(57)【要約】【課題】  ノイズによる誤動作が少なく、同一チップ上に集積化するのに好適な電圧制御発振回路およびそれを用いた半導体集積装置、無線通信装置を提供する。【解決手段】  ループ状コイル１１、１２が、互いに点対称になるように直列接続された８の字状コイル１３と、８の字状コイル１３に並列接続された可変容量ダイオード１４、１５を有するキャパシタ１６と、トランジスタ１７、１８を有する差動アンプ１９を備えている。８の字状コイル１３に生じる誘導ノイズが差動アンプ１９の入力端に対して同相ノイズとなるように、８の字状コイル１３、キャパシタ１６、差動アンプ１９をそれぞれ対称に配置している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ状コイルが互いに点対称になるように直列接続された８の字状コイルと、
一方のアノードが前記８の字状コイルの一端に接続され、他方のアノードが前記８の字状コイルの他端に接続され、カソードが共通接続された可変容量ダイオードと、
一方のトランジスタのコレクタが他方のトランジスタのベースおよび前記８の字状コイルの一端に接続され、前記他方のトランジスタのコレクタが前記一方のトランジスタのベースおよび前記８の字状コイルの他端に接続され、エミッタが共通接続された差動アンプと
を有することを特徴とする電圧制御発振回路。
【請求項２】
ループ状コイルが互いに点対称になるように直列接続された第１の８の字状コイルと、
一方のアノードが前記第１の８の字状コイルの一端に接続され、他方のアノードが前記第１の８の字状コイルの他端に接続され、カソードが共通接続された可変容量ダイオードと、
ループ状コイルが、互いに点対称になるように直列接続された第２の８の字状コイルと、
一方のトランジスタのコレクタが他方のトランジスタのベースおよび前記第２の８の字状コイルの一端に接続され、前記他方のトランジスタのコレクタが前記一方のトランジスタのベースおよび前記第２の８の字状コイルの他端に接続され、エミッタが共通接続された差動アンプと
を具備し、
前記第１および第２の８の字状コイルが電磁誘導により互いに結合していることを特徴とする電圧制御発振回路。
【請求項３】
請求項１に記載の電圧制御発振回路を有する半導体集積装置において、前記差動アンプと、前記可変容量ダイオードおよび前記８の字状コイルが、同一チップ上に集積して形成されていることを特徴とする半導体集積装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電圧制御発振回路を有する半導体集積装置において、前記差動アンプと、前記可変容量ダイオードと、前記第１および第２の８の字状コイルが、同一チップ上に集積して形成され、且つ前記第１の８の字状コイルと前記第２の８の字状コイルが異なる平面上の同じ位置に離間対向して形成されていることを特徴とする半導体集積装置。
【請求項５】
外部から入力された入力信号に基づいて、請求項１または請求項２に記載の第１電圧制御発振回路の出力信号を変調し、前記変調された出力信号をアンテナから送信する信号送信手段と、
前記アンテナで受信した受信信号を、請求項１または請求項２に記載の第２電圧制御発振回路の出力信号を用いて復調し、前記復調された受信信号を外部へ出力する信号受信手段と、
の少なくともいずれかを有することを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御発振回路に係り、特にノイズによる誤動作の少ない電圧制御発振回路およびそれを用いた半導体集積装置、無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される移動体通信端末等の無線通信装置は、ＲＦ（無線周波）信号処理部に外部からの印加電圧により発振周波数が可変できる電圧制御発振回路（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）を有している。
【０００３】
電圧制御発振回路には、無線通信装置の小型化のために、高密度実装時に周囲の電磁界との結合が最小限に抑えられることが要求される。
【０００４】
従来、電圧制御発振回路として、コイルと印加電圧に応じて容量が可変できる容量可変ダイオードとトランジスタが基板に集積されたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１に開示された無線通信装置に用いられる電圧制御発振回路は、支持基板上にプリント配線により互いに左右反転したループ状の直列接続されたコイルが形成され、半導体基板上にコイル以外の素子、例えばコンデンサやトランジスタ等が形成されている。  コイルとコンデンサおよびトランジスタは、半導体チップの裏面に形成されたバンプをプリント配線上に当接することにより電気的接続されている。
【０００６】
然しながら、特許文献１に開示された互いに左右反転した形状のコイルを直列接続したコイルは、２つのコイルの同相接続となるので、コイルには外部からの電磁波や他の回路を流れる高周波電流による電磁界と結合した誘導ノイズが発生し易い。その結果、電圧制御発振回路には誘導ノイズによりスプリアスが発生し、発振周波数が変動すると言う問題がある。特に、共振周波数に近い周波数のノイズにより、発振周波数の揺らぎが大きくなる。
