JP4091576B2 - 半導体集積回路及び周波数変調装置 - Google Patents

半導体集積回路及び周波数変調装置 Download PDF

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Description

本発明は、スイッチ回路、可変容量素子を内蔵する半導体集積回路(LSI)及び周波数変調装置に関するもので、例えばブルートゥース対応の携帯端末などの周波数ホッピング方式の無線通信システムに使用されるものである。
携帯電話やパーソナルデジタルアシスタント(PDA)、ノートパソコン、音声端末機器(ヘッドホンなど)などの間でデータを交換するために、携帯端末向けの無線通信の新しい規格としてブルートゥース(Bluetooth)が提唱されている。ブルートゥースでは2.4GHz帯の周波数のキャリア信号が使用されており、最大で例えば1Mbpsの通信速度が実現される。
ブルートゥース対応の携帯端末(以下、ブルートゥースデバイスと称する)では、2.402GHzから2.480GHzまでの周波数帯に定められた79個の周波数チャネルが使用される。そして、周波数チャネルを時間経過とともに切り替えて無線通信を行う周波数ホッピング方式が採用されている。この周波数ホッピング方式は、予め決められた疑似ランダムアルゴリズムに基づいて一定時間間隔で繰り返すようにチャネル選択を行い、1つのチャネルに1パケットデータを割り当てて通信を行う。
このような周波数ホッピング方式の無線通信システムに使用される周波数シフトキー(FSK)変調装置の一例として、電圧制御発振回路(VCO)で所定周波数のキャリア信号を発生させ、このVCOに入力される送信データ信号の“1”、“0”に応じてキャリア信号の周波数をシフトさせるVCO直接変調方式が採用されている(非特許文献1参照)。
VCOで発生したキャリア信号が参照用の基準信号と比較されることで誤差信号が生成され、この誤差信号がチャージポンプ回路に供給されることで、VCOの発振動作を制御する制御電圧が生成される。上記誤差信号に基づいて制御電圧を生成するチャージポンプ回路は、通常、MOSトランジスタを用いて構成されている。
ところで、近年、LSIの素子の微細化、MOSトランジスタのスケーリングに伴い、MOSトランジスタのリーク電流が多くなってきている。MOSトランジスタのスケーリングに伴い、MOSトランジスタのオフ時のリーク電流(gate-induced drain leakage current; GIDL電流)はドレイン・基板間電圧(Vdb)の依存性を強く持つようになり、例えば図23中に破線で示す特性のようにリーク電流(Id)が多くなってきている。さらに、ドレイン・インデューズド・バリア・ロウアリング(drain-induced barrier lowering)によるリーク電流は、ドレイン・ソース間電圧(Vds)の依存性を強く持つ。
したがって、前述のチャージポンプ回路の出力ノードがフローティング状態の時に、チャージポンプ回路内のMOSトランジスタのリーク電流が多いと、制御電圧が時間的に変動し、VCOの出力信号の周波数ドリフトが発生し、信頼性の高いデータ送信を行うのが困難になる。因みに、ブルートゥースデバイスの仕様では、最大パケット長は3ms、送信信号の周波数シフト量は例えば±160KHz、送信信号の周波数ドリフト量は例えば±40KHz以下である。
上記したようなリーク電流による問題は、チャージポンプ回路に限らず、一般にLSI内で所定期間フローティングにしたいノードに接続されているスイッチ回路の電流リークが多いと、ノードの電圧変動を引き起こすという問題を生じる。
このような問題の対策として、ノードに大きい容量素子を接続することによって、電流リークがあっても電位変動が小さくなるようにすることも可能であるが、大きい容量素子は面積が大きいので、チップコストが高くなるという問題がある。
さらに、従来のスイッチ回路を用いたVCO直接変調方式のFSK変調装置では、スイッチ回路を構成するMOSトランジスタにオフリーク電流が生じることにより、発生されるキャリア信号に周波数変動が生じるという問題がある。
また、上記のようにフローティング状態となるノードにおける電流リークの問題は、LSI内に形成される可変容量素子についても同様に発生する。
なお、特許文献1には、スイッチ手段の開成時に、スイッチ手段の入力側と出力側の電位差を無くするように制御する点が開示されている。
特開平8−213909号公報 H.ISHIKURO et.al.," A Single-Chip CMOS Bluetooth Transceiver with 1.5MHz IF and Direct Modulation transmitter ",ISSCC 2003 SESSION 5 WIRELESS-PAN TRANSCEIVERS PAPER 5.5(DIGEST OF TECHNICAL PAPERS 95)
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、その目的は、所定期間フローティングにしたまま電位を保持したい所望のノードのリーク電流をほぼ零に抑えることができ、所望のノードの電位変動が抑制できる半導体集積回路を提供することである。
本発明の他の目的は、VCOの制御電圧ノードに接続されたスイッチ用のトランジスタのオフリーク電流をほぼ零に抑えることができ、オフリーク電流が多いスケーリングされたトランジスタを使うことが可能となり、制御電圧に依存した安定した周波数のキャリア信号を発生できる周波数変調装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、VCOの制御電圧ノードに接続された可変容量素子のリーク電流をほぼ零に抑えることができ、制御電圧に依存した安定した周波数のキャリア信号を発生できる周波数変調装置を提供することである。
本発明の半導体集積回路は、第1導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域内に形成された第2導電型の第2半導体領域と、前記第1半導体領域の電位を前記第2半導体領域の電位と同じ電位に制御する制御回路とを具備し、前記制御回路は、前記第2半導体領域の電位が入力され、前記第2半導体領域の電位と同じ電位を出力するバッファ回路であることを特徴とする。
本発明の周波数変調装置は、第1制御電圧及び第2制御電圧が入力され、これらの電圧に依存した周波数で発振する電圧制御発振回路と、前記電圧制御発振回路の発振出力信号が入力され、この発振出力信号を分周して第1のクロック信号を出力する分周回路と、前記第1のクロック信号と参照用の第2のクロック信号との位相を比較し、この比較結果に依存したパルス幅を持つ第1及び第2のパルス信号を出力する位相比較回路と、前記第1及び第2のパルス信号が供給され、前記第1及び第2のパルス信号のパルス幅に依存した電流を出力す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電流を電圧に変換し、前記電圧制御発振回路に前記第1制御電圧として供給するフィルタ回路と、高調波成分を含む送信データ信号が入力され、この送信データ信号に含まれる高調波成分を弱めた変調信号を前記電圧制御発振回路に前記第2制御電圧として供給するガウシアンフィルタとを具備し、前記チャージポンプ回路は、第1導電型の第1半導体領域内に離間して形成された第2導電型の第2、第3半導体領域からなるソース、ドレイン領域及びゲート電極を有し、ソース、ドレイン領域間の電流通路が接地電位ノードとチャージポンプ出力ノードとの間に挿入され、ゲート電極に前記第1のパルス信号が供給されるスイッチ用の第1トランジスタと、前記チャージポンプ出力ノードの電位が入力され、前記チャージポンプ出力ノードの電位と同じ電位を出力するバッファ回路と、前記第1半導体領域と前記接地電位ノードとの間に接続された第1スイッチ素子と、前記第1半導体領域と前記バッファ回路の出力ノードとの間に接続され、前記第1トランジスタがオフしている期間の少なくとも一部の期間に前記第1半導体領域を前記バッファ回路の出力ノードに接続する第2スイッチ素子と、第2導電型の第4半導体領域内に離間して形成された第1導電型の第5、第6半導体領域からなるソース、ドレイン領域及びゲート電極を有し、ソース、ドレイン領域間の電流通路が電源電位ノードとチャージポンプ出力ノードとの間に挿入され、ゲート電極に前記第2のパルス信号が供給されるスイッチ用の第2トランジスタと、前記第4半導体領域と前記電源電位ノードとの間に接続された第3スイッチ素子と、前記第4半導体領域と前記バッファ回路の出力ノードとの間に接続され、前記第2トランジスタがオフしている期間の少なくとも一部の期間に前記第4半導体領域を前記バッファ回路の出力ノードに接続する第4スイッチ素子とを含むことを特徴とする。
本発明の周波数変調装置は、第1制御電圧及び第2制御電圧が入力され、これらの電圧に依存した周波数で発振する電圧制御発振回路と、前記電圧制御発振回路の発振出力信号が入力され、この発振出力信号を分周して第1のクロック信号を出力する分周回路と、前記第1のクロック信号と参照用の第2のクロック信号との位相を比較し、この比較結果に依存したパルス幅を持つ第1及び第2のパルス信号を出力する位相比較回路と、前記第1及び第2のパルス信号が供給され、前記第1及び第2のパルス信号のパルス幅に依存した電流を出力す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電流を電圧に変換し、前記電圧制御発振回路に前記第1制御電圧として供給するフィルタ回路と、高調波成分を含む送信データ信号が入力され、この送信データ信号に含まれる高調波成分を弱めた変調信号を前記電圧制御発振回路に前記第2制御電圧として供給するガウシアンフィルタとを具備し、前記電圧制御発振回路は、第1及び第2の出力ノードと、前記第1及び第2の出力ノード間に入出力端子間が挿入された第1の反転回路と、前記第1及び第2の出力ノード間に、入出力端子間が前記第1の反転回路とは逆方向に挿入された第2の反転回路と、前記第1及び第2の出力ノード間に挿入されたインダクタンス素子と、アノード、カソードを有し、アノードが前記第1の出力ノードに接続され、カソードに前記第1制御電圧が供給される第1の可変容量素子と、アノード、カソードを有し、アノードが前記第2の出力ノードに接続され、カソードに前記第1制御電圧が供給される第2の可変容量素子と、アノード、カソードを有し、アノードが前記第1の出力ノードに接続され、カソードに前記第2制御電圧が供給される第3の可変容量素子と、アノード、カソードを有し、アノードが前記第2の出力ノードに接続され、カソードに前記第2制御電圧が供給される第4の可変容量素子とを含み、前記第1乃至第4の可変容量素子の少なくともいずれか1つは、第1導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域内に形成され、前記可変容量素子のアノード、カソード領域のいずれか一方の領域となる第2導電型の第2半導体領域と、前記第2半導体領域内に形成され、前記可変容量素子のアノード、カソード領域のいずれか他方の領域となる第1導電型の第3半導体領域とを有し、前記電圧制御発振回路は、前記第2半導体領域の電位が入力され、前記第2半導体領域の電位と同じ電位を出力し、前記第1半導体領域に供給するバッファ回路を有することを特徴とする。
本発明の周波数変調装置は、第1制御電圧及び第2制御電圧が入力され、これらの電圧に依存した周波数で発振する電圧制御発振回路と、前記電圧制御発振回路の発振出力信号が入力され、この発振出力信号を分周して第1のクロック信号を出力する分周回路と、前記第1のクロック信号と参照用の第2のクロック信号との位相を比較し、この比較結果に依存したパルス幅を持つ第1及び第2のパルス信号を出力する位相比較回路と、前記第1及び第2のパルス信号が供給され、前記第1及び第2のパルス信号のパルス幅に依存した電流を出力す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電流を電圧に変換し、前記電圧制御発振回路に前記第1制御電圧として供給するフィルタ回路と、高調波成分を含む送信データ信号が入力され、この送信データ信号に含まれる高調波成分を弱めた変調信号を前記電圧制御発振回路に前記第2制御電圧として供給するガウシアンフィルタとを具備し、前記チャージポンプ回路は、第1導電型の第1半導体領域内に離間して形成された第2導電型の第2、第3半導体領域からなるソース、ドレイン領域及びゲート電極を有し、ソース、ドレイン領域間の電流通路が接地電位ノードとチャージポンプ出力ノードとの間に挿入され、ゲート電極に前記第1のパルス信号が供給されるスイッチ用の第1トランジスタと、前記チャージポンプ出力ノードの電位が入力され、前記チャージポンプ出力ノードの電位と同じ電位を出力するバッファ回路と、前記第1半導体領域と前記接地電位ノードとの間に接続された第1スイッチ素子と、前記第1半導体領域と前記バッファ回路の出力ノードとの間に接続され、前記第1トランジスタがオフしている期間の少なくとも一部の期間に前記第1半導体領域を前記バッファ回路の出力ノードに接続する第2スイッチ素子と、第2導電型の第4半導体領域内に離間して形成された第1導電型の第5、第6半導体領域からなるソース、ドレイン領域及びゲート電極を有し、ソース、ドレイン領域間の電流通路が電源電位ノードとチャージポンプ出力ノードとの間に挿入され、ゲート電極に前記第2のパルス信号が供給されるスイッチ用の第2トランジスタと、前記第4半導体領域と前記電源電位ノードとの間に接続された第3スイッチ素子と、前記第4半導体領域と前記バッファ回路の出力ノードとの間に接続され、前記第2トランジスタがオフしている期間の少なくとも一部の期間に前記第4半導体領域を前記バッファ回路の出力ノードに接続する第4スイッチ素子とを含み、前記電圧制御発振回路は、第1及び第2の出力ノードと、前記第1及び第2の出力ノード間に入出力端子間が挿入された第1の反転回路と、前記第1及び第2の出力ノード間に、入出力端子間が前記第1の反転回路とは逆方向に挿入された第2の反転回路と、前記第1及び第2の出力ノード間に挿入されたインダクタンス素子と、アノード、カソードを有し、アノードが前記第1の出力ノードに接続され、カソードに前記第1制御電圧が供給される第1の可変容量素子と、アノード、カソードを有し、アノードが前記第2の出力ノードに接続され、カソードに前記第1制御電圧が供給される第2の可変容量素子と、アノード、カソードを有し、アノードが前記第1の出力ノードに接続され、カソードに前記第2制御電圧が供給される第3の可変容量素子と、アノード、カソードを有し、アノードが前記第2の出力ノードに接続され、カソードに前記第2制御電圧が供給される第4の可変容量素子とを含み、前記第1乃至第4の可変容量素子の少なくともいずれか1つは、第1導電型の第7半導体領域と、前記第7半導体領域内に形成され、前記可変容量素子のアノード、カソード領域のいずれか一方の領域となる第2導電型の第8半導体領域と、前記第8半導体領域内に形成され、前記可変容量素子のアノード、カソード領域のいずれか他方の領域となる第1導電型の第9半導体領域とを有し、前記電圧制御発振回路は、前記第8半導体領域の電位が入力され、前記第8半導体領域の電位と同じ電位を出力し、前記第7半導体領域に供給するバッファ回路を有することを特徴とする。
本発明の半導体集積回路によれば、所定期間フローティングにしたまま電位を保持したい所望のノードに生じるリーク電流をほぼ零に抑えることができ、所望のノードの電位変動が抑制できる。
また、本発明の周波数変調装置によれば、VCOの制御電圧ノードに接続されたスイッチ用のトランジスタのオフリーク電流をほぼ零に抑えることができ、オフリーク電流が多いスケーリングされたトランジスタを使うことができるようになり、制御電圧に依存した安定した周波数の信号を出力することができる。
さらに、本発明の周波数変調装置によれば、VCOの制御電圧ノードに接続された可変容量素子のリーク電流をほぼ零に抑えることができ、制御電圧に依存した安定した周波数のキャリア信号を発生できる周波数変調装置を提供することである。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係るVCO直接変調方式のFSK変調装置(周波数変調装置)の構成を示すブロック図である。
図1において、VCO11は、第1制御電圧Vctrl及び第2制御電圧Vmodが入力され、第1制御電圧Vctrlに依存した周波数のキャリア信号を発生し、これを第2制御電圧Vmodに応じてFSK変調する。PLL制御回路12は、VCO11の出力信号を分周したクロック信号と、別途入力される参照用のクロック信号との位相を比較し、その比較結果に依存したパルス幅のパルス信号を発生し、そのパルス幅に依存した電流を出力し、その電流を電圧に変換し、変換出力をVCO11の第1制御電圧ノードに第1制御電圧Vctrlとして供給する。VCO11及びPLL制御回路12は、PLLを形成している。
ガウシアンフィルタ(G-Fil)13は、入力される送信データ信号TX-DATAの高調波成分を弱めた変調信号を、VCO11の第2制御電圧ノードに第2制御電圧Vmodとして供給する。パワー増幅器(PA)14は、VCO11の出力信号を電力増幅して出力する。
分周回路(DIV)15aにはVCO11の出力信号が供給される。分周回路15aはこれを分周する。分周回路15bは、別途供給される参照用のクロックREFCLKを分周する。位相比較回路(COMP)16は、2つの分周回路15a、15bから出力されるクロック信号の位相を比較し、その位相差に依存したパルス幅のパルス信号を発生する。チャージポンプ回路(CP)17は、位相比較回路16から出力される位相差検出信号により制御されるスイッチ回路を含み、位相差検出信号に依存した電流を出力する。フィルタ回路(Filter)18は、信号経路と接地ノードとの間に接続された抵抗素子及び容量と、上記信号経路と接地ノードとの間に接続された容量とからなり、チャージポンプ回路17の出力電流を電圧に変換し、この電圧をVCO11の第1制御電圧ノードへ第1制御電圧Vctrlとして供給する。
VCO11は、例えば図2に示すような構成を有し、例えば図3に示すような特性を有する。VCO11は、差動信号VCO_OUT1、VCO_OUT2を出力する第1及び第2の出力ノードと、第1及び第2の出力ノード間に入出力端子間が挿入された発振用の第1のインバータ回路(反転回路)IV1と、第1及び第2の出力ノード間に入出力端子間が第1のインバータ回路IV1とは逆方向に挿入された第2のインバータ回路IV2と、第1及び第2の出力ノード間に挿入されたインダクタンス素子Lと、アノード、カソードを有し、アノードが第1の出力ノード(信号VCO_OUT1のノード)に接続され、カソードに第1制御電圧Vctrlが供給される例えばバラクタダイオードからなる第1の可変キャパシタ(可変容量素子)D1と、アノード、カソードを有し、アノードが第2の出力ノード(信号VCO_OUT2のノード)に接続され、カソードに第1制御電圧Vctrlが供給される例えばバラクタダイオードからなる第2の可変キャパシタ(可変容量素子)D2と、アノード、カソードを有し、アノードが第1の出力ノードに接続され、カソードに第2制御電圧Vmodが供給される例えばバラクタダイオードからなる第3の可変キャパシタ(可変容量素子)D3と、アノード、カソードを有し、アノードが第2の出力ノードに接続され、カソードに第2制御電圧Vmodが供給される例えばバラクタダイオードからなる第4の可変キャパシタ(可変容量素子)D4とを有する。
図3に示すように、第1制御電圧Vctrlが所望範囲(最低値Vctrl_min、最高値Vctrl_max)内の所望値に設定されると、VCO11の出力周波数Freqは、所望の周波数バンド幅F_min〜F_max内の所望チャネルになるように制御される。このようにVCO11が制御された後、PLLのループが開放状態にされ、PLL制御動作がオフ状態、つまり停止状態になる。この後、送信データ信号TX_DATAがフィルタリングされて得られた第2制御電圧VmodがVCO11に供給されてその出力信号がFSK変調される。
(スイッチ回路の第1の具体例)
図4は、図1中のチャージポンプ回路17内に設けられているスイッチ回路の第1の具体例を示す回路図である。このスイッチ回路は、ソース、ドレイン間の電流通路が第1ノードN1と第2ノードN2との間に接続され、第1ノードN1と第2ノードN2との間の電気的接続状態を切り替えるスイッチ用のNMOSトランジスタQN0と、このトランジスタQN0の基板(バックゲート)の電位を切り替えるスイッチ素子S1及びスイッチ素子S2と、第2ノードN2の電位が入力され、第2ノードN2の電位と同じ電位を出力するバッファ回路G1とを含んで構成されている。
トランジスタQN0のゲート電極はスイッチ制御信号SW0により制御される。スイッチ素子S1は、NMOSトランジスタQN1からなり、ソース、ドレイン間の電流通路がトランジスタQN0の基板(バックゲート)とウエル電位Vswの供給ノードとの間に接続され、ゲート電極がスイッチ制御信号SW1により制御される。スイッチ素子S2は、NMOSトランジスタQN2からなり、ソース、ドレイン間の電流通路がトランジスタQN0の基板(バックゲート)とバッファ回路G1の出力ノードとの間に接続され、ゲート電極がスイッチ制御信号SW2により制御される。
図5は、図4のスイッチ回路の動作タイミングを示す。ここで、Toff1はスイッチ素子S1のオフ(off)期間、Ton2はスイッチ素子S2のオン(on)期間である。
スイッチ素子S2は、トランジスタQN0がオフする期間内において、スイッチ素子S1がオフする期間内にオンになるように制御され、このオン期間にトランジスタQN0の基板(バックゲート)をバッファ回路G1の出力ノードに接続する。
NMOSトランジスタのドレイン電流Idは、ドレインからソースに流れるソース電流Isと、ドレインからPN接合を介して基板(バックゲート)に流れる電流Ibとを含む。図4中のスイッチ用のトランジスタQN0のオフリーク電流の特性は、前記図23に示されるものと同様である。ここで、対比のため、従来のスイッチ用トランジスタのオフリーク電流の一例を点線で示している。
図5に示すように、スイッチ素子S1がオフした後にスイッチ素子S2がオンし、スイッチ用トランジスタQN0のVdbが零になるので、図23に示すように、トランジスタQN0のオフリーク電流を殆んど零に抑えることができる。このトランジスタQN0のオフ時に、第2ノードN2と基板(バックゲート)との間に加わる電位差によって発生するオフリーク電流の値は、オン時に第2ノードN2と基板(バックゲート)との間に加わる電位差によって発生するオフリーク電流の値よりも小さい。なお、トランジスタQN0の基板(バックゲート)から第1ノードN1に流れる電流は消費電流に計上されるが、オフリーク電流を抑えるために止むを得ないものと考える。
図6は、図4のスイッチ回路内のスイッチ用のNMOSトランジスタQN0の断面構造の一例を示している。トランジスタQN0はP型の半導体基板(P-sub)20内に他の素子と共に集積されている。半導体基板20内にはN型ウエル領域(N-well)21が形成され、さらにこのN型ウエル領域21内にはP型ウエル領域(P-well)22が形成されている。P型ウエル領域22はトランジスタQN0の基板(バックゲート)である。N型ウエル領域21は、トランジスタQN0の基板を他の素子と分離する。P型ウエル領域22内には、トランジスタQN0のソース、ドレイン領域となるN型半導体領域23、24が形成されており、さらに半導体基板20の表面上にはトランジスタQN0のゲート電極25が形成されている。
図6中、P型の半導体基板20は接地電位(Vss)に接続され、N型半導体領域23は第1ノードN1に接続され、N型半導体領域24は第2ノードN2に接続されている。また、N型半導体領域24の電位はバッファ回路G1に入力され、バッファ回路G1から出力されるN型半導体領域24の電位と同じ電位が、スイッチ素子S2を経由してP型ウエル領域22に供給される。
ここで、スイッチ用のトランジスタQN0がオフする期間内に、スイッチ素子S2がオン状態のとき、P型ウエル領域22の電位がN型半導体領域24と同じ電位に設定される。このため、先に説明したように、トランジスタQN0のドレイン(N型半導体領域24)と基板(N型ウエル領域21)との間の電圧Vdbが零になり、トランジスタQN0のオフリーク電流を殆ど零に抑えることができる。
(スイッチ回路の第2の具体例)
図7は、図1中のチャージポンプ回路17内に設けられているスイッチ回路の第2の具体例を示す回路図である。図7に示すスイッチ回路は、図4を参照して前述したスイッチ回路の第1の具体例回路と比べて、第1ノードN1とトランジスタQN0との間に別のスイッチ用のNMOSトランジスタQN0aのソース、ドレイン間の電流通路が挿入されており、さらに2つのトランジスタQN0、QN0aの直列接続ノードにスイッチ素子S3が接続されている点が異なり、図4中と同一部分には同一符号を付している。
即ち、第1ノードN1と第2ノードN2との間に、スイッチ用のトランジスタQN0とトランジスタQN0aのソース、ドレイン間の電流通路が直列に接続されている。スイッチ素子S3は、2つのトランジスタQN0a、QN0の直列接続ノードと、バッファ回路G1の出力ノードとの間にソース、ドレイン間の電流通路が接続されたNMOSトランジスタQN3で構成されている。このNMOSトランジスタQN3は、NMOSトランジスタQN2と同様に、スイッチ制御信号SW2によりゲート電極が制御される。なお、スイッチ用のトランジスタQN0の断面構造は図6に示すものと同様である。
図8は、図7のスイッチ回路の動作タイミングを示す。スイッチ素子S3は、2つのトランジスタQN0、QN0aがオフしている期間の少なくとも一部の期間に、2つのトランジスタQN0、QN0aの直列接続ノードを、バッファ回路G1の出力ノードに接続するように、スイッチ制御信号SW2により制御される。
トランジスタQN0は、オフ時に、Vg=0V、Vs=Vd=Vbとなり、オフリーク電流は原理的に発生しない。トランジスタQN0aは、ある程度のオフリーク電流が発生するが、リーク電流の流れ出しは第2ノードN2からではなく、バッファ回路G1からであり、オフリーク電流の流れ出し先を切り替えていると言える。
(スイッチ回路の第3の具体例)
図9は、図1中のチャージポンプ回路17内に設けられているスイッチ回路の第3の具体例を示す回路図である。図9に示すスイッチ回路は、図7を参照して前述したスイッチ回路の第2の具体例と比べて、スイッチ用のトランジスタQN0aに代えて定電流源回路60が用いられている点が異なり、図7中と対応する箇所には同じ符号を付している。即ち、第1ノードN1と第2ノードN2との間に、定電流源回路60と、スイッチ用のトランジスタQN0のソース、ドレイン間の電流通路が直列に接続されている。そして、この直列接続ノードには、スイッチ素子S3を介してバッファ回路G1の出力電位が供給される。このスイッチ回路は、図7に示したスイッチ回路と等価であり、その動作説明は省略する。
(スイッチ回路の第4の具体例)
図10は、図1中のチャージポンプ回路17内に設けられているスイッチ回路の第4の具体例の詳細な構成を示す回路図である。第1ノードN1と第2ノードN2との間には、スイッチ用のNMOSトランジスタQN0のソース、ドレイン間の電流通路が挿入されている。第1ノードN1と電源電位(本例ではVss)を有するVssノードとの間には、電流源用のNMOSトランジスタ70のソース、ドレイン間の電流通路が挿入されている。スイッチ用のトランジスタQN0及び電流源用のトランジスタ70は、各基板(バックゲート)がVssノードに接続されており、スイッチ用のトランジスタQN0のゲート電極に第1のスイッチ制御信号SWNが供給され、電流源用のトランジスタ70のゲート電極にバイアス電位Vnが供給される。さらに、第2の電源電位(本例ではVdd)を有するVddノードと、スイッチ用のトランジスタQN0及び電流源用のトランジスタ70の直列接続ノード(第1ノードN1)との間には、スイッチ用のトランジスタQN0と同一導電型(第1導電型)のバイアス用のNMOSトランジスタ71のソース、ドレイン間の電流通路が挿入されている。このトランジスタ71のゲート電極には、第1のスイッチ制御信号SWNとは相補的な第2のスイッチ制御信号SWNBあるいはそれを遅延した第3の信号SWNBDが供給される。
図11は、図10のスイッチ回路の動作タイミングを示す。バイアス用のトランジスタ71のゲート電極に供給されるスイッチ制御信号SWNBあるいはそれを遅延した信号SWNBDは、スイッチ制御信号SWNが第1の論理レベル、本例では“L”レベルになってスイッチ用のトランジスタQN0がオフになった時に、それと同時あるいはそれより遅延時間Td2(≧0)後に第2の論理レベル、本例では“H”レベルになって、バイアス用のトランジスタ71をオン状態に制御する。これにより、トランジスタQN0がオン状態の時と比べて、トランジスタQN0のドレイン、ソースの関係が入れ替わり、Vb=Vg=0V、Vd=Vdd、Vs=Vctrlとなる。この時、Vds=Vdd-Vctrlであるが、Vsb=Vsg=1〜2Vとなる。したがって、スイッチ用のトランジスタQN0は実効的に負ゲートバイアスに設定され、リーク電流が減少する。また、基板バイアス効果によって閾値電圧が深くなり、リーク電流が減少する。
なお、スイッチ制御信号SWNBあるいはそれを遅延した信号SWNBDは、スイッチ制御信号SWNが“H”レベルになってスイッチ用のトランジスタQN0がオンになるタイミングより早いタイミング(時間Td1≧0だけ前)に“L”レベルになってバイアス用のトランジスタ71をオフ状態に制御する。
したがって、図10のスイッチ回路によれば、前記したスイッチ回路の各具体例と同様にオフリーク電流を低減することができる。なお、電流源用のトランジスタ70は、抵抗素子に置き換えてもよい。
(スイッチ回路の第5の具体例)
図12は、図1中のチャージポンプ回路17内に設けられているスイッチ回路の第5の具体例の詳細な構成を示す回路図である。図12に示すスイッチ回路は、図10を参照して前述したスイッチ回路と比べて、バイアス用のトランジスタ71に代えて、スイッチ用のトランジスタQN0とは逆導電型(第2導電型)、つまりPMOSトランジスタ81がバイアス用のトランジスタとして接続されている。このトランジスタ81のゲート電極には、第1のスイッチ制御信号SWNあるいはそれを遅延した第2の信号SWNDが供給される。
図12のスイッチ回路の動作は、図11を参照して前述したスイッチ回路の動作と基本的に同じある。即ち、バイアス用のトランジスタ81のゲート電極に供給されるスイッチ制御信号SWNあるいはそれを遅延した信号SWNDは、スイッチ制御信号SWNが“L”レベルになってスイッチ用のトランジスタQN0がオフになった時には、それと同時あるいはそれより遅延時間Td2(≧0)後に“L”レベルになってバイアス用のトランジスタ81をオン状態に制御する。これにより、スイッチ用のトランジスタQN0がオン状態の時と比べて、トランジスタQN0のドレイン、ソースの関係が入れ替わり、Vb=Vg=0V、Vd=Vdd、Vs=Vctrlとなる。この時、Vds=Vdd-Vctrlであるが、Vsb=Vsg=1〜2Vとなる。したがって、スイッチ用のトランジスタQN0は実効的に負ゲートバイアスに設定され、リーク電流が減少する。また、基板バイアス効果によって閾値電圧が深くなり、リーク電流が減少する。
したがって、図12のスイッチ回路によれば、図10を参照して前述したスイッチ回路と同様にオフリーク電流を低減することができる。なお、電流源用のトランジスタ70は、抵抗素子に置き換えてもよい。
(スイッチ回路の第1の応用例)
図13は、図1中のチャージポンプ回路17として図9に示したスイッチ回路を用いて構成した一例を示す回路図である。図13に示すチャージポンプ回路では、第1ノードN1(Vssノード)と第2ノードN2(出力ノード)との間に第1のスイッチ回路91が接続され、Vddノードと第2ノードN2(出力ノード)との間に第2のスイッチ回路92が接続されている。
第1のスイッチ回路91では、第1ノードN1(Vssノード)と第2ノードN2(出力ノード)との間に電流源用のNMOSトランジスタQN60と、スイッチ用のNMOSトランジスタQN0のソース、ドレイン間の電流通路が直列に接続されている。第2ノードN2には、演算増幅器からなるバッファ回路G1の入力ノードが接続されている。電流源用のトランジスタQN60のゲート電極にはバイアス電位Vnが供給され、スイッチ用のトランジスタQN0のゲート電極にはスイッチ制御信号SWNが供給される。電流源用のNMOSトランジスタQN60の基板(バックゲート)はVssノードに接続されている。スイッチ用のトランジスタQN0の基板(バックゲート)は、スイッチ素子S1であるNMOSトランジスタQN1を介してVssノードに接続されるとともに、スイッチ素子S2であるNMOSトランジスタQN2を介してバッファ回路G1の出力ノードに接続されている。スイッチ用のトランジスタQN0と電流源用のトランジスタQN60の直列接続ノードは、スイッチ素子S3であるNMOSトランジスタQN3を介してバッファ回路G1の出力ノードに接続されている。
一方、第2のスイッチ回路92では、Vddノードと第2ノードN2(出力ノード)との間に、電流源用のPMOSトランジスタQP60と、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0のソース、ドレイン間の電流通路が直列に接続されている。電流源用のトランジスタQP60のゲート電極にはバイアス電位Vpが供給される。スイッチ用のトランジスタQP0のゲート電極にはスイッチ制御信号SWPが供給される。電流源用のトランジスタQP60の基板(バックゲート)はVddノードに接続されている。スイッチ用のトランジスタQP0の基板(バックゲート)は、スイッチ素子S4であるPMOSトランジスタQP4を介してVddノードに接続されるとともに、スイッチ素子S5であるNMOSトランジスタQN5を介してバッファ回路G1の出力ノードに接続されている。電流源用のトランジスタQP60とスイッチ用のトランジスタQP0との直列接続ノードは、スイッチ素子S6であるNMOSトランジスタQN6を介してバッファ回路G1の出力ノードに接続されている。
図13中のスイッチ用のトランジスタQN0、QP0の各ゲート電極に供給されるスイッチ制御信号SWN、SWPとして、例えば図14に示されるような信号が用いられる。すなわち、スイッチ制御信号SWN、SWPは、チャージアップ期間には共に“L”レベルになり、ディスチャージ期間には共に“H”レベルになり、フローティング期間には“L”、“H”レベルになる。上記スイッチ制御信号SWN、SWPとして、図1中の位相比較回路16から出力される位相差検出信号が供給され、例えば位相進み検出パルス信号がスイッチ制御信号SWNに、位相遅れ検出パルス信号がスイッチ制御信号SWPにそれぞれ相当する。
図13に示したチャージポンプ回路における各スイッチ回路の動作は、図9に示したスイッチ回路と基本的に同じであるので、その説明は省略し、チャージポンプ回路の動作を以下に説明する。
位相進み検出時にスイッチ制御信号SWN、SWPが共に“L”レベルになると仮定すれば、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0及びNMOSトランジスタQN0が対応してオン/オフ状態になり、出力ノードN2はチャージアップされる。これに対して、位相遅れ検出時にスイッチ制御信号SWN、SWPが共に“H”レベルになると仮定すれば、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0及びNMOSトランジスタQN0が対応してオフ/オン状態になり、出力ノードN2はディスチャージされる。そして、位相同期時にスイッチ制御信号SWN、SWPが対応して“L”レベル/“H”レベルになると仮定すれば、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0及びNMOSトランジスタQN0は共にオフ状態になり、出力ノードN2はフローティング状態になる。このチャージポンプ回路の出力ノードN2の出力電流は図1中のフィルタ回路18によって第1の制御電圧Vctrlに変換される。
上記したチャージポンプ回路の動作において、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0及びNMOSトランジスタQN0がオフの期間、つまり図1中のPLL制御回路12のループがオフの期間に、スイッチ制御信号SW2により、スイッチ素子であるNMOSトランジスタQN2、QN3、QN5、QN6が共にオンする。このとき、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0のソース、ドレイン及び基板(バックゲート)が同じ電位に設定され、スイッチ用のNMOSトランジスタQN0のソース、ドレイン及び基板(バックゲート)が同じ電位に設定されるので、出力ノードN2からVssノード及びVddノードに流れるリーク電流がほぼ零に抑えられる。
この結果、図1のFSK変調装置では、第1制御電圧Vctrlの変動が抑制され、安定した周波数のキャリア信号を発生することができる。
図15は、図13のスイッチ回路内のスイッチ用のNMOSトランジスタQN0及びPMOSトランジスタQP0の断面構造の一例を示している。トランジスタQN0及びQP0はP型の半導体基板20内に他の素子と共に集積されている。半導体基板20内にはN型ウエル領域(N-well)21が形成され、さらにこのN型ウエル領域21内にはP型ウエル領域(P-well)22が形成されている。N型ウエル領域21はPMOSトランジスタQP0の基板(バックゲート)であり、P型ウエル領域22はNMOSトランジスタQN0の基板(バックゲート)である。さらに、N型ウエル領域21は、NMOSトランジスタQN0及びPMOSトランジスタQP0を他の素子と分離する。P型ウエル領域22内には、NMOSトランジスタQN0のソース、ドレイン領域となるN型半導体領域23、24が形成されており、半導体基板20の表面上にはNMOSトランジスタQN0のゲート電極25が形成されている。N型ウエル領域21内には、PMOSトランジスタQP0のソース、ドレイン領域となるP型半導体領域26、27が形成されており、半導体基板20の表面上にはPMOSトランジスタQP0のゲート電極28が形成されている。
図15中、P型の半導体基板20は接地電位(Vss)に接続されている。NMOSトランジスタQN0のドレイン領域であるN型半導体領域23とPMOSトランジスタQP0のドレイン領域であるP型半導体領域26は、配線によって共に第2ノードN2に接続されている。NMOSトランジスタQN0及びPMOSトランジスタQP0のドレイン領域であるN型半導体領域23及びP型半導体領域26の電位はバッファ回路G1に入力される。バッファ回路G1は、N型半導体領域23及びP型半導体領域26の電位と同じ電位を出力する。バッファ回路G1の出力電位は、スイッチ素子であるNMOSトランジスタQN2を経由してP型ウエル領域22に供給されると共に、スイッチ素子であるNMOSトランジスタQN5を経由してN型ウエル領域21に供給される。
(スイッチ回路の第2の応用例)
