JP6645909B2 - Ｄｃｄｃコンバータ及びそれを備えた無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣＤＣコンバータ及びそれを備えた無線通信装置に関し、回路規模を増大させることなくノイズを低減させるのに適したＤＣＤＣコンバータ及びそれを備えた無線通信装置に関する。

無線通信装置には、各機能ブロックに供給される電圧を生成する電圧生成部が搭載されている。近年では、低消費電力化のため、電圧生成部としてＬＤＯレギュレータに代えてＤＣＤＣコンバータが設けられている。しかしながら、ＤＣＤＣコンバータのスイッチング動作に起因して発生する高調波成分（ノイズ）は、無線通信装置の受信感度を劣化させたり、送信の不要輻射抑圧を劣化させてしまうという問題があった。

このような問題に対する解決策が特許文献１及び特許文献２に開示されている。

特許文献１に開示された構成は、出力電圧に応じてチャージポンプのスイッチング動作の周波数を調整することにより、当該チャージポンプで発生するノイズを最適化している。しかしながら、特許文献１に開示された構成では、出力電圧だけでなく入力電圧が変化する場合にもスイッチング動作の周波数がダイナミックに変化するため、入力電圧が広範囲に変化する構成では、ノイズの最適化が困難であった。

それに対し、特許文献２に開示された構成は、２つのＤＣＤＣコンバータを用いて入力電圧をそれぞれ中間電圧に変換した後、それらを合成して出力電圧を生成している。ここで、２つのＤＣＤＣコンバータからそれぞれ出力される中間電流の位相は１８０度ずれている。それにより、それら中間電流を合成することで生成された出力電流の振幅が小さくなるため、高調波成分（ノイズ）の発生を抑制することができる。

米国特許出願公開第２０１５／０００２１９５号明細書 米国特許第７，３０１，４００号明細書

しかしながら、特許文献２に開示された構成では、複数のＤＣＤＣコンバータが必要になるため、回路規模が増大してしまうという問題があった。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、ＤＣＤＣコンバータは、パルス信号を生成するパルス信号生成部と、入力端子及び出力端子間に設けられ前記パルス信号によりオンオフが制御される第１スイッチ部を有し、前記入力端子に供給される入力電圧を降圧した出力電圧を前記出力端子から出力する電圧変換部と、前記入力電圧の値に基づいて、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値を制御する制御部と、を備える。

他の実施の形態によれば、ＤＣＤＣコンバータは、パルス信号を生成するパルス信号生成部と、一端が出力端子に接続されたインダクタと、入力端子と前記インダクタの他端との間に設けられ、前記パルス信号によりオンオフが制御される第１スイッチ部と、基準電圧端子と前記インダクタの他端との間に設けられ、前記パルス信号により前記第１スイッチ部と相補的にオンオフが制御される第２スイッチ部と、前記入力端子に供給される入力電圧の値に基づいて、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値、及び、オン状態の前記第２スイッチ部に流れる電流の値、を制御する制御部と、を備える。

前記一実施の形態によれば、回路規模を増大させることなくノイズを低減させることが可能なＤＣＤＣコンバータ及びそれを備えた無線通信装置を提供することができる。

実施の形態１にかかるＤＣＤＣコンバータが設けられた無線通信システムの構成例を示すブロック図である。 図１に示すＤＣＤＣコンバータの具体的構成の一例を示す図である。 図１に示すＤＣＤＣコンバータにおける入力電圧とスプリアスとの関係を示す図である。 図１に示すＤＣＤＣコンバータに設けられたスイッチ部ＳＷ１及び可変抵抗ＶＲ１の第１具体的構成例を示す図である。 図１に示すＤＣＤＣコンバータに設けられたスイッチ部ＳＷ２及び可変抵抗ＶＲ２の第１具体的構成例を示す図である。 図１に示すＤＣＤＣコンバータに設けられた可変抵抗ＶＲ１の第２具体的構成例を示す図である。 図１に示すＤＣＤＣコンバータに設けられた可変抵抗ＶＲ２の第２具体的構成例を示す図である。 実施の形態２にかかるＤＣＤＣコンバータが設けられた無線通信システムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態３にかかるＤＣＤＣコンバータが設けられた無線通信システムの構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として実施の形態の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（動作ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るＤＣＤＣコンバータが設けられた無線通信システムＳＹＳ１の構成例を示すブロック図である。無線通信システムＳＹＳ１は、例えばスマートメータ、携帯電話、又は、カーナビゲーションシステム等に適用される。本実施の形態に係るＤＣＤＣコンバータは、入力電圧の値に応じてスイッチング動作に用いられるスイッチ部のオン時に流れる電流の値を制御する。それにより、本実施の形態に係るＤＣＤＣコンバータは、回路規模を増大させることなくノイズを低減させることができる。その結果、例えば、無線通信システムＳＹＳ１は、受信感度の劣化を抑制したり、送信信号の不要輻射を抑制したりすることができる。以下、具体的に説明する。

図１に示すように、無線通信システムＳＹＳ１は、無線通信装置１と、アンテナ２と、ＭＣＵ３と、を少なくとも備える。無線通信装置１は、例えば一つの半導体チップ上に形成され、低雑音増幅器１１と、ミキサ１２と、復調部１３と、ＡＤコンバータ１４と、信号処理部１５と、ＰＬＬ回路１９と、基準クロック生成部１６と、分周器１７と、ＤＣＤＣコンバータ１８と、を備える。なお、図１の例では、無線通信装置１に受信経路の回路のみが示されているが、当然ながら、無線通信装置１に送信経路の回路が設けられていてもよい。

