半导体集成电路、通信模块和智能仪表的制作方法
专利名称:半导体集成电路、通信模块和智能仪表的制作方法
【专利摘要】本公开的实施例涉及一种半导体集成电路、通信模块和智能仪表，该半导体集成电路包括：变压器，其包括第一绕组和第二绕组；低噪声放大器电路，其包括输入端子，其中变压器的第二绕组的至少一端被连接至输入端子；以及开关，其被设置在变压器的第二绕组的一端与另一端之间。在其中接收信号被供给至变压器的第一绕组的时段中，开关被断开并且变压器起到用于低噪声放大器电路的输入阻抗匹配电路的作用。另一方面，在其中被连接至预定节点的另一电路操作的时段中，开关被闭合并且使得变压器变成包括预定电容的元件。
【专利说明】
半导体集成电路、通信模块和智能仪表
技术领域
[0001]本实用新型涉及半导体集成电路、通信模块和智能仪表，并且例如涉及包括阻抗匹配电路的半导体集成电路、通信模块和智能仪表。
【背景技术】
[0002]近年来，能够发射和接收的高频信号的无线电通信装置已被广泛使用。美国专利申请N0.2013/0035048公开了一种涉及在这样的无线电通信装置中使用的收发器电路的技术。更具体地，美国专利申请N0.2013/0035048公开了一种涉及包括发射器电路、接收器电路以及在发射器电路和天线的连接与接收器电路和天线的连接之间切换的开关电路的前端系统的技术。
【实用新型内容】
[0003]近年来，在无线电通信装置中使用的半导体集成电路已被进一步小型化。然而，用于切换发射器和接收器电路与天线之间的连接的开关电路归因于诸如关于由开关电路处理的高频信号的电压幅度的大小的问题、对静电释放(ESD)的抵抗性等的原因而未足够地小型化。结果，本发明人发现了无线电通信装置中使用的半导体集成电路的小型化不充分的问题。
[0004]相关技术的其他问题和本实用新型的新特征将从说明书和附图的以下描述中变得明显。
[0005]根据实用新型的一方面，开关被设置在包括第一绕组和第二绕组的变压器的第二绕组的两个端部处。在其中接收信号被供给至变压器的第一绕组的时段中，开关被断开，并且使得变压器起到输入阻抗匹配电路的作用。另一方面，在其中未供给发射信号的时段中，开关被闭合。
[0006]根据本公开的一个方面，提供了一种半导体集成电路，包括:
[0007]第一变压器，其包括第一绕组和第二绕组；
[0008]低噪声放大器电路，其包括输入端子并且将无线电信号放大，所述第一变压器的所述第二绕组的至少一端被连接至所述输入端子;以及
[0009]开关，其被设置在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与另一端之间，其中
[0010]在其中接收信号经由预定节点被供给至所述第一变压器的所述第一绕组的第一时段中，所述半导体集成电路使所述开关处于断开状态并且使所述第一变压器起到用于所述低噪声放大器电路的输入阻抗匹配电路的作用，以及
[0011]在其中被连接至所述预定节点的另一电路操作的第二时段中，所述半导体集成电路使所述开关处于闭合状态。
[0012]根据实施例，所述半导体集成电路进一步包括:
[0013]第一电容性元件，其在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与所述另一端之间，所述第一电容性元件与所述开关并联设置。
[0014]根据实施例，所述半导体集成电路进一步包括:
[0015]第二电容性元件，其被串联地连接至所述第一变压器的所述第一绕组，其中
[0016]所述接收信号被供给至包括所述第一绕组和所述第二电容性元件的电路的一端，并且所述电路的另一端被以交流的方式接地。
[0017]根据实施例，所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端和所述另一端被连接至所述低噪声放大器电路的所述输入端子。
[0018]根据实施例，至少所述第一变压器、所述低噪声放大器和所述开关被集成到一个半导体芯片中。
[0019]根据实施例，所述半导体集成电路进一步包括:
[0020]发射电路，作为被连接至所述预定节点的所述另一电路，其中
[0021]所述第一时段是其中所述半导体集成电路执行接收操作的时段，以及
[0022]所述第二时段是其中所述半导体集成电路执行发射操作的时段。
[0023]根据实施例，所述发射电路包括:
[0024]第二变压器，其包括第一绕组和第二绕组；以及
[0025]发射放大器电路，其包括输出端子，所述第二变压器的所述第一绕组的至少一端被连接至所述输出端子，其中
[0026]所述第二变压器的所述第二绕组的一端被电连接至所述预定节点，并且所述第二变压器的所述第二绕组的另一端被以交流的方式接地，以及
[0027]在所述第二时段中所述第二变压器起到用于所述发射放大器电路的阻抗匹配电路的作用。
[0028]根据实施例，所述发射放大器电路包括用于将发射信号供给至所述第二变压器的所述第一绕组的发射模式和用于使所述第二变压器的所述第一绕组的一端与另一端两者短路的短路模式，在所述第一时段中所述发射放大器电路以所述短路模式操作，以及在所述第二时段中所述发射放大器电路以所述发射模式操作。
[0029]根据实施例，所述半导体集成电路进一步包括:
[0030]第三电容性元件，其被连接在输入端子与所述预定节点之间，所述输入端子被连接至所述第一变压器的所述第一绕组；以及
[0031]第四电容性元件，其被连接在输出端子与所述预定节点之间，所述输出端子被连接至所述第二变压器的所述第二绕组。
[0032]根据实施例，至少所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关和所述第二电容性元件被集成到一个半导体芯片中。
[0033]根据实施例，至少所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关和所述发射电路被集成到一个半导体芯片中，以及在所述半导体芯片内，所述第一变压器的所述第一绕组和所述发射电路的输出侧被连接至被包括在所述半导体芯片中的输入/输出端子。
[0034]根据本公开的另一方面，提供了一种通信模块，被包括在如上所述的半导体集成电路中的至少所述第一变压器、所述第二变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关、所述发射放大器电路、所述第三电容性元件和所述第四电容性元件被集成到所述通信模块中。
[0035]根据本公开的又一方面，提供了一种智能仪表，包括如上所述的通信模块。
[0036]根据本公开的又一方面，提供了一种通信模块，包括:
[0037]半导体芯片，包括:
[0038]第一变压器，其包括第一绕组和第二绕组；
[0039]低噪声放大器电路，其包括输入端子并且将无线电信号放大，所述第一变压器的所述第二绕组的至少一端被连接至所述输入端子；
[0040]开关，其被设置在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与另一端之间；
[0041]输入端子，其被连接至所述第一变压器的所述第一绕组的一端；以及
[0042]输出端子，其被连接至发射电路，
[0043]其中所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关、所述输入端子和所述输出端子被集成到所述半导体芯片中；以及
[0044]安装基板，所述半导体芯片被安装在所述安装基板上，其中
[0045]在所述半导体芯片执行接收操作时的时段中，所述开关被断开并且所述第一变压器起到用于所述低噪声放大器电路的输入阻抗匹配电路的作用，以及
[0046]在所述半导体芯片执行发射操作时的时段中，所述开关被闭合。
[0047]根据以上方面，在无线电通信装置中使用的半导体集成电路可以被小型化。
【附图说明】
[0048]以上和其他方面、优点及特征将从结合附图进行的某些实施例的以下描述中更加明显，在附图中:
[0049]图1是用于说明根据第一实施例的智能仪表的框图；
[0050]图2是示出根据第一实施例的半导体集成电路的示例的电路图；
[0051]图3是示出在根据第一实施例的半导体集成电路中使用的开关的示例的电路图；
[0052]图4是用于说明根据第一实施例的半导体集成电路的操作(当开关处于闭合状态时)的图；
[0053]图5是用于说明根据第一实施例的半导体集成电路的操作(当开关处于闭合状态时)的图；
[0054]图6是示出根据第一实施例的半导体集成电路的另一配置示例的电路图；
[0055]图7是用于说明根据第一实施例的半导体集成电路的操作的时序图表；
[0056]图8是用于说明根据第一实施例的半导体集成电路的操作的时序图表；
[0057]图9是示出根据第一实施例的半导体集成电路的安装示例的图；
[0058]图10是示出根据第一实施例的半导体集成电路的安装示例的图；
[0059]图11是示出根据比较例的半导体集成电路的安装示例的图；
[0060]图12是示出根据比较例的半导体集成电路的安装示例的图；
[0061]图13是示出根据第一实施例的半导体集成电路的另一安装示例的图；
[0062]图14是示出根据第一实施例的半导体集成电路的另一安装示例的电路图；
[0063]图15是示出根据第一实施例的半导体集成电路的另一安装示例的电路图；
[0064]图16是示出根据相关技术的通信装置的示例的框图；
[0065]图17是示出根据相关技术的通信装置的另一配置示例的框图；
[0066]图18是示出在根据相关技术的通信装置中使用的开关电路的示例的图；
[0067]图19是示出在根据相关技术的通信装置中使用的开关电路的另一配置示例的图；
[0068]图20是示出根据第二实施例的半导体集成电路的示例的电路图；
[0069]图21是示出根据第三实施例的半导体集成电路的示例的电路图；
[0070]图22是示出根据第三实施例的半导体集成电路的另一配置示例的电路图；
[0071]图23是示出在半导体集成电路中使用的开关的另一配置示例的电路图；
[0072]图24是示出在半导体集成电路中使用的开关的另一配置示例的电路图；以及
[0073]图25是示出在半导体集成电路中使用的开关的另一配置示例的电路图。
【具体实施方式】
[0074]〈第一实施例〉
[0075]根据第一实施例的智能仪表将参照图1说明如下。
[0076][智能仪表的配置:图1]
[0077]如图1所示，根据第一实施例的智能仪表100包括通信装置101、MCU(微控制器单元)102、测量装置103、电源电路104、存储器105、显示器106和天线ANT。智能仪表100是用于测量从商用电源107供给至家用电源的负载109的电力的量的装置。
[0078]通信装置101将已由智能仪表100测量出的电力的量等方面的信息发送至经由天线ANT被连接至天线节点N_ANT的另一设备。此外，通信装置101经由天线ANT从另一个设备接收预定信息。M⑶(102)控制通信装置101、测量装置103、存储器105和显示器106。例如，MCU(102)将信号MCU_SIG(控制信号等等)供给至通信装置101。测量装置103测量流过线108的电力的量并且将与测得的电力的量有关的信息输出至MCU(102) 10X102)将与已由测量装置103测量出的测得的电力的量有关的信息存储在存储器105中。显示器106将各种信息显示在智能仪表100上。例如，液晶显示器可以用于显示器106。例如，通信装置101在读取仪表或与HEMS (家庭能源管理系统)通信的时候发送被存储在存储器105中的电力消耗的记录。
[0079][相关技术的说明]
[0080]接下来，图1中示出的智能仪表所使用的通信装置101的相关技术将参照图16至图19说明如下。图16是用于说明图1中示出的智能仪表100所使用的通信装置101的相关技术的图和示出了根据相关技术的通信装置的示例的框图。如图16所示，根据相关技术的通信装置101_1包括半导体集成电路113_1。半导体集成电路113_1是用于高频的集成电路并且包含半导体芯片(RF-1C)。半导体集成电路113_1包括接收无源电路115、低噪声放大器电路LNA、接收器电路RX、发射器电路TX、发射放大器电路PA、发射无源电路116、局部振荡器SX、调制解调器MODEM、控制电路114和接口 I/F。此外，
[0081]通信装置101_1包括开关电路117。该开关电路117被设置在半导体集成电路113_1(RF-1C)外。
[0082]接收无源电路115具有匹配低噪声放大器电路LNA的输入阻抗的功能和作为滤波器电路的功能。低噪声放大器电路LNA将从接收无源电路115供给的接收信号(无线电信号)放大。接收器电路RX在已由低噪声放大器电路LNA放大了的接收信号上执行诸如降频转换(down convers 1n)等的接收过程。调制解调器MODEM将已从接收器电路RX供给的接收信号解调并且经由接口 I/F将经过解调的接收信号供给至图1中示出的MCU(102)。
[0083]此外，发射信号经由接口I/F被从图1中示出的mj( 102)供给至调制解调器MODEM。调制解调器MODEM将所供给的发射信号调制并且将经过调制的发射信号供给至发射器电路TX。发射器电路TX在已从调制解调器MODEM供给的经过调制的发射信号上执行诸如升频转换(up-conver si on)等的发射过程。发射放大器电路PA对已从发射器电路TX供给的发射信号进行放大。发射无源电路116具有匹配发射放大器电路PA的输出阻抗的功能和作为滤波器电路的功能。
[0084]开关电路117在天线ANT和接收无源电路115的连接与天线ANT和发射无源电路116的连接之间切换。更具体地，开关电路117在接收的时候将天线节AN_ANT与接收无源电路115的输入节点NlOl连接，并且在发射的时候将天线节点N_ANT与发射无源电路116的输出节点N102连接。此外，控制信号MCU_SIG经由接口 I/F被从图1中示出的MCU(102)供给至控制电路114。控制电路114响应于控制信号MCU_SIG产生控制信号CTR并且控制构成通信装置101_1的各电路。
[0085]如图16所示，在通信装置101_1中，大多数的功能被集成到半导体集成电路113_1(半导体芯片(RF-1C))内。在图16中示出的通信装置101_1中，开关电路117包含与构成半导体集成电路113_1的部分不同的部分。
