JP2018093529A - Oscillation circuit - Google Patents
Oscillation circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018093529A JP2018093529A JP2018030001A JP2018030001A JP2018093529A JP 2018093529 A JP2018093529 A JP 2018093529A JP 2018030001 A JP2018030001 A JP 2018030001A JP 2018030001 A JP2018030001 A JP 2018030001A JP 2018093529 A JP2018093529 A JP 2018093529A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- capacitor
- wiring
- closed circuit
- semiconductor integrated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Abstract
Description
本発明は、高周波発振を可能にする発振回路に関する。 The present invention relates to an oscillation circuit that enables high-frequency oscillation.
従来から、無線機においては、インダクタ及びキャパシタから構成された共振回路と、トランジスタとによって構成された発振回路が用いられている。キャパシタとして可変容量ダイオードを用いることにより、電圧制御発振回路(VCO:voltage controlled oscillator)を構成し、周波数制御が可能になる。また、当該電圧制御発振回路、位相比較器、ループフィルタ、及び分周器によって位相同期回路(PLL:Phase-locked loop)を形成し、PLL周波数シンセサイザに用いることができる。 Conventionally, in a radio device, an oscillation circuit including a resonance circuit including an inductor and a capacitor and a transistor is used. By using a variable-capacitance diode as a capacitor, a voltage controlled oscillator (VCO: voltage controlled oscillator) is configured, and frequency control becomes possible. Further, a phase-locked loop (PLL) can be formed by the voltage-controlled oscillation circuit, the phase comparator, the loop filter, and the frequency divider, and can be used for a PLL frequency synthesizer.
近年においては、上述したような発振回路は、半導体集積回路の一部として形成されている。半導体集積回路の一部として発振回路を形成する方法として、発振回路を構成する全ての部品を半導体集積回路内に形成する場合や、発振回路を構成する部品の一部を半導体集積回路外に形成(すなわち、外付け部品として形成)する場合がある。例えば、発振周波数が数百メガヘルツ(MHz)以下になると、約10ナノヘンリー(nH)のインダクタンスを有するインダクタが必要となる。かかる場合に当該インダクタを半導体集積回路内に設けると、半導体集積回路内における当該インダクタの占有面積が過大となり、半導体集積回路自体も大きくなる。このため、数百MHz以下の発振周波数を有する発振回路においては、インダクタを半導体集積回路の外部に設けることが一般的に行われている。一方、発振周波数が1ギガヘルツ(GHz)以上になると約5nHのインダクタンスを有するインダクタが必要となり、当該インダクタは半導体集積回路内に収容できる。例えば、特許文献1にはインダクタを外付け部品として形成された発振回路が開示されている。更に、特許文献2には、キャパシタを外付け部品とした形成された発振回路が開示されている。特許文献3には、キャパシタを半導体集積回路内に設け、インダクタを外付け部品として設け、更に当該インダクタに外付けのキャパシタを直列接続した構成を有する発振回路が開示されている。
In recent years, the above-described oscillation circuit is formed as a part of a semiconductor integrated circuit. As a method of forming an oscillation circuit as a part of a semiconductor integrated circuit, when all the components constituting the oscillation circuit are formed in the semiconductor integrated circuit, or a part of the components constituting the oscillation circuit is formed outside the semiconductor integrated circuit. (That is, formed as an external part). For example, when the oscillation frequency is several hundred megahertz (MHz) or less, an inductor having an inductance of about 10 nanohenries (nH) is required. In such a case, if the inductor is provided in the semiconductor integrated circuit, the area occupied by the inductor in the semiconductor integrated circuit becomes excessive, and the semiconductor integrated circuit itself also increases. For this reason, in an oscillation circuit having an oscillation frequency of several hundred MHz or less, an inductor is generally provided outside the semiconductor integrated circuit. On the other hand, when the oscillation frequency is 1 gigahertz (GHz) or higher, an inductor having an inductance of about 5 nH is required, and the inductor can be accommodated in a semiconductor integrated circuit. For example, Patent Document 1 discloses an oscillation circuit in which an inductor is formed as an external component. Further, Patent Document 2 discloses an oscillation circuit formed with a capacitor as an external component.
しかしながら、無線機においては、受信回路、送信回路、位相同期回路、制御回路等の種々の機能を有する回路を半導体集積回路に収容しており、微弱な信号を取り扱う受信回路においては、発振回路からの信号の干渉が問題となる。 However, in a radio device, circuits having various functions such as a reception circuit, a transmission circuit, a phase synchronization circuit, and a control circuit are accommodated in a semiconductor integrated circuit. In a reception circuit that handles weak signals, an oscillation circuit The interference of the signal becomes a problem.
例えば、トランジスタ及びキャパシタが半導体集積回路内に設けられ、インダクタのみが半導体集積回路外に設けられた構造を有する発振回路において、500MHzの発振周波数を15nHのインダクタで実現した場合、キャパシタンスは、以下の関係式(1)から6.75ピコファラッド(pF)になる。 For example, in an oscillation circuit having a structure in which a transistor and a capacitor are provided in a semiconductor integrated circuit and only an inductor is provided outside the semiconductor integrated circuit, when an oscillation frequency of 500 MHz is realized by a 15 nH inductor, the capacitance is as follows: From relational expression (1), 6.75 picofarad (pF) is obtained.
