半導体装置及びこれを搭載する無線通信端末
【課題】回路規模の増大を抑止しつつ、ループ帯域の切替に際して生じるオフセットを補償する。
【解決手段】半導体装置(１１０)を構成する位相検出器(１１１)は、発振器(１１４)の出力信号を帰還した帰還信号と参照信号との間の位相差を検出し、位相差に応じた値を示す位相差値を生成する。増幅器(１１２)は、外部からの制御信号に応じて決定される増幅率で、位相差値を増幅する。フィルタ(１１３)は、増幅器(１１２)の出力値を平滑化する。発振器(１１４)は、フィルタ(１１３)の出力値に応じて、出力信号の周波数を制御する。
【解決手段】半導体装置(１１０)を構成する位相検出器(１１１)は、発振器(１１４)の出力信号を帰還した帰還信号と参照信号との間の位相差を検出し、位相差に応じた値を示す位相差値を生成する。増幅器(１１２)は、外部からの制御信号に応じて決定される増幅率で、位相差値を増幅する。フィルタ(１１３)は、増幅器(１１２)の出力値を平滑化する。発振器(１１４)は、フィルタ(１１３)の出力値に応じて、出力信号の周波数を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びこれを搭載する無線通信端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信端末では、搬送波周波数等を正確にロックさせておくためにＰＬＬ(Phase Locked Loop)回路が用いられている。
【０００３】
例えば特許文献１には、ループ帯域を切り替える際に生じるオフセット(発振周波数の揺らぎ)を補償するＰＬＬ回路が記載されている。ここで、ループ帯域とは、ＰＬＬ回路で制御可能な周波数の範囲である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３４６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、半導体装置の開発に際して様々な課題を見出した。本願で開示される各実施の形態は、例えば無線通信端末等に好適な半導体装置を提供する。さらに詳細な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示される一つの態様は半導体装置を含み、この半導体装置においてはフィルタの前段に設けられる増幅器の増幅率が可変である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば無線通信端末に好適であって、良質な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１に係る無線通信端末の構成例を示した外観図である。
【図１Ｂ】実施の形態１に係る無線通信端末の構成例を示した外観図である。
【図２】実施の形態１に係る無線通信端末の構成例を示したブロック図である。
【図３】実施の形態１に係るＲＦサブシステムの構成例を示したブロック図である。
【図４】比較例に係るＰＬＬ回路の構成を示したブロック図である。
【図５】ＰＬＬ回路における発振周波数の収束例を示したグラフ図である。
【図６】ループ帯域の切替に際して生じる問題点を説明するためのグラフ図である。
【図７】実施の形態１に係るＰＬＬ回路の構成例を示したブロック図である。
【図８】実施の形態１に係るＰＬＬ回路の動作例を示した図である。
【図９】実施の形態１に係るＰＬＬ回路における発振周波数の収束例を示したグラフ図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るＰＬＬ回路の構成例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
【００１０】
[実施の形態１]
まず、図１Ａ及び１Ｂを参照して、本実施の形態に係る半導体装置が適用される電子機器として好適な無線通信端末の概要について説明する。図１Ａ及び１Ｂは、無線通信端末５００の構成例を示す外観図である。なお、図１Ａ及び１Ｂでは、無線通信端末５００がスマートフォンである場合について示している。しかしながら、無線通信端末５００は、フューチャーフォン(例えば、折り畳み式の携帯電話端末)、携帯ゲーム端末、タブレットＰＣ(Personal Computer)、ノートＰＣ等のその他の無線通信端末であっても良い。また、当然のことながら、本実施の形態にかかる半導体装置は、無線通信端末以外に適用することも可能である。例えば、本実施の形態にかかる半導体装置は、基地局に適用しても良い。
【００１１】
図１Ａは、無線通信端末５００を形成する筐体５０１の一方の主面(前面)を示している。筐体５０１の前面には、ディスプレイデバイス５０２と、タッチパネル５０３と、幾つかの操作ボタン５０４と、カメラデバイス５０５とが配置されている。一方、図１Ｂは、筐体５０１の他方の主面(背面)を示している。筐体５０１の背面には、カメラデバイス５０６が配置されている。
【００１２】
ディスプレイデバイス５０２は、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)やＯＬＥＤ(Organic Light-Emitting Diode)ディスプレイ等であり、その表示面が筐体５０１の前面に位置するように配置されている。タッチパネル５０３は、ディスプレイデバイス５０２の表示面を覆うように配置されるか、或いはディスプレイデバイス５０２の裏面側に配置され、ユーザによる表示面への接触位置を検知する。つまり、ユーザは、指や専用のペン(一般に、スタイラスと呼称される)等でディスプレイデバイス５０２の表示面に触れることで、無線通信端末５００を直感的に操作することができる。また、操作ボタン５０４は、無線通信端末５００に対する補助的な操作に用いられる。なお、無線通信端末によっては、このような操作ボタンが設けられないこともある。
【００１３】
カメラデバイス５０６は、そのレンズユニットが筐体５０１の背面に位置するように配置されたメインカメラである。一方、カメラデバイス５０５は、そのレンズユニットが筐体５０１の前面に位置するように配置されたサブカメラである。なお、無線通信端末によっては、このようなサブカメラが設けられないこともある。
【００１４】
続いて、図２を参照して、無線通信端末５００の内部構造を説明する。図２に示すように、無線通信端末５００は、アプリケーションプロセッサ６０１、ベースバンドプロセッサ６０２、ＲＦ(Radio Frequency)サブシステム６０３、メモリ６０４、バッテリ６０５、ＰＭＩＣ(Power Management Integrated Circuit) ６０６、表示部６０７、カメラ部６０８、操作部６０９、オーディオＩＣ６１０、マイク６１１、及びスピーカ６１２を含む。
【００１５】
アプリケーションプロセッサ６０１は、メモリ６０４に格納されたプログラムを読み出して、無線通信端末５００の各種機能を実現するための処理を行う。例えば、アプリケーションプロセッサ６０１は、メモリ６０４からＯＳ(Operating System)プログラムを実行すると共に、このＯＳプログラムを動作基板とするアプリケーションプログラムを実行する。
【００１６】
ベースバンドプロセッサ６０２は、無線通信端末５００が送受信するデータに対して符号化処理(例えば、畳み込み符号やターボ符号等の誤り訂正符号化)又は復号化処理等を含むベースバンド処理を実行する。具体的には、ベースバンドプロセッサ６０２は、アプリケーションプロセッサ６０１から入力された送信データに対してベースバンド処理を施し、これにより得たベースバンド信号をＲＦサブシステム６０３へ出力する。また、ベースバンドプロセッサ６０２は、ＲＦサブシステム６０３から入力されたベースバンド信号に対してベースバンド処理を施し、これにより得た受信データをアプリケーションプロセッサ６０１へ出力する。