[0086]需要注意的是当用于智能仪表的通信装置支持处于单个频带的单个通信系统时往往是绰绰有余的。为了与用于智能仪表的通信装置进行比较，将对作为示例的移动电话进行说明。在移动电话中，具有8个至16个端口的多个开关电路(对应于开关电路117)被典型地用来支持多个频带和通信系统。另一方面，因为具有两个端口的开关电路117对于用于智能仪表的通信装置而言是绰绰有余的，所以用于智能仪表的通信装置中的开关电路的复杂性大大地不同于作为相同无线电通信装置的移动电话中的开关电路的复杂性。
[0087][相关技术的问题]
[0088]在智能仪表中，为了使电路小型化和降低成本，不断地对如何提高部件的密度进行着研究。尤其是在用于智能仪表的通信装置中，因为仅有必要支持处于单个频带的单个通信系统，所以装置的配置可以通过提高其集成度而被大大地简化。例如，图17中示出的通信装置101_2具有有着提高了的集成度的配置并且示出了其中MCU(102)和图16中示出的半导体集成电路113_1(RF-1C)构成一个半导体集成电路113_2(即，半导体芯片RF-SoC)(片上射频系统)的情况。
[0089]当进行在装置的配置的集成度上的提高时，可以被集成的最后部分是开关电路117。对此有两个原因。第一个原因是，因为开关电路117被插入其中的部分的特性阻抗是天线的阻抗(典型地是50 Ω)，所以发射与接收信号的电压幅度将变大。在例如由智能仪表普遍使用的920MHz波段的指定低功率无线电的情况中，来自功率放大器的发射功率的上限是13dBm。此时，当天线的阻抗是50 Ω时，电压幅度将是大约2.8Vpp。考虑到例如碰触到天线的某物体所引起的信号反射，有必要将电压幅度视为2.SVpp的最多两倍大。该电压幅度等效于MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的安全激发电压的几倍大的幅度，该MOSFET通过作为用于获得小型化和半导体芯片的电压上的降低的工艺的用于制造RF-1C和RF-SoC的工艺制造出。因此，处理具有这样的大电压幅度的发射与接收信号的切换的开关电路要求通过将稍后说明的专用工艺制造出的半导体1C。
[0090]第二个原因是，因为天线被形成为靠近智能仪表的表面或者在智能仪表外突出，所以要求对静电释放(ESD)的强的抵抗性(抗浪涌电阻(surge resistance))。然而，不容易确保通过用于获得小型化和电压上的降低的工艺制造出的RF-1C和RF-SoC中的强的抗浪涌电阻。
[0091]归因于这些原因，通过特殊制造工艺制造出的开关电路被用于通信装置101_1和102_2中的开关电路117。图18是不出相关技术中使用的开关电路的不例的图。图18中不出的开关电路117 j包含通过GaAs相关的化合物半导体处理制造出的开关IC(123)和阻止DC偏置成分从开关IC(123)泄漏的电容性元件ClOl至C103。因为已在上面说明的RF-1C和RF-SoC通过硅工艺技术形成，所以通过化合物半导体处理形成的开关IC(123)看样子不能被集成到RF-1C和RF-SoC中ο
[0092]此外，近年来使用着用SOI(绝缘体上硅)-CM0S技术制造的高性能开关电路。图19是示出相关技术中使用的开关电路的另一配置示例的图。图19中示出的开关电路117_2包括其中多个N型MOSFET串联连接的开关组125和其中多个N型MOSFET串联连接的开关组126。开关电路117_2起到STOT(单刀双掷)开关的作用。图19中示出的开关电路117_2包括用于产生正和负偏置电压以便切换多个N型MOSFET的电荷栗电路CP和用于将所产生的电压适当地供给至开关组125和126的驱动电路DRV。虽然开关电路117_2可以使用与用于形成RF-1C和RF-SoC的技术相同的硅工艺技术形成，但是出于以下原因难以集成开关电路117_2。
[0093]具体地，虽然RF-1C和RF-SoC使用块体衬底，但是图19中示出的开关电路117_2需要使用SOI衬底。此外，RF-1C和RF-SoC使用用于获得小型化和电压上的降低的小型化工艺。然而，图19中示出的开关电路117_2是通过可以处理高电压的工艺(小型化的技术落后几代的工艺)制造出的，因为由开关电路117_2处理的信号的电压幅度是大的。此外，图19中示出的开关电路117_2要求电荷栗电路CP和驱动电路DRV。然而，当电荷栗电路CP和驱动电路DRV一起安装在RF-1C和RF-SoC上时，电荷电路CP和驱动电路DRV的操作噪声引起对高频发射特性和高频接收特性的不利影响。
[0094]在这样的困难的认识下，当使用用来制造RF-1C和RF-SoC的用于获得小型化和在电压上的降低的工艺来集成开关电路117时，可以处理的信号的电压幅度可能被限制或者抗浪涌电阻可能变得不充分。
[0095]另一方面，当使用一般用于I/O的高电阻MOSFET以便避免在信号的电压幅度和抗浪涌电阻上的限制时，存在有诸如RF特性的劣化、芯片面积上的增加和功率消耗上的增加等的不利影响。
[0096]如已在上面说明的，在根据相关技术的通信装置1lj和101_2中，用于切换天线与发射器和接收器电路的连接的开关电路归因于诸如由开关电路处理的高频信号的电压幅度的大小和对ESD的抵抗性等的原因而尚未足够地小型化。于是，存在有无线电通信装置中使用的半导体集成电路尚未充分地小型化的问题。可以解决这样的问题的半导体集成电路将说明如下。
[0097][半导体集成电路的配置:图2]
[0098]图2是示出根据第一实施例的半导体集成电路的示例的电路图。如图2所示，根据该实施例的半导体集成电路I包括:包括绕组LI和绕组L2的变压器Tl、电容性元件C2、开关SWl、低噪声放大器电路LNA和控制电路10。这些部件被集成到例如RF-1C或RF-SoC内。电容性元件Cl被设置在天线节点N_ANT与半导体集成电路I的输入端子TMl之间。根据该实施例的半导体集成电路I可以用于已在上面说明的智能仪表100的通信装置101。
[0099]半导体集成电路I中的除了上面提到的那些以外的部件、即低噪声放大器电路LNA和低噪声放大器电路LNA的随后的级中的电路等与图16中示出的根据相关技术的通信装置1lj中的那些相同。因为这些部件不是根据该实施例的半导体集成电路I的特征部分，所以其描述将省略。此外，与半导体集成电路I不同的另一电路(典型地是发射器电路)被并联连接至天线节AN_ANT。需要注意的是，在半导体集成电路中包括发射器电路的配置将稍后说明(图6)。
[0100]如图2所示，变压器Tl的绕组LI的一端被连接至输入端子TMl，并且变压器Tl的绕组LI的另一端被接地(被以交流的方式接地)ο变压器Tl的绕组L2的一端(节点NI)和变压器Tl的绕组L2的另一端(节点N2)被分别连接至低噪声放大器电路LNA的输入端子。电容性元件C2和开关SWl被并联连接在变压器Tl的绕组L2的一端与另一端之间。需要注意的是，电容性元件C2可以取决于低噪声放大器电路LNA的输入阻抗的值而省略。
[0101]图3是示出开关SWl的示例的电路图。开关SWl可以包含例如N型MOSFET(TrlO)和电阻器RlO及Rl I JOSFET(TrlO)的漏极和源极被分别连接至变压器Tl的绕组L2的节点NI和节点N2WV DC偏置经由电阻器Rll被供给至MOSFET(TrlO)的主体。控制信号SW1_CTR(电压VDD或0V)经由电阻器RlO被施加至MOSFET(TrlO)的栅极。
[0102]也就是，当电压VDD被施加至MOSFET(TrlO)的栅极时，MOSFET(TrlO)将处于导通(开关SWl将处于闭合状态)。另一方面，当OV被施加至MOSFET(TrlO)的栅极时，MOSFET(TrlO)将处于关断(开关SWl将处于断开状态)。需要注意的是，因为开关SWl仅应该针对RF信号被断开或闭合，所以MOSFET(TrlO)的源极和漏极可以分别被电容性地耦合至变压器Tl的绕组L2的节点NI和节点N2。此外，可以使用P型MOSFET取代N型MOSFET (Tr 1)。
[0103]控制电路10将电压VDD或OV的电压作为开关SWl的控制信号SW1_CTR施加至NMOS晶体管TrlO的栅极。此外，控制电路10将控制信号CTR供给至被包括在半导体集成电路I中的各电路(未示出)。控制信号MCU_S IG被从图1中示出的MCU (102)供给至控制电路1。
[0104][半导体集成电路的操作]
[0105]接下来，半导体集成电路I的操作将说明如下。
[0106]根据该实施例的半导体集成电路I在接收信号被从天线ANT(预定节点)供给至变压器Tl的绕组LI时的时段中通过断开开关SWl而使得变压器Tl起到用于低噪声放大器电路LNA的输入阻抗匹配电路的作用。在图2中示出的半导体集成电路I中，除变压器Tl之外的电容性元件Cl和电容性元件C2也构成用于低噪声放大器电路LNA的输入阻抗匹配电路。
[0107]另一方面，在被连接至天线ANT(预定节点)的另一电路操作时的时段中，开关SWl被闭合。在该情况中，当从天线ANT侧观察电容性元件Cl侧时的阻抗将变成等效于充分小的电容性元件的阻抗。需要注意的是，当被连接至天线ANT的另一个电路是发射器电路时，半导体集成电路1(接收器电路)和另一个电路(发射器电路)的操作将变成与图7和图8的时序图表中示出的那些相同(图7和图8中示出的操作将稍后说明)。
[0108]此时，通过适当地选择变压器Tl的电路常数和电容性元件Cl及C2，低噪声放大器电路LNA的输入阻抗可以在其中开关SWl被断开的状态中匹配，并且当从天线ANT侧观察半导体集成电路I侧时的阻抗可以被配置成在其中开关SWl被闭合的状态中变成等效于充分小的电容的阻抗。
[0109]具体地，在其中开关SWl被断开的状态中，包括变压器Tl的接收无源电路可以处于适于接收操作的状态。另一方面，在其中开关SWl被闭合的状态中，包括变压器Tl的接收无源电路对另一个电路的影响可以在从被连接至天线ANT的另一个电路观察半导体集成电路I时忽略，或者当从天线ANT侧观察半导体集成电路I时的等效电容(充分小的电容)可以通过包括用于另一个电路的阻抗匹配电路的部件中的一个内的等效电容而起作用。
[0110]更具体地说，在图2中示出的半导体集成电路I中，考虑其中低噪声放大器电路LNA的复输入阻抗、电容性元件Cl的电容Cl、绕组LI的电感LI和变压器Tl的耦合系数k的值被预先提供的情况。
[0111]在该情况中，自由度仍然在以下两个值中:绕组L2的电感L2和电容性元件C2的电容C2的值。于是，在这样的约束条件下，可以使得阻抗匹配低噪声放大器电路LNA的复阻抗(=自由度2)。
[0112]此外，当开关SWl被闭合时，被并联连接至开关SWl的电容性元件C2和低噪声放大器电路LNA可以忽略。也就是，当开关SWl被闭合时，可以考虑图4中示出的电路。在这样的情况中，从天线ANT侧观察到的等效电路将变成图5中示出的那个。更具体地，从天线ANT侧观察到的阻抗是I/j ω Cl+j ω LI (l_k2)。在RF信号的角频率处，I/j ω C3 = I/j ω Cl+j ω LI (1-k2)。因为C1、L1和k的值可以通过适当地选择这些值被任意确定而不管低噪声放大器电路LNA的输入阻抗匹配如何，所以C3的值可以被设定为充分小的预定值。
[0113]因此，当从被连接至天线ANT的另一个电路观察时，当开关SWl被闭合时的半导体集成电路I的输入端子TMl可以被看作等效于电容C3。当电容C3的值被设定为充分小的值时，对另一个电路的影响可以忽略。此外，电容C3可以被并入作为用于另一个电路的阻抗匹配电路的部件中的一个。
[0114]如上所述，根据该实施例的半导体集成电路I可以在未使用被串联插入RF信号路径中的开关电路(参见图16至图19)的情况下获得了好像半导体集成电路I的输入单元(输入端子TMl)与天线ANT分离的状态。
[0115]此外，变压器Tl的初级侧的绕组LI的一端被直接连接至半导体集成电路I(RF-1C)的输入端子TMl，并且变压器Tl的绕组LI的另一端被接地。变压器Tl的初级侧的电感典型地为大约几nH。在粗导线被用于变压器Tl的绕组时，没有必要为了确保抗浪涌电阻而单独地提供ESD保护电路，并且即使当要求ESD保护电路时，仅简单的ESD保护电路也是充分的。也就是，通过将半导体集成电路I (RF-1C)的输入端子TMl直接连接至变压器TI的初级侧的绕组LI，可以确保强的抗浪涌电阻。此外，因为没有必要提供ESD保护电路，所以半导体集成电路I的芯片面积可以被减小与ESD保护电路的面积对应的面积。另外，由ESD保护电路引起的寄生电容可以被降低。
[0116]被连接至变压器Tl的次级侧的绕组L2的开关SWl在半导体集成电路I执行接收操作时变成断开状态。在半导体集成电路I的接收功率的最大值典型地小(其大约为_20dBm)时，当开关SWl处于断开状态时施加的电压幅度处于可以由构成开关SWl的M0SFET(参见图3)处理的程度。当被连接至天线ANT的另一个电路是发射器电路时，大的电压幅度在发射的状态中被施加至半导体集成电路I (RF-1C)的输入端子TMl。然而，在开关SWl此时处于闭合状态时，施加至开关SWl的电压幅度几乎为零。因此，通过用于获得小型化和电压上的降低的小型化工艺形成的MOSFET可以被用于开关SWl。
[0117]另外，优选的是，除了当半导体集成电路I执行接收操作时以外，将开关SWl闭合。一般情况下，低噪声放大器电路LNA的输入阻抗大于天线的阻抗(典型地为50Ω)，变压器Tl被以如下方式设计:使得阻抗将从天线ANT侧朝向低噪声放大器电路LNA侧逐渐增加。于是，针对开关SWl所要求的导通电阻可以大于根据相关技术接近天线ANT布置的开关电路117(参见图16)的导通电阻。此外，因为小型化工艺被用来制造RF-1C和RF-SoC，即使当MOSFET的面积小时，也可以获得充分低的导通电阻。结果，开关SWl的面积可以小于相关技术中的。此外，由开关SWl引起的寄生电容也可以被减小。
[0118]如已在上面说明的，因为根据该实施例的半导体集成电路I具有上面说明的配置，所以没有必要使用相关技术中使用的开关电路117(图18和图19)。因此能够获得在无线电通信装置中使用的半导体集成电路的小型化。
[0119][半导体集成电路的另一配置示例:图6]