なお、上記式において、fが共振周波数、Lがインダクタンス、Cがキャパシタンスである。発振状態における共振回路の電圧振幅の実効値を1Vとすると、インダクタのリアクタンスは、2πfL=47.1(Ω)となる。これにより、共振回路を流れる高周波電流は、1÷47.1=21.2(mA)となる。かかる高周波電流は、半導体集積回路自体の電源電流に匹敵する大電流である。 In the above equation, f is the resonance frequency, L is the inductance, and C is the capacitance. When the effective value of the voltage amplitude of the resonance circuit in the oscillation state is 1 V, the reactance of the inductor is 2πfL = 47.1 (Ω). As a result, the high-frequency current flowing through the resonance circuit is 1 ÷ 47.1 = 21.2 (mA). Such a high-frequency current is a large current comparable to the power supply current of the semiconductor integrated circuit itself.
このような高周波電流が共振回路に流れると、共振回路の電流経路を構成する導電性材料から電磁波が放射され、更には半導体素子の基板電位が変動して半導体集積回路内の他の回路の特性が劣化する。例えば、受信感度の低下といった半導体集積回路の特性劣化が生じる。 When such a high-frequency current flows through the resonance circuit, electromagnetic waves are emitted from the conductive material constituting the current path of the resonance circuit, and further, the substrate potential of the semiconductor element fluctuates and the characteristics of other circuits in the semiconductor integrated circuit Deteriorates. For example, characteristic degradation of the semiconductor integrated circuit such as a decrease in reception sensitivity occurs.
上述したような問題を解決するために、発振振幅を小さくすることが考えられるが、発振振幅を小さくすると発振信号の純度が劣化するため、かかる方法を用いることは困難である。また、発振回路と他の回路との間隔を広げたり、又は発振回路と他の回路との間にシールドを設けたりすることも考えられるが、半導体集積回路の面積及びコストの増加になるため、かかる方法も用いることは困難である。 In order to solve the above-described problem, it is conceivable to reduce the oscillation amplitude. However, if the oscillation amplitude is reduced, the purity of the oscillation signal deteriorates, so that it is difficult to use such a method. In addition, it may be possible to widen the interval between the oscillation circuit and other circuits, or to provide a shield between the oscillation circuit and other circuits, but this increases the area and cost of the semiconductor integrated circuit. Such a method is also difficult to use.
本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、数百メガヘルツの発振周波数を有する発振信号を出力する場合において、半導体集積回路内に設けられた他の回路の特性劣化を抑制することができる発振回路を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and suppresses deterioration of characteristics of other circuits provided in a semiconductor integrated circuit when an oscillation signal having an oscillation frequency of several hundred megahertz is output. Provided is an oscillation circuit that can be used.
上述した課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体集積回路を含む半導体装置であって、前記半導体集積回路の内部に設けられた第1のキャパシタと、前記半導体集積回路の外部に設けられたインダクタと、前記第1のキャパシタと前記インダクタとの間に画定された第1の領域を囲み前記第1のキャパシタと前記インダクタとを接続する第1の配線と、により構成された第1の閉回路と、前記インダクタと、前記半導体集積回路の外部に設けられ前記第1の領域の外側に配置された第2のキャパシタと、前記インダクタと前記第2のキャパシタとの間に画定された第2の領域を囲み前記インダクタと前記第2のキャパシタとを接続する第2の配線と、により構成された第2の閉回路と、を有し、前記第2の配線の配線抵抗は、前記第1の配線の配線抵抗よりも小さいことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device including a semiconductor integrated circuit, and includes a first capacitor provided inside the semiconductor integrated circuit and an outside of the semiconductor integrated circuit. And a first wiring that surrounds a first region defined between the first capacitor and the inductor and connects the first capacitor and the inductor. 1 closed circuit, the inductor, a second capacitor provided outside the semiconductor integrated circuit and disposed outside the first region, and defined between the inductor and the second capacitor. A second closed circuit that surrounds the second region and connects the inductor and the second capacitor, and the wiring resistance of the second wiring is: Wherein the serial smaller than wiring resistance of the first wiring.
本発明の発振回路は、半導体集積回路の内部に設けられた内部キャパシタと、半導体集積回路の外部に設けられた外部インダクタと、内部キャパシタ及び外部インダクタを接続する配線とからなる第1閉回路と、半導体集積回路の外部に設けられた外部キャパシタと、外部インダクタと、外部キャパシタ及び外部インダクタを接続する配線とからなる第2閉回路と、から構成される共振回路を有している。そして、第2閉回路の配線抵抗は第1閉回路の配線抵抗より小さいため、半導体集積回路の外部に高周波電流が流れやすくなり、発振時に流れる高周波電流によって半導体集積回路内の他の回路が受ける影響を低減することができる。 An oscillation circuit of the present invention includes a first closed circuit including an internal capacitor provided inside a semiconductor integrated circuit, an external inductor provided outside the semiconductor integrated circuit, and a wiring connecting the internal capacitor and the external inductor. And a second closed circuit including an external capacitor provided outside the semiconductor integrated circuit, an external inductor, and a wiring connecting the external capacitor and the external inductor. Since the wiring resistance of the second closed circuit is smaller than the wiring resistance of the first closed circuit, a high-frequency current easily flows outside the semiconductor integrated circuit, and other circuits in the semiconductor integrated circuit receive the high-frequency current flowing during oscillation. The influence can be reduced.
