCA8,10の直流オフセットキャンセル動作中、ローカル回路17を制御することによって受信信号をベースバンド信号に周波数変換することを中止し、GCA12の直流オフセットキャンセル動作中、ローカル回路17を制御することによって受信信号をベースバンド信号に周波数変換する。
【選択図】図1
【解決手段】受信回路は、受信信号を差動増幅するLNA3と、第1の局部発振信号を発生するローカル回路17と、差動増幅された受信信号と第1の局部発振信号とを混合することにより受信信号をベースバンド信号に周波数変換する混合器4と、それぞれ差動動作しかつ互いに多段接続されたLPF7,9,11及びGCA8,10,12と、RFICコントローラ19とを備える。RFICコントローラ19はGCA8,10の直流オフセットキャンセル動作中、ローカル回路17を制御することによって受信信号をベースバンド信号に周波数変換することを中止し、GCA12の直流オフセットキャンセル動作中、ローカル回路17を制御することによって受信信号をベースバンド信号に周波数変換する。
【選択図】図1
Description
本発明は、受信回路及びそれを備えた半導体装置、半導体モジュール並びに無線通信装置に関し、特に、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路及びそれを備えた半導体装置、半導体モジュール並びに無線通信装置に関する。
携帯電話等の無線通信受信回路において、受信信号の周波数変換を行う手法としてスーパーへテロダイン方式、ダイレクトコンバージョン方式等がある。スーパーへテロダイン方式は、受信信号を一旦中間周波数の信号に周波数変換してからベースバンド信号に周波数変換する方式であり、ダイレクトコンバージョン方式は、受信信号をベースバンド信号に直接周波数変換する方式である。ダイレクトコンバージョン方式では、受信信号を高周波増幅回路により増幅した後、混合器で受信信号とローカル信号とを合成することによって、ベースバンド信号への周波数変換を行う。その後、利得制御増幅器によりベースバンド信号の電圧振幅調整をし、ベースバンド処理を行なうベースバンドLSIに出力される。このようなダイレクトコンバージョン方式は、スーパーへテロダイン方式と比較して、中間周波数への周波数変換を行う必要が無いことから、回路面積を削減でき、受信回路を小型化及び低コスト化できるという利点がある。
しかし、ダイレクトコンバージョン方式においては、局部発振回路の漏れ電流等に起因して直流オフセット電圧(以下、DCオフセット電圧という。)が発生することによって、ビットエラーレートの劣化、A/D変換器のダイナミックレンジの減少等を引き起こし、受信信号品質の劣化につながるという問題点があった。特許文献1に、このDCオフセット電圧を抑圧するための従来例に係る通信用半導体集積回路が開示されている。従来例に係る通信用半導体集積回路は、受信信号を増幅する差動増幅回路と、増幅された受信信号と所定の周波数の発振信号とを合成して周波数変換を行なう混合器と、複数の利得可変増幅器と受信信号の雑音及び不要波を除去する複数のフィルタ回路が多段に接続されてなり受信信号のレベルに応じて増幅率が可変できるように構成された高利得の増幅回路とを備えたダイレクトコンバージョン方式の受信回路において、低雑音増幅器を非動作状態にして高利得増幅回路の前段側の利得可変増幅器のDCオフセットキャンセル動作を実行した後に、低雑音増幅器を動作状態にして最終段の利得可変増幅器のDCオフセットキャンセル動作を実行可能に構成した。
しかしながら、上記従来例に係る通信用半導体集積回路では、最終段の利得可変増幅器のDCオフセットキャンセル実行時に低雑音増幅器を非動作状態から動作状態に切り替えるとき、低雑音増幅器の回路電流が急激に変化して低雑音増幅器の電源が過渡的に変動することがあった。これにより、DCオフセット電圧も過渡的に変動し、最終段の利得可変増幅器のDCオフセットキャンセル動作時に、過渡的に変動しているDCオフセット電圧をキャンセルできず、DCオフセットキャンセルが誤動作するという問題点があった。この対策として、低雑音増幅器を非動作状態から動作状態に切り替えてから、最終段の利得可変増幅器のDCオフセットキャンセルを実行するまでの期間を、低雑音増幅器の回路電流の変動が収まるのに十分なだけ長くすることも考え得るが、その場合、DCオフセットキャンセル動作に要する時間が長くなり、受信品質の劣化につながる可能性がある。
本発明の目的は、以上の問題点を解決し、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路において、DCオフセットキャンセル動作に要する時間を延ばすこと無く、確実にDCオフセットキャンセルを行う受信回路及びそれを備えた半導体装置、半導体モジュール並びに無線通信装置を提供することにある。
第1の発明に係る受信回路は、受信信号を差動増幅する差動増幅回路と、第1の局部発振信号を発生して出力するローカル回路と、前記差動増幅された受信信号と前記第1の局部発振信号とを混合することにより前記受信信号をベースバンド信号に周波数変換する混合器と、前記混合器に接続され、それぞれ差動動作しかつ互いに多段接続された複数の低域通過フィルタ及び複数の利得制御増幅器とを備えた受信回路において、前記複数の利得制御増幅器は、前段の利得制御増幅器と、後段の利得制御増幅器とを含み、前記前段の利得制御増幅器の直流オフセットキャンセル動作中、前記ローカル回路を制御することによって前記受信信号をベースバンド信号に周波数変換することを中止する一方、前記後段の利得制御増幅器の直流オフセットキャンセル動作中、前記ローカル回路を制御することによって前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換する制御手段を備えたことを特徴とする。
上記受信回路において、前記制御手段は、前記ローカル回路を非動作状態に切り替えるように制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを中止し、前記ローカル回路を動作状態に切り替えることによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを特徴とする。
とって代わって、上記受信回路において、前記ローカル回路は、前記混合器への前記第1の局部発振信号を遮断又は通過させるための第1のスイッチをさらに備え、前記制御手段は、前記混合器への前記第1の局部発振信号を遮断するように前記第1のスイッチを制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを中止し、前記混合器へ前記第1の局部発振信号を通過させるように前記第1のスイッチを制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを特徴とする。