【００１７】
ＲＦサブシステム６０３は、ベースバンド信号に対する変調処理及び周波数変換、ＲＦ信号に対する周波数変換及び復調処理等を行う。具体的には、ＲＦサブシステム６０３は、ベースバンドプロセッサ６０２から入力されたベースバンド信号を変調して変調信号(ＩＦ(Intermediate Frequency)信号)を得ると共に、変調信号に対して周波数変換を施してＲＦ信号を得る。そして、ＲＦサブシステム６０３は、ＲＦ信号をアンテナを介して送出する。また、ＲＦサブシステム６０３は、アンテナを介して受信したＲＦ信号に対して周波数変換及び復調処理を施し、これにより得たベースバンド信号をベースバンドプロセッサ６０２へ出力する。
【００１８】
メモリ６０４は、アプリケーションプロセッサ６０１により利用されるプログラム及びデータを格納する。また、メモリ６０４は、電源が遮断されても記憶したデータを保持する不揮発性メモリと、電源が遮断された場合に記憶したデータがクリアされる揮発性メモリを含む。
【００１９】
バッテリ６０５は、無線通信端末５００が外部電源によらずに動作する場合に利用される。なお、無線通信端末５００は、外部電源が接続されている場合においてもバッテリ６０５の電源を利用しても良い。また、バッテリ６０５としては、二次電池を利用することが好ましい。
【００２０】
ＰＭＩＣ ６０６は、バッテリ６０５又は外部電源から内部電源を生成する。この内部電源は、無線通信端末５００の各ブロックに与えられる。この時、ＰＭＩＣ ６０６は、内部電源の供給を受けるブロック毎に内部電源の電圧を制御する。この電圧制御は、アプリケーションプロセッサ６０１からの指示に基づいて行われる。また、ＰＭＩＣ ６０６は、ブロック毎に内部電源の供給と遮断とを制御することもできる。さらに、ＰＭＩＣ ６０６は、外部電源の供給がある場合、バッテリ６０５への充電制御も行う。
【００２１】
表示部６０７は、図１Ａに示したディスプレイデバイス５０２に相当し、アプリケーションプロセッサ６０１からの指示に従って様々な画像や情報を表示する。表示部６０７で表示される画像には、ユーザに無線通信端末５００への操作を促すためのユーザインタフェース画像、静止画像、動画像等が含まれる。
【００２２】
カメラ部６０８は、図１Ａに示したカメラデバイス５０５及び図１Ｂに示したカメラデバイス５０６に相当し、アプリケーションプロセッサ６０１からの指示に従って静止画像又は動画像を取得する。
【００２３】
操作部６０９は、図１Ａに示したタッチパネル５０３及び操作ボタン５０４に相当し、ユーザが無線通信端末５００に対して操作指示を与えるためのユーザインタフェースとして機能する。
【００２４】
オーディオＩＣ ６１０は、アプリケーションプロセッサ６０１から入力される音声データをデコードしてスピーカ６１２を駆動する。また、オーディオＩＣ ６１０は、マイク６１１から得た音声情報をエンコードし、これにより得た音声データをアプリケーションプロセッサ６０１へ出力する。
【００２５】
続いて、上記のＲＦサブシステム６０３の具体的な構成例を説明する。無線通信端末５００が通信方式としてＴＤＤ(Time Division Duplex)方式を採用する場合を例に取ると、ＲＦサブシステム６０３は、図３に示す如く構成すると好適である。この場合、ＲＦサブシステム６０３は、アンテナスイッチ１０と、ＰＡ(Power Amplifier) ２０と、ＲＦＩＣ(Radio Frequency Integrated Circuit) ３０とを含む。
【００２６】
アンテナスイッチ１０は、例えば上記のベースバンドプロセッサ６０２(或いはＲＦＩＣ ３０)からの指示に従って、ＲＦＩＣ ３０から出力されるＲＦ信号をアンテナへ伝搬する状態と、アンテナを介して受信されたＲＦ信号をＲＦＩＣ ３０へ伝搬する状態とを排他的に切り替える。ＰＡ ２０は、例えば上記のベースバンドプロセッサ６０２(或いはＲＦＩＣ ３０)からの指示に従って、ＲＦＩＣ ３０から出力されるＲＦ信号を増幅してアンテナスイッチ１０へ伝搬する。
【００２７】
また、ＲＦＩＣ ３０は、本実施の形態に係る半導体装置としての送信機１００と、受信機２００とを含む。
【００２８】
この内、受信機２００は、アンテナスイッチ１０から入力されるＲＦ信号に対して周波数変換及び復調処理を施し、これにより得たベースバンド信号を上記のベースバンドプロセッサ６０２へ出力する。
【００２９】
一方、送信機１００は、ＰＬＬ回路１１０と、制御回路１２０と、変調器１３０と、バッファ１４０とを含む。
【００３０】
ＰＬＬ回路１１０は、所謂オフセットＰＬＬであり、変調器１３０から出力される変調信号を用いて周波数変換を行い、以てＲＦ信号を出力する。ＰＬＬ回路１１０から出力されたＲＦ信号は、バッファ１４０を介してＰＡ ２０へ伝搬される。
【００３１】
制御回路１２０は、後述する如く制御信号を発生し、以てＰＬＬ回路１１０を制御する。
【００３２】
変調器１３０は、変調方式として、例えば周波数変調の一つであるＧＭＳＫ(Gaussian-filtered Minimum Shift Keying)を採用する。この場合、変調器１３０は、上記のベースバンドプロセッサ６０２から入力されるベースバンド信号の変化に応じた周波数を、ＰＬＬ回路１１０へ出力する。具体的には、変調器１３０は、変調に先立ち、ベースバンド信号(デジタル信号)を、ガウス特性を有するフィルタを用いて平滑化する。そして、変調器１３０は、中心周波数(搬送波周波数)の値と、平滑化されたデジタル信号の変化に応じた、中心周波数に対するオフセット周波数の値とを、ＰＬＬ回路１１０へ出力する。以降の説明においては、これらの中心周波数の値及びオフセット周波数の値を、それぞれ、"Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ"及び"Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ"と表記することがある。
【００３３】
なお、ＰＬＬ回路１１０は、オフセットＰＬＬとしての用途に限らず、局部発振器として用いることもできる。この場合、ＰＬＬ回路１１０が搬送波周波数を発振し、変調器１３０が振幅変調や位相変調等によってＩＦ信号を生成し、これらの搬送波周波数及びＩＦ信号をミキサ等による周波数変換に供すれば良い。
【００３４】
次に、本実施の形態に係るＰＬＬ回路１１０の具体的な構成例及び動作例を説明するが、その前提として、本願発明者の検討により発見された一般的なＰＬＬ回路における問題点について説明する。
【００３５】
図４に、ＧＭＳＫ対応の無線通信端末に搭載される一般的なＰＬＬ回路の構成を、比較例として示す。図４に示すＰＬＬ回路７００は、アナログ方式のフラクショナルＰＬＬであり、位相検出器７０１と、チャージポンプ７０２と、ループフィルタ７０３と、ＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator) ７０４と、分周器７０５とを含む。無線通信端末におけるデータ送信時において、分周器７０５には、変調信号の周波数("Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ"＋"Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ")が入力される。また、ＰＬＬ回路７００は、その出力端がバッファ８００を介して後段のＰＡ(図示せず)に接続される。
【００３６】
