JP2010272913A - 送信機およびそれを使用される半導体集積回路 - Google Patents

送信機およびそれを使用される半導体集積回路 Download PDF

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由一 杉山
Yusaku Katsube
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Abstract

【課題】送信機の帯域外の不要輻射を軽減すること。
【解決手段】送信機は、送信用の発振器11、分周器10、変調器Tx−Mix、演算増幅器OPAを含むバンドギャップ基準電圧回路BGR、第1と第2バイアス回路1st_BC、2nd_BC、コントローラ61を具備する。第1バイアス回路1st_BCは、BGRの基準電圧VREFにより安定化された第1バイアス電圧を生成する。第2バイアス回路2nd_BCは第1と第2分圧素子を含み、第2バイアス電圧を生成する。発振器11の差動信号は、容量Cin1、2を介し分周器10の差動入力端子に供給される。第1と第2のバイアス電圧が、分周器10の差動入力に供給される。第1動作モードでコントローラ61は、第1バイアス回路と第2バイアス回路を活性状態と非活性状態に制御する。第2動作モードで第1と第2バイアス回路は逆の状態に制御される。
【選択図】図1

Description

本発明は、送信機(トランスミッタ)およびそれを使用される半導体集積回路に関し、特に、帯域外の不要輻射(Spurious Emission)のを軽減するのに有効な技術に関するものである。
世界中のどんな場所でも無線通信すると言う携帯電話端末等の通信端末機器の能力であるユビキタス・カバレージは、今日現実のものではなく、現在開発が進められている。
これらのモバイルシステムは、GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、DCS、PCSのセルラーを含んでいる。これらのシステムの特性は、一定包落線と包落線変化との信号、時分割とコード分割とのマルチプレックスの広範囲な組み合わせのマルチバンド、マルチモードへの要望が、大きくなっている。尚、GSMはGlobal System for Mobile Communicationの略であり、GPRSはGeneral Packet Radio Serviceの略である。EDGEは、Enhanced Data for GSM Evolution; Enhanced Data for GPRSの略である。WCDMAは、Wideband Code Division Multiple Accessの略である。DCSは、Digital Cellular Systemの略である。PCSは、Personal Communication Systemの略である。
下記非特許文献1には、世界規模の使用のための2100、1900、850/800MHzのトライ・バンドの第3世代セルラートランシーバー用集積回路(IC)が記載されている。このRFトランシーバーは、トライ・バンド・WCDMAとクワッド・バンド・GSM/EDGEとのベースバンド信号処理ICを集積化している。また、下記非特許文献1には、3GPPが提唱する下記6個の周波数帯が記載されている。尚、3GPPは、3-rd Generation Partnership Projectの略である。
バンド アップリンク ダウンリンク 単位 地域
Band1:1920〜1980 2110〜2170 MHz 欧州
Band2:1850〜1910 1930〜1990 MHz 米国
Band3:1710〜1785 1805〜1880 MHz 欧州
Band4:1710〜1755 2110〜2155 MHz 米国
Band5: 824〜 849 869〜 894 MHz 米国
Band6: 830〜 840 875〜 885 MHz 日本
下記非特許文献2には、アナログシステムに使用されるバンドギャップ基準電圧回路では、基準電圧回路に内蔵された演算増幅器の1/f雑音が基準電圧回路に内蔵された2個の抵抗の比によって増幅されることが記載されている。このバンドギャップ基準電圧回路では、演算増幅器の反転入力端子と接地電位との間にはトランジスタサイズ1の第1のバイポーラトランジスタが接続される一方、演算増幅器の非反転入力端子と接地電位との間にはトランジスタサイズn(n>1)の第2のバイポーラトランジスタと第1の抵抗が直列に接続されている。演算増幅器の出力端子に第1と第2のPチャンネルMOSトランジスタのゲートが接続され、第1と第2のPチャンネルMOSトランジスタのソースには電源電圧が供給される。また、第1のPチャンネルMOSトランジスタのドレインは演算増幅器の反転入力端子と第1のバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、第2のPチャンネルMOSトランジスタのドレインは第2の抵抗を介して演算増幅器の反転入力端子と第1のバイポーラトランジスタのエミッタに接続される。第1の第2のバイポーラトランジスタのベースとコレクタとは接地電位に接続され、第2のPチャンネルMOSトランジスタのドレインと第2の抵抗との接続点から、基準出力電圧が生成される。
一方、下記非特許文献3には、3GPPが提唱する無線送受信の規格が記載されている。この規格の6.6.3章には、送信機(トランスミッタ)の帯域外の不要輻射(Spurious Emission)の仕様が記載されている。
Daniel L. Kaczman et al, "A Single−Chip Tri−Band(2100,1900,850/800MHz) WCDMA/HSDPA Cellular Transceiver", IEEE JOURNAL OF SOLID−STATE CIRCUITS, VOL.41, NO.5, MAY 2006, PP.1122−1132. Yueming Jiang et al, "A Low Voltage 1/f Noise CMOS Bandgap Reference", IEEE International Symposium on Circuits and Sytems, 2005 23〜25 May 2005 PP.3877〜3880. 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; User Equipement (UE) radio transmission and reception (FDD)(Release 8) 3GPP TS 25,101 V8.3.0(2008−05)http://www.quintillion.co.jp/3GPP/Specs/25101−830.pdf#search=‘3GPPTS25,101’ [平成21年04月06日検索]
本発明者等は本発明に先立って、WCDMAの通信機能をサポートする携帯端末機器に搭載される通信用半導体集積回路の送受信機(トランシーバー)の、特に、送受信機(トランシーバー)の送信機(トランスミッタ)の研究・開発に従事した。
特に、本発明に先立った本発明者等による送信機(トランスミッタ)の研究・開発では、上記非特許文献3に記載の規格の帯域外の不要輻射(Spurious Emission)の仕様を達成することが困難となった。
本発明に先立って本発明者等がその原因を検討したところ、送信機(トランスミッタ)の送信キャリア信号生成のための周波数シンセサイザに使用されるバンドギャップ基準電圧回路に内蔵の演算増幅器の1/f雑音に起因することが明らかとされた。
送信機の送信キャリア信号生成のための周波数シンセサイザでは、送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)からの発振出力信号は分周器の入力端子に供給される。分周器の出力から生成される位相0°の第1の送信RFキャリア信号と位相90°の第2のRF送信キャリア信号とは、直交変調器の第1の送信ミキサと第2の送信ミキサとにそれぞれ供給される。また同相成分(I)の送信ベースバンド信号(Tx_I)と直交成分(Q)の送信ベースバンド信号(Tx_IQ)が直交変調器の第1の送信ミキサと第2の送信ミキサとにそれぞれ供給され、第1の送信ミキサの出力と第2の送信ミキサの出力とに接続された加算器の出力端子からはベクトル合成されたRF送信信号が生成される。また送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)からの発振差動出力信号は結合容量を介して分周器の差動入力端子に供給され、分周器の差動入力端子はバンドギャップ基準電圧回路によって生成される基準電流に基づきバイアス回路で生成されるバイアス電圧によってバイアスされる。
しかし、上述のようにバンドギャップ基準電圧回路に内蔵の演算増幅器の1/f雑音は、バンドギャップ基準電圧回路の2個の内蔵抵抗の比によって増幅される。従って、バンドギャップ基準電圧回路から生成される雑音は、バイアス回路と分周器と直交変調器とを介して基地局に送信される携帯電話端末のRF送信信号の帯域外の不要輻射(Spurious Emission)の原因となることが本発明者等の検討により明らかとされた。
本発明は、以上のような本発明に先立った本発明者等の検討の結果、なされたものである。
従って、本発明の目的とするところは、送信機の帯域外の不要輻射を軽減することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうちの代表的なものについて簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本発明の代表的な送信用発振器(11)と送信用周波数分周器(10)と変調器(Tx−Mix)とを含む送信機である。
