JP4013751B2 - Ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータに関し、特に通信機器、情報端末、例えば携帯型無線端末（携帯電話）などの無線回路、通信回路に適用されるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通信機器、情報端末などの電源としては、シリーズレギュレータ、トランス及び整流回路で構成される直流電源が用いられていた。
近年、特に通信機器、情報端末においても、システムや各コンポーネントの効率の向上を図るために、ノイズの少ないこれらの電源に替わり、スイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータが使われはじめている。従来、スイッチング電源が適用されていなかった、例えば携帯型無線端末（携帯電話）などのノイズに敏感な無線回路にもＤＣ−ＤＣコンバータが使われはじめている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２１１６４０号公報 （第５−１４頁、図１−図１６）
【特許文献２】
特開平１０−２４３５５４号公報 （第２−６頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータはスイッチング周波数に起因するスイッチングノイズやリンギングノイズといった比較的高周波のノイズを発生する。そのため、これらのノイズが無線回路に悪影響を与えるという問題が生じている。
このように無線回路や通信回路にＤＣ−ＤＣコンバータを適用するに際し、この高周波のノイズを除去あるいは低減する必要があり、通常、次のようにしてノイズの低減を行っている。第１としては、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力部に数十μＦ以上の静電容量の出力キャパシタ（出力コンデンサ）を設け広い周波数にわたってノイズを低減するものである。第２としては、送信回路のパワーアンプの出力部に性能の良いバンドパスフィルタを設け、送信周波数以外の周波数成分を取り除くようにするものである。しかしながら、第１の場合はローパスフィルタによっても、スイッチング周波数の例えば数百倍の高周波のリンギングノイズを取り切れずに発生してしまう問題点がある。第２の場合は部品のコストが高いという問題点がある。
【０００５】
この発明の目的は、情報端末、通信機器などの無線回路に影響を及ぼすノイズを低減するＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。また、基板の実装面積をほとんど増大させることなく、かつ低コストで実現できるＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の目的を解決するために、送受信回路に電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータの出力部に、前記回路の受信周波数と送信周波数との差の周波数の周波数域に対応するバンドストップフィルタを備えることとする。また、送信回路のパワーアンプに電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータの出力部に、前記回路の受信周波数と送信周波数との差の周波数の周波数域に対応するバンドストップフィルタを備えることで有効である。また、前記バンドストップフィルタを構成するキャパシタ、インダクタンスの少なくともいずれか一方を、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するＩＣチップ上に形成することも有効である。さらに、前記バンドストップフィルタは、パラレルＬＣフィルタ、シリーズＬＣフィルタのいずれか一方であることでよい。また、前記バンドストップフィルタは、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力キャパシタ、出力インダクタンスのいずれか一方をその一部として構成することも有効である。さらに、前記バンドストップフィルタは、受信周波数バンドと送信周波数バンドとの差の周波数域を共振周波数として持つ出力キャパシタであるとよい。
【０００７】
これにより、送信周波数と受信周波数との差の周波数の周波数域に対応するバンドストップフィルタをＤＣ−ＤＣコンバータの出力部に設けるので、ＤＣ−ＤＣコンバータから発生する上記周波数域のノイズを低減することができる。そうすると、送信回路のパワーアンプの送信出力時に発生する受信周波数バンドへのノイズが低減されるため、受信周波数バンドへのノイズによる悪影響を抑制することができる。また、このバンドストップフィルタはストップバンドが通常数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚと比較的高周波であり、小型にできる。よって、バンドストップフィルタを回路基板に実装するに際し、その実装面積をほとんど増大させず、かつ低コストを可能とする。さらに、バンドストップフィルタは少なくともその一部をＩＣチップ上に構成することもでき，この場合、回路基板の実装面積の増加は無視できるほどであり、かつ低コストを可能とする。また、出力キャパシタ、出力インダクタンスをバンドストップフィルタの一部として構成することもでき、回路基板の実装面積をほとんど増大させず、かつ低コストを可能とする。