すなわち、本発明の発振回路においては、数百メガヘルツの発振周波数を有する発振信号を出力する場合においても、半導体集積回路内に設けられた他の回路の特性劣化を抑制することができる。 That is, in the oscillation circuit of the present invention, even when an oscillation signal having an oscillation frequency of several hundred megahertz is output, deterioration of characteristics of other circuits provided in the semiconductor integrated circuit can be suppressed.
以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
先ず、図1乃至図3を参照しつつ本発明の実施例1に係る発振回路について説明する。図1は、本発明の実施例1に係る発振回路を備える無線機の等価回路図である。図2は、本発明の実施例1に係る発振回路を構成する共振回路の概略構成図である。図3は、本発明の実施例1に係る発振回路を備える無線機における高周波磁界を説明するための概略構成図である。 First, an oscillation circuit according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a wireless device including an oscillation circuit according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a resonance circuit constituting the oscillation circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic configuration diagram for explaining a high-frequency magnetic field in a wireless device including the oscillation circuit according to the first embodiment of the invention.
図1に示されているように、無線機10は、発振回路20、受信回路30、送信回路40、制御回路50から構成されている。無線機10においては、発振回路20の一部、受信回路30、送信回路40及び制御回路50が半導体集積回路60の内部に設けられている。受信回路30は、無線機10に他の無線機から供給されるデータを受信して所定の処理を行う機能を有する。また、送信回路40は、無線機10から他の無線機に送信するためのデータを生成し、当該データを送信する機能を有する。制御回路50は、発振回路20、受信回路30、送信回路40に対して制御信号を供給し、これらの回路が所定の動作を行うように制御する機能を有する。なお、無線機10は、これらの回路以外にもデータを蓄積するためのメモリ部等を有してもよく、上述した構成に限定されることはない。
As shown in FIG. 1, the
発振回路20は、増幅回路21及び増幅回路21の入力端及び出力端に接続された共振回路22から構成されている。増幅回路21は、半導体集積回路60内に設けられた2つのpチャネル型のMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタP1、P2、及び2つのnチャネル型のMOSトランジスタN1、N2から構成されている。具体的な増幅回路21の構成は、以下の通りである。MOSトランジスタP1、P2のソース端は電源電圧Vddに接続され、MOSトランジスタP1のドレイン端はMOSトランジスタN1のドレイン端に接続され、MOSトランジスタP2のドレイン端はMOSトランジスタN2のドレイン端に接続されている。また、MOSトランジスタP1のドレイン端はMOSトランジスタP2、N2のゲート端に接続され、MOSトランジスタP2のドレイン端はMOSトランジスタP1、N1のゲート端に接続されている。更に、MOSトランジスタP1のゲート端はMOSトランジスタN1のゲート端及びMOSトランジスタP2、N2のドレイン端に接続され、MOSトランジスタP2のゲート端はMOSトランジスタN2のゲート端及びMOSトランジスタP1、N1のドレイン端に接続されている。そして、MOSトランジスタN1、N2のソース端は接地電位に接続されている。
The
共振回路22は、半導体集積回路60内に設けられた2つの内部キャパシタC1、C2及び可変容量ダイオードD1、D2と、半導体集積回路60の外部に設けられた外部インダクタL1及び外部キャパシタC3とから構成されている。具体的な共振回路22の構成は、以下の通りである。可変容量ダイオードD1、D2のアノード同士が接続され、更に可変容量ダイオードD1、D2のアノードは周波数制御電圧Vcに接続されている。可変容量ダイオードD1のカソードは内部キャパシタC1及び半導体集積回路60の外部接続端子T1に接続され、可変容量ダイオードD2のカソードは内部キャパシタC2及び半導体集積回路60の外部接続端子T2に接続されている。内部キャパシタC1、C2の一端は、接地電位に接続されている。また、内部キャパシタC1及び可変容量ダイオードD1は、接続回路21のMOSトランジスタP1、N1のドレイン端に接続され、内部キャパシタC2及び可変容量ダイオードD2は、接続回路21のMOSトランジスタP2、N2のドレイン端に接続されている。半導体集積回路60の外部においては、外部インダクタL1と外部キャパシタC3とが半導体集積回路60に対して並列に接続され、外部インダクタL1及び外部キャパシタC3の一端が接続点T3を介して半導体集積回路60の外部接続端子T1に接続され、外部インダクタL1及び外部キャパシタC3の他端が接続点T4を介して半導体集積回路60の外部接続端子T2に接続されている。
The
次に、図2を参照しつつ共振回路22の構成を詳細に説明する。なお、図2において、外部インダクタL1の両端から配線が伸長している方向をX方向、外部接続端子T1、T2から配線が伸長している方向をY方向と定義する。
Next, the configuration of the
図2に示されているように、共振回路22は、可変容量ダイオードD1、D2及び外部インダクタタL1が外部接続端子T1、T2を介して接続されることによって形成される第1閉回路23(破線で示す)と、外部インダクタL1及び外部キャパシタC3が接続されていることによって形成される第2閉回路24(一点鎖線で示す)との2つの閉回路を有している。第1閉回路23を構成する配線の配線長は、第2閉回路24を構成する配線の配線長よりも長い。すなわち、第1閉回路23によって囲まれた面積は、第2閉回路24を構成する配線によって囲まれた面積よりも大きい。なお、第1閉回路23を構成する配線の材料は、第2閉回路24を構成する配線の材料と同一である。
As shown in FIG. 2, the
また、第1閉回路23を構成する配線の一部の幅W1は、第2閉回路24を構成する配線の幅W2よりも小さい。具体的には、第1閉回路23を構成する配線のうち、接続点T3から外部接続端子T1、可変容量ダイオードD1、D2、及び外部接続端子T2介して接続点T4に至る配線の幅W1は、第2閉回路24を構成する配線の幅W2よりも小さい。ここで、第1閉回路23を構成する配線の厚さは、第2閉回路24を構成する配線の厚さと等しい。従って、第1閉回路23を構成する配線の断面積は、第2閉回路24を構成する配線の断面積よりも小さくなる。
In addition, the width W1 of a part of the wiring configuring the first
更に、Y方向に伸長する幅W1の配線、及びY方向に伸長する幅W2の配線は、外縁が一致するように接続点T3、T4において接続している。 Further, the wiring with the width W1 extending in the Y direction and the wiring with the width W2 extending in the Y direction are connected at the connection points T3 and T4 so that the outer edges coincide.
