JP5779511B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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Description
(2)I信号用AD変換器及びQ信号用AD変換器のフォアグラウンド補正
しかしながら、I信号用AD変換器及びQ信号用AD変換器を有する半導体集積回路装置の小面積化及び低消費電力化には依然として問題があることが分かる。
以下、本実施の形態の半導体集積回路装置及びこの半導体集積回路装置を含む通信システムの構成と、半導体集積回路装置及びこの半導体集積回路装置を含む通信システムの動作とについて詳細に説明する。図5は半導体集積回路装置を含む通信システムの構成図である。図6は半導体集積回路装置を含む通信システムの動作図である。図7は半導体集積回路装置内のI及びQ信号用デジタル補正部の構成図である。図8は半導体集積回路装置内のIQ間補正部の構成図である。
まず図5を参照しながら、本実施の形態の半導体集積回路装置及びこの半導体集積回路装置を含む通信システムの構成について説明する。
本実施の形態の通信システムは、アンテナANTと無線通信用の半導体集積回路装置RFICとベースバンド処理部BBUとを有する。アンテナANTは外部からの通信信号としての高周波信号HFSを受ける。無線通信用の半導体集積回路装置RFICは、同図の2点鎖線に囲われている部分であり、高周波信号HFSをダウンコンバートしてベースバンド信号に復調する。ベースバンド処理部BBUはベースバンド信号を受けてデジタル処理を行って通信信号の解析やデータ処理を行う。尚、半導体集積回路装置RFICは、GSM(Gobal System Mobile Communication)、WCDMA(Wide Band CDMA)、及びLTE(Long Term Evolution)に対応したものである。
半導体集積回路装置RFICは、アナログ回路R−ACとAD変換器I−ADCとAD変換器Q−ADCとデジタル処理部DOUとアナログ回路T−ACとを有する。アナログ回路R−ACは、同図の鎖線に囲われている部分である。アナログ回路R−ACは、アンテナANTを介して高周波信号HFSを受け、アナログI信号R−IAとアナログI信号R−IAと位相が90度ずれているようなアナログQ信号R−QAとを生成する。アナログI信号R−IAとアナログQ信号R−QAとは直交しているともいうが、現実にはプロセスばらつき等のばらつきにて厳密に90度ずれているわけではない。AD変換器I−ADCは、同図の鎖線に囲われている部分であり、アナログI信号R−IAを受けて、AD変換処理を行うことによりデジタルI信号R−IDを生成する。AD変換器Q−ADCは、同図の1点鎖線に囲われている部分であり、アナログQ信号R−QAを受けて、AD変換処理を行うことによりデジタルQ信号R−QDを生成する。デジタル処理部DOUは、デジタルI信号R−ID及びデジタルQ信号R−QDを受け、デジタル処理を行い、ベースバンド信号を生成してベースバンド処理部BBUに出力する。アナログ回路T−ACは、同図の鎖線に囲われている部分である。アナログ回路T−ACは、ベースバンド処理部BBUからのベースバンド信号に基づいたデジタルI信号T−ID及びデジタルQ信号T−QDをデジタル処理部DOUから受け、変調処理を行って出力用高周波信号を生成する。
アナログ回路R−ACは送受信切替スイッチTR−SWとローノイズアンプLNAとミキサRI−MIXとフィルタI−FILとフィルタQ−FILとを有する。また、アナログ回路R−ACはI可変増幅器I−PGAと可変増幅器Q−PGAとクロックパルス生成器CPGとループスイッチL−SWとを有する。送受信切替スイッチTR−SWはアンテナANTを介した高周波信号HFSの必要な信号成分がアナログ回路R−AC内部に入力するものである。また、送受信切替スイッチTR−SWはアナログ回路T−ACからの不要な信号成分がアナログ回路R−ACに入力されないようにカットするものである。ローノイズアンプLNAは送受信切替スイッチTR−SWからの高周波信号HFSをベースバンド処理部BBUにより指定された倍率にて低ノイズにて増幅する。ミキサRI−MIXはローノイズアンプLNAからの高周波信号HFSに対して高周波信号であり所定の周波数を持つ第一ミキサ信号をミキシングすることで低周波に周波数変換するようなダウンコンバートを行って、アナログI信号R−IAを生成する。ミキサRQ−MIXはローノイズアンプLNAからの高周波信号HFSに対して高周波信号であり所定の周波数を持ち第一ミキサ信号と位相が90度異なる第二ミキサ信号をミキシングすることで低周波に周波数変換するようなダウンコンバートを行って、アナログQ信号R−QAを生成する。フィルタI−FILは受信用IミキサRI−MIXからのアナログI信号R−IAを受け、ベースバンド処理部BBUにより指定された帯域の周波数を通すことによりアナログI信号R−IAを出力する。フィルタQ−FILはミキサRQ−MIXからのアナログQ信号R−QAを受け、ベースバンド処理部BBUにより指定された帯域の周波数を通すことによりアナログQ信号R−QAを出力する。可変増幅器I−PGAはフィルタI−FILからのアナログI信号I−QAを受け、ベースバンド処理部BBUにより指定された倍率にて増幅したアナログI信号R−IAを出力する。可変増幅器Q−PGAはフィルタQ−FILからのアナログQ信号R−QAを受け、ベースバンド処理部BBUにより指定された倍率にて増幅したアナログQ信号R−QAを出力する。クロックパルス生成器CPGは、第一ミキサ信号及び第二ミキサ信号を生成するための位相同期ループPLLと、位相同期ループPLLからの出力に従って所定のクロックに位相が合った高周波信号である第一及び第二ミキサ信号を生成する電圧制御発振器VCOとを有する。
(い)構成
AD変換器I−ADCは、テスト入力端子TITと、切替回路I−SCと、AD変換部I−ADCUと、デジタル補正部DCUI&Qとを有する。
切替回路I−SCのスイッチSWI1がON、スイッチSWI2がOFFであり、切替回路Q−SCのスイッチSWQ1がON、スイッチSWQ2がOFFのとき、以下のように動作する。尚、本実施の形態においては、このときの動作をAD変換テスト動作と称する。本明細書全体では、テスト信号ADC−TSを用いてAD変換用補正係数を生成する動作をAD変換テスト動作とする。
切替回路I−SCのスイッチSWI1がOFF、スイッチSWI2がONであり、切替回路Q−SCのスイッチSWQ1がOFF、スイッチSWQ2がONのとき、以下のように動作する。尚、本実施の形態においてはこのときの動作をAD変換本番動作と称する。本明細書全体では、AD変換テスト動作時に求められたAD変換用補正係数を用いて受信アナログ回路からの受信アナログ信号に対してAD変換処理を行う動作をAD変換本番動作とする。
デジタル処理部DOUはIQ間補正部I/QCUとキャリブレーション信号生成回路I/QCU−CSGと頻度設定レジスタADC−FSRESとを有する。さらに、デジタル処理部DOUは期間設定レジスタADC−PSRESと頻度設定レジスタI/QC−FSRESと期間設定レジスタI/QC−PSRESとモード設定レジスタMRESとを有する。IQ間補正部I/QCUはアナログ回路R−ACにおけるミキサRI−MIXから可変増幅器I−PGAまでのパスに起因する利得や位相、直流オフセットのミスマッチを検出し、補正する。また、IQ間補正部I/QCUはミキサRQ−MIXから可変増幅器Q−PGAまでのパスに起因する利得や位相、直流オフセットのミスマッチを検出し、補正する。キャリブレーション信号生成回路I/QCU−CSGはIQ間補正部I/QCUのための補正係数を算出するためのテスト信号I/QC−TSを生成する。
