专利名称：半导体器件和无线电通信设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及提供无线电通信设备的输入/输出选择开关并且具体地涉及一种用 于负偏压生成电路中的电容器的快速充电装置。
背景技术：
一般广泛地使用无线电收发器。对于移动电话等，使用CDMA(码分多址)的 UMTS(ff-CDMA)系统是多址系统的主流，然而使用TDMA(时分多址)的无线电收发器仍然被 广泛地使用。
在运用TDMA系统的无线电收发器中，通过在发送与接收之间切换来使用一个天 线是普遍的。图1是在天线的发送侧与接收侧之间切换的天线开关电路1000的概念图。
天线开关电路1000具有两个端子、也就是发送输入端子和接收输出端子。天线开 关电路是用于分别电耦合发送输入端子和天线以进行发送以及接收输出端子和天线以进 行接收的电路。
天线开关电路1000包括天线开关晶体管丽1、丽2、丽3和MN4。作为天线开关晶 体管MNl、MN2、MN3和MN4，常规上一般使用pHEMT (砷化镓)FET。
分别地，天线开关晶体管丽1和MN4作为接地开关来操作，并且天线开关晶体管 MN2和MN3作为天线连接开关来操作。因而，当发送输入端子连接到天线时，天线开关晶体 管MN2接通，并且另一方面，天线开关晶体管Mm关断。这对于发送而言也相同，因此天线开 关晶体管MNl的操作总是与天线开关晶体管MN2的操作相反。这对于天线开关晶体管MN3 和天线开关晶体管MN4而言相同。
这些天线开关晶体管中的各天线开关晶体管的源极和漏极由具有高阻抗值的电 阻器耦合。因而，源极的电势与漏极的电势相同，另外天线开关晶体管丽1和MN4接地，因 此这些晶体管的源极/漏极端子的所有电势为GND电势。
当切换控制电路1001控制这些天线开关晶体管中的各天线开关晶体管的栅极端 子的电势时，可以控制这些天线开关晶体管的接通/关断。当不使用负偏压时，切换控制电 路1001的控制输出是GND电势或者VDD电势。
在发送中，幅度Vpp有正负波动的信号穿过发送输入端子。为了关断天线开关晶 体管，源极/漏极电势需要大于或者等于栅极端子的电势。然而可能有如下情况源极/漏 极电势在将向发送输入端子输入的信号的下限峰值时根据将向发送输入端子输入的信号 的幅度量而变得少于或者等于栅极电势。
通常向天线开关晶体管MNl的漏极施加若干伏特的电势。因而除非源极/漏极电 势大于或者等于栅极电势，否则结果是图中的(A)点短路。这一短路使负侧上的(A)点处3的波形限制于GND从而造成波形的失真。
图2是示出了常规pHEMT Sff的配置的电路图。
常规pHEMT Sff被配置成包括升压电路2001和SW晶体管2002。
升压电路2001提升控制电压并且向栅极电压给出比向SW晶体管2002的源极与 漏极之间的电压更高的电势。由于这一点而获得与负偏压的效果相同的效果。软件被设计 成能够高速操作，从而它的启动时间可以响应于升压电路的充电时间。
对于波形限制于GND这一问题，第6，804，502号美国专利(专利文献1)公开了一 种通过使控制电路生成负偏压来防止波形限制于⑶N的技术。发明内容
在专利文献1中描述的控制电路中存在负偏压生成电路。然后有必要对负偏压生 成电路中的电容器、具体为升压电路2001中的电容器进行充电。常规负偏压生成电路在接 通电源对电容器进行充电之后需要约100微秒的充电时间。
然而天线开关晶体管中使用的pHEMT FET近来已经逐渐地为SOI(绝缘体上 硅)-SW所取代。SOI-SW的操作响应性欠佳，并且如果原样应用在假设使用pHEMT FET时支 持充电时间的软件，则有出现错误操作的可能性。
在图2中说明这一点。
从图2可见升压电路2001包括两个二极管。有必要将两个二极管配置为用于操 作升压电路2001的高频二极管。然而在目前的SOI工艺中难以制造高频二极管。
另外当未使用升压电路时，如在专利文献1中描述的本发明中一样生成负偏压的 电路是必要的。然而在专利文献1中的描述未涉及增加负偏压的下降速度这一观点。