なお、第2閉回路24を構成する全ての配線の幅が第1閉回路23を構成する配線の幅よりも大きくなっている必要はなく、例えば、第2閉回路24を構成する配線のうち、Y方向に伸長した配線の幅のみを大きくしてもよい。なお、Y方向に伸長する幅W1の配線、及びY方向に伸長する幅W2の配線は、内縁が一致するように接続点T3、T4において接続してもよく、更には各配線の中央部が一致するように接続点T3、T4において接続していてもよい。
Note that the widths of all the wires constituting the second
上述したような構成を有することにより、発振回路20は、内部キャパシタC1、C2、外部キャパシタC3、及び可変容量ダイオードD1、D2のキャパシタの合成容量と、外部インダクタL1のインダクタンスとによって決定される周波数で発振する。なお、可変容量ダイオードD1、D2に印加される周波数制御電圧Vcを変化させることにより、発振周波数を変化させることができる。
By having the configuration as described above, the
実施例1においては、外部インダクタL1のインダクタンスを15ナノヘンリー(nH)、半導体集積回路60内の内部キャパシタC1、C2、可変容量ダイオードD1、D2のキャパシタの合成容量を1.75ピコファラッド(pF)、外部キャパシタC3のキャパシタンスを5pFとし、発振周波数を500MHzとした。ここで、発振周波数500MHzにおける外部インダクタL1のリアクタンスは、47.1オーム(Ω)となり、外部インダクタL1に流れる高周波電流は、21.2mAとなる。また、外部インダクタL1に流れる高周波電流は、半導体集積回路60を経由して流れる(すなわち、第1閉回路23に流れる)高周波電流と、外部キャパシタC3を経由して流れる(すなわち、第2閉回路24に流れる)高周波電流とを合成した電流である。従って、外部インダクタL1に流れる21.2mAの高周波電流は、第1閉回路23に流れる5.5mAの高周波電流と、第2閉回路24に流れる15.7mAの高周波電流とが合成した電流である。このように、発振周波数を決定するためのキャパシタを半導体集積回路60の内外に分けて配置し、且つ、半導体集積回路60の外側に設けられた外部キャパシタC3のキャパシタンスを半導体集積回路60内に設けられたキャパシタの合成容量よりも大きくすることにより、半導体集積回路60内に流れる電流量を低減することができる。これにより、発振回路20に流れる高周波電流によって半導体集積回路60内の受信回路30、送信回路40及び制御回路50が受ける影響を低減することができる。
In the first embodiment, the inductance of the external inductor L1 is 15 nanohenry (nH), and the combined capacitance of the capacitors of the internal capacitors C1 and C2 and the variable capacitance diodes D1 and D2 in the semiconductor integrated
また、実施例1においては、第1閉回路23を構成する配線の配線長は第2閉回路24を構成する配線の配線長よりも長く、更には第1閉回路23を構成する配線の断面積は第2閉回路24を構成する配線の断面積よりも小さく、両配線を構成する材料は同一である。すなわち、第1閉回路23における配線抵抗は第2閉回路24の配線抵抗よりも大きい。このため、第2閉回路24に高周波電流が流れ易くなり、上述したような半導体集積回路60内に流れる電流量の低減を効率よく実現し、半導体集積回路60内の受信回路30、送信回路40及び制御回路50が受ける影響を低減することができる。また、半導体集積回路60内のキャパシタの合成容量を外部キャパシタC3のキャパシタンスと同一又はそれ以上にしなければならい場合において、上述した配線幅の関係を用いることにより、半導体集積回路60内に流れる電流量の低減を図り、半導体集積回路60内の受信回路30、送信回路40及び制御回路50が受ける影響を低減することができる。
In the first embodiment, the wiring length of the wiring that configures the first
なお、第1閉回路23における配線抵抗を第2閉回路24の配線抵抗よりも大きくすることができれば、上述したような構造に限定されない。例えば、第1閉回路23の配線に第2閉回路の配線の材料よりも低い導電率を有する材料を用いてもよい。また、配線幅だけでなく、配線厚を変更することにより、第1閉回路23における配線抵抗を第2閉回路24の配線抵抗よりも大きくしてもよい。
In addition, if the wiring resistance in the 1st
更に、実施例1においては、第1閉回路23によって囲まれた面積を第2閉回路24によって囲まれた面積よりも大きくしている。高周波磁界の強さは電流経路によって囲まれた面積と電流値と積によって定まるため、電流量が大きくなる第2閉回路24によって囲まれた面積を小さくすることによって、第2閉回路24における高周波磁界の強さを低減することができる。
Furthermore, in the first embodiment, the area surrounded by the first