低雑音増幅器１１は、外部からアンテナ２を介して無線受信した高周波信号を低雑音で増幅する。なお、低雑音増幅器１１は、高周波信号を増幅する必要がなければ設けられていなくてもよい。本実施の形態では、受信チャネルの周波数帯が９２３．８ＭＨｚ〜９２４．２ＭＨｚ（即ち、中心周波数が９２４ＭＨｚ、帯域幅が４００ＫＨｚ）である場合を例に説明する。

ＰＬＬ回路１９は、基準クロック生成部１６によって生成された基準クロックＲＥＦＣＬＫに基づいて、搬送波信号ＰＬＯを生成する。

ミキサ１２は、ＰＬＬ回路１９によって生成された搬送波信号ＰＬＯに基づいて、低雑音増幅器１１によって増幅された高周波信号の周波数変換を行う。換言すると、ミキサ１２は、搬送波信号ＰＬＯと、増幅された高周波信号と、を掛け合わせることにより、増幅された高周波信号を中間信号に変換する。復調部１３は、ミキサ１２から出力された中間信号をベースバンド信号に復調する。ＡＤコンバータ１４は、アナログのベースバンド信号をデジタルのベースバンド信号に変換する。

信号処理部１５は、例えばベースバンド信号処理部であって、デジタルのベースバンド信号に基づいて所定の処理を実行する。

ＭＣＵ３は、信号処理部１５の処理結果を受け取ると、無線通信装置１に対して次の処理に関する命令を発行したり、図示しない他の周辺回路に対して次の処理の関する命令を発行したりする。

分周器１７は、基準クロックＲＥＦＣＬＫを制御信号Ｓ１に応じた分周比で分周して分周クロックＤＣＬＫを出力する。

ＤＣＤＣコンバータ１８は、スイッチング方式の回路構成を有し、分周クロックＤＣＬＫに同期してスイッチング動作することで、電源（不図示）から供給される入力電圧Ｖｉｎを降圧させた出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。出力電圧Ｖｏｕｔは、無線通信装置１に設けられた各機能ブロック（低雑音増幅器１１、ミキサ１２、復調部１３、ＡＤコンバータ１４、信号処理部１５、基準クロック生成部１６、分周器１７、ＰＬＬ回路１９等）に供給される。

（ＤＣＤＣコンバータ１８の構成例）
図２は、ＤＣＤＣコンバータ１８の具体的構成の一例を示す図である。

図２に示すように、ＤＣＤＣコンバータ１８は、パルス信号生成部１８１と、電圧モニタ１８２と、制御回路（制御部）１８３と、記憶回路１８４と、スイッチ部（第１スイッチ部）ＳＷ１と、スイッチ部（第２スイッチ部）ＳＷ２と、可変抵抗ＶＲ１と、可変抵抗ＶＲ２と、インダクタＬ１と、コンデンサＣ１と、を備える。なお、ＤＣＤＣコンバータ１８の構成要素のうち、パルス信号生成部１８１、電圧モニタ１８２、制御回路１８３、記憶回路１８４以外の構成要素により、電圧変換部が構成される。

パルス信号生成部１８１は、分周器１７から出力された分周クロックＤＣＬＫの周波数に応じた所定の周波数、かつ、出力電圧Ｖｏｕｔに応じたパルス幅のパルス信号Ｐ１，Ｐ２を出力する。なお、パルス信号Ｐ１，Ｐ２は同じ変化をする。

例えば、パルス信号Ｐ１、Ｐ２のパルス幅は、出力電圧Ｖｏｕｔが所望電圧より大きくなると狭くなり（スイッチ部ＳＷ１のオン期間が短くなり）、出力電圧Ｖｏｕｔが所望電圧より小さくなると広くなる（スイッチ部ＳＷ１のオン期間が長くなる）。それにより、出力電圧Ｖｏｕｔが所望の電圧レベルに保たれる。

スイッチ部ＳＷ１及び可変抵抗ＶＲ１は、入力端子ＩＮとインダクタＬ１の一端（ノードＮ１）との間に直列に設けられている。スイッチ部ＳＷ１は、パルス信号Ｐ１に基づいてオンオフ制御される。可変抵抗ＶＲ１は、制御回路１８３からの制御信号Ｓ１により抵抗値が制御される。スイッチ部ＳＷ２及び可変抵抗ＶＲ２は、接地電圧端子（基準電圧端子）ＧＮＤとノードＮ１との間に直列に設けられている。スイッチ部ＳＷ２は、パルス信号Ｐ２に基づいて、スイッチ部ＳＷ１と（より好ましくはデッドタイムを挟んで）相補的にオンオフ制御される。可変抵抗ＶＲ２は、制御回路１８３からの制御信号Ｓ１により抵抗値が制御される。なお、入力端子ＩＮには、電源（不図示）からの入力電圧Ｖｉｎが供給される。接地電圧端子ＧＮＤには、接地電圧ＧＮＤが供給される。