初期動作において、分周器７０５は、ＶＣＯ ７０４の出力信号の周波数を分周し、位相検出器７０１へ出力する。位相検出器７０１は、分周器７０５から入力された信号と参照信号との間の位相差を検出する。そして、位相検出器７０１は、検出した位相差に応じた電圧を発生する。チャージポンプ７０２は、その出力電圧を、位相検出器７０１からの出力電圧の変動に応じて変化させる。チャージポンプ７０２からの出力電圧は、その高周波成分がループフィルタ７０３によって低減されて、ＶＣＯ ７０４に印加される。これにより、ＶＣＯ ７０４の発振周波数が一定の値に収束することとなる。図５に、この収束の一例を示す。
【００３７】
この後、バッファ８００がＯＮされると、バッファ８００の出力信号がＶＣＯ ７０４にカップリングされる。この時、カップリングの影響に因りＶＣＯ ７０４の発振周波数に揺らぎが生じる。このため、ＰＬＬ回路７００は、ＶＣＯ ７０４の発振周波数を再収束させるように動作する。
【００３８】
しかしながら、バッファ８００がＯＮされてから無線通信端末においてデータ送信が開始される迄の時間は、上記の初期動作に要する時間と比して遥かに短い。従って、一般的なＰＬＬ回路には、発振周波数の再収束がデータ送信のタイミングに間に合わず、無線通信端末の送信特性が著しく劣化してしまうという問題があった。
【００３９】
ここで、ＰＬＬ回路のロックアップタイム(発振周波数が収束する迄に要する時間)は、ループ帯域を広げることで短縮できる。しかしながら、ループ帯域を広げると、位相雑音に因ってスペクトラム特性が劣化してしまうという問題が発生する。一方で、スペクトラム特性の観点からループ帯域を狭めると、ロックアップタイムを何ら短縮できない。
【００４０】
その他の手法として、ＰＬＬ回路の初期動作期間(カップリングの影響に因って発振周波数が揺らぐタイミングを含む)にはループ帯域を広く設定し、この後にループ帯域を狭くすることが考えられる。この手法を用いた場合、ロックアップタイムの高速化とスペクトラム特性の確保とを両立できると期待される。
【００４１】
しかしながら、単純にループ帯域を切り替えた場合、ロックアップタイムを短縮できないという別の問題が生じる。これは、ループ帯域の切替に際してループ利得(より詳細には、ＶＣＯへの入力電圧)を急激に変化させることに因って、図６に示す如くオフセット(発振周波数の揺らぎ)が発生し、結果としてロックアップタイムが延長されるためである。
【００４２】
なお、特許文献１には、このようなオフセットを補償するＰＬＬ回路が記載されている。しかしながら、特許文献１には、ＰＬＬ回路の規模が増大してしまうという問題がある。これは、オフセットの検出及び補償を行うための複雑な回路を設ける必要があるためである。
【００４３】
そこで、本願発明者は、回路規模の増大を抑止しつつ、ループ帯域の切替に際して生じるオフセットを補償する構成を見出した。以下、この構成を、図７を参照して詳細に説明する。
【００４４】
図７に示すように、本実施の形態に係るＰＬＬ回路１１０は、デジタル位相検出器１１１と、可変利得増幅器１１２と、デジタルＬＰＦ(Low Pass Filter) １１３と、ＤＣＯ(Digitally Controlled Oscillator) １１４と、分周器１１５とを含んで構成されるＡＤＰＬＬ(All Digital PLL)回路である。
【００４５】
デジタル位相検出器１１１は、例えばＴＤＣ(Time to Digital Converter)を用いて構成され、ＤＣＯ １１４の出力信号を帰還した帰還信号と参照信号との間の位相差を検出する。また、デジタル位相検出器１１１は、検出した位相差に応じた値を示す位相差値を、デジタル信号として出力する。
【００４６】
可変利得増幅器１１２は、上記の制御回路１２０からの制御信号に従った増幅率で、デジタル位相検出器１１１から出力されたデジタル信号を増幅する。具体的には、可変利得増幅器１１２は、例えばシフト演算器を用いて構成され、デジタル信号に対して左ビットシフト又は右ビットシフトを施し、以てＰＬＬ回路１１０のループ利得を切り替える。ここで、ループ利得とループ帯域は比例関係に在る。このため、ＰＬＬ回路１１０のループ帯域は、可変利得増幅器１１２での増幅率切替によって制御可能である。
【００４７】
デジタルＬＰＦ １１３は、ＩＩＲ(Infinite Impulse Response)フィルタやＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタ等のデジタルフィルタであり、可変利得増幅器１１２から出力されるデジタル信号の変化を平滑化する。
【００４８】
ＤＣＯ １１４は、デジタルＬＰＦ １１３によって平滑化されたデジタル信号の値に応じて、発振周波数を制御する。また、ＤＣＯ １１４は、その出力端がバッファ１４０を介してＰＡ ２０(図３参照)に接続される。
【００４９】
分周器１１５には、無線通信端末５００(図１Ａ、図１Ｂ、図２参照)におけるデータ送信時に、変調器１３０(図３参照)から変調信号の周波数("Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ"＋"Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ")が入力される。分周器１１５は、変調信号の周波数に応じた分周比でＤＣＯ １１４の出力信号を分周し、デジタル位相検出器１１１へ出力する。これにより、ＰＬＬ回路１１０は、周波数変換器として動作し、以て変調器１３０での変調に応じたＲＦ信号を出力することとなる。なお、ＰＬＬ回路１１０は、局部発振器として動作することもできる。この場合、分周器１１５は、ＤＣＯ １１４の出力信号を、搬送波周波数に応じた所定の分周比で分周すれば良い。
【００５０】
なお、分周器１１５の設置は必須では無く、デジタル位相検出器１１１が、ＤＣＯ １１４の出力信号の位相と参照信号の位相とを直接比較するようにしても良い。また、変調帯域がデジタルＬＰＦ １１３のカットオフ周波数より広い場合には、変調器１３０にて変調信号に対するプリディストーション(Ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ)を行うか、或いは変調信号をデジタルＬＰＦ １１３の出力に足し合わせると好適である。
【００５１】
次に、本実施の形態の具体的な動作例を、図８及び図９を参照して説明する。
【００５２】
図８に示すように、まず時刻Ｔ０において、ＰＬＬ回路１１０内の各ブロックが起動される。この時、ＰＬＬ回路１１０のループ帯域は、ロックアップタイムの短縮効果が十分に得られる程度に広く設定される。換言すると、可変利得増幅器１１２の増幅率が高く設定される。
【００５３】
そして、時刻Ｔ１において、ＰＬＬ回路１１０は、ＤＣＯ １１４の発振周波数を一定値に収束させる初期動作(Ｓｅｔｔｌｉｎｇ)を開始する。具体的には、分周器１１５は、中心周波数("Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ")に応じた分周比で、ＤＣＯ １１４の出力信号を分周してデジタル位相検出器１１１へ出力する。デジタル位相検出器１１１は、分周器１１５から出力された信号と参照信号との間の位相差を検出する。そして、デジタル位相検出器１１１は、検出した位相差に応じたデジタル信号を発生する。可変利得増幅器１１２は、デジタル位相検出器１１１から出力されたデジタル信号を増幅し、デジタルＬＰＦ １１３を介してＤＣＯ １１４へ与える。これらの処理が繰り返し実行され、以てＤＣＯ １１４の発振周波数が一定値に収束されることとなる。
【００５４】
この後、時刻Ｔ２においてバッファ１４０がＯＮされると、バッファ１４０の出力信号がＤＣＯ １１４にカップリングされる。この影響に因りＤＣＯ １１４の発振周波数に揺らぎが生じる。このため、ＰＬＬ回路１１０は、ＤＣＯ １１４の発振周波数を再収束させるよう動作(Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ)を行う。この時、ＰＬＬ回路１１０のループ帯域は広く設定されており、以てＤＣＯ １１４の発振周波数は高速に再収束されることとなる。