更に、外部インダクタL1に対して+Y方向に内部キャパシタC1、C2及び可変容量ダイオードD1、D2を配置し、−Y方向に外部キャパシタC3を配置し(すなわち、外部キャパシタC3を第1閉回路23によって囲まれた領域外に配置し)、接続点T3及びT4において第1閉回路23と第2閉回路24の伸長方向が異なっている(すなわち、伸長方向が+Y方向又は−Y方向になっている)ため、同一時刻において第1閉回路23と第2閉回路24に流れる高周波電流の向きは逆になる。すなわち、第1閉回路23に生じる高周波電流の位相は、第2閉回路24に生じる高周波電流に対して反転している。そして、図3に示されているように、所定時刻における第1閉回路23における高周波磁界の向き(破線の矢印)と、第2閉回路24における高周波磁界の向き(一点鎖線の矢印)は逆になる。従って、第1閉回路23に流れる高周波電流によって生じる高周波磁界を第2閉回路24に流れる高周波電流によって生じる高周波磁界によって打ち消すことが可能になり、第1閉回路23に生じる高周波磁界によって半導体集積回路60内の受信回路30、送信回路40及び制御回路50等の他の回路が受ける影響を低減することができる。
Further, internal capacitors C1 and C2 and variable capacitance diodes D1 and D2 are arranged in the + Y direction with respect to the external inductor L1, and an external capacitor C3 is arranged in the −Y direction (that is, the external capacitor C3 is connected by the first closed circuit 23). The first
上述したように、高周波磁界の強さは電流経路によって囲まれた面積と電流値と積によって定まるため、第1閉回路23によって囲まれた面積と第1閉回路23に流れる電流量との積が、第2閉回路24によって囲まれた面積と第2閉回路24に流れる電流量との積と等しくなるように、第1閉回路23及び第2閉回路23の配線長及び幅、更には内部キャパシタC1、C2、可変容量ダイオードD1、D2及び外部キャパシタC3のキャパシタンスを決定することがより好ましい。なお、第1閉回路23に生じる高周波電流の位相を第2閉回路24に生じる高周波電流に対して反転させることができれば、外部インダクタL1及び外部キャパシタC3を上述したように配置する必要ない。例えば、外部キャパシタC3を第1閉回路23によって囲まれた領域内に設けてもよい。
As described above, since the strength of the high-frequency magnetic field is determined by the product of the area surrounded by the current path and the current value, the product of the area surrounded by the first
なお、増幅回路21はpチャネル型のMOSトランジスタ及びnチャネル型のMOSトランジスタから構成される場合に限られず、pチャネル型又はnチャネル型のいずれかのMOSトランジスタのみから構成されてもよい。また、外部インダクタL1は中点タップを有してもよく、更には2つのインダクタを直列に接続したものを用いてもよい。更に、発振回路20の構成は上述した構成に限られず、コルピッツ回路、ハートレー回路又はクラップ回路を構成してもよい。但し、いずれの場合においても、半導体集積回路の外部に少なくともインダクタ及びキャパシタを配置する必要がある。また、外部インダクタL1に代えて水晶振動子を配置し、水晶発振回路を構成してもよい。
The
以上のように、本発明の発振回路20は、半導体集積回路60の内部に設けられた内部キャパシタC1、C2と、半導体集積回路60の外部に設けられた外部インダクタL1と、内部キャパシタC1、C2及び外部インダクタL1を接続する配線とからなる第1閉回路23と、半導体集積回路60の外部に設けられた外部キャパシタC3と、外部インダクタL1と、外部キャパシタC3及び外部インダクタL1を接続する配線とからなる第2閉回路24と、を有している。そして、第2閉回路24の配線抵抗は第1閉回路23の配線抵抗より小さいため、半導体集積回路60の外部に高周波電流が流れやすくなり、発振時に流れる高周波電流によって半導体集積回路60内の他の回路が受ける影響を低減することができる。
As described above, the
すなわち、本発明の発振回路においては、数百メガヘルツの発振周波数を有する発振信号を出力する場合においても、半導体集積回路内に設けられた他の回路の特性劣化を抑制することができる。 That is, in the oscillation circuit of the present invention, even when an oscillation signal having an oscillation frequency of several hundred megahertz is output, deterioration of characteristics of other circuits provided in the semiconductor integrated circuit can be suppressed.
