JP3676495B2 - Ｆｍ受信機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＭ波を受信するＦＭ受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、スーパーヘテロダイン方式のＦＭモノラル受信機の構成を示す図である。
【０００３】
ＡＭ受信機と同様に、ＦＭ受信機もスーパーヘテロダイン方式が用いられる。ＦＭ受信機の場合、スーパーヘテロダイン方式を用いることで、１００ＭＨｚに近い高い周波数の放送波を扱いやすい１／１０程度の低い周波数（中間周波数）に変換するため、増幅・復調処理が容易となる。
【０００４】
アンテナで受信された放送波は、高周波増幅回路に入力され、次の周波数変換処理に必要なレベルまでに増幅される。入力回路および高周波増幅回路は、バンドパスフィルタ特性となっており、希望波以外の信号はここで適度に減衰される。
【０００５】
周波数変換回路は混合回路と局部発振回路からなり、希望波は局部発振回路からの信号と混合され、希望波の周波数と局部発振周波数との差の周波数がちょうど中間周波数となるように変換される。
【０００６】
周波数変換回路で中間周波数に変換された信号は、中間周波数増幅回路のバンドパスフィルターにより、希望信号だけが選択分離されて増幅される。ＦＭ信号は元来振幅が一定で周波数が変化する信号であるが、ＦＭ電波が受信アンテナに達する途中で、電気雑音やマルチパスなどの影響で振幅が一定でなくなる。これをそのままＦＭ検波すると、検波出力に雑音成分が出て音質を低下させるので、振幅制限回路を通して振幅一定のＦＭ信号にしたのちＦＭ検波する。
【０００７】
モノラル放送を受信した場合、ＦＭ検波出力には５０〜１５０００Ｈｚの音声信号が得られるが、この信号は送信側のプリエンファシス回路で高域が強められているので、ディエンファシス回路で高域を減衰させ平坦な周波数特性に補正する。
【０００８】
ステレオ放送を受信した場合には、ＦＭ検波出力に和信号（５０〜１５０００Ｈｚ）のほかに、２３〜５３ｋＨｚのステレオ用副チャンネル信号および１９ｋＨｚのパイロット信号が含まれるが、それらはディエンファシス回路を通ると減衰し、和信号だけが残りモノラル再生が行われる（日本放送協会編「ＮＨＫラジオ技術教科書」２３７〜２３９頁より引用）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したスーパーヘテロダイン方式を用いたＦＭ受信機においては、選択度を向上させるためにアンテナで受信した高周波信号を同調回路に入力して所定の同調処理を行っており、この同調周波数を局部発振回路の発振周波数に連動して変化させることにより１つの放送局の電波のみを選択するようになっている。そのため、従来のＦＭ受信機は機械式の多連バリコンを備えており、この多連バリコンは受信周波数に応じて所定の静電容量を有するように大きさが決まっていることから、ＦＭ受信機全体の小型化や集積化が難しかった。また、最近では多連バリコンの代わりに可変容量ダイオードを用いたＦＭ受信機も出回っているが、複数の可変容量ダイオードを連動させる必要があり、構成部品の特性のばらつき等を考慮した設計が必要であった。
【００１０】
また、従来のＦＭ受信機では、アンテナで受信したＦＭ波と局部発振回路で発生した信号から中間周波信号をつくっており、中間周波信号の歪みを少なくするためには局部発振回路で発生する信号も歪みの少ない正弦波信号としなければならなかった。そのため、局部発振回路としてはＬＣ発振回路が用いられており、中間周波増幅回路とともにコイルやトランス類が多用されており、集積化を行った場合であっても多くの外付け部品が必要であって、ＦＭ受信機全体の集積化が難しかった。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的はバリコンが不要であって設計時や製造時の手間を軽減することができ、しかも集積化に適したＦＭ受信機を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
各請求項のＦＭ受信機においては、アンテナで受信したＦＭ波を直接あるいは周波数変換した後に同調回路に入力しており、同調回路の同調周波数を変化させることにより所望のＦＭ波のみを抽出している。また、同調回路の前段において、あるいはこれに加えて同調回路の後段において高周波増幅を行うことにより、良好なＳＮ比を実現することができる。
【００１３】
特に、この同調回路は、半導体基板上に形成された分布定数型のＬＣ素子と２つのインバータ回路あるいは反転増幅器とを含む単純な回路構成により実現でき、同調回路以外の回路とともにＦＭ受信機のほとんどの部品を半導体基板上に一体形成することが可能となる。また、同調回路に含まれる第１の抵抗の抵抗値を変えることにより帯域幅を調整することができ、１段あるいは少ない段数でも所望のＦＭ波を分離することができるため、従来のスーパーヘテロダイン方式で用いられているような多連バリコンが不要となる。
【００１４】