【００５５】
これと並行して、時刻Ｔ３が到来すると、ＲＦサブシステム６０３においては、データ送信(Ｔｒａｎｍｉｔ)の開始に先立って、ＰＡ ２０の増幅率を次第に上昇させる動作(Ｒａｍｐ ｕｐ)が行われる。なお、データ送信が終了すると、ＰＡ ２０の増幅率を次第に下降させる動作(Ｒａｍｐ ｄｏｗｎ)が行われる。
【００５６】
一方、制御回路１２０は、データ送信の開始時刻Ｔ５より所定時間だけ前の時刻Ｔ４が到来すると制御信号を発生し、以て可変利得増幅器１１２に対して、その増幅率を低下させるよう指示する。ここで、可変利得増幅器１１２の増幅率は、ＰＬＬ回路１１０のループ帯域がスペクトラム特性の劣化を抑止可能な程度に狭く設定されるように切り替えられる。また、増幅率の切替時刻Ｔ４は、データ送信の開始時刻Ｔ５の直前である程に好ましい。これは、ＰＡ ２０の出力信号がＤＣＯ １１４にカップリングされることに因ってＤＣＯ １１４の発振周波数に揺らぎが生じる場合であっても、広いループ帯域で発振周波数を高速に収束させることができるためである。なお、制御回路１２０は、切替時刻Ｔ４の到来を簡易に検知できる。制御回路１２０は、例えばタイマを用いてＰＬＬ回路１１０の起動時刻Ｔ０から所定時間が経過するのを計時し、当該所定時間の経過を切替時刻Ｔ４の到来として検知する。
【００５７】
図９に、切替時刻Ｔ４の前後におけるＤＣＯ １１４の発振周波数の挙動の一例を示す。
【００５８】
時刻Ｔ４より前の期間においてはループ帯域が広く設定されており、ＤＣＯ １１４の発振周波数は、カップリングの影響に因り揺らぎが生じても高速に収束される。
【００５９】
時刻Ｔ４において、可変利得増幅器１１２の増幅率を切り替えることによって、可変利得増幅器１１２から出力されるデジタル信号に変動が生じる。しかしながら、この信号変動は、デジタルＬＰＦ １１３で平滑化される(すなわち、デジタルＬＰＦ １１３によって、増幅率の切替に伴う高周波不要成分が十分に抑圧される)。このため、ＤＣＯ １１４への入力信号は緩やかに変化し、以て図９に示す如くオフセットの発生が抑止される。
【００６０】
時刻Ｔ４より後の期間においてはループ帯域が狭く設定されており、データ送信に際してのスペクトラム特性の劣化を抑止できる。また、オフセットの発生が抑止されたため、ＤＣＯ １１４の発振周波数の再収束がデータ送信のタイミングに間に合う。
【００６１】
このように、本実施の形態においては、図７に示した簡易な構成によって、ループ帯域の切替に際して生じるオフセットを補償することができる。従って、本実施の形態は、回路規模やチップ面積の削減に寄与することができる。また、本実施の形態は、オフセットの検出自体が不要であるため高速処理に向いており、特に無線通信端末への搭載に適している。
【００６２】
[実施の形態２]
本実施の形態に係る無線通信端末は、上記の実施の形態１と同様に構成できる。但し、本実施の形態に係る半導体装置は、図１０に示す如く、ＰＬＬ回路１１０を構成するデジタルＬＰＦ １１３のカットオフ周波数が、上記の制御回路１２０からの制御信号に応じて切り替えられる点で、上記の実施の形態１と異なる。なお、デジタルＬＰＦ １１３をＩＩＲフィルタやＦＩＲフィルタ等を用いて構成する場合、そのカットオフ周波数は、フィルタ係数を変更することによって容易に切り替えることができる。
【００６３】
動作においては、制御回路１２０が、図８に示した切替時刻Ｔ４において制御信号を発生し、以て可変利得増幅器１１２に対して増幅率を低下させるよう指示すると共に、デジタルＬＰＦ １１３に対してカットオフ周波数を低下させるよう指示する。なお、可変利得増幅器１１２及びデジタルＬＰＦ １１３の制御タイミングは、多少前後しても良い。
【００６４】
これにより、デジタルＬＰＦ １１３によって、可変利得増幅器１１２での増幅率の切替に伴う高周波不要成分が更に抑圧されることとなる。このため、ＤＣＯ １１４への入力信号の変化がより平滑化され、以てループ帯域の切替に際してのオフセットの発生を、上記の実施の形態１と比してより確実に抑止できる。また、本実施の形態においては、デジタルＬＰＦ １１３のカットオフ周波数を低下させることによって、データ送信に際してのスペクトラム特性を向上させることができるというメリットも得られる。
【００６５】
なお、上記の実施の形態によって本発明は限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。
【符号の説明】
【００６６】
１０ アンテナスイッチ
２０ ＰＡ
３０ ＲＦＩＣ
１００ 送信機
１１０, ７００ ＰＬＬ回路
１１１ デジタル位相検出器
１１２ 可変利得増幅器
１１３ デジタルＬＰＦ
１１４ ＤＣＯ
１１５, ７０５ 分周器
１２０ 制御回路
１３０ 変調器
１４０, ８００ バッファ
２００ 受信機
５００ 無線通信端末
５０１ 筐体
５０２ ディスプレイデバイス
５０３ タッチパネル
５０４ 操作ボタン
５０５, ５０６ カメラデバイス
６０１ アプリケーションプロセッサ
６０２ ベースバンドプロセッサ
６０３ ＲＦサブシステム
６０４ メモリ
６０５ バッテリ
６０６ ＰＭＩＣ
６０７ 表示部
６０８ カメラ部
６０９ 操作部
６１０ オーディオＩＣ
６１１ マイク
６１２ スピーカ
７０１ 位相検出器
７０２ チャージポンプ
７０３ ループフィルタ
７０４ ＶＣＯ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びこれを搭載する無線通信端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信端末では、搬送波周波数等を正確にロックさせておくためにＰＬＬ(Phase Locked Loop)回路が用いられている。
【０００３】
例えば特許文献１には、ループ帯域を切り替える際に生じるオフセット(発振周波数の揺らぎ)を補償するＰＬＬ回路が記載されている。ここで、ループ帯域とは、ＰＬＬ回路で制御可能な周波数の範囲である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３４６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、半導体装置の開発に際して様々な課題を見出した。本願で開示される各実施の形態は、例えば無線通信端末等に好適な半導体装置を提供する。さらに詳細な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示される一つの態様は半導体装置を含み、この半導体装置においてはフィルタの前段に設けられる増幅器の増幅率が可変である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば無線通信端末に好適であって、良質な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１に係る無線通信端末の構成例を示した外観図である。
【図１Ｂ】実施の形態１に係る無線通信端末の構成例を示した外観図である。
【図２】実施の形態１に係る無線通信端末の構成例を示したブロック図である。
【図３】実施の形態１に係るＲＦサブシステムの構成例を示したブロック図である。
【図４】比較例に係るＰＬＬ回路の構成を示したブロック図である。
【図５】ＰＬＬ回路における発振周波数の収束例を示したグラフ図である。
【図６】ループ帯域の切替に際して生じる問題点を説明するためのグラフ図である。
【図７】実施の形態１に係るＰＬＬ回路の構成例を示したブロック図である。
