JP2010021826A - 半導体集積回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の抵抗及び複数のコンデンサを含む信号処理回路を内蔵する半導体集積回路において、信号処理回路において用いられる抵抗及びコンデンサの時定数を正確に設定する。
【解決手段】この半導体集積回路は、複数の可変抵抗回路及び複数のコンデンサを含む信号処理回路と、第1の可変抵抗回路と第1のコンデンサとによって構成されるローパスフィルタ、及び、第2のコンデンサと第2の可変抵抗回路とによって構成されるハイパスフィルタを含み、所定の周波数を有する基準信号をローパスフィルタ及びハイパスフィルタに入力して得られる2つの出力信号に基づいて、該2つの出力信号のレベルがほぼ等しくなるように第1及び第2の可変抵抗回路の抵抗値を制御する1組の制御信号を生成し、該1組の制御信号を用いて信号処理回路における複数の可変抵抗回路の抵抗値を設定する定数設定回路とを具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数の抵抗及び複数のコンデンサを含む信号処理回路を内蔵する半導体集積回路に関し、特に、無線通信において高周波の受信信号を処理する半導体集積回路に関する。
GPS(全地球測位システム)用のレシーバや携帯電話器や無線LAN(ローカルエリア・ネットワーク)端末等の無線通信機器において、高周波の受信信号を処理する半導体集積回路(RFIC)が用いられている。例えば、ディジタル無線通信用のスーパーヘテロダイン受信機を構成するRFICにおいては、受信信号の周波数変換に伴うイメージ妨害波を抑圧するために、複数の抵抗及び複数のコンデンサによって構成されるチャンネルフィルタが設けられている。しかしながら、半導体集積回路においては、抵抗やコンデンサの値がばらつくので、チャンネルフィルタの特性をどのようにして調整するかが問題となる。
関連する技術として、特許文献1には、高性能で広帯域なイメージ抑圧が可能なディジタル受信機を提供するために、可変移相器と、振幅整合型ポリフェーズフィルタと、多段ポリフェーズフィルタとを組み合わせて位相振幅補正機能を有する位相振幅整合型ポリフェーズフィルタが開示されている。振幅整合型ポリフェーズフィルタは、4個の抵抗及び4個の容量の値を、振幅誤差を考慮して設定することにより、振幅誤差補正を行う。また、多段ポリフェーズフィルタの出力を互いに加算減算処理することにより、イメージ信号電力が最小になるように振幅整合型ポリフェーズフィルタが制御される。しかしながら、フィルタ回路の特性としては、イメージ信号電力のみならず、出力信号の振幅及び位相を考慮しなければならないので、イメージ信号電力が最小になるように制御を行うことが必ずしも適しているとは限らない。
特開2001−45080号公報(第1、4頁、図1)
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、複数の抵抗及び複数のコンデンサを含む信号処理回路を内蔵する半導体集積回路において、信号処理回路において用いられる抵抗及びコンデンサの時定数を正確に設定することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点に係る半導体集積回路は、複数の可変抵抗回路及び複数のコンデンサを含む信号処理回路と、第1の可変抵抗回路と第1のコンデンサとによって構成されるローパスフィルタ、及び、第2のコンデンサと第2の可変抵抗回路とによって構成されるハイパスフィルタを含み、所定の周波数を有する基準信号をローパスフィルタ及びハイパスフィルタに入力して得られる2つの出力信号に基づいて、該2つの出力信号のレベルがほぼ等しくなるように第1及び第2の可変抵抗回路の抵抗値を制御する1組の制御信号を生成し、該1組の制御信号を用いて信号処理回路における複数の可変抵抗回路の抵抗値を設定する定数設定回路とを具備する。
また、本発明の第2の観点に係る半導体集積回路は、複数の抵抗及び複数の可変容量回路を含む信号処理回路と、第1の抵抗と第1の可変容量回路とによって構成されるローパスフィルタ、及び、第2の可変容量回路と第2の抵抗とによって構成されるハイパスフィルタを含み、所定の周波数を有する基準信号をローパスフィルタ及びハイパスフィルタに入力して得られる2つの出力信号に基づいて、該2つの出力信号のレベルがほぼ等しくなるように第1及び第2の可変容量回路の容量値を制御する1組の制御信号を生成し、該1組の制御信号を用いて信号処理回路における複数の可変容量回路の容量値を設定する定数設定回路とを具備する。