インダクタＬ１の他端（ノードＮ２）は、出力端子ＯＵＴに接続されている。コンデンサＣ１は、出力端子ＯＵＴと接地電圧端子ＧＮＤとの間に設けられている。

電圧モニタ１８２は、入力端子ＩＮに供給される入力電圧Ｖｉｎの値をモニタする。記憶回路１８４には、例えば、入力電圧Ｖｉｎの値と、可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２のそれぞれの抵抗値（オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２のそれぞれに流れる電流の値）と、の関係を示す情報が格納されている。

制御回路１８３は、電圧モニタ１８２により検知された入力電圧Ｖｉｎの値に対応する可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２のそれぞれの抵抗値の情報を記憶回路１８４から読み出して、可変抵抗ＶＲ１,ＶＲ２のそれぞれの抵抗値を制御する。それにより、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２のそれぞれに流れる電流の値が制御される。換言すると、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２のそれぞれの駆動能力が制御される。制御回路１８３による制御方法の詳細については、後述する。

続いて、ＤＣＤＣコンバータ１８の基本動作について説明する。
まず、スイッチ部ＳＷ１がオンし、スイッチ部ＳＷ２がオフすることにより、入力端子ＩＮからスイッチ部ＳＷ１及びインダクタＬ１を介して出力端子ＯＵＴに向けて電流が流れる。このとき、インダクタＬ１には、電流エネルギーが蓄えられる。

その後、スイッチ部ＳＷ１がオフし、スイッチ部ＳＷ２がオンすることにより、入力端子ＩＮからスイッチ部ＳＷ１を介してインダクタＬ１に向けて流れていた電流が遮断される。インダクタＬ１は、直前に流れていた電流の電流値を維持しようとして、蓄えた電流エネルギーを出力端子ＯＵＴに向けて放出する。それにより、接地電圧端子ＧＮＤからスイッチ部ＳＷ２を介して出力端子ＯＵＴに向けて電流が流れる。

このような動作を繰り返すことで、ＤＣＤＣコンバータ１８は、入力電圧Ｖｉｎをパルス信号Ｐ１，Ｐ２のデューティ比に応じた電圧分だけ降圧した出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。

なお、出力電圧Ｖｏｕｔは、パルス信号生成部１８１にフィードバックされる。そして、パルス信号生成部１８１は、出力電圧Ｖｏｕｔが所望電圧より大きい場合には、パルス信号Ｐ１，Ｐ２のパルス幅を狭くすることで当該パルス信号Ｐ１，Ｐ２のデューティ比を小さくし、出力電圧Ｖｏｕｔが所望電圧より小さい場合には、パルス信号Ｐ１，Ｐ２のパルス幅を広くすることで当該パルス信号Ｐ１，Ｐ２のデューティ比を大きくする。それにより、出力電圧Ｖｏｕｔが所望電圧に安定する。

無線通信装置１は、ＤＣＤＣコンバータ１８を用いることにより、電源からＤＣＤＣコンバータ１８に向けて間欠的に電流を流すことができるため、ＬＤＯレギュレータを用いる場合等と比較して、消費電力の増大を抑制することができる。

（制御回路１８３による制御方法の詳細）
続いて、制御回路１８３による、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２のそれぞれに流れる電流の値の制御方法の詳細について説明する。

図３は、ＤＣＤＣコンバータ１８における入力電圧Ｖｉｎと受信信号帯域内のスプリアスとの関係を示す図である。図３において、横軸が入力電圧Ｖｉｎを表し、縦軸がスプリアスを表している。本実施の形態では、無線通信装置１の受信感度の劣化、及び、送信信号の不要輻射抑圧の劣化を防ぐため、ノイズ成分であるスプリアスを−１０５ｄＢｍ未満に抑えることが求められている場合を例に説明する。

図３に示すように、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値が一定の場合（スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の駆動能力が一定の場合）には、入力電圧Ｖｉｎが大きくなるほど出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりによるリンギングが大きくなるため、スプリアスは増加し、入力電圧Ｖｉｎが小さくなるほど出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりによるリンギングが小さくなるため、スプリアスは減少している。

また、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値が大きいほど（スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の駆動能力が大きいほど）、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりによるリンギングが大きくなるため、スプリアスは増大している。他方、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値が小さいほど（スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の駆動能力が小さいほど）、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりによるリンギングが小さくなるため、スプリアスは減少している。

ここで、電源の消費電力をＰｉｎ、無線通信装置１の消費電力をＰ_ＲＦ、ＤＣＤＣコンバータ１８の電力変換効率をηとすると、以下の式（１）の関係が成り立つ。なお、その他の消費電力が一定の場合、電力変換効率ηは、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値（スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の駆動能力）が高ければ高くなるということができる。

入力端子ＩＮに供給される電圧の値をＶｉｎ、入力端子ＩＮに流れる電流の値をＩｉｎとすると、Ｐｉｎ＝Ｉｉｎ・Ｖｉｎとなるため、式（１）より、以下の式（２）の関係が成り立つ。

ここで、電源の長寿命化のため、電流値Ｉｉｎはできるだけ小さいことが望ましい。本実施の形態では、電流値Ｉｉｎの単位を除いた大きさが１．００Ｐ_ＲＦ未満であることが求められている場合を例に説明する。

式（２）を見てもわかるように、電流値Ｉｉｎは、電圧値Ｖｉｎの低下に伴って大きくなる。そのため、電圧値Ｖｉｎが低い場合には、電流値Ｉｉｎが所望値１．００Ｐ_ＲＦ未満を示すように、電力変換効率ηを高く設定する必要がある。換言すると、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値を増加させる必要がある。