【図８】実施の形態１に係るＰＬＬ回路の動作例を示した図である。
【図９】実施の形態１に係るＰＬＬ回路における発振周波数の収束例を示したグラフ図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るＰＬＬ回路の構成例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
【００１０】
[実施の形態１]
まず、図１Ａ及び１Ｂを参照して、本実施の形態に係る半導体装置が適用される電子機器として好適な無線通信端末の概要について説明する。図１Ａ及び１Ｂは、無線通信端末５００の構成例を示す外観図である。なお、図１Ａ及び１Ｂでは、無線通信端末５００がスマートフォンである場合について示している。しかしながら、無線通信端末５００は、フューチャーフォン(例えば、折り畳み式の携帯電話端末)、携帯ゲーム端末、タブレットＰＣ(Personal Computer)、ノートＰＣ等のその他の無線通信端末であっても良い。また、当然のことながら、本実施の形態にかかる半導体装置は、無線通信端末以外に適用することも可能である。例えば、本実施の形態にかかる半導体装置は、基地局に適用しても良い。
【００１１】
図１Ａは、無線通信端末５００を形成する筐体５０１の一方の主面(前面)を示している。筐体５０１の前面には、ディスプレイデバイス５０２と、タッチパネル５０３と、幾つかの操作ボタン５０４と、カメラデバイス５０５とが配置されている。一方、図１Ｂは、筐体５０１の他方の主面(背面)を示している。筐体５０１の背面には、カメラデバイス５０６が配置されている。
【００１２】
ディスプレイデバイス５０２は、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)やＯＬＥＤ(Organic Light-Emitting Diode)ディスプレイ等であり、その表示面が筐体５０１の前面に位置するように配置されている。タッチパネル５０３は、ディスプレイデバイス５０２の表示面を覆うように配置されるか、或いはディスプレイデバイス５０２の裏面側に配置され、ユーザによる表示面への接触位置を検知する。つまり、ユーザは、指や専用のペン(一般に、スタイラスと呼称される)等でディスプレイデバイス５０２の表示面に触れることで、無線通信端末５００を直感的に操作することができる。また、操作ボタン５０４は、無線通信端末５００に対する補助的な操作に用いられる。なお、無線通信端末によっては、このような操作ボタンが設けられないこともある。
【００１３】
カメラデバイス５０６は、そのレンズユニットが筐体５０１の背面に位置するように配置されたメインカメラである。一方、カメラデバイス５０５は、そのレンズユニットが筐体５０１の前面に位置するように配置されたサブカメラである。なお、無線通信端末によっては、このようなサブカメラが設けられないこともある。
【００１４】
続いて、図２を参照して、無線通信端末５００の内部構造を説明する。図２に示すように、無線通信端末５００は、アプリケーションプロセッサ６０１、ベースバンドプロセッサ６０２、ＲＦ(Radio Frequency)サブシステム６０３、メモリ６０４、バッテリ６０５、ＰＭＩＣ(Power Management Integrated Circuit) ６０６、表示部６０７、カメラ部６０８、操作部６０９、オーディオＩＣ６１０、マイク６１１、及びスピーカ６１２を含む。
【００１５】
アプリケーションプロセッサ６０１は、メモリ６０４に格納されたプログラムを読み出して、無線通信端末５００の各種機能を実現するための処理を行う。例えば、アプリケーションプロセッサ６０１は、メモリ６０４からＯＳ(Operating System)プログラムを実行すると共に、このＯＳプログラムを動作基板とするアプリケーションプログラムを実行する。
【００１６】
ベースバンドプロセッサ６０２は、無線通信端末５００が送受信するデータに対して符号化処理(例えば、畳み込み符号やターボ符号等の誤り訂正符号化)又は復号化処理等を含むベースバンド処理を実行する。具体的には、ベースバンドプロセッサ６０２は、アプリケーションプロセッサ６０１から入力された送信データに対してベースバンド処理を施し、これにより得たベースバンド信号をＲＦサブシステム６０３へ出力する。また、ベースバンドプロセッサ６０２は、ＲＦサブシステム６０３から入力されたベースバンド信号に対してベースバンド処理を施し、これにより得た受信データをアプリケーションプロセッサ６０１へ出力する。
【００１７】
ＲＦサブシステム６０３は、ベースバンド信号に対する変調処理及び周波数変換、ＲＦ信号に対する周波数変換及び復調処理等を行う。具体的には、ＲＦサブシステム６０３は、ベースバンドプロセッサ６０２から入力されたベースバンド信号を変調して変調信号(ＩＦ(Intermediate Frequency)信号)を得ると共に、変調信号に対して周波数変換を施してＲＦ信号を得る。そして、ＲＦサブシステム６０３は、ＲＦ信号をアンテナを介して送出する。また、ＲＦサブシステム６０３は、アンテナを介して受信したＲＦ信号に対して周波数変換及び復調処理を施し、これにより得たベースバンド信号をベースバンドプロセッサ６０２へ出力する。
【００１８】
メモリ６０４は、アプリケーションプロセッサ６０１により利用されるプログラム及びデータを格納する。また、メモリ６０４は、電源が遮断されても記憶したデータを保持する不揮発性メモリと、電源が遮断された場合に記憶したデータがクリアされる揮発性メモリを含む。
【００１９】
バッテリ６０５は、無線通信端末５００が外部電源によらずに動作する場合に利用される。なお、無線通信端末５００は、外部電源が接続されている場合においてもバッテリ６０５の電源を利用しても良い。また、バッテリ６０５としては、二次電池を利用することが好ましい。
【００２０】
ＰＭＩＣ ６０６は、バッテリ６０５又は外部電源から内部電源を生成する。この内部電源は、無線通信端末５００の各ブロックに与えられる。この時、ＰＭＩＣ ６０６は、内部電源の供給を受けるブロック毎に内部電源の電圧を制御する。この電圧制御は、アプリケーションプロセッサ６０１からの指示に基づいて行われる。また、ＰＭＩＣ ６０６は、ブロック毎に内部電源の供給と遮断とを制御することもできる。さらに、ＰＭＩＣ ６０６は、外部電源の供給がある場合、バッテリ６０５への充電制御も行う。
【００２１】
表示部６０７は、図１Ａに示したディスプレイデバイス５０２に相当し、アプリケーションプロセッサ６０１からの指示に従って様々な画像や情報を表示する。表示部６０７で表示される画像には、ユーザに無線通信端末５００への操作を促すためのユーザインタフェース画像、静止画像、動画像等が含まれる。
【００２２】
カメラ部６０８は、図１Ａに示したカメラデバイス５０５及び図１Ｂに示したカメラデバイス５０６に相当し、アプリケーションプロセッサ６０１からの指示に従って静止画像又は動画像を取得する。
【００２３】
操作部６０９は、図１Ａに示したタッチパネル５０３及び操作ボタン５０４に相当し、ユーザが無線通信端末５００に対して操作指示を与えるためのユーザインタフェースとして機能する。
【００２４】
オーディオＩＣ ６１０は、アプリケーションプロセッサ６０１から入力される音声データをデコードしてスピーカ６１２を駆動する。また、オーディオＩＣ ６１０は、マイク６１１から得た音声情報をエンコードし、これにより得た音声データをアプリケーションプロセッサ６０１へ出力する。
【００２５】
