JP2014232941A - 高周波信号用駆動回路、高周波信号用駆動回路の駆動方法及び高周波信号受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】雑音レベルの低減を図ることが可能な高周波信号用駆動回路、高周波信号用駆動回路の駆動方法及び高周波信号受信器を提供する。【解決手段】高周波信号送受信器１０は、信号レベルが変動する高周波信号を検波する検波回路１４と、検波回路１４の出力電圧に応じて、スペクトラム拡散されたクロック信号を生成する可変周波数発振回路１５０と、可変周波数発振回路１５０により生成されたクロック信号を利用してバイアス信号を生成するスイッチ制御バイアス回路１６と、高周波信号を、バイアス信号を使用して処理する高周波信号送受信回路１２とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、チャージポンプやスイッチング電源等で用いられるクロック信号を生成する高周波信号用駆動回路、高周波信号用駆動回路の駆動方法及び高周波信号受信器に関する。

従来、高周波スイッチＩＣの評価にて、スプリアスが問題になることがある。図２３は、高周波スイッチＩＣを示す図である。高周波スイッチＩＣ（以下、高周波信号送受信器という。）３００は、携帯電話をはじめとした無線機器に用いられて、アンテナと送受信ＩＣの間の接続状態を高周波スイッチＩＣに与えられるポート選択信号によって制御する回路である。

図２３に示すように、高周波信号送受信器３００は、大きく分けるとスイッチ駆動信号生成回路３１５とスイッチ回路３１６とから構成される。この高周波信号送受信器３００は、第１ポート３６７又は第２ポート３６８から入力される高周波信号をアンテナポート３６６から出力する、あるいはアンテナポート３６６から入力される高周波信号第１ポート３６７又は第２ポート３６８から出力する。

スイッチ駆動信号生成回路３１５は、バイアス信号を生成する回路であり、発振器３６０、チャージポンプ３６１、及びデコーダバッファ３６２からで構成される。発振器３６０はチャージポンプ３６１へ供給するクロック信号を生成する。チャージポンプ３６１はそのクロック信号を受けて動作し、電圧を生成してデコーダバッファ３６２からスイッチ回路３１６へチャージポンプ出力１及びチャージポンプ出力２を供給する。なお、チャージポンプ３６１からの出力は１つ以上であればよい。デコーダバッファ３６２はポート選択信号端子３６５から入力されるポート選択信号によって、バイアス出力１及びバイアス出力２の電圧値を変化させる。スイッチ駆動信号生成回路３１５のバイアス出力１及びバイアス出力２は、それぞれスイッチ回路３１６のバイアス信号１及びバイアス信号２と接続される。

例えば、チャージポンプ３６１によって、＋２.５Ｖと−２.５Ｖを生成し、高周波スイッチ３６３をＯＮ、高周波スイッチ３６４をＯＦＦとしたい場合は、ポート選択信号によりバイアス出力１に＋２.５Ｖ、バイアス出力２に−２.５Ｖを出力する。高周波スイッチをＮＭＯＳで構成した場合、このバイアス出力により、第１ポート３６７の高周波スイッチ３６３の導電率は高く、第２ポート３６８の高周波スイッチ３６４の導電率は低くなる。その結果、アンテナポート３６６から第１ポート３６７へは効率よく電力が伝えられ、第２ポート３６８へは電力が遮断される。

図２４は、従来のスイッチ駆動信号生成回路の構成を示すブロック図である（特許文献１のＦｉｇ.３参照）。図２４に示すように、従来のスイッチ駆動信号生成回路４００は、発振器４０１、デルタシグマ変調回路４０２、クロックドライバ４０３、及びチャージポンプ４０４により構成される。

発振器４０１はクロック信号を出力し、このクロック信号はデルタシグマ変調回路４０２へ入力される。デルタシグマ変調回路４０２は、擬似乱数発生回路４１１と積分回路４１２とにより構成される。擬似乱数発生回路４１１はクロック信号が入力されること乱数を生成する。積分回路４１２は乱数信号が入力されると積分回路４１２の定数を変化させる。すなわち、デルタシグマ変調回路はクロックごとに異なる周期の信号を出力することになる。したがって、デルタシグマ変調回路から出力される変調後クロック信号は変調されている。変調後クロック信号はバッファ回路であるクロックドライバ４０３へ入力され、チャージポンプ４０４の段数や位相形式に合わせた信号（クロック信号１又はクロック信号２）を出力する。

図２５は、擬似乱数回路の一例を示す図である。図２５に示す擬似乱数回路５００は線形帰還シフトレジスタと呼ばれるものである。ＣＬＫ端子にクロック信号を入力することで、Ｒａｎｄ[０]、Ｒａｎｄ[１]、Ｒａｎｄ[２]、Ｒａｎｄ[３]、Ｒａｎｄ[４]端子から擬似乱数パターンを出力する。ＸＯＲ回路５１１、ＯＲ回路５１２、６つのＤフリップフロップ５０１〜５０６、及び６入力のＡＮＤ回路５１３により構成される。全てのＤフリップフロップ５０１〜５０６の出力Ｑが０となったときにＡＮＤ回路５１２からＨｉｇｈ信号を出力する。この機能により、Ｄフリップフロップ５０１〜５０６の初期状態によらず、擬似乱数パターンを生成することが可能である。