前記送信機は、演算増幅器(OPA)を含む基準電圧回路(BGR)と、第1バイアス回路(1st_BC)と、第2バイアス回路(2nd_BC)とコントローラ(61)とを更に具備する。
前記第1バイアス回路(1st_BC)は、前記基準電圧回路(BGR)の基準電圧(VREF)により安定化されたバイアス電流が流れて第1バイアス電圧を生成するバイアス抵抗(41)を含む。
前記第2バイアス回路(2nd_BC)は、前記電源電圧(Vdd)と前記接地電位の間に第1と第2分圧素子(48、45;49、44)を含み、第2バイアス電圧を生成する。
前記送信用発振器(11)の発振差動出力信号は、第1と第2結合容量(Cin1、Cin2)を介して前記送信用周波数分周器(10)の差動入力端子((+)、(−))に供給される。前記第1バイアス回路(1st_BC)の前記第1バイアス電圧と前記第2バイアス回路(2nd_BC)の前記第2バイアス電圧とが、前記送信用周波数分周器(10)の前記差動入力端子((+)、(−))に供給される。前記送信用周波数分周器(10)から、第1の送信RFキャリア信号(0°_LO)と第2のRF送信キャリア信号(90°_LO)が生成される。
前記変調器(Tx−Mix)は第1送信ミキサ(12_I)と第2送信ミキサ(12_Q)を含み、前記第1送信ミキサ(12_I)に前記第1の送信RFキャリア信号(0°_LO)が供給され、前記第2送信ミキサ(12_Q)に前記第2のRF送信キャリア信号(90°_LO)が供給され、前記変調器(Tx−Mix)からRF送信信号が生成される。
前記コントローラ(61)は第1動作モードにおいて、前記第1バイアス回路(1st_BC)を活性状態に制御する一方、前記第2バイアス回路(2nd_BC)を非活性状態に制御する。
前記コントローラ(61)は前記第1動作モードと異なる第2動作モードにおいて、前記第1バイアス回路(1st_BC)を非活性状態に制御する一方、前記第2バイアス回路(2nd_BC)を活性状態に制御する(図1、図2参照)。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、送信機の帯域外の不要輻射を軽減することができる。
図1は、送受信機に搭載される本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路の構成を示す図である。 図2は、図1に示した本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路を搭載した送受信機の構成を示す図である。 図3は、図1に示した本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路を搭載した図2に示した構成の送受信機の動作を示す図である。 図4は、第1動作モードと第2動作モードとの間の動作切り換えRF送信周波数の測定を可能とする図1に示した本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路とその測定回路の構成を示す図である。 図5は、図4に示した通信用半導体集積回路RFICの測定回路を使用して、第1動作モードと第2動作モードとの間の動作切り換えRF送信周波数の測定する測定方法を説明する図である。 図6は、図1と図4に示した通信用半導体集積回路RFICの送信機(トランスミッタ)の分周器(Div)10の構成を示す図である。 図7は、図6に示した分周回路10に含まれるバッファ100と2段のD型フリップフロップ101、102の構成を示す図である。 図8は、本発明の実施の形態2によるWCDMA系通信方式とGSM系通信方式とのマルチバンドに対応する通信用半導体集積回路を示すブロック図である。
1.実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
〔1〕本発明の代表的な実施の形態は、送信用発振器(11)と送信用周波数分周器(10)と変調器(Tx−Mix)とを含む送信機である。
前記送信機は、演算増幅器(OPA)を含む基準電圧回路(BGR)と、第1バイアス回路(1st_BC)と、第2バイアス回路(2nd_BC)とコントローラ(61)とを更に具備する。
前記第1バイアス回路(1st_BC)は、前記基準電圧回路(BGR)から生成される基準電圧(VREF)により安定化されたバイアス電流により安定化された第1バイアス電圧を生成するバイアス抵抗(41)を電源電圧(Vdd)と接地電位との間の第1電流経路に含むものである。
前記第2バイアス回路(2nd_BC)は、前記電源電圧(Vdd)と前記接地電位との間の第2電流経路に少なくとも第1分圧素子(48、45)と第2分圧素子(49、44)の直列接続を含み、前記第1分圧素子と前記第2分圧素子の共通接続点から第2バイアス電圧を生成するものである。
前記送信用発振器(11)から生成される発振差動出力信号は、第1と第2結合容量(Cin1、Cin2)を介して前記送信用周波数分周器(10)の差動入力端子((+)、(−))に供給される。
前記第1バイアス回路(1st_BC)から生成される前記第1バイアス電圧と前記第2バイアス回路(2nd_BC)から生成される前記第2バイアス電圧とが、前記送信用周波数分周器(10)の前記差動入力端子((+)、(−))に供給可能とされている。
前記送信用周波数分周器(10)の第1出力端子と第2出力端子から、第1の送信RFキャリア信号(0°_LO)との第2のRF送信キャリア信号(90°_LO)とがそれぞれ生成される。
前記変調器(Tx−Mix)は第1送信ミキサ(12_I)と第2送信ミキサ(12_Q)を含み、前記第1送信ミキサ(12_I)には第1の送信信号(Tx_I)と前記送信用周波数分周器(10)から生成される前記第1の送信RFキャリア信号(0°_LO)とが供給され、前記第2送信ミキサ(12_Q)には第2の送信信号(Tx_Q)と前記送信用周波数分周器(10)から生成される前記第2のRF送信キャリア信号(90°_LO)とが供給され、前記変調器(Tx−Mix)の出力端子からRF送信信号が生成される。
前記コントローラ(61)は第1動作モードにおいて、前記第1バイアス回路(1st_BC)を活性状態に制御する一方、前記第2バイアス回路(2nd_BC)を非活性状態に制御するものである。
前記コントローラ(61)は前記第1動作モードと異なる第2動作モードにおいて、前記第1バイアス回路(1st_BC)を非活性状態に制御する一方、前記第2バイアス回路(2nd_BC)を活性状態に制御するものである(図1、図2参照)。
前記実施の形態によれば、送信機が第2動作モードに設定されることによって送信機の帯域外の不要輻射を軽減することができる。
好適な実施の形態は、不揮発性メモリ(62)を更に具備する。
前記送信機が、前記送信機に関係する試験工程で、前記第1動作モードに設定されることが可能とされている(図5ステップS1)。
前記試験工程では、前記第1動作モードに設定された前記送信機の前記RF送信信号の送信周波数帯域外の雑音が測定され、該測定雑音のレベルが規格の許容レベルを超過する前記RF送信信号のRF送信周波数の情報が前記不揮発性メモリ(62)に格納可能とされている(図5ステップS7)。
他の好適な実施の形態は、前記基準電圧回路(BGR)は、前記演算増幅器(OPA)以外にも2個のバイポーラトランジスタ(Qp1、Qp2)と2個の抵抗(R1、R2)とを更に含むバンドギャップ基準電圧回路である(図1参照)。
〔2〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態は、送信用発振器(11)と送信用周波数分周器(10)と変調器(Tx−Mix)とを含む送信機に使用される半導体集積回路である。
前記半導体集積回路は、演算増幅器(OPA)を含む基準電圧回路(BGR)と、第1バイアス回路(1st_BC)と、第2バイアス回路(2nd_BC)とコントローラ(61)とを更に具備する。
前記第1バイアス回路(1st_BC)は、前記基準電圧回路(BGR)から生成される基準電圧(VREF)により安定化されたバイアス電流により安定化された第1バイアス電圧を生成するバイアス抵抗(41)を電源電圧(Vdd)と接地電位との間の第1電流経路に含むものである。
前記第2バイアス回路(2nd_BC)は、前記電源電圧(Vdd)と前記接地電位との間の第2電流経路に少なくとも第1分圧素子(48、45)と第2分圧素子(49、44)の直列接続を含み、前記第1分圧素子と前記第2分圧素子の共通接続点から第2バイアス電圧を生成するものである。
前記送信用発振器(11)から生成される発振差動出力信号は、第1と第2結合容量(Cin1、Cin2)を介して前記送信用周波数分周器(10)の差動入力端子((+)、(−))に供給される。
前記第1バイアス回路(1st_BC)から生成される前記第1バイアス電圧と前記第2バイアス回路(2nd_BC)から生成される前記第2バイアス電圧とが、前記送信用周波数分周器(10)の前記差動入力端子((+)、(−))に供給可能とされている。
前記送信用周波数分周器(10)の第1出力端子と第2出力端子から、第1の送信RFキャリア信号(0°_LO)と第2のRF送信キャリア信号(90°_LO)とがそれぞれ生成される。
前記変調器(Tx−Mix)は第1送信ミキサ(12_I)と第2送信ミキサ(12_Q)を含み、前記第1送信ミキサ(12_I)には第1の送信信号(Tx_I)と前記送信用周波数分周器(10)から生成される前記第1の送信RFキャリア信号(0°_LO)とが供給され、前記第2送信ミキサ(12_Q)には第2の送信信号(Tx_Q)と前記送信用周波数分周器(10)から生成される前記第2のRF送信キャリア信号(90°_LO)とが供給され、前記変調器(Tx−Mix)の出力端子からRF送信信号が生成される。