ここで、複数の可変容量回路の各々が、第1のコンデンサと第2のコンデンサとの間にMOSトランジスタのゲートとソース及びドレインとを接続して構成され、MOSトランジスタのゲートとソース及びドレインとの間に1組の制御信号が印加されるようにしても良い。
以上において、定数設定回路が、基準信号を生成する基準信号生成回路と、ローパスフィルタの出力信号を整流する第1の整流回路と、ハイパスフィルタの出力信号を整流する第2の整流回路と、第1及び第2の整流回路の出力信号をそれぞれ平滑して1組の制御信号を生成する第1及び第2の平滑回路とをさらに含むようにしても良い。
また、半導体集積回路が、アンテナによって受信された受信信号を増幅する増幅回路と、互いに直交する位相を有する第1及び第2の局部発振信号を生成する局部発振信号生成回路と、局部発振信号生成回路によって生成される第1の局部発振信号を用いて、増幅回路によって増幅された受信信号をダウンコンバートして第1の信号を生成する第1のミキサ回路と、局部発振信号生成回路によって生成される第2の局部発振信号を用いて、増幅回路によって増幅された受信信号をダウンコンバートして第2の信号を生成する第2のミキサ回路とをさらに具備し、信号処理回路が、第1及び第2の信号及びそれらを反転した信号に対してポリフェーズフィルタ処理を施すようにしても良い。
本発明によれば、所定の周波数を有する基準信号をローパスフィルタ及びハイパスフィルタに入力して得られる2つの出力信号に基づいて1組の制御信号を生成し、該1組の制御信号を用いて信号処理回路における複数の可変抵抗回路の抵抗値又は複数の可変容量回路の容量値を設定するので、信号処理回路において用いられる抵抗及びコンデンサの時定数を正確に設定することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路の構成を示すブロック図である。図1に示すように、この半導体集積回路20は、アンテナ10によって受信されたRF(高周波)の受信信号を増幅するフロントエンドの増幅回路21と、互いに直交する位相を有する第1の局部発振信号(I相)及び第2の局部発振信号(Q相)を生成する局部発振信号生成回路22と、第1の局部発振信号を用いて、増幅回路21によって増幅された受信信号をIF(中間周波)のI信号にダウンコンバートするミキサ回路23と、第2の局部発振信号を用いて、増幅回路21によって増幅された受信信号をIF(中間周波)のQ信号にダウンコンバートするミキサ回路24と、ミキサ回路23及び24にそれぞれ接続されたローパスフィルタ(LPF)25及び26と、I信号及びQ信号に含まれているイメージ妨害波を抑圧することにより出力信号を生成するポリフェーズフィルタ27と、ポリフェーズフィルタ27において用いられる抵抗又はコンデンサの値を設定する定数設定回路28とを含んでいる。
図2は、図1に示すポリフェーズフィルタの第1の具体例を示す図である。図2に示すように、ポリフェーズフィルタ27は、「−1」のゲインを有する反転増幅器A1及びA2と、CRフィルタ群30と、減算器31及び32とを含んでいる。
反転増幅器A1は、I信号(cosωt)を反転して反転I信号(−cosωt)を生成する。また、反転増幅器A2は、Q信号(sinωt)を反転して反転Q信号(−sinωt)を生成する。
CRフィルタ群30は、各チャンネルについて少なくとも1段のCRフィルタによって構成されるが、図2には、各チャンネルについて4段のCRフィルタによって構成される例が示されている。これらのCRフィルタは、可変抵抗回路(ボルテージ・コントロールド・レジスタ:電圧制御抵抗)R11〜R14と、コンデンサC11〜C14とを含んでいる。
各チャンネルについて複数段のCRフィルタが設けられる場合に、各段のCRフィルタの時定数CiRiは、時定数CiRiによって定まるカットオフ周波数(2πCiRi)−1が周波数軸(対数スケール)において等間隔となるように設定されることが望ましい。第1の具体例においては、可変抵抗回路R11〜R14が同一の抵抗値を有するように制御されるので、コンデンサC11〜C14の容量を変えることにより、それぞれのカットオフ周波数が設定される。
減算器31は、第1チャンネルのCRフィルタの出力信号と第2チャンネルのCRフィルタの出力信号との間で減算を行うことにより、出力信号Aを生成する。また、減算器32は、第3チャンネルのCRフィルタの出力信号と第4チャンネルのCRフィルタの出力信号との間で減算を行うことにより、出力信号Bを生成する。出力信号A及びBは、差動出力信号を構成する。
