JP5727961B2 - 半導体装置及びバラツキ情報取得プログラム - Google Patents

Description

本発明は半導体装置及びバラツキ情報取得プログラムに関し、例えば発振器を有する半導体装置及びそのバラツキ情報取得プログラムに関する。

近年、携帯電話、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等に利用される無線用集積回路では、ベースバンド機能と無線機能を１チップに集積し、システム全体を小型化する要求が高まっている。このように、半導体チップの集積度を高める場合、微細なプロセスを用いてチップ面積の増加を抑制する必要がある。しかし、微細なプロセスを用いた場合、トランジスタのしきい値バラツキが大きく、回路特性のバラツキが大きくなる等の問題が発生する。
そこで、ＰＬＬ回路において、製造バラツキによるジッタ値のバラツキを抑制する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、ＰＬＬ回路の電圧制御発振器のゲインを調整するゲイン調整回路と、所定の値の制御電圧を与えたときの電圧制御発振器の出力信号の発振周波数が目標値となるように制御するためのオフセット制御信号を制止するオフセット調整回路とを用いることでジッタ値のバラツキを抑制する。

特開２００８−１２４６８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ＰＬＬ回路の出力信号のジッタ値を抑制するためにゲイン調整回路及びオフセット調整回路を有するが、トランジスタのバラツキ値を把握するためには、これらの回路を最適化する必要がある。つまり、特許文献１に記載の技術では、ＰＬＬ回路を構成するトランジスタのバラツキ値を把握することが困難である問題がある。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、半導体装置及びバラツキ情報取得プログラムは、少なくとも２つの動作電流値で発振回路１０を動作させ、第１の動作電流値に対応する出力信号の周波数に関する第１の周波数情報と、第２の動作電流値に対応する出力信号の周波数に関する第２の周波数情報と、を取得し、第１の周波数情報と第２の周波数情報との差に基づき回路素子の製造バラツキ情報を取得する制御回路を有するものである。

一実施の形態によれば、半導体装置及びバラツキ情報取得プログラムは、トランジスタの製造バラツキを把握することができる。

実施の形態１にかかる半導体装置のブロック図である。 実施の形態１にかかる発振器の回路図である。 実施の形態１にかかる発振器の変形例の図である。 実施の形態１にかかる発振器の動作電流と出力信号の振幅との関係を示すグラフである。 実施の形態１にかかる発振器の動作電流と出力信号の周波数との関係を示すグラフである。 実施の形態１にかかる発振器の動作電流と出力信号の位相雑音との関係を示すグラフである。 実施の形態１にかかる発振器の電流設定値と動作電流の大きさとの関係を示すグラフである。 実施の形態１にかかる発振器の電流設定値と出力信号の周波数との関係を示すグラフである。 実施の形態１にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得及び電流設定値の補正の手順を示すフローチャートである。 実施の形態１にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作中の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態１にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作を行うタイミングを示すタイミングチャートの第１の例である。 実施の形態１にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作を行うタイミングを示すタイミングチャートの第２の例である。 実施の形態１にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作を行うタイミングを示すタイミングチャートの第３の例である。 実施の形態１にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作を行うタイミングを示すタイミングチャートの第４の例である。 実施の形態２にかかる半導体装置のブロック図である。 実施の形態２にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得及び電流設定値の補正の手順を示すフローチャートである。 実施の形態２にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作中の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態３にかかる半導体装置のブロック図である。 実施の形態３にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得及び電流設定値の補正の手順を示すフローチャートである。 実施の形態３にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作中の電流設定値と出力信号の周波数の変化を示すグラフである。 実施の形態３にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作中の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態４にかかる半導体装置のブロック図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。まず、以下で説明する半導体装置は、半導体装置内のトランジスタの製造バラツキ情報を、発振回路の出力信号の周波数に関する情報から取得する。そして、半導体装置内の各種回路に対して取得したバラツキ情報を与えて、それぞれの回路においてバラツキ情報に基づく補正処理を行うものである。実施の形態１では、その補正対象としてバラツキ情報の特定に用いる発振回路の動作電流を補正対象とするが、バラツキ情報に基づき補正できるパラメータはこれに限られるものではない。

図１に実施の形態１にかかる半導体装置１のブロック図を示す。図１に示すように、半導体装置１は、発振回路１０、制御回路２０、プロセスモニタ２１、温度モニタ２２を有する。

発振回路１０は、所定の周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを出力する。より具体的には、発振回路１０は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路であって、当該ＰＬＬ回路において設定された周波数の出力信号を出力する。図１に示す例では、発振回路１０は、位相比較器１１、フィルタ回路１２、デジタル制御発振器１３、分周器１４、カウンタ１５、スイッチ回路ＳＷ１を有する。

位相比較器１１は、基準信号Ｆｒｅｆと、出力信号Ｆｏｕｔから生成した帰還信号Ｆｆｂと、の位相差に応じた大きさを有する位相差検出値Ｐｄｅｔを出力する。フィルタ回路１２は、位相差検出値Ｐｄｅｔに対してフィルタ処理を施して周波数制御値ＦＣを生成する。デジタル制御発振器１３は、周波数制御値ＦＣに応じて出力信号Ｆｏｕｔの周波数を制御する。なお、デジタル制御発振器１３には、容量選択値ＣＳが入力される。デジタル制御発振器１３は、容量選択値ＣＳの大きさに応じて出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数の祖調整を行い、周波数制御値ＦＣにより出力信号Ｆｏｕｔの周波数の微調整を行う。つまり、デジタル制御発振器１３は、容量選択値ＣＳにより出力信号Ｆｏｕｔの周波数帯域を設定し、周波数制御値ＦＣにより当該周波数帯域内の精度の高い周波数制御を行う。分周器１４は、出力信号Ｆｏｕｔを分周して帰還信号Ｆｆｂを生成する。スイッチ回路ＳＷ１は、フィルタ回路１２とデジタル制御発振器１３との間に設けられる。また、スイッチ回路ＳＷ１は、制御回路２０が出力する動作モード切替信号ＭＤに応じて導通状態と遮断状態とが切り替えられる。

カウンタ１５は、出力信号Ｆｏｕｔの周波数に応じたカウント値を生成して制御回路２０に与える。このカウンタ１５は、例えば、Akamine Y., Kawabe M., Hori K., Okazaki T., Kasahara M., Tanaka S., "ΔΣ PLL Transmitter With a Loop-Bandwidth Calibration System," IEEE Journal of Solid-State Circuits, Volume 43, Issue 2, pp.497-506, 2008に記載された２ポイント変調方式のＰＬＬ回路で用いられるカウンタを利用することができる。つまり、カウンタ１５は、他の用途で利用されるものを共有することが可能であり、実施の形態１にかかる半導体装置１のために特別に設ける必要はない。

制御回路２０は、発振回路１０の動作電流を第１の電流値と第２の電流値との間で切り替える電流設定値Ｉｓｅｔを出力する。そして、制御回路２０は、発振回路１０の動作電流を第１の電流値に設定した状態の出力信号Ｆｏｕｔの周波数に関する第１の周波数情報と、動作電流を第２の電流値に設定した状態の出力信号Ｆｏｕｔの周波数に関する第２の周波数情報と、を取得する。その後、制御回路２０は、第１の周波数情報と第２の周波数情報との差分値に基づき発振回路Ｆｏｕｔを構成するトランジスタの製造バラツキ情報を取得する。なお、制御回路２０は、外部又は同一の半導体基板に形成された他の回路（不図示）から与えられる制御信号ＣＮＴに応じて発振回路１０の動作の制御及びバラツキ情報の取得処理を行うものとする。

制御回路２０は、動作モード切替信号ＭＤにより第１の周波数情報及び第２の周波数情報を取得する期間は、スイッチ回路ＳＷ１を遮断状態としてデジタル制御発振器１３への周波数制御値ＦＣの伝達を遮断する。また、制御回路２０は、後述するデジタル制御発振器１３の可変容量（例えば、周波数帯域設定部３０）の容量値を指定する容量選択値ＣＳを出力する。そして、制御回路２０は、第１の周波数情報及び第２の周波数情報を取得する期間は、容量選択値ＣＳを可変容量の容量値を出力信号Ｆｏｕｔの周波数が最大となる値に設定する。