例えば、電力変換効率ηが０．５の場合において、電圧値Ｖｉｎが３．６Ｖから１．８Ｖに低下すると、式（３）及び式（４）に示すように、電流値Ｉｉｎは、約０．５６Ｐ_ＲＦから約１．１１Ｐ_ＲＦに上昇する。つまり、電力変換効率ηが０．５かつ電圧値Ｖｉｎが１．８Ｖの場合、電流値Ｉｉｎは所望値１．００Ｐ_ＲＦ未満に抑えられなくなってしまう。そこで、電圧値Ｖｉｎが１．８Ｖと低い場合には、電力変換効率ηを例えば０．５から０．９に切り替える。換言すると、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値を増加させる。それにより、式（５）に示すように、電流値Ｉｉｎは、所望値１．００Ｐ_ＲＦ未満の約０．６２Ｐ_ＲＦに抑えられる。

一方、式（２）を見てもわかるように、電流値Ｉｉｎは、電圧値Ｖｉｎの上昇に伴って小さくなる。そのため、電圧値Ｖｉｎが高い場合には、電力変換効率ηに関わらず電流値Ｉｉｎは所望値１．００Ｐ_ＲＦ未満に抑えられる。

しかしながら、図３に示すように、電圧値Ｖｉｎが高い場合において、電力変換効率ηが高い場合には、スプリアスが所望値−１０５ｄＢｍ以上に増加してしまう。そこで、電圧値Ｖｉｎが高い場合には、スプリアスが所望値−１０５ｄＢｍ未満を示すように、電力変換効率ηを低く設定する。換言すると、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値を減少させる。

例えば、電圧値Ｖｉｎが３．６Ｖの場合には、電力変換効率ηを０．９から０．５に切り替える。それにより、電圧値Ｖｉｎが高い場合でも、スプリアスを所望値−１０５ｄＢｍ未満に抑えることができる。なお、式（３）に示すように、電圧値Ｖｉｎが３．６Ｖと高い場合には、電力変換効率ηを０．５まで低くしても、電流値Ｉｉｎは、所望値１．００Ｐ_ＲＦ未満の約０．５６Ｐ_ＲＦに抑えられる。

なお、図３に示すように、電圧値Ｖｉｎが３．６Ｖの場合に限られず、スプリアスが所望値−１０５ｄＢｍ以上を示す場合には、電力変換効率ηを低下させることで（即ち、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値を減少させることで）、スプリアスは常に所望値−１０５ｄＢｍ未満に抑えられる。それにより、無線通信システムＳＹＳ１は、受信感度の劣化を抑制したり、送信信号の不要輻射を抑制したりすることができる。

このように、本実施の形態に係るＤＣＤＣコンバータ１８は、入力電圧Ｖｉｎの値に応じてスイッチング動作に用いられるスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２のオン時に流れる電流の値を制御する。それにより、本実施の形態に係るＤＣＤＣコンバータ１８は、回路規模を増大させることなくノイズを低減させることができる。その結果、例えば、無線通信システムＳＹＳ１は、受信感度の劣化を抑制したり、送信信号の不要輻射を抑制したりすることができる。

なお、パルス信号Ｐ１，Ｐ２の周波数の整数倍が、外部から無線受信した高周波信号の周波数帯に含まれない場合、ＤＣＤＣコンバータ１８から発生するノイズが受信感度を劣化させることはない。このような場合には、制御回路１８３は、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値が最大値を示すように制御する。それにより、電力変換効率ηが高くなるため、無駄な消費電力の増大が抑制される。

本実施の形態では、スイッチ部ＳＷ２が設けられた場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、スイッチ部ＳＷ２の代わりに、アノードが接地電圧端子ＧＮＤ側に設けられ、カソードがノードＮ１側に設けられた、ダイオードが設けられてもよい。

（スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２及び可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２の第１具体的構成例）
図４は、ＤＣＤＣコンバータ１８に設けられたスイッチ部ＳＷ１及び可変抵抗ＶＲ１の第１具体的構成例を、それぞれスイッチ部ＳＷ１ａ及び可変抵抗ＶＲ１ａとして示す図である。

図４の例では、スイッチ部ＳＷ１ａ及び可変抵抗ＶＲ１ａとして、入力端子ＩＮとノードＮ１との間にＰチャネルＭＯＳトランジスタ（以下、単にトランジスタと称す）ＭＰ１０〜ＭＰ１９が並列に設けられている。ここで、並列接続されたトランジスタＭＰ１０〜ＭＰ１９は、スイッチ部ＳＷ１ａ及び可変抵抗ＶＲ１ａのそれぞれの機能を有する。

トランジスタＭＰ１０〜ＭＰ１９は、何れも制御信号Ｓ１及びパルス信号Ｐ１に基づいてオンオフ制御される。より具体的には、トランジスタＭＰ１０〜ＭＰ１９のうち、オフに固定するトランジスタの個数が制御信号Ｓ１によって制御され、オフに固定されないトランジスタのオンオフがパルス信号Ｐ１によって制御される。

図５は、ＤＣＤＣコンバータ１８に設けられたスイッチ部ＳＷ２及び可変抵抗ＶＲ２の第１具体的構成例を、それぞれスイッチ部ＳＷ２ａ及び可変抵抗ＶＲ２ａとして示す図である。