米国特許公開公報ＵＳ２０１２/００４９９０３ Ａ１

しかしながら、図２３に示す高周波信号送受信器３００においては、チャージポンプ３６１は、周期的に容量の充放電を行う動作を実行する回路である。クロック信号と同期した電流が瞬時に流れるという動作を行うため、クロック信号とその高調波成分のスペクトラム成分を有するノイズを放出する。図２６（ａ）にスイッチ制御バイアス回路のバイアス出力１、２から放出される線スペクトラムであるスプリアス成分とアンテナポートから入力する高周波信号（所望波）の電力と周波数の関係を示している。線スペクトラム成分を有する雑音は、バイアス出力１、２とバイアス信号１、２の配線や回路をＭＯＳで構成する場合はその基板や基板周囲の空気などの誘電体を媒介としてスイッチ回路３１６へ伝達される。

図２６（ｂ）はアンテナポート３６６から入力された信号（図２６（ａ）の所望波）をポート１で観測した結果の例である。スイッチがＮＭＯＳで構成される場合、ゲートへ雑音が重畳されるとＮＭＯＳの導電率がその雑音により変動する。そのため、図２６（ｂ）に示すように、アンテナポートから入力される信号は、雑音成分とミキシングを起こす。また、そのミキシングしたチャージポンプのスプリアスと高周波信号のミキシング信号は、アンテナポートに入出力される電力に応じて大きくなる。そのため、２０ｄＢｍ以上の電力を扱う必要があり、低雑音が要求されるような高周波スイッチでは、図２６（ｂ）に示すように、所望のスペクトラムマスク（例えばＵＷＢ通信等における周波数帯ごとの送信電力の上限値を示す）を満たさなくなる可能性がある。

従来、電源回路部とスイッチ回路部とのアイソレーションをとり、スイッチ回路部への雑音成分の重畳量を減らすことで雑音対策としていた。例えば、レイアウト上で各回路部の距離を大きくしたり、電源・グラウンド配線により雑音を発生する回路ブロックや配線をシールドしたりする対策がある。しかし、このような対策は、チップ面積が増大するという欠点を有する。

また、特許文献１のようなデルタシグマ変調を利用したスイッチ駆動信号生成回路の場合、クロック信号が変調されるため、図２７（ａ）に示すように、チャージポンプの出力のスプリアス（目的外の電波）はピーク値が低減されることが予測される。したがって、変調クロック信号により発生スプリアス信号は、外部から入力される高周波信号とのミキシングを受けたとしても、クロック信号の変調前よりもチャージポンプのスプリアスとＲＦ信号のミキシング信号は、図２７（ｂ）に示すように、図２６（ｂ）に示すレベルよりも低いピークスペクトラムとなることが推定される。

しかしながら、このようにデルタシグマ変調を利用する場合、擬似乱数回路と積分回路が必要になり回路規模が大きくなり、さらに、擬似乱数信号生成回路へ入力されるクロック信号は変調されないため線スペクトラム成分を有するノイズ成分が依然存在するという問題点がある。

本発明に係る高周波信号用駆動回路は、信号振幅（又は信号電力）が変動する高周波信号を検波する検波回路と、前記検波回路の出力電圧に応じて、スペクトラム拡散されたクロック信号を駆動信号として生成するクロック生成回路と、を有するものである。

本発明に係る高周波信号用駆動回路の駆動方法は、信号レベルが変動する高周波信号を検波し、前記検波出力に応じて、スペクトラム拡散されたクロック信号を駆動信号として生成する、ものである。

本発明に係る高周波信号受信器は、信号レベルが変動する高周波信号を検波する検波回路と、前記検波回路の出力電圧に応じて、スペクトラム拡散されたクロック信号を生成するクロック生成回路と、前記クロック生成回路により生成されたクロック信号を利用してバイアス信号を生成するバイアス信号生成回路と、前記高周波信号を、前記バイアス信号を使用して処理する高周波受信回路とを有する、ものである。

本発明によれば、雑音レベルの低減を図ることが可能な高周波信号用駆動回路、高周波信号用駆動回路の駆動方法及び高周波信号受信器を提供することができる。

本発明の実施の形態１にかかるスペクトラム拡散クロック信号生成回路を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２にかかるスペクトラム拡散クロック信号生成回路を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるスイッチ制御バイアス回路の詳細を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における高周波信号送受信回路一例として高周波スイッチ回路を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における高周波スイッチ回路の詳細を示すブロック図である。 ダイオード検波を使用する検波回路の一例を示す図である。 検波回路の他の回路構成を示す図である。 本発明の実施の形態２における可変周波数発振回路の一構成例を示す図である。 可変周波数発振回路における遅延セルの一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態２における可変周波数発振回路の他の構成を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）本発明の実施の形態２における可変周波数発振回路の更に他の構成を示す図である。 図９（ｂ）に示す遅延セルの一例を示す図である。 振幅変調された高周波信号の時間及び電力の関係を示す図である。 検波回路の入力信号電力及び出力電圧の関係を示す図である。 検波回路の信号波形を示す図である。 可変周波数発振回路の入力電圧及び発振周波数の関係の一例を示す図である。 クロック信号の周波数の時間変化を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ従来例及び本発明の実施の形態２におけるスプリアスの大きさを説明するための模式図である。 本発明の実施の形態３にかかる高周波信号送受信器を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４にかかる高周波信号送受信器を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における自動利得調整回路を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５にかかる高周波信号送受信器１０ｃを示すブロック図である。 本発明の実施の形態５における高周波信号送受信器１０ｃに含まれるパワーアンプを示す図である。 スイッチング電源を示す一回路構成であって、入力電圧よりも低い電圧を出力するＢｕｃｋ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒの概略図を示すブロック図である。 （ａ）は、スイッチング電源２１７の動作を説明する図であり、（ｂ）は、インダクタ電流及び時間の関係を示す図、（ｃ）は、インダクタ電圧及び時間の関係を示す図である。 従来の高周波スイッチＩＣを示す図である。 従来のスイッチ駆動信号生成回路の構成を示すブロック図である 従来の擬似乱数回路の一例を示す図である。 従来の高周波信号送受信器におけるクロック信号とその高調波成分のスペクトラム成分を説明する図である。 デルタシグマ変調により変調したクロック信号とその高調波成分のスペクトラム成分を説明する図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、特に大振幅の高周波信号を受送信する回路で、低雑音が求められる回路に好適に使用される高周波信号用駆動回路に適用したものである。

上述したように、クロック信号で駆動されるスイッチング電源やチャージポンプ等は、低雑音が要求される回路においてノイズの原因となりうる。そこで、本実施の形態においては、入出力信号の振幅変調情報を基に、クロック信号のスペクトラム拡散を行うことで雑音の低減を図る。クロック信号のスペクトラム拡散を行うために必要な回路は、検波回路及び可変周波数発振回路であり、比較的回路規模を小さくすることができる。また、スペクトラム拡散されないクロック信号が擬似乱数信号回路へ入力されないため、より低雑音化を図ることができる。以下、本発明の実施の形態についてより詳細に説明する。

本発明の実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１にかかる駆動信号生成回路を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる高周波信号用の駆動信号生成回路１３は、検波回路１４及びクロック生成回路１５を有し、後段のスイッチ回路の駆動信号等に使用することができるクロック信号を生成する、高周波信号用駆動回路である。検波回路１４は、信号レベルが変動する高周波信号を検波する。クロック生成回路１５は、検波回路１４の出力電圧に応じてスペクトラム拡散されたクロック信号、すなわち周波数が検波回路１４から出力される電圧に応じて変化する可変周波数のクロック信号を生成する可変周波数発振回路である。

例えば、高周波信号用駆動回路１３から出力されるクロック信号でチャージポンプを駆動し、ポートを選択するスイッチ回路のスイッチングを制御する制御信号を生成することができる。当該高周波信号用駆動回路１３により生成された可変周波数のクロック信号をチャージポンプ回路やスイッチング電源に使用しても、クロック信号がスペクトラム拡散されているため、雑音を低減することができる。

本発明の実施の形態２
図２は、本発明の実施の形態２にかかる高周波信号送受信器を示すブロック図である。図２に示すように、本実施の形態にかかる高周波信号送受信器１０は、高周波信号を送受信するアンテナ１１、高周波信号送受信回路１２、駆動信号生成回路１３０、及びバイアス信号生成回路としてのスイッチ制御バイアス回路１６を有する。高周波信号送受信器１０は、アンテナから受信した信号を他の機器のために、増幅したり、周波数変換したり、またアナログデジタル変換したりする機能を有する。例えば、ローノイズアンプ、パワーアンプ、又は高周波スイッチ等、高周波信号を取り扱う回路とすることができる。その他、大振幅の高周波信号を受送信する回路を混載し、低雑音が求められる回路に好適である。

高周波信号送受信回路１２は、スイッチ制御バイアス回路１６からバイアス信号が入力される。バイアス信号は、増幅器の電圧源若しくは電流源、利得調整用の制御バイアス信号、又は高周波スイッチのゲート制御信号等として利用することができる。

駆動信号生成回路１３０は、検波回路１４及び可変周波数発振回路１５０を有する。検波回路１４は、アンテナ１１と接続されて、アンテナ１１が受信した信号レベルが変動する高周波信号を検波する回路であり、高周波信号の信号強度に応じた信号を出力する。その検波回路出力は、可変周波数発振回路１５０の入力へ接続される。可変周波数発振回路１５０は、検波回路１４の出力電圧に応じてスペクトラム拡散されたクロック信号、すなわち周波数が検波回路１４から出力される電圧に応じて変化する可変周波数のクロック信号を生成するクロック生成回路である。

ここで、駆動信号生成回路１３０は、クロック信号を生成するが、このクロック信号は、スイッチ制御バイアス回路１６に含まれるチャージポンプを動作させる信号である。すなわち、駆動信号生成回路１３０は、チャージポンプを駆動する信号を生成する高周波信号用駆動回路にも相当する。

図３Ａは、本実施の形態におけるスイッチ制御バイアス回路の詳細を示すブロック図である。図３Ａに示すように、スイッチ制御バイアス回路１６は、チャージポンプ２６１、
デコード回路（デコーダバッファ）２６２を有する。駆動信号生成回路１３０で生成されたクロック信号はチャージポンプ２６１へ供給される。チャージポンプ２６１はそのクロック信号を受けて動作し、電圧を生成してデコーダバッファ２６２により高周波信号送受信回路１２へバイアス電圧（バイアス信号１およびバイアス信号２）を供給する。

高周波信号送受信回路１２がスイッチ回路である場合は、このバイアス電圧はスイッチのオンオフを制御するスイッチの駆動信号となるものであり、よって、駆動信号生成回路１３０及びチャージポンプ２６１は、高周波信号用駆動回路を構成する。チャージポンプ２６１からの出力は１つ以上とする。デコーダバッファ２６２は、ポート選択信号端子２６５から入力されるポート選択信号によって、高周波信号送受信回路１２へ与えるバイアス電圧（バイアス信号１及びバイアス信号２）の出力先、つまり図３Ｂにおいては、バイアス信号端子２６３及び２６４にバイアス電圧を出力する。バイアス信号１及びバイアス信号２はそれぞれバイアス信号端子２６３、２６４を介して高周波信号送受信回路１２へ出力される。

また、図３Ｂは図２に示す高周波信号送受信回路１２の一例として高周波スイッチ回路を示す図である。また、図３Ｃは、高周波スイッチ部の詳細を示す一例である。高周波信号送受信回路１２は、高周波スイッチ部２２１、アンテナポート２２２、バイアス信号端子２２３、２２４、第１ポート２２５、及び第２ポート２２６を有し、アンテナ１１と接続されるアンテナポート２２２を介して高周波信号を入力又は出力する。また、バイアス信号端子２２３、バイアス信号端子２２４からバイアス信号１、バイアス信号２が供給されてポートが選択され、第１ポート２２５又は第２ポート２２６からの信号をアンテナポート２２２から出力し、又はアンテナポート２２２からの信号を第１ポート２２５又は第２ポート２２６から出力する。

この図３Ｂに示す高周波スイッチ部２２１の内部回路は、図３Ｃに示すように高周波（ＲＦ）スイッチ（１）２２７及び高周波スイッチ（２）２２８から構成することができる。高周波スイッチ２２７、２２８からなる高周波スイッチ部２２１は、１つ以上の高周波スイッチにより構成され、バイアス信号端子２２３、２２４を介して入力されるバイアス信号１、２により高周波スイッチ２２７、２２８の導電率が変化する。そのため、バイアス信号１、２の電圧値により、アンテナポート２２２からの信号をいずれのポート１、２から出力するかの信号経路を選択することができる。

なお、図３Ｂ及び図３Ｃに示す例では、バイアス信号及びポート数を２つとして説明したが、２つに限らず、バイアス信号及びポート数は１つ以上であればよいし、両者が異なる数であってもよい。また、アンテナの数も同様に複数あってもよい。

ところで、チャージポンプ２６１は周期的に容量の充放電を行う動作を実行する回路である。クロック信号と同期した電流が瞬時に流れるという動作を行うため、クロック信号とその高調波成分のスペクトラム成分を有するノイズを放出する。スペクトラム成分を有する雑音は配線やチップの基板などを通して、高周波スイッチ回路部へ伝達される。高周波スイッチ２６３、２６４のゲートを駆動する駆動信号（出力１、出力２）へ雑音が重畳されるとＮＭＯＳの導電率がその雑音により変動する。そのため、アンテナポートから入力される信号は、雑音成分とミキシングを起してしまい、この結果、所望のスペクトラムマスク（ＵＷＢ通信における周波数帯ごとの送信電力の上限値を示す）を満たさなくなる可能があった。

これに対し、本実施の形態にかかる高周波信号送受信器１０においては、駆動信号生成回路１３０により生成されるクロック信号が受信する高周波信号の信号レベルに応じて周波数が変動する、スペクトラム拡散されたクロック信号である。このため、これを使用してチャージポンプ２６１を駆動するスイッチ制御バイアス回路１６において、チャージポンプ駆動の際に生じる雑音もスペクトラム拡散されることとなり、この結果、その雑音レベルを低減することができる。

以下、本実施の形態における駆動信号生成回路１３０の構成について詳細に説明する。図４は、ダイオード検波を使用する検波回路の一例を示す図である。図４に示す検波回路１４０は、例えば特開２０１０-１１４８３７号公報に開示されている回路を利用することができる。検波回路１４０は、ＡＮＴポート１４６に接続されたキャパシタ１４１、キャパシタ１４１に接続される抵抗１４２、抵抗１４２に並列に接続されるダイオード１４３、１４４、ダイオード１４３、１４４の出力の間に接続されるキャパシタ１４５を有する。ダイオード１４３の出力は、キャパシタ１４５にも接続される。ダイオード１４３のアノードは抵抗１４２と、カソードはキャパシタ１４５と接続され、ダイオード１４４のアノードはキャパシタ１４５と、カソードは抵抗１４２と接続される。ＡＮＴポート１４６へアンテナからの高周波信号が入力されると、ダイオード１４３の整流効果により検波出力ポート１４７に高周波信号のパワーに応じた電圧が出力される。

検波回路１４の他の回路構成として、図５に示すＬＯＧアンプを使用することも可能である（アナログ・デバイセズ社製、ＡＤ８３０７、２０１４年５月９日検索、［http://www.analog.com/static/imported-files/jp/data_sheets/AD8310_jp.pdf］）。

図５に示すように、検波回路としてのログアンプ２５０は、バンドギャップリファレンス及びバイアス回路２５１、６個のカスケード接続されたアンプ及びリミッタセル２５２、フル差動入力２５３、及び入力オフセット補償回路２５４などを有する。

一方、クロック生成回路である可変周波数発振回路１５０は、上記の検波回路１４からの検波出力に基づき、スペクトラム拡散されたクロック信号を生成する。図６は、可変周波数発振回路１５０の一構成例を示す図である。図６に示すように、本実施の形態にかかる可変周波数発振回路１５０は、少なくとも入出力端子として、周波数を調整するための入力端子Ｆｒｅｑ_ｔｕｎｅ１５１、発振した信号を出力する出力端子ＯｓｃｉｌｌａｔｏｒＯｕｔ１５２を有する。入力端子１５１は、検波回路１４の検波出力端子と接続される。出力端子１５２はスイッチ制御バイアス回路１６のクロック信号端子と接続される。

可変周波数発振回路１５０は、複数の遅延セル１５３、１５４、１５５をループ状に接続したものである。なお、本実施の形態における可変周波数発振回路１５０は、遅延セルを３つ有する構成として説明するが、遅延セルの個数は２以上であれば３つ以外であってもよい。前段の遅延セルの出力端子は後段の遅延セル入力端子へ接続される。最終段の遅延セル１５５の出は出力端子１５２に接続される。また、それぞれの遅延セルはＡｄｊｕｓｔ端子を有し、このＡｄｊｕｓｔ端子は入力端子１５１とそれぞれ接続されている。

図７は、遅延セルの一構成例を示す図である。図７に示すように、本実施の形態にかかる遅延セル１６０においては、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ（ＭＰ０１）からなるトランジスタ１６４と、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（ＭＮ０１）からなるトランジスタ１６５とからインバータが構成される。トランジスタ１６４、１６５のゲートは入力端子１６１に接続される。トランジスタ１６４、１６５のドレインは出力端子１６３へ接続される。トランジスタ１６４のソースは電源ＶＤＤに、トランジスタ１６５のソースは、トランジスタ１６６のドレインへ接続される。トランジスタ１６６のゲートはＡｄｊｕｓｔ端子１６２へ接続され、ソースはＧＮＤへ接続される。トランジスタ１６６はＡｄｊｕｓｔ端子によりＯＮ抵抗を調整することができる。トランジスタ１６６のＯＮ抵抗により、トランジスタ１６４、１６５で構成されるインバータの貫通電流を制限する。これにより、遅延量を調整することができる。

ここで、可変周波数発振回路１５は、図６に示す可変周波数発振回路１５０に限らず、ＬＣ発振器等の外部電圧により発振周波数を調整することができるものであればどのような構成であってもよい。例えば図８に示す可変周波数発振器などとすることも可能である（参考文献：ＵＳ７０３８５２７）。

図８に示すように、可変周波数発振回路１７０は、インダクタＩＮＤ０１（１７５）、ＩＮＤ０２（１７６）、及び可変容量ＣＡＰ０１（１７７）、ＣＡＰ０２（１７８）の共振により発振する。発振に必要な電力を与える正帰還回路は、トランジスタ１７９、１８０、１８１（ｎｍｏｓ０１、ｎｍｏｓ２、ｎｍｏｓ０３）により構成される。トランジスタ１８１はゲートにｂｉａｓ端子１７３から電圧が与えられ、定電流源として使用される。ドレインは、トランジスタ１７９、１８０のソースに接続される。

トランジスタ１７９のドレインとトランジスタ１８０のゲートとが接続され、トランジスタ１８０のドレインとトランジスタ１７９のゲートとが接続され、正帰還回路が構成される。ｏｕｔｐ端子１７１及びｏｕｔｎ端子１７４から差動信号を出力する。

Freq_tune端子１７２から入力される電圧により可変容量１７７、１７８の容量値を変更することで発振周波数を変更することができる。

また、可変周波数発振回路１５はまた、図６及び図８に示す回路の他、図９に示す差動発振回路１９０とすることも可能である。図９（ａ）は、差動発振回路の一例を示す図である。差動端子Ｏｓｃ＿ｏｕｔ＋、−、及び周波数制御端子Ｆｒｅｑ＿ｔｕｎｅを有する。この可変周波数発振回路である差動発振回路１９０の遅延セルは、図９（ｂ）のように構成することができる。図９（ｂ）に示すように、遅延セル１９１は、差動入力端子Ｖｉｎ＋、ＶＩＮ−、差動出力端子Ｖｏｕｔ＋、Ｖｏｕｔ−を有し、さらに、周波数制御端子Ｆｒｅｑ＿ｔｕｎｅを有する。

図１０は、図９（ｂ）に示す遅延セルの一例を示す図である。なお、図７に示す遅延セル１６０はインバータを使用した遅延セルとしたが、この図１０に示す差動増幅器を使用した遅延セル２００等とすることも可能である。図１０に示すように、遅延セル２００は、差動入端子２０１、２０２（Ｖｉｎ＋、ＶＩＮ−）及び差動出力端子２０３、２０４（Ｖｏｕｔ＋、Ｖｏｕｔ−）を有する。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタからなるトランジスタ２１１、２１２、２１３と、Ｐチャンネルトランジスタからなるトランジスタ２０７、２０８、２０９、２１０とを有する。更に、Ｆｒｅｑ＿ｔｕｎｅ端子２０５を有し、ここから入力される信号によりトランジスタ２１３の電流量を調整すること。これにより遅延量を調整することができる。

トランジスタ２１１、２１２が差動回路を構成し、負荷として、それぞれトランジスタ２０７、２０８、及びトランジスタ２０９、２１０を有している。なお、トランジスタ２０７、２０９は必ずしも必要でないが、トランジスタ２１３の電流量を大幅に変える場合に差動出力端子２０３、２０４間の電圧振幅変化を抑える役割を有する。
（参考文献：Design of Analog CMOS Integrated Circuits (page 522), Mc Graw Hill, Razavi著、ISBN 0-07-118815-0）

上述したように、スイッチ制御バイアス回路１６は、チャージポンプやスイッチング電源をはじめとしたクロック信号により動作する回路である。クロック信号に与えられる入力信号をクロックとして利用して高周波信号送受信回路へのバイアス信号を生成する。

次に、本実施の形態にかかる高周波信号送受信器１０において、ノイズが低減される理由について説明する。図１１は、振幅変調された高周波信号を示す図である。Ｘ軸は時間、Ｙ軸は電力を示す。なお、本実施の形態においては、高周波信号がアンテナ１１から入力された場合について説明するが、これに限るものではない。アンテナ１１を介して検波回路１４に高周波信号が入力されると、検波回路１４から検波回路出力が出力される。

ここで、本実施の形態にかかる検波回路１４が、図１２に示す入力信号電力と出力電圧との関係を有する場合について説明する。この場合、検波回路１４から、図１３に示すような信号波形が出力される。検波回路１４の出力は、可変周波数発振回路１５の入力となる。図１４は、可変周波数発振回路１５の入力電圧と発振周波数の関係の一例を示す図である。図１４において、Ｘ軸は入力電圧、Ｙ軸は発振周波数とすることができる。可変周波数発振回路１５に図１３のような信号波形を入力すると、クロック信号の周期は変動する。その結果、クロック信号の周波数は図１５に示すように時間変化する。その結果、スイッチ制御バイアス回路に与えられるクロック及びそれに同期するノイズ成分はスペクトラム拡散を受けることになる。

図１６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ従来例及び本実施の形態におけるスプリアスの大きさを説明するための模式図である。図１６（ａ）に示すように、従来のように、クロック信号が一定である時のスペクトラムに対して、図１６（ｂ）に示すように、本実施の形態においては、クロック信号がスペクトラム拡散されているため、ノイズ成分のレベルが低くなる。すなわち、高周波信号送受信器１０は、スペクトラムマスクを満たすようにノイズレベルを低減することが可能となる。

本発明の実施の形態３
図１７は、本発明の実施の形態３にかかる高周波信号送受信器１０ａを示すブロック図である。図１７に示すように、本実施の形態にかかる高周波信号送受信器１０ａは、高周波信号送受信回路１２０ａ及び駆動信号生成回路１３０ａを有し、駆動信号生成回路１３０ａは、可変周波数発振回路１５及びスイッチ制御バイアス回路１６を有する。

ここで、本実施の形態にかかる高周波信号送受信器１０ａは、高周波信号送受信回路１２０ａの内部に検波回路１４が搭載されている点が実施の形態２と異なる。本実施の形態においては、高周波信号送受信回路１２０ａ内の検波回路１４の検波回路出力を可変周波数発振回路１５に入力することで、実施の形態１及び２と同様の効果を奏することができる。すなわち、アンテナ１１から受信した高周波信号のパワーに応じた電圧が検波回路１４から可変周波数発振回路１５へ入力されることで、可変周波数発振回路１５は、この電圧に応じた周波数のクロックを生成する。すなわち、可変周波数発振回路１５がスペクト
ラム拡散されたクロックを生成することにより、回路規模の増大を抑制しつつ、低雑音化を図ることができる。

本発明の実施の形態４
図１８は、本発明の実施の形態４にかかる高周波信号送受信器１０ｂを示すブロック図である。図１８に示すように、本実施の形態にかかる高周波信号送受信器１０ｂは、高周波信号送受信回路１２０ｂ及び駆動信号生成回路１３０ｂを有し駆動信号生成回路１３０ｂは、可変周波数発振回路１５及びスイッチ制御バイアス回路１６を有する。

ここで、本実施の形態にかかる高周波信号送受信器１０ｂは、高周波信号送受信回路１２０ｂの内部に可変利得増幅器１７及び自動利得調整回路１８が搭載されている点が実施の形態２と異なる。本実施の形態のような自動利得調整信号を有する高周波信号送受信回路１２０ｂの場合は、その利得調整信号を利用しても実施の形態１と同様の効果を奏する。

図１９は、本実施の形態における自動利得調整回路１８を示すブロック図である。図１９に示すように、自動利得調整回路１８は、検波回路１４及びオペアンプ１９を有する。自動利得調整回路１８は、可変利得増幅器１７の出力パワーを一定にする回路である。高周波信号が入力されると、可変利得増幅器１７の可変利得回路出力を検波回路１４により検波して、検波回路１４の検波回路出力電圧が参照電圧Ｖｒｅｆと一致するようにオペアンプ１９でフィードバックをかける。オペアンプ１９の出力は、高周波入力電力が小さいときに大きくするように、高周波入力電力が大きいときに小さくするように電圧を出力する。

本実施の形態においても、可変周波数発振回路１５には、実施の形態１と同様に、高周波信号の信号レベルに応じた電圧が入力されるため、その大きさに応じた周波数のクロック信号が生成される。すなわち、可変周波数発振回路１５で生成されるクロック信号はスペクトラム拡散されているため、実施の形態１乃至３と同様に、パワーアンプ等で発生する雑音レベルを低減することができる。

本発明の実施の形態５
図２０Ａは、本発明の実施の形態５にかかる高周波信号送受信器１０ｃを示すブロック図である。本実施の形態においては、可変周波数発振回路１５０で生成したクロック信号によりスイッチ制御バイアス回路を駆動するものである。図２０Ａに示すように、高周波信号送受信器１０ｃは、高周波信号送受信回路１２０ｃ、駆動信号生成回路１３０、スイッチ制御バイアス回路を有する。ここで、本実施の形態にかかる高周波信号送受信回路１２０ｃは、パワーアンプ１２２を有する。パワーアンプ１２２を駆動するスイッチ制御バイアス回路は一般的にスイッチング電源が用いられるため、本例においては、スイッチ制御バイアス回路としてスイッチング電源２１７を有している。高周波信号送受信回路１２０ｃは、スイッチ回路１２１、パワーアンプ１２２及び変調回路１２３を有している。

この高周波信号送受信器１０ｃでは、可変周波数発振回路１５０により生成されたクロック信号によりスイッチング電源２１７を駆動し、スイッチング電源２１７の出力電圧をバイアス信号としてパワーアンプ１２２の帯域切り替え又はゲイン切り替え等を行う。図２０Ｂは本実施の形態におけるパワーアンプ２１８を示す図である。

アンテナポート１２２ａは、アンテナ１１と直接あるいはスイッチ回路１２１を介して間接的に接続される。また第１ポート１２２ｃは変調信号を生成する変調回路１２３と接続される。バイアス信号１２２ｂは、スイッチ制御バイアス回路、すなわちスイッチング電源２１７と接続されて、利得を調整するなどの機能を有する。

スマートフォン（多機能携帯電話）、タブレット端末、又は高速データ通信カードなどのワイヤレスモバイル機器においては、多数の周波数帯に対応する必要がある。これら複数の周波数帯に伴い、ワイヤレスモバイル機器のＲＦフロントエンド部の送信部に、各々の周波数帯に対応した信号を基地局まで届かせるために増幅させるパワーアンプ（ＰＡ）を配置する必要がある。なお、ＲＦフロント部とは、ワイヤレスモバイル機器においてＰＡ、出力電力ディテクター、アイソレータ、フィルタ、及びスイッチなど高周波信号を処理する部品群をいい、図２０における高周波信号送受信回路１２に相当する。

次に、このスイッチング電源２１７について更に説明する。図２１は、スイッチング電源を示す一回路構成であって、入力電圧よりも低い電圧を出力するＢｕｃｋ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒの概略図を示すブロック図である。図２１に示すように、スイッチング電源２１７には、可変周波数発振回路１５０で生成されたクロック信号が入力される。そして、スイッチング電源２１７は、電源２７３、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号生成回路２７２、スイッチ（ＳＷ）２７４、インダクタＬ２７５、及びダイオードＤ２７６を有する。ＰＷＭ信号のデューティで、Ｖｏｕｔ端子から出力される電圧を調整することができる。

図２２（ａ）は、スイッチング電源２１７の動作を説明する図であり、図２２（ｂ）は、インダクタ電流及び時間の関係を示す図、図２２（ｃ）は、インダクタ電圧及び時間の関係を示す図である。
インダクタ電圧は時間平均するとゼロになる。
（−Ｖｏｕｔ＋Ｖｉｎ）×Ｔｏｎ−Ｖｏｕｔ×Ｔｏｆｆ＝０
よって
Ｖｏｕｔ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）ｘ Ｖｉｎ
＝Ｄ（デューティ）・Ｖｉｎ
となる。

本実施の形態においては、スイッチング電源２１７の駆動に、スペクトラム拡散したクロックを利用することで、上述の他の実施の形態と同様に、スイッチング電源２１７により生成されるノイズレベルを低減することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。上述の実施の形態１乃至５の一部を必要に応じて適宜組み合わせて実施することも可能である。

また、上述の実施の形態では、ハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではなく、任意の処理を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ-ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１０ 高周波信号送受信器
１０ａ 高周波信号送受信器
１０ｂ 高周波信号送受信器
１１ アンテナ
１２ 高周波信号送受信回路
１２ａ 高周波信号送受信回路
１３ 駆動信号生成回路
１４ 検波回路
１５ クロック信号生成回路
１６ スイッチ制御バイアス回路
１７ 可変利得増幅器
１８ 自動利得調整回路
１９ オペアンプ
１２０ａ 高周波信号送受信回路
１２０ｂ 高周波信号送受信回路
１２０ｃ 高周波信号送受信回路
１２１ スイッチ回路
１２２ パワーアンプ
１２３ 変調回路
１３０ 駆動信号生成回路
１３０ａ 駆動信号生成回路
１３０ｂ 駆動信号生成回路
１４０ 検波回路
１４１ キャパシタ
１４２ 抵抗
１４３ ダイオード
１４４ ダイオード
１４５ キャパシタ
１４６ ＡＮＴポート
１４７ 検波出力ポート
１５０ 可変周波数発振回路
１５１ 入力端子
１５２ 出力端子
１５３ 遅延セル
１５４ 遅延セル
１５５ 遅延セル
１６０ 遅延セル
１６１ 入力端子
１６２ Ａｄｊｕｓｔ端子
１６３ 出力端子
１６４ トランジスタ
１６５ トランジスタ
１６６ トランジスタ
１７０ 可変周波数発振回路
１９０ 差動発振回路
２００ 遅延セル
２２１ 高周波スイッチ部
２２２ アンテナポート
２２３ バイアス信号端子
２２４ バイアス信号端子
２２５ 第１ポート
２２６ 第２ポート
２２７ 高周波スイッチ（１）
２２８ 高周波スイッチ（２）
２６１ チャージポンプ
２６２ デコーダバッファ
２６３ バイアス信号端子
２６４ バイアス信号端子
２６５ ポート選択信号端子
３００ 高周波信号送受信器
３１５ スイッチ駆動信号生成回路
３１６ スイッチ回路
３６０ 発振器
３６１ チャージポンプ
３６２ デコーダバッファ
３６３ 高周波スイッチ
３６４ 高周波スイッチ
３６５ ポート選択信号端子
３６６ アンテナポート
３６７ 第１ポート
３６８ 第２ポート

Claims (20)

1. 信号レベルが変動する高周波信号を検波する検波回路と、
   前記検波回路の出力電圧に応じて、スペクトラム拡散されたクロック信号を駆動信号として生成するクロック生成回路と、を有する高周波信号用駆動回路。
2. 前記クロック生成回路は、前記検波回路の出力電圧に応じた周波数のクロック信号を生成する可変周波数発振回路である、請求項１記載の高周波信号用駆動回路。
3. 前記クロック信号により駆動されるチャージポンプ回路を更に有する、
   請求項１記載の高周波信号用駆動回路。
4. 前記クロック信号により駆動されるチャージポンプ回路と、
   前記チャージポンプ回路の出力が入力され、ポート選択信号に基づき、１以上のポートのいずれかを選択する当該ポートにそれぞれ対応するスイッチのオンオフを制御する駆動信号を生成するデコード回路とを更に有する、請求項１記載の高周波信号用駆動回路。
5. 前記デコード回路が出力する駆動信号によりオンオフされる１以上のスイッチを有するスイッチ回路を更に有する、請求項４記載の高周波信号用駆動回路。
6. 前記クロック信号により駆動されるスイッチング電源を更に有する、請求項１記載の高周波信号用駆動回路。
7. 前記クロック生成回路は、インバータで構成される複数の遅延セルをループ状に接続してなる、請求項１項記載の高周波信号用駆動回路。
8. 前記クロック生成回路は、
   インダクタ及び可変容量と、
   前記インダクタ及び可変容量に電力を供給する正帰還回路とを有し、
   前記インダクタ及び可変容量の共振によりクロック信号を生成する、請求項１項記載の高周波信号用駆動回路。
9. 前記クロック生成回路は、差動増幅器を用いた複数の遅延セルをループ状に接続してなる、請求項１項記載の高周波信号用駆動回路。
10. 信号レベルが変動する高周波信号を検波し、
    前記検波出力に応じて、スペクトラム拡散されたクロック信号を駆動信号として生成する、高周波信号用駆動回路の駆動方法。
11. 前記スペクトラム拡散されたクロック信号は、前記検波出力の出力電圧に応じた周波数を有するクロック信号である、請求項１０記載の高周波信号用駆動回路の駆動方法。
12. 前記クロック信号によりチャージポンプ回路を駆動し、
    前記チャージポンプ回路の出力から、ポート選択信号に基づき、１以上のポートのいずれかを選択する当該ポートにそれぞれ対応するスイッチのオンオフを制御する駆動信号を生成する、請求項１０記載の高周波信号用駆動回路の駆動方法。
13. 前記駆動信号により１以上のスイッチをオンオフして前記１以上のポートのいずれかを選択する、請求項１２記載の高周波信号用駆動回路の駆動方法。
14. 信号レベルが変動する高周波信号を検波する検波回路と、
    前記検波回路の出力電圧に応じて、スペクトラム拡散されたクロック信号を生成するクロック生成回路と、
    前記クロック生成回路により生成されたクロック信号を利用してバイアス信号を生成するバイアス信号生成回路と、
    前記高周波信号を、前記バイアス信号を使用して処理する高周波受信回路と
    を有する、高周波信号受信器。
15. アンテナから受信した受信信号を増幅する可変利得回路と、
    前記可変利得回路により増幅された信号を検波する検波回路と、
    前記検波回路の出力電圧が参照電圧と一致するよう制御するオペアンプとを有し、
    当該オペアンプの出力を前記クロック生成回路へ出力する、請求項１４記載の高周波信号送受信器。
16. 前記クロック生成回路は、前記検波回路の出力電圧に応じた周波数のクロック信号を生成する可変周波数発振回路である、請求項１４記載の高周波信号受信器。
17. 前記クロック信号により駆動されるチャージポンプ回路と、
    前記チャージポンプ回路の出力が入力され、ポート選択信号に基づき、１以上のポートのいずれかを選択する当該ポートにそれぞれ対応するスイッチのオンオフを制御する駆動信号を生成するデコード回路とを更に有する、請求項１３項記載の高周波信号受信器。
18. 前記デコード回路が出力する駆動信号によりオンオフされる１以上のスイッチを有するスイッチ回路とを更に有する、請求項１７記載の高周波信号受信器。
19. 前記クロック生成回路は、インバータで構成される複数の遅延セル又は差動増幅器を用いた複数の遅延セルをループ状に接続してなる、請求項１４項記載の高周波信号受信器。
20. 前記クロック生成回路は、
    インダクタ及び可変容量と、
    前記インダクタ及び可変容量に電力を供給する正帰還回路とを有し、
    前記インダクタ及び可変容量の共振によりクロック信号を生成する、請求項１４項記載の高周波信号受信器。

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