温度モニタ２２は、半導体装置と同一基板上に形成された温度センサであって、半導体基板の温度に対応する温度情報を出力する。なお、温度情報は、半導体装置の外部から取得しても良い。例えば、温度情報を外部から得る場合、半導体装置が搭載されるシステムの温度を取得しても良い。

プロセスモニタ２１は、発振回路を構成する回路素子（例えば、トランジスタ）のバラツキ量と前記差分値との関係を対応づけたテーブル情報を有するルックアップテーブルである。また、プロセスモニタ２１は、複数の前記テーブル情報を有し、温度モニタ２２から取得した温度情報に応じて利用するテーブル情報を切り替える。制御回路２０は、プロセスモニタ２１を参照して周波数情報の差分値に対応したトランジスタの製造バラツキ情報（例えば、バラツキ量）を取得し、取得したバラツキ量に応じて発振回路の発振動作に用いる電流設定値Ｉｓｅｔを補正する。

続いて、デジタル制御発振器１３の詳細について説明する。そこで、図２にデジタル制御発振器１３の詳細な回路図を示す。図２に示すように、デジタル制御発振器１３は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１、ＭＮ２、インダクタＬａ、Ｌｂ、周波数帯域設定部３０、周波数調整部３１、可変電流源３２を有する。図２に示すように、デジタル制御発振器１３は、出力信号Ｆｏｕｔとして、出力信号Ｆｏｕｔ１、Ｆｏｕｔ２を含む差動信号を出力する。また、周波数帯域設定部３０及び周波数調整部３１は、可変容量として機能する回路である。

ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１、ＭＮ２のソースは共通に接続され、共通接続点に動作電流Ｉｓが与えられる。この動作電流Ｉｓを出力する可変電流源３２は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１、ＭＮ２の共通接続点と接地端子との間に接続される。なお、接地端子には、接地電圧ＶＳＳが供給される。

ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲートは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のゲートは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインからは出力信号Ｆｏｕｔ２が出力される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインからは出力信号Ｆｏｕｔ１が出力される。また、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインは、インダクタＬａを介して電源端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインは、インダクタＬｂを介して電源端子に接続される。なお、電源端子には、電源電圧ＶＤＤが供給される。

また、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインと、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインとの間には、周波数帯域設定部３０及び周波数調整部３１が接続される。周波数帯域設定部３０は、容量選択値ＣＳに基づきＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインと、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインと、の間の容量値を切り替える。周波数帯域設定部３０は、コンデンサＣｃ１ａ〜Ｃｃｍａ、コンデンサＣｃ１ｂ〜Ｃｃｍｂ、スイッチＳＷｃ１〜ＳＷｃｍを有する。なお、ｍは、コンデンサ及びスイッチの個数を示す整数である。コンデンサＣｃ１ａ及びコンデンサＣｃ１ｂは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインとＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインとの間に直列に接続される。また、コンデンサＣｃ１ａとコンデンサＣｃ１ｂとはスイッチＳＷｃ１を介して接続される。コンデンサＣｃ２ａ及びコンデンサＣｃ２ｂは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインとＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインとの間に直列に接続される。また、コンデンサＣｃ２ａとコンデンサＣｃ２ｂとはスイッチＳＷｃ２を介して接続される。コンデンサＣｃｍａ及びコンデンサＣｃｍｂは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインとＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインとの間に直列に接続される。また、コンデンサＣｃｍａとコンデンサＣｃｍｂとはスイッチＳＷｃｍを介して接続される。つまり、周波数帯域設定部３０は、同一の回路構成の２つのコンデンサと１つのスイッチとの組をｍ個有する。そして、スイッチＳＷｃ１〜ＳＷｃｍには、容量選択値ＣＳが与えられる。スイッチＳＷｃ１〜ＳＷｃｍは、容量選択値ＣＳの大きさに応じて導通状態となる個数が切り替えられる。

周波数調整部３１は、周波数制御値ＦＣに基づきＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインと、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインと、の間の容量値を切り替える。周波数調整部３１は、コンデンサＣｆ１ａ〜Ｃｆｎａ、コンデンサＣｆ１ｂ〜Ｃｆｎｂ、スイッチＳＷｆ１〜ＳＷｆｎを有する。なお、ｎは、コンデンサ及びスイッチの個数を示す整数である。コンデンサＣｆ１ａ及びコンデンサＣｆ１ｂは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインとＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインとの間に直列に接続される。また、コンデンサＣｆ１ａとコンデンサＣｆ１ｂとはスイッチＳＷｆ１を介して接続される。コンデンサＣｆ２ａ及びコンデンサＣｆ２ｂは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインとＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインとの間に直列に接続される。また、コンデンサＣｆ２ａとコンデンサＣｆ２ｂとはスイッチＳＷｆ２を介して接続される。コンデンサＣｆｎａ及びコンデンサＣｆｎｂは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインとＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインとの間に直列に接続される。また、コンデンサＣｆｎａとコンデンサＣｆｎｂとはスイッチＳＷｆｎを介して接続される。つまり、周波数調整部３１は、同一の回路構成の２つのコンデンサと１つのスイッチとの組をｎ個有する。そして、スイッチＳＷｆ１〜ＳＷｆｎには、周波数制御値ＦＣが与えられる。スイッチＳＷｆ１〜ＳＷｆｎは、周波数制御値ＦＣの大きさに応じて導通状態となる個数が切り替えられる。

ここで、周波数帯域設定部３０及び周波数調整部３１は、それぞれコンデンサを有する。このコンデンサは、周波数帯域設定部３０のコンデンサのほうが、周波数調整部３１のコンデンサの容量値よりも大きな容量値となるように設定される。このように設定することで、周波数帯域設定部３０の容量値を可変することで大きく発振周波数が切り替えられ、周波数調整部３１の容量値を可変することで発振周波数の微調整が可能になる。

可変電流源３２は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉ１〜ＭＮｉｋ、スイッチＳＷｉ１〜ＳＷｉｋ、抵抗Ｒ１〜Ｒｋ、定電圧源ＶＳを有する。なお、ｋは構成要素の個数を示す整数である。ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉ１のソースは、接地端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉ１のドレインは、抵抗Ｒ１を介してＮＭＯＳトランジスタＭＮ１とＮＭＯＳトランジスタＭＮ２の共通接続点に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉ１のゲートは、スイッチＳＷｉ１を介して定電圧源ＶＳに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉ２のソースは、接地端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉ２のドレインは、抵抗Ｒ２を介してＮＭＯＳトランジスタＭＮ１とＮＭＯＳトランジスタＭＮ２の共通接続点に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉ２のゲートは、スイッチＳＷｉ２を介して定電圧源ＶＳに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉｋのソースは、接地端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉｋのドレインは、抵抗Ｒｋを介してＮＭＯＳトランジスタＭＮ１とＮＭＯＳトランジスタＭＮ２の共通接続点に接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉｋのゲートは、スイッチＳＷｉｋを介して定電圧源ＶＳに接続される。

そして、スイッチＳＷｉ１〜ＳＷｉｋには、電流設定値Ｉｓｅｔが与えられる。スイッチＳＷｉ１〜ＳＷｉｋは、電流設定値Ｉｓｅｔに応じて導通する個数が切り替えられる。ＮＭＯＳトランジスタＭＮｉ１〜ＭＮｉｋは、導通状態となるスイッチＳＷｉ１〜ＳＷｉｋの個数が増加するのに導通状態なる数が増加し、増加するトランジスタの数の増加に応じて動作電流Ｉｓは増加する。

ここで、デジタル制御発振器１３は、図２に示した回路以外の回路によっても実現できる。そこで、図２に示したデジタル制御発振器１３の変形例となるデジタル制御発振器１３ａの回路図を図３に示す。

図３に示すデジタル制御発振器１３ａは、ＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとを有するＣＭＯＳプロセスによりデジタル制御発振器を構成したものである。デジタル制御発振器１３ａは、インダクタＬａ、Ｌｂに代えて、インダクタＬ及びＰＭＯＳトランジスタＭＰ１、ＭＰ２を有する。インダクタＬは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインとＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインとの間に接続される。

ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のドレインは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインと接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のソースは、電源端子に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートは、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のドレインと接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のドレインは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のドレインと接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のソースは、電源端子に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートは、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のドレインと接続される。

デジタル制御発振器１３ａは、デジタル制御発振器の負荷部分に能動負荷回路を採用したものであり、デジタル制御発振器１３と同じ動作を行うことができる。

続いて、デジタル制御発振器１３の動作特性について説明する。まず、図４に実施の形態１にかかるデジタル制御発振器１３の動作電流Ｉｓと出力信号Ｆｏｕｔの振幅との関係を示すグラフを示す。図４に示すように、デジタル制御発振器１３は、動作電流Ｉｓの増加に応じて振幅が大きくなる。そして、動作電流Ｉｓが所定の大きさに達した以降は、振幅の増加は飽和状態となり、高調波成分が増加する。

次いで、図５に実施の形態１にかかるデジタル制御発振器１３の動作電流Ｉｓと出力信号Ｆｏｕｔの周波数との関係を示すグラフを示す。図５に示すように、デジタル制御発振器１３は、動作電流Ｉｓの増加に応じて周波数が上昇する。そして、動作電流Ｉｓが所定の大きさに達した以降は、出力信号Ｆｏｕｔの周波数は低下に転じる。この周波数の低下は、高調波成分の増加に起因するものである。つまり、周波数が低下に転じる動作電流Ｉｓの大きさは、出力信号Ｆｏｕｔの振幅が飽和する動作電流Ｉｓの大きさと同じである。

次いで、図６に実施の形態１にかかるデジタル制御発振器１３の動作電流Ｉｓと出力信号Ｆｏｕｔの位相雑音との関係を示すグラフを示す。図６に示すように、デジタル制御発振器１３は、動作電流Ｉｓの増加に応じて位相雑音が減少する。そして、動作電流Ｉｓが所定の大きさに達した以降は、出力信号Ｆｏｕｔの位相雑音は増加に転じる。この位相雑音の増加は、高調波成分、動作電流に重畳される雑音等の雑音指数の増加に起因するものである。つまり、周波数が低下に転じる動作電流Ｉｓの大きさは、出力信号Ｆｏｕｔの振幅が飽和する動作電流Ｉｓの大きさと同じである。

次いで、図７に実施の形態１にかかるデジタル制御発振器１３の電流設定値Ｉｓｅｔと動作電流Ｉｓの大きさとの関係を示すグラフを示す。図７に示すように、デジタル制御発振器１３は、電流設定値の大きさの増加に合わせて動作電流Ｉｓが大きくなる。また、動作電流Ｉｓは、トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈのバラツキに応じて大きさにバラツキが生じる。より具体的には、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１、ＭＮ２の閾値電圧Ｖｔｈが低くばらついた場合、動作電流Ｉｓが大きくなり、閾値電圧Ｖｔｈが高くばらついた場合、動作電流Ｉｓが小さくなる。これは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１、ＭＮ２及び可変電流源３２の抵抗値がデジタル制御発振器１３の消費電流を決定するためである。

図４〜図７で説明したように、デジタル制御発振器１３は、電流設定値Ｉｓｅｔの大きさに応じて動作電流Ｉｓが変化する。また、動作電流Ｉｓの変動に応じて出力信号Ｆｏｕｔの振幅、周波数、及び、位相雑音が変化する。そこで、図８に実施の形態１にかかる発振器の電流設定値Ｉｓｅｔと出力信号Ｆｏｕｔの周波数との関係を示すグラフを示す。図８に示すように、デジタル制御発振器１３では、動作電流Ｉｓの増加に応じて周波数が増加から減少に転じる変化を示す。また、デジタル制御発振器１３では、トランジスタのバラツキに応じて動作電流Ｉｓの変化の傾き及び大きさが変化するため、トランジスタのバラツキに応じて周波数変化の傾き、最大周波数及び最大周波数となる電流設定値の大きさが変化する。

より具体的には、デジタル制御発振器１３では、トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが低くなるようなバラツキが生じた場合には、出力信号Ｆｏｕｔの周波数変化の傾きが大きくなる。また、トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが低くなるようなバラツキが生じた場合には、最大周波数は低くなり、かつ、最大周波数に対応する電流設定値は小さくなる。一方、デジタル制御発振器１３では、トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが高くなるようなバラツキが生じた場合には、出力信号Ｆｏｕｔの周波数変化の傾きが小さくなる。また、トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが高くなるようなバラツキが生じた場合には、最大周波数は高くなり、かつ、最大周波数に対応する電流設定値は大きくなる。

このように、デジタル制御発振器１３では、同じ電流設定値Ｉｓｅｔを与えた場合であっても、トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈのバラツキによって出力信号Ｆｏｕｔの周波数が異なる。また、デジタル制御発振器１３では、異なる２点の電流設定値Ｉｓｅｔ（例えば、第１の電流設定値Ｐ１及び第２の電流設定値Ｐ２）を与えた場合、トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈのバラツキによってこの２点間の出力信号Ｆｏｕｔの周波数差の大きさに差が生じる。図８に示す例では、第１の電流設定値Ｐ１及び第２の電流設定値Ｐ２に対応する出力信号Ｆｏｕｔの周波数差は、トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが高い場合には小さくなり、トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが低い場合には大きくなる。

デジタル制御発振器１３では、図８で説明したような周波数差を用いてトランジスタのバラツキ情報を取得する。より具体的には、実施の形態１にかかる制御回路２０は、第１の周波数情報として発振回路１０の動作電流を第１の電流値に設定した状態の出力信号Ｆｏｕｔの周波数を取得し、第２の周波数情報として発振回路１０の動作電流を第２の電流値に設定した状態の出力信号の周波数を取得する。そして、実施の形態１にかかる制御回路２０は、第１の周波数情報として取得した第１の周波数と第２の周波数情報として取得した第２の周波数との周波数差に基づき発振回路１０の発振動作に用いる電流設定値を補正する。なお、制御回路２０は、プロセスモニタ２１のルックアップテーブルを参照して取得した周波数差に対応するバラツキ情報を取得する。

そこで、図９に、実施の形態１にかかる半導体装置１におけるバラツキ情報の取得及び電流設定値の補正の手順を示すフローチャートを示す。実施の形態１にかかる半導体装置１では、外部からの制御信号ＣＮＴを用いた操作、制御回路２０を動作させるバラツキ情報取得プログラム（例えば、ファームウェア）、又は、制御回路２０に内蔵されたシーケンサ等により図９に示した動作が実現される。

図９に示すように、制御回路２０は、バラツキ情報（例えば、プロセス値）の取得処理を開始すると、まず、スイッチＳＷ１を遮断状態とする（ステップＳ１）。これにより、発振回路１０は、デジタル制御発振器１３への周波数制御値ＦＣの伝達を遮断する。また、デジタル制御発振器１３は、周波数制御値ＦＣの伝達が遮断されることによって周波数調整部３１の可変容量が全て無効になる。

続いて、制御回路２０は、容量選択値ＣＳをデジタル制御発振器１３の発振周波数を最大周波数とする値に設定する（ステップＳ２）。その後、制御回路２０は、電流設定値Ｉｓｅｔを第１の電流設定値Ｐ１（例えば、４）に設定する（ステップＳ３）。そして、制御回路２０は、カウンタ１５によって、第１の周波数ｆ１を第１の周波数情報として取得する（ステップＳ４）。

続いて、制御回路２０は、電流設定値Ｉｓｅｔを第２の電流設定値Ｐ２（例えば、７）に設定する（ステップＳ５）。そして、制御回路２０は、カウンタ１５によって、第２の周波数ｆ２を第２の周波数情報として取得する（ステップＳ６）。