図3は、図1に示す定数設定回路の第1の具体例を示す図である。定数設定回路28は、所定の周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成回路40と、可変抵抗回路R31とコンデンサC31とによって構成されるローパスフィルタ41と、コンデンサC32と可変抵抗回路R32とによって構成されるハイパスフィルタ42と、ローパスフィルタ41の出力信号を整流する整流回路43と、ハイパスフィルタ42の出力信号を整流する整流回路44と、整流回路43及び44の出力信号をそれぞれ平滑して1組の制御信号S1及びS2を生成する平滑回路としてのLPF45及び46とを含んでいる。
図2及び図3に示す可変抵抗回路の抵抗値は、制御信号S1の電位と制御信号S2の電位との差とほぼ線形関係にあり、電圧(S1−S2+α)とほぼ比例する。従って、定数設定回路28は、基準信号生成回路40によって生成される基準信号をローパスフィルタ41及びハイパスフィルタ42に入力して得られる2つの出力信号に基づいて、該2つの出力信号のレベルがほぼ等しくなるように可変抵抗回路R31及びR32の抵抗値を制御する制御信号S1及びS2を生成する。また、定数設定回路28は、そのようにして生成された制御信号S1及びS2を用いて、ポリフェーズフィルタ27における複数の可変抵抗回路の抵抗値Riを設定する。
半導体集積回路においては、抵抗やコンデンサの値がばらつくが、複数の抵抗間におけるばらつきの方向及び程度はほぼ同一であり、複数のコンデンサ間におけるばらつきの方向及び程度もほぼ同一である。従って、可変抵抗回路R31及びR32の抵抗値をほぼ同一とし、コンデンサC31及びC32の容量値をほぼ同一とすることができる。
また、ローパスフィルタ41及びハイパスフィルタ42の出力信号のレベルがほぼ等しくなるときには、基準信号の周波数において、可変抵抗回路R31及びR32のインピーダンスとコンデンサC31及びC32のインピーダンス(絶対値)とが等しくなっており、その時定数は、次式に示すように、基準信号の周波数fによって定められる。
R=(2πfC)−1
CR=(2πf)−1
そのようにして生成された制御信号S1及びS2を用いて、ポリフェーズフィルタ27における複数の可変抵抗回路の抵抗値Riを制御することにより、各段のCRフィルタにおけるカットオフ周波数fiが定められる。
fi=(2πCiRi)−1
その結果、各段のCRフィルタにおけるカットオフ周波数fiは、基準信号の周波数fによって定められることになり、抵抗やコンデンサの値のばらつきが補正される。
図4は、図3に示す整流回路及びLPFの具体例を示す図である。図4に示すように、整流回路43及び44の各々は、電流出力型の差動増幅器(トランス・コンダクタンス・アンプリファイア)A3と、整流用のダイオードD1とによって構成される。また、LPF45及び46の各々は、抵抗R20と、コンデンサC20とによって構成される。
差動増幅器A3の非反転入力端子には、図3に示すローパスフィルタ41又はハイパスフィルタ42から信号VINが入力され、差動増幅器A3の反転入力端子には、参照電位VREFが入力される。差動増幅器A3の出力電流によって発生する電圧の内で負の半サイクルはダイオードD1によってクランプされ、正の半サイクルが抵抗R20及びコンデンサC20によって平滑されて、制御信号S1又はS2が生成される。
図5は、図1に示すポリフェーズフィルタの第2の具体例を示す図である。図5に示すように、第2の具体例においては、図2に示す第1の具体例におけるCRフィルタ群30の替わりに、CRフィルタ群30aが設けられている。その他の点に関しては、第1の具体例と同様である。
CRフィルタ群30aは、各チャンネルについて少なくとも1段のCRフィルタによって構成されるが、図5には、各チャンネルについて4段のCRフィルタによって構成される例が示されている。これらのCRフィルタは、抵抗R21〜R24と、可変容量回路(ボルテージ・コントロールド・キャパシタ:電圧制御コンデンサ)C21〜C24とを含んでいる。
各チャンネルについて複数段のCRフィルタが設けられる場合に、各段のCRフィルタの時定数CiRiは、時定数CiRiによって定まるカットオフ周波数(2πCiRi)−1が周波数軸(対数スケール)において等間隔となるように設定されることが望ましい。第2の具体例においては、可変容量回路C21〜C24が同一の容量値となるように制御されるので、抵抗R21〜R24の抵抗値を変えることにより、それぞれのカットオフ周波数が設定される。
図6は、図1に示す定数設定回路の第2の具体例を示す図である。定数設定回路28は、所定の周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成回路40と、抵抗R41と可変容量回路C41とによって構成されるローパスフィルタ41aと、可変容量回路C42と抵抗R42とによって構成されるハイパスフィルタ42aと、ローパスフィルタ41aの出力信号を整流する整流回路43と、ハイパスフィルタ42aの出力信号を整流する整流回路44と、整流回路43及び44の出力信号をそれぞれ平滑して1組の制御信号S1及びS2を生成する平滑回路としてのLPF45及び46とを含んでいる。