アナログ回路T−ACはDA変換器I−DACとDA変換器Q−DACとローパスフィルタI−LPFとローパスフィルタQ−LPFとを有する。さらに、アナログ回路T−ACはミキサTI−MIXとミキサTQ−MIXと出力足し合わせ部T−OAUとパワーアンプPAとを有する。DA変換器I−DACはベースバンド処理部BBUからのベースバンド信号に基づいており、デジタル処理部DOUから出力されたデジタルI信号T−IDを受け、DA変換処理してアナログI信号T−IAを生成する。DA変換器Q−DACはベースバンド処理部BBUからのベースバンド信号に基づいており、デジタル処理部DOUから出力されたデジタルQ信号T−QDを受け、DA変換処理してアナログQ信号T−QAを生成する。ローパスフィルタI−LPFはDA変換器I−DACからのアナログI信号T−IAを受け、ベースバンド処理部BBUにより指定された周波数よりも低周波領域の信号を通して出力する。ローパスフィルタQ−LPFはDA変換器Q−DACからのアナログQ信号T−QAを受け、ベースバンド処理部BBUにより指定された周波数よりも低周波領域の信号を通して出力する。ミキサTI−MIXはローパスフィルタI−LPFからのアナログI信号T−IAに対して高周波信号であり所定の周波数を持つ第三ミキサ信号をミキシングすることで高周波に周波数変換するようなアップコンバートを行って出力する。ミキサTQ−MIXはローパスフィルタI−LPFからのアナログI信号T−IAに対して高周波信号であり所定の周波数を持ち第三ミキサ信号と位相が90度異なる第四ミキサ信号をミキシングすることで高周波に周波数変換するようなアップコンバートを行って出力する。出力足し合わせ部T−OAUはミキサTI−MIX及びミキサTQ−MIXからの出力を足し合わせて通信用の送信用高周波信号を生成する。パワーアンプPAは出力足し合わせ部T−OAUからの出力を増幅する。
補正係数I−I/QCUCC及び補正係数Q−I/QCUCCを算出するとき、以下のように動作する。尚、本実施の形態においては、このときの動作をIQ間補正テスト動作と称する。本明細書全体では、キャリブレーション信号生成回路I/QCU−CSGからの出力に基づいて、IQ間補正用補正係数を算出する動作をIQ間補正テスト動作とする。
IQ間補正テスト動作にて求められた補正係数I−I/QCUCC及び補正係数Q−I/QCUCCを用いて、上述したような利得や位相、直流オフセットのミスマッチを検出し、補正するとき、以下のように動作する。尚、本実施の形態においては、このときの動作をIQ間補正本番動作と称する。本明細書全体では、IQ間補正用テスト動作にて求められたIQ間補正用補正係数を用いて、AD変換器からの受信デジタル信号に対しデジタル補正処理を行って補正デジタル信号を生成する動作をIQ間補正本番動作とする。
図6を参照しながら、半導体集積回路装置を含む通信システムの動作について説明する。
動作シーケンスとして、通信システムの起動後に発生する初期シーケンス期間ISPと、初期シーケンス期間後に発生する無信号期間NSPと、無信号期間の後に発生する受信信号処理期間RSPとを有する。2回目の無信号期間NSP2と受信号処理期間RSP2とのセットである繰り返し期間は一定周期にて繰り替えされる。
デジタル処理部DOUのモード設定レジスタMRESにベースバンド処理部BBUにより値が設定されることにより動作モードが決定される。動作モードは送受信系それぞれにおいて、I信号用のパスとQ信号用のパスは同一に設定される。
デジタル処理部DOUは頻度設定レジスタADC−FSRESと期間設定レジスタADC−PSRESと頻度設定レジスタI/QC−FSRESと期間設定レジスタI/QC−PSRESとを有する。
図7を用いて、半導体集積回路装置内のI及びQ信号用デジタル補正部の説明を行う。
デジタル補正部DCUI&Qは図7の鎖線にて囲われている部分である。デジタル補正部DCUI&Qは補正係数設定レジスタI−ADCCCSRESとデジタル補正部I−DCUとを有する。また、デジタル補正部DCUI&Qは補正係数設定レジスタQ−ADCCCSRESとデジタル補正部Q−DCUとを有する。さらに、デジタル補正部DCUI&Qは誤差演算部ECUとディザー差分部DDUと補正係数探索部ADC−CSUとを有する。デジタル補正部I−DCUは、AD変換部I−ADCUからの出力であるAD変換部出力I−ADCUOを受ける。また、デジタル補正部I−DCUは補正係数設定レジスタI−ADCCCSRESに格納された補正係数I−ADCCCに従ってデジタル補正処理を行うことでデジタルI信号R−IDを出力する。デジタル補正部Q−DCUはAD変換部Q−ADCUからの出力であるAD変換部出力Q−ADCUOを受ける。また、デジタル補正部Q−DCUは補正係数設定レジスタQ−ADCCCSRESに格納された補正係数Q−ADCCCに従ってデジタル補正処理を行うことでデジタルQ信号R−QDを出力する。誤差演算部ECUはデジタル補正部I−DCUとデジタル補正部Q−DCUとの間の出力の差分を取る。ディザー差分部DDUは誤差演算部ECUからの出力から2αを減算することで変換誤差eを出力する。補正係数探索部ADC−CSUはディザー差分部DDUからの変換誤差eを受ける。そして、補正係数探索部ADC−CSUは変換誤差eに従ってLMSアルゴリズム等の所定のアルゴリズムにて補正係数I−ADCCC及び補正係数Q−ADCCCを算出する。
AD変換部I−ADCUからのAD変換部出力I−ADCUOをDiとする。そして、補正係数I−ADCCCをWiとする。そのとき、以下の式(1)のような値がデジタルI信号R−IDとしてデジタル補正部I−DCUから出力される。ここで、iは0〜N−1であり、iはi番目のAD変換部出力I−ADCUOやAD変換部出力Q−ADCUO等のデジタル出力信号のビットを表す。Nは2以上の自然数で、ビット数を表す。
AD変換テスト動作時、以下の動作が実行される。テスト信号ADC−TSが共通にテスト入力端子TITからAD変換部I−ADCU及びAD変換部Q−ADCUに入力される。デジタル補正部I−DCUがAD変換部I−ADCUからのデジタル出力Diを受ける。そして、デジタル補正部I−DCUは補正係数設定レジスタI−ADCCCSRESに格納された補正係数I−ADCCCに従ってデジタル補正処理を行うことでデジタルI信号R−IDを誤差演算部ECUに出力する。デジタル補正部Q−DCUがAD変換部Q−ADCUからのデジタル出力Diを受ける。そして、デジタル補正部Q−DCUは補正係数設定レジスタQ−ADCCCSRESに格納された補正係数Q−ADCCCに従ってデジタル補正処理を行うことでデジタルQ信号R−QDを誤差演算部ECUに出力する。誤差演算部ECUはデジタルI信号I−QDからデジタルQ信号R−QDを減算し、その結果をディザー差分部DDUに出力する。ディザー差分部DDUは誤差演算部ECUからの出力から2αを減算し、その結果の変換誤差eを補正係数探索部ADC−CSUに出力する。ここで、2α=第一ディザー信号Dither1−第二ディザー信号Dither2である。補正係数探索部ADC−CSUは変換誤差e及び補正係数I−ADCCCに従ってLMSアルゴリズム等の所定のアルゴリズムにて補正係数I−ADCCCを算出する。ここで、補正係数I−ADCCCは補正係数設定レジスタI−ADCCCSRESにあらかじめ格納されていたものである(同図でWiと記載されている。)。補正係数探索部ADC−CSUは変換誤差e及び補正係数Q−ADCCCに従ってLMSアルゴリズム等の所定のアルゴリズムにて補正係数Q−ADCCCを算出する。ここで、補正係数Q−ADCCCは補正係数設定レジスタQ−ADCCCSRESにあらかじめ格納されていたものである(同図でUiと記載されている。)。新たに算出された補正係数I−ADCCC(同図でWi(NEW)と記載されている。)は補正係数設定レジスタI−ADCCCSRESに新たに格納される。また、新たに算出された補正係数Q−ADCCC(同図でUi(NEW)と記載されている。)は補正係数設定レジスタQ−ADCCCSRESに新たに格納される。更に次のテスト信号ADC−TSがテスト入力端子TITから共通にAD変換器I−ADC及びAD変換器Q−ADC入力される。これによって、補正係数設定レジスタI−ADCCCSRESの値及び補正係数設定レジスタQ−ADCCCSRESの値が更新される。このような更新動作がAD変換テスト動作時には繰り返えされる。
AD変換本番動作時、以下の動作が実行される。アナログ回路R−ACからのアナログI信号R−IAがAD変換器I−ADCに入力され、アナログQ信号R−QAがAD変換器Q−ADCに入力される。AD変換部I−ADCUからAD変換部出力I−ADCUO(デジタル出力Di)が出力され、AD変換部Q−ADCUからAD変換部出力Q−ADCUO(デジタル出力Di)が出力される。デジタル補正部I−DCUがAD変換部I−ADCUからのデジタル出力Diを受ける。そして、デジタル補正部I−DCUは補正係数I−ADCCCに従って、デジタル補正処理を行うことでデジタルI信号R−IDをIQ間補正部I/QCUに出力する。補正係数I−ADCCCはAD変換テスト動作時に求められて補正係数設定レジスタI−ADCCCSRESに格納されたものである。デジタル補正部Q−DCUがAD変換部Q−ADCUからのデジタル出力Diを受ける。そして、デジタル補正部Q−DCUは補正係数Q−ADCCCに従って、デジタル補正処理を行うことでデジタルQ信号R−QDをIQ間補正部I/QCUに出力する。補正係数Q−ADCCCはAD変換テスト動作時に求められて補正係数設定レジスタQ−ADCCCSRESに格納されたものである。