続いて、制御回路２０は、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との周波数差（ｆ１−ｆ２）の大きさと基準値ｆｗとを比較する（ステップＳ７）。この基準値ｆｗは、予め設定される値である。そして、ステップＳ７において、周波数差が基準値ｆｗよりも大きいと判断された場合（ステップＳ７のＮＯの枝）、制御回路２０は、プロセスモニタ２１を参照することなく、初期設定された電流設定値を維持して処理を終了する（ステップＳ８）。これは、周波数差が基準値ｆｗよりも大きかった場合、周波数差を正しく取得できていない可能性があるためである。

一方、ステップＳ７において、周波数差が基準値ｆｗよりも小さいと判断された場合（ステップＳ７のＹＥＳの枝）、制御回路２０は、プロセスモニタ２１を参照して、周波数差に対応したプロセス値をバラツキ情報として取得する（ステップＳ９）。

その後、制御回路２０は、取得したプロセス値に基づき発振回路１０の発振動作に用いる電流設定値Ｉｓｅｔを補正する（ステップＳ１０）。例えば、プロセス値がトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが高くばらついていることを示す場合には、電流設定値Ｉｓｅｔを初期設定よりも小さくし、閾値電圧Ｖｔｈが低くばらついていることを示す場合には、電流設定値Ｉｓｅｔを初期設定よりも大きくする。そして、制御回路２０は、補正後の電流設定値Ｉｓｅｔを保持して、処理を終了する（ステップＳ１１）。

また、図９に示したフローチャートに従った動作を行った場合における半導体装置１の動作を示すタイミングチャートを図１０に示す。図１０に示すように、半導体装置１は、バラツキ情報を取得する場合、まず、容量選択値ＣＳを最小値に設定し、電流設定値Ｉｓｅｔを第１の電流設定値（例えば、４）に設定して、デジタル制御発振器１３を動作させる。このとき、デジタル制御発振器１３が出力する出力信号Ｆｏｕｔの周波数は、第１の周波数ｆ１となる。また、制御回路２０は、予め設定された期間（例えば、第１の周波数取得期間）の間、電流設定値を維持する。

そして、第１の周波数取得期間が終了すると、制御回路２０は、容量選択値ＣＳを最小値で維持したまま、電流設定値Ｉｓｅｔを第１の電流設定値から第２の電流設定値（例えば、７）に切り替える。これにより、デジタル制御発振器１３が出力する出力信号Ｆｏｕｔの周波数は、第１の周波数ｆ１となる。そして、制御回路２０は、予め設定された期間（例えば、第２の周波数取得期間）の間、電流設定値を維持する。

上記のような手順により実施の形態１にかかる半導体装置１では、バラツキ情報としてプロセス値を取得するが、このバラツキ情報を取得するタイミングは種々のバリエーションが考えられる。そこで、バラツキ情報及び温度モニタ値の取得タイミングについて以下で説明する。なお、以下の説明では、半導体装置１を送信回路及び受信回路へのローカル信号の生成回路として利用する場合について説明する。そのため、半導体装置１は、発振動作を行う動作状態と発振動作を停止するアイドル状態とを繰り返すものとする。

まず、図１１に実施の形態１にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作を行うタイミングを示すタイミングチャートの第１の例を示す。図１１に示す第１の例では、電源投入の直後に温度モニタ値を取得し、その後、プロセス値を取得する。その後は、取得した温度モニタ値及びプロセス値を利用して、発振回路１０による発振動作を間欠的に繰り返す。

次いで、図１２に実施の形態１にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作を行うタイミングを示すタイミングチャートの第２の例を示す。図１２に示す第２の例では、発振回路１０が発振動作を行う直前に、温度モニタ値とプロセス値とを取得し、取得した温度モニタ値とプロセス値とを利用して発振動作を行う。また、図１２に示す第２の例では、発振回路１０が発振動作を行う毎に温度モニタ値とプロセス値とを取得する。

次いで、図１３に実施の形態１にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作を行うタイミングを示すタイミングチャートの第３の例を示す。図１３に示す第３の例は、図１１に示した第１の例の温度モニタ値取得処理を省略したものである。また、図１４に図１４に実施の形態１にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作を行うタイミングを示すタイミングチャートの第４の例を示す。図１４に示す第４の例は、図１２に示した第２の例の温度モニタ値取得処理を省略したものである。このように、温度モニタ値は、プロセス値を取得する上で必ず取得しなければならないものではない。

上記説明より、実施の形態１にかかる半導体装置１では、制御回路２０が、２つの異なる動作電流でデジタル制御発振器１３を動作させ、動作電流を変化させた場合のデジタル制御発振器１３の出力信号Ｆｏｕｔの周波数差を取得する。そして、制御回路２０は、取得した周波数差に対応するプロセス値をプロセスモニタ２１のテーブル情報から取得する。これにより、実施の形態１にかかる半導体装置１は、モニタ回路等を別途設けることなく、製造バラツキに関する情報を取得し、取得したバラツキ情報に基づき各種補正処理を行うことができる。

ここで、半導体装置の製造バラツキ情報を取得する他の方法について検討する。半導体装置の製造バラツキ情報を得る場合、例えば、リングオシレータ等の発振回路を半導体基板上に形成しておき、当該リングオシレータの発振周波数からトランジスタ等の回路素子の製造バラツキの大きさを判断することが考えられる。しかしながら、この場合、リングオシレータがノイズ源となり、本来機能回路として利用したい発振回路１０のノイズ特性が悪化する問題が生じる。また、特許文献１のように、電圧発振器等の発振器に対して、製造バラツキを反映した補正信号を入力する場合、当該補正信号が出力信号に対するノイズ源となり、やはり発振回路１０のノイズ特性を悪化させる問題が生じる。また、リングオシレータや補正回路を別途設けた場合、回路面積が大きくなる問題が発生する。

一方、実施の形態１にかかる半導体装置１では、実際の動作に利用する発振回路１０の出力信号Ｆｏｕｔの周波数に基づき回路を構成する回路素子のバラツキ量を把握できる。そのため、実施の形態１にかかる半導体装置１では、回路面積が増大する問題は発生しない。

また、実施の形態１にかかる半導体装置１では、プロセス値を取得する際に利用する制御信号と、実際に発振回路１０を動作させるときに利用する制御信号が同じ制御信号である。より具体的には、実施の形態１にかかる半導体装置１では、プロセス値を取得する際には、実際に発振回路１０を動作させる時に利用する制御信号（例えば、容量選択値ＣＳ及び電流設定値Ｉｓｅｔ）の値を予め決められた値にするのみである。そのため、発振回路１０の動作条件をプロセス値に基づき補正する場合においても、発振回路１０に与える信号の数に変化はなく、出力信号Ｆｏｕｔのノイズ特性を良好に維持することができる。

また、実施の形態１にかかる半導体装置１では、制御回路２０において取得した周波数差に基づきプロセス値を把握するが、このとき追加されるのは、テーブル情報を含むプロセスモニタ２１のみである。また、テーブル情報は、周波数差とプロセス値の対応を示す簡易なものである。そのため、実施の形態１にかかる半導体装置１では、例えばプロセスモニタ２１は、ファームウェア等を記憶する内蔵メモリ等の記憶装置の一部を利用することで、回路面積の増加を伴うことなく実現できる。

また、製造プロセス、製品シリーズが異なる場合、回路素子のバラツキ量と出力信号Ｆｏｕｔの周波数差との関係が異なることがある。しかし、出力信号Ｆｏｕｔの周波数差と、回路素子のバラツキ量との関係は、設計段階或いは製品評価時点で把握することが可能である。そのため、テーブル情報を製品毎に書き換えることで、製品毎の出力信号Ｆｏｕｔの最適化を実施することが可能である。また、このようなテーブル情報の書き換えのみで、多品種の最適化に適用できるため、実施の形態１にかかる半導体装置１によるバラツキ情報の取得方法を採用した製品では開発期間を短縮することができる。

また、実施の形態１にかかる半導体装置１では、発振回路１０の出力に接続される回路がプロセス値取得処理時と実際の動作時とにおいて変わらない。そのため、取得したプロセス値に基づき補正を精度良く実際の動作に反映することができる。

また、実施の形態１にかかる半導体装置１では、取得したプロセス値に基づき実際の発振動作に用いる電流設定値Ｉｓｅｔを補正することで、発振回路１０の出力特性を良好に維持することができる。