実施例1の無線機は半導体集積回路内に発振回路を構成する増幅回路が設けられていたが、増幅回路を半導体集積回路の外部に設けてもよい。かかる場合の無線機の構成を図4及び図5を参照しつつ説明する。図4は、本発明の実施例2に係る発振回路を備える無線機の等価回路図であり、図5は、本発明の実施例2に係る発振回路の概略構成図である。なお、実施例1に係る無線機10を構成する部材と同一部材及び同一構成については、その説明を省略し、図面において同一符号を付する。
In the wireless device according to the first embodiment, the amplifier circuit constituting the oscillation circuit is provided in the semiconductor integrated circuit. However, the amplifier circuit may be provided outside the semiconductor integrated circuit. The configuration of the wireless device in such a case will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a radio device including the oscillation circuit according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the oscillation circuit according to the second embodiment of the present invention. In addition, the description is abbreviate | omitted about the same member and the same structure as the member which comprises the radio |
図4に示されているように、無線機100は、発振回路120、受信回路30、送信回路40、制御回路50、ベース電圧バイアス回路130、及びエミッタ電圧バイアス回路(電流源)140から構成されている。無線機100においては、発振回路120の一部、受信回路30、送信回路40、制御回路50、ベース電圧バイアス回路130、及びエミッタ電圧バイアス回路140が半導体集積回路160の内部に設けられている。
As shown in FIG. 4, the
発振回路120は、増幅回路121及び共振回路122から構成されている。増幅回路121は、半導体集積回路160の外部に設けられたNPN型のバイポーラトランジスタ170から構成されている。バイポーラトランジスタ170のべースは、外部接続端子T5及び抵抗R1を介して半導体集積回路160内に設けられたベース電圧バイアス回路130に接続されている。また、バイポーラトランジスタ170のエミッタは、外部接続端子T6を介して半導体集積回路160内に設けられたエミッタ電流バイアス回路140に接続されている。更に、バイポーラトランジスタ170のコレクタは、電源電圧Vddに接続されている。
The
共振回路122は、半導体集積回路160内に設けられた2つの内部キャパシタC1、C2及び可変容量ダイオードD1、D2と、半導体集積回路160の外部に設けられた外部インダクタL1及び外部キャパシタC3〜C7とから構成されている。具体的な共振回路122の構成は、以下の通りである。半導体集積回路160の外部においては、外部インダクタL1と外部キャパシタC3とが半導体集積回路160に対して並列に接続され、外部インダクタL1及び外部キャパシタC3の一端が接続点T3を介して半導体集積回路160の外部接続端子T1に接続され、外部インダクタL1及び外部キャパシタC3の他端が接続点T4を介して半導体集積回路160の外部接続端子T2に接続されている。また、外部キャパシタC3の一端には接続点T7を介して外部キャパシタC5、他端には接続点T8を介して外部キャパシタC4が接続されている。外部キャパシタC5には接続点T9を介して外部キャパシタC6が接続され、外部キャパシタC6には接続点T10を介して外部キャパシタC7が接続されている。更に、外部キャパシタC3、C5は接続点T7、T11を介してバイポーラトランジスタ170のベースに接続され、外部キャパシタC5、C6は接続点T9、T12を介してバイポーラトランジスタ170のエミッタに接続され、外部キャパシタC7は接続点T13を介してバイポーラトランジスタ170のコレクタに接続されている。そして、外部キャパシタC4は接続点T14を介して接地電位に接続され、外部キャパシタC6、C7は接続点T10、T14を介して接地電位に接続されている。ここで、外部キャパシタC4、C7は電源電圧Vddを有する電源のインピーダンスを下げるために設けられている。なお、半導体集積回路160内における構成は実施例1と同一であるため、その説明は省略する。
The
次に、図5を参照しつつ共振回路122の構成を詳細に説明する。なお、図5において、外部インダクタL1の両端から配線が伸長している方向をX方向、外部接続端子T1、T2から配線が伸長している方向をY方向と定義する。
Next, the configuration of the
図5に示されているように、共振回路122は、実施例1と同一の第1閉回路23及び第2閉回路24と、外部コンデンサC3、C4、C5、C6を接続して形成された第3閉回路151(二点鎖線で示す)と、外部コンデンサC6、C7及びバイポーラトランジスタ170を接続して形成された第4閉回路152(破線で示す)との4つの閉回路を有している。ここで、第1閉回路23を構成する配線の配線長は、第2閉回路24、第3閉回路151及び第4閉回路152を構成する配線の配線長よりも長い。
As shown in FIG. 5, the
また、第3閉回路151及び第4閉回路152を構成する配線の幅W3、及び第4閉回路152を構成する配線の幅W4は、第2閉回路24の配線の幅W2と同一である。また、バイポーラトランジスタ170のベースから接続点T7までの配線の幅W5は、第1閉回路23を構成する配線の一部の幅W1と同一である。ここで、第1閉回路23、第2閉回路24、第3閉回路152及び第4閉回路153の配線の厚さは等しい。従って、第1閉回路23を構成する配線の断面積は、第3閉回路152及び第4閉回路153を構成する配線の断面積よりも小さくなる。更に、第1閉回路23、第2閉回路24、第3閉回路152及び第4閉回路153の配線の材料と同一である。
In addition, the width W3 of the wiring configuring the third
上述したような構成を有することにより、発振回路120は、内部キャパシタC1、C2、外部キャパシタC3〜C7、及び可変容量ダイオードD1、D2のキャパシタの合成容量と、外部インダクタL1のインダクタンスとによって決定される周波数で発振する。なお、可変容量ダイオードD1、D2に印加される周波数制御電圧Vcを変化させることにより、発振周波数を変化させることができる。
By having the configuration as described above, the