図５の例では、スイッチ部ＳＷ２ａ及び可変抵抗ＶＲ２ａとして、接地電圧端子ＧＮＤとノードＮ１との間にＮチャネルＭＯＳトランジスタ（以下、単にトランジスタと称す）ＭＮ１０〜ＭＮ１９が並列に設けられている。ここで、並列接続されたトランジスタＭＮ１０〜ＭＮ１９は、スイッチ部ＳＷ２ａ及び可変抵抗ＶＲ２ａのそれぞれの機能を有する。

トランジスタＭＮ１０〜ＭＮ１９は、何れも制御信号Ｓ１及びパルス信号Ｐ２に基づいてオンオフ制御される。より具体的には、トランジスタＭＮ１０〜ＭＮ１９のうち、オフに固定するトランジスタの個数が制御信号Ｓ１によって制御され、オフに固定されないトランジスタのオンオフがパルス信号Ｐ２によって制御される。

例えば、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１よりも大きい場合、制御信号Ｓ１に基づいて、トランジスタＭＰ１０〜ＭＰ１９のうちオフに固定するトランジスタの個数を増加させる。換言すると、制御信号Ｓ１に基づいて、パルス信号Ｐ１によってオンオフ制御されるトランジスタの個数を減少させる。それにより、オン状態のスイッチ部ＳＷ１ａに流れる電流の値は小さくなる。つまり、スイッチ部ＳＷ１ａの駆動能力は低下する。

また、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１よりも大きい場合、制御信号Ｓ１に基づいて、トランジスタＭＮ１０〜ＭＮ１９のうちオフに固定するトランジスタの個数を増加させる。換言すると、制御信号Ｓ１に基づいて、パルス信号Ｐ２によってオンオフ制御されるトランジスタの個数を減少させる。それにより、オン状態のスイッチ部ＳＷ２ａに流れる電流の値は小さくなる。つまり、スイッチ部ＳＷ２ａの駆動能力は低下する。

その結果、スプリアスが所望値（例えば−１０５ｄＢｍ）未満に抑えられるため、無線通信システムＳＹＳ１は、受信感度の劣化を抑制したり、送信信号の不要輻射を抑制したりすることができる。

なお、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１より高い値を示す所定電圧Ｖ２よりも大きい場合、制御信号Ｓ１に基づいて、トランジスタＭＰ１０〜ＭＰ１９のうちオフに固定するトランジスタの個数をさらに増加させるとともに、トランジスタＭＮ１０〜ＭＮ１９のうちオフに固定するトランジスタの個数をさらに増加させる。

他方、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１以下になった場合、制御信号Ｓ１に基づいて、トランジスタＭＰ１０〜ＭＰ１９のうちオフに固定するトランジスタの個数を減少させる。換言すると、制御信号Ｓ１に基づいて、パルス信号Ｐ１によってオンオフ制御されるトランジスタの個数を増加させる。それにより、オン状態のスイッチ部ＳＷ１ａに流れる電流の値は大きくなる。つまり、スイッチ部ＳＷ１ａの駆動能力は上昇する。

また、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１以下になった場合、制御信号Ｓ１に基づいて、トランジスタＭＮ１０〜ＭＮ１９のうちオフに固定するトランジスタの個数を減少させる。換言すると、制御信号Ｓ１に基づいて、パルス信号Ｐ２によってオンオフ制御されるトランジスタの個数を増加させる。それにより、オン状態のスイッチ部ＳＷ２ａに流れる電流の値は大きくなる。つまり、スイッチ部ＳＷ２ａの駆動能力は上昇する。

その結果、ＤＣＤＣコンバータ１８の電力変換効率が向上するため、無線通信システムＳＹＳ１は、無駄な消費電力の増大を抑制することができる。

なお、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１より低い値を示す所定電圧Ｖ０よりも小さい場合、制御信号Ｓ１に基づいて、トランジスタＭＰ１０〜ＭＰ１９のうちオフに固定するトランジスタの個数をさらに減少させるとともに、トランジスタＭＮ１０〜ＭＮ１９のうちオフに固定するトランジスタの個数をさらに減少させる。

本実施の形態では、スイッチ部ＳＷ１及び可変抵抗ＶＲ１に１０個のトランジスタＭＰ１０〜ＭＰ１９が設けられ、スイッチ部ＳＷ２及び可変抵抗ＶＲ２に１０個のトランジスタＭＰ２０〜ＭＰ２９が設けられた場合を例に説明したが、これに限られない。トランジスタの個数は任意の個数に変更可能である。

（可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２の第２具体的構成例）
図６は、ＤＣＤＣコンバータ１８に設けられた可変抵抗ＶＲ１の第２具体的構成例を可変抵抗ＶＲ１ｂとして示す図である。

図６に示すように、可変抵抗ＶＲ１ｂは、並列接続された抵抗素子Ｒ１０〜Ｒ１９と、抵抗素子Ｒ１０〜Ｒ１９にそれぞれ直列接続されたスイッチ素子ＳＷ１０〜ＳＷ１９と、を備える。ここで、抵抗素子Ｒ１０〜Ｒ１９のそれぞれの抵抗値は異なっている。本例では、抵抗素子Ｒ１０から抵抗素子Ｒ１９にかけて徐々に抵抗値が大きくなっているものとする。