続いて、上記のＲＦサブシステム６０３の具体的な構成例を説明する。無線通信端末５００が通信方式としてＴＤＤ(Time Division Duplex)方式を採用する場合を例に取ると、ＲＦサブシステム６０３は、図３に示す如く構成すると好適である。この場合、ＲＦサブシステム６０３は、アンテナスイッチ１０と、ＰＡ(Power Amplifier) ２０と、ＲＦＩＣ(Radio Frequency Integrated Circuit) ３０とを含む。
【００２６】
アンテナスイッチ１０は、例えば上記のベースバンドプロセッサ６０２(或いはＲＦＩＣ ３０)からの指示に従って、ＲＦＩＣ ３０から出力されるＲＦ信号をアンテナへ伝搬する状態と、アンテナを介して受信されたＲＦ信号をＲＦＩＣ ３０へ伝搬する状態とを排他的に切り替える。ＰＡ ２０は、例えば上記のベースバンドプロセッサ６０２(或いはＲＦＩＣ ３０)からの指示に従って、ＲＦＩＣ ３０から出力されるＲＦ信号を増幅してアンテナスイッチ１０へ伝搬する。
【００２７】
また、ＲＦＩＣ ３０は、本実施の形態に係る半導体装置としての送信機１００と、受信機２００とを含む。
【００２８】
この内、受信機２００は、アンテナスイッチ１０から入力されるＲＦ信号に対して周波数変換及び復調処理を施し、これにより得たベースバンド信号を上記のベースバンドプロセッサ６０２へ出力する。
【００２９】
一方、送信機１００は、ＰＬＬ回路１１０と、制御回路１２０と、変調器１３０と、バッファ１４０とを含む。
【００３０】
ＰＬＬ回路１１０は、所謂オフセットＰＬＬであり、変調器１３０から出力される変調信号を用いて周波数変換を行い、以てＲＦ信号を出力する。ＰＬＬ回路１１０から出力されたＲＦ信号は、バッファ１４０を介してＰＡ ２０へ伝搬される。
【００３１】
制御回路１２０は、後述する如く制御信号を発生し、以てＰＬＬ回路１１０を制御する。
【００３２】
変調器１３０は、変調方式として、例えば周波数変調の一つであるＧＭＳＫ(Gaussian-filtered Minimum Shift Keying)を採用する。この場合、変調器１３０は、上記のベースバンドプロセッサ６０２から入力されるベースバンド信号の変化に応じた周波数を、ＰＬＬ回路１１０へ出力する。具体的には、変調器１３０は、変調に先立ち、ベースバンド信号(デジタル信号)を、ガウス特性を有するフィルタを用いて平滑化する。そして、変調器１３０は、中心周波数(搬送波周波数)の値と、平滑化されたデジタル信号の変化に応じた、中心周波数に対するオフセット周波数の値とを、ＰＬＬ回路１１０へ出力する。以降の説明においては、これらの中心周波数の値及びオフセット周波数の値を、それぞれ、"Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ"及び"Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ"と表記することがある。
【００３３】
なお、ＰＬＬ回路１１０は、オフセットＰＬＬとしての用途に限らず、局部発振器として用いることもできる。この場合、ＰＬＬ回路１１０が搬送波周波数を発振し、変調器１３０が振幅変調や位相変調等によってＩＦ信号を生成し、これらの搬送波周波数及びＩＦ信号をミキサ等による周波数変換に供すれば良い。
【００３４】
次に、本実施の形態に係るＰＬＬ回路１１０の具体的な構成例及び動作例を説明するが、その前提として、本願発明者の検討により発見された一般的なＰＬＬ回路における問題点について説明する。
【００３５】
図４に、ＧＭＳＫ対応の無線通信端末に搭載される一般的なＰＬＬ回路の構成を、比較例として示す。図４に示すＰＬＬ回路７００は、アナログ方式のフラクショナルＰＬＬであり、位相検出器７０１と、チャージポンプ７０２と、ループフィルタ７０３と、ＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator) ７０４と、分周器７０５とを含む。無線通信端末におけるデータ送信時において、分周器７０５には、変調信号の周波数("Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ"＋"Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ")が入力される。また、ＰＬＬ回路７００は、その出力端がバッファ８００を介して後段のＰＡ(図示せず)に接続される。
【００３６】
初期動作において、分周器７０５は、ＶＣＯ ７０４の出力信号の周波数を分周し、位相検出器７０１へ出力する。位相検出器７０１は、分周器７０５から入力された信号と参照信号との間の位相差を検出する。そして、位相検出器７０１は、検出した位相差に応じた電圧を発生する。チャージポンプ７０２は、その出力電圧を、位相検出器７０１からの出力電圧の変動に応じて変化させる。チャージポンプ７０２からの出力電圧は、その高周波成分がループフィルタ７０３によって低減されて、ＶＣＯ ７０４に印加される。これにより、ＶＣＯ ７０４の発振周波数が一定の値に収束することとなる。図５に、この収束の一例を示す。
【００３７】
この後、バッファ８００がＯＮされると、バッファ８００の出力信号がＶＣＯ ７０４にカップリングされる。この時、カップリングの影響に因りＶＣＯ ７０４の発振周波数に揺らぎが生じる。このため、ＰＬＬ回路７００は、ＶＣＯ ７０４の発振周波数を再収束させるように動作する。
【００３８】
しかしながら、バッファ８００がＯＮされてから無線通信端末においてデータ送信が開始される迄の時間は、上記の初期動作に要する時間と比して遥かに短い。従って、一般的なＰＬＬ回路には、発振周波数の再収束がデータ送信のタイミングに間に合わず、無線通信端末の送信特性が著しく劣化してしまうという問題があった。
【００３９】
ここで、ＰＬＬ回路のロックアップタイム(発振周波数が収束する迄に要する時間)は、ループ帯域を広げることで短縮できる。しかしながら、ループ帯域を広げると、位相雑音に因ってスペクトラム特性が劣化してしまうという問題が発生する。一方で、スペクトラム特性の観点からループ帯域を狭めると、ロックアップタイムを何ら短縮できない。
【００４０】
その他の手法として、ＰＬＬ回路の初期動作期間(カップリングの影響に因って発振周波数が揺らぐタイミングを含む)にはループ帯域を広く設定し、この後にループ帯域を狭くすることが考えられる。この手法を用いた場合、ロックアップタイムの高速化とスペクトラム特性の確保とを両立できると期待される。
【００４１】
しかしながら、単純にループ帯域を切り替えた場合、ロックアップタイムを短縮できないという別の問題が生じる。これは、ループ帯域の切替に際してループ利得(より詳細には、ＶＣＯへの入力電圧)を急激に変化させることに因って、図６に示す如くオフセット(発振周波数の揺らぎ)が発生し、結果としてロックアップタイムが延長されるためである。
【００４２】
なお、特許文献１には、このようなオフセットを補償するＰＬＬ回路が記載されている。しかしながら、特許文献１には、ＰＬＬ回路の規模が増大してしまうという問題がある。これは、オフセットの検出及び補償を行うための複雑な回路を設ける必要があるためである。
【００４３】
そこで、本願発明者は、回路規模の増大を抑止しつつ、ループ帯域の切替に際して生じるオフセットを補償する構成を見出した。以下、この構成を、図７を参照して詳細に説明する。
【００４４】
図７に示すように、本実施の形態に係るＰＬＬ回路１１０は、デジタル位相検出器１１１と、可変利得増幅器１１２と、デジタルＬＰＦ(Low Pass Filter) １１３と、ＤＣＯ(Digitally Controlled Oscillator) １１４と、分周器１１５とを含んで構成されるＡＤＰＬＬ(All Digital PLL)回路である。
【００４５】
デジタル位相検出器１１１は、例えばＴＤＣ(Time to Digital Converter)を用いて構成され、ＤＣＯ １１４の出力信号を帰還した帰還信号と参照信号との間の位相差を検出する。また、デジタル位相検出器１１１は、検出した位相差に応じた値を示す位相差値を、デジタル信号として出力する。
【００４６】
可変利得増幅器１１２は、上記の制御回路１２０からの制御信号に従った増幅率で、デジタル位相検出器１１１から出力されたデジタル信号を増幅する。具体的には、可変利得増幅器１１２は、例えばシフト演算器を用いて構成され、デジタル信号に対して左ビットシフト又は右ビットシフトを施し、以てＰＬＬ回路１１０のループ利得を切り替える。ここで、ループ利得とループ帯域は比例関係に在る。このため、ＰＬＬ回路１１０のループ帯域は、可変利得増幅器１１２での増幅率切替によって制御可能である。
【００４７】
デジタルＬＰＦ １１３は、ＩＩＲ(Infinite Impulse Response)フィルタやＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタ等のデジタルフィルタであり、可変利得増幅器１１２から出力されるデジタル信号の変化を平滑化する。
【００４８】
ＤＣＯ １１４は、デジタルＬＰＦ １１３によって平滑化されたデジタル信号の値に応じて、発振周波数を制御する。また、ＤＣＯ １１４は、その出力端がバッファ１４０を介してＰＡ ２０(図３参照)に接続される。
【００４９】
分周器１１５には、無線通信端末５００(図１Ａ、図１Ｂ、図２参照)におけるデータ送信時に、変調器１３０(図３参照)から変調信号の周波数("Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ"＋"Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ")が入力される。分周器１１５は、変調信号の周波数に応じた分周比でＤＣＯ １１４の出力信号を分周し、デジタル位相検出器１１１へ出力する。これにより、ＰＬＬ回路１１０は、周波数変換器として動作し、以て変調器１３０での変調に応じたＲＦ信号を出力することとなる。なお、ＰＬＬ回路１１０は、局部発振器として動作することもできる。この場合、分周器１１５は、ＤＣＯ １１４の出力信号を、搬送波周波数に応じた所定の分周比で分周すれば良い。
【００５０】
なお、分周器１１５の設置は必須では無く、デジタル位相検出器１１１が、ＤＣＯ １１４の出力信号の位相と参照信号の位相とを直接比較するようにしても良い。また、変調帯域がデジタルＬＰＦ １１３のカットオフ周波数より広い場合には、変調器１３０にて変調信号に対するプリディストーション(Ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ)を行うか、或いは変調信号をデジタルＬＰＦ １１３の出力に足し合わせると好適である。
【００５１】
次に、本実施の形態の具体的な動作例を、図８及び図９を参照して説明する。
【００５２】
図８に示すように、まず時刻Ｔ０において、ＰＬＬ回路１１０内の各ブロックが起動される。この時、ＰＬＬ回路１１０のループ帯域は、ロックアップタイムの短縮効果が十分に得られる程度に広く設定される。換言すると、可変利得増幅器１１２の増幅率が高く設定される。
【００５３】
そして、時刻Ｔ１において、ＰＬＬ回路１１０は、ＤＣＯ １１４の発振周波数を一定値に収束させる初期動作(Ｓｅｔｔｌｉｎｇ)を開始する。具体的には、分周器１１５は、中心周波数("Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ")に応じた分周比で、ＤＣＯ １１４の出力信号を分周してデジタル位相検出器１１１へ出力する。デジタル位相検出器１１１は、分周器１１５から出力された信号と参照信号との間の位相差を検出する。そして、デジタル位相検出器１１１は、検出した位相差に応じたデジタル信号を発生する。可変利得増幅器１１２は、デジタル位相検出器１１１から出力されたデジタル信号を増幅し、デジタルＬＰＦ １１３を介してＤＣＯ １１４へ与える。これらの処理が繰り返し実行され、以てＤＣＯ １１４の発振周波数が一定値に収束されることとなる。
【００５４】
この後、時刻Ｔ２においてバッファ１４０がＯＮされると、バッファ１４０の出力信号がＤＣＯ １１４にカップリングされる。この影響に因りＤＣＯ １１４の発振周波数に揺らぎが生じる。このため、ＰＬＬ回路１１０は、ＤＣＯ １１４の発振周波数を再収束させるよう動作(Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ)を行う。この時、ＰＬＬ回路１１０のループ帯域は広く設定されており、以てＤＣＯ １１４の発振周波数は高速に再収束されることとなる。
【００５５】
これと並行して、時刻Ｔ３が到来すると、ＲＦサブシステム６０３においては、データ送信(Ｔｒａｎｍｉｔ)の開始に先立って、ＰＡ ２０の増幅率を次第に上昇させる動作(Ｒａｍｐ ｕｐ)が行われる。なお、データ送信が終了すると、ＰＡ ２０の増幅率を次第に下降させる動作(Ｒａｍｐ ｄｏｗｎ)が行われる。
【００５６】
一方、制御回路１２０は、データ送信の開始時刻Ｔ５より所定時間だけ前の時刻Ｔ４が到来すると制御信号を発生し、以て可変利得増幅器１１２に対して、その増幅率を低下させるよう指示する。ここで、可変利得増幅器１１２の増幅率は、ＰＬＬ回路１１０のループ帯域がスペクトラム特性の劣化を抑止可能な程度に狭く設定されるように切り替えられる。また、増幅率の切替時刻Ｔ４は、データ送信の開始時刻Ｔ５の直前である程に好ましい。これは、ＰＡ ２０の出力信号がＤＣＯ １１４にカップリングされることに因ってＤＣＯ １１４の発振周波数に揺らぎが生じる場合であっても、広いループ帯域で発振周波数を高速に収束させることができるためである。なお、制御回路１２０は、切替時刻Ｔ４の到来を簡易に検知できる。制御回路１２０は、例えばタイマを用いてＰＬＬ回路１１０の起動時刻Ｔ０から所定時間が経過するのを計時し、当該所定時間の経過を切替時刻Ｔ４の到来として検知する。
【００５７】
図９に、切替時刻Ｔ４の前後におけるＤＣＯ １１４の発振周波数の挙動の一例を示す。
【００５８】
時刻Ｔ４より前の期間においてはループ帯域が広く設定されており、ＤＣＯ １１４の発振周波数は、カップリングの影響に因り揺らぎが生じても高速に収束される。
【００５９】
時刻Ｔ４において、可変利得増幅器１１２の増幅率を切り替えることによって、可変利得増幅器１１２から出力されるデジタル信号に変動が生じる。しかしながら、この信号変動は、デジタルＬＰＦ １１３で平滑化される(すなわち、デジタルＬＰＦ １１３によって、増幅率の切替に伴う高周波不要成分が十分に抑圧される)。このため、ＤＣＯ １１４への入力信号は緩やかに変化し、以て図９に示す如くオフセットの発生が抑止される。
【００６０】
時刻Ｔ４より後の期間においてはループ帯域が狭く設定されており、データ送信に際してのスペクトラム特性の劣化を抑止できる。また、オフセットの発生が抑止されたため、ＤＣＯ １１４の発振周波数の再収束がデータ送信のタイミングに間に合う。
【００６１】
このように、本実施の形態においては、図７に示した簡易な構成によって、ループ帯域の切替に際して生じるオフセットを補償することができる。従って、本実施の形態は、回路規模やチップ面積の削減に寄与することができる。また、本実施の形態は、オフセットの検出自体が不要であるため高速処理に向いており、特に無線通信端末への搭載に適している。
【００６２】
[実施の形態２]
本実施の形態に係る無線通信端末は、上記の実施の形態１と同様に構成できる。但し、本実施の形態に係る半導体装置は、図１０に示す如く、ＰＬＬ回路１１０を構成するデジタルＬＰＦ １１３のカットオフ周波数が、上記の制御回路１２０からの制御信号に応じて切り替えられる点で、上記の実施の形態１と異なる。なお、デジタルＬＰＦ １１３をＩＩＲフィルタやＦＩＲフィルタ等を用いて構成する場合、そのカットオフ周波数は、フィルタ係数を変更することによって容易に切り替えることができる。