さらに具体的には、上述したＬＣ素子は渦巻き形状を有する２本のインダクタ導体とこれらのインダクタ導体に沿った渦巻き形状を有するｐｎ接合層とを有しており、インダクタ導体間にｐｎ接合層による分布定数的なキャパシタが形成されている。このｐｎ接合層に印加する逆バイアス電圧を変えることにより、分布定数的に形成されるキャパシタの静電容量、すなわちＬＣ素子の素子定数が変化するため、ＬＣ素子の素子定数によって定まる同調回路の同調周波数も任意に変化させることができ、バリコンが不要となる。
【００１５】
また、同調回路に含まれる第２の抵抗の抵抗値を変化させることにより、同調回路の出力振幅を変えることができ、簡単な構成で利得制御を行うことができる。上述した第２の抵抗はＦＥＴのチャネルを抵抗体として用いることにより実現でき、特に、ｐチャネルＦＥＴとｎチャネルＦＥＴとを並列接続して用いる場合にはＦＥＴの非線形特性を改善することができるため、歪みの少ない同調信号を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一の実施形態のＦＭ受信機について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１７】
図１は、本発明を適用した一の実施形態のＦＭ受信機の構成を示す図である。同図に示すＦＭ受信機は、高周波増幅回路１、局部発振回路（ＬＯＣ）２、混合回路３、同調回路４、自動利得制御（ＡＧＣ）回路５、ＦＭ検波回路６、低周波増幅回路７、スピーカ８を含んで構成されている。
【００１８】
高周波増幅回路１は、アンテナ１０によって受信したＦＭ波に対して高周波増幅を行うものであり、ＳＮ比の改善や不要放射の軽減等を目的として設けられている。ＦＭ波の送信局に近い場所でのみＦＭ受信機を使用する場合、例えば館内放送を受信するような場合等においては、この高周波増幅回路１を省略してアンテナ１０で受信したＦＭ波を次段の混合回路３に直接入力するようにしてもよい。
【００１９】
局部発振回路２は、発振周波数が一定（例えば数十ＭHz）の正弦波発振回路であり、水晶発振子を利用した周波数安定度の高い正弦波信号を出力する。
【００２０】
混合回路３は、高周波増幅回路１から出力される信号と局部発振回路２から出力される正弦波信号とを混合して、中間周波信号（差信号あるいは和信号）を出力する。高周波増幅回路１の出力信号の周波数をｆ1 、局部発振回路２から出力される正弦波信号の周波数をｆ2 とすると、例えば周波数ｆ1 −ｆ2 を有する差信号が中間周波信号として出力される。
【００２１】
同調回路４は、同調周波数がｆ3 に設定されており、前段の混合回路３から入力される中間周波信号の中から周波数がｆ3 近傍のものだけを選択して出力する。この同調回路４の詳細構成および動作については後述する。
【００２２】
ＡＧＣ回路５は、同調回路４から出力される同調後のＦＭ波の振幅を一定に制御するためのものであり、同調回路４の出力振幅に応じた制御電圧を同調回路４に帰還入力する。具体的には、図２（Ａ）あるいは（Ｂ）に示すように、同調回路４から出力されるＦＭ波を半波整流してＦＭ波の振幅に応じた制御電圧を作り出している。
【００２３】
ＦＭ検波回路６は、同調回路４によって選択された周波数ｆ3 近傍の信号に対してＦＭ検波を行う。ＦＭ検波には種々の方式があるが、その中でも回路の集積化に適したＰＬＬ検波方式、パルスカウント検波方式、クォドラチュア検波方式、ＡＮＤゲートによる検波方式等を適用することができる。
【００２４】
図３は、ＰＬＬ検波方式を適用した場合のＦＭ検波回路６の構成を示す図である。同図に示すＦＭ検波回路６は、電圧制御型発振器（ＶＣＯ）、位相比較器（ＰＤ）、チャージポンプ（ＣＰ）、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を含んだＰＬＬ構成を有している。
【００２５】
通常のＰＬＬは、位相比較器の一方の入力端には発振器からの基準信号が入力されるが、このＦＭ検波回路６では位相比較器の一方の入力端に同調回路４の出力信号が入力されている。同調回路４の出力信号はＦＭ変調がかかった信号であるため音声信号に対応して周波数がわずかに変化しており、ローパスフィルタから電圧制御型発振器に印加される制御電圧も音声信号に対応して変化する。したがって、このローパスフィルタの出力を音声信号として取り出すことができる。
【００２６】
低周波増幅回路７は、ＦＭ検波回路６から出力される信号に対して電圧増幅および電力増幅を行って、スピーカ８から受信音声を出力する。なお、受信音声をスピーカ８から出力する代わりに、イヤホン等のレシーバから出力してもよい。
【００２７】
図４は、上述した同調回路４の詳細構成を示す回路図である。同図に示す同調回路４は、入力端子３４を介して混合回路３の出力が一方端に入力される抵抗２２と、直列に接続された２つのインバータ回路２４および２６と、後段のインバータ回路２６の入出力端のそれぞれにソースあるいはドレインが接続されて可変抵抗として機能するＦＥＴ２８と、インバータ回路２４および２６の各入出力端子に接続された分布定数型のＬＣ素子３０と、インバータ回路２６の出力端とＬＣ素子３０との間に挿入された直流電流阻止用のキャパシタ３２とを含んで構成されている。
【００２８】
後段のインバータ回路２６の出力端が同調回路４の出力端子３６に接続されており、インバータ回路２６から出力される信号が出力端子３６を介して後段のＡＧＣ回路５およびＦＭ検波回路６にそれぞれ入力される。また、ＦＥＴ２８のゲートが振幅制御端子４０に接続されており、ＡＧＣ回路５の出力電圧がこの振幅制御端子４０を介してＦＥＴ２８のゲートに印加される。