実施例2においては、発振周波数を決定するためのキャパシタを半導体集積回路160の内外に分けて配置し、且つ、半導体集積回路160の外側に設けられた外部キャパシタC3〜C7の合成容量を半導体集積回路160内に設けられたキャパシタの合成容量よりも大きくするため、半導体集積回路160内に流れる電流量を低減することができる。これにより、発振回路120に流れる高周波電流によって半導体集積回路160内の受信回路30、送信回路40及び制御回路50が受ける影響を低減することができる。
In the second embodiment, capacitors for determining the oscillation frequency are separately arranged inside and outside the semiconductor integrated
また、実施例2においては、第1閉回路23を構成する配線の配線長は第2閉回路24、第3閉回路151及び第4閉回路152を構成する配線の配線長よりも長く、更には第1閉回路23を構成する配線の断面積は第2閉回路24、第3閉回路151及び第4閉回路152を構成する配線の断面積よりも小さく、両配線を構成する材料は同一である。すなわち、第1閉回路23における配線抵抗は第2閉回路24、第3閉回路151及び第4閉回路152の配線抵抗よりも小さい。このため、第2閉回路24、第3閉回路151及び第4閉回路152に高周波電流が流れ易くなり、上述したような半導体集積回路160内に流れる電流量の低減を効率よく実現し、半導体集積回路160内の受信回路30、送信回路40及び制御回路50が受ける影響を低減することができる。
In the second embodiment, the wiring length of the wiring configuring the first
更に、実施例2においては、増幅回路121を半導体集積回路160の外部に設けているため、増幅回路121を構成するバイポーラトランジスタ170から接地電位に流れる電流が半導体集積回路160内に流れることがなくなるため、かかる電流が生じることによって受信回路30、送信回路40及び制御回路50が受ける影響を低減することができる。
Further, in the second embodiment, since the
なお、実施例2においても実施例1と同様に、同一時刻において第1閉回路23と第2閉回路24に流れる高周波電流の向きは逆になる。従って、所定時刻における第1閉回路23における高周波磁界の向きと、第2閉回路24における高周波磁界の向きは逆になり、第1閉回路23に流れる高周波電流によって生じる高周波磁界を第2閉回路24に流れる高周波電流によって生じる高周波磁界によって打ち消すことができる。また、実施例2においては、第3閉回路151及び第4閉回路152にも高周波電流が流れるため、第1閉回路23、第2閉回路23、第3閉回路151及び第4閉回路152のそれぞれに流れる高周波電流によって生じるそれぞれの高周波磁界を合成した高周波磁界の強さが小さくなるように、第1閉回路23、第2閉回路23、第3閉回路151及び第4閉回路152の配線長及び幅、更には内部キャパシタC1、C2、可変容量ダイオードD1、D2及び外部キャパシタC3〜C7のキャパシタンスを決定することがより好ましい。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the directions of the high-frequency currents flowing in the first
なお、半導体集積回路160内に実施例1の増幅回路21を更に設けてもよい。一般に、半導体集積回路160内の増幅回路21を用いた場合には、消費電流を低減することができるが、発振周波数の変動を小さくすることが困難になる。一方、半導体集積回路160の外部の増幅回路121を用いた場合には、発振周波数の変動を小さくすることができるが、消費電流を低減することができるが困難になる。従って、増幅回路を半導体集積回路160の内外に設けることにより、発振周波数の変動の抑制よりも消費電流の低減を図る必要があるデータの受信時においては、半導体集積回路160内の増幅回路21を用いた発振動作を行い、消費電流の低減よりも発振周波数の変動の抑制を図る必要があるデータの送信時においては、半導体集積回路160の外部の増幅回路121を用いた発振動作を行うことがより好ましい。
Note that the
10 無線機
20 発振回路
21 増幅回路
22 共振回路
60 半導体集積回路
C1、C2 内部キャパシタ
C3 外部キャパシタ
L1 外部インダクタ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体集積回路の内部に設けられた第1のキャパシタと、前記半導体集積回路の外部に設けられたインダクタと、前記第1のキャパシタと前記インダクタとの間に画定された第1の領域を囲み前記第1のキャパシタと前記インダクタとを接続する第1の配線と、により構成された第1の閉回路と、
前記インダクタと、前記半導体集積回路の外部に設けられ前記第1の領域の外側に配置された第2のキャパシタと、前記インダクタと前記第2のキャパシタとの間に画定された第2の領域を囲み前記インダクタと前記第2のキャパシタとを接続する第2の配線と、により構成された第2の閉回路と、
を有し、
前記第2の配線の配線抵抗は、前記第1の配線の配線抵抗よりも小さいことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device including a semiconductor integrated circuit,
A first capacitor provided inside the semiconductor integrated circuit; an inductor provided outside the semiconductor integrated circuit; and a first region defined between the first capacitor and the inductor. A first closed circuit configured by a first wiring connecting the first capacitor and the inductor;
A second region defined between the inductor, the second capacitor provided outside the semiconductor integrated circuit and disposed outside the first region, and the inductor and the second capacitor; A second closed circuit comprising: a second wiring that surrounds and connects the inductor and the second capacitor;
Have
The semiconductor device according to claim 1, wherein a wiring resistance of the second wiring is smaller than a wiring resistance of the first wiring.