さらに、実施の形態１にかかる半導体装置１では、回路素子にバラツキが生じても当該バラツキ量に応じて制御信号の値を補正することで回路特性を良好に維持することが可能である。そのため、回路素子のバラツキを考慮した設計時に考慮するバラツキ余裕度を最小限にとどめることができ、回路面積の削減及び消費電流の削減を実現することができる。

実施の形態２
実施の形態２では、制御回路において取得する周波数情報として容量選択値ＣＳを利用する例について説明する。実施の形態２にかかる半導体装置２は、発振回路の出力信号Ｆｏｕｔの周波数が設定した周波数となるようなデジタル制御発振器１３の容量値を自動的に選択する自動帯域選択（ＡＢＳ：Auto Band Selection）機能を有する。実施の形態２では、このＡＢＳ機能を利用して周波数情報を得る。なお、実施の形態２の説明において、実施の形態１で説明した構成要素については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

実施の形態２にかかる半導体装置２のブロック図を図１５に示す。図１５に示すように、実施の形態２にかかる半導体装置２は、実施の形態１にかかる制御回路２０に代えて制御回路４１を有し、発振回路１０に代えて発振回路４０を有する。

発振回路４０は、発振回路１０のスイッチ回路ＳＷ１及びカウンタ１５を削除し、フィルタ回路１２とデジタル制御発振器１３とを直接接続したものである。また、発振回路４０は、制御回路４１に基準信号Ｆｒｅｆと帰還信号Ｆｆｂとを出力する。

また、発振回路４０のデジタル制御発振器１３は、実施の形態１と同様に可変容量（例えば、周波数帯域設定部３０及び周波数調整部３１）を有し、可変容量の容量値に応じて出力信号の周波数が設定される。

制御回路４１は、制御回路２０にＡＢＳ機能及びＡＢＳ機能を利用した周波数情報の取得機能を有する。より具体的には、制御回路４１は、ＡＢＳ機能を用いて、事前に決定した周波数帯でデジタル制御発振器１３が発振動作を行えるように容量選択値ＣＳの値を調節する。このとき、制御回路４１は、基準信号Ｆｒｅｆと帰還信号Ｆｆｂの位相差に基づき発振回路４０のロック状態を検知し、発振回路４０がロック状態となったときの容量選択値ＣＳを周波数情報として取得する。

また、制御回路４１は、周波数情報を取得する場合、デジタル制御発振器１３の動作電流を第１の電流値に設定した状態の出力信号Ｆｒｅｆの周波数に関する第１の周波数情報と、動作電流を第２の電流値に設定した状態の前記出力信号の周波数に関する第２の周波数情報と、を取得する。このとき、制御回路４１は、可変容量の容量値を指定する容量選択値ＣＳを出力する。そして、制御回路４１は、出力信号Ｆｏｕｔの周波数の目標値を設定し、かつ、動作電流を第１の電流値に設定した状態で発振回路４０に出力信号Ｆｏｕｔの生成を開始させ、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が目標値となるように容量選択値ＣＳを調整し、出力信号の周波数が目標値となった状態における容量選択値ＣＳを第１の周波数情報として取得する。また、制御回路４１は、動作電流を第２の電流値に設定した状態で発振回路４０に出力信号Ｆｏｕｔの生成を開始させ、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が目標値となるように容量選択値ＣＳを調整し、出力信号の周波数が目標値となった状態における容量選択値ＣＳを第２の周波数情報として取得する。その後、制御回路４１は、第１の周波数情報として取得した第１の容量選択値ｂ１と第２の周波数情報として取得した第２の容量選択値ｂ２との差分値に基づきトランジスタのバラツキ情報（例えば、プロセス値）をプロセスモニタ２１から取得する。制御回路４１は、取得したバラツキ情報に基づき発振回路の発振動作に用いる電流設定値Ｉｓｅｔを補正する。

続いて、実施の形態２にかかる半導体装置２の動作について説明する。図１６に実施の形態２にかかる半導体装置２におけるバラツキ情報の取得及び電流設定値の補正の手順を示すフローチャートを示す。実施の形態２にかかる半導体装置２では、外部からの制御信号ＣＮＴを用いた操作、制御回路４１を動作させるバラツキ情報取得プログラム（例えば、ファームウェア）、又は、制御回路４１に内蔵されたシーケンサ等により図１６に示した動作が実現される。

図１６に示すように、制御回路４１は、バラツキ情報（例えば、プロセス値）の取得処理を開始すると、まず、発振回路４０の出力信号Ｆｏｕｔの周波数の目標値（ＡＢＳ機能により選択するバンド）を決定する（ステップＳ２０）。

続いて、制御回路４１は、電流設定値Ｉｓｅｔを第１の電流設定値Ｐ１（例えば、４）に設定する（ステップＳ２１）。これにより、発振回路４０は、第１の電流値の動作電流で動作する状態となる。そして、制御回路４１は、ＡＢＳ機能を用いて出力信号Ｆｏｕｔの周波数が目標値に達した状態における容量選択値ＣＳ（例えば、第１の容量選択値ｂ１）を第１の周波数情報として取得する（ステップＳ２２）。

続いて、制御回路４１は、電流設定値Ｉｓｅｔを第２の電流設定値Ｐ２（例えば、７）に設定する（ステップＳ２３）。これにより、発振回路４０は、第２の電流値の動作電流で動作する状態となる。そして、制御回路４１は、ＡＢＳ機能を用いて、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が目標値に達した状態における容量選択値ＣＳ（例えば、第２の容量選択値ｂ２）を第１の周波数情報として取得する（ステップＳ２４）。

続いて、制御回路４１は、第１の容量選択値ｂ１と第２の容量選択値ｂ２との差（ｂ１−ｂ２）の大きさと基準値ｆｗとを比較する（ステップＳ２５）。この基準値ｆｗは、予め設定される値である。そして、ステップＳ２５において、第１の容量選択値ｂ１と第２の容量選択値ｂ２との差が基準値ｆｗよりも大きいと判断された場合（ステップＳ２５のＮＯの枝）、制御回路４１は、プロセスモニタ２１を参照することなく、初期設定された電流設定値を維持して処理を終了する（ステップＳ２６）。これは、第１の容量選択値ｂ１と第２の容量選択値ｂ２との差が基準値ｆｗよりも大きかった場合、差を正しく取得できていない可能性があるためである。

一方、ステップＳ２５において、第１の容量選択値ｂ１と第２の容量選択値ｂ２との差が基準値ｆｗよりも小さいと判断された場合（ステップＳ２５のＹＥＳの枝）、制御回路４１は、プロセスモニタ２１を参照して、第１の容量選択値ｂ１と第２の容量選択値ｂ２との差に対応したプロセス値をバラツキ情報として取得する（ステップＳ２７）。

その後、制御回路４１は、取得したプロセス値に基づき発振回路４０の発振動作に用いる電流設定値Ｉｓｅｔを補正する（ステップＳ２８）。例えば、プロセス値がトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈが高くばらついていることを示す場合には、電流設定値Ｉｓｅｔを初期設定よりも小さくし、閾値電圧Ｖｔｈが低くばらついていることを示す場合には、電流設定値Ｉｓｅｔを初期設定よりも大きくする。そして、制御回路４１は、補正後の電流設定値Ｉｓｅｔを保持して、処理を終了する（ステップＳ２９）。

また、図１６に示したフローチャートに従った動作を行った場合における半導体装置２の動作を示すタイミングチャートを図１７に示す。図１７に示すように、半導体装置２は、バラツキ情報を取得する場合、まず、選択するバンドを決定し、電流設定値Ｉｓｅｔを第１の電流設定値（例えば、４）に設定して、発振回路４０を動作させる。このとき、発振回路４０が出力する出力信号Ｆｏｕｔの周波数は、選択したバンドの周波数（目標値）となり、この状態で容量選択値ＣＳ（第１の容量選択値ｂ１）が決定される。また、制御回路４１は、予め設定された期間（例えば、第１のＡＢＳ処理期間）の間、電流設定値を維持する。

そして、第１のＡＢＳ処理期間が終了すると、制御回路４０は、選択したバンドを維持したまま、電流設定値Ｉｓｅｔを第１の電流設定値から第２の電流設定値（例えば、７）に切り替える。そして、制御回路４１は、再度ＡＢＳ機能により、発振回路４０が出力する出力信号Ｆｏｕｔの周波数が目標値となるように容量選択値ＣＳの値を調整する。これにより、第２のＡＢＳ処理期間において第２の動作電流値に対応した容量選択値ＣＳ（第２の容量選択値ｂ２）が決定される。

上記説明より、実施の形態２にかかる半導体装置２では、周波数情報として、ＡＢＳ機能を用いて決定される２つの容量選択値を用いた。このように、周波数情報は、出力信号Ｆｏｕｔの周波数以外の情報を用いることができる。つまり、バラツキ情報を参照するために用いられる周波数情報は、デジタル制御発振器１３の動作電流の違いに応じて差が生じる情報であれば良く、種々の情報が利用可能である。

また、実施の形態２にかかる半導体装置２では、カウンタ１５を用いる必要がないため、回路規模を削減することができる。

また、ＡＢＳ機能は、半導体装置２の実際の動作で用いられる機能であり、バラツキ情報の取得のために別途も受けられる機能ではないため、実施の形態２にかかるバラツキ情報取得方法を利用しても設計期間、回路面積に関するデメリットはない。

実施の形態３
実施の形態３では、電流設定値Ｉｓｅｔをバラツキ情報として利用する実施例について説明する。デジタル制御発振器１３の出力信号Ｆｏｕｔの特性は、図４〜図６に示すように、周波数が最大周波数となる状態において、振幅が飽和し、かつ、位相雑音が最も小さくなる状態となる。そのため、実施の形態３では、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が最大となる動作電流Ｉｓとなる電流設定値Ｉｓｅｔを計測し、計測により導き出された電流設定値Ｉｓｅｔの大きさを予め決定された基準となる基準電流設定値との差分からトランジスタのバラツキ情報を得る。

実施の形態３にかかる半導体装置３のブロック図を図１８に示す。図１８に示すように、半導体装置３は、実施の形態１にかかる半導体装置１の制御回路２０を制御回路５０に置き換え、プロセスモニタ２１及び温度モニタ２２を削除したものである。なお、実施の形態３の説明において、実施の形態１において説明した構成要素と同じものについては、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。

制御回路５０は、処理サイクル毎に電流設定値を増加させ、前サイクルにおいて取得された出力信号の周波数を第１の周波数情報として取得し、現サイクルにおいて取得された出力信号の周波数を第２の周波数情報として取得する。そして、制御回路５０は、第１の周波数情報として取得した第１の周波数に対して第２の周波数情報として取得した第２の周波数が低下した場合、前サイクルにおいて利用した電流設定値を発振回路の発振動作に用いる。また、制御回路５０は、発振動作に用いる電流設定値Ｉｓｅｔをバラツキ情報として取得する。なお、本実施の形態では、制御回路５０は、電流設定値を動作電流の最小値に設定して、処理サイクルの最初のサイクルを行う。また、制御回路５０は、周波数情報を取得する期間は、容量選択値ＣＳによりデジタル制御発振器１３の発振周波数を最大値とする。

続いて、実施の形態３にかかる半導体装置３の動作について説明する。図１９に、実施の形態３にかかる半導体装置３におけるバラツキ情報の取得及び電流設定値の補正の手順を示すフローチャートを示す。実施の形態３にかかる半導体装置３では、外部からの制御信号ＣＮＴを用いた操作、制御回路５０を動作させるバラツキ情報取得プログラム（例えば、ファームウェア）、又は、制御回路５０に内蔵されたシーケンサ等により図１９に示した動作が実現される。

図１９に示すように、制御回路５０は、バラツキ情報（例えば、プロセス値）の取得処理を開始すると、まず、スイッチＳＷ１を遮断状態とする（ステップＳ３１）。これにより、発振回路５０は、デジタル制御発振器１３への周波数制御値ＦＣの伝達を遮断する。また、デジタル制御発振器１３は、周波数制御値ＦＣの伝達が遮断されることによって周波数調整部３１の可変容量が全て無効になる。

続いて、制御回路５０は、容量選択値ＣＳをデジタル制御発振器１３の発振周波数を最大周波数とする値に設定する（ステップＳ３２）。その後、制御回路５０は、電流設定値Ｉｓｅｔを最小値（例えば、１）に設定する（ステップＳ３３）。そして、制御回路５０は、カウンタ１５によって、第１の周波数ｆ１を第１の周波数情報として取得する（ステップＳ３４）。

続いて、制御回路５０は、電流設定値Ｉｓｅｔを１つ増加させた値に設定する（ステップＳ３）。そして、制御回路５０は、カウンタ１５によって、第２の周波数ｆ２を第２の周波数情報として取得する（ステップＳ３６）。

続いて、制御回路５０は、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との周波数差（ｆ１−ｆ２）に基づき、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が低下したか否かを判断する（ステップＳ３７）。そして、ステップＳ３７において、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が増加していると判断された場合（ステップＳ３７のＮＯの枝）、制御回路５０は、現サイクルの第２の周波数ｆ２を次サイクルの第１の周波数ｆ１とする（ステップＳ３８）。そして、再度、電流設定値を１つ増加した値に設定し（ステップＳ３５）。現サイクルの出力信号Ｆｏｕｔの周波数を第２の周波数ｆ２として取得する（ステップＳ３６）。そして、このステップＳ３５からステップＳ３８の処理サイクルを、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が低下したと判断されるまで繰り返す（ステップＳ３７）。

そして、ステップＳ３７において、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が低下したと判断された場合（ステップＳ３７のＹＥＳの枝）、制御回路５０は、ステップＳ３５で設定した動作電流値を１減少させた動作電流値を最終的な動作電流値として保持し（ステップＳ３９）、処理を終了する。

その後、制御回路５０は、取得した電流設定値と、予め設定された基準電流設定値との差分に基づきバラツキ情報を取得することができる。なお、実施の形態３では、図１９で示したフローチャートの手順により取得された電流設定値Ｉｓｅｔがそのまま補正後の動作電流値となる。

ここで、実施の形態３にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得動作中の電流設定値と出力信号の周波数の変化を示すグラフを図２０に示す。図２０に示すように、動作電流値の増加に応じて出力信号Ｆｏｕｔの周波数は上昇する。そして、動作電流値がｎからｎ＋１に変化した時点で出力信号Ｆｏｕｔの周波数は低下する。つまり、制御回路５０は、動作電流値をｎからｎ＋１に変化させたことにより生じる出力信号Ｆｏｕｔの周波数の低下に応じて、周波数情報の取得処理を終了する。

また、図１９に示したフローチャートに従った動作を行った場合における半導体装置３の動作を示すタイミングチャートを図２１に示す。図２１に示すように、半導体装置３は、バラツキ情報を取得する場合、まず、容量選択値ＣＳを最小値に設定し、電流設定値Ｉｓｅｔを最小値に設定して、デジタル制御発振器１３を動作させる。このとき、デジタル制御発振器１３が出力する出力信号Ｆｏｕｔの周波数は、第１の周波数ｆ１となる。また、制御回路５０は、一定の期間、電流設定値を維持して出力信号Ｆｏｕｔの周波数を取得する。

そして、第１の周波数取得期間が終了後に、制御回路５０は、容量選択値ＣＳを最小値で維持したまま、電流設定値Ｉｓｅｔを１つ増加させる。これにより、デジタル制御発振器１３が出力する出力信号Ｆｏｕｔの周波数は、第２の周波数ｆ２となる。そして、制御回路５０は、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が低下するまで電流設定値Ｉｓｅｔを増加させ、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が低下に転じた電流設定値よりも１つ小さな値の電流設定値を最終的な電流設定値とする。

上記説明より、実施の形態３にかかる半導体装置３では、出力信号Ｆｏｕｔの周波数が増加から低下に転じるまで電流設定値を徐々に変化させることで、出力信号Ｆｏｕｔの振幅及び位相雑音が最も良好な特性となる電流設定値を決定する。そして、実施の形態３では、決定された電流設定値と予め設定された基準電流設定値との差分の大きさに基づきトランジスタのバラツキ情報を取得することができる。