【００２９】
また、ＬＣ素子３０は複数の入出力端子を有しており、この中の１つが同調制御端子３８に接続されている。この同調制御端子３８には、図１に示す可変電圧電源９が接続されており、この同調制御端子３８に印加される電圧の高低に応じてＬＣ素子３０が有する素子定数が変化して同調回路４の同調周波数が変化するようになっている。
【００３０】
インバータ回路２４、２６のそれぞれは、通常はデジタル信号が入力され、この入力信号の論理を反転して出力するものであるが、本実施形態ではアナログ素子として使用している。例えば、一般に市販されているＣＭＯＳの４０００シリーズ等のインバータ回路が用いられる。
【００３１】
ＬＣ素子３０は、２本のインダクタ導体を含んでおり、これら２本のインダクタ導体間にｐｎ接合層による分布定数的なキャパシタが形成された複合素子である。一方のインダクタ導体の両端近傍のそれぞれには第１あるいは第２の入出力端子が接続されており、これら２つの入出力端子が前段のインバータ回路２４の入出力端にそれぞれ接続されている。また、他方のインダクタ導体の一方端近傍には第３の入出力端子が接続されており、この第３の入出力端子がキャパシタ３２を介して後段のインバータ回路２６の出力端に接続されている。なお、この第３の入出力端子が図４に示す同調制御端子３８に接続されている。
【００３２】
このような構成を有する同調回路４は、抵抗２２の一方端に交流信号が入力されると、その中から所定の周波数近傍の信号のみを選択して後段のインバータ回路２６から出力する。したがって、混合回路３から出力される信号の中から所望の放送波に対応する周波数を有する信号のみを選択することができる。
【００３３】
本出願人は、図４に示す抵抗２２の抵抗値とＦＥＴ２８による可変抵抗の抵抗値をともに無限大にした回路を実際に製作して電源を投入した場合に、この回路が正弦波発振器として動作することを確かめている。そして、その発振周波数は、ＬＣ素子３０のインダクタ導体が有するインダクタンスと２つのインダクタ導体間に分布定数的に形成されるキャパシタの静電容量によって決定され、これらの値を変えると発振周波数も変化することを確かめている。
【００３４】
また、この正弦波発振器において、後段のインバータ回路２６に並列に可変抵抗を接続し、この抵抗値を小さくしていくと、発振出力の振幅が次第に小さくなっていってある値以下では発振が停止する。
【００３５】
図５は、後段のインバータ回路２６に並列接続された可変抵抗の抵抗値Ｒ２と発振出力の振幅との関係を示す図である。同図に示すように、上述した正弦波発振器は抵抗値Ｒ２がＡより小さいときに発振が停止し、ＡからＢの間では抵抗値の変化に応じて振幅も変化し、Ｂ以上では出力振幅がほぼ飽和する。
【００３６】
（同調回路の使用例１）
まず、図４に示す本実施形態の同調回路４において、後段のインバータ回路２６に並列接続されたＦＥＴ２８のソース・ドレイン間のチャネル抵抗の抵抗値Ｒ２を図５に示すＡより若干小さな値ａに設定するとともに、インバータ回路２４の入力側に接続された抵抗２２の抵抗値を所定の値（有限の値）に設定した場合を考える。このように各抵抗の抵抗値を設定することにより、本実施形態の同調回路４は、入力端子３４に入力される混合回路３の出力の中から、上述した正弦波発振器の発振周波数近傍の信号のみを引き込んで出力するため、発振周波数近傍の信号のみを通過させるフィルタとして動作する。
【００３７】
図６は、このように各抵抗値を設定した本実施形態の同調回路４の周波数特性を示す図である。同図において、横軸は入力信号の周波数を、縦軸はゲインすなわち入出力信号間の信号振幅の比をｄＢ単位で表したものである。
【００３８】
同図に示すように、ある周波数近傍の信号のみが通過し、その中心周波数においては入力信号とほぼ振幅が等しい出力信号が出力され、それ以外の周波数では入力信号が減衰する。
【００３９】
また、インバータ回路２４の前段に設けられた抵抗２２の抵抗値Ｒ１を変えることにより、同調回路４のＱ、すなわち信号の通過帯域幅を変えることができる。図６に示すように、抵抗２２の抵抗値Ｒ１が大きいときには上述した正弦波発振器の発振周波数近傍の極狭い周波数の信号のみを引き込むためＱが大きく通過帯域幅が狭くなる。これに対し、抵抗２２の抵抗値Ｒ１を小さくすると比較的広い範囲の信号を引き込むためＱが小さく通過帯域幅が広くなる。
【００４０】
このように、抵抗値Ｒ１を変えることにより同調回路４の帯域幅を任意に変更することができるため、隣接するＦＭ波同士の分離を考慮して音声信号等を通過させるために必要な帯域を適宜決定することが可能となる。
【００４１】
（同調回路の使用例２）
ところで、上述した説明ではインバータ回路２６に並列に接続されたＦＥＴ２８のチャネル抵抗の抵抗値Ｒ２を、図５に示すＡより若干小さいａに設定したが、Ａ以上に設定してもよい。図５に示すＡからＢの間のｂに設定した場合とは交流信号が入力されない状態で正弦波発振が行われる状態であり、このような状態において交流信号を入力した場合であっても発振周波数近傍の信号のみが引き込まれて、この周波数近傍の信号のみが通過することが確かめられている。
【００４２】
