无线通信装置、电子设备和移动体的制作方法_5

文档序号:9526720阅读:来源:国知局
信号作为基准时钟信号进行分数倍频(包含整数倍频)生成载波信号,调制该载波信号生成无线发送信号。
[0157]具体地,分数N型PLL电路210包括:相位比较电路211、电荷栗电路212、低通滤波器213、电压控制振荡器214 (VC0)、输出分频器215、分数分频器216 (反馈分频器)。
[0158]相位比较电路211将经由分数分频器216反馈的PLL振荡信号的相位与基准时钟的相位进行比较,输出基于该相位差的电压信号。电荷栗电路212将来自相位比较电路211的电压信号转换成电流信号。低通滤波器213将来自电荷栗电路212的电流信号变换成电压信号并进行低通滤波处理。电压控制振荡器214以与来自低通滤波器213的电压值对应的频率进行振荡。分数分频器216将来自电压控制振荡器214的PLL振荡信号以分数(整数+小数)的分频比进行分频。通过该分数分频使得基准时钟的分数倍频成为可能。
[0159]该分数的分频比例如如下述那样决定。S卩,分数分频器216具有:分频器,其切换多个整数分频比;和Δ — Σ调制器。Δ — Σ调制器通过Δ — Σ调制生成平均值为期望的分数那样的切换信号,利用该切换信号切换多个整数分频比。例如,若以1:1切换N分频和N+1分频,则平均为N+0.5的分数分频比。
[0160]输出分频器215将来自电压控制振荡器214的PLL振荡信号进行分频,作为无线发送信号进行输出。即,输出分频器215输出的信号的频率为载波频率。
[0161]天线调谐电路280是用于使无线发送信号的输出功率最大化(最优化)的电路。例如,由于半导体装置20有制造偏差,因而当连接了天线时的输出功率产生个体差,然而天线调谐电路280调整该个体差(例如在制造工序中调整)。天线调谐电路280例如由可变电容等构成,将可变电容的电容值调整成使无线发送信号的输出功率为最大。另外,也可以省略天线调谐电路280。
[0162]在进行无线通信时,需要调制上述载波,例如进行调制如下。即,控制电路250从微型计算机410收取发送数据,根据该发送数据调制分数分频器216的分频比。由此PLL的振荡频率(倍频率)被调制,因而能够进行基于所谓的FSK调制的无线通信。
[0163]根据以上的实施方式,通过使用分数N型PLL电路210,即使是相同振荡频率的石英振动片,也能够通过分数倍频产生大量频率的载波。由此,即使使用单一频率的振动片,也可以应对针对用途、国别的频率,能够使振动片30和半导体装置20单封装化。
[0164]然而,越是通过单封装化使装置小型,就难以去除数字-模拟间的串扰。在该方面,根据本实施方式,构成为:电路区域、焊盘、端子以数字和模拟方式分离在不同的边,在封装10的内外不易产生数字-模拟间的串扰。这样,在本实施方式中,同时实现单封装化和串扰的抑制。
[0165]下面,对电源电路300进行说明。电源电路300根据从半导体装置20的外部的系统电源(例如蓄电池等)供给的电源电压,生成在半导体装置20的内部使用的电源电压。具体地,电源电路300包括:第1调压器310,其向模拟电路供给模拟用电源电压VRA ;和第2调压器320,其向数字电路供给数字用电源电压VRD。
[0166]第1调压器310和第2调压器320是使例如来自系统电源的电源电源降压的线性调压器。通过第1电源线从第1调压器310向模拟电路供给模拟用电源电压VRA。并且,通过第2电源线从第2调压器320向数字电路供给数字用电源电压VRD。第1电源线和第2电源线分离布线。
[0167]有时,数字用电源电压VRD例如由于振荡电路100等数字电路的动作而产生电压变动,在该电压变动与模拟用电源电压VRA耦合的情况下,该波动经由模拟电路传递到模拟信号,成为模拟信号的数字噪声。并且,有时,模拟用电源电压VRA例如由于功率放大器220等模拟电路的动作而产生电压变动,在该电压变动与数字用电源电压VRD耦合的情况下,该波动传递到振荡电路100或振动片30,成为振荡频率的误差的原因。
