JP2010004112A - Communication circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえば携帯電話機などの無線通信装置に搭載される通信回路、より詳細には、送信するべき送信情報を表す送信信号を出力する送信回路を内蔵する通信回路に関する。 The present invention relates to a communication circuit mounted on a wireless communication device such as a mobile phone, and more particularly to a communication circuit including a transmission circuit that outputs a transmission signal representing transmission information to be transmitted.
携帯電話機などの無線通信装置に搭載される無線通信用LSI(Large Scale Integration)には、送信信号の送信出力を調整するために増幅器の利得、すなわちゲインを変更するゲイン可変機能が搭載されている。ゲインを変更すると、信号の位相が変化する。ゲインの変更による位相変化量が所定の範囲を超えると、送信側の無線通信装置(以下「送信側通信装置」という場合がある)から送信した信号を受信側の無線通信装置(以下「受信側通信装置」という場合がある)で受信できない場合があるので、無線通信用LSIでは、位相変化量が所定の範囲に制限されている。 A wireless communication LSI (Large Scale Integration) mounted on a wireless communication device such as a cellular phone has a gain variable function for changing the gain of the amplifier, that is, the gain, in order to adjust the transmission output of the transmission signal. . Changing the gain changes the signal phase. When the amount of phase change due to the gain change exceeds a predetermined range, a signal transmitted from a radio communication device on the transmission side (hereinafter also referred to as “transmission side communication device”) is transmitted to a radio communication device on the reception side (hereinafter referred to as “reception side”). In some cases, the phase change amount is limited to a predetermined range in the wireless communication LSI.
従来の無線通信用LSIでは、位相変化量が所定の範囲内になるように、ゲインとそれに対応する位相の代表値を含むテーブルが備えられ、設定ゲインに応じてテーブルを参照して、出力される送信信号の位相を補正する方式(以下「テーブル方式」という)が採用されている(たとえば、特許文献1,2参照)。 A conventional LSI for wireless communication is provided with a table including a gain and a representative value of a phase corresponding to the gain so that the amount of phase change is within a predetermined range, and is output by referring to the table according to the set gain. A method of correcting the phase of a transmission signal (hereinafter referred to as “table method”) is employed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
前述の無線通信用LSIでは、ゲインに対応する位相の代表値を保持し、これを用いたテーブル方式によって送信信号の位相を補正するように構成されている。したがって、プロセス(Process)ばらつき、電源電圧(Voltage)ばらつき、および温度(Temperature)ばらつき(以下「PVTばらつき」と総称する場合がある)に対して、前記位相の代表値を基準として所定の範囲内に送信信号の位相が収まるように回路を設計する必要がある。 The above-described LSI for wireless communication is configured to hold a representative value of the phase corresponding to the gain and to correct the phase of the transmission signal by a table system using this. Therefore, with respect to the process variation, the power supply voltage (Voltage) variation, and the temperature (Temperature) variation (hereinafter may be collectively referred to as “PVT variation”), it is within a predetermined range based on the representative value of the phase. Therefore, it is necessary to design the circuit so that the phase of the transmission signal is within the range.
また、このように回路を設計しても、位相のPVTばらつきが大きい回路になると、送信信号の位相を補正しきれなくなり、歩留まりが悪化するという問題がある。また位相を所定の範囲内に収めるために別の回路構成を採用しようとすると、他の特性、たとえば動作電流などが悪くなってしまう。また、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)のようなデータレートの高い通信規格では、位相変化量の許容範囲が狭くなる傾向があるので、設計が困難になり、仕様を満たせなくなるという問題がある。 Even if the circuit is designed in this way, if the circuit has a large phase PVT variation, there is a problem that the phase of the transmission signal cannot be corrected and the yield deteriorates. If another circuit configuration is adopted to keep the phase within a predetermined range, other characteristics, such as operating current, are deteriorated. In addition, in a communication standard with a high data rate such as WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), there is a tendency that the allowable range of the phase change amount tends to be narrow, so that the design becomes difficult and the specification cannot be satisfied.
本発明は、送信信号の位相を、その変化量が一定の許容範囲内に収まるように補正可能な通信回路を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a communication circuit capable of correcting the phase of a transmission signal so that the amount of change is within a certain allowable range.
本発明の通信回路は、送信するべき送信情報を表す送信信号を生成する送信信号生成手段と、前記送信信号と、予め定める基準信号との位相差を検出する位相検出手段と、前記位相検出手段によって検出される前記位相差に基づいて、前記送信信号の位相と前記基準信号の位相とが等しくなるように、前記送信信号の位相を調整する位相調整手段とを備えることを特徴とする。 The communication circuit according to the present invention includes a transmission signal generation unit that generates a transmission signal representing transmission information to be transmitted, a phase detection unit that detects a phase difference between the transmission signal and a predetermined reference signal, and the phase detection unit And a phase adjusting means for adjusting the phase of the transmission signal so that the phase of the transmission signal and the phase of the reference signal are equal to each other based on the phase difference detected by.