図8を用いて、半導体集積回路装置内のIQ間補正部の説明を行う。
IQ間補正部I/QCUは図8の1点鎖線にて囲われている部分である。IQ間補正部I/QCUは補正係数設定レジスタI−I/QCUCCSRESとデジタル補正部I−I/QDCUと補正係数設定レジスタQ−I/QCUCCSRESとデジタル補正部Q−I/QDCUと補正係数探索部I/QCU−CSUとを有する。デジタル補正部I−I/QDCUは補正係数I−I/QCUCCに従って、デジタルI信号R−ID及びデジタルQ信号R−QDに対してデジタル補正処理を行い、補正デジタルI信号CIDを出力する。補正係数I−I/QCUCCは補正係数設定レジスタI−I/QCUCCSRESに格納されたものである。デジタルI信号R−IDはAD変換器I−ADCからの信号である。デジタルQ信号R−QDはAD変換器Q−ADCからの信号である。デジタル補正部Q−I/QDCUは補正係数Q−I/QCUCCに従って、デジタルI信号R−ID及びデジタルQ信号R−QDに対してデジタル補正処理を行い、補正デジタルQ信号CQDを出力する。補正係数Q−I/QCUCCは補正係数設定レジスタQ−I/QCUCCSRESに格納されたものである。デジタルI信号R−IDはAD変換器I−ADCからの信号である。デジタルQ信号R−QDはAD変換器Q−ADCからの信号である。補正係数探索部I/QCU−CSUは補正デジタルI信号CIDと補正デジタルQ信号CQDとに従って、LMSアルゴリズム等の所定のアルゴリズムにより補正係数I−I/QCUCC及び補正係数Q−I/QCUCCを探索する。補正デジタルI信号CIDはデジタル補正部I−I/QDCUからの信号である。補正デジタルQ信号CQDはデジタル補正部Q−I/QDCUからの信号である。
デジタル補正部I−I/QDCUは補正係数I−I/QCUCCに従って、デジタルI信号R−ID及びデジタルQ信号R−QDに対してデジタル補正処理を行い、補正デジタルI信号CIDを出力する。
IQ間補正テスト動作時、以下の動作が実行される。また、IQ間補正テスト動作時、AD変換本番動作が実行される。
IQ間補正本番動作時、以下の動作が実行される。また、IQ間補正本番動作時、AD変換本番動作が実行される。
本実施の形態の一態様によれば、以下の作用効果が得られる。
図9は本実施の形態のAD変換部I−ADCU及びAD変換部Q−ADCUの一実施例である、電荷シェア型AD変換部を示すものである。
AD変換部CS−ADCUはスイッチNP−SWと容量NP−SHCとスイッチNP−CSSWとを有する。さらに、AD変換部CS−ADCUはスイッチRP−SWと容量RP−SHCとスイッチRP−CSSWとを有する。さらに、AD変換部CS−ADCUは比較器CS−CMPと制御部CS−CTRLとビットセルBCellとを有する。AD変換部CS−ADCUは可変増幅器I−PGA及び可変増幅器Q−PGAの出力のうちのどちらか一方を受ける。AD変換部CS−ADCUはアナログ信号NP−RAと、アナログ信号NP−RAと反転関係にあるアナログ信号RP−RAと、により構成される受信アナログ差動信号を受ける。ここでアナログ信号NP−RAは、可変増幅器I−PGAの出力の非反転信号及び可変増幅器Q−PGAの出力の非反転信号のうちのどちらか一方である。アナログ信号RP−RAは、可変増幅器I−PGAの出力の反転信号及び可変増幅器Q−PGAの出力の反転信号のうちのどちらか一方である。
(い)0≦k≦N−1、kは0又は自然数、Nは2以上の自然数
(ろ)k+1番目のビットセルのビットセル容量Ck+1の容量値は、k番目のビットセルのビットセル容量Ckの容量値の2倍
尚、デジタル出力Diの最大ビットに対応するN−1番目のビットセルBCellが最大ビット用セルMSBCellであり、最小ビットに対応する0番目のビットセルBCellが最小ビット用セルLSBCellである。ビットセルBCellにはグランド電圧GNDと電源電圧VDDとが供給されている。
(a)AD変換テスト動作
AD変換テスト動作実行時の動作を以下に説明する。
AD変換本番動作時の動作はAD変換テスト動作時と基本的に同じであるが、ディザー信号用ビットセルDBCellを用いないため、スイッチCA−SW2及びスイッチDC−SW3をONのままにて動作させる。
逐次比較型のADCUであるので、50MS/s以下で数mW以下の低消費電力が可能である。後述の電荷再配分型ADCU(実施例2)と異なり、基準電圧へのアクセス頻度が少ないので、基準電圧の生成を容易化できる利点がある。
図10は本実施の形態のAD変換部I−ADCU及びAD変換部Q−ADCUの一実施例である、電荷再配分型AD変換部を示すものである。
AD変換部CRD−ADCUはスイッチCS−SWとN+2個のビットセルBCell2と比較器CRD−CMPと制御部CRD−CTRLとを有する。可変増幅器I−PGA及び可変増幅器Q−PGAの出力のうちのどちらか一方を受ける構成となっており、アナログ信号RAを受ける構成となっている。ここでアナログ信号RAとは、アナログI信号R−IA及びアナログQ信号R−QAのうちのいずれか一方を表すものである。スイッチCS−SWは各ビットセルBCellのビットセル容量Ciに、電荷保持ノードCH−Nを介してグランド電圧GNDを供給するか否かを選択する。比較器CRD−CMPは各ビットセルBCellに接続された電荷保持ノードCH−Nの電圧とグランド電圧GND電圧とを比較する制御部CRD−CTRLは比較器CRD−CMPの比較結果に基づいて、デジタル出力Diを決定する。そして、デジタル補正部DCUI&Qに出力し、各ビットセルBCellを制御する。
(い)0≦k≦N−1、kは0又は自然数、Nは2以上の自然数
(ろ)k+1番目のビットセルのビットセル容量Ck+1の容量値は、k番目のビットセルのビットセル容量Ckの容量値の2倍
尚、デジタル出力Diの最大ビットに対応するビットセルが最大ビット用セルMSBCell2であり、最小ビットに対応するビットセルが2つありそれぞれ第一最小ビット用セルLSB1Cell及び第二最小ビット用セルLSB2Cellである。
(a)AD変換テスト動作
AD変換テスト動作実行時の動作を以下に説明する。
AD変換本番動作時の動作を以下に説明する。基本的にAD変換テスト動作時と変わらないが、第一〜第三タイミングにおいて、ディザー信号用ビットセルDBCell2は第三スイッチCRD−SW3がONになったままで動作される。このことでディザー信号成分を含まない形にてデジタル出力Diが生成される。AD変換テスト動作時にはディザー信号用ビットセルDBCell2を用いるが、AD変換本番動作時にはディザー信号用ビットセルDBCell2を用いない。
逐次比較型のADCUであるので、50MS/s以下で数mW以下の低消費電力が可能である。
図11は本実施の形態のAD変換部I−ADCU及びAD変換部Q−ADCUの一実施例である、パイプライン型AD変換部を示すものである。
パイプライン型AD変換部PL−ADCUは以下のような構成となっている。可変増幅器I−PGA及び可変増幅器Q−PGAの出力のうちのどちらか一方を受ける構成となっており、アナログ信号RAを受ける構成となっている。各ステージStageを有し、デジタル出力Diの最大ビットDN−1に対応するものをステージStageN−1とし、各ビットごとに同じように名前及び符号をつけ、最小ビットD0に対応するものをステージStage0とする。各ステージStageiは以下の関係を満たす。
(い)0≦k≦N−1、kは0又は自然数、Nは2以上の自然数
(ろ)k+1番目のステージはk番目のステージにステージ出力SOを出力
(は)k番目のステージはk番目のビットに対応するデジタル出力Dkを出力
ステージStageN−1はAD変換部PA−ADCUとディザー信号足し合わせ部DAUとDA変換部PL−DACUとを有する。さらに、ステージStageN−1はデジタル出力差分部DODUとステージ出力増幅部SOAUとを持つ。AD変換部PA−ADCUはアナログ信号RAを受けて、3値(2値でもOK)のデジタル値にAD変換処理を行う。ディザー信号足し合わせ部DAUはAD変換部PA−ADCUの出力(この出力を出力bN−1とする)とディザー信号(α)とを足し合わせる。DA変換部PL−DACUはディザー信号足し合わせ部DAUからの出力をDA変換処理する。デジタル出力差分部DODUはアナログ信号RAからDA変換部PL−DACUからの出力を差し引く。ステージ出力増幅部SOAUはデジタル出力差分部DODUからの出力を増幅して、次段のステージStageN−2にステージ出力SOを出力する。又、ディザー信号足し合わせ部DAUの出力がデジタル出力DN−1となる。