[0120]接下来，根据该实施例的半导体集成电路的另一配置示例将说明如下。图6是示出根据该实施例的半导体集成电路的另一配置示例的电路图。图6中示出的半导体集成电路2与图2中示出的半导体集成电路I之间的不同在于图6中示出的半导体集成电路2包括诸如发射无源电路12、发射放大器PA等的发射系统的电路。因为除了上面提到的这些以外的配置都与图2中出的半导体集成电路I的那些相同，所以重复说明将省略。
[0121]如图6所示，半导体集成电路2包括:包括绕组LI和绕组L2的变压器Tl、电容性元件C2、开关SWl、低噪声放大器电路LNA、控制电路11、发射无源电路12和发射放大器PA。这些部件被集成到例如RF-1C或RF-SoC内。
[0122]包括变压器Tl、电容性元件C2、开关SWl和低噪声放大器电路LNA的发射系统的电路经由输入端子TMl被连接至天线ANT。电容性元件Cl被设置在天线节点N_ANT与输入端子TMl之间。此外，包括发射无源电路12和发射放大器PA的发射系统的电路经由输出端子TM2被连接至天线节点N_ANT。例如，图6中示出的半导体集成电路2可以被用于已在上面说明的相关技术的通信装置101。
[0123]半导体集成电路2中的作为低噪声放大器电路LNA的其他部件和低噪声放大器电路LNA的随后的级中的电路及发射放大器PA的前面的级中的电路与图16中示出的根据相关技术的通信装置101_1中的那些相同。因为那些部件不是根据该实施例的半导体集成电路2的特征部分，所以其描述将省略。此外，在图6中示出的半导体集成电路2中，控制电路11也将控制信号供给至发射系统的电路。需要注意的是，在该实施例中，发射放大器PA可以被配置成将差分发射信号供给至发射无源电路12，或者发射放大器PA可以被配置成将单相发射信号供给至发射无源电路12。
[0124][图6中示出的半导体集成电路的操作]
[0125]图6中示出的半导体集成电路2在其中接收信号被从天线ANT供给至变压器Tl的绕组LI的时段(接收操作时段)中使开关SWl处于断开状态并使变压器Tl起到用于低噪声放大器电路LNA的输入阻抗匹配电路的作用。在图6中示出的半导体集成电路2中，除变压器Tl之外的电容性元件Cl和电容性元件C2也构成用于低噪声放大器电路LNA的输入阻抗匹配电路。
[0126]另一方面，开关SWl在其中包括发射无源电路12和发射放大器PA的发射系统的电路操作的时段(发射操作时段)中被闭合。在该情况中，当从天线ANT侧观察电容性元件Cl侧时的阻抗将变成等效于充分小的电容性元件的阻抗。于是，包括发射无源电路12和发射放大器PA的发射系统的电路可以正常地执行发射操作。
[0127]接下来，将更加详细地说明图6中示出的半导体集成电路2的操作。图7是用于说明半导体集成电路2的操作的时序图表。图7中示出的时序图表示出了其中常通开关被用于半导体集成电路2的开关SWl的情况。当常通开关被用于开关SWl并且从控制电路11输出的控制信号SW1_CTR是低电平控制信号时，开关SWl的状态将是导通(闭合状态)。此时，半导体集成电路2的状态将变成能够执行发射操作的状态。另一方面，当从控制电路11输出的控制信号SW1_CTR是高电平控制信号时，开关SWl将是关断(断开状态)。此时，半导体集成电路2的状态将变成能够执行接收操作的状态。
[0128]更具体地，当常通开关被用于开关SWl时，在紧接在半导体集成电路2执行接收操作之前的时刻tl和t3处，开关SWl被关断(断开状态)，使得半导体集成电路2将处于能够执行接收操作的状态。接着，在半导体集成电路2完成了接收操作之后的时刻t2和t4处，开关SWl被接通(闭合状态)，使得半导体集成电路2将处于能够执行发射操作的状态。需要注意的是，当半导体集成电路2未执行接收和发射操作两者时，因为开关SWl是常通的，所以开关SWl被接通(闭合状态)(例如，参见时刻t4至t5)。
[0129]图8是用于说明半导体集成电路2的操作的时序图表并且示出了其中常断开关被用于半导体集成电路2的开关SWl的情况。当常断开关被用于开关SWl并且从控制电路11输出的控制信号SW1_CTR是低电平控制信号时，开关SWl将变成关断状态(断开状态)。此时，半导体集成电路2将处于能够执行接收操作的状态。另一方面，当从控制电路11输出的控制信号SW1_CTR是高电平控制信号时，开关SWl被接通(闭合状态)。此时，半导体集成电路2将处于能够执行发射操作的状态。
[0130]更具体地，当常断开关被用于开关SWl时，在紧接在半导体集成电路2执行发射操作之前的时刻til和tl3处，开关SWl被接通(闭合状态)，使得半导体集成电路2将处于能够执行发射操作的状态。接着，在半导体集成电路2完成了发射操作之后的时刻tl2和tl4处，开关SWl被关断(断开状态)，使得半导体集成电路2将处于能够执行接收操作的状态。需要注意的是，当半导体集成电路2未执行接收和发射操作中的任一个时，因为开关SWl是常断的，所以开关SWl被关断(断开状态)(例如，参见时刻tl4至tl5)。
[0131][半导体集成电路的安装示例:图9至图12]
[0132]接下来，将通过参照图9和图10来说明根据该实施例的半导体集成电路的安装示例。如图9所示，半导体集成电路2包含半导体芯片(RF-1C)，并且各部件被集成到半导体芯片内。半导体集成电路2的输入端子TMl和电容性元件(芯片电容)23的一端使用用于高频的线21进行连接。半导体集成电路2的输出端子TM2和电容性元件23的另一端使用线22进行连接。线22被连接至天线节点N_ANT。
[0133]图10是示出其中图9中示出的半导体集成电路2(半导体芯片)被安装在安装基板上的通信模块20的图。如图10所示，半导体集成电路2(半导体芯片)被安装在安装基板上。连接至半导体集成电路2的线22被连接至天线连接器25。多个电容性元件(芯片电容)26被布置在安装基板上。此外，连接至MCU(102b)(参见图1)的连接器27被布置在安装基板的背面侧。如图10所示，在通信模块20中，因为大多数的功能都集中在半导体集成电路2(半导体芯片)上，所以除了半导体集成电路2以外的必要的部件的数量可以是几个，诸如天线连接器25、电容性元件(芯片电容)26和连接器27等。需要注意的是，在图9和图10中，电源线、接地线、控制线等未示出。
[0134]图11和图12是示出根据比较例的半导体集成电路113的安装示例的图。半导体集成电路113对应于图16中示出的半导体集成电路113_1。因此，当使用半导体集成电路113时，图16中示出的开关电路117将是必要的。此外，当开关电路117使用GaAs技术形成时，需要三个电容性元件(芯片电容)以便阻止DC成分从开关电路117泄漏(对于细节，参见图18)。
[0135]如图11所示，半导体集成电路113包含半导体芯片(RF-1C)，并且各部件被集成到半导体芯片内。半导体集成电路113的输入端子TMl和开关电路117使用线131进行连接。电容性元件ClOl (芯片电容)被设置在输入端子TMl与开关电路117之间。半导体集成电路113的输出端子TM2与开关电路117使用线132进行连接。电容性元件C102(芯片电容)被设置在输出端子TM2与开关电路117之间。开关电路117和天线节点N_ANT被用线132连接。电容性元件Cl03 (芯片电容)被设置在开关电路117与天线节点N_ANT之间。
[0136]图12是示出其中图11中示出的半导体集成电路113(半导体芯片)被安装在安装基板上的通信模块101。如图12所示，半导体集成电路113(半导体芯片)被安装在安装基板上。线133被连接至天线连接器135。多个电容性元件(芯片电容)136被布置在安装基板上。此夕卜，连接至MCU(102)(参见图1)的连接器137被布置在安装基板的背面侧。需要注意的是，在图11和图12中，电源线、接地线、控制线等未示出。
[0137]图12中示出的通信模块101需要开关电路117，并且需要三个电容性元件(芯片电容)以便阻止DC成分从开关电路117泄漏。这大大地增加了通信模块101的面积。另一方面，在图10中示出的通信模块20中，因为开关电路117和两个电容性元件可以省略，所以通信模块20的面积可以被减小开关电路117和两个电容性元件的面积。需要注意的是，如图9所示，在半导体集成电路2中，取代开关电路117，将需要开关SWl。然而，因为开关SWl可以包含例如CMOS(互补金属氧化物半导体)等等，所以开关SWl的面积可以与构成接收电路的其他电路部件相比足够地小。
[0138][半导体集成电路的另一安装示例:图13]
[0139]接下来，将说明根据该实施例的半导体集成电路的多功能性。普遍是当存在有在发射信号的不希望的波上的严格规则时或者当在接收信号波段的附近预期有强的干扰波时在发射侧、接收侧或者在发射和接收侧两者中提供SAW(表面声波)滤波器。
[0140]图13是示出根据该实施例的半导体集成电路的另一安装示例的图并且示出了其中SAW滤波器被设置在发射和接收侧两者中的配置。图13中示出的配置需要开关电路117，以便在发射侧和天线节点N_ANT的连接与接收侧和天线节点N_ANT的连接之间切换。SAW滤波器141被设置在接收侧的输入端子TMl与开关电路117之间。另外，SAW滤波器142被设置在发射侧的输出端子TM2与开关电路117之间。
[0141]虽然在图6中示出的半导体集成电路2(半导体芯片)中，开关SWl被设置在接收信号的路径中，但是开关SWl的尺寸是小的。于是，即使当图6中示出的半导体集成电路2(半导体芯片)被用于图13中示出的包括了SAW滤波器的通信装置时，也根本没有在特性、成本和电路面积方面的缺点。因此，相同的半导体集成电路2(半导体芯片)可以被用于图6中示出的通信装置(没有SAW滤波器的配置)和图13中示出的通信装置(具有SAW滤波器的配置)。
[0142]诸如RF-1C和RF-SoC等的半导体芯片的功能近年来进一步地复杂化。因此，相的同半导体芯片可以以上面说明的方式用于多个用途的益处对于半导体芯片的制造商和用户而言是显著的。更具体地说，对于半导体芯片的制造商而言，用于产品设计时的验证、质量保证的可靠性测试、生产批量的管理、生产后的库存管理和各种文件的准备及维护的成本、时间等可以降低。对于半导体芯片的用户而言，用于引入半导体芯片时的基本性能验证、在与软件组合的操作上的评价、可靠性验证和生产时的库存的管理的成本和时间可以降低。
[0143]如已在上面说明的，因为根据该实施例的半导体集成电路2可以被用于具有各种配置的通信装置，所以根据该实施例的半导体集成电路2是多功能的。在该情况中，以与上面的情况类似的方式没有在通信装置的特性、成本和电路面积方面的缺点。于是，半导体集成电路可以普遍地用在使用根据该实施例的技术的智能仪表中或者在根据相关技术的智能仪表中。这节省了用于配置智能仪表的总成本、用于开发等所需的时间等。
[0144][半导体集成电路的另一配置示例:图14]
[0145]接下来，将参照图14来说明根据该实施例的半导体集成电路的另一配置示例。图2中示出的半导体集成电路I具有其中电容性元件Cl被设置在天线节点N_ANT与输入端子TMl之间的配置。然而，在该实施例中，如在图14中示出的半导体集成电路3所示，电容性元件Cl’可以被设置在端子TM1’与接地电位之间。端子TM1’被连接至绕组LI的另一端。此外，电容性元件Cl’被设置在半导体集成电路3外。
[0146]也就是，如图2和图14所示，在根据该实施例的半导体集成电路中，可以提供被串联连接至变压器Tl的绕组LI的电容性元件C1(C1’)，并且在其上提供电容性元件的位置可以任意确定。此时，接收信号被从天线ANT供给至包括绕组LI和电容性元件Cl(Cl’)的电路的一端，并且电路的另一端被以交流的方式接地。需要注意的是，因为半导体集成电路3的除了电容性元件Cl’以外的配置都与图2中示出的半导体集成电路I的那些相同，所以重复说明将省略。
[0147][半导体集成电路的另一配置示例:图15]
[0148]此外，图2中示出的半导体集成电路I具有其中变压器TI的绕组L2的一端(节点NI)和变压器Tl的绕组L2的另一端(N2)被分别连接至低噪声放大器电路LNA的输入端子的配置、即其中差分信号被供给至低噪声放大器电路LNA的配置。然而，在该实施例中，以与图15中示出的半导体集成电路4类似的方式，变压器Tl的绕组L2的仅一端被连接至低噪声放大器电路LNA的输入端子，并且绕组L2的另一端(节点N2)可以被以交流的方式接地。也就是，低噪声放大器电路LNA的输入可以是单相输入。需要注意的是，因为图15中示出的半导体集成电路4的其他配置与图2中示出的半导体集成电路I的那些相同，所以重复说明将省略。
[0149]〈第二实施例〉
[0150]接下来，第二实施例将说明如下。图20是示出根据第二实施例的半导体集成电路5的示例的图。图20中示出的半导体集成电路5示出了被包括在图6中示出的半导体集成电路2中的发射无源电路12和发射放大器电路PA的特定配置示例。因为其他部件与在第一实施例中说明的半导体集成电路中的那些相同，所以重复说明将省略。
[0151][半导体集成电路的配置:图20]
[0152]如图20所示，半导体集成电路5包括:包括绕组LI和L2的变压器Tl、电容性元件C2、开关SW1、低噪声放大器电路LNA、包括绕组L4和L5的变压器T2、电容性元件C5、发射放大器PA和控制电路11。需要注意的是，因为作为变压器Tl、电容性元件C2、开关SWl和低噪声放大器电路LNA的接收系统的电路元件与在第一实施例中说明的那些相同，所以重复说明将省略。
[0153]如图20所示，变压器T2的绕组L5的一端和另一端被分别连接至发射放大器电路PA的输出端子。也就是，发射信号被从发射放大器电路PA供给至变压器T2的绕组L5的一端和另一端。变压器T2的绕组L4的一端被连接至输出端子TM2，并且变压器T2的绕组L4的另一端被接地(以交流的方式接地)ο电容性元件C5被连接在变压器T2的绕组L4的一端与另一端之间。需要注意的是，电容性元件C5可以取决于发射放大器电路PA的输出阻抗的值而省略。
[0154]电容性元件Cl被连接在半导体集成电路5的输入端子TMl与天线ANT之间。此外，电容性元件C4被连接在半导体集成电路5的输出端子TM2与天线ANT之间。
[0155]发射放大器电路PA是例如CMOS型差分功率放大器电路并且包括PMOS晶体管Trl和Tr3及NMOS晶体管Tr2和TrLPMOS晶体管Trl的漏极和NMOS晶体管Tr2的漏极被连接至变压器T2的绕组L5的一端，并且PMOS晶体管Tr3的漏极和NMOS晶体管Tr4的漏极被连接至变压器T2的绕组L5的另一端。控制信号PA_CTR(驱动电压)被从控制电路11供给至晶体管Tr I至Tr4的各栅极。