さらに、バンドストップフィルタの特性を持つ出力キャパシタを用いれば回路基板の実装面積を増加を無視できるほどであり、かつ低コストを可能とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明者は、無線回路（送受信回路）、特に送信回路のパワーアンプに注目し、送信回路のパワーアンプに供給する電力源としてスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータを用い、どのようなノイズがどの部分に発生しているかを検討している。ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータはよく知られているものでよく例えば制御回路を含むＩＣなどで構成され、これに出力インダクタンス（コイル）および出力キャパシタ（コンデンサ）など（ローパスフィルタを構成している）が接続される。
【０００９】
図１はＤＣ−ＤＣコンバータを送信回路のパワーアンプに用いる場合の概念図である。図１は、スイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータ１から送信回路のパワーアンプ２に電源ラインを介して電力を供給し、パワーアンプ２の入力部に入力信号として２ＧＨｚのサイン波（シングルトーン）Ａを入力した場合において、パワーアンプ２の出力信号Ｃ及び電源ラインＢのそれぞれの周波数スペクトラムを示す。ＤＣ−ＤＣコンバータ１の電源ラインの周波数スペクトラムＢはＤＣ〜２００ＭＨｚの帯域にわたってノイズを含んでいる。出力信号Ｃは入力信号Ａ（パワーアンプのゲイン倍）に加えその両側に電源ラインに発生しているノイズ波形に対応するノイズが発生する。これは、パワーアンプ２のゲインが電源ラインに供給される供給電圧に依存する供給電圧依存性を持っているためにアップコンバートされ、入力信号Ａは単一のサイン波（シングルトーン）にもかかわらず、出力信号Ｃには入力信号Ａに加えその両側に電源ラインのノイズ波形に対応するノイズが発生するものと考えられる。例えばＷＣＤＭＡ方式で、送信バンドを１．９７〜２．０３ＧＨｚ、受信バンドを２．１２〜２．１８ＧＨｚとすると、受信回路の受信信号を妨害するノイズは、送信回路のパワーアンプ２の送信出力から発生しているノイズであり、その発生元は電源ラインからのノイズであるとの知見を得た。
【００１０】
そこで、本願本発明者は次のようにノイズの低減を図ることを見出している。図２は本発明の実施の形態を示すＤＣ−ＤＣコンバータを送信回路のパワーアンプに用いる場合の概念図である。図２において図１と同一のものには同一の符号を附す。図２は送信周波数バンドと受信周波数バンドとの差の周波数域のバンドストップフィルタ３を、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力部に接続する。この点が図１と相違する点である。バンドストップフィルタ３は特定の周波数を通過させない特性を持つものである。ＤＣ−ＤＣコンバータ１からバンドストップフィルタ３を介して送信回路のパワーアンプ２に電力を供給し、このパワーアンプ２に入力信号Ａとして２ＧＨｚのサイン波を入力する。バンドストップフィルタ３の入力部の周波数スペクトラムＢは図１に示されたものと同じである。ここで、バンドストップフィルタ３について検討する。例えばＷＣＤＭＡ方式で、送信バンドを１．９７〜２．０３ＧＨｚ、受信バンドを２．１２〜２．１８ＧＨｚとすると、受信周波数と送信周波数との差の周波数の周波数域は、２．１２−２．０３＝０．０９、あるいは２．１８−１．９７＝０．２１から、９０ＭＨｚ〜２１０ＭＨｚの周波数域である。この周波数域の中心とする周波数は１５０ＭＨｚとなる。そこで、この１５０ＭＨｚを中心とする周波数域のバンドストップフィルタ３をＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力部に設けることによって、この周波数域のノイズを低減する。バンドストップフィルタ３の出力の周波数スペクトラムＤはこの状態を示しており、周波数１５０ＭＨｚを中心とする周波数域のノイズは低減されている。そうすると、送信回路のパワーアンプ２の送信出力の周波数スペクトラムＣにおいては、送信周波数±１５０ＭＨｚ（この場合例えば２．１５ＧＨｚ）周辺の周波数のノイズが低減される。よって、送信出力による受信周波数バンドへのノイズの影響を抑制することができるのである。次に、本発明のバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータについて説明する。
【００１１】
図３ないし図６は、本発明の実施形態の回路基板上に設置するＤＣ−ＤＣコンバータの出力部にバンドストップフィルタを設ける例を示す図である。
図３は本発明の実施の形態を示すバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータの模式図であり、バンドストップフィルタ３としてのパラレルフィルタ３１をＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力部にシリーズ設ける例を示す。ＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力部にシリーズにパラレルフィルタ３１を接続し、このパラレルフィルタ３１を通してパワーアンプ２に電力を供給する。パラレルフィルタ３１はチップキャパシタ（チップコンデンサ）Ｃ１と銅などの配線材６により回路基板１上に形成されるインダクタンスＬ１とがパラレルに接続されている。
