(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギルバートセルと、
前記ギルバートセル内の下段側に位置する第１の差動対に対して並列関係に設けられた第２の差動対と、
前記第１の差動対に電流を供給する第１の電流源とは別に設けられ、前記第２の差動対に電流を供給する第２の電流源と、
前記第１の電流源と前記第２の電流源とのいずれかのみが動作するように制御する制御回路と、
を備え、
前記第１の差動対及び前記第２の差動対のそれぞれに、相補の関係にある第１の電圧信号及び第２の電圧信号が入力されており、
前記第１の電圧信号は、前記第１の差動対の正側電圧入力端子と前記第２の差動対の負側電圧入力端子に入力され、
前記第２の電圧信号は、前記第１の差動対の負側電圧入力端子と前記第２の差動対の正側電圧入力端子に入力されていることを特徴とする位相検出回路。
【請求項２】
前記ギルバートセルは、
前記第１の差動対と、
前記第１の電流源と、
正側電圧入力端子に第３の電圧信号が入力されるとともに、負側電圧入力端子に前記第３の電圧信号と相補の関係にある第４の電圧信号が入力され、前記第１の差動対の正側電圧出力端子及び前記第２の差動対の正側電圧出力端子に接続される第３の差動対と、
負側電圧入力端子に前記第３の電圧信号が入力されるとともに、正側電圧入力端子に前記第４の電圧信号が入力され、前記第１の差動対の負側電圧出力端子及び前記第２の差動対の負側電圧出力端子に接続される第４の差動対と、
前記第３の差動対の正側電圧出力端子及び前記第４の差動対の正側電圧出力端子と、電源との間に接続される第１の抵抗器と、
前記第３の差動対の負側電圧出力端子及び前記第４の差動対の負側電圧出力端子と、電源との間に接続される第２の抵抗器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の位相検出回路。
【請求項３】
前記制御回路により前記第１の電流源のみが動作する際の前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧と、前記制御回路により前記第２の電流源のみが動作する際の前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧と、に基づき、前記ギルバートセルの動作状態を検出する動作状態検出回路をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の位相検出回路。
【請求項４】
請求項２に記載の位相検出回路における前記ギルバートセルを検査する検査方法であって、
前記制御回路により前記第１及び第２の電流源のうち前記第１の電流源のみが動作する際の前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧と、前記制御回路により前記第１及び第２の電流源のうち前記第２の電流源のみが動作する際の前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧とに基づいて、前記ギルバートセルの動作状態を検出することを特徴とする検査方法。
【請求項５】
前記第１の電流源が動作している状態で、前記第１の電圧信号を前記第１の差動対の正側電圧入力端子と前記第２の差動対の負側電圧入力端子に入力し、前記第２の電圧信号を前記第１の差動対の負側電圧入力端子と前記第２の差動対の正側電圧入力端子に入力するとともに、前記第３の電圧信号を前記第３の差動対の正側電圧入力端子と前記第４の差動対の負側電圧入力端子に入力し、前記第４の電圧信号を前記第３の差動対の負側電圧入力端子と前記第４の差動対の正側電圧入力端子に入力する第１のステップと、
前記第１のステップにおける処理が実行されているときに前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧を測定する第２のステップと、
前記制御回路によって前記第１の電流源が動作している状態から前記第２の電流源が動作している状態に切り替える第３のステップと、
前記第３のステップにおける処理が実行された後に前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧を測定する第４のステップと、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相検出回路に関し、特に、高周波半導体集積回路（ＬＳＩ）における二つの差動信号線間の同相位相と反転位相を検出する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電子回路においては、同じ周波数で電圧が変動するが、２つの信号の位相関係として同相（位相差が０度）と反転（位相差が１８０度）の２つの状態が存在する場合、この２つの信号の位相関係は、２つの信号電圧の乗算を行うことで検出することが可能である。