[0168]在该方面,根据本实施方式,由于模拟用的第1调压器310和第1电源线与数字用的第2调压器320和第2电源线分离,因而模拟用电源电压VRA和数字用电源电压VRD电分离。由此,可以抑制经由电源电压(电源线)的数字-模拟间的串扰(噪声耦合)。特别是,振动片30或振荡电路100与功率放大器220被认为是大的噪声产生源,并且从基准泄漏或振荡频率的误差观点来看,受到的影响也大。在本实施方式中,可以降低该振动片30或振荡电路100与功率放大器220的相互的不良影响。
[0169]更具体地,第1调压器310向低通滤波器213、电压控制振荡器214、输出分频器215、功率放大器220供给模拟用电源电压VRA。并且,第2调压器320向相位比较电路211、电荷栗电路212、分数分频器216、振荡电路100、控制电路250、时钟分频器260供给数字用电源电压VRD。
[0170]S卩,在本实施方式中,低通滤波器213、电压控制振荡器214、输出分频器215、功率放大器220、天线调谐电路280、电源电路300被分类为模拟电路。并且,相位比较电路211、电荷栗电路212、分数分频器216、振荡电路100、控制电路250、时钟分频器260被分类为数字电路。
[0171 ] 通过该分类可以抑制数字-模拟间的串扰,特别是有效抑制了基准泄漏。基准泄漏的噪声源是以基准时钟进行动作的电路,与其相当的是分类为上述数字电路的各部分。以分数N型PLL电路210来说,相位比较电路211、电荷栗电路212、分数分频器216以基准时钟(或者将其分频后的时钟)的频率进行数字动作。首先,使这些结构要素的电源与模拟电路分离,由此抑制经由电源的基准泄漏。
[0172]并且,即使在低通滤波器213的前级,基准时钟的噪声耦合,通过使低通滤波器213的截止频率比基准时钟的频率低,也能够消除基准泄漏。但是,在低通滤波器213的后级,基准时钟的噪声耦合的情况下,在其更后级没有滤波器,去除基准泄漏是非常困难的。关于这方面,在本实施方式中,低通滤波器213的后级被分类为模拟电路,电源与数字电路隔离开。由此,可以防止在难以去除基准泄漏的低通滤波器213的后级产生经由电源的串扰。
[0173]经由电源的串扰不仅通过电源线,还通过基板向模拟电路中耦合,因而在大范围内产生大的影响。因此,通过进行上述的分类来分离电源,与不进行电源分离的情况相比,可以实现非常有效的基准泄漏的减少。
[0174]另外,输出分频器215在动作上来说是数字的结构要素,然而当数字噪声与输出分频器耦合时,数字噪声混入无线的模拟输出,在此意义上来看,是模拟的结构要素。即,不是单就动作是数字还是模拟来定义模拟电路和数字电路,而是考虑串扰的影响波及到模拟信号的情况来定义模拟电路和数字电路。
[0175]7.半导体装置的详细布局结构
[0176]图11示出上述结构例中的半导体装置20的详细布局结构例。
[0177]第1外缘HS1侧的第1电路区域CA1包括:区域VC0,其配置有电压控制振荡器214 ;0UTDIV,其配置有输出分频器215 ;区域PA,其配置有功率放大器220 ;以及区域LPF,其配置有低通滤波器213。
[0178]并且,第2外缘HS2侧的第2电路区域CA2包括:区域PFD,其配置有相位比较电路211 ;区域CF,其配置有电荷栗电路212 ;区域FBDIV,其配置有分数分频器216 ;区域0SC,其配置有振荡电路100 ;以及区域CTL,其配置有控制电路250。另外,在区域CTL,除了例如由门阵列构成的控制电路250以外,还可以配置有存储器等。
[0179]如图5所说明那样,功率放大器220 (PA)和振荡电路100 (0SC)以对角的方式分离地配置。在第1电路区域CA1中,从功率放大器220观察,在第3方向D3(第3外缘HS3)侧配置有低通滤波器213 (LPF)。并且,从功率放大器220观察,在第2方向D2 (第2外缘HS2)侧配置有电压控制振荡器214和输出分频器215 (VC0、0UTDIV)。在第2电路区域CA2中,从振荡电路100观察,在第4方向D4 (第4外缘HS4)侧配置有控制电路250 (CTL)。并且,从控制电路250观察,在第1方向D1 (第1外缘HS1)侧配置有相位比较电路211、电荷栗电路212和分数分频器216 (PFD、CP、FBDIV)。