図７は、交流信号が入力されない状態で発振するように抵抗値Ｒ２が設定された同調回路の周波数特性を示す図である。同図において、横軸は入力信号の周波数を、縦軸はゲインすなわち入出力信号間の信号振幅の比をｄＢ単位で表したものである。
【００４３】
同図に示す周波数特性は、基本的には図６に示した周波数特性に類似しており、同調回路４に入力された交流信号の中からある周波数近傍の信号のみが通過し、それ以外の周波数では入力信号が減衰する。
【００４４】
また、通過帯域の中心周波数近傍ではゲインが０より大きくなって、入力信号が増幅される現象が確かめられている。したがって、入力信号がない状態で正弦波発振を行うようにして同調回路４を使用した場合には、発振周波数近傍の信号のみを通過させるとともに信号の増幅を行う同調増幅器として動作させることができる。
【００４５】
また、抵抗２２の抵抗値Ｒ１を可変した場合には、図６に示した特性と同様に、同調回路のＱすなわち通過帯域幅を変化させることができるため、容易に最適な帯域幅を確保することができる。
【００４６】
以上に示した同調回路４の２つの使用例は、ＦＥＴ２８のソース・ドレイン間の抵抗値Ｒ２をある値に設定した場合に、同調回路４がどのような同調特性を有するかを表したものであるが、実際の同調回路４にはＡＧＣ回路５が接続されているため、同調回路４の出力振幅の大小に応じて抵抗値Ｒ２が変化する。
【００４７】
例えば、７９．５ＭＨｚと８０．０ＭＨｚの放送波が存在し、その間の周波数には放送波が存在しない場合を考える。７９．５ＭＨｚと８０．０ＭＨｚの間の放送波が存在しない周波数においては、図４に示す入力端子３４に入力される信号がないにもかかわらず出力端子３６から一定振幅の信号を出力するようにＡＧＣ回路５によって制御が行われるため、ＦＥＴ２８のソース・ドレイン間の抵抗値Ｒ２が高い方、すなわち図５に示すａからｂに向かって変化する。この状態では、同調回路４は入力がない状態で自己発振している。
【００４８】
自己発振している状態から同調周波数を７９．５ＭＨｚあるいは８０．０ＭＨｚに変えたとする。自己発振している状態で入力端子３４に７９．５ＭＨｚあるいは８０．０ＭＨｚの放送波が入力されると、入力が増えた分出力振幅も大きくなるため、ＡＧＣ回路５による制御によってＦＥＴ２８のソース・ドレイン間の抵抗値Ｒ２がｂからａに向かって低い方に変化する。
【００４９】
このように、放送波がない場合であっても同調回路４により自己発振が行われるため、従来のＦＭ受信機のように放送波間の搬送波がない状態で雑音が発生するという現象がなく、この雑音を消すために用いるスケルチ回路やミューティング回路が不要となる。
【００５０】
また、実際に商品名「フィルマック」（新潟精密株式会社製）を分布定数型のＬＣ素子３０として用いるとともに、ＣＭＯＳの４０００シリーズのインバータ回路２４、２６を用いて図４の回路を構成して実験したところ、通過域の周波数が３０ＭＨｚ程度の同調回路４を実現できることが確かめられている。この周波数は、ＣＭＯＳの４０００シリーズのインバータ回路２４、２６をデジタル回路として使用する場合の動作周波数をはるかに越えている。すなわち、同調周波数を数十ＭＨｚという高周波に設定した場合でも、一般に汎用されている安価なＣＭＯＳインバータを用いて同調回路４を構成することができ、同調回路４あるいは同調回路４を含むＦＭ受信機のほとんどの構成部品を安価な半導体製造プロセスで製造することができる。
【００５１】
（ＬＣ素子の具体例）
次に、同調回路４に含まれるＬＣ素子３０の具体例を詳細に説明する。図８は、半導体基板上に形成されたＬＣ素子の平面図である。また、図９は図８に示したＡ−Ａ線拡大断面図である。
【００５２】
これらの図に示すＬＣ素子３０は、半導体基板であるｐ型シリコン基板（ｐ−Ｓｉ基板）２００の表面付近に形成された渦巻き形状のｎ⁺ 領域２０２と、さらにその一部に形成された渦巻き形状のｐ⁺ 領域２０４とを含んでおり、これらのｎ⁺ 領域２０２とｐ⁺ 領域２０４とによってｐｎ接合層２０６が形成されている。また、ｐ−Ｓｉ基板２００とｎ⁺ 領域２０２との間には逆バイアス電圧が印加されており、周回して隣接するｎ⁺ 領域２０２同士の間においてｐ−Ｓｉ基板２００がアイソレーション領域として機能している。
【００５３】
また、本実施形態のＬＣ素子３０は、上述したｎ⁺ 領域２０２の表面であって、このｎ⁺ 領域２０２に沿った位置に渦巻き形状の第１の電極２１０が形成されている。同様に、ｐ⁺ 領域２０４の表面であって、ｐ⁺ 領域２０４に沿った位置に渦巻き形状の第２の電極２１２が形成されている。また、第１の電極２１０の両端および第２の電極２１２の一方端（例えば外周側）には、３つの入出力電極２１４、２１６、２１８がそれぞれ接続されている。なお、３つの入出力電極２１４、２１６、２１８の取付けは、図８に示すように薄いｎ⁺ 領域２０２あるいはｐ⁺ 領域２０４を傷つけないように能動領域の外側で行われる。
【００５４】
このような構造を有するＬＣ素子３０は、渦巻き形状を有している第１および第２の電極２１０、２１２のそれぞれがインダクタ導体として機能する。また、第１および第２の電極２１０、２１２のそれぞれに電気的に接続されたｐｎ接合層２０６が逆バイアスの状態で使用されると渦巻き形状のキャパシタとして機能する。したがって、第１および第２の電極２１０、２１２により形成されるインダクタとｐｎ接合層２０６によって形成されるキャパシタとが分布定数的に存在する複合素子が形成される。