前記第3のキャパシタと、前記第1の領域、前記第2の領域、及び前記第3の領域の外側に該第3のキャパシタと並列に接続して配置されたバイポーラトランジスタと、前記第3のキャパシタと前記バイポーラトランジスタとの間に画定された第4の領域を囲み前記第3のキャパシタと前記バイポーラトランジスタとを接続する第4の配線と、により構成された第4の閉回路と、
をさらに有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。 A third capacitor defined between the second capacitor, the third capacitor provided outside the first region and the second region, and the second capacitor and the third capacitor; A third closed circuit configured by a third wiring that surrounds the region and connects the second capacitor and the third capacitor;
The third capacitor, the first region, the second region, and the bipolar transistor arranged in parallel with the third capacitor outside the third region; and the third capacitor A fourth closed circuit configured by a fourth wiring surrounding a fourth region defined between a capacitor and the bipolar transistor and connecting the third capacitor and the bipolar transistor;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018030001A JP6517966B2 (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Oscillator circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018030001A JP6517966B2 (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Oscillator circuit |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016141877A Division JP6298111B2 (en) | 2016-07-19 | 2016-07-19 | Oscillator circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018093529A true JP2018093529A (en) | 2018-06-14 |
JP6517966B2 JP6517966B2 (en) | 2019-05-22 |
Family
ID=62563863
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018030001A Active JP6517966B2 (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Oscillator circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6517966B2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0846424A (en) * | 1994-07-28 | 1996-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Balanced oscillator and high frequency device using the same |
JPH09246863A (en) * | 1996-03-08 | 1997-09-19 | Sony Corp | Oscillator |
JP2000278042A (en) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Sony Corp | Oscillation circuit and tuner |
JP2001508985A (en) * | 1997-09-30 | 2001-07-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Oscillator |
US20050184812A1 (en) * | 2004-02-20 | 2005-08-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Capacitor bank and voltage controlled oscillator having the same |
-
2018
- 2018-02-22 JP JP2018030001A patent/JP6517966B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0846424A (en) * | 1994-07-28 | 1996-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Balanced oscillator and high frequency device using the same |
JPH09246863A (en) * | 1996-03-08 | 1997-09-19 | Sony Corp | Oscillator |
JP2001508985A (en) * | 1997-09-30 | 2001-07-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Oscillator |
JP2000278042A (en) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Sony Corp | Oscillation circuit and tuner |
US20050184812A1 (en) * | 2004-02-20 | 2005-08-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Capacitor bank and voltage controlled oscillator having the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6517966B2 (en) | 2019-05-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5302323B2 (en) | Dual band coupled VCO | |
US7522007B2 (en) | Injection locked frequency divider | |
US8792845B2 (en) | Oscillator | |
US7652544B2 (en) | Voltage controlled oscillator and frequency control method of the voltage controlled oscillator | |
KR100938086B1 (en) | Oscillator | |
US7286024B2 (en) | Voltage-controlled oscillator with differential output | |
US20050156681A1 (en) | Voltage controlled oscillator | |
JP4430685B2 (en) | High frequency oscillation circuit, phase locked loop circuit, semiconductor device and communication device | |
US8378723B1 (en) | Voltage-controlled-oscillator circuitry with power supply noise rejection | |
JP5714865B2 (en) | Oscillator circuit | |
JP6298111B2 (en) | Oscillator circuit | |
JP6517966B2 (en) | Oscillator circuit | |
JP4545737B2 (en) | Oscillator circuit | |
US8031016B2 (en) | Multiplying oscillator and wireless apparatus in which the same is installed | |
JP2005236959A (en) | Voltage controlled oscillator | |
JP2015159547A (en) | semiconductor device | |
JP2001156545A (en) | Voltage controlled oscillator and communication device using the voltage controlled oscillator | |
US20030202313A1 (en) | Voltage-controlled capacitor circuit and related circuitry with diode and MOS varactors | |
KR20050064559A (en) | The voltage-controlled oscillator using current feedback network | |
JPH10261918A (en) | Voltage controlled oscillating circuit | |
Koster et al. | A unique, low-voltage, source-coupled J-FET VCO | |
KR100791169B1 (en) | Differential clapp voltage controlled oscillator of low power supply voltage comprising field effect transistor | |
JP2002171130A (en) | Voltage control oscillator circuit | |
JP2005197997A (en) | Voltage controlled oscillator and high frequency receiver and high frequency transmitter using the same | |
Duan et al. | A 2.5 GHz full integrated low phase noise LCVCO in 0.18 μm CMOS for WLAN |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190108 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190226 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190319 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190418 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6517966 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |