相关申请的交叉引用
这里通过参考并入2016年10月14日提交的日本专利申请2006-202221的全部公开内容，包括说明书、附图和摘要。
本发明涉及半导体器件，其可以应用于例如并入功率放大器的半导体器件。
背景技术：
在诸如蓝牙和wi-sun(无线智能公用设施网络)的特定节电无线系统中，由于低的发射功率，发射功率一般在开环中被控制。在这样的系统中，发射功率的绝对值如此之小，使得不存在发射信号频率的近带中的杂散波的问题。
技术实现要素：
然而，近来考虑大功率系统的使用，并且必需解决杂散问题。尽管可以像在gsm中那样通过向这些系统中引入闭环apc(自动功率控制)来解决该问题，但是在由于附加的波检测器、积分器等带来的增加的电路规模导致增加的成本和功耗方面，将出现另外的问题。
其他问题和新颖特征将从本文和附图的描述中显而易见。
代表本公开内容的概要简要描述如下。
半导体器件包括用于功率放大器的调节器(regulator)，其控制调节器的输出电压的上升速率。
上述半导体器件可以抑制电路规模的增加。
附图说明
图1是示出根据实施例的无线单元的配置的框图；
图2示出图1所示的第二调节器的配置；
图3是示出图2所示的运算放大器及其外围电路的电路图；
图4是示出图2所示的环路增益控制电压产生电路的电路图；
图5是示出图2所示的定时产生电路的配置的框图；
图6是示出表示来自图2所示的第二调节器的每个信号的操作的波形图；
图7是示出根据第一变形例的运算放大器及其外围电路的电路图；
图8是示出根据第二变形例的运算放大器及其外围电路的电路图；和
图9是示出根据第三变形例的无线单元的配置的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式和实施例进行描述。然而，应当注意，类似的部件用相同的附图标记表示，并且可以不重复其说明。
当在来自无线单元的发射输出的时间内提升功率放大器的输出电平以开始发射时，发射输出信号接收放大器调制，并因此在发射信号频率的近带中可能出现杂散波，这会影响使用相邻信道的系统。来自功率放大器的输出的上升时间越短并且上升越陡，则可能出现杂散波的频带越宽。
因此，作为根据本实施例的半导体器件的无线单元被配置为包括具体用于功率放大器的调节器，从而控制来自调节器的输出电压的上升速率。具体地，半导体器件限制了调节器的启动时的浪涌电流，从而延长了用于对耦合到输出的电容器充电的时间。更具体地，半导体器件包括发射电路、放大来自发射电路的信号的功率放大器和向功率放大器供电的调节器，并且控制调节器的运算放大器的环路增益以在启动该发射的时间内逐渐增加。
通过控制运算放大器的环路增益以逐渐增加，可以缓慢地提升来自调节器的输出电压，并因而使功率放大器的上升速率更加平缓。由于功率放大器的电源电压逐渐上升，所以功率放大器产生的杂散波可以被减小。以这种方式，可以抑制杂散波而无需使用apc，这可以抑制由增加的电路规模引起的成本和功耗的增加。
(实施例)
参照图1描述根据实施例的无线单元。图1是示出根据实施例的无线单元的配置的框图。根据实施例的无线单元7使用与功率放大器组合的调节器的电源电压来控制发射输出功率。无线单元7是包括第一电路块a和第二电路块b的半导体器件，第一电路块a和第二电路块b在单个半导体芯片上，第一电路块a包括第一调节器1、第二调节器2、发射电路3、接收电路4和用作控制电路的mcu(微控制单元)6，第二电路块b包括功率放大器5。无线单元7还包括用于将负载电容器cl耦合到第二调节器2的输出的外部端子ot1、用于将功率放大器5的输出(paout)输出到外部的外部端子ot2、用于输入外部电源电压(vcc)的外部端子ot3、和用于输入参考电位(vss)的外部端子ot4。提供给第一电路块a的是来自第一调节器1的工艺标准电压(例如，约1.2v)，并且提供给第二电路块b的是来自第二调节器2的电源电压，其可以被设定在例如0v至3v或更高。mcu6还可以包括cpu(中央处理单元)、其中存储数据和要由cpu执行的程序的存储器等。
通常，通过仅向功率放大器提供高电源电压，功率放大器对于发射时的功耗的减少可以是有利的，因为功率效率可以随着更高的电源电压而容易地增加。因此，存在第二调节器2，其被设置用于向功率放大器5提供高电源电压。在该配置中，当发射停止时，第二调节器2的电压被设定在0v。通过将第二调节器2的电压从0v缓慢地变化到电源电压以达到所需的发射功率，可以使包络(包络曲线)的变化更平缓，从而抑制近带杂散。
下面参考图2对第二调节器2进行描述。图2示出了图1所示的第二调节器的配置。第二调节器2包括运算放大器10，运算放大器10包括基于电压控制而控制环路增益的环路增益控制电路11、pmos晶体管12、对输出电压进行分压的电阻器r1、r2、缓慢地改变环路增益的环路增益控制电压产生电路13、以及产生操作环路增益控制电压产生电路的定时信号的定时产生电路14。将输出电压(vout)的分压(vfb)输入到运算放大器的非反相输入端子(+输入端子)，并将参考电压(vref)输入到反相输入端子(-输入端子)。第二调节器2在第一使能信号(en)变为高电平(h)时操作以向功率放大器5和外部端子ot1输出电流(iout)。第一使能信号(en)由mcu6提供。
通过将调节器的环路增益限制为低，可以约束启动第二调节器2时的浪涌电流。当启动第二调节器2时，可以通过控制作为来自环路增益控制电压产生电路13的输出的环路增益控制电压(vcont)，使得第二调节器2的环路增益可以为低，从而使环路增益最小化。这将第二调节器2的浪涌电流限制为低，并因此在耦合到第二调节器2的输出的负载电容器cl被充电时，输出电压(vout)缓慢增加。由于可以使用负载电容器cl，因此可以容易地实现在上升时间内的大时间常数。
在输出电压(vout)的增加开始减慢的特定定时，定时产生电路14输出第二使能信号(en_tc)，该第二使能信号操作环路增益控制电压产生电路13，环路增益控制电压产生电路13输出以特定梯度减小的环路增益控制电压(vcont)，并且将该电压输入到运算放大器10中的环路增益控制电路11。以这种方式，基于模拟控制通过连续增加第二调节器2的环路增益，可以控制第二调节器2的输出电流(iout)缓慢增加，从而输出电压(vout)连续变化以收敛到期望值。
现在参考图3描述具有图2所示的环路增益控制功能的运算放大器10。图3是示出图2所示的运算放大器10及其外围电路的电路图。在图3中，功率放大器5由等效负载电阻器rl表示。
运算放大器10包括以电流镜配置有源负载的pmos晶体管21、22晶体管、配置差分对的nmos晶体管23、24、以及配置电流源的nmos晶体管25。nmos晶体管23的栅极端子是反相输入端子，参考电压(vref)输入到该反相输入端子。nmos晶体管24的栅极端子是非反相输入端子，电压(vfb)输入至该非反相输入端子。对nmos晶体管25的栅极端子输入的是偏置电压(vb)。
运算放大器10还包括耦合在节点n1和节点n2之间(差分输出之间)的电阻器26、27和nmos晶体管28、以及控制nmos晶体管25的栅极的开关(sw)29、30和反相器31。
应当注意，尽管本文在第二调节器2外部产生参考电位(vref)和偏置电压(vb)，但是它们可以在第二调节器2内部产生。sw29、30可以通过例如传输门来配置，nmos晶体管和pmos晶体管并联耦合到该传输门。
当第一使能信号(en)为高电平时，sw29导通，并且sw30断开，这使作为尾电流源操作的nmos晶体管25导通。使能信号(en)由mcu6提供。
当启动第二调节器2时，环路增益控制电压(vcont)变为高电平并且nmos晶体管28导通，由此运算放大器10的差分输出之间的电阻器r26和电阻器r27彼此耦合，带来运算放大器10的低开路增益。这使得可以保持第二调节器2的环路增益较低。nmos晶体管28作为可变电阻器操作，并且配置环路增益控制电路11。
现在参考图4描述图2所示的环路增益控制电压产生电路。图4是示出图2所示的环路增益控制电压产生电路的电路图。当第二使能信号(en_tc)为低(l)时，来自反相器48的输出变为高电平，sw46导通，sw47断开，因而配置电流镜电路的pmos晶体管41、42及nmos晶体管43、44截止。此外，sw49断开，反相器51的输出变为高电平，sw50导通，用于容量充电的pmos晶体管45导通，然后电容器52被充电，并且环路增益控制电压(vcont)变为电源电压(vcc)。
当第二使能信号(en_tc)变为高电平时，sw49导通，sw50断开，用于容量充电的pmos晶体管45截止。sw46断开，sw47导通，电流镜电路导通，电容器52中的电荷从nmos晶体管44放电，因此环路增益控制电压(vcont)以特定梯度下降。这使得环路增益控制电压产生电路13能够生成其中输出电压逐渐降低的环路增益控制电压。