図16は、図1中のチャージポンプ回路17として図12に示したスイッチ回路を用いて構成した一例を示す回路図である。第1ノードN1(Vssノード)と第2ノードN2(出力ノード)との間に第1のスイッチ回路101が接続され、Vddノードと第2ノードN2(出力ノード)との間に第2のスイッチ回路102が接続されている。
第1のスイッチ回路101では、第1ノードN1(Vssノード)と第2ノードN2(出力ノード)との間に、電流源用のNMOSトランジスタQN70と、スイッチ用のNMOSトランジスタQN0のソース、ドレイン間の電流通路が直列に接続されている。これらのトランジスタQN70、QN0の基板(バックゲート)は共にVssノードに接続されている。電流源用のトランジスタQN70のゲート電極にはバイアス電位Vnが供給される。スイッチ用のトランジスタQN0のゲート電極にはスイッチ制御信号SWNが供給される。上記2つのトランジスタQN0、QN70の直列接続ノードとVddノードとの間には、バイアス用のトランジスタ81に相当するPMOSトランジスタQPBのソース、ドレイン間の電流通路が接続されている。上記トランジスタQPBの基板(バックゲート)はVddノードに接続され、ゲート電極にはスイッチ制御信号SWNあるいはそれを遅延した信号SWNDが供給される。
第2のスイッチ回路102では、Vddノードと第2ノード(出力ノード)N2との間に、電流源用のPMOSトランジスタQP70と、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0のソース、ドレイン間の電流通路が直列に接続されている。これらのトランジスタQP70、QP0の基板(バックゲート)は共にVddノードに接続されている。電流源用のPMOSトランジスタQP70のゲート電極にはバイアス電位Vpが供給される。スイッチ用のトランジスタQP0のゲート電極にはスイッチ制御信号SWPが供給される。上記2つのトランジスタQP70、QP0の直列接続ノードとVssノードとの間には、バイアス用のNMOSトランジスタQNBのソース、ドレイン間の電流通路が接続されている。上記トランジスタQNBの基板(バックゲート)はVssノードに接続され、ゲート電極にはスイッチ制御信号SWPあるいはそれを遅延した信号SWPDが供給される。なお、スイッチ制御信号SWN、SWPは、図14を参照して前述したようなものと同じ信号である。
図16中に示したスイッチ回路の動作は、図12に示したスイッチ回路と基本的に同じであるために、その説明は省略し、チャージポンプ回路の動作を以下に説明する。
スイッチ制御信号SWN、SWPが共に“L”レベルの時、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0及びNMOSトランジスタQN0が対応してオン/オフ状態になり、出力ノードN2はチャージアップされる。これに対して、スイッチ制御信号SWN、SWPが共に“H”レベルの時は、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0及びNMOSトランジスタQN0が対応してオフ/オン状態になり、出力ノードN2はディスチャージされる。位相同期時のスイッチ制御信号SWN/SWPが対応して“L”レベル/“H”レベルの時は、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0及びNMOSトランジスタQN0は共にオフ状態になり、出力ノードN2はフローティング状態になる。このチャージポンプ回路の出力ノードN2の出力電流は図1中のフィルタ回路18によって第1の制御電圧Vctrlに変換される。
チャージポンプ回路において、スイッチ用のPMOSトランジスタQP0及びNMOSトランジスタQN0がオフの期間、つまり図1中のPLL制御回路12のループがオフの期間は、スイッチ制御信号SWN(またはSWND)及びスイッチ制御信号SWP(またはSWPD)によりバイアス用のPMOSトランジスタQPB及びNMOSトランジスタQNBがオンになる。このとき、スイッチ用のNMOSトランジスタQN0及びPMOSトランジスタQP0は実効的に負ゲートバイアスに設定されるので、出力ノードN2からVssノード及びVddノードに流れるリーク電流がほぼ零に抑えられる。この結果、図1のFSK変調装置では、第1制御電圧Vctrlの変動が抑制され、安定した周波数のキャリア信号を発生することができる。
(スイッチ回路の第3の応用例)
図17は、図1中のチャージポンプ回路17として図10に示したスイッチ回路を用いて構成した一例を示す回路図である。図17に示したチャージポンプ回路は、2つのスイッチ回路111、112を含む。スイッチ回路111、112は、図16を参照して前述したチャージポンプ回路中のスイッチ回路101、102と比べて次の点が異なり、その他は同じであるので図16中と対応する箇所には同じ符号を付している。即ち、スイッチ回路111では、図16中のスイッチ回路101のバイアス用のPMOSトランジスタQPBに代えてNMOSトランジスタQNBが用いられている。上記トランジスタQNBの基板(バックゲート)はVddノードに接続され、ゲート電極にはスイッチ制御信号SWPあるいはそれを遅延した信号SWPDが供給される。スイッチ回路112では、図16中のスイッチ回路102のバイアス用のNMOSトランジスタQNBに代えて、PMOSトランジスタQPBが接続されている。上記トランジスタQPBの基板(バックゲート)はVssノードに接続され、ゲート電極にはスイッチ制御信号SWNあるいはそれを遅延した信号SWNDが供給される。
図17に示したチャージポンプ回路の動作は、図16を参照して前述したチャージポンプ回路と基本的に同じであるので、その説明は省略する。この第3の応用例においても、第2の応用例と同様の効果が得られる。
(可変キャパシタの第1の具体例)
図18は、図2のVCO11内に設けられた第1乃至第4の可変キャパシタ(可変容量素子)D1〜D4のうちの任意の1つの断面構造の一例を示している。また、図19は、図18の等価回路を示している。図19に示すように、バッファ回路G1は、反転入力端子(−)と出力端子とが短絡された演算増幅器を用いて構成されている。
可変キャパシタはP型の半導体基板(P-sub)20内に他の素子と共に集積されている。半導体基板20内にはN型ウエル領域(N-well)31が形成され、さらにこのN型ウエル領域31内にはP型ウエル領域(P-well)32が形成されている。P型ウエル領域32は可変キャパシタのアノード領域Aである。N型ウエル領域31は、可変キャパシタのアノード領域を他の素子と分離する。P型ウエル領域32内には、可変キャパシタのカソード領域KとなるN型半導体領域33が形成されている。
図18中、P型の半導体基板20は接地電位(Vss)に接続され、アノード領域AであるP型ウエル領域32はVCO11の第1の出力ノードまたは第2の出力ノードに接続され、カソード領域KであるN型半導体領域33は第1制御電圧ノードまたは第2制御電圧ノードに接続されている。
また、P型ウエル領域32の電位はバッファ回路G1に入力され、バッファ回路G1から出力されるP型ウエル領域32の電位と同じ電位がN型ウエル領域31に供給される。
図18に示すように、可変キャパシタは、PN接合ダイオードのPN接合容量を利用している。可変キャパシタのアノード領域となるP型ウエル領域32はN型ウエル領域31によって取り囲まれている。P型ウエル領域32とN型ウエル領域31の接合面積が大きいため、両領域間の接合リーク電流は比較的大きい。両領域間の接合リーク電流は、両領域の界面に発生する空乏層の幅に比例する。上記両領域の界面に空乏層が生じると、空乏層内で生成しかつ消滅する生成消滅電流が必ず発生し、その電流量は空乏層の幅に比例する。一般に、上記両領域間には逆方向バイアスが印加される。逆方向バイアスが印加されると、上記両領域の界面に空乏層が生じ、生成消滅電流によるリーク電流が発生する。