因此为了使用常规软件，更快充电是不可或缺的。
已经鉴于上述境况而创造本发明，并且本发明提供一种用于对负偏压生成电路中 的电容器进行快速充电的充电装置。具体而言，提供如下技术1)仅在负偏压下降时进行 高频振荡；以及2)仅在负偏压下降时减少充电容量。
本发明的其它目的和新特征将从本说明书和附图的描述中变得清楚。
下文简要地说明本申请中公开的发明之中的典型发明的概况。
根据本发明一个典型实施例的一种半导体器件是具有负偏压生成电路的半导体 器件，该半导体器件包括振荡电路，可以在高频振荡与低频振荡之间切换其输出；降频转 换器电路，包括第一电容器并且通过振荡电路的输出在第一电容器中存储电荷；充电容量 切换电路；以及第二电容器，与第一电容器并联耦合并且可以由充电容量切换电路电断开， 其中振荡电路在半导体器件的电源接通时进行高频振荡，其中充电容量切换电路从第一电 容器电断开第二电容器，并且其中降频转换器电路在第一电容器中存储电荷。
该半导体器件的特征可以在于当振荡电路的输出从高频振荡改变成低频振荡时 充电容量切换电路将第二电容器电耦合到第一电容器。
该半导体器件的特征可以在于充电容量切换电路输出定时信号并且振荡电路的 输出在接收到定时信号时从高频振荡改变成低频振荡。
该半导体器件的特征可以在于还包括供应电源电压的功率放大器并且功率放大 器供应的电源电压根据定时信号来改变。
该半导体器件的特征可以在于还包括重置电路并且重置电路输出重置信号并且 振荡电路的输出在接收到重置信号时从高频振荡改变成低频振荡。
该半导体器件的特征可以在于还包括供应电源电压的功率放大器并且功率放大 器供应的电源电压根据重置信号来改变。
该半导体器件的特征可以在于在第二电容器从第一电容器断开之时第二电容器 存储来自电源电压的电荷。
该半导体器件的特征可以在于振荡电路被配置成包括RC振荡器或者振荡电路被 配置成包括环形振荡器。
一种包括这些半导体器件的无线电通信设备的特征可以在于将半导体器件使用 于天线切换电路中。
下文简要地说明本申请中公开的发明之中的典型发明所获得的效果。
由于根据本发明典型实施例的半导体器件，使得有可能在半导体器件的负偏压生 成电路中包括的电容器中高速存储电荷。
通过并联耦合与负偏压生成电路中包括的电容器分开预备的电容器以便能够被 电断开、在电荷存储于负偏压生成电路中包括的电容中之时在分开预备的电容器中存储来 自电源电压的电荷并且在电荷完全地存储于其中之后将单独预备的电容器电耦合到负偏 压生成电路中包括的电容来防止纹波噪声寄附于负偏压上。
图1是在天线的发送侧与接收侧之间切换的天线开关电路的概念图2是示出了常规pHEMT Sff的配置的电路图3是示出了根据本发明一个实施例的负偏压生成电路的配置的框图4是示出了根据本发明第一实施例的振荡电路的配置的电路图和示出了它的 操作的真值表；
图5是示出了根据本发明第一实施例的在降频转换器、充电容量切换电路中的开 关电路与外部电容之间的耦合关系的电路图6是用于图示在出现纹波时的机制的概念图7是从根据本发明第一实施例的负偏压生成电路提取的与定时电路有关的部 分的框图8是用于图示定时电路和各开关的操作如何影响负偏压生成电路的操作的波 形图9是示出了根据本发明的负偏压生成电路和功率放大器的配置的框图10是示出了根据本发明第二实施例的负偏压生成电路的重置信号、负偏压、振 荡器输出和电源电压的改变的波形图11是示出了根据本发明第三实施例的负偏压生成电路的配置的框图12是示出了根据本发明第三实施例的另一负偏压生成电路的配置的框图13是示出了根据本发明第四实施例的振荡电路的配置的电路图14是从根据本发明第五实施例的负偏压生成电路提取的与定时电路有关的部 分的框图15是示出了从根据本发明第五实施例的定时电路向开关电路输出的信号的波 形图16是示出了包括根据本发明的负偏压生成电路的移动电话的整体配置的框 图；并且
图17是示出了图16中的移动电话中包括的RF模块的配置的框图。
具体实施方式
下文将使用
本发明的实施例。
(第一实施例)
首先将使用
第一实施例。
图3是示出了根据本发明一个实施例的负偏压生成电路1的配置的框图。负偏压 生成电路包括振荡电路11、降频转换器12、重置电路13、解码器电路14、电平移位电路15、 充电容量切换电路16和外部电容17。
振荡电路11是供应操作时钟的振荡器。
图4是示出了根据本发明第一实施例的振荡电路11的配置的电路图和示出了它 的操作的真值表。
振荡电路11是具有所谓“shishi-odoshUdeer-scarer) ”配置的RC振荡器的电 路。RC振荡器包括运算放大器11-1及其外围电路、分压器电路11-2、逻辑电路11-3、恒流 源11-4、恒流源11-5、包括并联电阻器部Rx和电容器Cxl的串联RC电路、开关SWl和开关 Sff 2 ο
为了使负偏压迅速地下降，希望进行高频振荡。然而电流在高频振荡时增加。因 而有必要在负偏压下降之后降低振荡频率以便降低电流消耗。在负偏压下降之后，在适当 定时将振荡频率从高频振荡切换成低频振荡。这时，供给振荡电路11中的运算放大器的电 流量也切换成另一量。
也就是说，“参考电压”存在于运算放大器的输入端子之一，并且以反馈方式向另 一输入端子输入运算放大器的输出。这时，运算放大器的输出穿过串联RC电路，由此向运 算放大器施加的电压逐渐地增加。分压器电路11-2生成“参考电压”。
在振荡电路11中，7 Ω和4K Ω的两个电阻器并联耦合。二者中的4Κ Ω电阻器 被配置成可通过开关SWl来电断开。
为了在上电时增加下降速度，通过在下降时切换时间常数来进行高频振荡。出于 这一目的，进行通过开关SWl和开关SW2的切换控制。
开关SWl由作为逻辑电路11-3的输出的开关选择信号控制。并联电阻器部Rx的 电阻值R在开关SWl打开时为7 Ω而在开关SWl闭合时约为3. 80Κ Ω (比值约为20 1)。 通过这一切换使得有可能变化包括并联电阻器部Rx(电阻值R)和电容器Cxl (静电电容C) 的串联RC电路的时间常数(时间常数τ =电阻值RX静电电容C)。
由于存在现有技术文档如未审公开号为2002-358604的日本专利(图3至图5)， 这里未描述通过选择开关来改变串联RC电路时间常数的差异。
开关SW2也由作为逻辑电路11-3的输出的开关选择信号控制。开关SW2用来控 制流过运算放大器11-1的电源电流。恒流源11-4和恒流源11-5是具有为这一切换预备的不同电流值的恒流源。在本说明书中，在恒流源11-4的电流值大于恒流源11-5的电流 值这一假设下给出说明。
当选择高频振荡或者低频振荡时切换恒流源11-4和恒流源11-5。也就是说，当开 关SWl接通时，为高频振荡选择电流值更高的恒流源11-4。另一方面，当开关SWl关断时， 为低频振荡选择电流值更低的恒流源11-5。
也就是说，当逻辑电路11-3的输出(开关选择信号)在“H”时，开关SWl接通并 且并联电阻器部Rx的电阻值约为3. 8ΚΩ。开关SW2耦合到使高电流流动的恒流源11-4。
另一方面，当逻辑电路11-3的输出在“L”时，开关SWl关断并且并联电阻器部Rx 的电阻值为7涨0。开关SW2耦合到使低电流流动的恒流源11-5。
在图4中所附真值表中描述了这些之间的对应关系。
逻辑电路11-3计算频率控制信号FCON与从充电容量切换电路16内的定时电路 16-2输出的定时信号的逻辑OR。向开关SWl输入逻辑电路11-3的输出。频率控制信号 FCON是在将振荡电路11的输出强制地固定成高频时使用的信号。
将向逻辑电路11-3输入的定时信号将在说明作为该信号的输出源的定时电路 16-2时加以说明。
降频转换器12是用于生成负偏压的低压转换电路。降频转换器12的输出电 势-VSS形成电平移位电路15的输出信号的低电势。向降频转换器12输入振荡电路11的 输出，并且基于这一输入，降频转换器12通过重复其中包括的各电容器的充电/放电来生 成负电势。
重置电路13基于从振荡电路11输出的操作时钟来生成用于重置电平移位电路15 和在充电容量切换电路16中的定时电路的重置信号。