図４は本発明の他の実施の形態を示すバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータの模式図であり、バンドストップフィルタ３としてのシリーズフィルタ３２をＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力部と接地（ＧＮＤ）間に設ける例を示す。ＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力部と接地（ＧＮＤ）間にシリーズフィルタ３２を接続し、出力部よりパワーアンプ２に電力を供給する。シリーズフィルタ３２はチップキャパシタＣ２と銅などからなる配線材６により回路基板１上に形成されるインダクタンスＬ２とがシリーズに接続されている。
【００１２】
図３、図４に示すバンドストップフィルタ３において、バンドストップフィルタ３の周波数域は送信周波数と受信周波数との差の周波数域の値に相当するものである。通信システム（例えばＰＤＣシステム、ＧＳＭシステム、ＣＤＭＡシステム、ＷＣＤＭＡシステム等）によっても、その差の周波数域は相違すると思われるが、おおよそ５０〜５００ＭＨｚ程度と考えられるであろう。このような周波数であると、バンドストップフィルタ３はサイズも小さく作製することが可能であり、コストも安価にできる。例えば、この場合のインダクタンスＬとキャパシタンスＣとから成るバンドストップフィルタ３において、共振周波数を１５０ＭＨｚとすると、一例としてインダクタンスＬ＝５ｎＨ，キャパシタンスＣ＝２２５ｐＦで構成することができる。従って、この程度のものであれば、回路基板上にインダクタンスのパターンを例えば銅などの配線材で形成し、回路基板上にチップキャパシタを追加するだけで容易に構成することが可能である。
図５は本発明のさらに他の実施の形態を示すバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータの模式図である。出力インダクタンス４を利用してこの出力インダクタンス４にパラレルにチップキャパシタＣ３を接続してバンドストップフィルタ３３を構成する。
【００１３】
図６は本発明のまたさらに他の実施の形態を示すバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータの模式図である。出力キャパシタ５を利用し、この出力キャパシタ５にシリーズに回路基板１上にインダクタンスＬ４のパターンを銅などの配線材で形成してバンドストップフィルタ３４を構成する。
図７、図８はＤＣ−ＤＣコンバータを構成する半導体ＩＣチップ上にバンドストップフィルタを形成するオンチップフィルタとして構成する回路例である。
図７は本発明の別の実施の形態を示すバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図であり、バンドストップフィルタとしてのパラレルフィルタ３５を半導体ＩＣチップ上に形成し、パラレルフィルタ３５から出力インダクタンス４に接続するものである。
図８は本発明のさらに別の実施の形態を示すバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図であり、バンドストップフィルタ３としてのシリーズフィルタ３６を半導体ＩＣチップ上に形成し、シリーズフィルタ３６の両端からローパスフィルタに接続するものである。前述したようにストップバンドフィルタの周波数域は数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚと比較的高周波であるため、通常の半導体プロセスを用いてバンドストップフィルタ３のインダクタンスＬ、キャパシタＣを共に半導体ＩＣチップ上に作り込むことができる。また、これらのいずれか一方を半導体ＩＣチップ上に形成し、他方を回路基板上に形成することもできる。例えば、キャパシタＣ７を半導体ＩＣチップ上に形成し、インダクタンスＬは回路基板上に例えば銅などの配線材を用いて形成することでもよく、ボンドワイヤの寄生インダクタンスを利用することでもよい。図９はこの場合の実施の形態を示す回路図であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１を構成する半導体ＩＣチップ上に形成したキャパシタＣ７を出力インダクタンス４（回路基板１０上に形成）に接続するものである。
【００１４】
さらに、図１０は出力キャパシタの等価回路である。ここに示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力部に設けられる出力キャパシタは、キャパシタンスＣａに直列に等価直列抵抗Ｒａが接続され、寄生インダクタンスからなる等価直列インダクタンスＬａが直列に接続される。出力キャパシタはローパスフィルタの一部として、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力部と接地（ＧＮＤ）間に設けられるので、これらの値がバンドストップフィルタ３の性能、送信周波数バンドと受信周波数バンドとの差の周波数域、例えば上述した場合の共振周波数１５０ＭＨｚに合致していれば、そのままでもバンドストップフィルタとして適用することが可能である。実際にはそうなっていないであろうから、キャパシタの選定もしくは製造において、この等価直列インダクタンスＬａをバンドストップフィルタ３の性能に合致するよう調整して製造したものを用いればよいことになる。この場合はバンドストップフィルタの電子部品を追加する必要がないので、基板の面積も増えず、コストもほとんど増えず有効である。また、この出力キャパシタの直列等価インダクタンスの値が小さい場合には、銅などの基板配線材でインダクタンスを回路基板上に追加し形成することでバンドストップフィルタを構成することが可能である。また、インダクタンスＬはＩＣのパッケージングで使用されるボンドワイヤで構成することも可能である。