前記コントローラ(61)は第1動作モードにおいて、前記第1バイアス回路(1st_BC)を活性状態に制御する一方、前記第2バイアス回路(2nd_BC)を非活性状態に制御するものである。
前記コントローラ(61)は前記第1動作モードと異なる第2動作モードにおいて、前記第1バイアス回路(1st_BC)を非活性状態に制御する一方、前記第2バイアス回路(2nd_BC)を活性状態に制御するものである(図1、図2参照)。
前記実施の形態によれば、送信機に搭載される上記の半導体集積回路が第2動作モードに設定されることによって帯域外の不要輻射を軽減することができる。
好適な実施の形態による半導体集積回路は、不揮発性メモリ(62)を更に具備する。
前記半導体集積回路が、前記半導体集積回路に関係する試験工程で、前記第1動作モードに設定されることが可能とされている(図5ステップS1)。
前記試験工程では、前記第1動作モードに設定された前記半導体集積回路の前記RF送信信号の送信周波数帯域外の雑音が測定され、該測定雑音のレベルが規格の許容レベルを超過する前記RF送信信号のRF送信周波数の情報が前記不揮発性メモリ(62)に格納可能とされている(図5ステップS7)。
他の好適な実施の形態は、前記基準電圧回路(BGR)は、前記演算増幅器(OPA)以外にも2個のバイポーラトランジスタ(Qp1、Qp2)と2個の抵抗(R1、R2)とを更に含むバンドギャップ基準電圧回路である(図1参照)。
2.実施の形態の詳細
次に、実施の形態について更に詳述する。尚、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、前記の図と同一の機能を有する部品には同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。
[実施の形態1]
《送受信機に搭載される通信用半導体集積回路》
図1は、送受信機に搭載される本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路の構成を示す図である。
図1に示した本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路RFICは、送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)11と分周器(Div)10とを含み、この送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)11と分周器(Div)10とは送信機(トランスミッタ)の送信キャリア信号生成のための周波数シンセサイザに含まれている。
送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)11からの発振差動出力信号は、結合容量Cin1、Cin2を介して分周器(Div)10の差動入力端子(+)、(−)に供給される。分周器(Div)10の出力端子から、位相0°の第1の送信RFキャリア信号0°_LOと位相90°の第2のRF送信キャリア信号90°_LOとが生成される。
また、通信用半導体集積回路RFICは、バンドギャップ基準電圧回路BGRと、電圧・電流変換器V・I−Cと、第1バイアス回路1st_BCと、第2バイアス回路2nd_BCとを含んでいる。
《バンドギャップ基準電圧回路》
バンドギャップ基準電圧回路BGRでは、演算増幅器OPAの反転入力端子(−)と接地電位の間にはトランジスタサイズ1の第1のPNP型バイポーラトランジスタQb1が接続される一方、演算増幅器OPAの非反転入力端子(+)と接地電位との間にはトランジスタサイズn(n>1)の第2のPNP型バイポーラトランジスタQb2と第1の抵抗R1が直列に接続されている。演算増幅器OPAの出力端子に第1と第2のPチャンネルMOSトランジスタQp1、Qp2のゲートが接続され、第1と第2のPチャンネルMOSトランジスタQp1、Qp2のソースには電源電圧Vccが供給される。また、第1のPチャンネルMOSトランジスタQp1のドレインは演算増幅器OPAの反転入力端子(−)と第1のバイポーラトランジスタQb1のエミッタに接続され、第2のPチャンネルMOSトランジスタQp2のドレインは第2の抵抗R2を介して演算増幅器OPAの反転入力端子(−)と第1のバイポーラトランジスタQb2のエミッタに接続される。第1と第2のバイポーラトランジスタQb1、Qb2のベースとコレクタとは接地電位に接続され、第2のPチャンネルMOSトランジスタQp2のドレインと第2の抵抗R2との接続点から、基準出力電圧VREFが生成される。尚、第1と第2のバイポーラトランジスタQb1、Qb2の各トランジスタは、コレクタがP型シリコン基板、ベースがN型ウェル領域、エミッタがP型不純物領域でそれぞれ形成されたサブストレートバーチカル型PNPトランジスタである。
第1のバイポーラトランジスタQb1のベース・エミッタ電圧をVBE1として、第2のバイポーラトランジスタQb2のベース・エミッタ電圧をVBE2とすると、基準出力電圧VREFは次式で与えられる。
REF=VBE1+(VBE1−VBE2) ・R2/R1
=VBE1+ΔVBE・R2/R1 …(1)式
一方、トランジスタサイズn(n>1)によって、上記(1)式の第2項のΔVBEは次式で与えられる。
ΔVBE=(KT/q)・ln(n) …(2)式
尚、上記(2)式で、Kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは電子電荷、ln(n)はトランジスタサイズnの自然対数関数である。
上記(1)式の第1項は負の温度依存性(略−2mV/℃)は、上記(1)式の第2項の正の温度依存性によってキャンセルされることが可能であって、バンドギャップ基準電圧回路BGRの基準出力電圧VREFは温度に実質的に依存しない略1.25ボルトのシリコンのバンドギャップ電圧に対応するものとなる。
《電圧・電流変換器》
電圧・電流変換器V・I−Cは、直列接続された2個のダイオード接続トランジスタ34、35とエミッタフォロワのトランジスタ36と電流・電流変換器I・I−Cとしてのカレントミラーの入力回路としてのダイオード接続トランジスタ38と抵抗37とを含んでいる。従って、2個のダイオード接続トランジスタ34、35の2個分のベース・エミッタ電圧2×VBEとエミッタフォロワのトランジスタ36とダイオード接続トランジスタ38の2個分のベース・エミッタ電圧2×VBEとは、温度依存性および集積回路RFICの製造ばらつきが相殺されることができる。
従って、電圧・電流変換器V・I−Cでは、バンドギャップ基準電圧回路BGRの基準出力電圧VREFが抵抗37の両端間に印加されるので、電流・電流変換器I・I−Cとしてのカレントミラーの入力回路に流入する電流値が基準出力電圧VREFの電圧値と抵抗37の抵抗値とによって設定される。また更に、電圧・電流変換器V・I−Cと第1バイアス回路1st_BCとのNPN型バイポーラトランジスタ34、35、36、38、39は、NチャンネルMOSトランジスタによって置換されることができる。この場合でも、NチャンネルMOSトランジスタのゲート・ソースしきい値電圧VTHの温度依存性および集積回路RFICの製造ばらつきが相殺されることができる。
《第1バイアス回路》
第1バイアス回路1st_BCは、電流・電流変換器I・I−Cとしてのカレントミラーの出力回路としてのトランジスタ39と抵抗40と第2NチャンネルMOSトランジスタスイッチ32を含み、更に、抵抗41と第1PチャンネルMOSトランジスタスイッチ31とを含んでいる。また、第1PチャンネルMOSトランジスタスイッチ31のゲートと第2NチャンネルMOSトランジスタスイッチ32のゲートに、コントローラ(Cnt)61からの第1制御信号Cnt31と第2制御信号Cnt32とがそれぞれ供給される。尚、抵抗41とトランジスタ39のコレクタの共通接続点に発生する第1バイアス電圧は、抵抗42、43を介して分周器(Div)10の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とに供給される。
従って、第1バイアス回路1st_BCから発生する第1バイアス電圧は、電源電圧Vddとバンドギャップ基準電圧回路BGRの基準出力電圧VREFに依存した電流・電流変換器I・I−Cのカレントミラーの出力回路に流入する電流値と抵抗41とに依存する。
《第2バイアス回路》
第2バイアス回路2nd_BCは、第3PチャンネルMOSトランジスタスイッチ33と抵抗48とダイオード接続トランジスタ45、44と抵抗49と第4NチャンネルMOSトランジスタスイッチ34とを含んでいる。また、第3PチャンネルMOSトランジスタスイッチ33のゲートと第4NチャンネルMOSトランジスタスイッチ34のゲートに、コントローラ(Cnt)61からの第3制御信号Cnt33と第4制御信号Cnt34とがそれぞれ供給されている。尚、ダイオード接続トランジスタ45、44の共通接続点に発生する第2バイアス電圧は、分圧抵抗46、47を介して分周器(Div)10の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とに供給される。尚、ダイオード接続の分圧トランジスタ45、44のベース・エミッタ電圧VBEは抵抗46、47の両端間に印加される電圧を低減するので、分圧抵抗46、47とトランジスタスイッチ33、34に流れるバイアス電流を低減して消費電力が低減されるものである。
《コントローラによる動作切り換え》
コントローラ(Cnt)61の入力に供給される制御データCnt_Dataに応答して、コントローラ61から生成される第1制御信号Cnt31、第2制御信号Cnt32、第3制御信号Cnt33、第4制御信号Cnt34のレベルが変化する。
