JP4279766B2

JP4279766B2 - レギュレータ内蔵送受信機を有する半導体装置およびモジュール

Info

Publication number: JP4279766B2
Application number: JP2004303880A
Authority: JP
Inventors: 大造山脇; 良明原澤
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: US20060084399A1; JP2006121145A; US7725124B2

Description

本発明は、携帯端末に使用されるレギュレータ内蔵送受信機に関する。

図7は、GSM(Global system for mobile communications)対応携帯端末の一般的な構成を示すブロック図である（例えば、特許文献１の図５参照）。該携帯端末は、符号化、誤り訂正、変復調等の音声やデータの適切な信号処理を行うベースバンド(以下、BBと記す)102と、BB102からのIQ信号に周波数変換、増幅等の適切な処理を加え電力増幅器(以下、PAと記す)103に信号を出力し、また、SAWフィルタ(以下、SAWと記す)104e出力信号を入力信号とし、周波数変換、増幅等の適切な処理を施しIQ信号をBB102に出力する送受信機RF-IC(以下、RF-ICと記す)と、RF-IC出力信号に適切な利得を加えるPA103と、不要な信号を抑圧するためのSAW104eと、アンテナ111と、アンテナ111とSAW104とPA103とを適切に接続するためのアンテナスイッチ(以下、ASWと記す)105とから構成される。GSMは時分割多重(TDMA)方式であるから、送信時にはアンテナ111とPA103出力が接続され、受信時にはアンテナ111とSAW104入力が接続される。PA103の電源には電圧Vbatが与えられる。Vbatは通常、該携帯端末の電池から直接供給される。113dは電圧安定化用レギュレータ(以下、レギュレータと記す)であり、電圧Vbatを入力電圧とし、RF-IC101に適した電圧を出力する。例えば、5VのVbatを2.8Vに変換して出力する。レギュレータ113d出力電圧は配線502を介し、RF-IC101内回路ブロック500a、 500bに供給する。配線502は、該携帯端末基板上配線とIC内部配線とから成り、IC内部配線長がなるべく短くなるよう、回路ブロック500a、 500bの電源配線は図に示すように別々にRF-IC101から外部に取り出す。

近年、携帯端末には、電話としての基本機能だけでなく、データ通信、カメラ機能、bluetooth機能等の付加機能の装備が求められている。そのため、携帯端末を構成する各部品にはさらなる小型化が求められている。RF-ICにおいては、この小型化要求に答えるため集積度の向上が行われてきた。

特再ＷＯ０１／０５２４２７号公報

図8は、図7に示す一般的な携帯端末の構成に基づき、RF-IC集積度のさらなる向上を実現する構成の一例として、発明者が作成した図である。レギュレータをRF-IC101に集積化し、RF-IC内蔵レギュレータ113eからRF-IC101内配線600を用いてRF-IC101内回路500a、 500bに電源電圧を供給する。

図8において、レギュレータ113eから回路ブロック500bまでは距離が遠く配線抵抗値が大きいため、配線での電圧降下が大きくなる。例えば、回路ブロック500bの消費電流が120mAとし、レギュレータ113e-回路ブロック500b間の配線抵抗が5Ωの場合、120mA x 5 = 0.6 Vの電圧降下が生じる。一方、図7において、レギュレータ113d-回路ブロック500b間の配線はRF-IC101内配線が短く、抵抗の小さい該携帯端末上配線がほとんどを占めるから上記レギュレータ113e-回路ブロック500b間配線抵抗よりも小さく、例えばその配線抵抗は1Ωである。したがって、その電圧降下は、120mA x 1 = 0.12Vとなる。Vbatは通常、電池の出力電圧であるから該携帯端末を使用すると値が低下していく。上記のように図7と図8の場合で配線抵抗での電圧降下に、0.6 - 0.12 = 0.48Vの差があるため、図7においてVbatが 3VまでRF-IC101が正常動作するとした場合、図7の場合には3 + 0.48 = 3.48Vまでしか正常動作できない。そのため、図7の構成では携帯端末の動作時間が短くなるという問題がある。また、RF-IC101内配線抵抗を小さくするために該配線の幅を広くとった場合には、RF-IC101の面積が増大しコストが増大するという問題がある。

本発明の目的は、上記課題を解決し、携帯端末の動作時間が短くなることなく、レギュレータ内蔵RF-ICの小型化を実現することである。

本発明では上記課題を解決するため、RF-IC内蔵レギュレータの出力をRF-IC内配線で回路ブロックに直接接続するのではなく、一旦RF-IC外部に出力し、低抵抗の携帯電話基板上配線、もしくは、モジュール上配線を用いて該回路ブロック近くまで配線することにより、該RF-IC内配線長を短くする。このことにより、該RF-IC内蔵レギュレータ-該回路ブロック間配線抵抗を小さくでき、電圧降下が小さくなるため、より低い電池電圧まで該RF-ICが動作可能となる。

本発明のレギュレータ内蔵送受信機RF-ICによれば、RF-ICの面積を増大させることなく、RF-ICが通常動作可能な電池から供給されるレギュレータ入力電圧の最低値を低減することができ携帯端末の動作時間を従来技術に比べ改善できるという効果がある。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図1は本発明の一実施例形態に係るGSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900に対応した携帯端末の要部構成を示すブロック図である。
この図に示すように、本実施形態の携帯端末は、RF-IC101、BB102、PA103、SAW104a〜104e、ASW105、送信機106a、受信機107、RFPLL108、IFPLL109、アンテナ111、レギュレータ部114、容量C100〜102を有し、レギュレータ部114はレギュレータ113a〜113cを含む。
SAW104a〜104dはそれぞれGSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900用受信SAWであり、不要信号の抑圧を行う。
SAW104eはGSM850、GSM900用送信SAWであり、不要信号の抑圧を行う。
送信機106aは、入力IQ信号から所望の送信周波数をもった出力信号を生成するために、RFPLL108、IFPLL109出力信号を用いて直交変調、周波数変換を行い、また、適当な増幅、フィルタリング等を行う。該出力信号は、GSM850、GSM900時にはSAW104eへ、DCS1800、PCS1900時にはPA103へと出力される。なお、本実施例ではRFPLL108、IFPLL109出力信号を用いられるが、この例に限られるものではなく、送信機106aの構成によってはRFPLL108のみが用いられる場合もある。

受信機107は、入力信号から出力IQ信号を生成するために、RFPLL108出力信号を用いて直交復調、周波数変換を行い、また、適当な増幅、フィルタリング等を行う。該入力信号は、GSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900時にそれぞれSAW104a、SAW104b、SAW104c、SAW104dから入力される。なお、本実施例ではRFPLL108出力信号のみが用いられるが、この例に限られるものではなく、受信機107の構成によってはRFPLL108だけでなくIFPLL109出力信号も用いられる場合もある。
RFPLL108は所定周波数をもった信号を出力する周波数シンセサイザである。
IFPLL109は所定周波数をもった信号を出力する周波数シンセサイザである。
レギュレータ113aはVbatを入力信号として所定の電圧をPA103へと出力する。PA103はレギュレータ113a出力電圧を用いて、例えば、増幅器のためのバイアス電圧を生成する。
レギュレータ113bはVbatを入力信号として所定の電圧を出力し、送信機106a、受信機107の電源電圧として用いられる。
レギュレータ113cはVbatを入力信号として所定の電圧を出力し、RFPLL108、IFPLL109の電源電圧として用いられる。

上記のように、PA103へ電圧を出力するために専用のレギュレータ113aを用いることで、PA103からの不要信号が送信機106a、受信機107、RFPLL108、IFPLL109に混入して特性劣化が起きるのを低減する効果が期待される。また、RFPLL108、IFPLL109へ電圧を出力するために専用のレギュレータ113cを用いることで、PA103や送信機106a、受信機107からの不要信号の混入でRFPLL108、IFPLL109の特性劣化が起きるのを低減するとともに、送信機106a、受信機107、PA103がオフ状態からオン状態になった瞬間に、レギュレータ出力電位が低下することでRFPLL108、IFPLL109出力周波数が変化し、そのために必要な再収束時間を低減する効果が期待される。

レギュレータ113a〜113cの出力は一旦RF-IC101の外部に取り出し、配線抵抗を小さくできる携帯端末基板上配線を用いて各回路ブロック近傍まで配線してからRF-IC101内部に再び戻し各回路ブロックに接続する。これにより、レギュレータ出力から各回路ブロックへの配線に含まれるRF-IC101内配線を短くすることができる。つまり、RF-IC101内配線の幅を広くすることなく配線抵抗を小さくでき、配線による電圧降下を低減することができる。したがって、レギュレータ出力と各回路ブロックとを直接RF-IC101内配線を用いて接続した場合に比べ、配線幅増大によるRF-IC101の面積増大を起こすことなしに、RF-IC101が通常動作するために必要なVbatの最低値を小さくすることができ、結局、携帯端末の動作時間を長くすることができる。
容量C100〜102はそれぞれレギュレータ113a、 113b、 113cの発振を防止し安定な動作を実現するために用いられる。容量C100〜102には、例えば1μFと大きな値が必要で、RF-IC101に内蔵した場合には大きな面積が必要となりRF-IC101の面積が増大しコストが高価なものとなる。そこで、容量C100〜102は図に示すようにRF-IC101の外部に接続し、例えば、チップ部品を用いる。

図2は、図1に示すレギュレータ部114の一実施例形態に係る要部構成を示す構成図である。
この図に示すように、本実施形態のレギュレータ部は、参照電圧発生回路(以下、BGRと記す)、レギュレータ113a〜113cを有し、レギュレータ113aは演算増幅器201、PMOSトランジスタM200、抵抗R200、201とを含む。レギュレータ113b、113cもまた同様の構成である。VbatはBGR200、レギュレータ113a〜113cの電源電圧として用いられる。
BGR200は、演算増幅器201への参照信号電圧を発生するための回路であり、例えば、バンドギャップリファレンス回路が用いられる。レギュレータ113a〜113cで共通のBGR200出力信号を用いることで、回路規模の低減を実現できる。
Vbatが十分高くBGR200、演算増幅器201、PMOSトランジスタM200の特性が劣化しない範囲において、出力電圧Voは以下の式で与えられる。

すなわち、出力電圧VoはVbatによらずVrと抵抗R200、201によって決まることが分かる。
なお、本実施例では、M200としてPMOSトランジスタを用いた例を示したが、これに限られるものではなく、NMOS、NPN、PNPトランジスタが用いられる場合もある。

図3は本発明の一実施例形態に係るGSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900に対応した携帯端末の要部構成を示すブロック図である。図1に示す実施例との違いは、100に含まれるブロックがモジュールとして提供されることである。モジュール上配線は携帯端末上配線と同様にその配線抵抗を小さくすることが可能であるため、図1に示す実施例と同様の効果を得ることができる。

図4は本発明の一実施例形態に係るGSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900に対応した携帯端末の要部構成を示すブロック図である。図3に示す実施例との違いは、レギュレータ部114にレギュレータ113dが追加されたことと、送信機106aに電源電圧を供給するレギュレータがレギュレータ113bのみであったのがレギュレータ113b、 113dの二つに変わったことである。また、送信機106bは変調信号としてGMSK(Gaussian minimum shift keying)変調とEDGE (Enhanced data for global evolution)仕様向けの8PSK変調の両者に対応した送信機であり、変調信号の位相情報の伝達のみに用いられるPM回路ブロック300と、振幅情報の伝達または振幅情報と位相情報の両者の伝達に用いられるAM回路ブロック301を含む。

PM回路ブロック300にはレギュレータ113bが、AM回路ブロック301にはレギュレータ113dが電源電圧を供給する。このようにPM回路ブロック300とAM回路ブロック301の電源電圧供給に異なるレギュレータを用いることで前記位相情報と前記振幅情報の不要な相互干渉が抑圧され、送信機106bの特性劣化の低減が期待される。
なお、本実施例においては、上記のようにPM回路ブロック300とAM回路ブロック301の電源電圧供給に異なるレギュレータを用いることが肝要であり、必ずしも図4の通りである必要はない。例えば、PM回路ブロック300にレギュレータ113d、AM回路ブロック301にレギュレータ113bが電源電圧を供給する場合もある。

図5は、図4に示す送信機106bの一実施例形態の要部構成を示すブロック図である。送信機106bは、直交変調器(以下、MODと記す)400、位相比較器(以下、PDと記す)401、フィルタ402、TXVCO 403、可変利得増幅器(以下、VGAと記す)404a、b、ミキサ405、包絡線比較器(以下、AMDと記す)406、フィルタ407、電圧電流変換器(以下、VICと記す)408、フィルタ409、駆動増幅器(以下、DRVと記す)410を有し、フィルタ402は容量C400、 401と抵抗R400を、フィルタ407は容量C402、403と抵抗R401を、フィルタ409は容量C404を含む。

図4におけるPM回路ブロック300にPD401、TXVCO403が含まれ、AM回路ブロック301にMOD400、VGA404a、404b、AMD406、VIC408、DRV410、MIX405が含まれる。
MOD400は、IFPLL109出力信号を用いて入力されたIQ信号を直交変調する。
PD401は、二つの入力信号の位相差に比例した値をもつ電流を出力する。
フィルタ402は、PD401出力信号に含まれる不要信号を抑圧する。
TXVCO 403は、フィルタ402出力信号電圧によって決まる周波数をもった信号を出力する電圧制御発振器である。
VGA404aは第一の制御電圧によってその利得が決まる可変利得増幅器である。
ミキサ405は、RFPLL108出力信号を用いて入力信号の周波数をダウンコンバートする。
AMD406は、二つの入力信号の包絡線電圧の差に比例した値をもつ電流を出力する。
フィルタ407は、AMD406出力信号に含まれる不要信号を抑圧する。
VIC408は、入力電圧を電流信号に変換する。
フィルタ409は、VIC408出力信号に含まれる不要信号を抑圧する。
DRV410は、入力電圧に所定の利得を与え、その出力電圧がVGA404aの該第一の制御電圧となる。
VGA404bは第二の制御電圧によってその利得が決まる可変利得増幅器である。
PD401、フィルタ402、TXVCO403、VGA404a、MIX405は、MOD400出力信号位相を参照信号とする位相同期ループを構成し、その結果、MOD400出力信号位相がVGA404a出力にて再現される。また、VGA404a出力信号周波数がRFPLL108出力信号周波数とMOD400出力信号周波数の差周波数となる。
AMD406、フィルタ407、VIC408、フィルタ409、DRV410、VGA404a、MIX405は、MOD400出力信号の包絡線を参照信号とする包絡線同期ループを構成し、その結果、MOD400出力信号包絡線がVGA404a出力にて再現される。
上記位相同期ループと包絡線同期ループの作用によって、結局、MOD400出力信号の位相と包絡線がVGA404a出力信号で再現され、その周波数はIFPLL109とRFPLL108の出力周波数によって決まる周波数になる。つまり、本実施例に示す送信機は入力される変調情報を保存しながら周波数変換を行うことができる。

図6は本発明の一実施例形態に係るGSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900に対応した携帯端末の要部構成を示すブロック図である。図3に示す実施例との違いは、PA103にRF-IC101から電源電圧を供給する必要がないことであり、そのために、図3に示すレギュレータ113a、容量C100が不要となっている。PA103はVbatから全ての必要な電圧信号を生成する。
なお、上記の実施例の説明では、GSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900に対応した例を用いて説明を行ったが、これに限られるものでないことは言うまでもなく、例えば、GSM900のみ、GSM900とDCS1800といった組み合わせや、その他のアプリケーション、例えば、W-CDMAといった場合もある。また、SAW104eは使用されない場合もある。

レギュレータ内蔵送受信機を用いた携帯端末の一実施例を示す図である。レギュレータ部の一実施例を示す図である。レギュレータ内蔵送受信機を用いた携帯端末の一実施例を示す図である。レギュレータ内蔵送受信機を用いた携帯端末の一実施例を示す図である。送信機の一実施例を示す図である。レギュレータ内蔵送受信機を用いた携帯端末の一実施例を示す図である。従来例を示す図である。技術課題を示す図である。

符号の説明

100…モジュール、
101…送受信機、
102…ベースバンド、
103…電力増幅器、
104…SAWフィルタ、
105…アンテナスイッチ、
106…送信機、
107…受信機、
108…RFPLL、
109…IFPLL、
111…アンテナ、
113…レギュレータ、
114…レギュレータ部、
200…参照電圧発生回路、
201…演算増幅器、
300…PM回路ブロック、
301…AM回路ブロック、
400…直交変調器、
401…位相比較器、
402,407,409…フィルタ、
403…TXVCO、
404…可変利得増幅器、
405…ミキサ、
406…包絡線比較器、
408…電圧電流変換器、
410…駆動増幅器。

Claims

送信機、受信機、周波数シンセサイザおよびレギュレータが共通に形成されたＩＣと、
前記ＩＣが搭載されたモジュールと、
前記モジュールを含む半導体回路装置を具備してなる携帯端末基板と
を有し、
前記送信機、前記受信機および前記周波数シンセサイザの各々の電源電圧は、前記ＩＣ内部に形成された前記レギュレータから前記ＩＣ外部の前記モジュール上または前記携帯端末基板上の少なくとも一方に設けられた配線を経由して前記ＩＣ内部の前記送信機、前記受信機および前記周波数シンセサイザの各々へ供給される
ことを特徴とする半導体装置。
前記レギュレータの出力端子に接続された容量が、前記モジュール上に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記受信機の入力端子に接続されたフィルタが、前記モジュール上に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記レギュレータの出力端子に接続された容量および前記受信機の入力端子に接続されたフィルタが、前記モジュール上に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記レギュレータは、前記ＩＣ上に形成された配線を介して前記モジュール上または前記携帯端末基板上の少なくとも一方に設けられた配線に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記モジュール上または前記携帯端末基板上の少なくとも一方に設けられた配線のパターン幅は、前記ＩＣ上に形成された配線のパターン幅より大きい
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記レギュレータは、第１および第２のレギュレータから構成され、
前記第１のレギュレータは、前記送信機と前記受信機に電源電圧を供給し、
前記第２のレギュレータは、前記周波数シンセサイザに電源電圧を供給する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記レギュレータは、第３、第４、および第５のレギュレータから構成され、
前記第３のレギュレータは、前記送信機と前記受信機に電源電圧を供給し、
前記第４のレギュレータは、前記周波数シンセサイザに電源電圧を供給し、
前記第５のレギュレータは、前記送信機の出力信号に所定の利得を与える電力増幅器に電源電圧を供給する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記レギュレータは、第６、第７、第８および第９のレギュレータから構成され、
前記送信機は、ＡＭ回路ブロックおよびＰＭ回路ブロックを含む回路からなる場合に、
前記第６および第７のレギュレータの一方は、前記ＡＭ回路ブロックと前記受信機に電源電圧を供給し、
前記第６および第７のレギュレータの他方は、前記ＰＭ回路ブロックに電源電圧を供給し、
前記第８のレギュレータは、前記周波数シンセサイザに電源電圧を供給し、
前記第９のレギュレータは、前記送信機の出力信号に所定の利得を与える電力増幅器に電源電圧を供給する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記送信機は、参照信号位相に同期する位相同期ループと参照信号包絡線に同期する包絡線同期ループとを有し、前記参照信号に同期した位相情報と包絡線情報の合成により出力信号を形成する送信機であって、
前記レギュレータは、少なくとも前記参照信号位相の伝達に用いられる回路に電源電圧を供給するレギュレータと、
前記参照信号包絡線の伝達、もしくは前記参照信号包絡線と前記参照信号位相の両者の伝達に用いられる回路に電源電圧を供給するレギュレータとから構成される
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記第１および第２のレギュレータは、共通の参照入力電圧を用いる
ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
前記第３乃至第５のレギュレータは、共通の参照入力電圧を用いる
ことを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
前記第６乃至第９のレギュレータは、共通の参照入力電圧を用いる
ことを特徴とする請求項９記載の半導体装置。
送信機、受信機、周波数シンセサイザおよびレギュレータが共通に形成されたＩＣを搭載したモジュールであって、
前記ＩＣは、前記送信機、前記受信機および前記周波数シンセサイザの各々の電源端子と、前記レギュレータの出力端子とを備え、
一端が前記各々の電源端子に接続され、かつ、他端が前記レギュレータの出力端子に接続された配線が、前記ＩＣ外部の前記モジュール上に設けられている
ことを特徴とするモジュール。
前記受信機の入力端子に接続されるフィルタが搭載されている
ことを特徴とする請求項１４記載のモジュール。
前記受信機の入力端子に接続されたフィルタと、前記レギュレータに接続された容量とが前記モジュール上に設けられている
ことを特徴とする請求項１４記載のモジュール。