【０００７】
また、電圧制御発振回路自体が発生した高周波電流により、周辺回路に影響を及ぼす恐れがあるので、電圧制御発振回路と周辺回路、例えば高周波信号処理回路等を１チップに集積するのが難しくなるという問題がある。
【０００８】
従って、電圧制御発振回路を搭載した基板をシールドされた筐体に収納する必要があるので、装置の小型化が難しいという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−２５２３２４号公報（４−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ノイズによる誤動作が少ない電圧制御発振回路およびそれを用いた半導体集積装置、無線通信装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の電圧制御発振回路は、ループ状コイルが互いに点対称になるように直列接続された８の字状コイルと、一方のアノードが前記８の字状コイルの一端に接続され、他方のアノードが前記８の字状コイルの他端に接続され、カソードが共通接続された可変容量ダイオードと、一方のトランジスタのコレクタが他方のトランジスタのベースおよび前記８の字状コイルの一端に接続され、前記他方のトランジスタのコレクタが前記一方のトランジスタのベースおよび前記８の字状コイルの他端に接続され、エミッタが共通接続された差動アンプとを有することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の他の態様の電圧制御発振回路は、ループ状コイルが互いに点対称になるように直列接続された第１の８の字状コイルと、一方のアノードが前記第１の８の字状コイルの一端に接続され、他方のアノードが前記第１の８の字状コイルの他端に接続され、カソードが共通接続された可変容量ダイオードと、ループ状コイルが、互いに点対称になるように直列接続された第２の８の字状コイルと、一方のトランジスタのコレクタが他方のトランジスタのベースおよび前記第２の８の字状コイルの一端に接続され、前記他方のトランジスタのコレクタが前記一方のトランジスタのベースおよび前記第２の８の字状コイルの他端に接続され、エミッタが共通接続された差動アンプとを具備し、前記第１および第２の８の字状コイルが電磁誘導により互いに結合していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ループ状コイルが互いに点対称になるように直列接続された８の字状コイルを差動アンプに接続したので、外部からの電磁界による誘導ノイズは差動アンプの入力端に対して同相ノイズとすることができる。
【００１３】
その結果、同相ノイズは互いに打ち消しあうので、電圧制御発振回路の発振周波数の安定性が向上する。従って、外部ノイズの影響を受けない高精度な無線通信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１乃至図３は本発明の実施例１に係る電圧制御発振回路を示す図で、図１は半導体基板上に集積された電圧制御発振回路の平面図、図２はその等価回路を示す回路図、図３はその断面図で、図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図、図３（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施例の半導体基板上に集積された電圧制御発振回路１０は、ループ状のコイル１１、１２が互いに点対称になるように直列接続された８の字状コイル１３と、８の字状コイル１３に並列接続され、可変容量ダイオード１４、１５がカソードが対向するように直列接続されたキャパシタ１６と、８の字状コイル１３とキャパシタ１６の並列共振回路の出力を増幅するトランジスタ１７、１８が襷がけに接続された差動アンプ１９を有している。
【００１７】
８の字状コイル１３は、ループ状コイル１１と、コイル１１の一端を回転中心としてコイル１１を１８０度回転して得られるループ状コイル１２とが回転中心で直列に接続されている。矢印ａ、ｂは、ある時刻にループ状コイル１１、１２に流れる電流の向きを示している。
【００１８】
可変容量ダイオード１４、１５はＢ−Ｂ線に対して離間対向して線対称に配置され、トランジスタ１７、１８は可変容量ダイオード１４、１５の間に近接して線対称に配置されている。
【００１９】
図２に示すように、キャパシタ１６は、可変容量ダイオード１４、１５を有し、可変容量ダイオード１４のアノードＡ１がコイル１１のノードＡに接続され、可変容量ダイオード１５のアノードＡ２がコイル１２のノードＢに接続されている。  
カソードＫ１、Ｋ２は制御電圧入力端子２１に共通に接続されている。制御電圧入力端子２１には制御電圧Ｖｃｏｎｔが印加され、この制御電圧により可変容量ダイオード１４、１５のキャパシタンスが変化する。
【００２０】
差動アンプ１９は、トランジスタ１７、１８を有し、トランジスタ１７のコレクタＣ１がトランジスタ１８のベースＢ２およびコイル１１のノードＡに接続され、トランジスタ１８のコレクタＣ２がトランジスタ１７のベースＢ１およびコイル１２のノードＢに接続されている。エミッタＥ１、Ｅ２は共通接地されている。  