アナログ信号を扱う乗算器は、ギルバートセルと呼ばれる回路で実現されることが多い。例えば、非特許文献１には、ギルバートセルを用いることでアナログ乗算回路が実現できることが明記されている。
【０００３】
図２は、Ｎ型のＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタで構成されたギルバートセルの構成を示す図である。トランジスタ９０１とトランジスタ９０２とは、ギルバートセルの下段側に位置し、定電流源９００にて発生した定電流を差動入力端子Ｐ１とＮ１の差動電圧に応じて、定電流源９００からの電流の経路を切り替える。さらに、トランジスタ９０１と接続されるトランジスタ９０３及びトランジスタ９０４は、差動入力端子Ｐ２とＮ２との差動電圧に応じてトランジスタ９０１からの電流の経路を切り替え、差動出力端子ＯＰとＯＮとに電流を供給する。
【０００４】
同様に、トランジスタ９０２と接続されるトランジスタ９０５及びトランジスタ９０６は、差動入力端子Ｐ２とＮ２との差動電圧に応じてトランジスタ９０２からの電流の経路を切り替え、差動出力端子ＯＰとＯＮとに電流を供給する。端子ＯＰに供給された電流が、端子ＯＰと電源との間に設置された抵抗９１０を流れることにより抵抗９１０の前後に電位差が生じ、また、端子ＯＮに供給された電流が、端子ＯＮと電源との間に設置された抵抗９１１を流れることにより抵抗９１１の前後に電位差が生じる。
【０００５】
差動入力端子Ｐ１とＮ１における信号周波数と、差動入力端子Ｐ２とＮ２における信号周波数が同一であるとし、さらに位相関係が同相である場合、差動出力端子ＯＰとＯＮで得られる差動電圧は負の極性の直流電圧となる。また、差動入力端子Ｐ１とＮ１における信号周波数と、差動入力端子Ｐ２とＮ２における信号周波数が同一であり、かつ、位相関係が反転である場合、差動出力端子ＯＰとＯＮで得られる差動電圧は正の極性の直流電圧となる。
【０００６】
ここで、差動入力端子Ｐ１とＮ１間の差動電圧をＶ１、差動入力端子Ｐ２とＮ２間の差動電圧をＶ２、差動出力端子ＯＰとＯＮ間の差動電圧をＶとすると、図２は、２入力１出力の回路とみなすことができる。また、この入出力の関係はブール代数で記述すると以下の式（１）で表される。また、図３は、式（１）の真理値表である。
図３の真理値表からも、ギルバートセルの乗算機能は、位相の同相／反転の検出回路として機能することが分かる。
【０００７】
【数１】
0005466215.tif 000002
【０００８】
ところで、図２に示されるような回路を含む半導体回路を製品検査する場合、通常はその出力の切り替わり方が正常であるかを検査する必要がある。この検査は、図２のギルバートセルが、２対の差動入力信号の位相の同相／反転関係に依存せずに同じ出力を出し続けるという不具合を発見するための検査である。この検査の方法としては、２対の差動入力のうちの一方の位相を１８０度変更し、出力直流電圧信号の極性が位相変更前の極性から反転すれば“不具合無し”、反転しなければ“不具合有り”とする方法が知られている。
【０００９】
図４は、図２のギルバートセルの一方の差動入力端子Ｐ１、Ｎ１に、位相を１８０度変更するための入力位相変更回路８３０を追加した回路の一例を示す図である。入力位相変更回路８３０は、入力端子Ｐ１とＮ１から入力される差動信号の位相を１８０度変更するための回路である。
入力位相変更回路８３０は、論理反転素子８４１とＮ型ＭＯＳトランジスタ８２０〜８２３から構成される。そして、制御信号８４０が論理的にハイのとき、トランジスタ８２０、８２３がオン状態になるとともに、トランジスタ８２１、８２２がオフ状態となり、端子Ｐ１の電圧信号がトランジスタ９０１のゲートに印加され、端子Ｎ１の電圧信号がトランジスタ９０２のゲートに印加される。
【００１０】
また、制御信号８４０に論理的にローのとき、トランジスタ８２１、８２２がオン状態に、８２０、８２３がオフ状態となり、端子Ｐ１の電圧信号がトランジスタ９０２のゲートに印加され、端子Ｎ１の電圧信号がトランジスタ９０１のゲートに印加される。つまり、制御信号８４０が論理的にハイの場合とローの場合とでは、差動対を構成するトランジスタ９０１、９０２に入力される差動信号の位相は１８０度異なる。なお、図４の例では、入力端子Ｐ１、Ｎ１側に入力位相変更回路８３０を設置したが、入力端子Ｐ２、Ｎ２側に入力位相変更回路８３０を設置しても同様の効果が得られる。