[0180]第1电路区域CA1和第2电路区域CA2的边界线LL是迂回过区域PFD、CP、FBDIV的线。该边界线LL不限于1根直线,边界线LL只要是与第3外缘HS3和第4外缘HS4交叉、且不与第1外缘HS1和第2外缘HS2接触的线即可。
[0181]通过采用以上的配置,即使在布局上,也可以将图10中分类出的模拟电路和数字电路分离。即,能够抑制布线的并行或者通过基板的数字-模拟间的耦合,能够抑制基准泄漏和振荡频率的误差。
[0182]并且,考虑到由于低通滤波器213主要由电容器、电阻等无源元件构成,因而与功率放大器220、电压控制振荡器214等相比,针对来自基板的噪声进入的抗性较强。因此,构成为:在第1电路区域CA1中与低通滤波器213相比使功率放大器220和电压控制振荡器214与振荡电路100分离配置,从而尽量使由振荡电路100引起的数字噪声不与无线输屮规A柄口。
[0183]8.振荡电路
[0184]图12示出振荡电路100的详细结构例。振荡电路100包括振荡信号的频率调整用的可变电容CV1、CV2。并且,半导体装置20除了图10的结构要素以外,还包括存储可变电容CV1、CV2的设定值的非易失性存储器270 (例如EEPR0M等)。
[0185]存储在非易失性存储器270内的设定值由控制电路250读出,控制电路250根据该设定值控制可变电容CV1、CV2的电容值。可变电容CV1、CV2的设定值在例如无线通信装置420的制造时(振荡频率的测试时)被写入到非易失性存储器270。
[0186]如上所述,在本实施方式中,通过使振动片30和半导体装置20 (无线通信1C)单封装化,可以在关闭封装10的盖之前对振动片30照射离子束来调整振荡频率。
[0187]在本实施方式中,在密封了封装10之后,也能够通过调整可变电容CV1、CV2来进行振荡频率的调谐。由此,可以得到与以往相比误差非常小的基准时钟,减小载波的频率误差。并且,伴随于此,能够使接收频带变窄,可以提高接收灵敏度。S卩,即使降低发送功率,也能够在相同距离维持相同灵敏度的无线通信,能够降低发送功率来削减消耗电力。在便携型的无线系统中,一般使用小型的电池或蓄电池,消耗电力的削减是重要的。
[0188]如以上所述,通过搭载分数N型PLL电路210,使振动片30单封装化,不仅可以实现装置的小型化,而且可以实现无线通信中的低消耗功率化。
[0189]另外,即使石英振动片的振荡频率有误差,通过调整分数N型PLL电路210的分频比,也不是不能减小载波的频率误差。然而,有必要对应于各个石英振动片调整分频比,考虑到为了生成大量载波频率而改变分频比方面、以及将分频比用于调制方面等,进行分频比的单独调整是不现实的。关于这一方面,在本实施方式中,可以减小石英振动片的振荡频率的误差自身。
[0190]9.功率放大器
[0191]图15示出功率放大器220的详细结构例。功率放大器220包括电流源和驱动部。电流源由例如P型(广义上是第1导电型)的晶体管TB1 (M0S晶体管)构成。驱动部由例如N型(广义上是第2导电型)的驱动晶体管TB2(M0S晶体管)构成。
[0192]与晶体管TB1的漏极连接的节点NB1是与半导体装置20的焊盘PRFC连接的节点。并且,与驱动晶体管TB2的漏极连接的驱动节点NB2是与半导体装置20的焊盘PRAQ连接的节点。并且,与驱动晶体管TB2的源极连接的接地电压的节点是与半导体装置20的焊盘PVSPA连接的节点。
[0193]电压VBS(偏置电压)被输入到晶体管TB1的栅极,晶体管TB1流过固定的电流IDCo通过该电流源而使节点NB1的电压VY相当于电源VDD的电压。电容器⑶C是用于使与该电源VDD的电压相当的电压VY的电位变动稳定的电容器。扼流圈LD
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