図1に示した通信用半導体集積回路RFICで、送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)11と分周器(Div)10を含む送信機(トランスミッタ)が比較的低い周波数のRF送信周波数のRF送信信号を生成する場合には、RF受信周波数帯域への不要輻射(Spurious Emission)の影響は小さなものとなる。このような場合には、図1に示す本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路RFICは第1動作モードに制御され、バンドギャップ基準電圧回路BGRの演算増幅器OPAの雑音は発生するが、電源電圧Vccの変動によるバイアス変動が低減された第1バイアス回路1st_BCが使用される。
すなわち、制御データCnt_Dataが第1の状態の場合には第1動作モードとなって、第1制御信号Cnt31はローレベル、第2制御信号Cnt32はハイレベル、第3制御信号Cnt33はハイレベル、第4制御信号Cnt34はローレベルとなる。従って、この第1動作モードでは、第1バイアス回路1st_BCに含まれる第1PチャンネルMOSトランジスタスイッチ31と第2NチャンネルMOSトランジスタスイッチ32とはオン状態となり第1バイアス回路1st_BCは活性化状態となる一方、第2バイアス回路2nd_BCに含まれる第3PチャンネルMOSトランジスタスイッチ33と第4NチャンネルMOSトランジスタスイッチ34とはオフ態となり第2バイアス回路2nd_BCは非活性化状態となる。従って、第1動作モードでは、活性化状態に制御された第1バイアス回路1st_BCの抵抗41とトランジスタ39のコレクタとの共通接続点に発生する第1バイアス電圧は、抵抗42、43を介して分周器(Div)10の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とに供給される。従って、第1動作モードではバンドギャップ基準電圧回路BGRにより電流・電流変換器I・I−Cのカレントミラーの電流が安定化されているので、電源電圧Vccを基準として第1バイアス回路1st_BCの抵抗41の電圧降下(第1バイアス電圧)が安定化される。その結果、電源電圧Vccの変動に依存する送信用の分周器(Div)10の内部回路の消費電流の変動を抑制することが、可能となる。
一方、図1に示した通信用半導体集積回路RFICで、送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)11と分周器(Div)10を含む送信機(トランスミッタ)が比較的高い周波数のRF送信周波数のRF送信信号を生成する場合には、RF受信周波数帯域への不要輻射(Spurious Emission)の影響は大きなものとなる。このような場合には、図1に示した本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路RFICは第2動作モードに制御され、バンドギャップ基準電圧回路BGRの演算増幅器OPAの雑音を発生する第1バイアス回路1st_BCの使用が停止される。その代わり、電源電圧Vccの変動によるバイアス電圧の安定性は多少犠牲となるが、低雑音特性の第2バイアス回路2nd_BCが送信用の分周器(Div)10の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)のバイアスに使用される。
すなわち、制御データCnt_Dataが第2の状態の場合には第2動作モードとなって、第1制御信号Cnt31はハイレベル、第2制御信号Cnt32はローレベル、第3制御信号Cnt33はローレベル、第4制御信号Cnt34はハイレベルとなる。従って、この第2動作モードでは、第1バイアス回路1st_BCに含まれる第1PチャンネルMOSトランジスタスイッチ31と第2NチャンネルMOSトランジスタスイッチ32とはオフ態となり第1バイアス回路1st_BCは非活性化状態となる一方、第2バイアス回路2nd_BCに含まれる第3PチャンネルMOSトランジスタスイッチ33と第4NチャンネルMOSトランジスタスイッチ34とはオン態となり第2バイアス回路2nd_BCは活性化状態となる。従って、第2動作モードでは、活性化状態に制御された第2バイアス回路2nd_BCのダイオード接続トランジスタ45、44の共通接続点に発生する第2バイアス電圧は、抵抗46、47を介して分周器(Div)10の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とに供給される。また更に第2バイアス回路2nd_BCは、バンドギャップ基準電圧回路BGRから電気的に分離され、演算増幅器もしくは電圧増幅機能を持つトランジスタを含んでいないので、低雑音特性を実現することが可能となる。
また更に、電源電圧Vccの変動による第2バイアス回路2nd_BCのバイアス電圧の安定性は。下記のように評価される。
すなわち、電源電圧をVccとし、第2バイアス回路2nd_BCの抵抗48の抵抗値R48を4kΩとし、抵抗49の抵抗値R49を2kΩとし、ダイオード接続トランジスタ45、44の各ベース・エミッタ電圧VBEを0.8Vとし、第3PチャンネルMOSトランジスタスイッチ33と第4NチャンネルMOSトランジスタスイッチ34のオン抵抗を無視すると、第2バイアス回路2nd_BCに流れるバイアス電流Ib2は、次式で与えられる。
Ib2=(Vcc−2VBE)/(R48+R49) …(3)式
例えば、電源電圧Vccが3.0ボルトの場合には、バイアス電流Ib2は、
Ib2=(3.0−2×0.8)/(6kΩ)=0.23mA
となる。この場合の電源電圧Vccを基準とした第2バイアス回路2nd_BCの第2バイアス電圧Vb2は、次のようになる。
Vb2=R48×Ib2+VBE
=4kΩ×0.23mA+0.8ボルト
=1.72ボルト
また、例えば、電源電圧Vccが+10%増加して3.3ボルトの場合には、バイアス電流Ib2は、
Ib2=(3.3−2×0.8)/(6kΩ)=0.28mA
となる。この場合の電源電圧Vccを基準とした第2バイアス回路2nd_BCの第2バイアス電圧Vb2は、次のようになる。
Vb2=R48×Ib2+VBE
=4kΩ×0.28mA+0.8ボルト
=1.92ボルト
また、例えば、電源電圧Vccが−10%増加して2.7ボルトの場合には、バイアス電流Ib2は、
Ib2=(2.7−2×0.8)/(6kΩ)=0.18mA
となる。この場合の電源電圧Vccを基準とした第2バイアス回路2nd_BCの第2バイアス電圧Vb2は、次のようになる。
Vb2=R48×Ib2+VBE
=4kΩ×0.18mA+0.8ボルト
=1.52ボルト
以上、説明したように電源電圧Vccが3.0ボルトを基準として±10%増加しても、電源電圧Vccを基準とした第2バイアス回路2nd_BCの第2バイアス電圧Vb2の変動を1.52ボルトから1.92ボルトの範囲とすることができる。また第2バイアス回路2nd_BCの第2バイアス電圧Vb2のこのバイアス変動の範囲において、送信用の分周器(Div)10の分周動作を十分に維持することが可能となる。
《送受信機》
図2は、図1に示した本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路を搭載した送受信機の構成を示す図である。
図2に示す送受信機には、通信用半導体集積回路RFICと、RF電力増幅器(RF−HPA)14と、アイソレータ(ISO)15と、送受分波器(Dupl.)16と、送受信アンテナ17とが搭載されている。
《送信機》
図2に示す本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路RFICでは、図1に示した送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)11と分周器(Div)10とを送信機(トランスミッタ)の部分に含むものである。
送信用分周器(Div)10の出力から生成される位相0°の第1の送信RFキャリア信号と位相90°の第2のRF送信キャリア信号は、直交変調器Tx−Mixの第1の送信ミキサ12_Iと第2の送信ミキサ12_Qとにそれぞれ供給される。また同相成分(I)の送信ベースバンド信号Tx_Iと直交成分(Q)の送信ベースバンド信号Tx_IQとが直交変調器Tx−Mixの第1の送信ミキサ12_Iと第2の送信ミキサ12_Qにそれぞれ供給され、第1の送信ミキサ12_Iの出力と第2の送信ミキサ12_Qの出力に接続された2個の加算器の出力端子からベクトル合成されたRF送信差動信号が生成される。ベクトル合成されたRF送信差動信号は可変利得増幅器(Tx−VGA)13によって増幅され、可変利得増幅器(Tx−VGA)13のRF増幅出力信号はRF電力増幅器14とアイソレータ15と送受分波器16とを介して送受信アンテナ17に供給される。
《受信機》
図2に示した本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路RFICでは、受信機(トランシーバ)の部分に、受信用電圧制御発振器(Rx−VCO)20と分周器(Div)21とを含むものである。
まず、受信用電圧制御発振器(Rx−VCO)20の出力から生成される発振出力信号に応答して受信用の分周器(Div)21の出力から生成される位相0°の第1の受信RFキャリア信号と位相90°の第2のRF受信キャリア信号とは、直交復調器Rx−Mixの第1の受信ミキサ19_Iと第2の受信ミキサ19_Qとにそれぞれ供給される。一方、送受信アンテナ17によって受信された基地局からのRF受信信号は低雑音増幅器(LNA)18によって増幅されて、低雑音増幅器18からのRF受信差動増幅信号は直交復調器Rx−Mixの第1の受信ミキサ19_Iと第2の受信ミキサ19_Qとにそれぞれ供給され、第1の受信ミキサ19_Iと第2の受信ミキサ19_Qから同相成分(I)の受信ベースバンド信号Rx_Iと直交成分(Q)の受信ベースバンド信号Rx_IQがそれぞれ生成される。