また、実施の形態３にかかる半導体装置３では、プロセスモニタ２１を用いることなく、最適な電流設定値を決定することができる。このように、実施の形態３にかかる半導体装置３では、プロセスモニタ２１を用いる必要がないため、回路面積を削減することができる。

また、実施の形態３にかかる半導体装置３では、周波数情報を取得する時点で発振回路１０が最適に動作しうる電流設定値を決定することができる。つまり、実施の形態３にかかる半導体装置３では、温度モニタを用いることなく温度の情報を加味した最適な電流設定値を決定することができる。実施の形態３にかかる半導体装置３は、半導体装置３の動作特性を温度対する追従性を高めることができる。

実施の形態４
実施の形態４では、実施の形態１にかかる半導体装置１において取得したバラツキ情報を用いて他の回路の特性を補正する実施例について説明する。そこで、実施の形態４にかかる半導体装置４のブロック図を図２２に示す。図２２に示す半導体装置４は、無線回路ＲＦ及びベースバンド回路ＢＢを有する。また、図４では、半導体装置４に付随して設けられるアンテナＡＮＴ、アンテナスイッチＳＷａｎｔ及び外部発振器ＴＣＸＯを示した。

無線回路ＲＦは、アンテナを介して得た無線信号をベースバンド信号に復調する復調処理と、ベースバンド回路ＢＢから出力された送信データを無線信号に変調する変調処理と、を行う。ベースバンド回路ＢＢは、ベースバンド信号に対する復号処理と、送信データに対する符号処理と、を行う。なお、ベースバンド回路ＢＢは、無線回路ＲＦに対する制御信号ＣＮＴを出力する。

無線回路ＲＦは、送信側ローカル信号生成回路１ａ、送信側ローカル信号生成回路１ｂ受信回路６０、送信回路８０を有する。なお、受信側ローカル信号生成回路１ａ及び送信側ローカル信号生成回路１ｂは、実施の形態１にかかる半導体装置１の回路ブロックを含む。図２２では、受信側ローカル信号生成回路１ａに含まれる回路ブロックの符号として、実施の形態１にかかる半導体装置１の回路ブロックと同じ符号にａを加えたものを用いた。また、送信側ローカル信号生成回路１ｂに含まれる回路ブロックの符号として、実施の形態１にかかる半導体装置１の回路ブロックと同じ符号にｂを加えたものを用いた。なお、半導体装置４では、発振回路１０ａ、１０ｂは、外部発振器ＴＣＸＯが出力する信号を基準信号Ｆｒｅｆとして利用する。

受信側ローカル信号生成回路１ａは、実施の形態１にかかる半導体装置１の動作によってバラツキ情報を取得する。このバラツキ情報は、制御回路２０ａが取得する。そして、制御回路２０ａは、取得したバラツキ情報を受信回路６０に与える。また、受信側ローカル信号生成回路１ａの発振回路１０ａは、出力信号Ｆｏｕｔをローカル信号として受信回路６０に与える。

送信側ローカル信号生成回路１ｂは、実施の形態１にかかる半導体装置１の動作によってバラツキ情報を取得する。このバラツキ情報は、制御回路２０ｂが取得する。そして、制御回路２０ｂは、取得したバラツキ情報を送信回路８０に与える。また、送信側ローカル信号生成回路１ｂの発振回路１０ｂは、出力信号Ｆｏｕｔをローカル信号として送信回路８０に与える。

受信回路６０は、ローノイズアンプ６１、位相シフタ６２、ミキサ６３、６４、フィルタ回路６５、６６、可変ゲインアンプ６７、６８、デコーダ７０〜７４を有する。

ローノイズアンプ６１は、アンテナＡＮＴを介して得られた無線信号を増幅して後段回路に伝達する。デコーダ７０は、受信側ローカル信号生成回路１ａの制御回路２０ａから与えられるバラツキ情報をデコードしてローノイズアンプ６１に対する補正信号を生成する。

位相シフタ６２は、受信側ローカル信号生成回路１ａの発振回路１０ａが出力するローカル信号の位相をシフトさせてミキサ６３及びミキサ６４に与える。この位相シフタ６２は、出力信号ＦｏｕｔからＩ信号とＱ信号を生成する。デコーダ７２は、受信側ローカル信号生成回路１ａの制御回路２０ａから与えられるバラツキ情報をデコードして位相シフタ６２に対する補正信号を生成する。

ミキサ６３及びミキサ６４は、ローノイズアンプ６１から出力された無線信号をＩ信号及びＱ信号を用いて復調する。デコーダ７１は、受信側ローカル信号生成回路１ａの制御回路２０ａから与えられるバラツキ情報をデコードしてミキサ６３及びミキサ６４に対する補正信号を生成する。

フィルタ回路６５及びフィルタ回路６６は、ミキサ６３及びミキサ６４で復調された信号に含まれるノイズ成分を除去する。デコーダ７３は、受信側ローカル信号生成回路１ａの制御回路２０ａから与えられるバラツキ情報をデコードしてフィルタ回路６５及びフィルタ回路６６に対する補正信号を生成する。

可変ゲインアンプ６７及び可変ゲインアンプ６８は、フィルタ回路６５及びフィルタ回路６６から出力された信号の振幅を所定の振幅に増幅して、ベースバンド回路ＢＢに出力する。デコーダ７４は、受信側ローカル信号生成回路１ａの制御回路２０ａから与えられるバラツキ情報をデコードして可変ゲインアンプ６７及び可変ゲインアンプ６８に対する補正信号を生成する。

送信回路８０は、フィルタ回路８１、９２、位相シフタ８３、ミキサ８４、８５、加算器８６、パワーアンプ８７、デコーダ９０〜９３を有する。

フィルタ回路８１は、ベースバンド回路ＢＢから入力される送信データのノイズ成分を除去する。デコーダ９３は、受信側ローカル信号生成回路１ｂの制御回路２０ｂから与えられるバラツキ情報をデコードしてフィルタ回路８１及びフィルタ回路８２に対する補正信号を生成する。

位相シフタ８３は、送信側ローカル信号生成回路１ｂの発振回路１０ｂが出力するローカル信号の位相をシフトさせてミキサ８４及びミキサ８５に与える。この位相シフタ８３は、出力信号ＦｏｕｔからＩ信号とＱ信号を生成する。デコーダ９２は、送信側ローカル信号生成回路１ｂの制御回路２０ｂから与えられるバラツキ情報をデコードして位相シフタ８３に対する補正信号を生成する。

ミキサ８４及びミキサ８５は、フィルタ回路８１及びフィルタ回路８２を介して得られる送信データをＩ信号及びＱ信号を用いて変調して送信信号を生成する。また、加算器８６は、ミキサ８４及びミキサ８５から出力される送信信号を合成してパワーアンプ８７に出力する。デコーダ９１は、送信側ローカル信号生成回路１ｂの制御回路２０ｂから与えられるバラツキ情報をデコードしてミキサ８４、８５及び加算器８６に対する補正信号を生成する。

パワーアンプ８７は、加算器８６が出力した信号を増幅してアンテナＡＮＴを駆動する。デコーダ９０は、送信側ローカル信号生成回路１ｂの制御回路２０ｂから与えられるバラツキ情報をデコードしてパワーアンプ８７に対する補正信号を生成する。

実施の形態４にかかる半導体装置４では、機能の異なる複数の回路を有する。これら複数の回路は、それぞれ回路素子のバラツキに対して変動する回路特性が異なる。そのため、半導体装置４では、回路の種類に応じて補正回路（例えば、複数のデコーダ）を設け、当該複数のデコーダを用いて１つのバラツキ情報から対応する回路に対する補正信号を個別に生成する。これにより、半導体装置４では、受信側ローカル信号生成回路１ａ及び送信側ローカル信号生成回路１ｂで取得されたバラツキ情報により異なる補正要素を有する複数の回路の特性を補正することができる。