【００１１】
ここで、「差動対」とは、共通接続部が定電流源と接続される場合に、正側電圧入力端子に入力される電圧と、負側電圧入力端子に入力される電圧とに依存して、定電流源で発生した電流を正側出力端子と負側出力端子に分配する回路を意味する。
このような入力位相変更回路８３０をギルバートセルに追加することで、ギルバートセルを含む半導体回路の出力の切り替わり方が正常であるか否かを検査することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Behzad Razavi著、黒田忠広監訳、「ＲＦマイクロエレクトロニクス」、第１版、丸善株式会社、平成１４年３月２５日、Ｐ．２７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、信号経路にトランジスタで構成されるスイッチを入れることは、信号経路の抵抗成分が増加し、検出できる信号の速度に制限をもたらすため、好ましくない。このことは、特に、入力信号が高周波信号である場合に顕著である。
そこで、本発明は上記課題に鑑み、入力信号の位相の同相／反転関係を検出する位相検出回路であって、検出可能な信号速度が制限されることを回避することが可能な位相検出回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、ギルバートセルと、前記ギルバートセル内の下段側に位置する第１の差動対に対して並列関係に設けられた第２の差動対と、前記第１の差動対に電流を供給する第１の電流源とは別に設けられ、前記第２の差動対に電流を供給する第２の電流源と、前記第１の電流源と前記第２の電流源とのいずれかのみが動作するように制御する制御回路と、を備え、前記第１の差動対及び前記第２の差動対のそれぞれに、相補の関係にある第１の電圧信号及び第２の電圧信号が入力されており、前記第１の電圧信号は、前記第１の差動対の正側電圧入力端子と前記第２の差動対の負側電圧入力端子に入力され、前記第２の電圧信号は、前記第１の差動対の負側電圧入力端子と前記第２の差動対の正側電圧入力端子に入力されていることを特徴とする位相検出回路である。
【００１５】
この構成によれば、ギルバートセルを含む半導体回路を検査する際に、検出対象である入力信号の位相の同相／反転関係を検出する位相検出回路において、検出可能な信号速度が制限されることを回避することが可能である。特に、入力信号が高周波信号である場合に有効である。
また、本発明の他の態様は、前記ギルバートセルは、前記第１の差動対と、前記第１の電流源と、正側電圧入力端子に第３の電圧信号が入力されるとともに、負側電圧入力端子に前記第３の電圧信号と相補の関係にある第４の電圧信号が入力され、前記第１の差動対の正側電圧出力端子及び前記第２の差動対の正側電圧出力端子に接続される第３の差動対と、負側電圧入力端子に前記第３の電圧信号が入力されるとともに、正側電圧入力端子に前記第４の電圧信号が入力され、前記第１の差動対の負側電圧出力端子及び前記第２の差動対の負側電圧出力端子に接続される第４の差動対と、前記第３の差動対の正側電圧出力端子及び前記第４の差動対の正側電圧出力端子と、電源との間に接続される第１の抵抗器と、前記第３の差動対の負側電圧出力端子及び前記第４の差動対の負側電圧出力端子と、電源との間に接続される第２の抵抗器と、を有することを特徴とする位相検出回路である。
【００１６】
また、本発明の他の態様は、前記制御回路により前記第１の電流源のみが動作する際の前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧と、前記制御回路により前記第２の電流源のみが動作する際の前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧と、に基づき、前記ギルバートセルの動作状態を検出する動作状態検出回路をさらに備えることを特徴とする位相検出回路である。
【００１７】
また、本発明の他の態様は、上記の位相検出回路における前記ギルバートセルを検査する検査方法であって、前記制御回路により前記第１及び第２の電流源のうち前記第１の電流源のみが動作する際の前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧と、前記制御回路により前記第１及び第２の電流源のうち前記第２の電流源のみが動作する際の前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧とに基づいて、前記ギルバートセルの動作状態を検出することを特徴とする検査方法である。
【００１８】
この構成によれば、ギルバートセルを含む半導体回路を検査する際に、検出対象である入力信号の位相の同相／反転関係を検出する位相検出回路において、検出可能な信号速度が制限されることを回避することが可能である。特に、入力信号が高周波信号である場合に有効である。
また、本発明の他の態様は、前記第１の電流源が動作している状態で、前記第１の電圧信号を前記第１の差動対の正側電圧入力端子と前記第２の差動対の負側電圧入力端子に入力し、前記第２の電圧信号を前記第１の差動対の負側電圧入力端子と前記第２の差動対の正側電圧入力端子に入力するとともに、前記第３の電圧信号を前記第３の差動対の正側電圧入力端子と前記第４の差動対の負側電圧入力端子に入力し、前記第４の電圧信号を前記第３の差動対の負側電圧入力端子と前記第４の差動対の正側電圧入力端子に入力する第１のステップと、前記第１のステップにおける処理が実行されているときに前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧を測定する第２のステップと、前記制御回路によって前記第１の電流源が動作している状態から前記第２の電流源が動作している状態に切り替える第３のステップと、前記第３のステップにおける処理が実行された後に前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の出力電圧を測定する第４のステップと、を含むことを特徴とする検査方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一態様によれば、ギルバートセルを含む半導体回路を検査する際に、検出対象である入力信号の位相の同相／反転関係を検出する位相検出回路において、検出可能な信号速度が制限されることを回避することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る位相検出回路の構成の一例を示す図である。
【図２】Ｎ型ＭＯＳトランジスタで構成されたギルバートセルの構成を示す図である。
【図３】ギルバートセルにおける入出力の関係を示すブール代数の真理値表を示す図である。
【図４】図２のギルバートセルにテスト用回路を付加した構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示される。
図１は、本実施形態に係るギルバートセルを用いた位相検出回路の具体例を示す図である。図１に示される位相検出回路は、図２に示されるギルバートセルと同様の構成を備えるとともに、さらに、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２０と、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１２１と、定電流源１３０と、定電流源１００と定電流源１３０とを切り替えるための制御回路１４０と、動作状態検出回路１５０とを追加した構成となっている。
【００２２】
ここで、抵抗１１０、１１１は、図２における抵抗９１０、９１１と同等である。また、トランジスタ１０１〜１０６は、図２におけるトランジスタ９０１〜９０６と同等である。また、定電流源１００は、図２における定電流源９００と同等である。
トランジスタ１２０はトランジスタ１０１と互いのドレインが接続され、トランジスタ１２１はトランジスタ１０２と互いのドレインが接続されている。差動入力端子Ｐ１は、トランジスタ１０１及びトランジスタ１２１のゲートに接続され、差動入力端子Ｎ１は、トランジスタ１０２及びトランジスタ１２０のゲートに接続されている。すなわち、トランジスタ１０１とトランジスタ１０２からなる差動対と、トランジスタ１２０とトランジスタ１２１からなる差動対とは並列の関係となる。
【００２３】
通常動作では、制御回路１４０は、定電流源１００を動作状態とし、定電流源１３０を停止させることにより、トランジスタ１２０とトランジスタ１２１とには電流が流れない。
すなわち、この通常動作のときには、図１の位相検出回路は、図２のギルバートセルと同等の構成となり、２対の差動入力端子Ｐ１及びＮ１、Ｐ２及びＮ２の位相の同相／反転を検出する回路となる。すなわち、図３に示されるように、差動入力端子Ｐ１とＮ１の位相と、差動入力端子Ｐ２とＮ２の位相が同相であれば、検出結果（差動電圧Ｖ）は負であり、逆に、２対の差動入力端子間の位相差が反転であれば、検出結果（差動電圧Ｖ）は正となる。
【００２４】
ここで、２対の差動入力信号は入力されたままの状態で、制御回路１４０が定電流源１００を停止し、かつ、定電流源１３０を動作させるように切り替えたとする。差動入力端子Ｐ１とＮ１の位相と、差動入力端子Ｐ２とＮ２の位相とが同相であれば、検出結果は正であり、逆に、２対の差動入力端子間の位相差が反転であれば、検出結果は負となる。つまり、この場合の検出結果は、通常動作における極性とは逆になる。
【００２５】
よって、後者のように、制御回路１４０が、定電流源１００を停止し、かつ、定電流源１３０を動作させる状態をテスト動作とすると、図１の回路素子が全て故障無く正常に動作している場合、図１の位相検出回路が通常動作からテスト動作に移行した場合、出力信号の位相の逆転が発生するはずである。動作状態検出回路１５０は、この状態を観測することで、ギルバートセルの動作状態が正常であるか否かを判断する。
【００２６】
この通常動作で安定した直流信号が観測され、さらにテスト動作で安定した直流信号、かつ通常動作と極性の反転した信号が観測されれば、図１の位相検出回路内部の素子は故障がなく、位相検出回路は正常に動作していることが確認できる。
ここで、例えば、位相検出回路と同じ半導体基板上に、検出対象の２つの差動信号を発生する回路がある場合、位相検出回路の故障を検出するための信号を、半導体集積回路の外部から入力する方法も考えられる。この場合には、外部から２つの差動信号を入力するために、半導体集積回路の信号経路に、外部からの入力と、内部からの入力を切り替えるためのスイッチが必要になるため、検出できる信号の速度に制限をもたらす。さらに、外部と接続するためのピンの追加が必要となり、集積回路の面積が増大する。これに対し、本実施形態の位相検出回路によれば、切り替えるためのスイッチが不要である。このように、本実施形態の位相検出回路は、検出できる信号の速度だけではなく、回路規模においても優れている。
【００２７】
なお、トランジスタ１０１、１０２と、トランジスタ１２０、１２１は、同じ規格（大きさ等が同一）であることが望ましい。なぜならば、本実施形態に係る位相検出回路は、上記説明したように、差動入力端子Ｐ１とＮ１、及び差動入力端子Ｐ２とＮ２に入力される差動入力信号はそのままに、制御回路１４０が、定電流源１００と定電流源１３０とを切り替える。この時、動作状態検出回路１５０は、差動電圧Ｖが図３の通りとなるか否かによって、ギルバートセルが正常に動作するか否かを判断する。よって、トランジスタ１０１、１０２と、トランジスタ１２０、１２１の規格が異なっていると、その規格の違いに起因して差動電圧Ｖの値が変動する可能性があるため、この２対の差動対の規格は同一であることが好ましい。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態に係る位相検出回路は、入力信号経路にトランジスタで構成されたスイッチを設置する必要がないため、位相検出が可能である入力信号の速度が制限されることを回避しつつ、２対の入力信号の位相の同相／反転を検出することができる。特に、入力信号が高周波信号である場合に効を奏する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【００２９】
１００、１３０  定電流源
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６  Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
１１０、１１１  抵抗
１２０、１２１  Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
１４０  制御回路
１５０  動作状態検出回路
８２０、８２１、８２２、８２３  Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
８３０  入力位相変更回路
８４０  制御信号
８４１  論理反転素子
９００  定電流源
９０１、９０２、９０３、９０４、９０５、９０６  Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
９１０、９１１  抵抗
Ｐ１、Ｎ１  差動入力端子
Ｐ２、Ｎ２  差動入力端子
ＯＰ、ＯＮ  差動出力端子
【図１】
0005466215.tif 000003
【図２】
0005466215.tif 000004
【図３】
0005466215.tif 000005
【図４】
0005466215.tif 000006