解码器电路14基于来自高电平电路的控制信号来控制电平移位电路的输出、也 就是天线开关晶体管丽1至MN4的输出信号。
电平移位电路15将供给天线开关晶体管丽1至MN4的输出信号的较低电势这一 侧上的电势移位成降频转换器12的输出电势并且输出该电势。
充电容量切换电路16包括用于将外部电容17与在降频转换器12中包括的电容 适当地并联耦合的开关电路16-1和切换该开关电路的定时电路16-2。
如上所述，外部电容17是用于增加降频转换器12中包括的电容的外部电容。外 部电容17可以由SMD部分实现或者实现为半导体器件中的内置电容器。
图5是代表根据本发明第一实施例的在降频转换器12、充电容量切换电路16中的 开关电路16-1与外部电容17之间的连接关系的电路图。
使得有可能通过减少充电电容来增加负偏压的下降速度。这是因为更小电容需要 更短充电时间。
然而如果电容小，则内部元件的泄漏电流可能流入负偏压中以对充电电容器进行 放电并且可能生成纹波。如果纹波变大，则寄生可能恶化。
图6是用于图示当出现纹波时的机制的概念图。
以下表达式在泄漏电流I、达到的电压V、外部电容17的静电电容c与时间t之间成立。
[数学表达式1]
权利要求
1.一种具有负偏压生成电路的半导体器件，包括 振荡电路，可以在高频振荡与低频振荡之间切换其输出；降频转换器电路，包括第一电容器并且通过所述振荡电路的输出在所述第一电容器中 存储电荷；充电容量切换电路；以及第二电容器，与所述第一电容器并联耦合并且可以由所述充电容量切换电路电断开， 其中所述振荡电路在所述半导体器件的电源接通时进行高频振荡， 其中所述充电容量切换电路从所述第一电容器电断开所述第二电容器，并且 其中所述降频转换器电路在所述第一电容器中存储电荷。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中当所述振荡电路的所述输出从高频振荡改变成低频振荡时，所述充电容量切换电 路将所述第二电容器电耦合到所述第一电容器。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述充电容量切换电路输出定时信号，并且所述振荡电路的所述输出在接收到所 述定时信号时从高频振荡改变成低频振荡。
4.根据权利要求3所述的半导体器件，还包括供应电源电压的功率放大器， 其中所述功率放大器供应的所述电源电压根据所述定时信号来改变。
5.根据权利要求2所述的半导体器件，还包括重置电路，其中所述重置电路输出重置信号，并且所述振荡电路的所述输出在接收到所述重置信 号时从高频振荡改变成低频振荡。
6.根据权利要求5所述的半导体器件，还包括供应电源电压的功率放大器， 其中所述功率放大器供应的所述电源电压根据所述重置信号来改变。
7.根据权利要求2所述的半导体器件，其中在所述第二电容器从所述第一电容器断开之时，所述第二电容器存储来自所述电 源电压的电荷。
8.根据权利要求1至7中的任一权利要求所述的半导体器件， 其中所述振荡电路被配置成包括RC振荡器。
9.根据权利要求1至7中的任一权利要求所述的半导体器件， 其中所述振荡电路被配置成包括环形振荡器。
10.一种无线电通信设备，包括根据权利要求1至9中的任一权利要求所述的半导体器件，其中所述半导体器件使用于天线切换电路中。
全文摘要
本发明公开了一种半导体器件和无线电通信设备。为了提供用于负偏压生成电路中的电容器的快速充电装置。电容器存在于负偏压生成电路中的降频转换器中。为了进行快速充电，减少电容器的电容并且使必需电荷量最少。另一方面，与降频转换器中的电容器分开提供的外部电容直接耦合到电源电压并且被充电。在降频转换器中的电容器被充电之后，外部电容和降频转换器中的电容器并联耦合。由于这一点，使得有可能以增加充电速度和提高抗纹波噪声为目的。
文档编号H04B1/18GK102035264SQ20101024629
公开日2011年4月27日 申请日期2010年8月4日 优先权日2009年9月28日
发明者原泽良明, 饭岛正统 申请人:瑞萨电子株式会社