[0156][半导体集成电路的操作]
[0157]接下来，半导体集成电路5的操作将说明如下。
[0158]当半导体集成电路5执行发射操作时，控制电路11将开关SWl控制处于闭合状态(参见第一实施例)。此外，发射放大器电路PA将发射信号供给至变压器T2的绕组L5。此时发射放大器电路PA的操作模式应该被称作发射模式。
[0159]更具体地，控制电路11将控制信号PA_CTR供给至发射放大器电路PA的晶体管Trl至Tr4，并且控制发射放大器电路PA以输出发射信号(差分信号)。此时，变压器T2起到用于发射放大器电路PA的阻抗匹配电路的作用。在图20中示出的半导体集成电路5中，除变压器T2之外的电容性元件C4和C5也构成用于发射放大器电路PA的阻抗匹配电路。
[0160]另一方面，当半导体集成电路5执行接收操作时，控制电路11将开关SWl控制处于断开状态(参见第一实施例)。此外，发射放大器电路PA使变压器T2的绕组L5的两个端部短路。此时发射放大器电路PA的操作模式应该被称作短路模式。
[0161 ]更具体地，控制电路11将被包括在发射放大器电路PA中的NMOS晶体管Tr2和Tr4控制处于导通状态并且将被包括在发射放大器电路PA中的PMOS晶体管Trl和Tr3控制处于关断状态。因此，变压器T2的绕组L5的两个端部被连接至接地电位。于是，变压器T2的绕组L5的两个端部被短路。备选地，控制电路11将被包括在发射放大器电路PA中的匪OS晶体管Tr2和Tr4控制处于关断状态并且将被包括在发射放大器电路PA中的PMOS晶体管Trl和Tr3控制处于导通状态。因此，变压器T2的绕组L5的两个端部被连接至电源电位。于是，变压器T2的绕组L5的两个端部被短路。如上所述，当变压器T2的绕组L5的两个端部被短路时，可以使得当从天线ANT侧观察电容C4侧时的阻抗等效于充分小的电容性元件的阻抗。
[0162]如图20所示，发射侧的匹配电路中的元件的数量与接收侧的匹配电路中的元件的数量相同。因此，用于发射侧的匹配电路的设计的自由度与接收侧的匹配电路的相同，并且能够以与在第一实施例中说明的接收电路的设计类似的方式设计发射电路。于是，通过适当地选择变压器T2的电路常数和电容性元件C4及C5，来自发射电路PA的输出阻抗可以在半导体集成电路5执行发射操作时被匹配。在接收操作的时候，当变压器T2的绕组L5的两个端部被短路时，可以使得当从天线ANT侧观察电容性元件C4时的阻抗等效于充分小的电容性元件的阻抗。因此，包括变压器T2的发射无源电路的对接收电路的影响可以被忽略，或者当从天线ANT侧观察半导体集成电路5侧时的等效电容(充分小的电容)可以通过包括了在接收电路的阻抗匹配电路的部件中的一个部件中的等效电容而起作用。
[0163]〈第三实施例〉
[0164][半导体集成电路的配置:图21]
[0165]接下来，第三实施例将说明如下。图21是示出根据第三实施例的半导体集成电路6的示例的电路图。图21中示出的半导体集成电路6与图2中示出的半导体集成电路I之间的不同在于，在半导体集成电路6(半导体芯片)中，电容性元件Cl被形成在半导体集成电路6内。因为其他配置与已在第一实施例中说明的半导体集成电路的那些相同，所以重复说明将省略。
[0166]如图21所示，电容性元件Cl被形成在半导体集成电路6(半导体芯片)内。电容性元件Cl被配置成包括抗浪涌电阻。电容性元件Cl可以使用例如在邻接的布线之间的电容进行配置。如上所述，当电容性元件Cl被设置在半导体集成电路6(半导体芯片)内并且被集成在其内时，能够使无线电通信装置中使用的半导体集成电路进一步小型化并降低成本。
[0167][半导体集成电路的配置:图22]
[0168]此外，在该实施例中，如在图22中示出的半导体集成电路7中所示，变压器Tl的绕组L1(S卩，接收系统电路的输入侧)和发射无源电路12的输出侧(S卩，发射系统电路的输出侦D可以在半导体集成电路7(半导体芯片)内彼此连接。在该情况中，接收系统电路的输入侧和发射系统电路的输出侧被连接至半导体集成电路7的输入/输出端子TM3。利用这样的配置，从半导体集成电路7到天线ANT的布线可以是一个线，并因此当半导体集成电路7被安装在安装基板上时的安装基板的安装面积可以被减小。
[0169]〈其他实施例〉
[0170]接下来，其他实施例将说明如下。
[0171]在该实施例中，在半导体集成电路中使用的上面说明的开关SWl可以以下面描述的方式配置。
[0172][开关SWl的配置示例:图23]
[0173]图23是示出开关SWl的配置示例的电路图。开关SWl可以包含例如N型MOSFET(Trll)、电阻器R12至R15和电容性元件Cll和C12。电容性元件Cll和C12被分别提供至MOSFET(Tr11)的漏极和源极。换言之，M0SFET(Tr 11)的漏极和源极分别经由电容性元件Cl I和C12被连接至变压器Tl的绕组L2的一端(节点NI)和另一端(节点N2)。此外，OV DC偏置分别经由电阻器Rl3和Rl5被施加至MOSFET(Trll)的漏极和源极。此外，OV DC偏置经由电阻器R14被连接至M0SFET(Trl I)的主体。控制信号SW1_CTR(电压VDD或0V)经由电阻器R12被连接至 MOSFET (Trl I)的栅极。
[0174]利用具有这样的配置的开关SW1，开关SWl被插入其中的变压器Tl的次级侧的绕组L2的DC偏置电位可以自由地设定。需要注意的是，可以使用P型MOSFET取代图23中示出的开关SWl中的N型MOSFET(Tr11)。
[0175][开关SWl的配置示例:图24]
[0176]图24是示出开关SWl的配置示例的电路图。图24中示出的开关SWl具有与图23中示出的开关SWl相同的配置。然而，在图24中示出的开关SWl中，被施加至N型MOSFET(Trll)的漏极和源极的DC偏置是与被施加至栅极的电压的相位相反的相位的电压(0V或电压VDD)。更具体地，当OV被施加至MOSFET (Tr 11)的栅极时，VDD被施加至MOSFET(Tr 11)的漏极和源极。另一方面，当电压VDD被施加至MOSFET (Tr 11)的栅极时，OV被施加至MOSFET (Tr 11)的漏极和源极。换言之，控制信号SW1_CTR_1被施加至M0SFET(Trl I)的栅极，并且具有与控制信号SW1_CTR_1的相位相反的相位的控制信号SW1_CTR_2被施加至MOSFET(Trll)的漏极和源极。
[0177]利用这样的配置，当MOSFET(Trll)处于关断状态时的栅极-源极电压可以是负VDD。因此，即使当具有大电压幅度的接收信号被供给至半导体集成电路时，开关SWl也可以被维持处于关断状态。
[0178][开关SWl的配置示例:图25]
[0179]在该实施例中，在图24中示出的开关SWl中的MOSFET(Trll)的两个级可以被串联连接。更具体地，如图25所示，N型MOSFET(Trll’)可以被串联连接至N型MOSFET(Trll)t^b时，OV DC偏置经由电阻器R14’被施加至添加的MOSFET(Trll’)的主体。此外，控制信号SW1_CTR_1 (电压VDD或0V)经由电阻器Rl 2 ’被施加至添加的MOSFET (Tr 11’)的栅极。其他配置与图24中示出的开关SWl的那些相同。需要注意的是，串联连接的MOSFET的数量可以是三个或更多。
[0180]通过将多个MOSFET以上述方式串联连接，即使当具有大电压幅度的接收信号被从半导体集成电路供给时，开关SWl也可以被维持处于OFF状态。
[0181]需要注意的是，虽然已在上面说明了根据该实施例的半导体集成电路被应用于智能仪表的情况，但是根据该实施例的半导体集成电路可以应用于除了智能仪表以外的包括通信电路的装置。
[0182]第一至第三实施例可以由本领域普通技术人员中的一个根据期望组合。
[0183]虽然已在几个实施例的方面描述了实用新型，但是本领域技术人员将认识到的是实用新型可以利用在所附权利要求的精神和范围内的各种修改来实践并且实用新型不限于上面描述的示例。
[0184]此外，权利要求的范围不受上面描述的实施例的限制。
[0185]此外，需要注意的是，
【申请人】意在涵盖所有权利要求元素的等效形式，即使后来在审查期间经过了修改。
【主权项】
1.一种半导体集成电路，其特征在于，包括: 第一变压器，其包括第一绕组和第二绕组； 低噪声放大器电路，其包括输入端子并且将无线电信号放大，所述第一变压器的所述第二绕组的至少一端被连接至所述输入端子;以及 开关，其被设置在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与另一端之间，其中在其中接收信号经由预定节点被供给至所述第一变压器的所述第一绕组的第一时段中，所述半导体集成电路使所述开关处于断开状态并且使所述第一变压器起到用于所述低噪声放大器电路的输入阻抗匹配电路的作用，以及 在其中被连接至所述预定节点的另一电路操作的第二时段中，所述半导体集成电路使所述开关处于闭合状态。2.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于，进一步包括: 第一电容性元件，其在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与所述另一端之间，所述第一电容性元件与所述开关并联设置。3.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于，进一步包括: 第二电容性元件，其被串联地连接至所述第一变压器的所述第一绕组，其中所述接收信号被供给至包括所述第一绕组和所述第二电容性元件的电路的一端，并且所述电路的另一端被以交流的方式接地。4.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端和所述另一端被连接至所述低噪声放大器电路的所述输入端子。5.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于， 至少所述第一变压器、所述低噪声放大器和所述开关被集成到一个半导体芯片中。6.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于，进一步包括: 发射电路，作为被连接至所述预定节点的所述另一电路，其中 所述第一时段是其中所述半导体集成电路执行接收操作的时段，以及 所述第二时段是其中所述半导体集成电路执行发射操作的时段。7.根据权利要求6所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述发射电路包括: 第二变压器，其包括第一绕组和第二绕组；以及 发射放大器电路，其包括输出端子，所述第二变压器的所述第一绕组的至少一端被连接至所述输出端子，其中 所述第二变压器的所述第二绕组的一端被电连接至所述预定节点，并且所述第二变压器的所述第二绕组的另一端被以交流的方式接地，以及 在所述第二时段中所述第二变压器起到用于所述发射放大器电路的阻抗匹配电路的作用。8.根据权利要求7所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述发射放大器电路包括用于将发射信号供给至所述第二变压器的所述第一绕组的发射模式和用于使所述第二变压器的所述第一绕组的一端与另一端两者短路的短路模式，在所述第一时段中所述发射放大器电路以所述短路模式操作，以及 在所述第二时段中所述发射放大器电路以所述发射模式操作。9.根据权利要求7所述的半导体集成电路，其特征在于，进一步包括: 第三电容性元件，其被连接在输入端子与所述预定节点之间，所述输入端子被连接至所述第一变压器的所述第一绕组；以及 第四电容性元件，其被连接在输出端子与所述预定节点之间，所述输出端子被连接至所述第二变压器的所述第二绕组。10.根据权利要求3所述的半导体集成电路，其特征在于， 至少所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关和所述第二电容性元件被集成到一个半导体芯片中。11.根据权利要求6所述的半导体集成电路，其特征在于， 至少所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关和所述发射电路被集成到一个半导体芯片中，以及 在所述半导体芯片内，所述第一变压器的所述第一绕组和所述发射电路的输出侧被连接至被包括在所述半导体芯片中的输入/输出端子。12.—种通信模块，其特征在于，被包括在根据权利要求9所述的半导体集成电路中的至少所述第一变压器、所述第二变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关、所述发射放大器电路、所述第三电容性元件和所述第四电容性元件被集成到所述通信模块中。13.—种智能仪表，其特征在于，包括根据权利要求12所述的通信模块。14.一种通信模块，其特征在于，包括: 半导体芯片，包括: 第一变压器，其包括第一绕组和第二绕组； 低噪声放大器电路，其包括输入端子并且将无线电信号放大，所述第一变压器的所述第二绕组的至少一端被连接至所述输入端子； 开关，其被设置在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与另一端之间； 输入端子，其被连接至所述第一变压器的所述第一绕组的一端；以及 输出端子，其被连接至发射电路， 其中所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关、所述输入端子和所述输出端子被集成到所述半导体芯片中；以及 安装基板，所述半导体芯片被安装在所述安装基板上，其中 在所述半导体芯片执行接收操作时的时段中，所述开关被断开并且所述第一变压器起到用于所述低噪声放大器电路的输入阻抗匹配电路的作用，以及在所述半导体芯片执行发射操作时的时段中，所述开关被闭合。
【文档编号】H04W88/02GK205726442SQ201620177508
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月8日