また、可変キャパシタのカソード領域であるN型半導体領域33は、VCO11の動作時にフローティング状態にされる場合がある。N型半導体領域33がフローティング状態のとき、P型ウエル領域32とN型ウエル領域31との間で発生するリーク電流は、容量素子の電荷保持特性に悪影響を与え、ひいては図1中のVCO11の出力信号に周波数ドリフトを発生させる。
図18に示す可変キャパシタでは、バッファ回路G1から出力されるP型ウエル領域32の電位と同じ電位がN型ウエル領域31に供給される。これにより、P型ウエル領域32とN型ウエル領域31との間には電位差が生じないので、P型ウエル領域32とN型ウエル領域31との界面に発生する空乏層の幅を最小にできる。すなわち、P型ウエル領域32とN型ウエル領域31との間を流れるリーク電流の電流量を最小に抑えることができ、N型半導体領域33をフローティング状態にした後の電荷保持特性を向上させることができる。
図20は、図18及び図19中のバッファ回路G1を構成する演算増幅器の回路構成の一例を示している。この演算増幅器は、カレントミラー回路を構成する負荷用の2個のPMOSトランジスタ41、42と、駆動用の2個のNMOSトランジスタ43、44と、電流源回路45とを含む。このような構成の演算増幅器は、図18に示す可変キャパシタが形成されている基板と同じ基板内に集積できる。
図21は、可変キャパシタ(D1〜D4)と演算増幅器の一部の素子の断面構造の一例を示している。可変キャパシタの断面構造は図18に示す場合と同様なので、その説明は省略する。
P型の半導体基板(P-sub)20内にはN型ウエル領域(N-well)34が形成され、さらにこのN型ウエル領域34内にはP型ウエル領域(P-well)35が形成されている。P型ウエル領域35内にはNMOSトランジスタ44のソース、ドレイン領域となるN型半導体領域36、37が互いに離間して形成されている。また、半導体基板20上にはNMOSトランジスタ44のゲート電極が形成されている。N型ウエル領域34内にはPMOSトランジスタ42のソース、ドレイン領域となるP型半導体領域38、39が互いに離間して形成されている。また、半導体基板20上にはPMOSトランジスタ42のゲート電極が形成されている。
NMOSトランジスタ44のドレイン領域であるN型半導体領域37と、PMOSトランジスタ42のドレイン領域であるP型半導体領域38とは接続されてバッファ回路G1の出力ノードとなる。この出力ノードは可変キャパシタのN型ウエル領域31に接続されている。
図22は、可変キャパシタ(D1〜D4)と演算増幅器の一部の素子の断面構造の他の例を示している。図21では、P型ウエル領域35がN型ウエル領域34内に形成される場合を説明した。これに対して、図22では、P型ウエル領域35はP型の半導体基板20内に形成され、PMOSトランジスタ42の基板(バックゲート)であるN型ウエル領域34はP型の半導体基板20内に形成されている。
図21及び図22に示す可変キャパシタにおいても、P型ウエル領域32とN型ウエル領域31との間を流れるリーク電流の電流量を最小に抑えることができ、N型半導体領域33をフローティング状態にした後の電荷保持特性を向上させることができる。
本発明の第1の実施形態に係るVCO直接変調方式のFSK変調装置の一例を示すブロック図。 図1中のVCOの構成を示す回路図。 図2に示すVCOの特性図。 図1中のチャージポンプ回路に形成されているスイッチ回路の第1の具体例を示す回路図。 図2のスイッチ回路の動作タイミングを示す波形図。 図4のスイッチ回路内のスイッチ用のNMOSトランジスタの断面図。 図1中のチャージポンプ回路に形成されているスイッチ回路の第2の具体例を示す回路図。 図7のスイッチ回路の動作タイミングの一例を示す波形図。 図1中のチャージポンプ回路に形成されているスイッチ回路の第3の具体例を示す回路図。 図1中のチャージポンプ回路に形成されているスイッチ回路の第4の具体例の詳細な構成を示す回路図。 図10のスイッチ回路の動作タイミングの一例を示す波形図。 図1中のチャージポンプ回路に形成されているスイッチ回路の第5の具体例の詳細な構成を示す回路図。 図1中のチャージポンプ回路として図9に示したスイッチ回路を用いて構成した一例を示す回路図。 図13のチャージポンプ回路で使用されるスイッチ制御信号の波形例を示すタイミング波形図。 図13のスイッチ回路内の2個のスイッチ用のNMOSトランジスタの断面図。 図1中のチャージポンプ回路として図12に示したスイッチ回路を用いて構成した一例を示す回路図。 図1中のチャージポンプ回路として図10に示したスイッチ回路を用いて構成した一例を示す回路図。 図2に示す可変キャパシタの断面図。 図18の等価回路図。 図18及び図19中のバッファ回路を構成する演算増幅器の一例を示す回路図。 図2に示す可変キャパシタと演算増幅器の一部の素子の一例を示す断面図。 図2に示す可変キャパシタと演算増幅器の一部の素子の他の例を示す断面図。 MOSトランジスタのオフリーク電流のドレイン・基板間電圧依存性及びドレイン・ソース間電圧依存性の一例を示す特性図。
符号の説明
11…VCO、12…PLL制御回路、13…ガウシアンフィルタ、14…パワー増幅器、15a、15b…分周回路、16…位相比較回路、17…チャージポンプ回路、18…フィルタ回路、N1…第1ノード、N2…第2ノード、S1、S2、S3、S4…スイッチ素子、G1…バッファ回路、QN0…スイッチ用のNMOSトランジスタ、QN0a…スイッチ用のNMOSトランジスタ、60、70 …電流源回路、71、81…バイアス用のトランジスタ。

Claims (4)

  1. 第1導電型の第1半導体領域と、
    前記第1半導体領域内に形成された第2導電型の第2半導体領域と、
    前記第1半導体領域の電位を前記第2半導体領域の電位と同じ電位に制御する制御回路とを具備し、
    前記制御回路は、前記第2半導体領域の電位が入力され、前記第2半導体領域の電位と同じ電位を出力するバッファ回路であることを特徴とする半導体集積回路。
  2. 第1制御電圧及び第2制御電圧が入力され、これらの電圧に依存した周波数で発振する電圧制御発振回路と、
    前記電圧制御発振回路の発振出力信号が入力され、この発振出力信号を分周して第1のクロック信号を出力する分周回路と、
    前記第1のクロック信号と参照用の第2のクロック信号との位相を比較し、この比較結果に依存したパルス幅を持つ第1及び第2のパルス信号を出力する位相比較回路と、
    前記第1及び第2のパルス信号が供給され、前記第1及び第2のパルス信号のパルス幅に依存した電流を出力す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電流を電圧に変換し、前記電圧制御発振回路に前記第1制御電圧として供給するフィルタ回路と、
    高調波成分を含む送信データ信号が入力され、この送信データ信号に含まれる高調波成分を弱めた変調信号を前記電圧制御発振回路に前記第2制御電圧として供給するガウシアンフィルタとを具備し、
    前記チャージポンプ回路は、
    第1導電型の第1半導体領域内に離間して形成された第2導電型の第2、第3半導体領域からなるソース、ドレイン領域及びゲート電極を有し、ソース、ドレイン領域間の電流通路が接地電位ノードとチャージポンプ出力ノードとの間に挿入され、ゲート電極に前記第1のパルス信号が供給されるスイッチ用の第1トランジスタと、
    前記チャージポンプ出力ノードの電位が入力され、前記チャージポンプ出力ノードの電位と同じ電位を出力するバッファ回路と、
    前記第1半導体領域と前記接地電位ノードとの間に接続された第1スイッチ素子と、
    前記第1半導体領域と前記バッファ回路の出力ノードとの間に接続され、前記第1トランジスタがオフしている期間の少なくとも一部の期間に前記第1半導体領域を前記バッファ回路の出力ノードに接続する第2スイッチ素子と、