スイッチ素子ＳＷ１０〜ＳＷ１９は、何れも制御信号Ｓ１に基づいてオンオフ制御される。より具体的には、スイッチ素子ＳＷ１０〜ＳＷ１９のうち何れのスイッチ素子をオンにするかが制御信号Ｓ１によって制御される。

図７は、ＤＣＤＣコンバータ１８に設けられた可変抵抗ＶＲ２の第２具体的構成例を可変抵抗ＶＲ２ｂとして示す図である。

図７に示すように、可変抵抗ＶＲ２ｂは、並列接続された抵抗素子Ｒ２０〜Ｒ２９と、抵抗素子Ｒ２０〜Ｒ２９にそれぞれ直列接続されたスイッチ素子ＳＷ２０〜ＳＷ２９と、を備える。ここで、抵抗素子Ｒ２０〜Ｒ２９のそれぞれの抵抗値は異なっている。本例では、抵抗素子Ｒ２０から抵抗素子Ｒ２９にかけて徐々に抵抗値が大きくなっているものとする。

スイッチ素子ＳＷ２０〜ＳＷ２９は、何れも制御信号Ｓ１に基づいてオンオフ制御される。より具体的には、スイッチ素子ＳＷ２０〜ＳＷ２９のうち何れのスイッチ素子をオンにするかが制御信号Ｓ１によって制御される。

例えば、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１よりも大きい場合、制御信号Ｓ１に基づいて、スイッチ素子ＳＷ１０〜ＳＷ１９のうちより大きな抵抗値の抵抗素子（抵抗素子Ｒ１０〜Ｒ１９の何れか）に接続されたスイッチ素子を選択的にオンする。それにより、可変抵抗ＶＲ１ｂの抵抗値が大きくなるため、オン状態のスイッチ部ＳＷ１に流れる電流の値は小さくなる。つまり、スイッチ部ＳＷ１の駆動能力は低下する。

また、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１よりも大きい場合、制御信号Ｓ１に基づいて、スイッチ素子ＳＷ２０〜ＳＷ２９のうちより大きな抵抗値の抵抗素子（抵抗素子Ｒ２０〜Ｒ２９の何れか）に接続されたスイッチ素子を選択的にオンする。それにより、可変抵抗ＶＲ２ｂの抵抗値が大きくなるため、オン状態のスイッチ部ＳＷ２に流れる電流の値は小さくなる。つまり、スイッチ部ＳＷ２の駆動能力は低下する。

その結果、スプリアスが所望値（例えば−１０５ｄＢｍ）未満に抑えられるため、無線通信システムＳＹＳ１は、受信感度の劣化を抑制したり、送信信号の不要輻射を抑制したりすることができる。

なお、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１より高い値を示す所定電圧Ｖ２よりも大きい場合、制御信号Ｓ１に基づいて、スイッチ素子ＳＷ１０〜ＳＷ１９のうちさらに大きな抵抗値の抵抗素子に接続されたスイッチ素子を選択的にオンする。

他方、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１以下になった場合、制御信号Ｓ１に基づいて、スイッチ素子ＳＷ１０〜ＳＷ１９のうちより小さな抵抗値の抵抗素子（抵抗素子Ｒ１０〜Ｒ１９の何れか）に接続されたスイッチ素子を選択的にオンする。それにより、可変抵抗ＶＲ１ｂの抵抗値が小さくなるため、オン状態のスイッチ部ＳＷ１に流れる電流の値は大きくなる。つまり、スイッチ部ＳＷ１の駆動能力は上昇する。

また、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１以下になった場合、制御信号Ｓ１に基づいて、スイッチ素子ＳＷ２０〜ＳＷ２９のうちより小さな抵抗値の抵抗素子（抵抗素子Ｒ２０〜Ｒ２９の何れか）に接続されたスイッチ素子を選択的にオンする。それにおり、可変抵抗ＶＲ２ｂの抵抗値が小さくなるため、オン状態のスイッチ部ＳＷ２に流れる電流の値は大きくなる。つまり、スイッチ部ＳＷ２の駆動能力は上昇する。

その結果、ＤＣＤＣコンバータ１８の電力変換効率が向上するため、無線通信システムＳＹＳ１は、無駄な消費電力の増大を抑制することができる。

なお、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖ１より低い値を示す所定電圧Ｖ０よりも小さい場合、制御信号Ｓ１に基づいて、スイッチ素子ＳＷ２０〜ＳＷ２９のうちさらに小さな抵抗値の抵抗素子に接続されたスイッチ素子を選択的にオンする。

本実施の形態では、可変抵抗ＶＲ１に１０個の抵抗素子Ｒ１０〜Ｒ１９が設けられ、可変抵抗ＶＲ２に１０個の抵抗素子Ｒ２０〜Ｒ２９が設けられた場合を例に説明したが、これに限られない。各可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２に設けられる抵抗素子の個数は任意の個数に変更可能である。

＜実施の形態２＞
図８は、実施の形態２に係る無線通信システムＳＹＳ２を示すブロック図である。

図８に示すように、無線通信システムＳＹＳ２は、無線通信装置１ａと、アンテナ２と、ＭＣＵ３ａと、を備える。ＭＣＵ３ａは、ＭＣＵ３と比較して、電圧モニタ１８２及び制御回路１８３のそれぞれの機能をさらに有する。無線通信装置１ａは、無線通信装置１と比較して、ＤＣＤＣコンバータ１８に代えて、電圧モニタ１８２及び制御回路１８３を備えていないＤＣＤＣコンバータ１８ａを有する。無線通信システムＳＹＳ２のその他の構成については、無線通信システムＳＹＳ１と同様であるため、その説明を省略する。