【发明人】松野典朗
【申请人】瑞萨电子株式会社
【专利摘要】本公开的实施例涉及一种半导体集成电路、通信模块和智能仪表，该半导体集成电路包括：变压器，其包括第一绕组和第二绕组；低噪声放大器电路，其包括输入端子，其中变压器的第二绕组的至少一端被连接至输入端子；以及开关，其被设置在变压器的第二绕组的一端与另一端之间。在其中接收信号被供给至变压器的第一绕组的时段中，开关被断开并且变压器起到用于低噪声放大器电路的输入阻抗匹配电路的作用。另一方面，在其中被连接至预定节点的另一电路操作的时段中，开关被闭合并且使得变压器变成包括预定电容的元件。
【专利说明】
半导体集成电路、通信模块和智能仪表
技术领域
[0001]本实用新型涉及半导体集成电路、通信模块和智能仪表，并且例如涉及包括阻抗匹配电路的半导体集成电路、通信模块和智能仪表。
【背景技术】
[0002]近年来，能够发射和接收的高频信号的无线电通信装置已被广泛使用。美国专利申请N0.2013/0035048公开了一种涉及在这样的无线电通信装置中使用的收发器电路的技术。更具体地，美国专利申请N0.2013/0035048公开了一种涉及包括发射器电路、接收器电路以及在发射器电路和天线的连接与接收器电路和天线的连接之间切换的开关电路的前端系统的技术。
【实用新型内容】
[0003]近年来，在无线电通信装置中使用的半导体集成电路已被进一步小型化。然而，用于切换发射器和接收器电路与天线之间的连接的开关电路归因于诸如关于由开关电路处理的高频信号的电压幅度的大小的问题、对静电释放(ESD)的抵抗性等的原因而未足够地小型化。结果，本发明人发现了无线电通信装置中使用的半导体集成电路的小型化不充分的问题。
[0004]相关技术的其他问题和本实用新型的新特征将从说明书和附图的以下描述中变得明显。
[0005]根据实用新型的一方面，开关被设置在包括第一绕组和第二绕组的变压器的第二绕组的两个端部处。在其中接收信号被供给至变压器的第一绕组的时段中，开关被断开，并且使得变压器起到输入阻抗匹配电路的作用。另一方面，在其中未供给发射信号的时段中，开关被闭合。
[0006]根据本公开的一个方面，提供了一种半导体集成电路，包括:
[0007]第一变压器，其包括第一绕组和第二绕组；
[0008]低噪声放大器电路，其包括输入端子并且将无线电信号放大，所述第一变压器的所述第二绕组的至少一端被连接至所述输入端子;以及
[0009]开关，其被设置在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与另一端之间，其中
[0010]在其中接收信号经由预定节点被供给至所述第一变压器的所述第一绕组的第一时段中，所述半导体集成电路使所述开关处于断开状态并且使所述第一变压器起到用于所述低噪声放大器电路的输入阻抗匹配电路的作用，以及
[0011]在其中被连接至所述预定节点的另一电路操作的第二时段中，所述半导体集成电路使所述开关处于闭合状态。
[0012]根据实施例，所述半导体集成电路进一步包括:
[0013]第一电容性元件，其在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与所述另一端之间，所述第一电容性元件与所述开关并联设置。
[0014]根据实施例，所述半导体集成电路进一步包括:
[0015]第二电容性元件，其被串联地连接至所述第一变压器的所述第一绕组，其中
[0016]所述接收信号被供给至包括所述第一绕组和所述第二电容性元件的电路的一端，并且所述电路的另一端被以交流的方式接地。
[0017]根据实施例，所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端和所述另一端被连接至所述低噪声放大器电路的所述输入端子。
[0018]根据实施例，至少所述第一变压器、所述低噪声放大器和所述开关被集成到一个半导体芯片中。
[0019]根据实施例，所述半导体集成电路进一步包括:
[0020]发射电路，作为被连接至所述预定节点的所述另一电路，其中
[0021]所述第一时段是其中所述半导体集成电路执行接收操作的时段，以及
[0022]所述第二时段是其中所述半导体集成电路执行发射操作的时段。
[0023]根据实施例，所述发射电路包括:
[0024]第二变压器，其包括第一绕组和第二绕组；以及
[0025]发射放大器电路，其包括输出端子，所述第二变压器的所述第一绕组的至少一端被连接至所述输出端子，其中
[0026]所述第二变压器的所述第二绕组的一端被电连接至所述预定节点，并且所述第二变压器的所述第二绕组的另一端被以交流的方式接地，以及
[0027]在所述第二时段中所述第二变压器起到用于所述发射放大器电路的阻抗匹配电路的作用。
[0028]根据实施例，所述发射放大器电路包括用于将发射信号供给至所述第二变压器的所述第一绕组的发射模式和用于使所述第二变压器的所述第一绕组的一端与另一端两者短路的短路模式，在所述第一时段中所述发射放大器电路以所述短路模式操作，以及在所述第二时段中所述发射放大器电路以所述发射模式操作。
[0029]根据实施例，所述半导体集成电路进一步包括:
[0030]第三电容性元件，其被连接在输入端子与所述预定节点之间，所述输入端子被连接至所述第一变压器的所述第一绕组；以及
[0031]第四电容性元件，其被连接在输出端子与所述预定节点之间，所述输出端子被连接至所述第二变压器的所述第二绕组。
[0032]根据实施例，至少所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关和所述第二电容性元件被集成到一个半导体芯片中。
[0033]根据实施例，至少所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关和所述发射电路被集成到一个半导体芯片中，以及在所述半导体芯片内，所述第一变压器的所述第一绕组和所述发射电路的输出侧被连接至被包括在所述半导体芯片中的输入/输出端子。
[0034]根据本公开的另一方面，提供了一种通信模块，被包括在如上所述的半导体集成电路中的至少所述第一变压器、所述第二变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关、所述发射放大器电路、所述第三电容性元件和所述第四电容性元件被集成到所述通信模块中。
[0035]根据本公开的又一方面，提供了一种智能仪表，包括如上所述的通信模块。
[0036]根据本公开的又一方面，提供了一种通信模块，包括:
[0037]半导体芯片，包括:
[0038]第一变压器，其包括第一绕组和第二绕组；
[0039]低噪声放大器电路，其包括输入端子并且将无线电信号放大，所述第一变压器的所述第二绕组的至少一端被连接至所述输入端子；
[0040]开关，其被设置在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与另一端之间；
[0041]输入端子，其被连接至所述第一变压器的所述第一绕组的一端；以及
[0042]输出端子，其被连接至发射电路，
[0043]其中所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关、所述输入端子和所述输出端子被集成到所述半导体芯片中；以及
[0044]安装基板，所述半导体芯片被安装在所述安装基板上，其中
[0045]在所述半导体芯片执行接收操作时的时段中，所述开关被断开并且所述第一变压器起到用于所述低噪声放大器电路的输入阻抗匹配电路的作用，以及
[0046]在所述半导体芯片执行发射操作时的时段中，所述开关被闭合。
[0047]根据以上方面，在无线电通信装置中使用的半导体集成电路可以被小型化。
【附图说明】
[0048]以上和其他方面、优点及特征将从结合附图进行的某些实施例的以下描述中更加明显，在附图中:
[0049]图1是用于说明根据第一实施例的智能仪表的框图；
[0050]图2是示出根据第一实施例的半导体集成电路的示例的电路图；
[0051]图3是示出在根据第一实施例的半导体集成电路中使用的开关的示例的电路图；
[0052]图4是用于说明根据第一实施例的半导体集成电路的操作(当开关处于闭合状态时)的图；
[0053]图5是用于说明根据第一实施例的半导体集成电路的操作(当开关处于闭合状态时)的图；
[0054]图6是示出根据第一实施例的半导体集成电路的另一配置示例的电路图；
[0055]图7是用于说明根据第一实施例的半导体集成电路的操作的时序图表；
[0056]图8是用于说明根据第一实施例的半导体集成电路的操作的时序图表；
[0057]图9是示出根据第一实施例的半导体集成电路的安装示例的图；
[0058]图10是示出根据第一实施例的半导体集成电路的安装示例的图；
[0059]图11是示出根据比较例的半导体集成电路的安装示例的图；
[0060]图12是示出根据比较例的半导体集成电路的安装示例的图；
[0061]图13是示出根据第一实施例的半导体集成电路的另一安装示例的图；
[0062]图14是示出根据第一实施例的半导体集成电路的另一安装示例的电路图；
[0063]图15是示出根据第一实施例的半导体集成电路的另一安装示例的电路图；
[0064]图16是示出根据相关技术的通信装置的示例的框图；
[0065]图17是示出根据相关技术的通信装置的另一配置示例的框图；
[0066]图18是示出在根据相关技术的通信装置中使用的开关电路的示例的图；
[0067]图19是示出在根据相关技术的通信装置中使用的开关电路的另一配置示例的图；
[0068]图20是示出根据第二实施例的半导体集成电路的示例的电路图；
[0069]图21是示出根据第三实施例的半导体集成电路的示例的电路图；
[0070]图22是示出根据第三实施例的半导体集成电路的另一配置示例的电路图；
[0071]图23是示出在半导体集成电路中使用的开关的另一配置示例的电路图；
[0072]图24是示出在半导体集成电路中使用的开关的另一配置示例的电路图；以及
[0073]图25是示出在半导体集成电路中使用的开关的另一配置示例的电路图。
【具体实施方式】
[0074]〈第一实施例〉
[0075]根据第一实施例的智能仪表将参照图1说明如下。
[0076][智能仪表的配置:图1]
[0077]如图1所示，根据第一实施例的智能仪表100包括通信装置101、MCU(微控制器单元)102、测量装置103、电源电路104、存储器105、显示器106和天线ANT。智能仪表100是用于测量从商用电源107供给至家用电源的负载109的电力的量的装置。
[0078]通信装置101将已由智能仪表100测量出的电力的量等方面的信息发送至经由天线ANT被连接至天线节点N_ANT的另一设备。此外，通信装置101经由天线ANT从另一个设备接收预定信息。M⑶(102)控制通信装置101、测量装置103、存储器105和显示器106。例如，MCU(102)将信号MCU_SIG(控制信号等等)供给至通信装置101。测量装置103测量流过线108的电力的量并且将与测得的电力的量有关的信息输出至MCU(102) 10X102)将与已由测量装置103测量出的测得的电力的量有关的信息存储在存储器105中。显示器106将各种信息显示在智能仪表100上。例如，液晶显示器可以用于显示器106。例如，通信装置101在读取仪表或与HEMS (家庭能源管理系统)通信的时候发送被存储在存储器105中的电力消耗的记录。
[0079][相关技术的说明]
[0080]接下来，图1中示出的智能仪表所使用的通信装置101的相关技术将参照图16至图19说明如下。图16是用于说明图1中示出的智能仪表100所使用的通信装置101的相关技术的图和示出了根据相关技术的通信装置的示例的框图。如图16所示，根据相关技术的通信装置101_1包括半导体集成电路113_1。半导体集成电路113_1是用于高频的集成电路并且包含半导体芯片(RF-1C)。半导体集成电路113_1包括接收无源电路115、低噪声放大器电路LNA、接收器电路RX、发射器电路TX、发射放大器电路PA、发射无源电路116、局部振荡器SX、调制解调器MODEM、控制电路114和接口 I/F。此外，
[0081]通信装置101_1包括开关电路117。该开关电路117被设置在半导体集成电路113_1(RF-1C)外。
[0082]接收无源电路115具有匹配低噪声放大器电路LNA的输入阻抗的功能和作为滤波器电路的功能。低噪声放大器电路LNA将从接收无源电路115供给的接收信号(无线电信号)放大。接收器电路RX在已由低噪声放大器电路LNA放大了的接收信号上执行诸如降频转换(down convers 1n)等的接收过程。调制解调器MODEM将已从接收器电路RX供给的接收信号解调并且经由接口 I/F将经过解调的接收信号供给至图1中示出的MCU(102)。
[0083]此外，发射信号经由接口I/F被从图1中示出的mj( 102)供给至调制解调器MODEM。调制解调器MODEM将所供给的发射信号调制并且将经过调制的发射信号供给至发射器电路TX。发射器电路TX在已从调制解调器MODEM供给的经过调制的发射信号上执行诸如升频转换(up-conver si on)等的发射过程。发射放大器电路PA对已从发射器电路TX供给的发射信号进行放大。发射无源电路116具有匹配发射放大器电路PA的输出阻抗的功能和作为滤波器电路的功能。
[0084]开关电路117在天线ANT和接收无源电路115的连接与天线ANT和发射无源电路116的连接之间切换。更具体地，开关电路117在接收的时候将天线节AN_ANT与接收无源电路115的输入节点NlOl连接，并且在发射的时候将天线节点N_ANT与发射无源电路116的输出节点N102连接。此外，控制信号MCU_SIG经由接口 I/F被从图1中示出的MCU(102)供给至控制电路114。控制电路114响应于控制信号MCU_SIG产生控制信号CTR并且控制构成通信装置101_1的各电路。
[0085]如图16所示，在通信装置101_1中，大多数的功能被集成到半导体集成电路113_1(半导体芯片(RF-1C))内。在图16中示出的通信装置101_1中，开关电路117包含与构成半导体集成电路113_1的部分不同的部分。