《送信機の動作》
図3は、図1に示した本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路を搭載した図2に示した構成の送受信機の動作を示す図である。
尚、図3の横軸は図2に示す送受信機で使用される送受信動作でのRF信号の周波数を示し、図3の縦軸は図2に示す送信機のRF送信信号の信号強度を示すものである。
また、図3には、3GPPが提唱するバンド2の1850〜1910MHzのRF周波数のアップリンク(携帯電話端末から基地局への送信)と1930〜1990MHzのRF周波数のダウンリンク(基地局から携帯電話端末への送信)とが示されている。
また、図3では、図2に示す送受信機の送信機が1907.6MHzの周波数のRF送信信号50をアンテナ17から放射する様子が示されている。3GPPが提唱する無線送受信の規格によれば、送信機からのRF送信信号50の最大値は、3.84MHzの周波数帯域幅において+24dBmである。
また、帯域内のRF送信信号50の放射に伴って、帯域外の位相雑音51、52が発生する。一方の位相雑音51は、第1動作モードの状態において図1に示す通信用半導体集積回路RFICで活性化状態に制御された第1バイアス回路1st_BCから発生される第1バイアス電圧が抵抗42、43を介して送信用分周器(Div)10の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)に供給される状態の位相雑音である。他方の位相雑音52は、第2動作モードの状態において図1に示す通信用半導体集積回路RFICで活性化状態に制御された第2バイアス回路2nd_BCから発生される第2バイアス電圧が抵抗46、47を介して送信用分周器(Div)10の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)に供給される状態の位相雑音である。
一方、上記非特許文献3に記載された規格の6.6.3章の帯域外の不要輻射(Spurious Emission)の規定によれば、バンド2のダウンリンク周波数帯域(1930MHz〜1990MHz)では、3.84MHzの周波数帯域幅で不要輻射(Spurious Emission)のレベルは−60dBm以下でなくてはならない。図3に示す一点鎖線53は、この周波数帯域1930MHz〜1990MHzでの不要輻射(Spurious Emission)の許容レベルを示すものである。
従って、一方の位相雑音51は、第1動作モードの状態でバンドギャップ基準電圧回路BGRの演算増幅器OPAの1/f雑音の影響を受ける第1バイアス回路1st_BCの第1バイアス電圧を利用するものであるので、規格の許容レベル53を満足することができない。
このように、第1動作モードの状態では、バンドギャップ基準電圧回路BGRの演算増幅器OPAの雑音は、電圧・電流変換器V・I−Cと第1バイアス回路1st_BCとを介して送信用分周器(Div)10の入力端子に伝達されるので、送信用分周器(Div)10の出力位相雑音を上昇させる。
例えば、コンピュータシミュレーションによる数値例を示すと、送信用分周器(Div)10の出力端子で、RF送信キャリア周波数から周波数40MHz離調した点の出力位相雑音レベルが、−145dBc/Hzと比較的高いものである。
一方、第2動作モードの状態で送信用分周器(Div)10の入力をバイアスする第2バイアス回路2nd_BCは、バンドギャップ基準電圧回路BGRから電気的に分離されている。その結果、第2バイアス回路2nd_BCは、バンドギャップ基準電圧回路BGRの演算増幅器OPAの1/f雑音の影響を実質的に受けないものとなる。第2動作モードの状態の第2バイアス回路2nd_BCの雑音は、ダイオード接続トランジスタ45、44、抵抗48、49、第3PチャンネルMOSトランジスタスイッチ33、第4NチャンネルMOSトランジスタスイッチ34から発生される雑音であって、バンドギャップ基準電圧回路BGRの演算増幅器OPAの雑音と比較すると大幅に低いものとなる。
例えば、コンピュータシミュレーションによる数値例を示すと、送信用分周器(Div)10の出力端子で、RF送信キャリア周波数から周波数40MHz離調した点の出力位相雑音レベルが、−149dBc/Hzと比較的低いものとなる。
従って、他方の位相雑音52は、第2動作モードの状態でバンドギャップ基準電圧回路BGRの演算増幅器OPAの1/f雑音の影響を受けない第2バイアス回路2nd_BCの第2バイアス電圧を利用するものであるので、規格の許容レベル53を満足することができるものとなる。
尚、第2動作モードの状態によって第2バイアス回路2nd_BCを使用することで、送信周波数帯域外の不要輻射(Spurious Emission)を低減する効果が顕著なのは、高いRF送信周波数のチャンネルの送信動作時であり、例えばRF送信周波数のチャンネルであると、RF送信信号の中心周波数が1907.6MHzとなる。この1907.6MHzのRF送信信号の中心周波数は、図3に示したように1930〜1990MHzのダウンリンクRF受信周波数の下限まで、22.4MHzと近接する。尚、1907.6MHzのRF送信周波数は、上記非特許文献3に記載のユーザー装置絶対チャンネル番号(UARFCN;User equipment Absolute Channel Number)が“9538”の3GPPが提唱するバンド2の1850〜1910MHzのRF周波数のアップリンクの最高周波数チャンネルである。
《第1動作モードと第2動作モードとの動作切り換え》
従って、図1に示す通信用半導体集積回路RFICの送信機(トランスミッタ)が比較的低い周波数のRF送信信号を生成する際に第1バイアス回路1st_BCが使用される第1動作モードと送信機が比較的高い周波数のRF送信信号を生成する第2バイアス回路2nd_BCが使用される第2動作モードとの動作切り換え、が必要となる。
ここで第1バイアス回路1st_BCが使用される第1動作モードから第2バイアス回路2nd_BCが使用される第2動作モードへ動作切り換えを行うためのベースのRF送信周波数のチャンネルを、特定チャンネルと呼ぶものとする。上述したように、第2バイアス回路2nd_BCを使用する第2動作モードでは、送信用分周器(Div)10の出力端子でRF送信キャリア周波数から周波数40MHz離調した点の出力位相雑音レベルが−149dBc/Hzと比較的低いものであった。
従って、動作切り換えを行うための特定チャンネルを検査するために、RF送信周波数をバンド2の1930〜1990MHzのRF周波数のダウンリンクの下限周波数1930MHzから40MHz離調した1890MHzに設定してRF送信を行う。この状態で、バンド2の1930〜1990MHzのRF受信周波数帯域で不要輻射(Spurious Emission)を測定して、不要輻射が規格の許容レベルを満足するか判断する。満足する場合には、特定チャンネルのRF送信周波数に1チャンネル分の周波数0.2MHzを加算したものを第1動作モードから第2動作モードへ動作切り換えを行う切り換えのRF送信周波数とする。この状態でバンド2の1930〜1990MHzのRF受信周波数帯域にて不要輻射を測定することによって、不要輻射が規格の許容レベルを満足するか判断する。満足する場合には、先の動作切り換えのRF送信周波数に1チャンネル分の周波数0.2MHzを加算したものを、動作切り換えのRF送信周波数に設定する。満足しない場合には、先の動作切り換えのRF送信周波数を最終的な切り換えのRF送信周波数として不揮発性メモリに格納する。
次の動作からは、図1に示す通信用半導体集積回路RFICの送信機(トランスミッタ)の送信動作に先立ち、RF送信周波数が動作切り換えのRF送信周波数未満の場合には通信用半導体集積回路RFICは第1動作モードに設定され、RF送信周波数が動作切り換えのRF送信周波数以上の場合には通信用半導体集積回路RFICは第2動作モードに設定される。
《切り換え周波数の測定回路》
図4は、第1動作モードと第2動作モードとの間の動作切り換えRF送信周波数の測定を可能とする図1に示した本発明の実施の形態1による通信用半導体集積回路とその測定回路の構成を示す図である。
図4に示す通信用半導体集積回路RFICは、図2に示す通信用半導体集積回路RFICと同様に、送信機(トランスミッタ)の部分には送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)11、分周器(Div)10、直交変調器Tx−Mixの第1の送信ミキサ12_Iおよび第2の送信ミキサ12_Q、可変利得増幅器(Tx−VGA)13を含み、受信機(トランシーバ)の部分には受信用電圧制御発振器(Rx−VCO)20、分周器(Div)21、直交復調器Rx−Mixの第1の受信ミキサ19_Iおよび第2の受信ミキサ19_Q、低雑音増幅器18を含むものである。