    第2導電型の第4半導体領域内に離間して形成された第1導電型の第5、第6半導体領域からなるソース、ドレイン領域及びゲート電極を有し、ソース、ドレイン領域間の電流通路が電源電位ノードとチャージポンプ出力ノードとの間に挿入され、ゲート電極に前記第2のパルス信号が供給されるスイッチ用の第2トランジスタと、
    前記第4半導体領域と前記電源電位ノードとの間に接続された第3スイッチ素子と、
    前記第4半導体領域と前記バッファ回路の出力ノードとの間に接続され、前記第2トランジスタがオフしている期間の少なくとも一部の期間に前記第4半導体領域を前記バッファ回路の出力ノードに接続する第4スイッチ素子とを含むことを特徴とする周波数変調装置。
  3. 第1制御電圧及び第2制御電圧が入力され、これらの電圧に依存した周波数で発振する電圧制御発振回路と、
    前記電圧制御発振回路の発振出力信号が入力され、この発振出力信号を分周して第1のクロック信号を出力する分周回路と、
    前記第1のクロック信号と参照用の第2のクロック信号との位相を比較し、この比較結果に依存したパルス幅を持つ第1及び第2のパルス信号を出力する位相比較回路と、
    前記第1及び第2のパルス信号が供給され、前記第1及び第2のパルス信号のパルス幅に依存した電流を出力す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電流を電圧に変換し、前記電圧制御発振回路に前記第1制御電圧として供給するフィルタ回路と、
    高調波成分を含む送信データ信号が入力され、この送信データ信号に含まれる高調波成分を弱めた変調信号を前記電圧制御発振回路に前記第2制御電圧として供給するガウシアンフィルタとを具備し、
    前記電圧制御発振回路は、
    第1及び第2の出力ノードと、
    前記第1及び第2の出力ノード間に入出力端子間が挿入された第1の反転回路と、
    前記第1及び第2の出力ノード間に、入出力端子間が前記第1の反転回路とは逆方向に挿入された第2の反転回路と、
    前記第1及び第2の出力ノード間に挿入されたインダクタンス素子と、
    アノード、カソードを有し、アノードが前記第1の出力ノードに接続され、カソードに前記第1制御電圧が供給される第1の可変容量素子と、
    アノード、カソードを有し、アノードが前記第2の出力ノードに接続され、カソードに前記第1制御電圧が供給される第2の可変容量素子と、
    アノード、カソードを有し、アノードが前記第1の出力ノードに接続され、カソードに前記第2制御電圧が供給される第3の可変容量素子と、
    アノード、カソードを有し、アノードが前記第2の出力ノードに接続され、カソードに前記第2制御電圧が供給される第4の可変容量素子とを含み、
    前記第1乃至第4の可変容量素子の少なくともいずれか1つは、
    第1導電型の第1半導体領域と、
    前記第1半導体領域内に形成され、前記可変容量素子のアノード、カソード領域のいずれか一方の領域となる第2導電型の第2半導体領域と、
    前記第2半導体領域内に形成され、前記可変容量素子のアノード、カソード領域のいずれか他方の領域となる第1導電型の第3半導体領域とを有し、
    前記電圧制御発振回路は、前記第2半導体領域の電位が入力され、前記第2半導体領域の電位と同じ電位を出力し、前記第1半導体領域に供給するバッファ回路を有することを特徴とする周波数変調装置。
  4. 第1制御電圧及び第2制御電圧が入力され、これらの電圧に依存した周波数で発振する電圧制御発振回路と、
    前記電圧制御発振回路の発振出力信号が入力され、この発振出力信号を分周して第1のクロック信号を出力する分周回路と、
    前記第1のクロック信号と参照用の第2のクロック信号との位相を比較し、この比較結果に依存したパルス幅を持つ第1及び第2のパルス信号を出力する位相比較回路と、
    前記第1及び第2のパルス信号が供給され、前記第1及び第2のパルス信号のパルス幅に依存した電流を出力す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電流を電圧に変換し、前記電圧制御発振回路に前記第1制御電圧として供給するフィルタ回路と、
    高調波成分を含む送信データ信号が入力され、この送信データ信号に含まれる高調波成分を弱めた変調信号を前記電圧制御発振回路に前記第2制御電圧として供給するガウシアンフィルタとを具備し、
    前記チャージポンプ回路は、
    第1導電型の第1半導体領域内に離間して形成された第2導電型の第2、第3半導体領域からなるソース、ドレイン領域及びゲート電極を有し、ソース、ドレイン領域間の電流通路が接地電位ノードとチャージポンプ出力ノードとの間に挿入され、ゲート電極に前記第1のパルス信号が供給されるスイッチ用の第1トランジスタと、
    前記チャージポンプ出力ノードの電位が入力され、前記チャージポンプ出力ノードの電位と同じ電位を出力するバッファ回路と、
    前記第1半導体領域と前記接地電位ノードとの間に接続された第1スイッチ素子と、
    前記第1半導体領域と前記バッファ回路の出力ノードとの間に接続され、前記第1トランジスタがオフしている期間の少なくとも一部の期間に前記第1半導体領域を前記バッファ回路の出力ノードに接続する第2スイッチ素子と、
    第2導電型の第4半導体領域内に離間して形成された第1導電型の第5、第6半導体領域からなるソース、ドレイン領域及びゲート電極を有し、ソース、ドレイン領域間の電流通路が電源電位ノードとチャージポンプ出力ノードとの間に挿入され、ゲート電極に前記第2のパルス信号が供給されるスイッチ用の第2トランジスタと、
    前記第4半導体領域と前記電源電位ノードとの間に接続された第3スイッチ素子と、
    前記第4半導体領域と前記バッファ回路の出力ノードとの間に接続され、前記第2トランジスタがオフしている期間の少なくとも一部の期間に前記第4半導体領域を前記バッファ回路の出力ノードに接続する第4スイッチ素子とを含み、
    前記電圧制御発振回路は、
    第1及び第2の出力ノードと、
    前記第1及び第2の出力ノード間に入出力端子間が挿入された第1の反転回路と、
    前記第1及び第2の出力ノード間に、入出力端子間が前記第1の反転回路とは逆方向に挿入された第2の反転回路と、
    前記第1及び第2の出力ノード間に挿入されたインダクタンス素子と、
    アノード、カソードを有し、アノードが前記第1の出力ノードに接続され、カソードに前記第1制御電圧が供給される第1の可変容量素子と、
    アノード、カソードを有し、アノードが前記第2の出力ノードに接続され、カソードに前記第1制御電圧が供給される第2の可変容量素子と、
    アノード、カソードを有し、アノードが前記第1の出力ノードに接続され、カソードに前記第2制御電圧が供給される第3の可変容量素子と、
    アノード、カソードを有し、アノードが前記第2の出力ノードに接続され、カソードに前記第2制御電圧が供給される第4の可変容量素子とを含み、
    前記第1乃至第4の可変容量素子の少なくともいずれか1つは、
    第1導電型の第7半導体領域と、
    前記第7半導体領域内に形成され、前記可変容量素子のアノード、カソード領域のいずれか一方の領域となる第2導電型の第8半導体領域と、
    前記第8半導体領域内に形成され、前記可変容量素子のアノード、カソード領域のいずれか他方の領域となる第1導電型の第9半導体領域とを有し、
    前記電圧制御発振回路は、前記第8半導体領域の電位が入力され、前記第8半導体領域の電位と同じ電位を出力し、前記第7半導体領域に供給するバッファ回路を有することを特徴とする周波数変調装置。
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