[0086]需要注意的是当用于智能仪表的通信装置支持处于单个频带的单个通信系统时往往是绰绰有余的。为了与用于智能仪表的通信装置进行比较，将对作为示例的移动电话进行说明。在移动电话中，具有8个至16个端口的多个开关电路(对应于开关电路117)被典型地用来支持多个频带和通信系统。另一方面，因为具有两个端口的开关电路117对于用于智能仪表的通信装置而言是绰绰有余的，所以用于智能仪表的通信装置中的开关电路的复杂性大大地不同于作为相同无线电通信装置的移动电话中的开关电路的复杂性。
[0087][相关技术的问题]
[0088]在智能仪表中，为了使电路小型化和降低成本，不断地对如何提高部件的密度进行着研究。尤其是在用于智能仪表的通信装置中，因为仅有必要支持处于单个频带的单个通信系统，所以装置的配置可以通过提高其集成度而被大大地简化。例如，图17中示出的通信装置101_2具有有着提高了的集成度的配置并且示出了其中MCU(102)和图16中示出的半导体集成电路113_1(RF-1C)构成一个半导体集成电路113_2(即，半导体芯片RF-SoC)(片上射频系统)的情况。
[0089]当进行在装置的配置的集成度上的提高时，可以被集成的最后部分是开关电路117。对此有两个原因。第一个原因是，因为开关电路117被插入其中的部分的特性阻抗是天线的阻抗(典型地是50 Ω)，所以发射与接收信号的电压幅度将变大。在例如由智能仪表普遍使用的920MHz波段的指定低功率无线电的情况中，来自功率放大器的发射功率的上限是13dBm。此时，当天线的阻抗是50 Ω时，电压幅度将是大约2.8Vpp。考虑到例如碰触到天线的某物体所引起的信号反射，有必要将电压幅度视为2.SVpp的最多两倍大。该电压幅度等效于MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的安全激发电压的几倍大的幅度，该MOSFET通过作为用于获得小型化和半导体芯片的电压上的降低的工艺的用于制造RF-1C和RF-SoC的工艺制造出。因此，处理具有这样的大电压幅度的发射与接收信号的切换的开关电路要求通过将稍后说明的专用工艺制造出的半导体1C。
[0090]第二个原因是，因为天线被形成为靠近智能仪表的表面或者在智能仪表外突出，所以要求对静电释放(ESD)的强的抵抗性(抗浪涌电阻(surge resistance))。然而，不容易确保通过用于获得小型化和电压上的降低的工艺制造出的RF-1C和RF-SoC中的强的抗浪涌电阻。
[0091]归因于这些原因，通过特殊制造工艺制造出的开关电路被用于通信装置101_1和102_2中的开关电路117。图18是不出相关技术中使用的开关电路的不例的图。图18中不出的开关电路117 j包含通过GaAs相关的化合物半导体处理制造出的开关IC(123)和阻止DC偏置成分从开关IC(123)泄漏的电容性元件ClOl至C103。因为已在上面说明的RF-1C和RF-SoC通过硅工艺技术形成，所以通过化合物半导体处理形成的开关IC(123)看样子不能被集成到RF-1C和RF-SoC中ο
[0092]此外，近年来使用着用SOI(绝缘体上硅)-CM0S技术制造的高性能开关电路。图19是示出相关技术中使用的开关电路的另一配置示例的图。图19中示出的开关电路117_2包括其中多个N型MOSFET串联连接的开关组125和其中多个N型MOSFET串联连接的开关组126。开关电路117_2起到STOT(单刀双掷)开关的作用。图19中示出的开关电路117_2包括用于产生正和负偏置电压以便切换多个N型MOSFET的电荷栗电路CP和用于将所产生的电压适当地供给至开关组125和126的驱动电路DRV。虽然开关电路117_2可以使用与用于形成RF-1C和RF-SoC的技术相同的硅工艺技术形成，但是出于以下原因难以集成开关电路117_2。
[0093]具体地，虽然RF-1C和RF-SoC使用块体衬底，但是图19中示出的开关电路117_2需要使用SOI衬底。此外，RF-1C和RF-SoC使用用于获得小型化和电压上的降低的小型化工艺。然而，图19中示出的开关电路117_2是通过可以处理高电压的工艺(小型化的技术落后几代的工艺)制造出的，因为由开关电路117_2处理的信号的电压幅度是大的。此外，图19中示出的开关电路117_2要求电荷栗电路CP和驱动电路DRV。然而，当电荷栗电路CP和驱动电路DRV一起安装在RF-1C和RF-SoC上时，电荷电路CP和驱动电路DRV的操作噪声引起对高频发射特性和高频接收特性的不利影响。
[0094]在这样的困难的认识下，当使用用来制造RF-1C和RF-SoC的用于获得小型化和在电压上的降低的工艺来集成开关电路117时，可以处理的信号的电压幅度可能被限制或者抗浪涌电阻可能变得不充分。
[0095]另一方面，当使用一般用于I/O的高电阻MOSFET以便避免在信号的电压幅度和抗浪涌电阻上的限制时，存在有诸如RF特性的劣化、芯片面积上的增加和功率消耗上的增加等的不利影响。
[0096]如已在上面说明的，在根据相关技术的通信装置1lj和101_2中，用于切换天线与发射器和接收器电路的连接的开关电路归因于诸如由开关电路处理的高频信号的电压幅度的大小和对ESD的抵抗性等的原因而尚未足够地小型化。于是，存在有无线电通信装置中使用的半导体集成电路尚未充分地小型化的问题。可以解决这样的问题的半导体集成电路将说明如下。
[0097][半导体集成电路的配置:图2]
[0098]图2是示出根据第一实施例的半导体集成电路的示例的电路图。如图2所示，根据该实施例的半导体集成电路I包括:包括绕组LI和绕组L2的变压器Tl、电容性元件C2、开关SWl、低噪声放大器电路LNA和控制电路10。这些部件被集成到例如RF-1C或RF-SoC内。电容性元件Cl被设置在天线节点N_ANT与半导体集成电路I的输入端子TMl之间。根据该实施例的半导体集成电路I可以用于已在上面说明的智能仪表100的通信装置101。
[0099]半导体集成电路I中的除了上面提到的那些以外的部件、即低噪声放大器电路LNA和低噪声放大器电路LNA的随后的级中的电路等与图16中示出的根据相关技术的通信装置1lj中的那些相同。因为这些部件不是根据该实施例的半导体集成电路I的特征部分，所以其描述将省略。此外，与半导体集成电路I不同的另一电路(典型地是发射器电路)被并联连接至天线节AN_ANT。需要注意的是，在半导体集成电路中包括发射器电路的配置将稍后说明(图6)。
[0100]如图2所示，变压器Tl的绕组LI的一端被连接至输入端子TMl，并且变压器Tl的绕组LI的另一端被接地(被以交流的方式接地)ο变压器Tl的绕组L2的一端(节点NI)和变压器Tl的绕组L2的另一端(节点N2)被分别连接至低噪声放大器电路LNA的输入端子。电容性元件C2和开关SWl被并联连接在变压器Tl的绕组L2的一端与另一端之间。需要注意的是，电容性元件C2可以取决于低噪声放大器电路LNA的输入阻抗的值而省略。
[0101]图3是示出开关SWl的示例的电路图。开关SWl可以包含例如N型MOSFET(TrlO)和电阻器RlO及Rl I JOSFET(TrlO)的漏极和源极被分别连接至变压器Tl的绕组L2的节点NI和节点N2WV DC偏置经由电阻器Rll被供给至MOSFET(TrlO)的主体。控制信号SW1_CTR(电压VDD或0V)经由电阻器RlO被施加至MOSFET(TrlO)的栅极。
[0102]也就是，当电压VDD被施加至MOSFET(TrlO)的栅极时，MOSFET(TrlO)将处于导通(开关SWl将处于闭合状态)。另一方面，当OV被施加至MOSFET(TrlO)的栅极时，MOSFET(TrlO)将处于关断(开关SWl将处于断开状态)。需要注意的是，因为开关SWl仅应该针对RF信号被断开或闭合，所以MOSFET(TrlO)的源极和漏极可以分别被电容性地耦合至变压器Tl的绕组L2的节点NI和节点N2。此外，可以使用P型MOSFET取代N型MOSFET (Tr 1)。
[0103]控制电路10将电压VDD或OV的电压作为开关SWl的控制信号SW1_CTR施加至NMOS晶体管TrlO的栅极。此外，控制电路10将控制信号CTR供给至被包括在半导体集成电路I中的各电路(未示出)。控制信号MCU_S IG被从图1中示出的MCU (102)供给至控制电路1。
[0104][半导体集成电路的操作]
[0105]接下来，半导体集成电路I的操作将说明如下。
[0106]根据该实施例的半导体集成电路I在接收信号被从天线ANT(预定节点)供给至变压器Tl的绕组LI时的时段中通过断开开关SWl而使得变压器Tl起到用于低噪声放大器电路LNA的输入阻抗匹配电路的作用。在图2中示出的半导体集成电路I中，除变压器Tl之外的电容性元件Cl和电容性元件C2也构成用于低噪声放大器电路LNA的输入阻抗匹配电路。
[0107]另一方面，在被连接至天线ANT(预定节点)的另一电路操作时的时段中，开关SWl被闭合。在该情况中，当从天线ANT侧观察电容性元件Cl侧时的阻抗将变成等效于充分小的电容性元件的阻抗。需要注意的是，当被连接至天线ANT的另一个电路是发射器电路时，半导体集成电路1(接收器电路)和另一个电路(发射器电路)的操作将变成与图7和图8的时序图表中示出的那些相同(图7和图8中示出的操作将稍后说明)。
[0108]此时，通过适当地选择变压器Tl的电路常数和电容性元件Cl及C2，低噪声放大器电路LNA的输入阻抗可以在其中开关SWl被断开的状态中匹配，并且当从天线ANT侧观察半导体集成电路I侧时的阻抗可以被配置成在其中开关SWl被闭合的状态中变成等效于充分小的电容的阻抗。
[0109]具体地，在其中开关SWl被断开的状态中，包括变压器Tl的接收无源电路可以处于适于接收操作的状态。另一方面，在其中开关SWl被闭合的状态中，包括变压器Tl的接收无源电路对另一个电路的影响可以在从被连接至天线ANT的另一个电路观察半导体集成电路I时忽略，或者当从天线ANT侧观察半导体集成电路I时的等效电容(充分小的电容)可以通过包括用于另一个电路的阻抗匹配电路的部件中的一个内的等效电容而起作用。
[0110]更具体地说，在图2中示出的半导体集成电路I中，考虑其中低噪声放大器电路LNA的复输入阻抗、电容性元件Cl的电容Cl、绕组LI的电感LI和变压器Tl的耦合系数k的值被预先提供的情况。
[0111]在该情况中，自由度仍然在以下两个值中:绕组L2的电感L2和电容性元件C2的电容C2的值。于是，在这样的约束条件下，可以使得阻抗匹配低噪声放大器电路LNA的复阻抗(=自由度2)。
[0112]此外，当开关SWl被闭合时，被并联连接至开关SWl的电容性元件C2和低噪声放大器电路LNA可以忽略。也就是，当开关SWl被闭合时，可以考虑图4中示出的电路。在这样的情况中，从天线ANT侧观察到的等效电路将变成图5中示出的那个。更具体地，从天线ANT侧观察到的阻抗是I/j ω Cl+j ω LI (l_k2)。在RF信号的角频率处，I/j ω C3 = I/j ω Cl+j ω LI (1-k2)。因为C1、L1和k的值可以通过适当地选择这些值被任意确定而不管低噪声放大器电路LNA的输入阻抗匹配如何，所以C3的值可以被设定为充分小的预定值。
[0113]因此，当从被连接至天线ANT的另一个电路观察时，当开关SWl被闭合时的半导体集成电路I的输入端子TMl可以被看作等效于电容C3。当电容C3的值被设定为充分小的值时，对另一个电路的影响可以忽略。此外，电容C3可以被并入作为用于另一个电路的阻抗匹配电路的部件中的一个。
[0114]如上所述，根据该实施例的半导体集成电路I可以在未使用被串联插入RF信号路径中的开关电路(参见图16至图19)的情况下获得了好像半导体集成电路I的输入单元(输入端子TMl)与天线ANT分离的状态。
[0115]此外，变压器Tl的初级侧的绕组LI的一端被直接连接至半导体集成电路I(RF-1C)的输入端子TMl，并且变压器Tl的绕组LI的另一端被接地。变压器Tl的初级侧的电感典型地为大约几nH。在粗导线被用于变压器Tl的绕组时，没有必要为了确保抗浪涌电阻而单独地提供ESD保护电路，并且即使当要求ESD保护电路时，仅简单的ESD保护电路也是充分的。也就是，通过将半导体集成电路I (RF-1C)的输入端子TMl直接连接至变压器TI的初级侧的绕组LI，可以确保强的抗浪涌电阻。此外，因为没有必要提供ESD保护电路，所以半导体集成电路I的芯片面积可以被减小与ESD保护电路的面积对应的面积。另外，由ESD保护电路引起的寄生电容可以被降低。
[0116]被连接至变压器Tl的次级侧的绕组L2的开关SWl在半导体集成电路I执行接收操作时变成断开状态。在半导体集成电路I的接收功率的最大值典型地小(其大约为_20dBm)时，当开关SWl处于断开状态时施加的电压幅度处于可以由构成开关SWl的M0SFET(参见图3)处理的程度。当被连接至天线ANT的另一个电路是发射器电路时，大的电压幅度在发射的状态中被施加至半导体集成电路I (RF-1C)的输入端子TMl。然而，在开关SWl此时处于闭合状态时，施加至开关SWl的电压幅度几乎为零。因此，通过用于获得小型化和电压上的降低的小型化工艺形成的MOSFET可以被用于开关SWl。
[0117]另外，优选的是，除了当半导体集成电路I执行接收操作时以外，将开关SWl闭合。一般情况下，低噪声放大器电路LNA的输入阻抗大于天线的阻抗(典型地为50Ω)，变压器Tl被以如下方式设计:使得阻抗将从天线ANT侧朝向低噪声放大器电路LNA侧逐渐增加。于是，针对开关SWl所要求的导通电阻可以大于根据相关技术接近天线ANT布置的开关电路117(参见图16)的导通电阻。此外，因为小型化工艺被用来制造RF-1C和RF-SoC，即使当MOSFET的面积小时，也可以获得充分低的导通电阻。结果，开关SWl的面积可以小于相关技术中的。此外，由开关SWl引起的寄生电容也可以被减小。
[0118]如已在上面说明的，因为根据该实施例的半导体集成电路I具有上面说明的配置，所以没有必要使用相关技术中使用的开关电路117(图18和图19)。因此能够获得在无线电通信装置中使用的半导体集成电路的小型化。
[0119][半导体集成电路的另一配置示例:图6]
[0120]接下来，根据该实施例的半导体集成电路的另一配置示例将说明如下。图6是示出根据该实施例的半导体集成电路的另一配置示例的电路图。图6中示出的半导体集成电路2与图2中示出的半导体集成电路I之间的不同在于图6中示出的半导体集成电路2包括诸如发射无源电路12、发射放大器PA等的发射系统的电路。因为除了上面提到的这些以外的配置都与图2中出的半导体集成电路I的那些相同，所以重复说明将省略。
[0121]如图6所示，半导体集成电路2包括:包括绕组LI和绕组L2的变压器Tl、电容性元件C2、开关SWl、低噪声放大器电路LNA、控制电路11、发射无源电路12和发射放大器PA。这些部件被集成到例如RF-1C或RF-SoC内。
[0122]包括变压器Tl、电容性元件C2、开关SWl和低噪声放大器电路LNA的发射系统的电路经由输入端子TMl被连接至天线ANT。电容性元件Cl被设置在天线节点N_ANT与输入端子TMl之间。此外，包括发射无源电路12和发射放大器PA的发射系统的电路经由输出端子TM2被连接至天线节点N_ANT。例如，图6中示出的半导体集成电路2可以被用于已在上面说明的相关技术的通信装置101。
[0123]半导体集成电路2中的作为低噪声放大器电路LNA的其他部件和低噪声放大器电路LNA的随后的级中的电路及发射放大器PA的前面的级中的电路与图16中示出的根据相关技术的通信装置101_1中的那些相同。因为那些部件不是根据该实施例的半导体集成电路2的特征部分，所以其描述将省略。此外，在图6中示出的半导体集成电路2中，控制电路11也将控制信号供给至发射系统的电路。需要注意的是，在该实施例中，发射放大器PA可以被配置成将差分发射信号供给至发射无源电路12，或者发射放大器PA可以被配置成将单相发射信号供给至发射无源电路12。
[0124][图6中示出的半导体集成电路的操作]
[0125]图6中示出的半导体集成电路2在其中接收信号被从天线ANT供给至变压器Tl的绕组LI的时段(接收操作时段)中使开关SWl处于断开状态并使变压器Tl起到用于低噪声放大器电路LNA的输入阻抗匹配电路的作用。在图6中示出的半导体集成电路2中，除变压器Tl之外的电容性元件Cl和电容性元件C2也构成用于低噪声放大器电路LNA的输入阻抗匹配电路。
[0126]另一方面，开关SWl在其中包括发射无源电路12和发射放大器PA的发射系统的电路操作的时段(发射操作时段)中被闭合。在该情况中，当从天线ANT侧观察电容性元件Cl侧时的阻抗将变成等效于充分小的电容性元件的阻抗。于是，包括发射无源电路12和发射放大器PA的发射系统的电路可以正常地执行发射操作。
[0127]接下来，将更加详细地说明图6中示出的半导体集成电路2的操作。图7是用于说明半导体集成电路2的操作的时序图表。图7中示出的时序图表示出了其中常通开关被用于半导体集成电路2的开关SWl的情况。当常通开关被用于开关SWl并且从控制电路11输出的控制信号SW1_CTR是低电平控制信号时，开关SWl的状态将是导通(闭合状态)。此时，半导体集成电路2的状态将变成能够执行发射操作的状态。另一方面，当从控制电路11输出的控制信号SW1_CTR是高电平控制信号时，开关SWl将是关断(断开状态)。此时，半导体集成电路2的状态将变成能够执行接收操作的状态。
[0128]更具体地，当常通开关被用于开关SWl时，在紧接在半导体集成电路2执行接收操作之前的时刻tl和t3处，开关SWl被关断(断开状态)，使得半导体集成电路2将处于能够执行接收操作的状态。接着，在半导体集成电路2完成了接收操作之后的时刻t2和t4处，开关SWl被接通(闭合状态)，使得半导体集成电路2将处于能够执行发射操作的状态。需要注意的是，当半导体集成电路2未执行接收和发射操作两者时，因为开关SWl是常通的，所以开关SWl被接通(闭合状态)(例如，参见时刻t4至t5)。
[0129]图8是用于说明半导体集成电路2的操作的时序图表并且示出了其中常断开关被用于半导体集成电路2的开关SWl的情况。当常断开关被用于开关SWl并且从控制电路11输出的控制信号SW1_CTR是低电平控制信号时，开关SWl将变成关断状态(断开状态)。此时，半导体集成电路2将处于能够执行接收操作的状态。另一方面，当从控制电路11输出的控制信号SW1_CTR是高电平控制信号时，开关SWl被接通(闭合状态)。此时，半导体集成电路2将处于能够执行发射操作的状态。
[0130]更具体地，当常断开关被用于开关SWl时，在紧接在半导体集成电路2执行发射操作之前的时刻til和tl3处，开关SWl被接通(闭合状态)，使得半导体集成电路2将处于能够执行发射操作的状态。接着，在半导体集成电路2完成了发射操作之后的时刻tl2和tl4处，开关SWl被关断(断开状态)，使得半导体集成电路2将处于能够执行接收操作的状态。需要注意的是，当半导体集成电路2未执行接收和发射操作中的任一个时，因为开关SWl是常断的，所以开关SWl被关断(断开状态)(例如，参见时刻tl4至tl5)。
[0131][半导体集成电路的安装示例:图9至图12]
[0132]接下来，将通过参照图9和图10来说明根据该实施例的半导体集成电路的安装示例。如图9所示，半导体集成电路2包含半导体芯片(RF-1C)，并且各部件被集成到半导体芯片内。半导体集成电路2的输入端子TMl和电容性元件(芯片电容)23的一端使用用于高频的线21进行连接。半导体集成电路2的输出端子TM2和电容性元件23的另一端使用线22进行连接。线22被连接至天线节点N_ANT。
[0133]图10是示出其中图9中示出的半导体集成电路2(半导体芯片)被安装在安装基板上的通信模块20的图。如图10所示，半导体集成电路2(半导体芯片)被安装在安装基板上。连接至半导体集成电路2的线22被连接至天线连接器25。多个电容性元件(芯片电容)26被布置在安装基板上。此外，连接至MCU(102b)(参见图1)的连接器27被布置在安装基板的背面侧。如图10所示，在通信模块20中，因为大多数的功能都集中在半导体集成电路2(半导体芯片)上，所以除了半导体集成电路2以外的必要的部件的数量可以是几个，诸如天线连接器25、电容性元件(芯片电容)26和连接器27等。需要注意的是，在图9和图10中，电源线、接地线、控制线等未示出。
[0134]图11和图12是示出根据比较例的半导体集成电路113的安装示例的图。半导体集成电路113对应于图16中示出的半导体集成电路113_1。因此，当使用半导体集成电路113时，图16中示出的开关电路117将是必要的。此外，当开关电路117使用GaAs技术形成时，需要三个电容性元件(芯片电容)以便阻止DC成分从开关电路117泄漏(对于细节，参见图18)。
[0135]如图11所示，半导体集成电路113包含半导体芯片(RF-1C)，并且各部件被集成到半导体芯片内。半导体集成电路113的输入端子TMl和开关电路117使用线131进行连接。电容性元件ClOl (芯片电容)被设置在输入端子TMl与开关电路117之间。半导体集成电路113的输出端子TM2与开关电路117使用线132进行连接。电容性元件C102(芯片电容)被设置在输出端子TM2与开关电路117之间。开关电路117和天线节点N_ANT被用线132连接。电容性元件Cl03 (芯片电容)被设置在开关电路117与天线节点N_ANT之间。
[0136]图12是示出其中图11中示出的半导体集成电路113(半导体芯片)被安装在安装基板上的通信模块101。如图12所示，半导体集成电路113(半导体芯片)被安装在安装基板上。线133被连接至天线连接器135。多个电容性元件(芯片电容)136被布置在安装基板上。此夕卜，连接至MCU(102)(参见图1)的连接器137被布置在安装基板的背面侧。需要注意的是，在图11和图12中，电源线、接地线、控制线等未示出。
[0137]图12中示出的通信模块101需要开关电路117，并且需要三个电容性元件(芯片电容)以便阻止DC成分从开关电路117泄漏。这大大地增加了通信模块101的面积。另一方面，在图10中示出的通信模块20中，因为开关电路117和两个电容性元件可以省略，所以通信模块20的面积可以被减小开关电路117和两个电容性元件的面积。需要注意的是，如图9所示，在半导体集成电路2中，取代开关电路117，将需要开关SWl。然而，因为开关SWl可以包含例如CMOS(互补金属氧化物半导体)等等，所以开关SWl的面积可以与构成接收电路的其他电路部件相比足够地小。
[0138][半导体集成电路的另一安装示例:图13]
[0139]接下来，将说明根据该实施例的半导体集成电路的多功能性。普遍是当存在有在发射信号的不希望的波上的严格规则时或者当在接收信号波段的附近预期有强的干扰波时在发射侧、接收侧或者在发射和接收侧两者中提供SAW(表面声波)滤波器。
[0140]图13是示出根据该实施例的半导体集成电路的另一安装示例的图并且示出了其中SAW滤波器被设置在发射和接收侧两者中的配置。图13中示出的配置需要开关电路117，以便在发射侧和天线节点N_ANT的连接与接收侧和天线节点N_ANT的连接之间切换。SAW滤波器141被设置在接收侧的输入端子TMl与开关电路117之间。另外，SAW滤波器142被设置在发射侧的输出端子TM2与开关电路117之间。
[0141]虽然在图6中示出的半导体集成电路2(半导体芯片)中，开关SWl被设置在接收信号的路径中，但是开关SWl的尺寸是小的。于是，即使当图6中示出的半导体集成电路2(半导体芯片)被用于图13中示出的包括了SAW滤波器的通信装置时，也根本没有在特性、成本和电路面积方面的缺点。因此，相同的半导体集成电路2(半导体芯片)可以被用于图6中示出的通信装置(没有SAW滤波器的配置)和图13中示出的通信装置(具有SAW滤波器的配置)。
[0142]诸如RF-1C和RF-SoC等的半导体芯片的功能近年来进一步地复杂化。因此，相的同半导体芯片可以以上面说明的方式用于多个用途的益处对于半导体芯片的制造商和用户而言是显著的。更具体地说，对于半导体芯片的制造商而言，用于产品设计时的验证、质量保证的可靠性测试、生产批量的管理、生产后的库存管理和各种文件的准备及维护的成本、时间等可以降低。对于半导体芯片的用户而言，用于引入半导体芯片时的基本性能验证、在与软件组合的操作上的评价、可靠性验证和生产时的库存的管理的成本和时间可以降低。
[0143]如已在上面说明的，因为根据该实施例的半导体集成电路2可以被用于具有各种配置的通信装置，所以根据该实施例的半导体集成电路2是多功能的。在该情况中，以与上面的情况类似的方式没有在通信装置的特性、成本和电路面积方面的缺点。于是，半导体集成电路可以普遍地用在使用根据该实施例的技术的智能仪表中或者在根据相关技术的智能仪表中。这节省了用于配置智能仪表的总成本、用于开发等所需的时间等。
[0144][半导体集成电路的另一配置示例:图14]
[0145]接下来，将参照图14来说明根据该实施例的半导体集成电路的另一配置示例。图2中示出的半导体集成电路I具有其中电容性元件Cl被设置在天线节点N_ANT与输入端子TMl之间的配置。然而，在该实施例中，如在图14中示出的半导体集成电路3所示，电容性元件Cl’可以被设置在端子TM1’与接地电位之间。端子TM1’被连接至绕组LI的另一端。此外，电容性元件Cl’被设置在半导体集成电路3外。
[0146]也就是，如图2和图14所示，在根据该实施例的半导体集成电路中，可以提供被串联连接至变压器Tl的绕组LI的电容性元件C1(C1’)，并且在其上提供电容性元件的位置可以任意确定。此时，接收信号被从天线ANT供给至包括绕组LI和电容性元件Cl(Cl’)的电路的一端，并且电路的另一端被以交流的方式接地。需要注意的是，因为半导体集成电路3的除了电容性元件Cl’以外的配置都与图2中示出的半导体集成电路I的那些相同，所以重复说明将省略。
[0147][半导体集成电路的另一配置示例:图15]
[0148]此外，图2中示出的半导体集成电路I具有其中变压器TI的绕组L2的一端(节点NI)和变压器Tl的绕组L2的另一端(N2)被分别连接至低噪声放大器电路LNA的输入端子的配置、即其中差分信号被供给至低噪声放大器电路LNA的配置。然而，在该实施例中，以与图15中示出的半导体集成电路4类似的方式，变压器Tl的绕组L2的仅一端被连接至低噪声放大器电路LNA的输入端子，并且绕组L2的另一端(节点N2)可以被以交流的方式接地。也就是，低噪声放大器电路LNA的输入可以是单相输入。需要注意的是，因为图15中示出的半导体集成电路4的其他配置与图2中示出的半导体集成电路I的那些相同，所以重复说明将省略。
[0149]〈第二实施例〉
[0150]接下来，第二实施例将说明如下。图20是示出根据第二实施例的半导体集成电路5的示例的图。图20中示出的半导体集成电路5示出了被包括在图6中示出的半导体集成电路2中的发射无源电路12和发射放大器电路PA的特定配置示例。因为其他部件与在第一实施例中说明的半导体集成电路中的那些相同，所以重复说明将省略。
[0151][半导体集成电路的配置:图20]
[0152]如图20所示，半导体集成电路5包括:包括绕组LI和L2的变压器Tl、电容性元件C2、开关SW1、低噪声放大器电路LNA、包括绕组L4和L5的变压器T2、电容性元件C5、发射放大器PA和控制电路11。需要注意的是，因为作为变压器Tl、电容性元件C2、开关SWl和低噪声放大器电路LNA的接收系统的电路元件与在第一实施例中说明的那些相同，所以重复说明将省略。
[0153]如图20所示，变压器T2的绕组L5的一端和另一端被分别连接至发射放大器电路PA的输出端子。也就是，发射信号被从发射放大器电路PA供给至变压器T2的绕组L5的一端和另一端。变压器T2的绕组L4的一端被连接至输出端子TM2，并且变压器T2的绕组L4的另一端被接地(以交流的方式接地)ο电容性元件C5被连接在变压器T2的绕组L4的一端与另一端之间。需要注意的是，电容性元件C5可以取决于发射放大器电路PA的输出阻抗的值而省略。
[0154]电容性元件Cl被连接在半导体集成电路5的输入端子TMl与天线ANT之间。此外，电容性元件C4被连接在半导体集成电路5的输出端子TM2与天线ANT之间。
[0155]发射放大器电路PA是例如CMOS型差分功率放大器电路并且包括PMOS晶体管Trl和Tr3及NMOS晶体管Tr2和TrLPMOS晶体管Trl的漏极和NMOS晶体管Tr2的漏极被连接至变压器T2的绕组L5的一端，并且PMOS晶体管Tr3的漏极和NMOS晶体管Tr4的漏极被连接至变压器T2的绕组L5的另一端。控制信号PA_CTR(驱动电压)被从控制电路11供给至晶体管Tr I至Tr4的各栅极。
