JP3862517B2

JP3862517B2 - 半導体集積回路装置及びこれを用いた通信装置

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Publication number: JP3862517B2
Application number: JP2001147762A
Authority: JP
Inventors: 一雄北浦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2021-05-17
Also published as: JP2002344348A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信機能を有する半導体集積回路装置に関するものである。特に、周波数ホッピング方式スペクトラム拡散通信機能を有する半導体集積回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル通信装置において通信品質を向上させるためには、干渉波による誤り率の劣化を少なくする必要がある。
【０００３】
信号の伝送帯域内に伝送を妨害するような干渉波が存在していてもその影響を著しく小さく抑える通信方式に、スペクトラム拡散通信がある。スペクトラム拡散通信とは、データ信号に依存しない拡散符号を用いることにより、データ伝送に必要な周波数帯域幅より広い周波数帯域に信号を拡散して、送信対象のデータ伝送を行うものである。
【０００４】
一般にスペクトラム拡散通信においては、送信側にて音声などの送信ベースバンド信号が変調され、さらに拡散符号を使用してスペクトラム拡散されたのち、送信高周波信号として通信相手側に送信される。また受信側では、送信高周波信号が受信され、送信側と同一の拡散符号を使用して逆スペクトラム拡散されたのち、復調される。尚、送信側と同一の拡散符号を使用しなければ受信側で逆スペクトラム拡散ができないため、スペクトラム拡散通信は干渉波耐性のみならず秘話性や秘匿性も優れている。
【０００５】
かかるスペクトラム拡散通信には、直接拡散方式と周波数ホッピング方式とがある。直接拡散方式は、狭帯域変調波に拡散符号を乗算しながら拡散を行い、ある連続した周波数帯域を均一に使用するものである。一方、周波数ホッピング方式は、拡散符号に基づいて通信相手との通信を行う際の搬送波の周波数をランダムに切り替えることで、所定の周波数帯域内に信号を拡散するものである。
【０００６】
周波数ホッピング方式は送信高周波信号の周波数を時系列で変化させるので、マルチパス対策として有効であり、移動体通信装置に用いられることが多い。ここで、特開平７−１２３０１５号公報に開示されている従来の周波数ホッピング方式スペクトラム拡散通信装置の構成を図３に示す。
【０００７】
アンテナ４１が接続されたスイッチ回路４２の受信側接点４２ａは、バンドパスフィルタ回路４３の入力側に接続される。そして、バンドパスフィルタ回路４３の出力側はアンプ回路４４を介してミキサ回路４５に接続される。一方、スイッチ回路４２の送信側接点４２ｂは、送信回路４７の出力側に接続される。そして、送信回路４７の入力側は変調回路４６の出力側に接続される。さらに、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路４８がミキサ回路４５および変調回路４６に接続されており、ＣＰＵ４９がＰＬＬ周波数シンセサイザ回路４８に接続される。
【０００８】
このような構成の従来の通信装置は次のように動作する。スイッチ回路４２はは受信時に受信側接点４２ａに切り替わり、アンテナ４１とバンドパスフィルタ回路４３とを接続する。
【０００９】
通信相手側から送信されるスペクトラム拡散された送信高周波信号は、アンテナ４１からスイッチ回路４２の受信側接点４２ａを経由してバンドパスフィルタ回路４３に入力され、バンドパスフィルタ回路４３によって使用周波数帯域以外の周波数成分が除去される。そして、バンドパスフィルタ回路４３を通過した使用周波数帯域の信号がアンプ回路４４によって増幅され、さらにミキサ回路４５によって後述するＰＬＬ周波数シンセサイザ回路４８から送出される局部発振信号と混合されて周波数変換されたのち、復調回路（図示せず）にて受信ベースバンド信号に復調される。
【００１０】
一方、スイッチ回路４２は送信時に送信側接点４２ｂに切り替わり、アンテナ４１と送信回路４７とを接続する。送信ベースバンド信号は、変調回路４６によって変調され尚かつ後述するＰＬＬ周波数シンセサイザ回路４８から送出される局部発振信号と混合されてスペクトラム拡散された高周波信号となる。この高周波信号が送信回路４７によって増幅され、スイッチ回路４２の送信側接点４２ｂを経由してアンテナ４１から送信高周波信号として通信相手側に送信される。
【００１１】
ＣＰＵ４９は、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路４８によってミキサ回路４５及び変調回路４６に送出される局部発振信号の周波数を、プログラムに基づいてホッピングさせる。これにより、スペクトラム拡散通信が可能となる。尚、受信高周波信号及び送信高周波信号の周波数スペクトラムは、図４に示すように使用周波数帯域の全域にわたって均等に拡散している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通信装置の小型化を図るために通信装置を構成する部分の集積回路化が行われている。しかしながら、集積回路化すると、半導体集積回路装置内部の異なる信号の相互干渉（以下、内部干渉ともいう）が起こりやすくなるといった問題が生じていた。特に、送信高周波信号及び受信高周波信号がマイクロ波、ミリ波領域になると内部干渉が著しくなる。そして、図３の通信装置を集積回路化した従来の半導体集積回路装置では内部干渉を低減するような回路配置が施されていなかったため、内部干渉によって通信データが欠落したり誤り率が劣化してしまっていた。また、スペクトラム拡散通信を行わない通信装置の場合でも集積回路化をすることで内部干渉が生じるので、スペクトラム拡散通信装置の場合よりも干渉波による影響が大きくなり、通信データの欠落や誤り率の劣化も多くなってしまっていた。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑み、内部干渉を軽減し、通信データの欠落や誤り率の劣化を防止した無線通信機能を有する半導体集積回路装置及びこれを用いた通信装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体集積回路装置においては、少なくとも隣り合う二辺それぞれに外部に突出する複数の外部端子を有する略矩形の一つのパッケージ内に複数の回路を搭載し、前記複数の回路の一部が送信ベースバンド信号を送信高周波信号に変調する送信回路及び受信高周波信号を受信ベースバンド信号に復調する受信回路であり、前記複数の回路のうち他の回路と比べて前記外部端子に接続される端子数を回路面積で除した値が大きい回路を、前記隣り合う二辺が構成する前記パッケージの隅部に配置するようにする。
【００１５】
また、前記複数の回路の一つが前記送信回路の変調及び前記受信回路の復調に用いられる局部発振信号の周波数を制御するＰＬＬ周波数シンセサイザ回路であって、該ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路が、前記複数の回路のうち他の回路と比べて前記外部端子に接続される端子数を回路面積で除した値が大きい回路であるようにする。
【００１６】
また、前記複数の回路の一つが前記局部発振信号を発振する電圧制御発振回路であって、前記ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路が配置される第一の隅部に隣り合う第二の隅部に前記受信高周波信号を入力する外部端子と前記送信高周波信号を出力する外部端子とを設置し、前記第二の隅部の対角に位置する第三の隅部に前記受信ベースバンド信号を出力する外部端子と前記送信ベースバンド信号を入力する外部端子とを設置し、前記パッケージの四辺の対向する辺の中点同士を結ぶことによって形成される四つの領域のうち、前記第一の隅部が属する領域及び／又は前記第二の隅部が属する領域に、前記電圧制御発振回路を配置する。
【００１７】
さらに、前記送信回路及び前記受信回路が周波数ホッピング方式スペクトラム拡散通信を行うようにしてもよい。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る通信装置においては、上記いずれかの半導体集積回路装置と、該半導体集積回路装置に受信高周波信号を送出し前記半導体集積回路装置から送信高周波信号が供給されるアンテナと、を備えるようにする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係る通信装置の回路ブロック図を図２に示す。尚、詳細は後述するが、アンテナ１、スイッチ回路２、及びループフィルタ１７以外の部分は、集積回路化され一つのパッケージに搭載されている。
【００２０】
アンテナ１が接続されたスイッチ回路２の受信側接点２ａは、受信回路１８のの入力側に接続される。そして、受信回路１８は、入力側からローノイズアンプ回路３、ミキサ回路４、バンドパスフィルタ回路５、電圧利得制御アンプ回路６、ＦＭ復調回路７、アナログディジタルコンバータ回路８、データスライサ回路９の順で接続された回路構成となっている。
【００２１】
一方、スイッチ回路２の送信側接点２ｂは、送信回路１９のの出力側に接続される。そして、送信回路１９は、入力側からフィルタ回路１０、ディジタルアナログコンバータ回路１１、送信ミキサ回路１２、パワーアンプ回路１３の順で接続された構成となっている。
【００２２】
そして、１／２分周回路１５の出力側は、受信回路１８内のミキサ回路４と送信回路１９内の送信ミキサ回路１２とＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６の入力側とに接続される。また、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６の出力側は、ループフィルタ１７を介して電圧制御発振器１４に接続される。さらに、電圧制御発振器１４の出力側が１／２分周回路１５の入力側に接続される。
【００２３】
尚、スイッチ回路２、受信回路１８内の各回路、及び送信回路１９内の各回路は制御回路（図示せず）に接続されている。
【００２４】
このような構成の本発明に係る通信装置は次のように動作する。制御回路（図示せず）は、送信時にスイッチ回路２が送信側接点２ｂに切り替わるようにスイッチ回路２を制御し、送信回路１９内の各回路をＯＮ状態にし、受信回路１８内の各回路をＯＦＦ状態にする。一方、制御回路（図示せず）は、受信時にスイッチ回路２が受信側接点２ａに切り替わるようにスイッチ回路２を制御し、受信回路１８内の各回路をＯＮ状態にし、送信回路１９内の各回路をＯＦＦ状態にする。
【００２５】
受信時には、通信相手側から送信されるスペクトラム拡散された受信高周波信号（例えば２．４ＧＨｚ帯）がアンテナ１からスイッチ回路２を経由して受信回路１８に入力される。受信回路１８に入力された受信高周波信号は、ローノイズアンプ回路３により増幅され、ミキサ回路４によって後述する１／２分周回路１５から送出される信号と混合され逆スペクトラム拡散されてＩＦ信号（例えば２ＭＨｚ）に変換され、バンドパスフィルタ回路５によってＩＦ信号以外の周波数成分は除去される。そして、バンドパスフィルタ回路５から出力されるＩＦ信号は、電圧利得制御アンプ回路６によって適切なレベルに増幅され、ＦＭ復調回路７によって復調される。その復調された信号は、アナログディジタルコンバータ回路８によってディジタル化され、データスライサ回路９によってディジタル信号に変換され受信ベースバンド信号として出力される。
【００２６】
一方、送信時には、ディジタル信号である送信ベースバンド信号がフィルタ回路１０に入力され、フィルタ回路１０によってフィルタリング処理がされ、ディジタルアナログコンバータ回路１１によってアナログ信号に変換される。そして、ミキサ回路１２はディジタルアナログコンバータ回路１１から送出される信号と１／２分周回路から送出される信号とを混合し、ディジタルアナログコンバータ回路１１から送出される信号をＦＭ変調且つスペクトラム拡散された信号に変換して、パワーアンプ回路１３に送出する。パワーアンプ回路１３に入力された信号はパワーアンプ回路１３によって送信するのに必要なレベルまで増幅されたのち、スイッチ回路２を経由してアンテナ１から送信高周波信号として相手側に送信される。
【００２７】
また、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６は、１／２分周回路１５から送出される信号を入力し、その信号を１／Ｎ分周し、外部から入力する所定の周波数信号（OSC IN 信号）とのずれを検出し、そのずれを補正するための制御電圧信号をループフィルタ１７を経由して電圧制御発振器１４に印加する。これにより、電圧制御発振器１４が発振する局部発振信号の周波数はずれなくなる。そして、電圧制御発振器１４から発振される局部発振信号（例えば４．８ＧＨｚ帯）は１／２分周回路１５によって半分の周波数（２．４ＧＨｚ帯）の信号に変換され、ミキサ回路４及び送信ミキサ回路１２に送出される。したがって、１／２分周回路１５から送出される信号の周波数もずれなくなる。
【００２８】
そして、ＰＬＬシンセサイザ回路１６は所定の周波数信号（OSC OUT 信号）を外部に出力する。この出力を他の回路の周波数信号として入力することもできる。また、ＰＬＬシンセサイザ回路１６の入力のOSC INと出力のOSC OUTとの間に水晶振動子を接続することによって、周波数信号を作成することもできる。
【００２９】
さらに、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６はＰＬＬデータ（データ信号、クロック信号、及びイネーブル信号）を入力し、そのＰＬＬデータに基づいて上述した１／Ｎ分周のＮの値を変化させる。これにより、１／２分周回路１５からミキサ回路４及び送信ミキサ回路１２に送出される信号の周波数がホッピングする。従って、送信高周波信号は図３に示した従来の通信装置と同様に使用周波数帯域の全域に渡って均等に拡散する信号（図４参照）となる。また、スペクトラム拡散された受信高周波信号を逆スペクトラム拡散してＩＦ信号に変換することができる。
【００３０】
次に、図１を用いて本発明に係る半導体集積回路装置の回路配置と外部端子配置を説明する。尚、図１において図２と同一の部分には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３１】
図１の半導体集積回路装置は、図２に示した通信装置のうちアンテナ１、スイッチ回路２、及びループフィルタ回路１７以外の部分を１つのパッケージに搭載しており、アンテナ１、スイッチ回路２、及びループフィルタ回路１７が半導体集積回路装置パッケージの外部に外付けされている。また、半導体集積回路装置パッケージの外形は略矩形であり、その四辺ともに外部に突出する外部端子を複数有している。
【００３２】
そして、このパッケージの四隅うちの一つの隅部ＡにＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６を配置する。ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６に接続される外部端子２４〜３１のうち、外部端子２４〜２８は隅部Ａを構成する一方の辺に設置され、外部端子２９〜３１は隅部Ａを構成する他方の辺に設置される。ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６は、外部端子２４を介して外部に所定の周波数信号（OSC OUT 信号）を出力し、外部端子２５を介して外部から送られてくる所定の周波数信号（OSC IN 信号）を入力し、外部端子２６を介して外部からイネーブル信号を入力し、外部端子２７を介して外部から送られてくるクロック信号を入力し、外部端子２８を介して外部から送られてくるデータ信号を入力する。さらに、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６は、外部端子２９を介して外部のグランドラインに接続され、外部端子３０を介して外部から送られてくる駆動用電圧Ｖ_ccを入力し、外部端子３１を介してループフィルタ回路１７に制御電圧信号を出力する。
【００３３】
また、スイッチ回路２を介してアンテナ１に接続される外部端子２０及び外部端子２１はＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６が配置される隅部Ａに隣り合う隅部Ｂに設置される。そして、外部端子２０はアンプ回路３の入力側に、外部端子２１はパワーアンプ回路１３の出力側に、それぞれ接続されている。
【００３４】
また、外部端子２０及び外部端子２１が設置される隅部Ｂの対角に位置する隅部Ｄに受信ベースバンド信号が出力される外部端子２２及び送信ベースバンド信号が入力される外部端子２３が設置される。そして、外部端子２２はデータスライサ回路９の出力側に、外部端子２３はフィルタ回路１０の入力側に、それぞれ接続されている。
【００３５】
半導体集積回路装置は、パッケージ内に搭載される複数の回路を基板チップ上及び／又は内部に形成しており、その基板チップのサイズをできるだけ小さくすることで小型化・低コスト化を図っている。そして、基板チップのサイズを小さくするために、基板チップの１辺に設置されるパッドの数は必要最低限に抑えられてる。このため、基板チップに形成されている複数の回路とパットとを接続する配線の引き回しが多くなる傾向があった。特に、外部端子に接続される端子数を回路面積で除した値が大きい回路ブロックとパットとを接続する配線において、この傾向が顕著であった。尚、一般に外部端子とパットとは金線によってワイヤーボンディングされる。
【００３６】
本実施形態では、外部端子に接続される端子数を回路面積で除した値が大きい回路ブロックであるＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６をパッケージの隅部Ａに配置しているので、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６が基板チップの２辺に設置されているパッドを用いることができる。これにより、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路１６とパッドとを接続する配線の引き回しが少なくなり、他の回路ブロックとの間に生じる干渉を少なくすることができる。従って、通信データの欠落や誤り率の劣化を少なくすることができる。
【００３７】
また、半導体集積回路装置パッケージの四辺の対向する辺同士の中点を結ぶと、半導体集積回路装置パッケージは四つの領域に分けられる。電圧制御発振回路１４は隅部Ａを含む領域ＲI及び隅部Ｂを含む領域ＲIIに属するように配置される。これにより、電圧制御発振回路１４は、受信ベースバンド信号を外部に出力する外部端子２２および送信ベースバンド信号を外部から入力する外部端子２３から離れた位置に配置されることになる。これにより、ディジタル信号である受信ベースバンド信号および送信ベースバンド信号による干渉が低減され、電圧制御発振回路１４が発振する局部発振信号に含まれるノイズが低減する。従って、通信データの欠落や誤り率の劣化を少なくすることができる。
【００３８】
さらに、電圧制御発振回路１４は、外部端子３２を介して外部のグランドラインに接続され、外部端子３４を介して外部から送られてくる駆動用電圧Ｖ_ccを入力し、外部端子３３を介してループフィルタ１７の出力側に接続される。
【００３９】
尚、図１の半導体集積回路装置の外部端子と内部回路との接続は本発明の一実施形態であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の半導体集積回路装置によると、少なくとも隣り合う二辺それぞれに外部に突出する複数の外部端子を有する略矩形の一つのパッケージ内に複数の回路が搭載され、その複数の回路の一部が受信回路及び送信回路であるとともに、前記複数の回路のうち、他の回路に比べて外部端子に接続される端子数を回路面積で除した値が大きい回路を前記隣り合う二辺が構成するパッケージの隅部に配置するので、他の回路に比べて外部端子に接続される端子数を回路面積で除した値が大きい回路が基板チップの２辺に設置されているパッドを用いることができる。これにより、他の回路に比べて外部端子に接続される端子数を回路面積で除した値が大きい回路とパッドとを接続する配線の引き回しが少なくなり、他の回路ブロックとの間に生じる干渉を少なくすることができる。従って、通信データの欠落や誤り率の劣化を少なくすることができる。
【００４１】
そして、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路が、他の回路に比べて外部端子に接続される端子数を回路面積で除した値が大きい回路に該当するので、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路を前記隣り合う二辺が構成するパッケージの隅部に配置するとよい。
【００４２】
また、本発明の半導体集積回路装置によると、ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路が配置される第一の隅部に隣り合う第二の隅部に受信高周波信号を入力する外部端子と送信高周波信号を出力する外部端子とを設置し、第二の隅部の対角に位置する第三の隅部に受信ベースバンド信号を出力する外部端子と送信ベースバンド信号を入力する外部端子とを設置し、パッケージの四辺の対向する辺の中点同士を結ぶことによって形成される四つの領域のうち、前記第一の隅部が属する領域及び／又は前記第二の隅部が属する領域に、前記電圧制御発振回路を配置するので、電圧制御発振回路が受信ベースバンド信号を外部に出力する外部端子および送信ベースバンド信号を外部から入力する外部端子から離れた位置に配置されることになる。これにより、ディジタル信号である受信ベースバンド信号および送信ベースバンド信号による干渉が低減され、電圧制御発振回路が発振する局部発振信号に含まれるノイズが低減する。従って、通信データの欠落や誤り率の劣化を少なくすることができる。
【００４３】
また、本発明の半導体集積回路装置によると、送信回路及び受信回路が周波数ホッピング方式スペクトラム拡散通信を行うので、干渉波耐性に優れた半導体集積回路装置となる。従って、より一層通信データの欠落や誤り率の劣化を少なくすることができる。
【００４４】
また、本発明の通信装置によると、上記いずれかの半導体集積回路装置を備えるので、通信データの欠落や誤り率の劣化を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体集積回路装置の回路配置及び外部端子配置を示す図である。
【図２】本発明に係る通信装置の回路ブロック図である。
【図３】従来の通信装置の回路ブロック図である。
【図４】図３の通信装置の送受信信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【符号の説明】
１アンテナ
１４電圧制御発振回路
１６ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路
１８受信回路
１９送信回路
２０〜２３外部端子

Claims

少なくとも隣り合う二辺それぞれに外部に突出する複数の外部端子を有する略矩形の一つのパッケージ内に複数の回路を搭載する半導体集積回路装置であって、
前記複数の回路の一部が送信ベースバンド信号を送信高周波信号に変調する送信回路及び受信高周波信号を受信ベースバンド信号に復調する受信回路であり、
前記複数の回路のうち他の回路と比べて前記外部端子に接続される端子数を回路面積で除した値が大きい回路を、前記隣り合う二辺が構成する前記パッケージの隅部に配置し、
前記複数の回路の一つが前記送信回路の変調及び前記受信回路の復調に用いられる局部発振信号の周波数を制御するＰＬＬ周波数シンセサイザ回路であって、該ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路が、前記複数の回路のうち他の回路と比べて前記外部端子に接続される端子数を回路面積で除した値が大きい回路であり、
前記複数の回路の一つが前記局部発振信号を発振する電圧制御発振回路であって、前記ＰＬＬ周波数シンセサイザ回路が配置される第一の隅部に隣り合う第二の隅部に前記受信高周波信号を入力する外部端子と前記送信高周波信号を出力する外部端子とを設置し、前記第二の隅部の対角に位置する第三の隅部に前記受信ベースバンド信号を出力する外部端子と前記送信ベースバンド信号を入力する外部端子とを設置し、前記パッケージの四辺の対向する辺の中点同士を結ぶことによって形成される四つの領域のうち、前記第一の隅部が属する領域及び／又は前記第二の隅部が属する領域に、前記電圧制御発振回路を配置することを特徴とする半導体集積回路装置。
前記送信回路及び前記受信回路が周波数ホッピング方式スペクトラム拡散通信を行う請求項１に記載の半導体集積回路装置。
請求項１又は請求項２に記載の半導体集積回路装置と、該半導体集積回路装置に受信高周波信号を送出し前記半導体集積回路装置から送信高周波信号が供給されるアンテナと、を備えることを特徴とする通信装置。