【００５５】
なお、ｐ−Ｓｉ基板２００には、上述した構造を有するＬＣ素子３０の他に、図４に示したインバータ回路２４等の他の構成部品が一体形成されており、同調回路４の全体が１チップ上に集積化されている。
【００５６】
図１０は、図８および図９に構造を示したＬＣ素子の等価回路を示す図である。同図（Ａ）に示すように、第１の電極２１０がインダクタンスＬ１を有するインダクタとして機能し、第２の電極２１２がインダクタンスＬ２を有するインダクタとして機能する。また、これら第１および第２の電極２１０、２１２の間には渦巻き形状の周回方向に沿ってｐｎ接合層２０６が形成されており、このｐｎ接合層２０６を逆バイアスで使用することにより、静電容量Ｃを有する分布定数的なキャパシタが形成されている。なお、図４に示した回路に含まれるＬＣ素子３０は、図１０（Ａ）に示した等価回路を簡略化したものであり、実質的に同じものを表している。
【００５７】
図１０（Ｂ）は、ＬＣ素子３０に含まれるｐｎ接合層２０６に逆バイアス電圧を印加するための構成を示す。具体的には、第１の入出力電極２１４と第３の入出力電極２１８との間に可変の逆バイアス電圧を印加するための可変バイアス用の可変電圧電源９を接続する。
【００５８】
また、同調回路４の入力端子３４に入力される信号の直流成分が一定である場合には、図４や図１０（Ｃ）に示すように入出力電極２１８側の電位のみを変化させることにより、ｐｎ接合層２０６の逆バイアスを相対的に変化させることができる。すなわち、第１の電極２１４の両端にはインバータ回路２４の入力端あるいは出力端が接続されているが、例えばこのインバータ回路２４をＣＭＯＳインバータとすると、電源電圧Ｖccの半分の電圧Ｖcc／２がインバータ回路２４の入力端あるいは出力端の平均電圧レベルとなって直流的に一定するため、入出力電極２１８に接続された周波数制設定の制御端子３８の電位のみを変化させることにより、ｐｎ接合層２０６の逆バイアスを相対的に変化させることができる。反対に、同調回路４の出力端子から出力される信号の直流成分が一定である場合、すなわち入出力電極２１８の直流成分が一定である場合には、入出力電極２１４あるいは２１６側の電位のみを変化させることにより、ｐｎ接合層２０６の逆バイアスを相対的に変化させることができる。
【００５９】
このように、図８に示すｐｎ接合層２０６のｎ⁺ 領域２０２とｐ⁺ 領域２０４との間に印加する逆バイアス電圧を変更可能なＬＣ素子３０を用いて図４に示す同調回路４を構成することにより、同調周波数をある範囲で任意に変更することができる。例えば、一般の可変容量ダイオードでは逆バイアス電圧を可変することにより静電容量を５０％程度変えることができるため、図８に構造を示すＬＣ素子３０を用いることにより、通過域の周波数を少なくとも数十％程度可変できることがわかる。したがって、同調回路４の出力周波数を５０ＭＨｚ前後に設定した場合には、十数ＭＨｚから数十ＭＨｚの範囲で同調周波数を可変することができ、全てのＦＭ放送を受信できる同調回路４を容易に実現することができる。
【００６０】
図１１は、図８等に示したＬＣ素子３０の製造工程の一例を示す図である。図８のＢ−Ｂ線拡大断面の各製造工程毎の状態が示されている。
【００６１】
（１）エピタキシャル層の成長：
まず最初に、ｐ−Ｓｉ基板２００（ウエハ）表面の酸化膜を除去した後に、ｐ−Ｓｉ基板２００の表面全体にｎ⁺ 型エピタキシャル層２２６を成長させる（図１１（Ａ））。
【００６２】
（２）アイソレーション領域の形成：
次に、図８に示したｎ⁺ 領域２０２およびｐ⁺ 領域２０４を除く領域をアイソレーション領域とするために、ｐ型不純物の拡散あるいはイオン注入を行う。
【００６３】
具体的には、まずエピタキシャル層２２６の表面を熱酸化して酸化膜２２８を形成する。そして、フォトリソグラフィによってｐ領域を形成すべき位置の酸化膜２２８を除去した後に、ｐ型不純物を熱拡散あるいはイオン注入により選択的に添加することにより、ｐ領域が選択的に形成される。このようにして形成されたｐ領域は、ｐ−Ｓｉ基板２００の一部となってアイソレーション領域を形成する（同図（Ｂ））。
【００６４】
このようにしてアイソレーション領域の形成が行われた結果、残されたエピタキシャル層２２６によって渦巻き形状のｎ⁺ 領域２０２が形成される。
【００６５】
（３）ｐｎ接合層の形成：
次に、渦巻き形状に形成されたｎ⁺ 領域２０２の一部にｐ型不純物を熱拡散あるいはイオン注入により導入することにより、渦巻き形状のｐ⁺ 領域２０４を形成する（同図（Ｃ））。
【００６６】
具体的には、まずｎ⁺ 領域２０２を含むｐ−Ｓｉ基板２００の表面を熱酸化して酸化膜２３０を形成する。そして、フォトリソグラフィによってｐ⁺ 領域２０４を形成すべき位置の酸化膜２３０を除去した後に、ｐ型不純物を熱拡散あるいはイオン注入により選択的に添加することにより、ｐ⁺ 領域２０４が選択的に形成される。
【００６７】
このｐ⁺ 領域２０４は、先に形成されたｎ⁺ 領域２０２中に形成する必要があるため、既に導入されているｎ型不純物の量以上のｐ型不純物を添加することにより、ｐ⁺ 領域２０４が形成される。