また、とって代わって、上記受信回路において、前記ローカル回路は、第1の局部発振信号の局部発振周波数を、第1の局部発振周波数と、前記第1の局部発振周波数とは異なる第2の局部発振周波数とのうちの1つの局部発振周波数を選択して設定するように選択的に切り替え、前記制御手段は、前記ローカル回路を前記第2の局部発振周波数を有する局部発振信号を発生させるように制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを中止し、前記ローカル回路に前記第1の局部発振周波数を有する局部発振信号を発生させるように制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを特徴とする。
さらに、とって代わって、上記受信回路において、前記ローカル回路は、前記第1の局部発振信号の局部発振周波数とは異なる局部発振周波数を有する第2の局部発振信号をさらに発生して出力し、前記受信回路は、前記増幅された受信信号と第2の局部発振信号とを混合することにより前記受信信号をベースバンド信号に周波数変換する第2の混合器と、前記第2の混合器に多段接続された複数の第2の低域通過フィルタ及び複数の第2の利得制御増幅器とをさらに備え、前記制御手段は、前記混合器に前記第2の局部発振信号が入力されかつ前記第2の混合器に前記第1の局部発振信号が入力されるように前記ローカル回路を制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを中止し、前記混合器に前記第1の局部発振信号が入力されかつ前記第2の混合器に前記第2の局部発振信号が入力されるように前記ローカル回路を制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを特徴とする。
第2の発明に係る半導体装置は、上記受信回路を備えたことを特徴とする。
第3の発明に係る半導体モジュールは、上記半導体装置を備えたことを特徴とする。
第4の発明に係る無線通信装置は、上記半導体モジュールを備えたことを特徴とする。
本発明に係る受信回路及びそれを備えた半導体装置、半導体モジュール並びに無線通信装置によれば、前段の利得制御増幅器の直流オフセットキャンセル動作中、ローカル回路を制御することによって受信信号をベースバンド信号に周波数変換することを中止する一方、後段の利得制御増幅器の直流オフセットキャンセル動作中、ローカル回路を制御することによって受信信号をベースバンド信号に周波数変換する制御手段を備えたので、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路において、DCオフセットキャンセル動作に要する時間を延ばすこと無く、確実にDCオフセットキャンセルを行うことができる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
第1の実施形態.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る受信回路の構成を示すブロック図である。図1において、本実施形態に係る受信回路は、例えば携帯電話等の無線通信装置に用いられるダイレクトコンバージョン方式の受信回路であって、無線通信信号を受信するアンテナ1と、アンテナ1により受信された受信信号から所望の帯域以外の妨害波信号を抑圧するSAWフィルタ2と、受信信号を1対の差動信号に変換して出力するバラン5と、差動信号を処理する無線周波集積回路(以下、RFICという。)20とを備えて構成される。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る受信回路の構成を示すブロック図である。図1において、本実施形態に係る受信回路は、例えば携帯電話等の無線通信装置に用いられるダイレクトコンバージョン方式の受信回路であって、無線通信信号を受信するアンテナ1と、アンテナ1により受信された受信信号から所望の帯域以外の妨害波信号を抑圧するSAWフィルタ2と、受信信号を1対の差動信号に変換して出力するバラン5と、差動信号を処理する無線周波集積回路(以下、RFICという。)20とを備えて構成される。
RFIC20は、ローカル回路17と、フロントエンド回路18と、ベースバンド回路13と、RFICコントローラ19とを備えて構成される。
ローカル回路17は、局部発振器21と、分周器22と、ローカル増幅器23とを備えて構成される。局部発振器21は、局部発振信号を発生して出力する。分周器22は、局部発振器21により発生された局部発振信号を、所定の局部発振周波数f1を有するように所定の分周比で分周して出力する。ローカル増幅器23は、分周器22から出力された局部発振周波数f1を有する局部発振信号を増幅した後、フロントエンド回路18に出力する。また、ローカル回路17は、電源Vdd3に接続される。
フロントエンド回路18は、低雑音増幅器(以下、LNAという。)3及び混合器4を備えて構成される。入力端子Ti1及びTi2を介してバラン5から入力された1対の差動信号は、LNA3により増幅された後、混合器4によりローカル回路17から入力された局部発振信号とそれぞれ混合されることによってベースバンド信号に周波数変換されて出力される。また、フロントエンド回路18は電源Vdd1に接続される。
ベースバンド回路13は、DCオフセットキャンセルコントローラ6と、低域通過フィルタ(以下、LPFという。)7,9,11と、利得制御増幅器(以下、GCAという。)8,10,12とを備えて構成される。ベースバンド回路13において、フロントエンド回路18から入力される差動信号は、それぞれ差動動作し互いに多段接続されたLPF7、GCA8、LPF9、GCA10、LPF11及びGCA12を順に介して処理されて、それぞれ出力端子To1及びTo2から出力信号Sout1及びSout2(以下、総称して出力信号Soutという。)として出力される。LPF7,9,11は、入力した信号の妨害波信号を抑圧し、GCA8,10,12は受信信号のレベルに応じて入力した信号を増幅して出力することによってDCオフセットキャンセル動作を行う。DCオフセットキャンセルコントローラ6は、RFICコントローラ19からの制御信号Shに基づいて、それぞれGCA8,10,12のDCオフセットキャンセル動作のオン及びオフを制御する制御信号Sg,Sf,Seを発生して出力する。また、ベースバンド回路13は電源Vdd2に接続される。
RFICコントローラ19は、外部の装置コントローラ30からの制御信号Siに応じて、ベースバンド回路13の動作を制御する制御信号Shと、ローカル回路17の動作を制御する制御信号Sdとを発生して、それぞれベースバンド回路13及びローカル回路17に出力する。
図2は、図1の受信回路の各部の信号を示すタイミングチャートである。図2において、出力信号Sout、電源Vdd1及び制御信号Sd,Se,Sf,Sg,Sh,Siの経時変化が示されている。
図2において、まず、電源Vdd1が所定の電圧である状態において、装置コントローラ30からRFIC20に入力される制御信号Siがロウレベルである待機状態からハイレベルである動作状態に変化した後、制御信号Shがハイレベルとなり、DCオフセットキャンセルコントローラ6のDCオフセットキャンセルが動作する。DCオフセットキャンセルコントローラ6は、GCA8のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Sgを出力し、GCA8のDCオフセットキャンセル動作終了後、GCA10のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Sfを出力する。GCA8及び10のDCオフセットキャンセル実行中、RFICコントローラ19は、ロウレベルの制御信号Sdを出力してローカル回路17を非動作状態に維持することにより、受信信号をベースバンド信号に周波数変換しないように制御し、受信信号に含まれる妨害波信号を抑圧する(図3を参照して後述する。)。前段のGCA8及び10のDCオフセットキャンセルが終了した後、RFICコントローラ19は、ハイレベルの制御信号Sdを出力することによりローカル回路17を動作状態に変化させて受信信号をベースバンド信号に周波数変換するように制御し、その後、後段のGCA12のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Seを出力する。GCA12のDCオフセットキャンセル動作終了後、受信信号の信号処理を開始する。
後段のGCA12のDCオフセットキャンセル実行時、LNA3は、DCオフセットキャンセル実行中は常に動作状態に維持されるので、フロントエンド回路18の電源Vdd1に過渡変動が起こらない。ローカル回路17の状態の切り替えによってローカル回路17の電源Vdd3に過渡変動が起こる可能性はあるが、ローカル回路17の電源Vdd3とフロントエンド回路18の電源Vdd1とは互いに分離されているため、フロントエンド回路18の電源Vdd1及びDCオフセット電圧に影響を及ぼすことはない。
図3は、図1のローカル回路17が非動作状態に制御されている場合における、図1の受信回路の各部における妨害波信号の周波数及び電力の関係を示す、妨害波信号のレベルダイヤのイメージ図である。図3において、フロントエンド回路18への入力信号と、LPF7への入力信号と、GCA8への入力信号の妨害波信号の周波数及び電力の関係が示されている。ここで、妨害波信号の周波数をfiとし、受信したい所望の無線信号の周波数を、分周器22からの局部発振信号の局部発振周波数f1と同じ周波数f1とする。周波数f1と周波数fiとは互いに異なる。図3において、GCA8及び10のDCオフセットキャンセル実行中、ローカル回路17が非動作状態に維持されるため、妨害波信号は混合器4でベースバンド信号に周波数変換されずにLNA3からの信号がそのままの周波数fiでLPF7に入力される。ここで、妨害波信号の周波数fiが例えば約800MHz〜2GHzであり、LPF7のカットオフ周波数が数百kHzである場合、LPF7により妨害波信号は十分に減衰される。そのため、GCA8には非常に小さなレベルに減衰された妨害波信号しか入ってこないため、GCA8のDCオフセットキャンセル動作に影響は及ぼさない。GCA8の出力信号は、さらにLPF9により減衰された後GCA10に入力されるが、同様に十分に減衰されているためGCA10のDCオフセットキャンセル動作に影響は及ぼさない。LNA3は常に動作状態に維持され、ローカル回路17を非動作状態にすることで、妨害波信号を遮断することができる。
図12は本実施形態に係る受信回路を備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。図12において、無線通信装置は、アンテナ1と、SAWフィルタ2と、バラン5と、RFIC20と、復調器48と、装置コントローラ30と、デュプレクサ40と、送信信号を増幅する電力増幅器41と、所望の帯域以外の妨害波信号を抑圧する送信フィルタ42と、送信信号のレベルを可変する利得制御増幅器43と、それぞれ送信ベースバンド処理回路47からの信号と送信ローカル回路46からの局部発振信号とを混合することにより周波数変換する混合器44及び45と、局部発振信号を発生して出力する送信ローカル部46と、送信ベースバンド処理部47とを備えて構成される。無線通信装置は、アンテナ1により受信した無線受信信号をデュプレクサ40、SAWフィルタ2及びバラン5を介してRFIC20により処理し、復調器48により復調して出力する。また、無線通信装置は、送信ベースバンド処理回路47により発生されて出力される送信I信号及び送信Q信号を、それぞれ混合器44及び45により送信ローカル回路46からの局部発振信号と混合することによって周波数変換した後、利得制御増幅器43と、送信フィルタ42と、電力増幅器41と、デュプレクサ40とを介してアンテナ1から無線送信する。
以上説明したように、本実施形態に係る受信回路によれば、DCオフセットキャンセル動作において、GCA8及び10のDCオフセットキャンセル動作時、ローカル回路17を非動作状態にすることによって、受信信号をベースバンド信号に周波数変換することを中止し、GCA12のDCオフセットキャンセル動作時、ローカル回路17を動作状態にすることによって、受信信号をベースバンド信号に周波数変換し、それにより、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路において、DCオフセットキャンセル動作に要する時間を延ばすこと無く、確実にDCオフセットキャンセルを行うことができ、本実施形態に係る受信回路を無線通信装置に用いた場合は、ビットエラーレート及びA/D変換器のダイナミックレンジを向上させることができ、信号の受信品質を高めることができる。
第2の実施形態.
図4は、本発明の第2の実施形態に係る受信回路の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る受信回路は、図1に示した実施形態1に係る受信回路と比較して、RFIC20に代えてRFIC20Aを備えた点が異なる。RFIC20Aは、図1のRFIC20と比較して、ローカル回路17に代えてローカル回路17Aを備えた点、及び、RFICコントローラ19に代えてRFICコントローラ19Aを備えた点が異なる。それ以外の点については、本実施形態に係る受信回路は、実施形態1に係る受信回路と同様の構成を有し、同一符号を付した構成要素についての重複した説明は省略する。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る受信回路の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る受信回路は、図1に示した実施形態1に係る受信回路と比較して、RFIC20に代えてRFIC20Aを備えた点が異なる。RFIC20Aは、図1のRFIC20と比較して、ローカル回路17に代えてローカル回路17Aを備えた点、及び、RFICコントローラ19に代えてRFICコントローラ19Aを備えた点が異なる。それ以外の点については、本実施形態に係る受信回路は、実施形態1に係る受信回路と同様の構成を有し、同一符号を付した構成要素についての重複した説明は省略する。
図4において、ローカル回路17Aは、図1のローカル回路17と比較して、ローカル増幅器23とフロントエンド回路18との間に接続されたスイッチ24をさらに備えた点が異なる。スイッチ24は、RFICコントローラ19Aからの制御信号Sjによりオン及びオフを制御され、オンのとき、ローカル増幅器23から出力される1対の差動信号配線間をショートさせ、ローカル増幅器23から混合器4への局部発振信号が遮断される一方、オフのとき、ローカル増幅器23から混合器4への局部発振信号が通過される。
図5は、図4の受信回路の各部の信号を示すタイミングチャートである。図5において、出力信号Sout、電源Vdd1及び制御信号Sj,Se,Sf,Sg,Sh,Siの経時変化が示されている。
図5において、まず、電源Vdd1が所定の電圧である状態において、装置コントローラ30からRFIC20Aに入力される制御信号Siがロウレベルである待機状態からハイレベルである動作状態に変化した後、制御信号Shがハイレベルとなり、DCオフセットキャンセルコントローラ6のDCオフセットキャンセルが動作する。DCオフセットキャンセルコントローラ6は、GCA8のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Sgを出力し、GCA8のDCオフセットキャンセル動作終了後、GCA10のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Sfを出力する。GCA8及び10のDCオフセットキャンセル実行中、RFICコントローラ19Aは、ロウレベルの制御信号Sjを出力してスイッチ24をオン状態に維持してローカル回路23から混合器4への局部発振信号を遮断することにより、受信信号をベースバンド信号に周波数変換しないように制御し、受信信号に含まれる妨害波信号を抑圧する(図3を参照して後述する。)。前段のGCA8及び10のDCオフセットキャンセルが終了した後、RFICコントローラ19Aは、ハイレベルの制御信号Sjを出力することによりスイッチ24をオフ状態にしてローカル回路23から混合器4への局部発振信号を通過させて受信信号をベースバンド信号に周波数変換するように制御し、その後、後段のGCA12のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Seを出力する。GCA12のDCオフセットキャンセル動作終了後、受信信号の信号処理を開始する。
後段のGCA12のDCオフセットキャンセル実行時、LNA3は、DCオフセットキャンセル実行中は常に動作状態に維持されるので、フロントエンド回路18の電源Vdd1に過渡変動が起こらず、DCオフセット電圧に影響を及ぼすこともない。
再度図3を参照する。図3は、図4のローカル回路17Aのスイッチ24がオン状態に制御されている場合における、図4の受信回路の各部における妨害波信号の周波数及び電力の関係を示す、妨害波信号のレベルダイヤのイメージ図である。図3において、フロントエンド回路18への入力信号と、LPF7への入力信号と、GCA8への入力信号の妨害波信号の周波数及び電力の関係が示されている。ここで、妨害波信号の周波数をfiとし、受信したい所望の無線信号の周波数を、分周器22からの局部発振信号の局部発振周波数f1と同じ周波数f1とする。周波数f1と周波数fiとは互いに異なる。図3において、GCA8及び10のDCオフセットキャンセル実行中、ローカル回路17Aのスイッチ24がオン状態に維持されてローカル回路23から混合器4への局部発振信号が遮断されるため、妨害波信号は混合器4でベースバンド信号に周波数変換されずにそのままの周波数fiでLPF7に入力される。従って、LPF7及び9により妨害波信号は十分に減衰され、GCA8及びGCA10のDCオフセットキャンセル動作に影響を及ぼさない。LNA3は常に動作状態に維持され、ローカル回路17Aのスイッチ24をオン状態にすることで、妨害波信号を遮断することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る受信回路によれば、DCオフセットキャンセル動作において、GCA8及びGCA10のDCオフセットキャンセル動作時、ローカル回路17Aのスイッチ24をオン状態にすることによって、受信信号をベースバンド信号に周波数変換することを中止し、GCA12のDCオフセットキャンセル動作時、ローカル回路17Aのスイッチ24をオフ状態にすることによって、受信信号をベースバンド信号に周波数変換し、それにより、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路において、DCオフセットキャンセル動作に要する時間を延ばすこと無く、確実にDCオフセットキャンセルを行うことができ、本実施形態に係る受信回路を無線通信装置に用いた場合は、ビットエラーレート及びA/D変換器のダイナミックレンジを向上させることができ、信号の受信品質を高めることができる。
第3の実施形態.