本実施の形態に係る無線通信システムＳＹＳ２は、無線通信システムＳＹＳ１と同等程度の効果を奏することができる。さらに、無線通信システムＳＹＳ２は、ＭＣＵ３ａを用いて電圧モニタ１８２及び制御回路１８３のそれぞれの機能を実現しているため、汎用的なＤＣＤＣコンバータ１８ａを使用することができる。その結果、例えば製造コストの増大が抑制される。

＜実施の形態３＞
図９は、実施の形態３に係る無線通信システムＳＹＳ３は、無線通信装置１ｂと、アンテナ２と、ＭＣＵ３ｂと、を備える。ＭＣＵ３ｂは、ＭＣＵ３と比較して、電圧モニタ１８２、制御回路１８３、及び、周辺温度（即ちＤＣＤＣコンバータの温度）をモニタする温度モニタ１８５のそれぞれの機能をさらに有する。無線通信装置１ｂは、無線通信装置１と比較して、ＤＣＤＣコンバータ１８に代えて、電圧モニタ１８２及び制御回路１８３を備えていないＤＣＤＣコンバータ１８ｂを有する。無線通信システムＳＹＳ３のその他の構成については、無線通信システムＳＹＳ１と同様であるため、その説明を省略する。

本実施の形態に係る無線通信システムＳＹＳ３は、無線通信システムＳＹＳ１と同等程度の効果を奏することができる。また、無線通信システムＳＹＳ３は、ＭＣＵ３ｂを用いて電圧モニタ１８２、制御回路１８３のそれぞれの機能を実現しているため、汎用的なＤＣＤＣコンバータ１８ｂを使用することができる。その結果、例えば製造コストの増大を抑制することができる。

さらに、無線通信システムＳＹＳ３は、温度モニタ１８５を用いてＤＣＤＣコンバータ１８ｂ周辺温度をモニタし、その検知結果に基づいてオン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値を制御している。それにより、温度変化によってオン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値（具体的には、トランジスタのオン抵抗、抵抗素子の抵抗値等）が変化する場合でも、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値を精度良く制御することができる。その結果、無線通信システムＳＹＳ３は、受信感度の劣化を抑制したり、送信信号の不要輻射を抑制したりすることができる。

本実施の形態では、制御回路１８３が、電圧モニタ１８２の検知結果だけでなく、温度モニタ１８５の検知結果に基づいて、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値を制御する場合を例に説明したが、これに限られない。制御回路１８３は、電圧モニタ１８２の検知結果だけでなく、製造プロセスのばらつきをモニタするプロセスモニタの検知結果に基づいて、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値を制御する構成であってもよい。あるいは、制御回路１８３は、電圧モニタ１８２の検知結果だけでなく、プロセスモニタ及び温度モニタ１８５のそれぞれの検知結果に基づいて、オン状態のスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流の値を制御する構成であってもよい。

また、本実施の形態では、ＭＣＵ３ｂによって温度モニタ１８５の機能が実現される場合を例に説明したが、これに限られない。温度モニタ１８５（及びプロセスモニタ）は、ＭＣＵ３ｂの外部、例えば、無線通信装置１ｂ内に設けられてもよい。

以上のように、上記実施の形態１〜３に係るＤＣＤＣコンバータ及びそれを備えた無線通信装置は、入力電圧Ｖｉｎの値に応じてスイッチング動作に用いられるスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２のオン時に流れる電流の値を制御する。それにより、上記実施の形態１〜３に係るＤＣＤＣコンバータは、回路規模を増大させることなくノイズを低減させることができる。その結果、上記実施の形態１〜３に係るＤＣＤＣコンバータを搭載した無線通信システムは、受信感度の劣化を抑制したり、送信信号の不要輻射を抑制したりすることができる。

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。

例えば、上記の実施の形態に係るＤＣＤＣコンバータでは、半導体基板、半導体層、拡散層（拡散領域）などの導電型（ｐ型もしくはｎ型）を反転させた構成としてもよい。そのため、ｎ型、及びｐ型の一方の導電型を第１の導電型とし、他方の導電型を第２の導電型とした場合、第１の導電型をｐ型、第２の導電型をｎ型とすることもできるし、反対に第１の導電型をｎ型、第２の導電型をｐ型とすることもできる。