【００６３】
動作においては、制御回路１２０が、図８に示した切替時刻Ｔ４において制御信号を発生し、以て可変利得増幅器１１２に対して増幅率を低下させるよう指示すると共に、デジタルＬＰＦ １１３に対してカットオフ周波数を低下させるよう指示する。なお、可変利得増幅器１１２及びデジタルＬＰＦ １１３の制御タイミングは、多少前後しても良い。
【００６４】
これにより、デジタルＬＰＦ １１３によって、可変利得増幅器１１２での増幅率の切替に伴う高周波不要成分が更に抑圧されることとなる。このため、ＤＣＯ １１４への入力信号の変化がより平滑化され、以てループ帯域の切替に際してのオフセットの発生を、上記の実施の形態１と比してより確実に抑止できる。また、本実施の形態においては、デジタルＬＰＦ １１３のカットオフ周波数を低下させることによって、データ送信に際してのスペクトラム特性を向上させることができるというメリットも得られる。
【００６５】
なお、上記の実施の形態によって本発明は限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。
【符号の説明】
【００６６】
１０ アンテナスイッチ
２０ ＰＡ
３０ ＲＦＩＣ
１００ 送信機
１１０, ７００ ＰＬＬ回路
１１１ デジタル位相検出器
１１２ 可変利得増幅器
１１３ デジタルＬＰＦ
１１４ ＤＣＯ
１１５, ７０５ 分周器
１２０ 制御回路
１３０ 変調器
１４０, ８００ バッファ
２００ 受信機
５００ 無線通信端末
５０１ 筐体
５０２ ディスプレイデバイス
５０３ タッチパネル
５０４ 操作ボタン
５０５, ５０６ カメラデバイス
６０１ アプリケーションプロセッサ
６０２ ベースバンドプロセッサ
６０３ ＲＦサブシステム
６０４ メモリ
６０５ バッテリ
６０６ ＰＭＩＣ
６０７ 表示部
６０８ カメラ部
６０９ 操作部
６１０ オーディオＩＣ
６１１ マイク
６１２ スピーカ
７０１ 位相検出器
７０２ チャージポンプ
７０３ ループフィルタ
７０４ ＶＣＯ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力信号を帰還した帰還信号と参照信号との間の位相差を検出し、前記位相差に応じた値を示す位相差値を生成する位相検出器と、
外部からの制御信号に応じて決定される増幅率で、前記位相差値を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力値を平滑化するフィルタと、
前記フィルタの出力値に応じて、前記出力信号の周波数を制御する発振器と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記フィルタのカットオフ周波数は、前記制御信号に応じて決定される、
ことを特徴とした半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
所定のタイミングで前記制御信号を発生して、前記増幅器に対し前記増幅率を自装置の起動時よりも低く切り替えるよう指示すると共に、前記フィルタに対し前記カットオフ周波数を自装置の起動時よりも低く切り替えるよう指示する制御回路を、さらに備え、
前記タイミングは、自装置を搭載する無線通信端末においてデータ送信が開始されるタイミングより所定時間だけ前に設定される、
ことを特徴とした半導体装置。
【請求項４】
請求項１において、
所定のタイミングで前記制御信号を発生して、前記増幅器に対し前記増幅率を自装置の起動時よりも低く切り替えるよう指示する制御回路を、さらに備え、
前記タイミングは、自装置を搭載する無線通信端末においてデータ送信が開始されるタイミングより所定時間だけ前に設定される、
ことを特徴とした半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、
前記帰還信号を変調信号の周波数に応じた分周比で分周し、前記位相検出器へ出力する分周器を、
さらに備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５において、
入力されるベースバンド信号の変化に応じた周波数を、前記変調信号の周波数として前記分周器へ出力する変調器を、
さらに備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置を搭載する無線通信端末。
【請求項１】
出力信号を帰還した帰還信号と参照信号との間の位相差を検出し、前記位相差に応じた値を示す位相差値を生成する位相検出器と、
外部からの制御信号に応じて決定される増幅率で、前記位相差値を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力値を平滑化するフィルタと、
前記フィルタの出力値に応じて、前記出力信号の周波数を制御する発振器と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記フィルタのカットオフ周波数は、前記制御信号に応じて決定される、
ことを特徴とした半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
所定のタイミングで前記制御信号を発生して、前記増幅器に対し前記増幅率を自装置の起動時よりも低く切り替えるよう指示すると共に、前記フィルタに対し前記カットオフ周波数を自装置の起動時よりも低く切り替えるよう指示する制御回路を、さらに備え、
前記タイミングは、自装置を搭載する無線通信端末においてデータ送信が開始されるタイミングより所定時間だけ前に設定される、
ことを特徴とした半導体装置。
【請求項４】
請求項１において、
所定のタイミングで前記制御信号を発生して、前記増幅器に対し前記増幅率を自装置の起動時よりも低く切り替えるよう指示する制御回路を、さらに備え、
前記タイミングは、自装置を搭載する無線通信端末においてデータ送信が開始されるタイミングより所定時間だけ前に設定される、
ことを特徴とした半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、
前記帰還信号を変調信号の周波数に応じた分周比で分周し、前記位相検出器へ出力する分周器を、
さらに備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５において、
入力されるベースバンド信号の変化に応じた周波数を、前記変調信号の周波数として前記分周器へ出力する変調器を、
さらに備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置を搭載する無線通信端末。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９０１３２（Ｐ２０１３−９０１３２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８７２８（Ｐ２０１１−２２８７２８）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（３１１００５８８４）ルネサスモバイル株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（３１１００５８８４）ルネサスモバイル株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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