[0156][半导体集成电路的操作]
[0157]接下来，半导体集成电路5的操作将说明如下。
[0158]当半导体集成电路5执行发射操作时，控制电路11将开关SWl控制处于闭合状态(参见第一实施例)。此外，发射放大器电路PA将发射信号供给至变压器T2的绕组L5。此时发射放大器电路PA的操作模式应该被称作发射模式。
[0159]更具体地，控制电路11将控制信号PA_CTR供给至发射放大器电路PA的晶体管Trl至Tr4，并且控制发射放大器电路PA以输出发射信号(差分信号)。此时，变压器T2起到用于发射放大器电路PA的阻抗匹配电路的作用。在图20中示出的半导体集成电路5中，除变压器T2之外的电容性元件C4和C5也构成用于发射放大器电路PA的阻抗匹配电路。
[0160]另一方面，当半导体集成电路5执行接收操作时，控制电路11将开关SWl控制处于断开状态(参见第一实施例)。此外，发射放大器电路PA使变压器T2的绕组L5的两个端部短路。此时发射放大器电路PA的操作模式应该被称作短路模式。
[0161 ]更具体地，控制电路11将被包括在发射放大器电路PA中的NMOS晶体管Tr2和Tr4控制处于导通状态并且将被包括在发射放大器电路PA中的PMOS晶体管Trl和Tr3控制处于关断状态。因此，变压器T2的绕组L5的两个端部被连接至接地电位。于是，变压器T2的绕组L5的两个端部被短路。备选地，控制电路11将被包括在发射放大器电路PA中的匪OS晶体管Tr2和Tr4控制处于关断状态并且将被包括在发射放大器电路PA中的PMOS晶体管Trl和Tr3控制处于导通状态。因此，变压器T2的绕组L5的两个端部被连接至电源电位。于是，变压器T2的绕组L5的两个端部被短路。如上所述，当变压器T2的绕组L5的两个端部被短路时，可以使得当从天线ANT侧观察电容C4侧时的阻抗等效于充分小的电容性元件的阻抗。
[0162]如图20所示，发射侧的匹配电路中的元件的数量与接收侧的匹配电路中的元件的数量相同。因此，用于发射侧的匹配电路的设计的自由度与接收侧的匹配电路的相同，并且能够以与在第一实施例中说明的接收电路的设计类似的方式设计发射电路。于是，通过适当地选择变压器T2的电路常数和电容性元件C4及C5，来自发射电路PA的输出阻抗可以在半导体集成电路5执行发射操作时被匹配。在接收操作的时候，当变压器T2的绕组L5的两个端部被短路时，可以使得当从天线ANT侧观察电容性元件C4时的阻抗等效于充分小的电容性元件的阻抗。因此，包括变压器T2的发射无源电路的对接收电路的影响可以被忽略，或者当从天线ANT侧观察半导体集成电路5侧时的等效电容(充分小的电容)可以通过包括了在接收电路的阻抗匹配电路的部件中的一个部件中的等效电容而起作用。
[0163]〈第三实施例〉
[0164][半导体集成电路的配置:图21]
[0165]接下来，第三实施例将说明如下。图21是示出根据第三实施例的半导体集成电路6的示例的电路图。图21中示出的半导体集成电路6与图2中示出的半导体集成电路I之间的不同在于，在半导体集成电路6(半导体芯片)中，电容性元件Cl被形成在半导体集成电路6内。因为其他配置与已在第一实施例中说明的半导体集成电路的那些相同，所以重复说明将省略。
[0166]如图21所示，电容性元件Cl被形成在半导体集成电路6(半导体芯片)内。电容性元件Cl被配置成包括抗浪涌电阻。电容性元件Cl可以使用例如在邻接的布线之间的电容进行配置。如上所述，当电容性元件Cl被设置在半导体集成电路6(半导体芯片)内并且被集成在其内时，能够使无线电通信装置中使用的半导体集成电路进一步小型化并降低成本。
[0167][半导体集成电路的配置:图22]
[0168]此外，在该实施例中，如在图22中示出的半导体集成电路7中所示，变压器Tl的绕组L1(S卩，接收系统电路的输入侧)和发射无源电路12的输出侧(S卩，发射系统电路的输出侦D可以在半导体集成电路7(半导体芯片)内彼此连接。在该情况中，接收系统电路的输入侧和发射系统电路的输出侧被连接至半导体集成电路7的输入/输出端子TM3。利用这样的配置，从半导体集成电路7到天线ANT的布线可以是一个线，并因此当半导体集成电路7被安装在安装基板上时的安装基板的安装面积可以被减小。
[0169]〈其他实施例〉
[0170]接下来，其他实施例将说明如下。
[0171]在该实施例中，在半导体集成电路中使用的上面说明的开关SWl可以以下面描述的方式配置。
[0172][开关SWl的配置示例:图23]
[0173]图23是示出开关SWl的配置示例的电路图。开关SWl可以包含例如N型MOSFET(Trll)、电阻器R12至R15和电容性元件Cll和C12。电容性元件Cll和C12被分别提供至MOSFET(Tr11)的漏极和源极。换言之，M0SFET(Tr 11)的漏极和源极分别经由电容性元件Cl I和C12被连接至变压器Tl的绕组L2的一端(节点NI)和另一端(节点N2)。此外，OV DC偏置分别经由电阻器Rl3和Rl5被施加至MOSFET(Trll)的漏极和源极。此外，OV DC偏置经由电阻器R14被连接至M0SFET(Trl I)的主体。控制信号SW1_CTR(电压VDD或0V)经由电阻器R12被连接至 MOSFET (Trl I)的栅极。
[0174]利用具有这样的配置的开关SW1，开关SWl被插入其中的变压器Tl的次级侧的绕组L2的DC偏置电位可以自由地设定。需要注意的是，可以使用P型MOSFET取代图23中示出的开关SWl中的N型MOSFET(Tr11)。
[0175][开关SWl的配置示例:图24]
[0176]图24是示出开关SWl的配置示例的电路图。图24中示出的开关SWl具有与图23中示出的开关SWl相同的配置。然而，在图24中示出的开关SWl中，被施加至N型MOSFET(Trll)的漏极和源极的DC偏置是与被施加至栅极的电压的相位相反的相位的电压(0V或电压VDD)。更具体地，当OV被施加至MOSFET (Tr 11)的栅极时，VDD被施加至MOSFET(Tr 11)的漏极和源极。另一方面，当电压VDD被施加至MOSFET (Tr 11)的栅极时，OV被施加至MOSFET (Tr 11)的漏极和源极。换言之，控制信号SW1_CTR_1被施加至M0SFET(Trl I)的栅极，并且具有与控制信号SW1_CTR_1的相位相反的相位的控制信号SW1_CTR_2被施加至MOSFET(Trll)的漏极和源极。
[0177]利用这样的配置，当MOSFET(Trll)处于关断状态时的栅极-源极电压可以是负VDD。因此，即使当具有大电压幅度的接收信号被供给至半导体集成电路时，开关SWl也可以被维持处于关断状态。
[0178][开关SWl的配置示例:图25]
[0179]在该实施例中，在图24中示出的开关SWl中的MOSFET(Trll)的两个级可以被串联连接。更具体地，如图25所示，N型MOSFET(Trll’)可以被串联连接至N型MOSFET(Trll)t^b时，OV DC偏置经由电阻器R14’被施加至添加的MOSFET(Trll’)的主体。此外，控制信号SW1_CTR_1 (电压VDD或0V)经由电阻器Rl 2 ’被施加至添加的MOSFET (Tr 11’)的栅极。其他配置与图24中示出的开关SWl的那些相同。需要注意的是，串联连接的MOSFET的数量可以是三个或更多。
[0180]通过将多个MOSFET以上述方式串联连接，即使当具有大电压幅度的接收信号被从半导体集成电路供给时，开关SWl也可以被维持处于OFF状态。
[0181]需要注意的是，虽然已在上面说明了根据该实施例的半导体集成电路被应用于智能仪表的情况，但是根据该实施例的半导体集成电路可以应用于除了智能仪表以外的包括通信电路的装置。
[0182]第一至第三实施例可以由本领域普通技术人员中的一个根据期望组合。
[0183]虽然已在几个实施例的方面描述了实用新型，但是本领域技术人员将认识到的是实用新型可以利用在所附权利要求的精神和范围内的各种修改来实践并且实用新型不限于上面描述的示例。
[0184]此外，权利要求的范围不受上面描述的实施例的限制。
[0185]此外，需要注意的是，
【申请人】意在涵盖所有权利要求元素的等效形式，即使后来在审查期间经过了修改。
【主权项】
1.一种半导体集成电路，其特征在于，包括: 第一变压器，其包括第一绕组和第二绕组； 低噪声放大器电路，其包括输入端子并且将无线电信号放大，所述第一变压器的所述第二绕组的至少一端被连接至所述输入端子;以及 开关，其被设置在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与另一端之间，其中在其中接收信号经由预定节点被供给至所述第一变压器的所述第一绕组的第一时段中，所述半导体集成电路使所述开关处于断开状态并且使所述第一变压器起到用于所述低噪声放大器电路的输入阻抗匹配电路的作用，以及 在其中被连接至所述预定节点的另一电路操作的第二时段中，所述半导体集成电路使所述开关处于闭合状态。2.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于，进一步包括: 第一电容性元件，其在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与所述另一端之间，所述第一电容性元件与所述开关并联设置。3.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于，进一步包括: 第二电容性元件，其被串联地连接至所述第一变压器的所述第一绕组，其中所述接收信号被供给至包括所述第一绕组和所述第二电容性元件的电路的一端，并且所述电路的另一端被以交流的方式接地。4.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端和所述另一端被连接至所述低噪声放大器电路的所述输入端子。5.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于， 至少所述第一变压器、所述低噪声放大器和所述开关被集成到一个半导体芯片中。6.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于，进一步包括: 发射电路，作为被连接至所述预定节点的所述另一电路，其中 所述第一时段是其中所述半导体集成电路执行接收操作的时段，以及 所述第二时段是其中所述半导体集成电路执行发射操作的时段。7.根据权利要求6所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述发射电路包括: 第二变压器，其包括第一绕组和第二绕组；以及 发射放大器电路，其包括输出端子，所述第二变压器的所述第一绕组的至少一端被连接至所述输出端子，其中 所述第二变压器的所述第二绕组的一端被电连接至所述预定节点，并且所述第二变压器的所述第二绕组的另一端被以交流的方式接地，以及 在所述第二时段中所述第二变压器起到用于所述发射放大器电路的阻抗匹配电路的作用。8.根据权利要求7所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述发射放大器电路包括用于将发射信号供给至所述第二变压器的所述第一绕组的发射模式和用于使所述第二变压器的所述第一绕组的一端与另一端两者短路的短路模式，在所述第一时段中所述发射放大器电路以所述短路模式操作，以及 在所述第二时段中所述发射放大器电路以所述发射模式操作。9.根据权利要求7所述的半导体集成电路，其特征在于，进一步包括: 第三电容性元件，其被连接在输入端子与所述预定节点之间，所述输入端子被连接至所述第一变压器的所述第一绕组；以及 第四电容性元件，其被连接在输出端子与所述预定节点之间，所述输出端子被连接至所述第二变压器的所述第二绕组。10.根据权利要求3所述的半导体集成电路，其特征在于， 至少所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关和所述第二电容性元件被集成到一个半导体芯片中。11.根据权利要求6所述的半导体集成电路，其特征在于， 至少所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关和所述发射电路被集成到一个半导体芯片中，以及 在所述半导体芯片内，所述第一变压器的所述第一绕组和所述发射电路的输出侧被连接至被包括在所述半导体芯片中的输入/输出端子。12.—种通信模块，其特征在于，被包括在根据权利要求9所述的半导体集成电路中的至少所述第一变压器、所述第二变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关、所述发射放大器电路、所述第三电容性元件和所述第四电容性元件被集成到所述通信模块中。13.—种智能仪表，其特征在于，包括根据权利要求12所述的通信模块。14.一种通信模块，其特征在于，包括: 半导体芯片，包括: 第一变压器，其包括第一绕组和第二绕组； 低噪声放大器电路，其包括输入端子并且将无线电信号放大，所述第一变压器的所述第二绕组的至少一端被连接至所述输入端子； 开关，其被设置在所述第一变压器的所述第二绕组的所述一端与另一端之间； 输入端子，其被连接至所述第一变压器的所述第一绕组的一端；以及 输出端子，其被连接至发射电路， 其中所述第一变压器、所述低噪声放大器电路、所述开关、所述输入端子和所述输出端子被集成到所述半导体芯片中；以及 安装基板，所述半导体芯片被安装在所述安装基板上，其中 在所述半导体芯片执行接收操作时的时段中，所述开关被断开并且所述第一变压器起到用于所述低噪声放大器电路的输入阻抗匹配电路的作用，以及在所述半导体芯片执行发射操作时的时段中，所述开关被闭合。
【文档编号】H04W88/02GK205726442SQ201620177508
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月8日
【发明人】松野典朗
【申请人】瑞萨电子株式会社
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