现在参考图5描述图2所示的定时产生电路。图5是示出图2所示的定时产生电路的配置的框图。定时产生电路14包括计数器111和d触发器112。当第一使能信号(en)为低电平(l)时，计数器111被清零，低电平被输入到d触发器(ff)112的d端子，并且输出信号(en_tc)变为低电平。
当第一使能信号(en)变为高电平时，计数器111开始操作，并且在对时钟信号(clock)计数达到根据计数器设定值(set_cont)设定的数目后，输出高电平。由于高电平被输入到d触发器112的d端子，所以第二使能信号(en_tc)变为高电平。因此，在第一使能信号(en)变为高电平之后的预定时段内，第二使能信号(en_tc)变为高电平。通过将第二使能信号(en_tc)的输出高电平的定时设定在适当的值，可以消除来自第二调节器2的输出电压(vout)的变化的台阶，以使其平滑。计数器设定值(set_cont)和时钟信号(clock)由mcu6提供。
现在参考图6描述来自第二调节器的每个信号的操作波形。图6是表示来自图2所示的第二调节器的每个信号的操作的波形图。当使能信号(en)是低电平时，来自运算放大器10的输出变为高电平，pmos晶体管12截止，并且来自第二调节器2的输出电压(vout)变为0v。当使能信号(en)变为高电平时，运算放大器10开始操作，并且输出电流(iout)被输出。此时，环路增益控制电压产生电路13的环路增益控制电压(vcont)被控制为使得第二调节器2的环路增益(环路增益)取较小值。在图6所示的实施例中，使输出电压(vout)接近电源电压(vcc)，但不限于此，这取决于环路增益控制电路11的电路系统。以这种方式，输出电流(iout)被限制，并且随着负载电容器cl被充电，输出电压(vout)缓慢增加。来自功率放大器5的输出(paout)的输出功率也相应地增加。
随着输出电压(vout)增加，流入功率放大器5的负载电流(ipa)增加，并且因此充电到负载电容器cl中的电流(ic)逐渐减小，并且输出电压(vout)的上升速率减慢。
在输出电压(vout)的上升开始减慢时的特定定时，来自定时产生电路14的操作环路增益控制电压产生电路13的信号(en_tc)的输出变为高电平，并且环路增益控制电压产生电路13的环路增益控制电压(vcont)将以特定梯度弱化的信号输入到运算放大器10中的环路增益控制电路11。以这种方式，通过基于模拟控制连续增加第二调节器2的环路增益(环路增益)，可以控制输出电流(iout)缓慢增加，从而输出电压(vout)连续变化以收敛到预期值。输出电流(iout)收敛到功率放大器5的负载电流(ipa)。这使得来自功率放大器5的输出(paout)的输出功率能够缓慢增加到期望值。
<第一变形例>
现在参考图7描述根据实施例的运算放大器的第一变形例。图7是示出根据第一变形例的运算放大器及其外围电路的电路图。在图7中，功率放大器5由等效负载电阻器rl表示。
虽然在根据图3所示的实施例的运算放大器中，环路增益控制电路11包括在两个电阻器26、27之间的nmos晶体管28，但是在根据第一变形例的运算放大器60的环路增益控制电路11中，两个内差分电阻器被集成到电阻器66中、且nmos晶体管67被包括在pmos晶体管12的栅极的输出侧(节点n1侧)上，用于调整第二调节器2的输出。其他配置与实施例中类似。
这隐藏了nmos晶体管67的寄生电容对差分对nmos晶体管24的影响，并且可以容易地设计耦合到差分对nmos晶体管23的nmos晶体管67的寄生电容，以通过负载电容器cl与pmos晶体管12的栅极电容一起补偿相位来确保第二调节器的相位裕度。
<第二变形例>
现在参考图8描述根据实施例的运算放大器的第二变形例。图8是示出根据第二变形例的运算放大器及其外围电路的电路图。在图8中，功率放大器5由等效负载电阻器rl表示。
虽然根据图3所示的实施例的运算放大器仅包括一个尾电流源，但是根据第二变形例的运算放大器80包括多个尾电流源，并且通过sw选择导通的电源来调整运算放大器80的操作电流。其他配置与实施例中类似。当提供有n级电流源时，通过对每个电流源加权两倍，可以将调整精细到参考电流的1倍至(2n-1)倍。图8示出了包括三级nmos晶体管88、89、90作为尾电流源的示例。通过基于操作电流设定值(set_opi1至3)切换sw91、92、93，可以将运算放大器80的操作电流在七个水平切换。操作电流设定值(set_opi1至3)由mcu6提供。sw91、92、93中的每一个由互补操作的两个sw配置，并且每个sw可以由例如传输门来配置，nmos晶体管和pmos晶体管并联耦合到该传输门。运算放大器60的环路增益控制电路与实施例中类似，但也可以与第一变形例中类似。