(a)AD変換テスト動作
AD変換テスト動作時において、ステージStageN−1に受信アナログ信号RAが入力され、ディザー信号が入力されることでステージ出力SOを次段のステージStageN−2に出力し、同様に繰り返すことでステージStage0に至る。その結果デジタル出力Diが生成されデジタル補正部DCUI&Qに出力される。
AD変換本番動作時においては、基本的にAD変換テスト動作時と同じ動作を行うが、ステージStageN−1にディザー信号が足し合わせられない。
パイプライン型ADCUは50MS/s〜数100MS/sの動作が可能である。パイプライン型ADCUの場合、オペアンプの利得、非線形性、容量ミスマッチなど補正係数の種類が多いため、より複雑なパターンのディザー信号の印加が効果的である。また、テスト信号の振幅を大きくすることで、補正係数の探索を加速できる。
図12は本実施の形態の半導体集積回路装置RFICの一変形例である。
デジタル補正部DCUI&Qにて用いられる補正係数I−ADCCCを平均化するための、補正係数平均化部I−ADCCCAUを有する。デジタル補正部DCUI&Qにて用いられる補正係数Q−ADCCCを平均化するための、補正係数平均化部Q−ADCCCAUを有する。
AD変換テスト動作において、補正係数I−ADCCC及び補正係数Q−ADCCCが随時更新される。この際、I信号系とQ信号系において、デジタル補正部I−DCU、Q−DCUが補正係数設定レジスタI−ADCCCSRES、Q−ADCCCSRESに格納された補正係数I−ADCCC、Q−ADCCCを用いてデジタル補正処理を行う。そして、デジタル補正処理の結果により求められた変換誤差eに基づいて補正係数探索部ADC−CSUが補正係数I−ADCCC、Q−ADCCCを探索する。そして、探索結果に基づいて補正係数設定レジスタI−ADCCCSRES、Q−ADCCCSRES内の補正係数I−ADCCC、Q−ADCCCが更新されるという探索ループが動作する。この探索ループの動作と平行して、補正係数平均化部I−ADCCCAU及び補正係数平均化部Q−ADCCCAUが動作する。このとき、補正係数平均化部ADCCCAVEUは動作を止めており、補正係数設定レジスタに対して出力を行わない。探索ループの動作が止まったときに、補正係数平均化部ADCCCAVEUが除算処理を行ってAD変換器用補正係数の平均化を行い、その結果の出力を補正係数設定レジスタI−ADCCCSRES、Q−ADCCCSRESに対して行う。
LMSアルゴリズム等のアルゴリズムを用いた場合、補正係数I−ADCCC、Q−ADCCCを早く収束させるために、補正係数I−ADCCC、Q−ADCCC算出ための上述したような探索ループの制御利得である制御ループ利得を大きくする。そうすると、収束後であっても制御ループ利得は大きく振動してしまう。熱雑音や量子化雑音の影響でも収束後の制御ループ利得は振動してしまう。この振動の影響を補正係数I−ADCCC、Q−ADCCCの平均化により低減できる。尚、探索ループ内には補正係数I−ADCCC、Q−ADCCCの平均化処理のための回路は配置していない。ここで、平均化処理のための回路は補正係数平均化部I−ADCCCAU及び補正係数平均化部Q−ADCCCAUである。これは探索ループの動作が遅くなるからである。よってこの探索ループ外に補正係数I−ADCCC、Q−ADCCCの平均化処理のための回路を配置している。動作として、探索ループが動作しているときには補正係数平均化部ADCCCAVEUは動作を止めており、補正係数設定レジスタI−ADCCCSRES、Q−ADCCCSRESに対して出力を行わず、探索ループの動作が止まったときに、補正係数平均化部ADCCCAVEUが除算処理を行って補正係数I−ADCCC、Q−ADCCCの平均化を行い、その結果を補正係数設定レジスタI−ADCCCSRES、Q−ADCCCSRESに対して行う。このことで、探索ループの動作の応答を早くしつつ、補正係数I−ADCCC、Q−ADCCCの平均化処理を行うことができる。
図13は本実施の形態の半導体集積回路装置RFICにて用いられるテスト信号ADC−TSを生成するためのテスト信号生成回路ADC−TSGCの一実施例である。
図14は本実施の形態の半導体集積回路装置RFICにて用いられるテスト信号ADC−TSを生成するためのテスト信号生成回路ADC−TSGC2の一実施例である。
同図に示す点線で囲まれているものがテスト信号生成回路ADC−TSGC2である。テスト信号生成回路ADC−TSGC2は、チャージポンプCPとアナログ積分器AIとを有する。チャージポンプCPは同図に示す(1)のようなクロック信号CLKを受け、電流を出力する。アナログ積分器AIはチャージポンプCPの出力を受け、同図に示す(4)のようなテスト信号ADC−TSを出力する。テスト信号生成回路ADC−TSGC2は半導体集積回路装置RFIC内に設けられる。
テスト信号生成回路ADC−TSGC2は以下のように動作する。テスト信号生成回路ADC−TSGC2がクロック信号CLKを受けると、チャージポンプCPが動作し、同図に示す(1)及び(2)のような経路にて帰還容量OPA−FCに電流が流れる。同図に示す(2)のような経路で電流が流れるとき、テスト信号ADC−TSは減少するように変化する。同図に示す(3)のような経路で電流が流れるとき、テスト信号ADC−TSは増加するように変化する。その結果、同図に示す(4)のような三角波の形状のテスト信号ADC−TSがアナログ積分器AIの出力として、テスト信号生成回路ADC−TSGC2がテスト信号ADC−TSを出力する。帰還抵抗OPA−FRはテスト信号ADC−TSが電源電圧VDD/2を中心とする振幅にて動作する波形とするための直流フィード用高抵抗である。クロック信号CLKの周波数が、テスト信号ADC−TSとしての三角波の周波数となる。
図15は本実施の形態の半導体集積回路装置RFICにて用いられるテスト信号ADC−TSを生成するためのテスト信号生成回路ADC−TSGC3の一実施例である。
同図に示す点線で囲まれているものがテスト信号生成回路ADC−TSGC3である。テスト信号生成回路ADC−TSGC3は、実施例5と同様に、チャージポンプCPとアナログ積分器AIとを有する。さらに、テスト信号生成回路ADC−TSGC3はAD変換器I−ADC及びAD変換器Q−ADCとAD変換器出力平均化部(平均化回路)IQADC−OAUとチャージポンプ制御回路CPCCとを有する。(1)のようなクロック信号CLKを受け、電流を出力するチャージポンプCP。チャージポンプCPの出力を受け、(4)のようなテスト信号ADC−TSを出力するアナログ積分器AI。チャージポンプの出力を受けるAD変換器I−ADC及びAD変換器Q−ADC。AD変換器出力平均化部IQADC−OAUはAD変換器I−ADC及びAD変換器Q−ADCからの2つの出力を受けこの2つの出力を平均化して出力する。チャージポンプ制御回路CPCCはAD変換器出力平均化部IQADC−OAUからの出力を受け、チャージポンプCPに入力されるクロック信号CLKを生成する。ここでテスト信号生成回路ADC−TSGC3はこれら構成要素によるループ回路として構成されている。テスト信号生成回路ADC−TSGC3は半導体集積回路装置RFIC内に設けられる。
AD変換テスト動作時におけるテスト信号生成回路ADC−TSGCの動作について説明する。実施例6にて説明したように、同図に示す(2)及び(3)の経路で電流が流れることにより、同図に示す(4)のようなテスト信号ADC−TSがAD変換器I−ADC及びAD変換器Q−ADCに入力される。第一ディザー信号Dither1がAD変換器I−ADCに入力され、第二ディザー信号Dither2がAD変換器Q−ADCに入力されている。AD変換器出力平均化部IQADC−OAUにてこれらディザー信号成分がキャンセルされて、同図に示す(5)のような信号が出力される。AD変換器出力平均化部IQADC−OAUの出力はテスト信号ADC−TSをAD変換処理したものとなる。チャージポンプ制御回路CPCCは同図に示す(5)のような信号を受ける。チャージポンプ制御回路CPCCは同図に示す(5)のような信号が、第一閾値電圧Vth1を下回るとハイレベルの信号を出力する。そして、チャージポンプ制御回路CPCCは第一閾値電圧Vth1よりも大きな第二閾値電圧Vth2を上回るとローレベルの信号を出力する。これにより同図に示す(1)のようなクロック信号CLKが生成されてチャージポンプCPに出力される。ループ回路としてのテスト信号生成回路ADC−TSGC3は三角波発信器を構成しており、三角波としてのテスト信号ADC−TSが用いられて補正係数I−ADCCC、Q−ADCCCが生成される。
(1)ディザー信号
本実施の形態において、AD変換部I−ADCUに入力されている第一ディザー信号Dither1はAD変換部Q−ADCUに入力されている第二ディザー信号Dither2と絶対値が等しく、符号が逆なものとなっている。よって第一ディザー信号Dither1=αとすると第二ディザー信号Dither2=−αとなる。しかしながら必ずしもこのような関係は必要なく、第一ディザー信号Dither1=2α、第二ディザー信号Dither2=0でもよく、第一ディザー信号Dither1=0、第二ディザー信号Dither2=2αでもよい。このように第一、第二ディザー信号のうちのどちらか一方が0であり、他方が2αであってもよい。
本実施の形態において、IQ間補正部I/QCUがアナログ回路R−ACにおけるミキサRI−MIXから可変増幅器I−PGAまでのパスと、ミキサRQ−MIXから可変増幅器Q−PGAまでのパスに起因する利得や位相、直流オフセットのミスマッチを検出し、補正するのが最も良い。しかしながら、利得や位相、直流オフセットのうちの少なくとも1つ(又は2つ)のミスマッチを検出し、補正する形態でも構わない。
本実施の形態において、初期シーケンス期間において、アナログ回路R−AC及びアナログ回路T−ACの以下の回路についてキャリブレーション処理を行っている。
(a)アナログ回路R−AC
ローノイズアンプLNA、フィルタI−FIL、フィルタQ−FIL、可変増幅器I−PGA、可変増幅器Q−PGA、クロックパルス生成器CPG
(b)アナログ回路T−AC
DA変換器I−DAC、DA変換器Q−DAC、ローパスフィルタI−LPF、ローパスフィルタQ−LPF、パワーアンプPA
これら要素回路に対するキャリブレーション処理は初期シーケンス期間に限らず、ADC補正モードADC−CMにて実行されてもよい。特に定期的に訪れる無信号期間にてキャリブレーション処理がなされる場合には、これらの要素回路の温度変動や電源電圧変動に対応したキャリブレーション処理結果が得られ、復調処理や変調処理の高精度化が図れる。更にこれら要素回路ごとにキャリブレーション処理の頻度や時間を設定できるようにしてもよい。この場合、各要素回路ごとに最適なキャリブレーション頻度や時間があるので、復調処理や変調処理の高精度化と消費電力の最適化が図れる。尚、これら要素回路のキャリブレーション、特にアナログ回路R−ACの各要素回路のキャリブレーション処理はIQ補正モードI/QC−CMの前に実行されるのがよい。理由としてIQ間補正部I/QCUはアナログ回路R−ACにおけるミキサRI−MIXから可変増幅器I−PGAまでのパスと、ミキサRQ−MIXから可変増幅器Q−PGAまでのパスに起因する利得や位相、直流オフセットのミスマッチを検出し、補正するものである。よってミキサRI−MIXから可変増幅器I−PGAまでのパスに存在する各要素回路やミキサRQ−MIXから可変増幅器Q−PGAまでのパスに存在する各要素回路の各種オフセット等が最適に補正されていない場合、IQ間補正部I/QCUにおける利得や位相、直流オフセットのミスマッチの検出及び補正処理が高精度に実行できないからである。
本実施の形態において、キャリブレーション信号生成回路I/QCU−CSGはアナログQ信号T−QAのローパスフィルタI−LPFやローパスフィルタQ−LPFにテスト信号I/QC−TSを出力する構成となっている。しかしながら、ミキサRI−MIXから可変増幅器I−PGAまでのパスやミキサRQ−MIXから可変増幅器Q−PGAまでのパスをテスト信号I/QC−TSが通ればいいので、ローノイズアンプLNAとミキサRI−MIX及びミキサRQ−MIXとの間に直接テスト信号I/QC−TSが入力される構成としてもよい。尚、ループスイッチL−SWは、ミキサRI−MIXから可変増幅器I−PGAまでのパスやミキサRQ−MIXから可変増幅器Q−PGAまでのパスをテスト信号I/QC−TSが通る必要があるために、図5に示すような場所に設けられている。切替回路I−SC及び切替回路Q−SCは、ミキサRI−MIXから可変増幅器I−PGAまでのパスやミキサRQ−MIXから可変増幅器Q−PGAまでのパスを通ることにより各要素回路のオフセット等のばらつきがAD変換テスト動作に影響しないように、図5に示すような場所に設けられている。ミキサRI−MIXからAD変換器I−ADCとの間のパス、及びミキサRQ−MIXからAD変換器Q−ADCとの間のパスにあるフィルタと可変増幅アンプの配置の順番は逆でもよく、フィルタと可変増幅器がそれぞれ複数あり、交互にフィルタと可変増幅器とが繰り返されるように配置されていてもよい。
前記5の(4)〜(9)の構成又は機能において、第一AD変換器は図5に記載されているAD変換器I−ADCであってもよく、第二AD変換器は図5に記載されているAD変換器Q−ADCであってもよい。第一AD変換器はアナログ回路R−ACとデジタル処理部DOUとの間に設けられる、参考図1〜参考図4のいずれかのADCであってもよい。この場合には参考図1〜参考図4のADCのアナログ信号(Input)がI信号用可変増幅器I−PGAの出力から入力され、参考図1〜参考図4のADCのデジタル信号(Output)がIQ間補正部I/QCUのデジタルI信号R−IDを受ける入力部に入力する。第二AD変換器はアナログ回路R−ACとデジタル処理部DOUとの間に設けられる、参考図1〜参考図4のいずれかのADCであってもよい。この場合には参考図1〜参考図4のADCのアナログ信号(Input)が可変増幅器Q−PGAの出力から入力され、参考図1〜参考図4のADCのデジタル信号(Output)がIQ間補正部I/QCUのデジタルQ信号R−QDを受ける入力部に入力する。要はI信号パスのADCはアナログI信号R−IAを受けデジタル補正処理することによりAD変換処理を行ってデジタルI信号R−IDを生成するものであればよい。同じくQ信号パスのADCはアナログQ信号R−QAを受けデジタル補正処理することによりAD変換処理を行ってデジタルQ信号R−QDを生成するものであればよい。尚、第一AD変換器に参考図1、参考図3及び参考図4のいずれかのADCを適用する場合、切替回路I−SCを参考図1、参考図3及び参考図4のいずれかのADCの前段に接続し、第一モードと第二モードの間にてAD変換器用テスト信号の入力と可変増幅器I−PGAの出力が切り替えられる構成とすればよい。第二AD変換器に参考図1、参考図3及び参考図4のいずれかのADCを適用する場合、切替回路Q−SCを参考図1、参考図3及び参考図4のいずれかのADCの前段に接続し、第一モードと第二モードの間にてAD変換器用テスト信号の入力と可変増幅器Q−PGAの出力が切り替えられる構成とすればよい。
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体集積回路装置及びこの半導体集積回路装置を含む通信システムの構成と半導体集積回路装置について詳細に説明する。図16は半導体集積回路装置を含む通信システムの構成図である。
本実施の形態の通信システムは、構成要素が実施の形態1とは異なり、第一アンテナANT1と第二アンテナANT2と半導体集積回路装置RFIC2とベースバンド処理部BBUを有する。第一アンテナANT1は外部からの通信信号としての第一高周波信号HFS1を受ける。第二アンテナANT2は第一高周波信号HFS1と同一種類の信号であって物理的に離れた位置の信号である第二高周波信号HFS2を受ける。なお、ベースバンド処理部BBUは実施の形態1と同じものである。
(1)構成
半導体集積回路装置RFIC2は、構成要素が実施の形態1とは異なる第一アナログ回路R−AC1と第二アナログ回路R−AC2とAD変換器R−ADCとを有する。さらに、半導体集積回路装置RFIC2は、デジタル処理部DOU2とアナログ回路T−AC2とを有する。
(a)AD変換テスト動作
AD変換テスト動作時は以下のように動作する。テスト信号ADC−TSが切替回路ADC−SCを介してAD変換部L1I−ADCUに入力され、AD変換部L1Q−ADCUに入力され、AD変換部L2I−ADCUに入力され、AD変換部L2Q−ADCUに入力される。
AD変換本番動作の時には以下のように動作する。アナログI信号L1R−IAが切替回路ADC−SCを介してAD変換部L1I−ADCUに入力され、アナログI信号L2R−IAが切替回路ADC−SCを介してAD変換部L2I−ADCUに入力される。アナログQ信号L1R−QAが切替回路ADC−SCを介してAD変換部L1Q−ADCUに入力され、アナログQ信号L2R−QAが切替回路ADC−SCを介してAD変換部L2Q−ADCUに入力される。
(1)構成
デジタル処理部DOU2は、実施の形態1と異なり、IQ間補正部L1I/QCUとIQ間補正部L2I/QCUとを持つ。IQ間補正部L1I/QCUは、アナログ回路R−AC1におけるI信号系のミキサから可変増幅器までのパスと、Q信号系のミキサから可変増幅器までのパスとに起因する利得や位相、直流オフセットのミスマッチを検出する。そして、IQ間補正部L1I/QCUは、検出したミスマッチを補正して、補正デジタルI信号L1−CID及び補正デジタルQ信号L1−CQDを出力する。IQ間補正部L2I/QCUは、アナログ回路R−AC2におけるI信号系のミキサから可変増幅器までのパスと、Q信号系のミキサから可変増幅器までのパスとに起因する利得や位相、直流オフセットのミスマッチを検出する。そして、IQ間補正部L2I/QCUは、検出したミスマッチを補正して、補正デジタルI信号L2−CID及び補正デジタルQ信号L2−CQDを出力する。デジタル処理部DOU2はこれら補正デジタル信号に対して必要なデジタル処理を施してベースバンド信号を生成してベースバンド処理部BBUに送信する。デジタル処理部DOU2は不必要なら何らのデジタル処理を施さない。その場合はこれら補正デジタル信号は復調されたベースバンド信号となる。
各IQ間補正部のIQ間補正テスト動作及びIQ間補正本番動作に関して、実施の形態1のIQ間補正部の動作と基本的に同じである。しかし、IQ間補正部に入力される受信デジタル信号及びIQ間補正部から出力される補正デジタル信号が、実施の形態1のものから上述したような本実施の形態のものに入れ替えられている。更にIQ間補正用の補正係数が実施の形態1のものから上述したような本実施の形態のものに入れ替えられている。説明するまでも無いが、入力される信号が上述のように変更されているために、内部で処理される信号もこの変更に伴って変更される。
(a)経路1&2間補正モード
デジタル処理部DOU2には更にAD変換処理モードレジスタADCMRESが設けられる。本実施の形態において、今まで述べたAD変換器R−ADCのAD変換処理は、以下のような形となる。第一アンテナANT1から第一アナログ回路R−AC1を通ってきた経路1のI信号であるアナログI信号L1R−IAと、第二アンテナANT2から第二アナログ回路R−AC2を通ってきた経路2のI信号であるアナログI信号L2R−IAとを用いて、AD変換テスト動作時にAD変換用の補正係数を算出する。そして、AD変換本番操作時にAD変換テスト動作時に求められたAD変換用の補正係数を用いてAD変換処理することで、デジタルI信号L1R−ID及びデジタルI信号L2R−IDを生成する。同じく、今まで述べたAD変換器R−ADCのAD変換処理は、以下のような形となる。第一アンテナANT1から第一アナログ回路R−AC1を通ってきた経路1のQ信号であるアナログQ信号L1R−QAと、第二アンテナANT2から第二アナログ回路R−AC2を通ってきた経路2のQ信号であるアナログI信号L2R−QAとを用いて、AD変換テスト動作時にAD変換用の補正係数を算出する。そして、AD変換本番操作時にAD変換テスト動作時に求められたAD変換用の補正係数を用いてAD変換処理することで、デジタルQ信号L1R−QD及びデジタルQ信号L2R−QDを生成する。この場合、AD変換処理モードレジスタADCMRESには経路1&2間補正モードが設定されている。ベースバンド処理部BBUがAD変換処理モードレジスタADCMRESのモード設定を可能としている。
AD変換処理モードレジスタADCMRESにIQ間補正モードが設定された場合、以下のような動作をAD変換器R−ADCが行う。第一アンテナANT1から第一アナログ回路R−AC1を通ってきた経路1のI信号であるアナログI信号L1R−IAと、第一アンテナANT1から第一アナログ回路R−AC1を通ってきた経路1のQ信号であるアナログQ信号L1R−QAとを用いて、AD変換テスト動作時にAD変換用の補正係数を算出する。そして、AD変換本番操作時にAD変換テスト動作時に求められたAD変換用の補正係数を用いてAD変換処理することで、デジタルI信号L1R−ID及びデジタルQ信号L1R−QDを生成する。同じく、AD変換器R−ADCのAD変換処理は、以下のような形となる。第二アンテナANT2から第二アナログ回路R−AC2を通ってきた経路2のI信号であるアナログI信号L2R−IAと、第二アンテナANT2から第二アナログ回路R−AC2を通ってきた経路2のQ信号であるアナログI信号L2R−QAを用いて、AD変換テスト動作時にAD変換用の補正係数を算出する。そして、AD変換本番操作時にAD変換テスト動作時に求められたAD変換用の補正係数を用いてAD変換処理することで、デジタルI信号L2R−ID及びデジタルQ信号L2R−QDを生成する。
(い)AD変換部L1I−ADCUの出力がデジタル補正部DCUQL1&L2に入力される
(ろ)AD変換部L2Q−ADCUの出力がデジタル補正部DCUIL1&L2に入力される
(は)補正係数設定レジスタL2Q−ADCCCSRESに補正係数L1I−ADCCCが格納される
(に)補正係数設定レジスタL1I−ADCCCSRESに補正係数L2Q−ADCCCが格納される
(ほ)デジタル補正部DCUIL1&L2からデジタルQ信号L2R−QDが出力され、この出力されたデジタルQ信号L2R−QDはIQ間補正部L2I/QCUに入力される
(へ)デジタル補正部DCUQL1&L2からデジタルI信号L1R−IDが出力され、この出力されたデジタルI信号L1R−IDはIQ間補正部L1I/QCUに入力される
AD変換テスト動作及びAD変換本番動作においても、以上の変更に従って信号入出力及びAD変換用の補正係数設定レジスタに格納されるAD変換用の補正係数が変更される。AD変換器R−ADC内部においても、入力される信号が上述のように変更されているために、内部で処理される信号もこの変更に伴って変更される。
尚、本実施の形態の半導体集積回路装置RFIC2を含む通信システムの動作に関しては、実施の形態1の図6及びその説明箇所に準拠したものとなる。
5.まとめ
本実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)ADC補正モードADC−CM(フォアグラウンド補正における第一モードに対応)において、AD変換部L1I−ADCU、AD変換部L1Q−ADCU、AD変換部L2I−ADCU、及びAD変換部L2Q−ADCUに共通にテスト信号ADC−TSが入力される。補正係数L1I−ADCCC及び補正係数L2I−ADCCCが、AD変換部L1I−ADCU及びAD変換部L2I−ADCUからの出力をデジタル補正部DCUIL1&L2がデジタル処理することによって算出される。補正係数L1Q−ADCCC及び補正係数L2Q−ADCCCが、AD変換部L1Q−ADCU及びAD変換部L2Q−ADCUからの出力をデジタル補正部DCUQL1&L2がデジタル補正処理することによって算出される。 更にIQ補正モードI/QCU−CM又は受信信号処理モードRSPM(フォアグラウンド補正における第二モードに対応)において、ADC補正モードADC−CMにて求められた補正係数L1I−ADCCC、及び補正係数L2I−ADCCCを用いてデジタル補正処理することで、アナログI信号L1R−IAがAD変換処理されてデジタルI信号L1R−IDが出力され、アナログI信号L2R−IAがAD変換処理されてデジタルI信号L2R−IDが出力される。ADC補正モードADC−CMにて求められた補正係数L1Q−ADCCC、及び補正係数L2Q−ADCCCを用いてデジタル補正処理することで、アナログQ信号L1R−QAがAD変換処理されてデジタルQ信号L1R−QDが出力され、アナログQ信号L2R−QAがAD変換処理されてデジタルQ信号L2R−QDが出力される。
(い)IQ間補正部L1I/QCUによる、アナログ回路R−AC1におけるI信号系のミキサから可変増幅器までのパスと、Q信号系のミキサから可変増幅器までのパスに起因する利得や位相、直流オフセットのミスマッチの検出処理及び補正処理によるミスマッチの低減が十分である
(ろ)IQ間補正部L2I/QCUによる、アナログ回路R−AC2におけるI信号系のミキサから可変増幅器までのパスと、Q信号系のミキサから可変増幅器までのパスに起因する利得や位相、直流オフセットのミスマッチの検出処理及び補正処理によるミスマッチの低減が十分である
(は)デジタルI信号L1R−IDとデジタルI信号L2R−IDとの間の変換利得ミスマッチ及びデジタルQ信号L1R−QDとデジタルQ信号L2R−QDとの間の変換利得ミスマッチがベースバンド信号を生成するための復調動作の高精度化の妨げになる
以上の(い)〜(は)のような状況ときにはAD変換処理モードレジスタADCMRESに経路1&2間補正モードを設定することが可能となる。
13 参照用AD変換部(RADCU)
12、22、42 AD変換部(ADCU)
14、24 デジタル補正部(DCU)
15、25 誤差演算部(ECU)
16 分周器(DIV)
SC 切り替え回路
SW1、SW2 スイッチ
23 参照用DA変換部(RDACU)
32a 第一AD変換部(ADCU(1))
32b 第二AD変換部(ADCU(2))
34a、44a 第一デジタル補正部(DCU(1))
34b、44b 第二デジタル補正部(DCU(2))
37、47 ディザー差分部(DDU)
36、46 出力信号足し合わせ平均化部(OAAU)
49 遅延部(Delay)
ADCUSequence AD変換部シーケンス
S サンプリング期間
A/D1 第一AD変換期間
A/D1R 第一AD変換結果
A/D2 第二AD変換期間
A/D2R 第二AD変換結果
HFS 高周波信号
ANT アンテナ
RFIC 半導体集積回路装置
BBU ベースバンド処理部
R−IA アナログI信号
R−QA アナログQ信号
R−AC アナログ回路
I−ADC AD変換器
Q−ADC AD変換器
DOU デジタル処理部
R−ID デジタルI信号
R−QD デジタルQ信号
T−AC アナログ回路
TR−SW 送受信切替スイッチ
LNA ローノイズアンプ
RI−MIX ミキサ
RQ−MIX ミキサ
I−FIL フィルタ
Q−FIL フィルタ
I−PGA 可変増幅器
Q−PGA 可変増幅器
PLL 位相同期ループ
VCO 電圧制御発振器
CPG クロックパルス生成器
L−SW ループスイッチ
I−SC 切替回路
SWI1、SWI2 スイッチ
I−ADCU AD変換部
DCUI&Q デジタル補正部
Q−SC 切替回路
SWQ1、SWQ2 スイッチ
Q−ADCU AD変換部
TIT テスト入力端子
ADC−TS テスト信号
Dither1 第一ディザー信号
Dither2 第二ディザー信号
I−ADCCC 補正係数
I−ADCCCSRES 補正係数設定レジスタ
Q−ADCCC 補正係数
Q−ADCCCSRES 補正係数設定レジスタ
I/QCU IQ間補正部
I/QCU−CSG キャリブレーション信号生成回路
I/QC−TS テスト信号
ADC−FSRES 頻度設定レジスタ
ADC−PSRES 期間設定レジスタ
I/QC−FSRES 頻度設定レジスタ
I/QC−PSRES 期間設定レジスタ
MRES モード設定レジスタ
T−ID デジタルI信号
I−DAC DA変換器
T−QD デジタルQ信号
Q−DAC DA変換器
T−IA アナログI信号
I−LPF ローパスフィルタ
T−QA アナログQ信号
Q−LPF ローパスフィルタ
TI−MIX ミキサ
TQ−MIX ミキサ
T−OAU 出力足し合わせ部
PA パワーアンプ
I−CS キャリブレーション信号
Q−CS キャリブレーション信号
I−I/QCUCC 補正係数
I−I/QCUCCSRES 補正係数設定レジスタ
Q−I/QCUCC 補正係数
I−I/QCUCCSRES 補正係数設定レジスタ
CID 補正デジタルI信号
CQD 補正デジタルQ信号
ISP 初期シーケンス期間
NSP、NSP2 無信号期間
RSP、RSP2 受信信号処理期間
ADC−CM ADC補正モード
I/QCU−CM IQ補正モード
RSPM 受信信号処理モード
OM その他モード
I−ADCUO AD変換部出力
Q−ADCUO AD変換部出力
I−DCU デジタル補正部
Q−DCU デジタル補正部
ADC−CSU 補正係数探索部
Di デジタル出力
I−I/QDCU IQ間デジタル補正部
Q−I/QDCU IQ間デジタル補正部
I/QCU−CSU 係数探索部
CS−ADCU AD変換部
NP−RA アナログ信号
RP−RA アナログ信号
NP−SW スイッチ
RP−SW スイッチ
NP−SHC 容量
RP−SHC 容量
NP−CSSW スイッチ
RP−CSSW スイッチ
RP−SHC 容量
CS−CMP 比較器
NPCS−N ノード
RPCS−N ノード
CS−CTRL 制御部
BCell、BCell2 ビットセル
DBCell、DBCell2 ディザー信号用ビットセル
Cα ディザー信号用容量
CA−SW1 スイッチ
CA−SW2 スイッチ
DC−SW3 スイッチ
SW4a、SW4b スイッチ
SW5a、SW5b スイッチ
Ci ビットセル容量
MSBCell、MSBCell2 最大ビット用セル
LSBCell、LSBCell2 最小ビット用セル
GND グランド電圧
VDD 電源電圧
CRD−ADCU AD変換部
RA アナログ信号
CH−Node 電荷保持ノード
CS−SW スイッチ
CRD−CMP 比較器
CRD−CTRL 制御部
+VR 正の参照用電圧
CRD−SW1 第一スイッチ
−VR 負の参照用電圧
CRD−SW2 第二スイッチ
CRD−SW3 第三スイッチ
LSB1Cell 第一最小ビット用セル
LSB2Cell 第二最小ビット用セル
PL−ADCU パイプライン型AD変換部
Stage ステージ
PA−ADCU AD変換部
DAU ディザー信号足し合わせ部
PL−DACU DA変換部
DODU デジタル出力差分部
SOAU ステージ出力増幅部
SO ステージ出力
I−ADCCCAU 補正係数平均化部
Q−ADCCCAU 補正係数平均化部
SST サンプリングスタート時刻
SET サンプリング終了時刻
ACCCSU 補正係数サンプリング部
ADCCCAU 補正係数足し合わせ部
ADCCCDU 補正係数遅延部
ADCCCIU 補正係数積分部
ADCCCAVEU 補正係数平均化部
I−ADCCCASRES 補正係数精度設定レジスタ
Q−ADCCCASRES 補正係数精度設定レジスタ
ADC−TSGC テスト信号生成回路
DWGU デジタル波形生成部
DWGU−DAC DA変換器
CP チャージポンプ
AI アナログ積分器
UIS 上側電流源
PMOS P型MOSトランジスタ
NMOS N型MOSトランジスタ
BIS 下側電流源
OP−A オペアンプ
OPA−FC 帰還容量
OPA−FR 帰還抵抗
IQADC−OAU AD変換器出力平均化部
CPCC チャージポンプ制御回路
Vth1 第一閾値電圧
Vth2 第二閾値電圧
HFS1 第一高周波信号
ANT1 第一アンテナ
HFS2 第二高周波信号
ANT2 第二アンテナ
L1R−IA アナログI信号
L1R−QA アナログQ信号
R−AC1 第一アナログ回路
L2R−IA アナログI信号
L2R−QA アナログQ信号
R−AC2 第二アナログ回路
L1R−ID デジタルI信号
L1R−QD デジタルQ信号
L2R−ID デジタルI信号
L2R−QD デジタルQ信号
R−ADCU AD変換器
L−SC ループ切替回路
ADC−SC 切替回路
L1I−ADCU AD変換部
L1Q−ADCU AD変換部
L2I−ADCU AD変換部
L2Q−ADCU AD変換部
DCUIL1&L2 デジタル補正部
DCUQL1&L2 デジタル補正部
L1I−ADCCCSRES 補正係数設定レジスタ
L2I−ADCCCSRES 補正係数設定レジスタ
L1Q−ADCCCSRES 補正係数設定レジスタ
L2Q−ADCCCSRES 補正係数設定レジスタ
L1I−ADCCC 補正係数
L2I−ADCCC 補正係数
L1Q−ADCCC 補正係数
L2Q−ADCCC 補正係数
L1−CID 補正デジタルI信号
L1−CQD 補正デジタルQ信号
L1I/QCU IQ間補正部
L2−CID 補正デジタルI信号
L2−CQD 補正デジタルQ信号
L2I/QCU IQ間補正部
L1I−I/QCUCC 補正係数
L1I−I/QCUCCSRES 補正係数設定レジスタ
L1Q−I/QCUCC 補正係数
L1Q−I/QCUCCSRES 補正係数設定レジスタ
L2I−I/QCUCC 補正係数
L2I−I/QCUCCSRES 補正係数設定レジスタ
L2Q−I/QCUCC 補正係数
L2Q−I/QCUCCSRES 補正係数設定レジスタ
Claims (12)
- 第一アナログ信号と第一アナログ信号と位相の異なる第二アナログ信号とを出力する第一アナログ回路と、
前記第一アナログ回路からの前記第一アナログ信号を受けて第一デジタル信号を出力する第一AD変換器と、
前記第一アナログ回路からの前記第二アナログ信号を受けて第二デジタル信号を出力する第二AD変換器と、
前記第一及び第二AD変換器からの前記第一及び第二デジタル信号を受けてデジタル処理を行うデジタル処理回路と、
モード情報を格納するためのモード設定情報格納回路と、
前記第一及び第二AD変換器のための補正係数を格納する補正係数格納回路とを有し、
前記モード設定情報格納回路に第一モードが設定された時、前記第一及び第二AD変換器に共通に第一テスト信号が入力されることにより、第一デジタル補正処理のための第一補正係数と第二デジタル補正処理のための第二補正係数とが算出され、
前記モード設定情報格納回路に第二モードが設定された時、前記第一アナログ回路から前記第一及び第二アナログ信号が出力され、前記第一AD変換器が前記補正係数格納回路に格納された前記第一補正係数を用いて前記第一デジタル補正処理を行うことで前記第一アナログ信号を前記第一デジタル信号に変換し、前記第二AD変換器が前記補正係数格納回路に格納された前記第二補正係数を用いて前記第二デジタル補正処理を行うことで前記第二アナログ信号を前記第二デジタル信号に変換し、
前記第一アナログ信号及び前記第一テスト信号を受け、前記第一アナログ信号の出力と、前記第一テスト信号の出力とを切り替える第一切り替え回路と、
前記第二アナログ信号及び前記第一テスト信号を受け、前記第二アナログ信号の出力と、前記第一テスト信号の出力とを切り替える第二切り替え回路とを更に有し、
前記第一アナログ回路は外部からの通信信号を受けて前記第一及び第二アナログ信号を出力し、
前記第一AD変換器は前記第一アナログ信号が入力され第三デジタル信号を出力する第一AD変換部と、第三デジタル信号を受けて前記第一デジタル信号を出力する第一デジタル補正部とを有し、
前記第二AD変換器は前記第二アナログ信号が入力され第四デジタル信号を出力する第二AD変換部と、第四デジタル信号を受けて第二デジタル信号を出力する第二デジタル補正部とを有し、
前記第一モードにおいては、前記第一及び第二切り替え回路から前記第一テスト信号が出力されて、前記第一及び第二AD変換部に共通に前記第一テスト信号が入力されることにより、前記第一デジタル補正部からの前記第一デジタル信号と前記第二デジタル補正部からの前記第二デジタル信号との間の差分に基づく差分出力が算出され、この前記差分出力に基づいて前記第一デジタル補正部のための前記第一補正係数と前記第二デジタル補正部のための前記第二補正係数とが算出され、
前記第二モードにおいては、前記第一切り替え回路から前記第一アナログ信号が出力されかつ前記第二切り替え部から前記第二アナログ信号が出力され、前記第一補正係数を用いて前記第三デジタル信号に対して前記第一デジタル補正処理を行うことで前記第一デジタル補正部が前記第一デジタル信号を出力し、前記第二補正係数を用いて前記第四デジタル信号に対して前記第二デジタル補正処理を行うことで前記第二デジタル補正部が前記第二デジタル信号を出力する半導体集積回路装置。 - 前記第一モードにおいては、前記第一テスト信号に加えて前記第一AD変換器に第一所定電圧が印加され、更に前記第一テスト信号に加えて前記第二AD変換器に第二所定電圧が印加される請求項1に記載の半導体集積回路装置。
- 前記第一アナログ信号はI信号であり、前記第二アナログ信号はQ信号であり、前記通信信号は外部からの変調された高周波信号であり、前記第一アナログ回路が前記高周波信号を第一変換処理することにより前記I信号を生成し、前記第一アナログ回路が前記高周波信号を第二変換処理することにより前記Q信号を生成する請求項1に記載の半導体集積回路装置。
- 前記第一アナログ回路は、
前記高周波信号を受けて増幅する第一アンプと、
前記第一アンプからの第一出力と所定の周波数を持つ第一高周波信号とをミキシングしてダウンコンバートする第一ミキサと、
前記第一ミキサからの第二出力のうちの所定の第一範囲の周波数を通して出力する第一フィルタと、
前記第一フィルタからの第三出力を可変倍率にて増幅して前記I信号を出力する第一可変増幅アンプと、
前記第一アンプからの前記第一出力と前記所定の周波数を持ち前記第一高周波信号と位相が90°ずれた第二高周波信号とをミキシングしてダウンコンバートする第二ミキサと、
前記第二ミキサからの第四出力のうちの所定の第二範囲の周波数を通して出力する第二フィルタと、
前記第二フィルタからの第五出力を可変倍率にて増幅して前記Q信号を出力する第二可変増幅アンプと、
前記第一及び第二高周波信号を生成する発振回路とを有し、
前記第一切り替え回路は前記第一可変増幅アンプと前記第一AD変換器との間に存在し、前記第二切り替え回路は前記第二可変増幅アンプと前記第二AD変換器との間に存在する請求項3に記載の半導体集積回路装置。 - 半導体集積回路装置自身の各種初期設定を行い前記第一アナログ回路のキャリブレーションを行う初期シーケンス期間の後に、前記第二モードに対応し前記高周波信号をベースバンド信号に変換する通常動作期間が発生する請求項3に記載の半導体集積回路装置。
- 前記第一テスト信号が前記第一及び第二AD変換部に共通に入力される前記第一モードに対応するテスト動作期間は、前記初期シーケンス期間に割り当てられ、
前記通常動作期間は前記初期シーケンス期間の後に設けられる請求項5に記載の半導体集積回路装置。 - 前記テスト動作期間は、外部からの前記高周波信号の入力が中断される無信号期間にも割り当てられ、
前記無信号期間と前記通常動作期間は定期的に交互に繰り返される請求項6に記載の半導体集積回路装置。 - 前記差分出力に基づいて、前記第一補正係数及び前記第二補正係数を算出するため演算を行う係数探索部を更に有し、
前記モード設定情報格納回路に前記第一モードが設定された時、前記第一AD変換器のためのものでありそれぞれがタイミングが異なる時間に前記係数探索部から出力された複数の第三補正係数を受け、前記複数の第三補正係数を足し合わせて平均化することで前記第一補正係数を出力する第一補正係数平均化回路と、
前記モード設定情報格納回路に前記第一モードが設定された時、前記第二AD変換器のためのものでありそれぞれがタイミングが異なる時間に前記係数探索部から出力された複数の第四補正係数を受け、前記複数の第四補正係数を足し合わせて平均化することで前記第二補正係数を出力する第二補正係数平均化回路とを有する請求項3に記載の半導体集積回路装置。 - 所定のデジタル波形を出力するデジタル波形生成回路と、前記所定のデジタル波形を受けてDA変換して前記第一テスト信号を出力する第一DA変換器とを有する請求項3に記載の半導体集積回路装置。
- 所定のクロック信号を受けて所定の駆動信号を出力するチャージポンプと、前記所定の駆動信号を受けて三角波である前記第一テスト信号を出力するアナログ積分器とを有する請求項3に記載の半導体集積回路装置。
- 前記チャージポンプは、電源電圧を一端に受ける第一電流源と、
第一ソース端子及び第一ドレイン端子を有し、前記第一電流源の他端と前記第一ソース端子が接続されたPMOSと、
第二ソース端子及び第二ドレイン端子を有し、前記第一ドレイン端子と前記第二ドレイン端子が接続されたNMOSと、
前記第二ソース端子と一端が接続され、他端に接地電圧を受ける第二電流源とを有し、
前記PMOSと前記NMOSのゲートに共通に所定のクロック信号が入力されることで、前記第一及び第二ドレイン端子から前記所定の駆動信号が出力され、
前記アナログ積分器は、一方の入力端子には所定の電圧が入力され、他方の入力端子には前記所定の駆動信号が入力され、三角波である前期第一テスト信号を出力するオペアンプと、
一端が前記オペアンプの他方の入力端子と接続され、他端が前記オペアンプの出力端子と接続されている所定のコンデンサと、
前記所定のコンデンサと並列接続されている所定の抵抗とを有する請求項10に記載の半導体集積回路装置。 - 前記所定のクロック信号を受けて前記所定の駆動信号を出力する前記チャージポンプと、前記所定の駆動信号を受けて三角波である前期第一テスト信号を出力する前記アナログ積分器と、前記第一テスト信号を受けて第一所定デジタル信号を出力する前記第一AD変換器と、前記第一テスト信号を受けて第二所定デジタル信号を出力する前記第二AD変換器と、前記第一及び第二所定デジタル信号を受けてこれら前記第一及び第二所定デジタル信号を平均化して平均化出力信号を生成して出力する平均化回路と、前記平均化出力信号を受け前記平均化出力信号が第一閾値に到達したら第一レベル信号を生成し前記平均化出力信号が第一閾値と異なる第二閾値に到達したら第一レベル信号と異なる第二レベル信号を生成することで、前記平均化出力信号が前記第一閾値と前記第二閾値との間で変動するように前記所定のクロック信号を生成するチャージポンプ制御回路で構成された第一ループ回路を更に有する請求項11に記載の半導体集積回路装置。
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