コレクタＣ１、Ｃ２はバイアス電流入力端子２２、２３にそれぞれ接続され、バイアス電流入力端子２２、２３にはバイアス電流が印加され、このバイアス電流により差動アンプ１９が駆動される。
【００２１】
これにより、８の字状コイル１３とキャパシタ１６の並列共振回路と差動アンプ１９の正帰還作用による発振回路が構成され、並列共振周波数で発振する。
【００２２】
図３に示すよう、電圧制御発振回路１０は、半導体基板３１上に８の字状コイル１３とキャパシタ１６と差動アンプ１９が集積して形成されている。
【００２３】
半導体基板３１上に絶縁膜３２、例えばシリコン酸化膜を形成した後、絶縁膜３２の一部をエッチングにより除去した領域に、ｐｎ接合に逆バイアスを印加した際に生じる接合容量を利用した可変容量ダイオード１４、１５がカソードＫ１、Ｋ２が離間対向するように形成され、配線３３により直列接続されている。
【００２４】
同様に、トランジスタ１７、１８が可変容量ダイオード１４、１５の間に近接して形成され、配線３４を介して襷がけに接続されている。配線３３と配線３４は、絶縁膜（図示せず）により絶縁分離されている。
【００２５】
絶縁膜３２上にＡｌ配線により、例えば線幅４０μｍ程度、膜厚３μｍ程度、直径２２０μｍ程度、インダクタンス０．３ｎＨ程度のループ状コイル１１、１２が形成されている。
【００２６】
可変容量ダイオード１４のアノードＡ１がビア３５を介してコイル１１のノードＡに接続され、可変容量ダイオード１５のアノードＡ２がビア３６を介してコイル１２のノードＢに接続されている。
【００２７】
即ち、半導体基板３１の上部表面にキャパシタ１６および差動アンプ１９が形成され、半導体基板３１上に形成された絶縁膜３２上に８の字状コイル１３が形成されている。
【００２８】
上述したループ状コイル１１、１２が互いに点対称になるように直列接続された８の字状コイル１３は、８の字状コイル１３の内部ではコイル１１、１２の磁界が互いに強め合い、８の字状コイル１３の外部遠方ではコイル１１、１２の磁界が互いに打ち消し合うような磁界分布が形成される。
【００２９】
これにより、外部からの電磁界により８の字状コイル１３に生じる誘導ノイズは差動アンプ１９の入力端に対して同相ノイズとすることができる。その結果、同相ノイズは互いに打ち消しあうので、電圧制御発振回路１０の発振周波数の安定性を向上させることが可能である。
【００３０】
また、８の字状コイル１３の外部遠方の磁界は互いに打ち消し合って弱められるので、周辺回路に与える影響を低減することが可能である。その結果、電圧制御発振回路１０と周辺回路を同一のチップに集積することが容易であり、更に、筐体シールドが簡易に済む利点がある。
【００３１】
図４は、図１に示す電圧制御発振回路１０を用いた無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【００３２】
図４に示すように、本実施例の無線通信装置４０は、電波信号を送信または受信するアンテナ４１と、アンテナ４１が電波信号を送信するかまたは受信するかを選択する切り替え器４２と、外部から入力された入力信号を処理した電波信号をアンテナ４１に出力する信号送信手段４３と、アンテナ４１が受信した電波信号を処理して外部に出力する信号受信手段４４とを有している。
【００３３】
信号送信手段４３は、外部から入力された信号を処理する入力信号処理回路４５と、入力信号処理回路４５の出力信号により第１電圧制御発振回路４６の出力信号を変調する変調回路４７と、変調回路４７の出力信号を増幅してアンテナ４１へ出力するパワーアンプ４８とを有している。
【００３４】
信号受信手段４４は、アンテナ４１が受信した電波信号を増幅するローノイズアンプ４９と、ローノイズアンプ４９の出力と第２電圧制御発振回路５０の出力信号を混合して電波信号を復調するミキサー５１と、復調された信号を処理して外部に出力する出力信号処理回路５２とを有している。
【００３５】
これにより、外部からの入力信号、例えば音声／画像信号を所定の圧縮方式で圧縮してエンコードした信号の送信、あるいは受信された信号をデコードして元の音声／画像信号の再生をノイズによる誤動作なくおこなうことが可能である。
【００３６】
以上説明したように、本実施例によれば、ループ状コイル１１、１２が互いに点対称になるように直列接続された８の字状コイル１３を差動アンプ１９に接続したので、外部からの電磁界による誘導ノイズは差動アンプ１９の入力端に対して同相ノイズとすることができる。
【００３７】
その結果、同相ノイズは互いに打ち消しあうので、電圧制御発振回路１０の発振周波数の安定性が向上する。従って、外部ノイズの影響を受けない高精度な無線通信装置を提供することができる。
【００３８】
ここでは、無線通信装置４０は信号送信手段４３と信号受信手段４４の両方を有する場合について説明したが、いずれかだけであっても構わない。
【実施例２】
【００３９】