通过改变运算放大器的操作电流，当环路增益控制电压(vcont)为高电平时，可以改变第二调节器2的环路增益。这使得可以纠正第二调节器2的由于半导体制造工艺等的变化造成的环路增益的变化。因此，可以调整来自第二调节器2的输出电压(vout)的上升的梯度。
<第三变形例>
现在参考图9描述根据实施例的无线单元的变形例。图9是示出根据第三变形例的无线单元的配置的框图。作为根据第三变形例的半导体器件的无线单元7a，校正由于工艺变化或者温度波动而造成的第二调节器2的上升电压的梯度。因此，无线单元7a除了无线单元7的组件之外在单个半导体芯片之上还包括工艺监视器101、温度传感器102和校正表103，其中存储定时产生电路14的计数器值(计数器设定值(set_cnt))和运算放大器80的操作电流的设定值(操作电流设定值(set_opi))。工艺监视器101、温度传感器102和校正表103被包括在如实施例中那样的第一电路块a中。工艺监视器101是基于无线单元7a的半导体芯片的工艺变化而生成信息的电路。温度传感器102是产生无线单元7a的半导体芯片的温度信息的电路。用作控制电路的mcu6基于来自工艺监视器101的信息和来自温度传感器102的信息，计算用于设定定时产生电路14的计数器值并控制运算放大器80的操作电流的信息，以及将该信息存储在校正表103中。校正表103被存储在mcu6外部的存储器或mcu6内的存储器中。
从定时发生电路14输出用于操作环路增益控制电压产生电路13的信号(en_tc)的最佳定时和运算放大器的最佳操作电流可以根据工艺、温度波动、功率放大器的负载电流等而变化。因此，关于上述每个条件，包括最佳计数器设定值(set_cnt)和操作电流设定值(set_opi)的信息被存储在校正表103中。当启动第二调节器2时，mcu6从校正表103读取运算放大器80的操作电流设定值(set_opi)和计数器设定值(set_cnt)，并将它们输出到定时产生电路14和运算放大器80。这使得可以校正第二调节器2的上升电压的梯度。也可以使用计算公式而不是校正表103。
本说明书至少包括根据实施例的以下配置。
第一配置中的半导体器件(7)包括发射电路(3)、功率放大器(5)和向功率放大器供电的第二调节器(2)。第二调节器(2)包括运算放大器(10)，运算放大器具有环路增益控制电路(11)、环路增益控制电压产生电路(12)和定时产生电路(14)，并且在启动第二调节器(2)时第二调节器使运算放大器(10)的环路增益最小化。这使得可以限制浪涌电流，控制来自功率放大器的输出功率，并且在启动功率放大器时使包络变化更平缓，从而抑制在输出频率的近带中引起的杂散波。
第二配置中的半导体器件类似于第一配置，除了运算放大器(10)的环路增益控制电路(11)包括运算放大器的内差分输出电阻器(26,27)和调整差分之间的电阻值的nmos晶体管(28)，以连续调整nmos晶体管(28)的导通电阻。这使得可以连续地控制调节器的环路增益。
第三配置中的半导体器件类似于第一配置，除了运算放大器(10)的环路增益控制电路(11)包括运算放大器的内差分输出电阻器(66)和调整差分之间的电阻值的nmos晶体管(67)，以连续调整nmos晶体管(67)的导通电阻。这使得可以连续地控制调节器的环路增益。
第四配置中的半导体器件类似于第二或第三配置，除了运算放大器(10)包括多个尾电流源，并且通过多个sw(91至93)选择要接通的电流源，从而调整运算放大器的操作电流。这使得可以调整来自调节器的输出电压的上升的梯度。
第五配置中的半导体器件类似于第四配置，除了还包括mcu(6)、工艺监视器(101)、温度传感器(102)和校正表(103)。这使得可以将环路增益控制电压产生电路中的定时产生电路(14)的计数器设定值和运算放大器的操作电流设定值调整到最佳值。
以上，基于实施例、实施方式和变形例描述了由本发明人作出的本发明。然而，不用说，本发明不限于上述实施例、实施方式和变形例，而是可以对其进行各种修改。
例如，尽管在实施例中，第一调节器1、包括发射电路3的第一块a、第二调节器2和包括功率放大器5的第二电路块b被配置在单个半导体芯片之上，但第一调节器1和第一电路块a可以被配置在与第二调节器2和第二电路块b分开的半导体芯片之上。此外，第一调节器1、第一电路块a、第二调节器2和第二电路块b可以分别被配置在四个分开的半导体芯片之上。