図6は、本発明の第3の実施形態に係る受信回路の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る受信回路は、図1に示した実施形態1に係る受信回路と比較して、RFIC20に代えてRFIC20Bを備えた点が異なる。RFIC20Bは、図1のRFIC20と比較して、ローカル回路17に代えてローカル回路17Bを備えた点、及び、RFICコントローラ19に代えてRFICコントローラ19Bを備えた点が異なる。それ以外の点については、本実施形態に係る受信回路は、実施形態1に係る受信回路と同様の構成を有し、同一符号を付した構成要素についての重複した説明は省略する。
図6は、本発明の第3の実施形態に係る受信回路の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る受信回路は、図1に示した実施形態1に係る受信回路と比較して、RFIC20に代えてRFIC20Bを備えた点が異なる。RFIC20Bは、図1のRFIC20と比較して、ローカル回路17に代えてローカル回路17Bを備えた点、及び、RFICコントローラ19に代えてRFICコントローラ19Bを備えた点が異なる。それ以外の点については、本実施形態に係る受信回路は、実施形態1に係る受信回路と同様の構成を有し、同一符号を付した構成要素についての重複した説明は省略する。
図6において、ローカル回路17Bは、図1のローカル回路17と比較して、局部発振器21に代えて局部発振器21Aを備えた点が異なる。局部発振器21Aは、RFICコントローラ19Bからの制御信号Skに基づいて、分周器22から出力される局部発振信号の局部発振周波数が局部発振周波数f1と局部発振周波数f2とで選択的に切り替えられるように、発生する局部発振信号の局部発振周波数を選択的に切り替える。局部発振周波数f1は、混合器4においてLNA3からの受信信号と混合されたときに混合後の信号がベースバンド信号となるように設定され、局部発振周波数f2は、混合器4においてLNA3からの受信信号と混合されたときに混合後の信号がベースバンド信号とは異なる帯域となるように設定される。
図7は、図6の受信回路の各部の信号を示すタイミングチャートである。図7において、出力信号Sout、電源Vdd1及び制御信号Sk,Se,Sf,Sg,Sh,Siの経時変化が示されている。
図7において、まず、電源Vdd1が所定の電圧である状態において、装置コントローラ30からRFIC20Bに入力される制御信号Siがロウレベルである待機状態からハイレベルである動作状態に変化した後、制御信号Shがハイレベルとなり、DCオフセットキャンセルコントローラ6のDCオフセットキャンセルが動作する。DCオフセットキャンセルコントローラ6は、GCA8のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Sgを出力し、GCA8のDCオフセットキャンセル動作終了後、GCA10のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Sfを出力する。GCA8及び10のDCオフセットキャンセル実行中、RFICコントローラ19Bがロウレベルの制御信号Skを出力し、分周器22からは局部発振周波数f2を有する局部発振信号が出力される。このとき、受信信号はベースバンド信号とは異なる帯域に周波数変換されるので、受信信号に含まれる妨害波信号を抑圧する(図8を参照して後述する。)。前段のGCA8及び10のDCオフセットキャンセルが終了した後、RFICコントローラ19Bがハイレベルの制御信号Skを出力することにより分周器22からは局部発振周波数f1を有する局部発振信号を出力される。このとき、受信信号はベースバンド信号に周波数変換され、その後、後段のGCA12のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Seを出力する。GCA12のDCオフセットキャンセル動作終了後、受信信号の信号処理を開始する。
後段のGCA12のDCオフセットキャンセル実行時、LNA3は、DCオフセットキャンセル実行中は常に動作状態に維持されるので、フロントエンド回路18の電源Vdd1に過渡変動が起こらず、DCオフセット電圧に影響を及ぼすことはない。
図8は、図6のローカル回路17Bの局部発振器21Aが切り替え制御されて分周器22から局部発振周波数f2を有する局部発振信号を出力している場合における、図6の受信回路の各部における妨害波信号の周波数及び電力の関係を示す、妨害波信号のレベルダイヤのイメージ図である。図8において、フロントエンド回路18への入力信号と、LPF7への入力信号と、GCA8への入力信号の妨害波信号の周波数及び電力の関係が示されている。ここで、妨害波信号の周波数をfiとし、受信したい所望の無線信号の周波数を周波数f1とする。周波数f1と周波数fiとは互いに異なり、局部発振周波数f2は、周波数(fi−f2)がLPF7のカットオフ周波数よりも十分高くなるように設定される。図8において、GCA8及び10のDCオフセットキャンセル実行中、妨害波信号は混合器4により局部発振周波数f2を有する局部発振信号と混合されて周波数(fi−f2)を含むベースバンド信号とは異なる帯域に周波数変換されてLPF7に入力される。例えば、受信信号の周波数が2GHzであるのに対して、局部発振周波数f2が800MHzであるとき、混合器4で周波数変換された後の周波数(fi−f2)は1.2GHzとなる。LPF7のカットオフ周波数は数百kHzであるため、ここで妨害波信号は十分に減衰される。従って、LPF7及び9により妨害波信号は十分に減衰され、GCA8及びGCA10のDCオフセットキャンセル動作に影響を及ぼさない。
以上説明したように、本実施形態に係る受信回路によれば、DCオフセットキャンセル動作において、GCA8及びGCA10のDCオフセットキャンセル動作時、分周器22から局部発振周波数f2を有する局部発振信号が出力されるように局部発振器21Aの局部発振周波数を切り替えることによって、受信信号をベースバンド信号に周波数変換することを中止し、GCA12のDCオフセットキャンセル動作時、分周器22から局部発振周波数f1を有する局部発振信号が出力されるように局部発振器21Aの局部発振周波数を切り替えることによって、受信信号をベースバンド信号に周波数変換し、それにより、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路において、DCオフセットキャンセル動作に要する時間を延ばすこと無く、確実にDCオフセットキャンセルを行うことができ、本実施形態に係る受信回路を無線通信装置に用いた場合は、ビットエラーレート及びA/D変換器のダイナミックレンジを向上させることができ、信号の受信品質を高めることができる。
第4の実施形態.
図9は、本発明の第4の実施形態に係る受信回路の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る受信回路は、図1に示した実施形態1に係る受信回路と比較して、RFIC20に代えてRFIC20Cを備えた点が異なる。RFIC20Cは、図1のRFIC20と比較して、ベースバンド回路13、ローカル回路17及びフロントエンド回路18に代えてベースバンド回路13A、ローカル回路17C及びフロントエンド回路18Aを備えた点、及び、RFICコントローラ19に代えてRFICコントローラ19Cを備えた点が異なる。それ以外の点については、本実施形態に係る受信回路は、実施形態1に係る受信回路と同様の構成を有し、同一符号を付した構成要素についての重複する説明は省略する。
図9は、本発明の第4の実施形態に係る受信回路の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る受信回路は、図1に示した実施形態1に係る受信回路と比較して、RFIC20に代えてRFIC20Cを備えた点が異なる。RFIC20Cは、図1のRFIC20と比較して、ベースバンド回路13、ローカル回路17及びフロントエンド回路18に代えてベースバンド回路13A、ローカル回路17C及びフロントエンド回路18Aを備えた点、及び、RFICコントローラ19に代えてRFICコントローラ19Cを備えた点が異なる。それ以外の点については、本実施形態に係る受信回路は、実施形態1に係る受信回路と同様の構成を有し、同一符号を付した構成要素についての重複する説明は省略する。
図9において、フロントエンド回路18Aは、図1のフロントエンド回路18と比較して、LNA3に接続された混合器4aをさらに備えた点が異なる。ローカル回路17Cは、互いに異なる周波数を有する局部発振信号を発生して出力する局部発振器21B及び21Cと、分周器22A及び22Bと、ローカル増幅器23A及び23Bと、RFICコントローラ19Cからの制御信号Slに基づいて局部発振器21B及び21Cの各出力信号のうちいずれか一方を選択するためのスイッチ25A及び25Bとを備える。局部発振器21Cにより発生されて出力される局部発振信号の局部発振周波数は、分周器22A又は22Bにより分周されたとき局部発振周波数f11を有する局部発振信号が得られるように設定され、局部発振器21Bにより発生されて出力される局部発振信号の局部発振周波数は、分周器22A又は22Bにより分周されたとき局部発振周波数f12を有する局部発振信号が得られるように設定される。
ベースバンド回路13Aは、図1のベースバンド回路13と比較して、混合器4aに接続され、それぞれ差動動作しかつ互いに多段接続されたLPF7a、GCA8a、LPF9a、GCA10a、LPF11a及びGCA12aをさらに備えた点が異なる。LPF7a、GCA8a、LPF9a、GCA10a、LPF11a及びGCA12aは、それぞれLPF7、GCA8、LPF9、GCA10、LPF11及びGCA12と同様に動作し、GCA8a,10a,12aは、GCA8,10,12と同様に、それぞれDCオフセットキャンセルコントローラ6からの制御信号Sg,Sf,SeによりDCオフセットキャンセル動作のオン及びオフを制御される。
RFICコントローラ19Cは、装置コントローラ30からの制御信号Siに基づいて、DCオフセットキャンセルコントローラ6のDCオフセットキャンセル動作を制御する制御信号Shと、ローカル回路17Cのスイッチ25A及び25Bを制御する制御信号Slとを発生して出力する。
ここで、図9の受信回路において、混合器4、LPF7、GCA8、LPF9、GCA10、LPF11及びGCA12によって構成される経路と、混合器4a、LPF7a、GCA8a、LPF9a、GCA10a、LPF11a及びGCA12aによって構成される経路とは、それぞれ互いに異なる第1及び第2の無線受信方式で使用される。例えば、第1の無線受信方式において、受信したい信号の周波数を周波数f11とする場合、混合器4、LPF7、GCA8、LPF9、GCA10、LPF11及びGCA12によって構成される経路が使用される。このとき、スイッチ25A及び25Bが接点a側に切り替えられて分周器22Aから局部発振周波数f11を有する局部発振信号が出力されるとき、LNA3からの受信信号は混合器4によりベースバンド信号に周波数変換されて出力端子To1及びTo2を介して出力信号Soutが得られる一方、スイッチ25A及び25Bが接点b側に切り替えられて分周器22Aから局部発振周波数f12を有する局部発振信号が出力されるとき、LNA3からの受信信号は混合器4によりベースバンド信号とは異なる帯域に周波数変換される。
また、第2の無線受信方式において、受信したい信号の周波数を周波数f12とする場合、混合器4a、LPF7a、GCA8a、LPF9a、GCA10a、LPF11a及びGCA12aによって構成される経路が使用される。このとき、スイッチ25A及び25Bが接点a側に切り替えられて分周器22Bから局部発振周波数f11を有する局部発振信号が出力されるとき、LNA3からの受信信号は混合器4aによりベースバンド信号とは異なる帯域に周波数変換される一方、スイッチ25A及び25Bが接点b側に切り替えられて分周器22Bから局部発振周波数f12を有する局部発振信号が出力されるとき、LNA3からの受信信号は混合器4aによりベースバンド信号に周波数変換されて出力端子To3及びTo4を介して出力信号Soutが得られる。従って、本実施形態に係る受信回路では、2つの無線受信方式により選択的に2つの異なる周波数f11及びf12を有する受信信号を受信可能である。以下、説明を簡易にするため、受信したい信号の周波数が周波数f11である場合について説明する。
図10は、図9の受信回路の各部の信号を示すタイミングチャートである。図10において、出力信号Sout、電源Vdd1及び制御信号Sl,Se,Sf,Sg,Sh,Siの経時変化が示されている。
図10において、まず、電源Vdd1が所定の電圧である状態において、装置コントローラ30からRFIC20Cに入力される制御信号Siがロウレベルである待機状態からハイレベルである動作状態に変化した後、制御信号Shがハイレベルとなり、DCオフセットキャンセルコントローラ6のDCオフセットキャンセルが動作する。DCオフセットキャンセルコントローラ6は、GCA8のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Sgを出力し、GCA8のDCオフセットキャンセル動作終了後、GCA10のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Sfを出力する。GCA8,10のDCオフセットキャンセル実行中、RFICコントローラ19Cは、ロウレベルの制御信号Slを出力することによりスイッチ25A及び25Bを接点b側に制御することにより、受信信号をベースバンド信号とは異なる帯域に周波数変換するように制御し、受信信号に含まれる妨害波信号を抑圧する(図11を参照して後述する。)。前段のGCA8,10のDCオフセットキャンセルが終了した後、RFICコントローラ19Cは、ハイレベルの制御信号Slを出力することによりスイッチ25A及び25Bを接点a側に制御して受信信号をベースバンド信号に周波数変換するように制御し、その後、後段のGCA12のDCオフセットキャンセル動作をオンにするハイレベルの制御信号Seを出力する。GCA12のDCオフセットキャンセル動作終了後、受信信号の信号処理を開始する。
後段のGCA12のDCオフセットキャンセル実行時、LNA3は、DCオフセットキャンセル実行中は常に動作状態に維持され、フロントエンド回路18Aの電源Vdd1に過渡変動が起こらず、DCオフセット電圧に影響を及ぼすこともない。
図11は、図9のローカル回路17Cのスイッチ25A及び25Bが切り替え制御されて分周器22A及び22Bから局部発振周波数f12を有する局部発振信号を出力している場合における、図9の受信回路の各部における妨害波信号の周波数及び電力の関係を示す、妨害波信号のレベルダイヤのイメージ図である。図11において、フロントエンド回路18Aへの入力信号と、LPF7への入力信号と、GCA8への入力信号の妨害波信号の周波数及び電力の関係が示されている。ここで、妨害波信号の周波数をfiとし、2つの無線受信方式でそれぞれ受信したい信号の周波数を周波数f11及びf12とする。周波数f11及びf12と周波数fiとは互いに異なる。図11において、GCA8,10のDCオフセットキャンセル実行中、妨害波信号は混合器4により局部発振周波数f12を有する局部発振信号と混合されて周波数(fi−f12)を含むベースバンド信号とは異なる帯域に周波数変換されてLPF7に入力される。従って、LPF7及び9により妨害波信号は十分に減衰され、GCA8及びGCA10のDCオフセットキャンセル動作に影響を及ぼさない。
以上説明したように、本実施形態に係る受信回路によれば、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路において、2つの異なる周波数f11及びf12を有する受信信号を受信可能であるとともに、GCA8,10又はGCA8a,10aのDCオフセットキャンセル動作時とGCA12又はGCA12aのDCオフセットキャンセル動作時とでスイッチ25A及び25Bを切り替えるので、DCオフセットキャンセル動作に要する時間を延ばすこと無く、確実にDCオフセットキャンセルを行うことができ、本実施形態に係る受信回路を無線通信装置に用いた場合は、ビットエラーレート及びA/D変換器のダイナミックレンジを向上させることができ、信号の受信品質を高めることができる。
なお、本実施形態において、ローカル回路17Cは互いに異なる周波数を有する局部発振信号を発生して出力する局部発振器21B及び21Cと、RFICコントローラ19Cからの制御信号Slに基づいて局部発振器21B及び21Cの各出力信号のうちいずれか一方を選択するためのスイッチ25A及び25Bとを備えた。しかし、本発明はこの構成に限らず、局部発振器21B及び21C及びスイッチ25A及び25Bに代えて、RFICコントローラ19Cからの制御信号Slに基づいて異なる周波数を有する局部発振信号を発生して分周器22A及び22Bに出力する局部発振器を備えてもよい。
また、第1乃至第4の実施形態において、複数のGCAのうちGCA8及び10を前段のGCAとし、最終段のGCA12を後段のGCAとして、DCオフセットキャンセルコントローラ6によりDCオフセットキャンセル動作を制御している。しかしながら、本発明はこれに限らず、複数のGCAのうちGCA8を前段のGCAとし、GCA10及び12を後段のGCAとしてDCオフセットキャンセルコントローラ6によりDCオフセットキャンセル動作を制御してもよい。
本発明に係る受信回路及びそれを備えた半導体装置、半導体モジュール並びに無線通信装置によれば、前段の利得制御増幅器の直流オフセットキャンセル動作中、ローカル回路を制御することによって受信信号をベースバンド信号に周波数変換することを中止する一方、後段の利得制御増幅器の直流オフセットキャンセル動作中、ローカル回路を制御することによって受信信号をベースバンド信号に周波数変換する制御手段を備えたので、ダイレクトコンバージョン方式の受信回路において、DCオフセットキャンセル動作に要する時間を延ばすこと無く、確実にDCオフセットキャンセルを行うことができる。
本発明に係る受信回路及びそれを備えた半導体装置、半導体モジュール並びに無線通信装置は、例えば携帯電話等の無線端末装置に利用することができる。
1…アンテナ、
2…SAWフィルタ、
3…低雑音増幅器(LNA)、
4,4a…混合器、
6,6A…直流(DC)オフセットキャンセル制御部、
7,9,11,7a,9a,11a…低域通過フィルタ(LPF)、