【００６８】
このようにして、ｎ⁺ 領域２０２とｐ⁺ 領域２０４とからなる渦巻き形状のｐｎ接合層２０６が形成される。
【００６９】
（４）スパイラル電極の形成：
次に、熱酸化により表面に酸化膜２３２を形成した後にフォトリソグラフィによってｎ⁺ 領域２０２とｐ⁺ 領域２０４のそれぞれの表面に渦巻き形状の孔あけを行い、その後この渦巻き形状に孔あけされた部分に、例えばアルミニウムを蒸着することにより第１および第２の電極２１０、２１２を形成する（同図（Ｄ））。また、その後３つの入出力電極２１４、２１６、２１８のそれぞれをアルミニウムの蒸着により形成する。
【００７０】
上述したＬＣ素子３０を製造する工程は、基本的には通常のバイポーラトランジスタあるいはダイオードを製造する工程と類似しており、ｐｎ接合層２０６やその間のアイソレーション領域の形状等が異なるものである。したがって、一般のバイポーラトランジスタを製造する工程においてフォトマスクの形状を変更することにより対応することができ、製造が容易であるとともに小型化にも適している。
【００７１】
また、上述したＬＣ素子３０の製造工程においては、最初にエピタキシャル成長によりｎ⁺ 領域を表面全体に形成した後にアイソレーションを行う場合を例にとり説明したが、ｐ−Ｓｉ基板２００の表面に酸化膜を形成した後にフォトリソグラフィにより渦巻き形状のｎ⁺ 領域２０２に対応する孔あけを行い、この部分に熱拡散あるいはイオン注入によりｎ型不純物を導入することによりｎ⁺ 領域２０２を形成した後に、同様の方法により直接的にｐ⁺ 領域２０４を形成してもよい。また、ｐｎ接合層を形成する方法については、その他の一般的な半導体製造技術を用いることができる。
【００７２】
このように、本実施形態のＦＭ受信機は、同調回路４内のＬＣ素子３０のｐｎ接合層２０６に印加する逆バイアス電圧を可変することにより、同調周波数を連続的に変化させることができる。したがって、従来必要不可欠であったバリコンを省くことができ、ＦＭ受信機全体の回路規模を大幅に小型化することができる。
【００７３】
また、従来のように多連バリコンやこれらに対応する複数のバリキャップを使用していないため、連動誤差等がなく、設計時や製造時にこれらを考慮する必要がない。
【００７４】
また、本実施形態のＦＭ受信機は、同調回路４をインバータ回路やＬＣ素子等の半導体基板上に形成可能な部品によって形成しており、発振周波数が固定の局部発振回路２もインバータ回路等を用いて形成可能であるため、バリコンやコイルあるいはトランスを使用せずにスピーカ８等を除くＦＭ受信機のほとんどを半導体基板上に一体形成して１チップ化することができ、ＦＭ受信機全体の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００７５】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００７６】
例えば、上述した本実施形態のＦＭ受信機は、同調回路４の出力を直接ＦＭ検波回路６に入力する場合を説明したが、これらの間に高周波増幅回路を設けることにより、同調回路の前後で２段の高周波増幅を行うようにしてもよい。このように２段の高周波増幅を行った場合には、前段の高周波増幅ではある程度増幅度を抑えることができ、全体として良好なＳＮ比を実現することができる。
【００７７】
また、本実施形態のＦＭ受信機では、同調回路４の前段に混合回路３を設けて周波数変換を行ったが、高周波増幅回路１の出力を直接同調回路４に入力して同調を行うようにしてもよい。
【００７８】
また、本実施形態において、ＦＭ受信機に含まれる同調回路４は、２つのインバータ回路２４、２６を用いて構成したが、これらのインバータ回路はアナログ素子として使用していることから、少なくとも一方をソース接地回路等の反転増幅器で構成するようにしてもよい。
【００７９】
また、図８に示したＬＣ素子３０は、第１および第２の電極２１０、２１２のほぼ全長に対応するようにｐｎ接合層２０６を形成したが、図１２に示すように部分的に対応させたＬＣ素子３０ａに置き換えてもよい。
【００８０】
また、上述した本実施形態の同調回路４ではＦＥＴ２８を可変抵抗として使用したが、ｐチャネルのＦＥＴとｎチャネルのＦＥＴとを並列接続して可変抵抗を構成し、各ＦＥＴのゲート電圧を変えるようにしてもよい。ゲート電圧の大きさを変えることにより抵抗値を可変することができる点は図４に示したＦＥＴ２８の場合と同様であるが、このように２つのＦＥＴを組み合わせて可変抵抗を構成することによりＦＥＴの非線形領域の改善を行うことができるため、同調回路４の出力信号の歪みをより少なくすることができる。
【００８１】
また、上述した各実施形態では、必要に応じてＦＭ波として放送波を例示して説明を行ったが、他の周波数領域を使用するＦＭ波あるいは音声信号以外のＦＭ変調信号を用いたＦＭ波を受信するＦＭ受信機、例えば携帯用電話や文字放送の受信機等についても適用することができる。
【００８２】