また、図4に示す通信用半導体集積回路RFICは、コントローラ(Cnt)61と不揮発性メモリ62とが示されている。図4には図示されていないが、コントローラ(Cnt)61は上述のように図1に示した通信用半導体集積回路RFICの第1バイアス回路1st_BCと第2バイアス回路2nd_BCを制御することで、第1動作モードと第2動作モードとの間の動作切り換えを実行可能とされたものである。また図4では、コントローラ(Cnt)61は送信機(トランスミッタ)に含まれる送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)11の発振周波数の周波数バンド選択と受信機(トランシーバ)の受信用電圧制御発振器(Rx−VCO)20の発振周波数の周波数バンド選択とを実行する。また更に、図4では、コントローラ(Cnt)61は、送信機(トランスミッタ)に含まれる送信用の分周器(Div)10と受信用の分周器(Div)21の分周比の1または2への設定を実行する。更に、図4では、不揮発性メモリ62は、第1動作モードと第2動作モードとの間の最終的な切り換えのRF送信周波数を記憶するものである。
更に図4に示す通信用半導体集積回路RFICの測定回路には、図2に示した送受信機で使用されたものと同一のRF電力増幅器14とアイソレータ15と送受分波器16とが含まれている。この測定回路の送受分波器16には、バンド2の1930〜1990MHzのRF受信周波数帯域で不要輻射(Spurious Emission)を測定するためにスペクトラムアナライザ等の測定器63が接続される。
《切り換え周波数の測定方法》
図5は、図4に示した通信用半導体集積回路RFICの測定回路を使用して、第1動作モードと第2動作モードとの間の動作切り換えRF送信周波数の測定する測定方法を説明する図である。
ステップS1で図4に示した通信用半導体集積回路RFICと測定回路とに電源電圧が供給され測定方法が開始されると、ステップS2で通信用半導体集積回路RFICはコントローラ(Cnt)61によって第1バイアス回路1st_BCが使用される動作モード1に設定される。
その後、ステップS3で、通信用半導体集積回路RFICの送信機(トランスミッタ)は、RF送信周波数1890MHz(UARFCN=9450)の送信レベル+24dBmRF送信を行う。この1890MHzのRF送信周波数は、バンド2の1930〜1990MHzのRF周波数のダウンリンクの下限周波数1930MHzから40MHz離調したものに対応するものである。
このRF送信周波数1890MHzのRF送信状態でステップS4ではスペクトラムアナライザ等の測定器63を使用することによって、バンド2の1930〜1990MHzのRF受信周波数帯域で不要輻射(Spurious Emission)が測定され、不要輻射が規格の許容レベルを満足するか判断する。このステップS4での具体的な測定用のRF受信周波数の中心周波数は1932.4MHz(UARFCN=9662)であり、測定用のRF受信周波数帯域は3.84MHzである。
次のステップS4では、ステップS3で測定された不要輻射が規格の許容レベルを満足するか判断される。不要輻射は雑音レベルとなり、この雑音レベルが規格の許容レベル−60dBmを越えているか否かが判定される。雑音レベルが規格の許容レベル−60dBmを越えていなければ、不要輻射が規格の許容レベルを満足するものとなる。
その場合には、次のステップS5で特定チャンネルのRF送信周波数に1チャンネル分の周波数0.2MHzを加算したものを第1動作モードから第2動作モードへ動作切り換えを行う切り換えのRF送信周波数とする。さらに、次のステップS6では、周波数0.2MHzの加算後の切り換えのRF送信周波数が1907.6MHzのRF送信周波数と一致するか判定される。この1907.6MHzのRF送信周波数は、ユーザー装置絶対チャンネル番号(UARFCN)が“9538”のバンド2の1850〜1910MHzのRF周波数のアップリンクの最高周波数チャンネルである。周波数0.2MHzの加算後の切り換えのRF送信周波数が1907.6MHzのRF送信周波数と一致すれば、ステップS8で測定が終了する。しかし、周波数0.2MHzの加算後の切り換えのRF送信周波数が1907.6MHzのRF送信周波数と一致しなければ、ステップS3に処理が移行する。
最終的には、ステップS4では、ステップS3で測定される不要輻射の雑音レベルが規格の許容レベル−60dBmを越えるものとなる。雑音レベルが規格の許容レベル−60dBmを越えることによって、不要輻射が規格の許容レベルを満足しなくなる。この状態で、第1動作モードによってバンドギャップ基準電圧回路BGRの演算増幅器OPAの雑音を発生する第1バイアス回路1st_BCを使用する限界を超過したことになる。従って、この状態で、第1バイアス回路1st_BCの使用が停止されて、電源電圧Vccの変動によるバイアス電圧の安定性は多少犠牲となるが、低雑音特性の第2バイアス回路2nd_BCが送信用の分周器(Div)10のバイアスへの使用が開始される。
従ってステップS7では、ステップS4で不要輻射が規格の許容レベルを満足しなくなったと判断されたステップS5で設定された先の動作切り換えのRF送信周波数を最終的な切り換えのRF送信周波数として不揮発性メモリ62に格納するものである。この不揮発性メモリ62としては、図1に示した通信用半導体集積回路RFICの内部のレーザーヒューズ等の不揮発性メモリが使用される。他の実施の形態としては、この不揮発性メモリ62として、図1に示した通信用半導体集積回路RFICが搭載される携帯電話端末に搭載されるプログラム格納のためのフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを使用することが可能である。
不揮発性メモリ62として通信用半導体集積回路RFICの内部の不揮発性メモリが使用される場合には、図5に示した動作切り換えRF送信周波数の測定と最終的な切り換えRF送信周波数の不揮発性メモリへの格納とは、通信用半導体集積回路RFICの出荷前の試験工程で実行されるものとなる。しかし、不揮発性メモリ62として携帯電話端末に搭載される不揮発性メモリが使用される場合には、図5に示した動作切り換えRF送信周波数の測定と最終的な切り換えRF送信周波数の不揮発性メモリへの格納は、携帯電話端末の出荷前の試験工程で実行されるものとなる。
《送信用分周器》
図6は、図1と図4に示した通信用半導体集積回路RFICの送信機(トランスミッタ)の分周器(Div)10の構成を示す図である。
図6(A)に示した分周数が2の分周回路10は、図6(B)に示すようにバッファ100と2段のD型フリップフロップ101、102のカスケード接続により構成されている。バッファ100の差動入力端子には、図1の通信用半導体集積回路RFICに示したように結合容量Cin1、Cin2を介して送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)11からの発振差動出力信号がRF送信ローカルキャリア信号LOとして供給される。バッファ100はRF送信ローカルキャリア信号LOを波形整形することによって、非反転クロック信号と反転クロック信号を生成する。
分周器(Div)10の1段目および2段目のD型フリップフロップ101、102の非反転クロック入力端子CLKと反転クロック入力端子/CLKには、バッファ100で生成される非反転クロック信号と反転クロック信号が供給される。また1段目のD型フリップフロップ101のデータ非反転出力端子Qとデータ反転出力端子/Qとは、2段目のD型フリップフロップ102のデータ非反転入力端子Dとデータ反転入力端子/Dとにそれぞれ接続されている。更に2段目のD型フリップフロップ102のデータ非反転出力端子Qとデータ反転出力端子/Qとは、1段目のD型フリップフロップ101のデータ反転入力端子/Dとデータ非反転入力端子Dとにそれぞれ接続されている。
また、1段目のD型フリップフロップ101のデータ非反転出力端子Qとデータ反転出力端子/Qとから位相90°の分周出力信号が生成され、2段目のD型フリップフロップ102のデータ非反転出力端子Qとデータ反転出力端子/Qとから位相0°の分周出力信号が生成されている。
《送信用分周器のバッファとD型フリップフロップ》
図7は、図6に示した分周回路10に含まれるバッファ100と2段のD型フリップフロップ101、102の構成を示す図である。
図7に示すように、バッファ100はソースが抵抗Rb0を介して電源電圧Vccに接続された一対のPチャンネルMOSトランジスタQp1、Qp2を含んでいる。この一対のPチャンネルMOSトランジスタQp1、Qp2のゲートには送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)11からの発振差動出力信号がRF送信ローカルキャリア信号LOとして供給される一方、図1に示すように抵抗42、43を介して第1バイアス回路1st_BCで発生される第1バイアス電圧が供給され、抵抗46、47を介して第2バイアス回路2nd_BCで発生される第2バイアス電圧が供給される。一対のPチャンネルMOSトランジスタQp1、Qp2のドレインは負荷抵抗Rb1、Rb2を介して接地電圧に接続され、負荷抵抗Rb1、Rb2の両端から2段目のD型フリップフロップ101、102の非反転クロック入力端子CLKと反転クロック入力端子/CLKに供給される非反転クロック信号と反転クロック信号とが生成される。
2段のD型フリップフロップ101、102の各フリップフロップは、非反転クロック入力端子CLKの非反転クロック信号によって駆動される第1クロックスイッチのトランジスタQ1と反転クロック入力端子/CLKの反転クロック信号によって駆動される第2クロックスイッチのトランジスタQ2とを含む。第1クロックスイッチのトランジスタQ1のドレインには、ゲートがデータ非反転入力端子Dとデータ反転入力端子/Dとにそれぞれ接続されたサンプリングトランジスタ対Q3、Q4のソースが接続されている。第2クロックスイッチのトランジスタQ2のドレインには、データ非反転出力端子Qとデータ反転出力端子/Qとにそれぞれクロス接続されたラッチトランジスタ対Q5、Q6のソースが接続されている。この2段のD型フリップフロップ101、102の各フリップフロップは、電源電圧Vddに接続された2対の負荷抵抗R1、R2を持ち、一方の負荷抵抗R1、R2から位相90°の第2のRF送信キャリア信号が生成され、他方の負荷抵抗R1R2から位相0°の第1の送信RFキャリア信号が生成される。