以上において、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力部に設けるバンドストップフィルタを、インダクタンスＬとキャパシタンスＣとで構成する回路のものについて述べているが、バンドストップフィルタの回路構成はこれに限定されるものではなく、各種のものを用いることができる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力部に送受信回路の送信周波数バンドと受信周波数バンドの差の周波数域に対応するバンドストップフィルタを設けるので、ＤＣ−ＤＣコンバータから発生する上記差の周波数域のノイズを低減することができる。これにより、送信回路のパワーアンプの送信出力による受信周波数バンドへのノイズの影響を抑制することができる。また、回路基板の実装面積をほとんど増大させず、低コストでＤＣ−ＤＣコンバータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＣ−ＤＣコンバータを送信回路のパワーアンプに用いる場合の概念図
【図２】本発明のＤＣ−ＤＣコンバータを送信回路のパワーアンプに用いる場合の概念図
【図３】本発明の実施の形態を示すバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータの模式図
【図４】本発明の他の実施の形態を示すバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータの模式図
【図５】本発明のさらに他の実施の形態を示すバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータの模式図
【図６】本発明のまたさらに他の実施の形態を示すバンドストップフィルタを備えるＤＣ−ＤＣコンバータの模式図
【図７】本発明の別の実施の形態を示すＤＣ−ＤＣコンバータの回路図
【図８】本発明のさらに別の実施の形態を示すＤＣ−ＤＣコンバータの回路図
【図９】本発明のさらにさらに別の実施の形態を示すＤＣ−ＤＣコンバータの回路図
【図１０】出力キャパシタンスの等価回路
【符号の説明】
１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２ パワーアンプ
３，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７ バンドストップフィルタ
４ 出力インダクタンス
５ 出力キャパシタ（出力コンデンサ）

Claims (6)

1. 送受信回路に電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータの出力部に、前記回路の受信周波数と送信周波数との差の周波数の周波数域に対応するバンドストップフィルタを備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 送信回路のパワーアンプに電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータの出力部に、前記回路の受信周波数と送信周波数との差の周波数の周波数域に対応するバンドストップフィルタを備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
3. 前記バンドストップフィルタを構成するキャパシタ、インダクタンスの少なくともいずれか一方を、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するＩＣチップ上に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
4. 前記バンドストップフィルタは、パラレルＬＣフィルタ、シリーズＬＣフィルタのいずれか一方であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
5. 前記バンドストップフィルタは、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力キャパシタ、出力インダクタンスのいずれか一方をその一部として構成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
6. 前記バンドストップフィルタは、受信周波数バンドと送信周波数バンドとの差の周波数域を共振周波数として持つ出力キャパシタであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。

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