また、上述したＬＣ素子３０の説明では、ｐ−Ｓｉ基板２００とｐｎ接合層２０６との間に生じる浮遊容量を無視したが、実際に図４に示した各構成部品を半導体基板上に形成するとこの浮遊容量の影響を無視することができない。この点は、シミュレーションによっても確かめられており、図６に示した特性よりもかなり変化がなだらかな特性となる。また、浮遊容量があるためｐｎ接合層２０６の静電容量を可変した際の同調周波数の変化の度合いも少なくなり、実用的でない。浮遊容量が発生するとこのような数々の不都合が生じるため、不要容量の発生自体を回避できれば都合がよい。
【００８３】
図１３は、浮遊容量の発生を抑えたＬＣ素子３０ｂの平面図である。また、図１４は図１３に示したＣ−Ｃ線拡大断面図である。
【００８４】
これらの図に示すＬＣ素子３０ｂは、図８に示したＬＣ素子３０に対して、ｐｎ接合層２０６をｎ−Ｓｉ基板３００の一部に形成したｐウェル３０２の表面近傍に形成した点が異なっている。また、このｐウェル３０２には、所定の電圧を印加するために電極３１０が設けられている。
【００８５】
このような構成を有するＬＣ素子３０ｂにおいて、ｐｎ接合層２０６に逆バイアス電圧を印加する際に、ｐウェル３０２の電位とこのｐウェル３０２と接するｎ⁺ 領域２０２の電位とがほぼ同じになるように、電極３１０に対して所定の電圧を印加する。このようにしてｐウェル３０２とｎ⁺ 領域２０２の電位がほぼ同じになれば、これらが隣接する境界近傍での浮遊容量の発生を抑えることができる。同様に、図１５は浮遊容量の発生を抑えたＬＣ素子３０ｃの平面図であり、図１２に示したＬＣ素子３０ａに対応する構成が示されている。
【００８６】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、同調回路の同調周波数を変化させることにより所望のＦＭ波のみを直接取り出している。この同調回路は、半導体基板上に形成された分布定数型のＬＣ素子と２つのインバータ回路あるいは反転増幅器とを含む単純な回路構成により実現でき、同調回路以外の回路とともにＦＭ受信機のほとんどの部品を半導体基板上に一体形成することが可能となる。また、同調回路に含まれる第１の抵抗の抵抗値を変えることにより帯域幅を調整することができ、１段あるいは少ない段数でも所望のＦＭ波を分離することができるため、従来のスーパーヘテロダイン方式で用いられているような多連バリコンが不要となる。さらに具体的には、上述したＬＣ素子は渦巻き形状を有する２本のインダクタ導体とこれらのインダクタ導体に沿った渦巻き形状を有するｐｎ接合層とを有しており、このｐｎ接合層に印加する逆バイアス電圧を変えることにより、分布定数的に形成されるキャパシタの静電容量、すなわちＬＣ素子の素子定数が変化するため、ＬＣ素子の素子定数によって定まる同調回路の同調周波数も任意に変化させることができ、バリコンが不要となる。
【００８７】
また、同調回路の前段において、あるいはこれに加えて同調回路の後段において高周波増幅を行うことにより、良好なＳＮ比を実現することができる。
【００８８】
また、同調回路に含まれる第２の抵抗の抵抗値を変化させることにより、同調回路の出力振幅を変えることができ、簡単な構成で利得制御を行うことができる。上述した第２の抵抗はＦＥＴのチャネルを抵抗体として用いることにより実現でき、特に、ｐチャネルＦＥＴとｎチャネルＦＥＴとを並列接続して用いる場合にはＦＥＴの非線形特性を改善することができるため、歪みの少ない同調信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一の実施形態のＦＭ受信機の構成を示すブロック図である。
【図２】ＡＧＣ回路の具体例を示す図である。
【図３】ＦＭ検波回路の具体例を示す図である。
【図４】図１に示すＦＭ受信機に含まれる同調回路の回路図である。
【図５】２段目のインバータ回路に並列接続された可変抵抗の抵抗値と発振出力の信号振幅の関係を示す図である。
【図６】同調回路の周波数特性を示す図である。
【図７】同調回路の周波数特性を示す図である。
【図８】半導体基板上に形成したＬＣ素子の平面図である。
【図９】図８に示したＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図１０】図８に示したＬＣ素子の等価回路を示す図である。
【図１１】ＬＣ素子の製造工程の一例を示す図である。
【図１２】ＬＣ素子の変形例を示す図である。
【図１３】ＬＣ素子の他の変形例を示す図である。
【図１４】図１３に示したＣ−Ｃ線拡大断面図である。
【図１５】ＬＣ素子の他の変形例を示す図である。
【図１６】従来のＦＭ受信機の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 高周波増幅回路
２ 局部発振回路（ＬＯＣ）
３ 混合回路
４ 同調回路
５ 自動利得制御（ＡＧＣ）回路
６ ＦＭ検波回路
７ 低周波増幅回路
８ スピーカ
９ 可変電圧電源
１０ アンテナ
２２ 抵抗
２４、２６ インバータ回路
２８ ＦＥＴ
３０ ＬＣ素子

Claims (13)

1. アンテナで受信したＦＭ波の中から所定の周波数近傍のものを選択する同調回路と、前記同調回路の出力信号からＦＭ変調信号を取り出すＦＭ検波回路とを有するＦＭ受信機において、
   前記同調回路は、
   第１の抵抗を介して交流信号が入力される第１のインバータ回路と、
   第２の抵抗が並列接続されており、前記第１のインバータ回路の出力側に接続された第２のインバータ回路と、
   半導体基板上に並行して形成された２本のインダクタ導体とこれら２本のインダクタ導体の間に分布定数的に形成されたｐｎ接合層によるキャパシタとを有しており、前記２本のインダクタ導体のいずれか一方を介して前記第１のインバータ回路の出力を入力側に帰還させるとともに、前記２本のインダクタ導体のいずれか他方の一部が前記第２のインバータ回路の出力側に接続されたＬＣ素子と、
   を備え、前記第１の抵抗に入力されたＦＭ波の中から所定の周波数近傍の信号を通過させて前記第２のインバータ回路から出力することにより同調を行うことを特徴とするＦＭ受信機。
2. アンテナで受信したＦＭ波の中から所定の周波数近傍のものを選択する同調回路と、前記同調回路の出力信号からＦＭ変調信号を取り出すＦＭ検波回路とを有するＦＭ受信機において、
   前記同調回路は、
   第１の抵抗を介して交流信号が入力される第１の反転増幅器と、
   第２の抵抗が並列接続されており、前記第１の反転増幅器の出力側に接続された第２の反転増幅器と、
   半導体基板上に並行して形成された２本のインダクタ導体とこれら２本のインダクタ導体の間に分布定数的に形成されたｐｎ接合層によるキャパシタとを有しており、前記２本のインダクタ導体のいずれか一方を介して前記第１の反転増幅器の出力を入力側に帰還させるとともに、前記２本のインダクタ導体のいずれか他方の一部が前記第２の反転増幅器の出力側に接続されたＬＣ素子と、
   を備え、前記第１の抵抗に入力されたＦＭ波の中から所定の周波数近傍の信号を通過させて前記第２の反転増幅器から出力することにより同調を行うことを特徴とするＦＭ受信機。
3. 請求項１または２において、
   前記同調回路の前段に、前記アンテナで受信したＦＭ波を増幅する高周波増幅回路をさらに備えることを特徴とするＦＭ受信機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記同調回路と前記ＦＭ検波回路の間に前記同調回路から出力される信号を増幅する高周波増幅回路をさらに備えることを特徴とするＦＭ受信機。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   固定周波数の正弦波を発生する発振器と、前記発振器の出力と前記アンテナで受信したＦＭ波を混合することによりこれらの差信号あるいは和信号を前記同調回路に入力する混合回路とをさらに備え、受信したＦＭ波に対して周波数変換を行うことを特徴とするＦＭ受信機。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記同調回路の出力振幅の大小に応じた制御信号を出力する利得制御回路をさらに備えており、前記制御信号に応じて前記同調回路に含まれる前記第２の抵抗の抵抗値を可変することにより前記同調回路の出力振幅を調整することを特徴とするＦＭ受信機。
7. 請求項６において、
   前記第２の抵抗をＦＥＴのチャネルによって形成し、前記利得制御回路から出力される制御信号に応じて前記ＦＥＴのゲート電圧を変えてチャネル抵抗を変えることを特徴とするＦＭ受信機。
8. 請求項６において、
   前記第２の抵抗をｐチャネル型のＦＥＴとｎチャネル型のＦＥＴとを並列接続することにより形成し、前記利得制御回路から出力される制御信号に応じて各ＦＥＴのゲート電圧の大きさを変えてチャネル抵抗を変えることを特徴とするＦＭ受信機。
9. 請求項１〜８のいずれかにおいて、
   前記同調回路に含まれる前記第１の抵抗の抵抗値を変えることにより同調の帯域幅を調整することを特徴とするＦＭ受信機。
10. 請求項１〜９のいずれかにおいて、
    前記ＬＣ素子は、
    前記半導体基板上でほぼ同心状に隣接して配置されており、前記２本のインダクタ導体として機能する渦巻き形状の２つの電極と、
    前記半導体基板の表面近傍であって前記２つの電極に沿った位置に形成され、前記２つの電極のいずれか一方にｐ領域が、他方にｎ領域が電気的に接続されており、逆バイアス電圧を印加することにより前記キャパシタとして機能する渦巻き形状のｐｎ接合層と、
    を備えることを特徴とするＦＭ受信機。
11. 請求項１〜９のいずれかにおいて、
    前記ＬＣ素子は、
    前記半導体基板上に形成されたウェルと、
    前記ウェル上でほぼ同心状に隣接して配置されており、前記２本のインダクタ導体として機能する渦巻き形状の２つの電極と、
    前記ウェルの表面近傍であって前記２つの電極に沿った位置に形成され、前記２つの電極のいずれか一方にｐ領域が、他方にｎ領域が電気的に接続されており、逆バイアス電圧を印加することにより前記キャパシタとして機能する渦巻き形状のｐｎ接合層と、
    を備え、前記ウェルの電位と、前記ウェルに接する前記ｐ領域あるいは前記ｎ領域の電位とをほぼ同じにすることを特徴とするＦＭ受信機。
12. 請求項１０または１１において、
    前記ｐｎ接合層に印加する逆バイアス電圧を変えて前記ｐｎ接合層が有する静電容量を変化させることにより、同調周波数を変えることを特徴とするＦＭ受信機。
13. 請求項１〜１２のいずれかにおいて、
    前記半導体基板上に構成部品を一体形成したことを特徴とするＦＭ受信機。

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