第1動作モードでは、図7に示した分周回路10のバッファ100の一対のPチャンネルMOSトランジスタQp1、Qp2のゲートには、図1に示したように抵抗42、43を介して第1バイアス回路1st_BCで発生される第1バイアス電圧が供給される。この第1バイアス電圧の際に、バンドギャップ基準電圧回路BGRの演算増幅器OPAの雑音成分も、抵抗42、43を介して分周回路10のバッファ100の一対のPチャンネルMOSトランジスタQp1、Qp2のゲートに伝達される。抵抗42、43の抵抗値のアンバランスもしくは一対のPチャンネルMOSトランジスタQp1、Qp2のゲート容量のアンバランスによって、一対のPチャンネルMOSトランジスタQp1、Qp2のゲートに伝達される雑音レベルの相違が発生する。従って、このレベルの相違する雑音によって、分周回路10のバッファ100の負荷抵抗Rb1、Rb2の両端から生成される非反転クロック信号と反転クロック信号とにジッタが発生するので、送信用の分周器(Div)10の出力位相雑音が発生するものと考えられる。
[実施の形態2]
《マルチバンド対応のRFIC》
図8は、本発明の実施の形態2によるWCDMA系通信方式とGSM系通信方式とのマルチバンドに対応する通信用半導体集積回路を示すブロック図である。
この図8に示す通信用半導体集積回路RFICは、WCDMA方式のバンド1、バンド2、バンド5、バンド6の送受信を行うとともに、GSM系通信方式のGSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900の方式の送受信を行うことが可能とされたものである。
《マルチバンド》
GSM850の場合、無線通信端末のRF送信信号TXの周波数帯域が824〜849MHzであるのに対して、無線通信端末のRF受信信号RXの周波数帯域は869〜894MHzとなっている。GSM900の場合、無線通信端末のRF送信信号TXの周波数帯域が880〜915MHzであるのに対して、無線通信端末のRF受信信号RXの周波数帯域は925〜960MHzとなっている。DCS1800の場合、無線通信端末のRF送信信号TXの周波数帯域が1710〜1785MHzであるのに対して、無線通信端末のRF受信信号RXの周波数帯域は1805〜1880MHzとなっている。PCS1900の場合、無線通信端末のRF送信信号TXの周波数帯域が1850〜1910MHzであるのに対して、無線通信端末のRF受信信号RXの周波数帯域は1930〜1990MHzとなっている。
WCDMA方式のバンド1の場合、無線通信端末のRF送信信号TXの周波数帯域が1920〜1980MHzであるのに対して、無線通信端末のRF受信信号RXの周波数帯域は2110〜2170MHzとなっている。WCDMA方式のバンド2の場合、無線通信端末のRF送信信号TXの周波数帯域が1850〜1910MHzであるのに対して、無線通信端末のRF受信信号RXの周波数帯域は1930〜1990MHzとなっている。WCDMA方式のバンド5の場合は、無線通信端末のRF送信信号TXの周波数帯域が824〜849MHzであるのに対して、無線通信端末のRF受信信号RXの周波数帯域は869〜894MHzとなっている。WCDMA方式のバンド6の場合、無線通信端末のRF送信信号TXの周波数帯域が830〜840MHzであるのに対して、無線通信端末のRF受信信号RXの周波数帯域は875〜885MHzとなっている。
このように、いずれの周波数帯域(バンド)においても、受信帯域周波数RXが送信帯域周波数TXよりも高いFDD方式が採用されている。尚、FDDは、Frequency Division Duplexの略である。
《WCDMA方式の受信回路と送信回路》
図8に示した通信用半導体集積回路RFICの上部の回路RX_SPU_WCDMAはWCDMA方式のバンド1、バンド2、バンド5、バンド6の受信のための回路である。図8に示した通信用半導体集積回路RFICの下部の回路TX_SPU_WCDMAはWCDMA方式のバンド1、バンド2、バンド5、バンド6の送信のための回路である。
《GSM方式の受信回路と送信回路》
図8に示した通信用半導体集積回路RFICの中央上部の回路RX_SPU_GSMは、GSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900の受信のための回路である。図8に示した通信用半導体集積回路RFICの中央下部の回路TX_SPU_GSMは、GSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900の送信のための回路である。
《シンセサイザ》
図8に示した通信用半導体集積回路RFICの中央の回路Frct_Synthは、通信用半導体集積回路RFICの送受信ローカル信号を形成するフラクショナルシンセサイザである。このフラクショナルシンセサイザFrct_Synthは、受信用電圧制御発振器4Rx−VCOと、システム基準電圧制御発振器(DCX−CVO)を内蔵したフェーズロックループ(PLL)5と、複数の分周器と、複数のスイッチとを含んでいる。
《ベースバンド送信》
いずれの通信方式の受信モードにおいても、WCDMA方式受信回路RX_SPU_WCDMAの出力または他方式受信回路RX_SPU_GSMの出力に、I、Qアナログベースバンド受信信号が形成される。この信号はローパスフィルタ87I、87Qを介してA/D変換器89I、89Qに供給されることよりI、Qディジタルベースバンド受信信号に変換され、受信系ディジタルインターフェース14を介してベースバンド信号処理LSI(図示せず)に供給される。
逆にベースバンド信号処理LSIからのディジタルベースバンド送信信号TxDBI、TxDBQは通信用半導体集積回路RFICの送信系ディジタルインターフェース37により受信される。送信系ディジタルインターフェース37の2つの出力端子の送信ディジタルベースバンド信号は、送信用D/A変換器9、10により送信アナログベースバンド信号に変換される。
《WCDMA方式の送信》
WCDMA方式の送信では、送信用D/A変換器9、10の出力の送信アナログベースバンド信号はWCDMA方式送信回路TX_SPU_WCDMAの送信用ローパスフィルタ6、7を介して一対の送信ミキサ1、2の一方の入力端子に供給される。
《GSM方式の送信》
GSM方式の送信では、送信用D/A変換器9、10の出力のアナログベースバンド信号は他方式送信回路TX_SPU_GSMの一対の送信ミキサTX−MIX_I、TX−MIX_Qの一方の入力端子に供給される。フラクショナルシンセサイザFrct_SynthのPLL回路5により制御された電圧制御発振器4Rx−VCOの発振信号は、中間周波数分周器DIV2(1/NIF)を介して90°位相シフタ3Tx_GSMに供給される。90°位相シフタ3Tx_GSMは、分周器DIV2(1/NIF)の出力の中間周波数信号に応答して一対の送信ミキサTX−MIX_I、TX−MIX_Qに供給される一対の送信用中間周波数ローカル信号を生成するものである。それにより、一対の送信ミキサTX−MIX_I、TX−MIX_Qと加算器とからなる送信用変調器で、正確なクォドラチャー変調が可能となる。
送信系オフセットPLL回路TX_Offset_PLLは、GSM850のRF送信信号Tx_GSM850とGSM900のRF送信信号Tx_GSM900との送信動作に対応する必要が有る。
そのため、受信用電圧制御発振器4Rx−VCOの発振周波数は分周数2に設定された2個の分周器DIV1(1/2)、DIV4(1/2)を介して位相制御帰還用周波数ダウンミキサDWN_MIX_PMの一方の入力端子に供給される。また、送信ミキサTX−MIX_I、TX−MIX_Qのための90°位相シフタ3Tx_GSMに接続された中間周波数分周器DIV2(1/NIF)の分周数NIFは、35に設定されている。一方、GSM送信用電圧制御発振器Tx−VCO_GSMの発振出力信号が、分周数2に設定された2個の分周器DIV5、分周器DIV3を介して、位相制御帰還用周波数ダウンミキサDWN_MIX_PMの他方の入力端子に供給されている。
その結果、ダウンミキサDWN_MIX_PMでは、一方の入力信号と他方の入力信号とのミキシングが行われる。従って、ダウンミキサDWN_MIX_PMの出力から、2つの入力信号の差の周波数の帰還信号が形成されて、送信系オフセットPLL回路TX_Offset_PLLの位相比較器PCの他方の入力端子に供給される。また、位相比較器PCの一方の入力端子には、送信ミキサTX−MIX_I、Qの出力に接続された加算器の出力のベクトル合成された中間周波送信信号fIFが基準信号として供給されている。中間周波数分周器DIV2(1/NIF)の分周数NIFである35と90°位相シフタ3Tx_GSMでの分周数1.5とで、合計分周数は52.5となっている。従って、中間周波送信信号fIFの周波数は、受信用電圧制御発振器4Rx−VCOの周波数の1/52.5となる。
また、送信系オフセットPLL回路TX_Offset_PLLの負帰還制御によって、位相比較器PCの一方の入力端子の基準信号と他方の入力端子のダウンミキサDWN_MIX_PMから帰還信号とは一致するようになる。結果としては、0.8GHzのRF送信信号のGSM850と0.9GHzのRF送信信号のGSM900との送信動作に、受信用電圧制御発振器4Rx−VCOとGSM送信用電圧制御発振器Tx−VCO_GSMとは送信周波数の略4倍の略3.6GHzから略3.9GHzまでの周波数で発振すれば良くなる。
また送信系オフセットPLL回路TX_Offset_PLLは、DCS1800のRF送信信号Tx_DCS1800とPSC1900のRF送信信号Tx_PSC1900の送信動作に対応する必要が有る。
そのため、受信用電圧制御発振器4Rx−VCOの発振周波数は、分周数2に設定された分周器DIV1(1/2)を介して位相制御帰還用周波数ダウンミキサDWN_MIX_PMの一方の入力端子に供給される。また、送信ミキサTX−MIX_I、TX−MIX_Qのための90°位相シフタ3Tx_GSMに接続された中間周波数分周器DIV2(1/NIF)の分周数NIFは、35に設定されている。一方、GSM送信用電圧制御発振器Tx−VCO_GSMの発振出力信号が、分周数2に設定された1個の分周器DIV5を介して、位相制御帰還用周波数ダウンミキサDWN_MIX_PMの他方の入力端子に供給されている。
その結果、ダウンミキサDWN_MIX_PMでは、一方の入力信号と他方の入力信号とのミキシングが行われる。従って、ダウンミキサDWN_MIX_PMの出力から、2つの入力信号の差の周波数の帰還信号が形成されて、送信系オフセットPLL回路TX_Offset_PLLの位相比較器PCの他方の入力端子に供給される。また、位相比較器PCの一方の入力端子には、送信ミキサTX−MIX_I、Qの出力に接続された加算器の出力のベクトル合成された中間周波送信信号fIFが基準信号として供給されている。中間周波数分周器DIV2(1/NIF)の分周数NIFである35と90°位相シフタ3Tx_GSMでの分周数1.5とで、合計分周数は52.5となっている。従って、中間周波送信信号fIFの周波数は、受信用電圧制御発振器4Rx−VCOの周波数の1/52.5となる。
また、送信系オフセットPLL回路TX_Offset_PLLの負帰還制御によって、位相比較器PCの一方の入力端子の基準信号と他方の入力端子のダウンミキサDWN_MIX_PMから帰還信号とは一致するようになる。結果としては、1.7GHzのRF送信信号のDCS1800と1.9GHzのRF送信信号のPCS1900との送信動作に、受信用電圧制御発振器4Rx−VCOとGSM送信用電圧制御発振器Tx−VCO_GSMとは送信周波数の略2倍の略3.6GHzから略3.9GHzまでの周波数で発振すれば良くなる。
《実施の形態2での実施の形態1の適用》
以上説明した図8に示した本発明の実施の形態2による通信用半導体集積回路RFICにて、WCDMA方式のバンド1、バンド2、バンド5、バンド6の送信のための送信回路TX_SPU_WCDMAの付近に、上述した本発明の実施の形態1を適用することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を種々の実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、図7に示した分周回路10に含まれる2段のD型フリップフロップ101、102の各フリップフロップのトランジスタQ1〜Q6は、NチャンネルMOSトランジスタからNPN型のバイポーラトランジスタに置換することが可能である。
更に、本発明は携帯電話以外に無線LAN(Local Area Network)等の無線通信機器に適用することも、可能である。
RFIC…通信用半導体集積回路
BGR…バンドギャップ基準電圧回路
V・I−C…電圧・電流変換器
I・I−C…電流・電流変換器
1st_BC…第1バイアス回路
2nd_BC…第2バイアス回路
11…送信用電圧制御発振器(Tx−VCO)
10…送信用周波数分周器(Div)
61…コントローラ
62…不揮発性メモリ
Tx−Mix…直交変調器
12_I…第1の送信ミキサ
12_Q…第2の送信ミキサ
13…可変利得増幅器(Tx−VGA)
14…RF電力増幅器(RF−HPA)
15…アイソレータ
16…送受分波器
17…送受信アンテナ
18…低雑音増幅器(LNA)
Rx−Mix…直交復調器
19_I…第1の送信ミキサ
19_Q…第2の送信ミキサ
20…受信用電圧制御発振器(Rx−VCO)
21…受信用周波数分周器(Div)

Claims (6)

  1. 送信用発振器と送信用周波数分周器と変調器とを含む送信機であって、
    前記送信機は、演算増幅器を含む基準電圧回路と、第1バイアス回路と、第2バイアス回路とコントローラとを更に具備して、
    前記第1バイアス回路は、前記基準電圧回路から生成される基準電圧により安定化されたバイアス電流により安定化された第1バイアス電圧を生成するバイアス抵抗を電源電圧と接地電位との間の第1電流経路に含むものであり、
    前記第2バイアス回路は、前記電源電圧と前記接地電位との間の第2電流経路に少なくとも第1分圧素子と第2分圧素子の直列接続を含み、前記第1分圧素子と前記第2分圧素子の共通接続点から第2バイアス電圧を生成するものであり、
    前記送信用発振器から生成される発振差動出力信号は、第1と第2結合容量を介して前記送信用周波数分周器の差動入力端子に供給され、
    前記第1バイアス回路から生成される前記第1バイアス電圧と前記第2バイアス回路から生成される前記第2バイアス電圧とが、前記送信用周波数分周器の前記差動入力端子に供給可能とされており、
    前記送信用周波数分周器の第1出力端子と第2出力端子から、第1の送信RFキャリア信号と第2のRF送信キャリア信号とがそれぞれ生成され、
    前記変調器は第1送信ミキサと第2送信ミキサを含み、前記第1送信ミキサには第1の送信信号と前記送信用周波数分周器から生成される前記第1の送信RFキャリア信号とが供給され、前記第2送信ミキサには第2の送信信号と前記送信用周波数分周器から生成される前記第2のRF送信キャリア信号とが供給され、前記変調器の出力端子からRF送信信号が生成され、
    前記コントローラは第1動作モードにおいて、前記第1バイアス回路を活性状態に制御する一方、前記第2バイアス回路(を非活性状態に制御するものであり、
    前記コントローラは前記第1動作モードと異なる第2動作モードにおいて、前記第1バイアス回路を非活性状態に制御する一方、前記第2バイアス回路を活性状態に制御するものである送信機。
  2. 不揮発性メモリを更に具備して、
    前記送信機が、前記送信機に関係する試験工程で、前記第1動作モードに設定されることが可能とされており、
    前記試験工程では、前記第1動作モードに設定された前記送信機の前記RF送信信号の送信周波数帯域外の雑音が測定され、該測定雑音のレベルが規格の許容レベルを超過する前記RF送信信号のRF送信周波数の情報が前記不揮発性メモリに格納可能とされている請求項1に記載の送信機。
  3. 前記基準電圧回路は、前記演算増幅器以外にも2個のバイポーラトランジスタと2個の抵抗とを更に含むバンドギャップ基準電圧回路である請求項2に記載の送信機。
  4. 送信用発振器と送信用周波数分周器と変調器とを含む送信機に使用される半導体集積回路であって、
    前記半導体集積回路は、演算増幅器を含む基準電圧回路と、第1バイアス回路と、第2バイアス回路とコントローラとを更に具備して、
    前記第1バイアス回路は、前記基準電圧回路から生成される基準電圧により安定化されたバイアス電流により安定化された第1バイアス電圧を生成するバイアス抵抗を電源電圧と接地電位との間の第1電流経路に含むものであり、
    前記第2バイアス回路は、前記電源電圧と前記接地電位との間の第2電流経路に少なくとも第1分圧素子と第2分圧素子の直列接続を含み、前記第1分圧素子と前記第2分圧素子の共通接続点から第2バイアス電圧を生成するものであり、
    前記送信用発振器から生成される発振差動出力信号は、第1と第2結合容量を介して前記送信用周波数分周器の差動入力端子に供給され、
    前記第1バイアス回路から生成される前記第1バイアス電圧と前記第2バイアス回路から生成される前記第2バイアス電圧とが、前記送信用周波数分周器の前記差動入力端子に供給可能とされており、
    前記送信用周波数分周器の第1出力端子と第2出力端子から、第1の送信RFキャリア信号と第2のRF送信キャリア信号とがそれぞれ生成され、
    前記変調器は第1送信ミキサと第2送信ミキサを含み、前記第1送信ミキサには第1の送信信号と前記送信用周波数分周器から生成される前記第1の送信RFキャリア信号とが供給され、前記第2送信ミキサには第2の送信信号と前記送信用周波数分周器から生成される前記第2のRF送信キャリア信号とが供給され、前記変調器の出力端子からRF送信信号が生成され、
    前記コントローラは第1動作モードにおいて、前記第1バイアス回路を活性状態に制御する一方、前記第2バイアス回路(を非活性状態に制御するものであり、
    前記コントローラは前記第1動作モードと異なる第2動作モードにおいて、前記第1バイアス回路を非活性状態に制御する一方、前記第2バイアス回路を活性状態に制御するものである半導体集積回路。
  5. 不揮発性メモリを更に具備して、
    前記半導体集積回路が、前記半導体集積回路に関係する試験工程で、前記第1動作モードに設定されることが可能とされており、
    前記試験工程では、前記第1動作モードに設定された前記半導体集積回路の前記RF送信信号の送信周波数帯域外の雑音が測定され、該測定雑音のレベルが規格の許容レベルを超過する前記RF送信信号のRF送信周波数の情報が前記不揮発性メモリに格納可能とされている請求項4に記載の半導体集積回路。
  6. 前記基準電圧回路は、前記演算増幅器以外にも2個のバイポーラトランジスタと2個の抵抗とを更に含むバンドギャップ基準電圧回路である請求項5に記載の半導体集積回路。
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