図7は、図5及び図6に示す可変容量回路の具体例を示す図である。図7に示すように、可変容量回路は、コンデンサCとコンデンサCとの間にPチャネルMOSトランジスタQ1のゲートGとソースS及びドレインDとを接続して構成され、トランジスタQ1のゲートGとソースS及びドレインDとの間に制御信号S1及びS2が印加される。なお、可変容量回路としては、PチャネルMOSトランジスタ以外にも、NチャネルMOSトランジスタやバラクタダイオードを用いることができる。
図5〜図7に示す可変容量回路の容量値は、制御信号S1の電位と制御信号S2の電位との差とほぼ線形関係にあり、電圧(S1−S2+α)とほぼ比例する。従って、定数設定回路28は、基準信号生成回路40によって生成される基準信号をローパスフィルタ41a及びハイパスフィルタ42aに入力して得られる2つの出力信号に基づいて、該2つの出力信号のレベルがほぼ等しくなるように、可変容量回路C41及びC42の容量値を制御する制御信号S1及びS2を生成する。また、定数設定回路28は、そのようにして生成された制御信号S1及びS2を用いて、ポリフェーズフィルタ27における複数の可変容量回路の容量値Ciを設定する。
半導体集積回路においては、抵抗やコンデンサの値がばらつくが、複数の抵抗間におけるばらつきの方向及び程度はほぼ同一であり、複数のコンデンサ間におけるばらつきの方向及び程度もほぼ同一である。従って、抵抗R41及びR42の抵抗値をほぼ同一とし、可変容量回路C41及びC42の容量値をほぼ同一とすることができる。
また、ローパスフィルタ41a及びハイパスフィルタ42aの出力信号のレベルがほぼ等しくなるときには、基準信号の周波数において、抵抗R41及びR42のインピーダンスと可変容量回路C41及びC42のインピーダンス(絶対値)とが等しくなっており、その時定数は、次式に示すように、基準信号の周波数fによって定められる。
R=(2πfC)−1
CR=(2πf)−1
そのようにして生成された制御信号S1及びS2を用いて、ポリフェーズフィルタ27における複数の可変容量回路の容量値Ciを制御することにより、各段のCRフィルタにおけるカットオフ周波数fiが定められる。
fi=(2πCiRi)−1
その結果、各段のCRフィルタにおけるカットオフ周波数fiは、基準信号の周波数fによって定められることになり、抵抗やコンデンサの値のばらつきが補正される。
以上においては、ポリフェーズフィルタにおける時定数を設定する場合について説明したが、本発明は、複数の可変抵抗回路及び複数のコンデンサを含む信号処理回路、又は、複数の抵抗及び複数の可変容量回路を含む信号処理回路における時定数を設定するために用いることが可能である。
図8は、本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路において用いられる信号処理回路を示す図である。この信号処理回路は、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタとしても利用することができるし、図1に示す局部発振信号生成回路22におけるπ/2移相器としても利用することができる。図8において、可変抵抗回路R1とコンデンサC1とがローパスフィルタを構成し、コンデンサC2と可変抵抗回路R2とがハイパスフィルタを構成する。可変抵抗回路R1及びR2の値を設定するために、図3に示す定数設定回路から制御信号S1及びS2が供給される。なお、図8において、可変抵抗回路の替わりに固定抵抗を用い、コンデンサの替わりに可変容量回路を用いるようにしても良い。その場合には、図6に示す定数設定回路が用いられる。
図9Aは、図8に示す信号処理回路における周波数振幅特性を示す図である。図3に示す定数設定回路において、基準信号生成回路40によって生成される基準信号の周波数を1MHz、2MHz、3MHz、4MHz、5MHzと変化させることにより、図8に示す信号処理回路のローパスフィルタ及びハイパスフィルタのカットオフ周波数がそれに追従して変化する。
図9Bは、図8に示す信号処理回路における周波数位相差特性を示す図である。図9Bにおいては、図8に示す信号処理回路のハイパスフィルタから出力される信号とローパスフィルタから出力される信号との位相差が示されている。図3に示す定数設定回路において、基準信号生成回路40によって生成される基準信号の周波数を1MHz、2MHz、3MHz、4MHz、5MHzと変化させても、図8に示す信号処理回路によれば、広い周波数帯域においてほぼ90°の位相差が得られる。