このように、実施の形態１〜実施の形態３にかかる半導体装置におけるバラツキ情報の取得方法を用いてバラツキ情報を取得することで、半導体装置内の他の回路ブロックに対する補正処理を行うことができる。一方、単に回路素子のバラツキを補正するのみのバラツキ抑制方法を採用した場合は、補正対象の回路の特性しか補正することができず、複数の回路がある場合は回路毎にバラツキ検出手段及び補正手段を設けなければならず回路面積が大きくなる問題が発生する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１〜４ 半導体装置
１ａ 受信側ローカル信号生成回路
１ｂ 送信側ローカル信号生成回路
１０、１０ａ、１０ｂ、４０ 発振回路
１１、１１ａ、１１ｂ 位相比較器
１２、１２ａ、１２ｂ フィルタ回路
１３ デジタル制御発振器
１４ 分周器
１５ カウンタ
２０、４１、５０ 制御回路
２１ プロセスモニタ
２２ 温度モニタ
３０ 周波数帯域設定部
３１ 周波数調整部
３２ 可変電流源
６０ 受信回路
６１ ローノイズアンプ
６２、８３ 位相シフタ
６３、６４、８４、８５ ミキサ
６５、６６、８１、８２ フィルタ回路
６７、６８ 可変ゲインアンプ
７０〜７４、９０〜９３ デコーダ
８０ 送信回路
８６ 加算器
８７ パワーアンプ
ＳＷ１ スイッチ回路
ＳＷｃ１〜ＳＷｃｍ、ＳＷｆ１〜ＳＷｆｎ、ＳＷｉ１〜ＳＷｉｋ スイッチ
Ｃｃ１ａ〜Ｃｃｍａ、Ｃｃ１ｂ〜Ｃｃｍｂ コンデンサ
Ｃｆ１ａ〜Ｃｆｎａ、Ｃｆ１ｂ〜Ｃｆｎｂ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒｋ 抵抗
ＭＮｉ１〜ＭＮｉｋ ＮＭＯＳトランジスタ
ＣＳ 容量選択値
ＦＣ 周波数制御値
Ｉｓｅｔ 電流設定値
Ｆｏｕｔ 出力信号
ＲＦ 無線回路
ＢＢ ベースバンド回路
ＴＣＸＯ 外部発振器
ＳＷａｎｔ アンテナスイッチ
ＡＮＴ アンテナ

Claims (10)

1. 所定の周波数を有する出力信号を出力する発振回路と、
   前記発振回路の動作電流を第１の電流値と第２の電流値との間で切り替える電流設定値を出力する制御回路と、
   前記動作電流を前記第１の電流値に設定した状態の前記出力信号の周波数に関する第１の周波数情報と、前記動作電流を前記第２の電流値に設定した状態の前記出力信号の周波数に関する第２の周波数情報と、の差分値と、前記発振回路を構成する回路素子のバラツキ量と、の関係を対応づけたテーブル情報を有するルックアップテーブルと、を有し、
   前記制御回路は、
   前記第１の周波数情報と前記第２の周波数情報と、を取得し、
   前記ルックアップテーブルを参照して前記第１の周波数情報と前記第２の周波数情報との前記差分値に対応した前記回路素子の製造バラツキ情報を取得し、
   取得した前記製造バラツキ情報に応じて前記発振回路の発振動作に用いる前記電流設定値を補正する半導体装置。
2. 前記制御回路は、前記製造バラツキ情報に基づき前記発振回路の発振動作に用いる前記電流設定値を補正する請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１の周波数情報は、前記動作電流を前記第１の電流値に設定した状態の前記出力信号の周波数であり、
   前記第２の周波数情報は、前記動作電流を前記第２の電流値に設定した状態の前記出力信号の周波数であり、
   前記制御回路は、前記第１の周波数情報として取得した第１の周波数と前記第２の周波数情報として取得した第２の周波数との周波数差に基づき前記発振回路の発振動作に用いる前記電流設定値を補正する請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記発振回路は、可変容量を有し、前記可変容量の容量値に応じて前記出力信号の周波数が設定され、
   前記制御回路は、前記可変容量の容量値を指定する容量選択値を出力し、前記第１の周波数情報及び前記第２の周波数情報を取得する期間は、前記可変容量の容量値を前記出力信号の周波数が最大となる値に設定する請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記発振回路は、
   基準信号と、前記出力信号から生成した帰還信号と、の位相差に応じた大きさを有する位相差検出値を出力する位相差比較器と、
   前記位相差検出値に対してフィルタ処理を施して周波数制御値を生成するフィルタ回路と、
   前記周波数制御値に応じて前記出力信号の周波数を制御する発振器と、
   前記フィルタ回路と前記発振器との間に設けられるスイッチ回路と、
   前記出力信号を分周して前記帰還信号を生成する分周回路と、を有し、
   前記制御回路は、前記第１の周波数情報及び前記第２の周波数情報を取得する期間は、前記スイッチ回路を遮断状態として前記発振器への前記周波数制御値の伝達を遮断する請求項１に記載の半導体装置。
6. 前記発振回路は、可変容量を有し、前記可変容量の容量値に応じて前記出力信号の周波数が設定され、
   前記制御回路は、
   前記可変容量の容量値を指定する容量選択値を出力し、
   前記出力信号の周波数の目標値を設定し、かつ、前記動作電流を前記第１の電流値に設定した状態で前記発振回路に前記出力信号の生成を開始させ、前記出力信号の周波数が前記目標値となるように前記容量選択値を調整し、前記出力信号の周波数が前記目標値となった状態における前記容量選択値を前記第１の周波数情報として取得し、
   前記動作電流を前記第２の電流値に設定した状態で前記発振回路に前記出力信号の生成を開始させ、前記出力信号の周波数が前記目標値となるように前記容量選択値を調整し、前記出力信号の周波数が前記目標値となった状態における前記容量選択値を前記第２の周波数情報として取得し、
   前記第１の周波数情報として取得した第１の容量選択値と前記第２の周波数情報として取得した第２の容量選択値との差分値に基づき前記発振回路の発振動作に用いる前記電流設定値を補正する請求項１に記載の半導体装置。
7. 前記ルックアップテーブルは、複数の前記テーブル情報を有し、前記半導体装置と同一基板上に形成された温度センサ、又は、外部から取得した温度情報に基づき、利用する前記テーブル情報を切り替える請求項１に記載の半導体装置。
8. 前記出力信号の周波数を計測するカウンタを有する請求項１に記載の半導体装置。
9. 前記発振回路が出力する前記出力信号を用いて復調処理を行う受信回路と、
   前記発振回路が出力する前記出力信号を用いて変調処理を行う送信回路と、を有し、
   前記受信回路と、前記送信回路は、それぞれ前記制御回路が取得した前記製造バラツキ情報に基づき自回路に対する補正信号を生成する補正回路を有する請求項１に記載の半導体装置。
10. 所定の周波数を有する出力信号を発振する発振回路と、
    前記発振回路の動作電流を第１の電流値と第２の電流値との間で切り替える電流設定値を出力する制御回路と、前記動作電流を前記第１の電流値に設定した状態の前記出力信号の周波数に関する第１の周波数情報と、前記動作電流を前記第２の電流値に設定した状態の前記出力信号の周波数に関する第２の周波数情報と、の差分値と、前記発振回路を構成する回路素子のバラツキ量と、の関係を対応づけたテーブル情報を有するルックアップテーブルと、を有する半導体装置においてトランジスタの製造バラツキ情報を取得するバラツキ情報取得プログラムであって、
    前記制御回路に
    前記動作電流を前記第１の電流値に設定した状態の前記出力信号の周波数に関する第１の周波数情報を取得させ、
    前記動作電流を前記第２の電流値に設定した状態の前記出力信号の周波数に関する第２の周波数情報を取得させ、
    前記ルックアップテーブルを参照して前記第１の周波数情報と前記第２の周波数情報との前記差分値に対応した前記回路素子の前記製造バラツキ情報を取得し、
    取得した前記製造バラツキ情報に応じて前記発振回路の発振動作に用いる前記電流設定値を補正するバラツキ情報取得プログラム。

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