本発明の通信回路によれば、送信信号生成手段によって送信信号が生成され、この送信信号と基準信号との位相差が位相検出手段によって検出される。この位相検出手段によって検出される位相差に基づいて、送信信号の位相と基準信号の位相とが等しくなるように、位相調整手段によって送信信号の位相が調整される。これによって、送信信号の位相を基準信号を基準とした一定の範囲内に収めることができるので、プロセスばらつき、電源電圧ばらつき、温度ばらつき、および組立ばらつきなどのばらつきがある場合であっても、送信信号の位相を、その変化量が一定の許容範囲内に収まるように補正することができる。したがって、前述のばらつきが大きい回路であっても、送信信号の位相を考慮する必要が無いので、回路設計の幅を広げることができる。また送信信号の位相を一定の範囲内に収めるために他の性能を犠牲にする必要が無いので、たとえば生産性を考慮して回路を設計することができ、歩留まりを向上させることができる。 According to the communication circuit of the present invention, the transmission signal is generated by the transmission signal generation unit, and the phase difference between the transmission signal and the reference signal is detected by the phase detection unit. Based on the phase difference detected by the phase detection means, the phase of the transmission signal is adjusted by the phase adjustment means so that the phase of the transmission signal is equal to the phase of the reference signal. As a result, the phase of the transmission signal can be kept within a certain range with reference to the reference signal, so even if there are variations such as process variations, power supply voltage variations, temperature variations, and assembly variations, The phase of the signal can be corrected so that the amount of change is within a certain allowable range. Therefore, even if the circuit has a large variation as described above, it is not necessary to consider the phase of the transmission signal, so that the circuit design can be widened. Further, since it is not necessary to sacrifice other performance in order to keep the phase of the transmission signal within a certain range, for example, the circuit can be designed in consideration of productivity, and the yield can be improved.
<前提技術>
本発明の通信回路の一実施形態である通信用半導体集積回路を説明する前に、本発明の前提となる通信用半導体集積回路について説明する。図1は、本発明の前提技術となる通信用半導体集積回路1の構成を示すブロック図である。
<Prerequisite technology>
Before describing a communication semiconductor integrated circuit which is an embodiment of a communication circuit of the present invention, a communication semiconductor integrated circuit which is a premise of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a communication semiconductor integrated circuit 1 which is a prerequisite technology of the present invention.
通信用半導体集積回路1は、たとえば携帯電話機などの無線通信装置に搭載され、基地局などの受信側通信装置に信号を送信する送信回路を含む無線通信用LSIである。通信用半導体集積回路1は、テーブル記憶部11、位相調整回路12、D/Aコンバータ(Digital Analog Converter;略称:DAC)13、ローパスフィルタ(Low Pass Filter;略称:LPF)14、第1可変利得増幅器(Variable Gain Amplifier;略称:VGA)15、局部発振器(Local Oscillator)16、分周器17、ローカルバッファ18、ミキサ19、第2可変利得増幅器20および高出力増幅器(High Power Amplifier;略称:HPA)21を備えて構成される。テーブル記憶部11、位相調整回路12、DAC13、LPF14、第1VGA15、局部発振器16、分周器17、ローカルバッファ18、ミキサ19、第2VGA20およびHPA21は、送信回路として機能する。
The communication semiconductor integrated circuit 1 is a radio communication LSI that includes a transmission circuit that is mounted on a radio communication device such as a mobile phone and transmits a signal to a reception side communication device such as a base station. The communication semiconductor integrated circuit 1 includes a
通信用半導体集積回路1では、前段に設けられる不図示のベースバンド信号生成回路から出力されたベースバンド(Baseband;略称:BB)信号が位相調整回路12に入力されるとともに、不図示のゲインコントロール信号生成回路から出力されたゲインコントロール(Gain Control;略称:GC)信号がテーブル記憶部11に入力される。BB信号は、送信するべき送信情報に基づいて生成される。
In the communication semiconductor integrated circuit 1, a baseband (abbreviation: BB) signal output from a baseband signal generation circuit (not shown) provided in the preceding stage is input to the phase adjustment circuit 12 and gain control (not shown). A gain control (abbreviation: GC) signal output from the signal generation circuit is input to the
テーブル記憶部11は、前記ゲインコントロール信号生成回路から与えられるGC信号と、それに対応する位相調整量とが互いに対応付けられた位相テーブルを記憶する。テーブル記憶部11は、GC信号に基づいて、そのGC信号によって表されるゲインに対応する位相を表す位相情報を位相調整回路12に与える。
The
位相調整回路12は、前記ベースバンド信号生成回路から与えられるBB信号と、テーブル記憶部11から与えられる位相情報とに基づいて、BB信号の遅延時間を変えることで、後段の第1VGA15、ローカルバッファ18、第2VGA20およびHPA21における出力信号の位相を調整する。位相調整回路12によって位相が調整された信号は、DAC13に入力される。
The phase adjustment circuit 12 changes the delay time of the BB signal based on the BB signal given from the baseband signal generation circuit and the phase information given from the
DAC13は、位相調整回路12から与えられた信号を、ディジタル信号からアナログ信号へ変換する。DAC13から出力された信号は、LPF14に入力される。LPF14は、予め定める閾値よりも高い周波数信号を減衰させて遮断し、前記閾値以下の低域周波数の信号のみを通過させる。LPF14から出力された信号は、第1VGA15に入力される。
The
第1VGA15、第2VGA20およびHPA21は、入力される信号を、変更可能な設定値に応じた利得で増幅する。具体的には、第1VGA15は、LPF14から与えられた信号の入力電圧を所望の設定値に応じた利得で増幅して出力する。第1VGA15から出力された信号は、ミキサ19に入力される。第2VGA20およびHPA21については後述する。
The
局部発振器16は、予め定める発振周波数、たとえば4GHzの局部発振信号(以下「LO信号」という場合がある)を生成する。LO信号は、送信情報を搬送するための搬送波信号であり、基準信号に相当する。局部発振器16によって生成されたLO信号は、分周器17に与えられる。分周器17は、局部発振器16から与えられたLO信号を、予め定める分周比で分周する。ここでは、分周比を1/2とし、前記LO信号を1/2に分周する。つまり、分周器17は、4GHzのLO信号を1/2分周することによって、2GHzのLO信号を生成する。分周器17によって分周された信号は、ローカルバッファ18に入力される。
The
ローカルバッファ18は、分周器17から与えられたLO信号の振幅を大きくするとともに、LO信号の波形を変換する。たとえばLO信号が正弦波信号である場合、正弦波信号から別の波形信号、たとえば矩形波信号に変換する。ローカルバッファ18から出力された信号は、ミキサ19に入力される。
The
ミキサ19は、送信情報を表す送信信号を生成する。ミキサ19は、第1VGA15から出力された信号と、ローカルバッファ18から出力された信号とを混合、具体的には乗算して周波数変換することによって、送信信号として、高周波(Radio Frequency;略称:RF)信号を生成する。ミキサ19によって周波数変換されて生成されたRF信号は、第2VGA20に入力される。
The
第2VGA20は、ミキサ19から与えられた信号の入力電圧を所望の設定値に応じた利得で増幅して出力する。第2VGA20から出力された信号は、HPA21に入力される。HPA21は、第2VGA20から与えられた信号を、所望の出力値になるように増幅して出力する。HPA21は、より詳細には、入力される信号を分配して複数の増幅素子で増幅し、各増幅素子で増幅された信号を合成して出力する。HPA21は、具体的には、高出力電圧増幅器であり、入力される信号を分配して、その信号の入力電圧を複数の増幅素子で増幅し、各増幅素子で電圧が増幅された信号を合成して出力する。HPA21から出力された信号は、不図示の送信側アンテナから、基地局などの受信側通信装置として機能する他の無線通信装置に対して送信される。
The
このように第1VGA15、ミキサ19、第2VGA20およびHPA21は、局部発振器16から出力されるLO信号をBB信号で変調する変調回路として機能する。
Thus, the
無線通信用LSIにおける変調回路では、回路自体がノイズを発生するので、ゲインの可変レンジを広くすることに加え、良好なノイズ特性が要求される。ゲインの可変レンジを広くするためには、ゲインを変更するための増幅器を複数個設ける必要があるが、増幅器を縦に積むと、ノイズが積み重なってしまう。そこで、前提技術の通信用半導体集積回路1では、広いゲイン可変レンジと良好なノイズ特性とを実現するために、ギルバートセル型ミキサを複数個横に並べ、それを、いわゆるR2R回路で接続して、変調回路を構成している。 In a modulation circuit in an LSI for wireless communication, the circuit itself generates noise, so that in addition to widening the variable variable range, good noise characteristics are required. In order to widen the variable range of the gain, it is necessary to provide a plurality of amplifiers for changing the gain. However, if the amplifiers are stacked vertically, noise will accumulate. Therefore, in the communication semiconductor integrated circuit 1 of the base technology, in order to realize a wide variable gain range and good noise characteristics, a plurality of Gilbert cell mixers are arranged side by side and connected by a so-called R2R circuit. A modulation circuit is configured.
このような構成の変調回路では、ゲインの変更に伴って出力信号の位相が変化しやすい。ゲインの変更による位相変化量が所定の範囲を超えると、通信用半導体集積回路1が搭載される送信側通信装置から送信した信号を、基地局などの受信側通信装置で適切に受信できない場合がある。 In the modulation circuit having such a configuration, the phase of the output signal is likely to change as the gain is changed. When the amount of phase change due to the gain change exceeds a predetermined range, the signal transmitted from the transmitting communication device on which the communication semiconductor integrated circuit 1 is mounted may not be properly received by the receiving communication device such as a base station. is there.
そこで、前提技術の通信用半導体集積回路1では、テーブル記憶部11に位相テーブルを記憶しておき、この位相テーブルに基づいて、位相調整回路12でBB信号の位相を調整している。
Therefore, in the communication semiconductor integrated circuit 1 of the base technology, a phase table is stored in the
無線通信用LSIの出力信号の位相には、プロセスばらつき、電源電圧ばらつき、および温度ばらつきといった、PVTばらつきがあるので、無線通信用LSIでは、PVTばらつきを考慮して、出力信号の位相が、所定の許容範囲内に収まるように回路を設計する必要がある。 Since the phase of the output signal of the wireless communication LSI has PVT variations such as process variation, power supply voltage variation, and temperature variation, the wireless communication LSI considers the PVT variation and the phase of the output signal is predetermined. Therefore, it is necessary to design the circuit so as to be within the allowable range.
前述のように、位相テーブルに、各ゲインに対応する位相として保持されている値は、代表(Typical)値であるので、位相のPVTばらつきが大きい回路では、位相テーブルを用いても、出力信号の位相を許容範囲内に補正しきれず、歩留まりが悪くなってしまう。 As described above, the value held as the phase corresponding to each gain in the phase table is a typical value, and therefore, in a circuit with a large phase PVT variation, even if the phase table is used, the output signal Thus, the phase cannot be corrected within the allowable range, resulting in poor yield.
また位相を許容範囲内に抑えるために別の回路構成を採用しようとすると、他の特性が犠牲になり、歩留まりが悪くなってしまう。またWCDMAのようなデータレートの高い通信規格では、位相変化量の許容範囲が狭くなる傾向があり、設計が困難となったりする。 Further, if another circuit configuration is employed to keep the phase within an allowable range, other characteristics are sacrificed and the yield is deteriorated. In addition, in a communication standard with a high data rate such as WCDMA, the allowable range of the phase change amount tends to be narrowed, which makes designing difficult.
そこで本発明の通信用半導体集積回路では、図2に示す構成を採用している。 Therefore, the communication semiconductor integrated circuit of the present invention employs the configuration shown in FIG.
<第1の実施の形態>
図2は、本発明の第1の実施の形態である通信用半導体集積回路30の構成を示すブロック図である。図3は、位相検出回路31の具体的な構成を示すブロック図である。図4は、ギルバートセル型位相検出器35の回路構成を示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the communication semiconductor integrated
通信用半導体集積回路30は、通信回路であり、より詳細には、図1に示す通信用半導体集積回路1と同様に、携帯電話機などの無線通信装置に搭載され、基地局などの受信側通信装置に送信信号を送信する送信回路を含む無線通信用LSIである。図2に示す通信用半導体集積回路30の構成は、図1に示す通信用半導体集積回路1の構成と類似しているので、異なる部分についてのみ説明し、対応する部分には同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。
The communication semiconductor integrated
通信用半導体集積回路30は、DAC13、LPF14、第1VGA15、局部発振器16、分周器17、位相検出回路31、位相調整回路32、ローカルバッファ18、ミキサ19、第2VGA20、および高出力増幅手段であるHPA21を備えて構成される。位相検出回路31は、位相検出器35、A/Dコンバータ(略称:ADC)36およびデコーダ37を備えて構成される。第1VGA15、第2VGA20およびHPA21は、可変利得増幅手段に相当する。ミキサ19は、送信信号を生成する送信信号生成手段に相当し、送信信号として、RF信号を生成する。
The communication semiconductor integrated
前述の図1に示す通信用半導体集積回路1では、DAC13の前段に、位相テーブルを記憶するテーブル記憶部11と、位相調整回路12とが設けられているけれども、図2に示す通信用半導体集積回路30では、DAC13の前段には、テーブル記憶部11および位相調整回路12のいずれも設けられていない。通信用半導体集積回路30では、第1VGA15の後段で、かつ分周器17とローカルバッファ18との間に、位相調整回路32が設けられている。また通信用半導体集積回路30では、分周器17と位相調整回路32との間に、位相検出回路31が設けられている。位相検出回路31は、位相検出手段に相当し、位相調整回路32は、位相調整手段に相当する。
In the communication semiconductor integrated circuit 1 shown in FIG. 1, the
本実施の形態では、位相検出回路31、位相調整回路32、ローカルバッファ18、ミキサ19および第2VGA20によって、通信用半導体集積回路30における出力信号である送信信号の位相を調整するループを形成している。このループは、送信信号の位相を調整するキャリブレーション回路として機能する。
In the present embodiment, the
本実施の形態では、DAC13、LPF14、第1VGA15、局部発振器16、分周器17、位相検出回路31、位相調整回路32、ローカルバッファ18、ミキサ19および第2VGA20は、半導体チップに半導体集積回路として構成され、この半導体チップの外部にHPA21が設けられる。
In the present embodiment, the
通信用半導体集積回路30では、前段に設けられる不図示のベースバンド信号生成回路から出力されたBB信号がDAC13に入力される。ベースバンド信号生成回路は、本実施の形態では、DAC13などが設けられる半導体チップとは別個の半導体チップに設けられる。DAC13に入力されたBB信号は、図1に示す通信用半導体集積回路1と同様に、LPF14および第1VGA15を介してミキサ19に入力される。
In the communication semiconductor integrated
局部発振器16は、LO信号を生成する。局部発振器16によって生成されたLO信号は、分周器17に与えられる。分周器17によって分周されたLO信号は、位相検出回路31および位相調整回路32に与えられる。
The
位相検出回路31には、分周器17から与えられるLO信号と、第2VGA20から出力されるRF信号とが入力される。さらに述べると、位相検出回路31を構成する位相検出器35には、LO信号とRF信号とが入力される。
The LO signal supplied from the
位相検出器35は、入力されたLO信号を基準にして、LO信号の位相とRF信号の位相との差、すなわちLO信号とRF信号との位相差を検出し、検出したLO信号の位相とRF信号の位相との差を表す信号(以下「位相差信号」という場合がある)を、DAC36に与える。
The
本実施の形態の位相検出器35は、ギルバートセルと称される差動型回路から成る位相検出器(以下「ギルバートセル型位相検出器」という)によって構成される。以下、ギルバートセル型位相検出器を示す場合、位相検出器と同一の参照符「35」を付す。
The
ギルバートセル型位相検出器35は、MOS型電界効果トランジスタ(以下「MOSFET」という)Q1,Q11,Q12,Q21,Q22,Q23,Q24および抵抗素子R1,R2を備えて構成される。抵抗素子R1の一端部および抵抗素子R2の一端部は、電源電圧に接続される。抵抗素子R1の他端部は、MOSFETQ21,Q23の各ドレインに接続され、抵抗素子R2の他端部は、MOSFETQ22,Q24の各ドレインに接続される。
The Gilbert cell
LO信号が入力されるLO信号入力端子は、MOSFETQ21,Q24の各ゲートに接続される。LO信号と位相が180度異なる信号が入力される/LO信号入力端子は、MOSFETQ22,Q23の各ゲートが共通に接続された共通接続線に接続される。 The LO signal input terminal to which the LO signal is input is connected to the gates of MOSFETs Q21 and Q24. The / LO signal input terminal to which a signal that is 180 degrees out of phase with the LO signal is input is connected to a common connection line to which the gates of the MOSFETs Q22 and Q23 are connected in common.
MOSFETQ21のソースとMOSFETQ22のソースとは、互いに接続され、MOSFETQ21,Q22の各ソースの接続点は、MOSFETQ11のドレインに接続される。MOSFETQ23のソースとMOSFETQ24のソースとは、互いに接続され、MOSFETQ23,Q24の各ソースの接続点は、MOSFETQ12のドレインに接続される。 The source of MOSFET Q21 and the source of MOSFET Q22 are connected to each other, and the connection point between the sources of MOSFETs Q21 and Q22 is connected to the drain of MOSFET Q11. The source of MOSFET Q23 and the source of MOSFET Q24 are connected to each other, and the connection point between the sources of MOSFETs Q23 and Q24 is connected to the drain of MOSFET Q12.
RF信号が入力されるRF信号入力端子は、MOSFETQ11のゲートに接続される。RF信号と位相が180度異なる信号が入力される/RF信号入力端子は、MOSFETQ12のゲートに接続される。 The RF signal input terminal to which the RF signal is input is connected to the gate of the MOSFET Q11. A signal whose phase is different from that of the RF signal by 180 degrees is input / RF signal input terminal is connected to the gate of MOSFET Q12.
バイアス電圧Vが印加されるバイアス電圧入力端子は、MOSFETQ1のゲートに接続される。MOSFETQ11のソースとMOSFETQ12のソースとは、互いに接続され、MOSFETQ11,Q12の各ソースの接続点は、MOSFETQ1のドレインに接続される。MOSFETQ1のソースは、グランドに接続される。 A bias voltage input terminal to which the bias voltage V is applied is connected to the gate of the MOSFET Q1. The source of MOSFET Q11 and the source of MOSFET Q12 are connected to each other, and the connection point between the sources of MOSFETs Q11 and Q12 is connected to the drain of MOSFET Q1. The source of the MOSFET Q1 is connected to the ground.
ギルバートセル型位相検出器35の上段に、信号レベルの大きなLO信号および/LO信号を入力し、その下段にRF信号および/RF信号を入力することによって、ギルバートセル型位相検出器35は、DC(Direct Current)信号と2倍波信号とを出力する。DC信号は、RF信号とLO信号との位相差に応じた位相差信号であり、LO信号とRF信号との位相に関係した信号レベルを出力する。したがって、DC信号に基づいて、このDC信号を所定の出力レベルに合わせるように、RF信号の位相を調整することで、出力信号であるRF信号の位相を一定に保つことが可能となる。
By inputting the LO signal and / LO signal having a large signal level to the upper stage of the Gilbert cell
DAC36は、位相検出器35から与えられた位相差信号を、アナログ信号からディジタル信号へ変換する。ADC36から出力された位相差信号は、デコーダ37に入力される。デコーダ37は、ADC36から与えられた位相差信号を復号化する。デコーダ37によって復号化された位相差信号は、位相調整回路32に入力される。
The
位相調整回路32には、分周器17から与えられるLO信号と、位相検出回路31から与えられる位相差信号とが入力される。位相調整回路32は、位相差信号に基づくLO信号の位相とRF信号の位相との差、すなわちLO信号とRF信号との位相差に基づいて、RF信号の位相がLO信号の位相と等しくなるように、RF信号の位相を調整する。具体的には、位相調整回路32は、RF信号の位相とLO信号の位相とが等しくなるように、LO信号の位相を調整することによって、RF信号の位相を調整する。
The
たとえば、第2VGA20から出力されるRF信号の位相が、分周器17から出力されるLO信号の位相よりも進んでいたとすると、位相検出回路31は、プラス(+)の電圧値を出力する。位相調整回路32は、位相検出回路31から出力されるプラスの電圧値を受けて、位相調整回路32の出力ノードに付加している容量値を大きくする。したがって位相調整回路32から出力される信号は、遅延時間が大きくなり、位相調整回路32による位相の調整前に比べて、第2VGA20から出力されるRF信号の位相が遅くなる。これによって、第2VGAから出力されるRF信号の位相は、分周器17から出力されるLO信号の位相に近づく。位相調整回路32によって位相が調整されたLO信号は、ローカルバッファ18を介してミキサ19に入力される。
For example, if the phase of the RF signal output from the
ミキサ19では、第1VGA15から出力された信号と、位相調整回路32によって位相が調整され、ローカルバッファ18から出力された信号とを乗算して周波数変換して、送信信号であるRF信号を生成する。ミキサ19によって周波数変換された信号は、第2VGA20に入力される。第2VGA20は、ミキサ19から与えられた信号の入力電圧を所望の設定値に応じた利得で増幅してRF信号を出力する。第2VGA20から出力されたRF信号は、HPA21に入力されるとともに、位相検出回路31に入力される。
The
以上のように本実施の形態では、ミキサ19によって、送信信号であるRF信号が生成され、このRF信号、具体的には第2VGA20で増幅されたRF信号と、基準信号であるLO信号との位相差が位相検出回路31によって検出される。この位相検出回路31によって検出される位相差に基づいて、RF信号の位相とLO信号の位相とが等しくなるように、位相調整回路32によってRF信号の位相が調整される。これによって、RF信号の位相をLO信号を基準とした一定の範囲内に収めることができる。
As described above, in the present embodiment, the
特に本実施の形態では、位相検出回路31、位相調整回路32、ローカルバッファ18、ミキサ19および第2VGA20によってループを形成し、第2VGA20から出力されるRF信号を位相検出回路31にフィードバックするように構成されているので、位相調整回路32の出力信号の位相を変化させると、それに比例してRF信号の位相も変化する。したがって、位相検出回路31によって、RF信号の位相の変化を検出することができ、位相調整回路32の出力信号の位相を調整することによって、RF信号の位相を一定に保つことが可能となる。
In particular, in the present embodiment, a loop is formed by the
このようにして位相検出回路31および位相調整回路32によって、第2VGA20から出力されるRF信号の位相を、LO信号の位相と同一にすることができる。このようにしてLO信号の位相と同一の位相のRF信号がHPA21に入力される。
In this way, the phase of the RF signal output from the
これによって、第1VGA15および第2VGA20のゲインが変更された場合でも、RF信号の位相をLO信号を基準とした一定の範囲内に収めることができる。またゲインの変更を伴わない場合でも、温度変化および電源電圧の変化などによる出力信号の位相の変化に対して同様に有効である。具体的には、プロセスばらつき、電源電圧ばらつき、温度ばらつき、および組立ばらつきなどのばらつきがある場合であっても、RF信号の位相を、その変化量が一定の許容範囲内に収まるように補正することができる。
Thereby, even when the gains of the
したがって、前述のばらつきが大きい回路であっても、RF信号の位相を考慮する必要が無いので、回路設計の幅を広げることができる。またRF信号の位相を一定の範囲内に収めるために他の性能を犠牲にする必要が無いので、たとえば生産性を考慮して回路を設計することができ、歩留まりを向上させることができる。 Therefore, it is not necessary to consider the phase of the RF signal even in a circuit with a large variation as described above, so that the circuit design range can be expanded. Further, since it is not necessary to sacrifice other performance in order to keep the phase of the RF signal within a certain range, for example, a circuit can be designed in consideration of productivity, and the yield can be improved.
また本実施の形態では、基準信号として、ジッタと呼ばれる位相ノイズの小さいLO信号を使用するので、送信信号の出力位相を精度良く一定にすることが可能である。また位相検出回路31などを、位相反転型キャリアリークキャリブレーション回路と共有することが可能であるので、回路の追加を最小限に抑え、半導体チップの面積の増大を最小限に抑えることが可能である。
In this embodiment, an LO signal called phase jitter having a small phase noise is used as the reference signal, so that the output phase of the transmission signal can be made constant with high accuracy. Further, since the
本実施の形態の位相検出回路31は、図3に示す構成に代えて、図5に示す他の位相検出回路31Aによって構成することができる。図5は、他の位相検出回路31Aの具体的な構成を示すブロック図である。図6は、排他的論理和(XOR)ゲート39を示す図である。他の位相検出回路31Aは、リミッタ増幅器38、ディジタル型位相検出器39およびデコーダ37を備えて構成される。リミッタ増幅器38には、分周器17から与えられるLO信号と、第2VGA20から出力されるRF信号とが入力される。リミッタ増幅器38は、LO信号およびRF信号を増幅して所定の振幅の矩形波に変換して出力する。リミッタ増幅器38によって矩形波に変換されたLO信号およびRF信号は、ディジタル型位相検出器39に入力される。
The
本実施の形態において、位相検出回路31Aにおけるディジタル型位相検出器39は、排他的論理和(XOR)ゲートによって構成される。以下、XORゲートを示す場合、ディジタル型位相検出器と同一の参照符「39」を付す。XORゲート39は、入力された前記矩形波に変換されたLO信号と、前記矩形波に変換されたRF信号とのXOR演算を行い、その演算結果を出力する。XORゲート39によってXOR演算された結果を表す信号は、デコーダ37に入力される。デコーダ37は、ディジタル型位相検出器であるXORゲート39から与えられた演算結果である位相差信号を復号化する。デコーダ37によって復号化された位相差信号は、位相調整回路32に入力される。
In the present embodiment, the
このように位相検出器としてディジタル型位相検出器39を用いる、すなわち位相検出器をディジタル回路で構成することによって、位相検出回路31Aを簡略化することができるので、位相検出回路31Aの半導体チップにおける占有面積および消費電流の削減が可能となる。
Thus, by using the digital
位相検出回路31Aに与えられるLO信号およびRF信号は、アナログ信号であるので、位相検出器をディジタル回路で構成するために、ディジタル型位相検出器39の前段には、リミッタ増幅器38が設けられている。ディジタル型位相検出器39に入力されるRF信号およびLO信号の入力レベルを、リミッタ増幅器38で増幅して、ロジックレベルに調節することによって、ディジタル信号として扱うことが可能になる。
Since the LO signal and the RF signal given to the
<第2の実施の形態>
図7は、本発明の第2の実施の形態である通信用半導体集積回路40の構成を示すブロック図である。通信用半導体集積回路40は、図2に示す通信用半導体集積回路30と同様に、通信回路であり、より詳細には、携帯電話機などの無線通信装置に搭載され、基地局などの受信側通信装置に送信信号を送信する送信回路を含む無線通信用LSIである。図7に示す通信用半導体集積回路40の構成は、図2に示す通信用半導体集積回路30の構成と類似しているので、異なる部分についてのみ説明し、対応する部分には同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a communication semiconductor integrated
通信用半導体集積回路40は、DAC13、LPF14、第1VGA15、局部発振器16、分周器17、位相検出回路31、位相調整回路32、ローカルバッファ18、ミキサ19、第2VGA20、HPA21、受信信号強度検出回路(Received Signal Strength Indicator;略称:RSSI)41およびカップラ42を備えて構成される。
The semiconductor integrated circuit for
本実施の形態の通信用半導体集積回路40は、HPA21から出力されるRF信号を、カップラ42を介して電磁結合によって位相検出回路31に与えるとともに、前記RF信号をRSSI41に与えるように構成される。RSSI41は、HPA21から出力され、カップラ42を介して与えられるRF信号の信号強度、換言すればRF信号のパワーを検出する。
The communication semiconductor integrated
本実施の形態の位相検出回路31には、分周器17から与えられるLO信号と、HPA21からカップラ42を介して与えられるRF信号とが入力される。したがって本実施の形態では、位相検出回路31、位相調整回路32、ローカルバッファ18、ミキサ19、第2VGA20およびHPA21によって、通信用半導体集積回路40における出力信号の位相を調整するループを形成している。位相検出回路31は、RF信号とLO信号との位相差として、HPA21によって増幅されたRF信号と、LO信号との位相差を検出する。
The
以上のように本実施の形態では、位相検出回路31は、HPA21から出力されるRF信号をカップラ42を介して取込み、HPA21で増幅されたRF信号とLO信号との位相差を検出する。
As described above, in the present embodiment, the
通信用半導体集積回路40がトランシーバLSI、すなわち無線通信用LSIである場合、送信系の最終段に、高出力電力増幅器であるHPA21が装備される。このHPA21も、ばらつきを持っており、温度変化などで、HPA21を通過可能なRF信号の位相である通過位相が変化すると、RF信号の位相が、時間軸上で変化することになる。したがって、HPA21にも位相変化量の割り当てとマージンとを持たせておく必要があるが、これは、トランシーバLSI全体としての位相変化量の許容範囲を減少させることになるので、仕様が厳しくなるという問題がある。
When the communication semiconductor integrated
本実施の形態では、HPA21の出力信号を位相検出回路31に入力する構成にしているので、HPA21を含む送信系全体での出力信号の位相の補正が可能となる。したがって、位相変化量の仕様を緩和するとともに、出力信号の位相精度を向上させることができる。
In the present embodiment, since the output signal of the
また本実施の形態のように、DAC13などが設けられる半導体チップの外部にHPA21が設けられる場合に、半導体チップ外の信号である外部信号、具体的にはHPA21の出力信号を半導体チップ内に入力することによって、半導体チップ内の信号だけではなく、外部信号に対しても出力信号の位相を一定にすることが可能となる。
When the
<第3の実施の形態>
図8は、本発明の第3の実施の形態である通信用半導体集積回路45の構成を示すブロック図である。通信用半導体集積回路45は、図7に示す通信用半導体集積回路40と同様に、通信回路であり、より詳細には、携帯電話機などの無線通信装置に搭載され、基地局などの受信側通信装置に送信信号を送信する送信回路を含む無線通信用LSIである。図8に示す通信用半導体集積回路45の構成は、図7に示す通信用半導体集積回路40の構成と類似しているので、異なる部分についてのみ説明し、対応する部分には同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a communication semiconductor integrated
通信用半導体集積回路45は、DAC13、LPF14、第1VGA15、局部発振器16、分周器17、位相検出回路31、イコライザ46、ローカルバッファ18、ミキサ19、第2VGA20、HPA21、RSSI41およびカップラ42を備えて構成される。
The communication semiconductor integrated
通信用半導体集積回路45では、図7に示す通信用半導体集積回路40の位相調整回路32に代えて、イコライザ46を備えて構成される。イコライザ46は、ローカルバッファ18と並列に接続されている。位相検出回路31から出力される位相差信号は、イコライザ46に入力される。またイコライザ46には、分周器17から出力されるLO信号が入力される。
The communication semiconductor integrated
イコライザ46は、位相調整手段に相当し、位相検出回路31から与えられる位相差信号に基づくLO信号の位相とRF信号の位相との差、すなわちLO信号とRF信号との位相差に基づいて、RF信号の位相がLO信号の位相と等しくなるように、RF信号の位相を調整する。具体的には、イコライザ46は、RF信号の位相とLO信号の位相とが等しくなるように、ローカルバッファ18から与えられるLO信号の位相を調整して、ローカルバッファ18にフィードバックすることによって、RF信号の位相を調整する。
The
さらに具体的に述べると、イコライザ46は、周波数特性を調整する機能を有しており、周波数特性を調整することによってLO信号の遅延時間を変更することが可能である。したがってイコライザ46は、図7に示す通信用半導体集積回路40の位相調整回路32と同様にして、LO信号の位相を調整することが可能である。イコライザ46によって位相が調整されたLO信号は、ローカルバッファ18を介して、ミキサ19に入力される。
More specifically, the
以上のように本実施の形態では、図7に示す通信用半導体集積回路40の位相調整回路32に代えて、イコライザ46が設けられ、イコライザ46によってRF信号の位相が調整される。このようにイコライザ46を用いても、位相調整回路32を用いた第1および第2の実施の形態と同様に、RF信号の位相をLO信号を基準とした一定の範囲内に収めることができる。したがって、第1および第2の実施の形態と同様に、第1VGA15、第2VGA20またはHPA21のゲインが変更された場合でも、またプロセスばらつきなどのばらつきがある場合でも、RF信号の位相を、その変化量が一定の許容範囲内に収まるように補正することができるので、回路設計の幅をひろげることができ、また歩留まりを向上させることができる。
As described above, in this embodiment, an
前述の第2および第3の実施の形態では、図3に示す位相検出回路31が用いられるが、図3に示す位相検出回路31に代えて、図5に示す他の位相検出回路31Aが用いられてもよい。この場合、他の位相検出回路31Aには、RF信号として、HPA21の出力信号が入力される。HPA21の出力レベルは、20dBm〜30dBm、すなわち100mW〜1Wと大きいので、他の位相検出回路31Aに入るRF信号の入力レベルを、カップラ42、減衰器などで信号レベルを低下させて、ロジックレベルに調節することが必要である。これによって、ディジタル信号として扱うことが可能になる。
In the second and third embodiments described above, the
第2および第3の実施の形態においても他の位相検出回路31Aを用い、位相検出器をディジタル回路で構成することによって、位相検出回路を簡略化することができるので、位相検出回路のチップにおける占有面積および消費電流の削減が可能となる。
Also in the second and third embodiments, the phase detection circuit can be simplified by using another
1,30,40,45 通信用半導体集積回路、11 テーブル記憶部、12,32 位相調整回路、13 DAC、14 LPF、15 第1可変利得増幅器、16 局部発振器、17 分周器、18 ローカルバッファ、19 ミキサ、20 第2可変利得増幅器、21 高出力増幅器、31,31A 位相検出回路、35 位相検出器、36 ADC、37 デコーダ、38 リミッタ増幅器、39 ディジタル型位相検出器、41 RSSI、42 カップラ、46 イコライザ。
1, 30, 40, 45 Communication semiconductor integrated circuit, 11 Table storage unit, 12, 32 Phase adjustment circuit, 13 DAC, 14 LPF, 15 First variable gain amplifier, 16 Local oscillator, 17 Divider, 18 Local buffer , 19 mixer, 20 second variable gain amplifier, 21 high power amplifier, 31, 31A phase detection circuit, 35 phase detector, 36 ADC, 37 decoder, 38 limiter amplifier, 39 digital type phase detector, 41 RSSI, 42
Claims (6)
前記送信信号と、予め定める基準信号との位相差を検出する位相検出手段と、
前記位相検出手段によって検出される前記位相差に基づいて、前記送信信号の位相と前記基準信号の位相とが等しくなるように、前記送信信号の位相を調整する位相調整手段とを備えることを特徴とする通信回路。 Transmission signal generating means for generating a transmission signal representing transmission information to be transmitted;
Phase detection means for detecting a phase difference between the transmission signal and a predetermined reference signal;
Phase adjustment means for adjusting the phase of the transmission signal so that the phase of the transmission signal is equal to the phase of the reference signal based on the phase difference detected by the phase detection means. Communication circuit.
前記基準信号は、前記搬送波信号であり、
前記位相調整手段は、前記送信信号の位相と前記搬送波信号の位相とが等しくなるように、前記搬送波信号の位相を調整することによって、前記送信信号の位相を調整することを特徴とする請求項1に記載の通信回路。 The transmission signal generation means generates the transmission signal by mixing a baseband signal generated based on the transmission information and a carrier wave signal for carrying the transmission information,
The reference signal is the carrier signal;
The phase adjusting means adjusts the phase of the transmission signal by adjusting the phase of the carrier signal so that the phase of the transmission signal is equal to the phase of the carrier signal. The communication circuit according to 1.
前記位相検出手段は、前記位相差として、前記可変利得増幅手段によって増幅された前記送信信号と、前記基準信号との位相差を検出することを特徴とする請求項1または2に記載の通信回路。 Variable gain amplifying means for amplifying the transmission signal generated by the transmission signal generating means with a gain according to a changeable set value;
The communication circuit according to claim 1, wherein the phase detection unit detects a phase difference between the transmission signal amplified by the variable gain amplification unit and the reference signal as the phase difference. .
前記位相検出手段は、前記位相差として、前記高出力増幅手段によって増幅された前記送信信号と、前記基準信号との位相差を検出することを特徴とする請求項1または2に記載の通信回路。 High-power amplification means for amplifying and outputting the transmission signal generated by the transmission signal generation means,
The communication circuit according to claim 1, wherein the phase detection unit detects a phase difference between the transmission signal amplified by the high output amplification unit and the reference signal as the phase difference. .
前記位相調整手段は、前記ギルバートセル型位相検出器から出力される前記位相差信号に基づいて、前記送信信号の位相を調整することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の通信回路。 The phase detection means includes a Gilbert cell type phase detector that outputs a phase difference signal corresponding to a phase difference between the transmission signal and the reference signal,
The said phase adjustment means adjusts the phase of the said transmission signal based on the said phase difference signal output from the said Gilbert cell type | mold phase detector, It is any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Communication circuit.
前記位相検出手段は、
前記送信信号と前記基準信号とをディジタル信号に変換する変換部と、
前記変換部によって変換された前記送信信号と、前記変換部によって変換された前記基準信号との位相差に応じた位相差信号を出力するディジタル型位相検出器とを含み、
前記位相調整手段は、前記ディジタル型位相検出器から出力される前記位相差信号に基づいて、前記送信信号の位相を調整することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の通信回路。 The transmission signal and the reference signal are analog signals,
The phase detection means includes
A converter for converting the transmission signal and the reference signal into a digital signal;
A digital phase detector that outputs a phase difference signal corresponding to a phase difference between the transmission signal converted by the conversion unit and the reference signal converted by the conversion unit;
The said phase adjustment means adjusts the phase of the said transmission signal based on the said phase difference signal output from the said digital type | mold phase detector, It is any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Communication circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015515174A (en) * | 2012-02-27 | 2015-05-21 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | RF beamforming in phased array applications |
-
2008
- 2008-06-18 JP JP2008158966A patent/JP2010004112A/en active Pending
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