本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路の構成を示すブロック図。 図1に示すポリフェーズフィルタの第1の具体例を示す図。 図1に示す定数設定回路の第1の具体例を示す図。 図3に示す整流回路及びLPFの具体例を示す図。 図1に示すポリフェーズフィルタの第2の具体例を示す図。 図1に示す定数設定回路の第2の具体例を示す図。 図5及び図6に示す可変容量回路の具体例を示す図。 本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路において用いられる信号処理回路を示す図。 図8に示す信号処理回路における周波数振幅特性を示す図。 図8に示す信号処理回路における周波数位相差特性を示す図。
符号の説明
10 アンテナ、 20 半導体集積回路、 21 増幅回路、 22 局部発振信号生成回路、 23、24 ミキサ回路、 25、26 LPF、 27 ポリフェーズフィルタ、 28 定数設定回路、 30、30a CRフィルタ群、 31、32 減算器、 40 基準信号生成回路、 41、41a ローパスフィルタ、 42、42a ハイパスフィルタ、 43、44 整流回路、 45、46 LPF、 R1〜R14、R31、R32 可変抵抗回路、 R20〜R24、R41、R42 抵抗、 C1〜C14、C20、C31、C32、C、C コンデンサ、 C21〜C24、C41、C42 可変容量回路、 A1、A2 反転増幅器、 A3 差動増幅器、 D1 ダイオード、 Q1 PチャネルMOSトランジスタ

Claims (5)

  1. 複数の可変抵抗回路及び複数のコンデンサを含む信号処理回路と、
    第1の可変抵抗回路と第1のコンデンサとによって構成されるローパスフィルタ、及び、第2のコンデンサと第2の可変抵抗回路とによって構成されるハイパスフィルタを含み、所定の周波数を有する基準信号を前記ローパスフィルタ及び前記ハイパスフィルタに入力して得られる2つの出力信号に基づいて、該2つの出力信号のレベルがほぼ等しくなるように前記第1及び第2の可変抵抗回路の抵抗値を制御する1組の制御信号を生成し、該1組の制御信号を用いて前記信号処理回路における前記複数の可変抵抗回路の抵抗値を設定する定数設定回路と、
    を具備する半導体集積回路。
  2. 複数の抵抗及び複数の可変容量回路を含む信号処理回路と、
    第1の抵抗と第1の可変容量回路とによって構成されるローパスフィルタ、及び、第2の可変容量回路と第2の抵抗とによって構成されるハイパスフィルタを含み、所定の周波数を有する基準信号を前記ローパスフィルタ及び前記ハイパスフィルタに入力して得られる2つの出力信号に基づいて、該2つの出力信号のレベルがほぼ等しくなるように前記第1及び第2の可変容量回路の容量値を制御する1組の制御信号を生成し、該1組の制御信号を用いて前記信号処理回路における前記複数の可変容量回路の容量値を設定する定数設定回路と、
    を具備する半導体集積回路。
  3. 前記複数の可変容量回路の各々が、第1のコンデンサと第2のコンデンサとの間にMOSトランジスタのゲートとソース及びドレインとを接続して構成され、前記MOSトランジスタのゲートとソース及びドレインとの間に前記1組の制御信号が印加される、請求項2記載の半導体集積回路。
  4. 前記定数設定回路が、
    前記基準信号を生成する基準信号生成回路と、
    前記ローパスフィルタの出力信号を整流する第1の整流回路と、
    前記ハイパスフィルタの出力信号を整流する第2の整流回路と、
    前記第1及び第2の整流回路の出力信号をそれぞれ平滑して前記1組の制御信号を生成する第1及び第2の平滑回路と、
    をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項記載の半導体集積回路。
  5. アンテナによって受信された受信信号を増幅する増幅回路と、
    互いに直交する位相を有する第1及び第2の局部発振信号を生成する局部発振信号生成回路と、
    前記局部発振信号生成回路によって生成される第1の局部発振信号を用いて、前記増幅回路によって増幅された受信信号をダウンコンバートして第1の信号を生成する第1のミキサ回路と、
    前記局部発振信号生成回路によって生成される第2の局部発振信号を用いて、前記増幅回路によって増幅された受信信号をダウンコンバートして第2の信号を生成する第2のミキサ回路と、
    をさらに具備し、前記信号処理回路が、前記第1及び第2の信号及びそれらを反転した信号に対してポリフェーズフィルタ処理を施す、請求項1〜4のいずれか1項記載の半導体集積回路。
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