8,10,12,8a,10a,12a…利得制御増幅器(GCA)、
13,13A…ベースバンド回路、
17,17A,17B,17C…ローカル回路、
18,18A…フロントエンド回路、
19,19A,19B,19C…無線周波集積回路(RFIC)コントローラ、
20,20A,20B,20C…無線周波集積回路(RFIC)、
21,21A,21B,21C…局部発振器、
22…分周器、
23…ローカル増幅器、
24,25…スイッチ、
30…装置コントローラ、
40…デュプレクサ、
41…電力増幅器、
42…フィルタ、
43…利得制御増幅器、
44,45…混合器、
46…送信ローカル回路、
47…送信ベースバンド処理回路。
2…SAWフィルタ、
3…低雑音増幅器(LNA)、
4,4a…混合器、
6,6A…直流(DC)オフセットキャンセル制御部、
7,9,11,7a,9a,11a…低域通過フィルタ(LPF)、
8,10,12,8a,10a,12a…利得制御増幅器(GCA)、
13,13A…ベースバンド回路、
17,17A,17B,17C…ローカル回路、
18,18A…フロントエンド回路、
19,19A,19B,19C…無線周波集積回路(RFIC)コントローラ、
20,20A,20B,20C…無線周波集積回路(RFIC)、
21,21A,21B,21C…局部発振器、
22…分周器、
23…ローカル増幅器、
24,25…スイッチ、
30…装置コントローラ、
40…デュプレクサ、
41…電力増幅器、
42…フィルタ、
43…利得制御増幅器、
44,45…混合器、
46…送信ローカル回路、
47…送信ベースバンド処理回路。
Claims (8)
- 受信信号を差動増幅する差動増幅回路と、
第1の局部発振信号を発生して出力するローカル回路と、
前記差動増幅された受信信号と前記第1の局部発振信号とを混合することにより前記受信信号をベースバンド信号に周波数変換する混合器と、
前記混合器に接続され、それぞれ差動動作しかつ互いに多段接続された複数の低域通過フィルタ及び複数の利得制御増幅器とを備えた受信回路において、
前記複数の利得制御増幅器は、前段の利得制御増幅器と、後段の利得制御増幅器とを含み、
前記前段の利得制御増幅器の直流オフセットキャンセル動作中、前記ローカル回路を制御することによって前記受信信号をベースバンド信号に周波数変換することを中止する一方、前記後段の利得制御増幅器の直流オフセットキャンセル動作中、前記ローカル回路を制御することによって前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換する制御手段を備えたことを特徴とする受信回路。 - 前記制御手段は、前記ローカル回路を非動作状態に切り替えるように制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを中止し、前記ローカル回路を動作状態に切り替えることによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを特徴とする請求項1記載の受信回路。
- 前記ローカル回路は、前記混合器への前記第1の局部発振信号を遮断又は通過させるための第1のスイッチをさらに備え、
前記制御手段は、前記混合器への前記第1の局部発振信号を遮断するように前記第1のスイッチを制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを中止し、前記混合器へ前記第1の局部発振信号を通過させるように前記第1のスイッチを制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを特徴とする請求項1記載の受信回路。 - 前記ローカル回路は、第1の局部発振信号の局部発振周波数を、第1の局部発振周波数と、前記第1の局部発振周波数とは異なる第2の局部発振周波数とのうちの1つの局部発振周波数を選択して設定するように選択的に切り替え、
前記制御手段は、前記ローカル回路を前記第2の局部発振周波数を有する局部発振信号を発生させるように制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを中止し、前記ローカル回路に前記第1の局部発振周波数を有する局部発振信号を発生させるように制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを特徴とする請求項1記載の受信回路。 - 前記ローカル回路は、前記第1の局部発振信号の局部発振周波数とは異なる局部発振周波数を有する第2の局部発振信号をさらに発生して出力し、
前記受信回路は、
前記増幅された受信信号と第2の局部発振信号とを混合することにより前記受信信号をベースバンド信号に周波数変換する第2の混合器と、
前記第2の混合器に多段接続された複数の第2の低域通過フィルタ及び複数の第2の利得制御増幅器とをさらに備え、
前記制御手段は、前記混合器に前記第2の局部発振信号が入力されかつ前記第2の混合器に前記第1の局部発振信号が入力されるように前記ローカル回路を制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを中止し、前記混合器に前記第1の局部発振信号が入力されかつ前記第2の混合器に前記第2の局部発振信号が入力されるように前記ローカル回路を制御することによって、前記受信信号を前記ベースバンド信号に周波数変換することを特徴とする請求項1記載の受信回路。 - 請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載の受信回路を備えたことを特徴とする半導体装置。
- 請求項6記載の半導体装置を備えたことを特徴とする半導体モジュール。
- 請求項7記載の半導体装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。
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