１ 無線通信装置
１ａ，１ｂ 無線通信装置
２ アンテナ
３ ＭＣＵ
３ａ，３ｂ ＭＣＵ
１１ 低雑音増幅器
１２ ミキサ
１３ 復調部
１４ ＡＤコンバータ
１５ 信号処理部
１６ 基準クロック生成部
１７ 分周器
１８ ＤＣＤＣコンバータ
１８ａ，１８ｂ ＤＣＤＣコンバータ
１９ ＰＬＬ回路
１８１ パルス信号生成部
１８２ 電圧モニタ
１８３ 制御回路
１８４ 記憶回路
１８５ 温度モニタ
Ｃ１ コンデンサ
ＩＮ 入力端子
Ｌ１ インダクタ
ＭＮ１ 可変トランジスタ
ＭＮ１０〜ＭＮ１９ トランジスタ
ＭＰ１ 可変トランジスタ
ＭＰ１０〜ＭＰ１９ トランジスタ
Ｎ１ ノード
Ｎ２ ノード
ＯＵＴ 出力端子
ＳＷ１ スイッチ部
ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ スイッチ部
ＳＷ２ スイッチ部
ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ スイッチ部
ＳＷ１０〜ＳＷ１９ スイッチ素子
ＳＷ２０〜ＳＷ２９ スイッチ素子
ＳＹＳ１ 無線通信システム
ＳＹＳ２ 無線通信システム
ＳＹＳ３ 無線通信システム
ＶＲ１ 可変抵抗
ＶＲ１ａ，ＶＲ１ｂ 可変抵抗
ＶＲ２ 可変抵抗
ＶＲ２ａ，ＶＲ２ｂ 可変抵抗
Ｒ１０〜Ｒ１９ 抵抗素子
Ｒ２０〜Ｒ２９ 抵抗素子

Claims (10)

1. パルス信号を生成するパルス信号生成部と、
   入力端子及び出力端子間に設けられ前記パルス信号によりオンオフが制御される第１スイッチ部を有し、前記入力端子に供給される入力電圧を降圧した出力電圧を前記出力端子から出力する電圧変換部と、
   前記入力電圧の値に基づいて、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値を制御する制御部と、
   前記入力端子と前記出力端子との間に並列に設けられた抵抗値の異なる複数の第１抵抗素子と、
   を備え、
   前記第１スイッチ部は、前記複数の第１抵抗素子のそれぞれに直列に設けられた複数の第１スイッチ素子を有し、
   前記制御部は、前記入力電圧の値に基づいて、前記第１スイッチ部のオン時において前記複数の第１スイッチ素子のうち何れの第１スイッチ素子をオンにするかを制御する、
   ＤＣＤＣコンバータ。
2. 前記制御部は、前記入力電圧の値が第１所定値より大きい場合、前記入力電圧の値が前記第１所定値以下の場合よりも、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値が小さくなるように制御する、
   請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
3. 前記制御部は、前記入力電圧の値が前記第１所定値より大きな第２所定値より大きい場合、前記入力電圧の値が前記第１所定値より大きく前記第２所定値以下の場合よりも、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値が小さくなるように制御する、
   請求項２に記載のＤＣＤＣコンバータ。
4. 前記電圧変換部は、
   基準電圧端子及び前記出力端子間に設けられ、前記パルス信号により前記第１スイッチ部と相補的にオンオフが制御される第２スイッチ部を有し、
   前記制御部は、前記入力電圧の値に基づいて、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値、及び、オン状態の前記第２スイッチ部に流れる電流の値を制御する、
   請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
5. 前記制御部は、前記入力電圧の値が第１所定値より大きい場合、前記入力電圧の値が前記第１所定値以下の場合よりも、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値、及び、オン状態の前記第２スイッチ部に流れる電流の値が何れも小さくなるように制御する、
   請求項４に記載のＤＣＤＣコンバータ。
6. 前記制御部は、前記入力電圧の値が前記第１所定値より大きな第２所定値より大きい場合、前記入力電圧の値が前記第１所定値より大きく前記第２所定値以下の場合よりも、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値、及び、オン状態の前記第２スイッチ部に流れる電流の値が何れも小さくなるように制御する、
   請求項５に記載のＤＣＤＣコンバータ。
7. 前記基準電圧端子と前記出力端子との間に並列に設けられた抵抗値の異なる複数の第２抵抗素子と、をさらに備え、
   前記第２スイッチ部は、前記複数の第２抵抗素子のそれぞれに直列に設けられた複数の第２スイッチ素子を有し、
   前記制御部は、前記入力電圧の値に基づいて、前記第１スイッチ部のオン時において前記複数の第１スイッチ素子のうち何れの第１スイッチ素子をオンにするかを制御するとともに、前記第２スイッチ部のオン時において前記複数の第２スイッチ素子のうち何れの第２スイッチ素子をオンにするかを制御する、
   請求項４に記載のＤＣＤＣコンバータ。
8. 前記パルス信号生成部は、前記出力電圧の値に応じたパルス幅の前記パルス信号を生成する、請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
9. 前記制御部は、前記入力電圧の値に加えて、前記電圧変換部の温度及び前記電圧変換部のプロセスばらつきの少なくとも何れかに基づいて、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値を制御する、
   請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
10. 入力電圧に応じた出力電圧を生成するＤＣＤＣコンバータと、
    前記出力電圧が供給されることにより動作し、外部から無線受信した高周波信号をベースバンド信号に復調する復調部と、
    前記ベースバンド信号に基づいて所定の処理を実行するベースバンド信号処理部と、
    を備え、
    前記ＤＣＤＣコンバータは、
    パルス信号を生成するパルス信号生成部と、
    入力端子及び出力端子間に設けられ前記パルス信号によりオンオフが制御される第１スイッチ部を有し、前記入力端子に供給される前記入力電圧を降圧した前記出力電圧を前記出力端子から出力する電圧変換部と、
    前記入力電圧の値に基づいて、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記パルス信号の周波数の整数倍が、外部から無線受信した高周波信号の周波数帯に含まれない場合、オン状態の前記第１スイッチ部に流れる電流の値が最大値を示すように制御する、
    無線通信装置。

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