図５乃至図７は本発明の実施例２に係る電圧制御発振回路を示す図で、図５は半導体基板上に集積された電圧制御発振回路の平面図で、図５（ａ）は第１の８の字状コイルを示す平面図、図５（ｂ）は第２の８の字状コイルを示す平面図、図６はその等価回路を示す回路図、図７はその断面図で、図７（ａ）は図５のＣ−Ｃ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図、図７（ｂ）は図５のＤ−Ｄ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。
【００４０】
本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
【００４１】
本実施例が実施例１と異なる点は、８の字状コイルとキャパシタを有する並列共振回路と、並列共振回路の出力を正帰還増幅する差動アンプを電気的に分離し、電磁誘導により磁気的に結合したことにある。
【００４２】
即ち、図５に示すように、本実施例の電圧制御発振回路６０は８の字状コイル１３に並列接続されたキャパシタ１６を有する並列共振回路６１と、ループ状のコイル６２、６３が互いに点対称になるように直列接続された８の字状コイル６４と、８の字状コイル６４に並列接続された差動アンプ１９を有し、並列共振回路６１と電気的に分離され、電磁誘導により磁気的に結合した電磁結合差動アンプ６５とを有している。
【００４３】
図６に示すように、並列共振回路６１は８の字状コイル１３とキャパシタ１６が並列接続され、磁気結合差動アンプ６５は８の字状コイル６４と差動アンプ１９が並列接続されている。８の字状コイル１３と８の字状コイル６４は、電気的に分離され、電磁誘導により磁気的に結合している。
【００４４】
図７に示すように、絶縁膜６６上の８の字状コイル６４は、例えば、ループ状コイル１１、１２と同様に線幅４０μｍ程度、膜厚３μｍ程度、直径２２０μｍ程度、インダクタンス０．３ｎＨ程度のループ状コイル６２、６３を有し、絶縁膜３２上の８の字状コイル１３と同じ位置に、８の字状コイル１３と離間対向して形成されている。絶縁膜６６により、８の字状コイル１３と８の字状コイル６４が電気的に分離されている。
【００４５】
絶縁膜６６は、膜厚は８の字状コイル１３と８の字状コイル６４が磁気的に結合できる距離であれば特に限定されないが、３〜６μｍ程度が適当である。また、ループ状コイル１１、１２による段差に対して良好なステップカバレージと高い平坦度、埋め込み特性などに優れた膜であれば特に限定されないが、厚膜形成が容易なＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）膜等が適している。
【００４６】
８の字状コイル１３と８の字状コイル６４により、電圧制御発振回路６０を並列共振回路６１と電磁結合差動アンプ６５に電気的に分離したので、並列共振回路６１と電磁結合差動アンプ６５をそれぞれ最適な条件で動作させることが可能である。
【００４７】
例えば、並列共振回路６１ではキャパシタ１６が共振器全体のＱの劣化を最小限抑えるよう過不足なく可変でき、且つ可変範囲をリニアリティ良くカバーするように動作させることができる。また、磁気結合差動アンプ６５では差動アンプ１９が最適動作点で動作するようにバイアス電流を設定することができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施例の電圧制御発振回路６０は、電気的に分離され、且つ磁気的に結合された並列共振回路６１と磁気結合差動アンプ６５を有しているので、並列共振回路６１と磁気結合差動アンプ６５をそれぞれ最適な条件で動作させることができる利点がある。
【００４９】
上述した実施例においては、ループ状コイルが互いに点対称になるように直列接続された８の字状コイルを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２つのコイルが点対称になるように配置されていれば同様の効果を得ることができる。
【００５０】
例えば、スパイラス状コイルや方形状コイルがそれぞれ互いに点対称になるように直列接続された８の字状コイルであっても構わない。要求されるコイルのインダクタンスやＱ値、半導体基板上のレイアウト等の許容範囲内であれば、自由に設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例１に係る電圧制御発振回路を示す平面図。
【図２】本発明の実施例１に係る電圧制御発振回路の等価回路を示す回路図。
【図３】本発明の実施例１に係る電圧制御発振回路を示す断面図で、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図。
【図４】本発明の実施例１に係る電圧制御発振回路を有する無線通信装置。
【図５】本発明の実施例２に係る電圧制御発振回路を示す平面図で、図５（ａ）は第１の８の字状コイルを示す平面図、図５（ｂ）は第２の８の字状コイルを示す平面図。
【図６】本発明の実施例２に係る電圧制御発振回路の等価回路を示す回路図。
【図７】本発明の実施例２に係る電圧制御発振回路を示す断面図で、図７（ａ）は図５のＣ−Ｃ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図、図７（ｂ）は図５のＤ−Ｄ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１０、６０  電圧制御発振回路
１１、１２、６２、６３  ループ状コイル
１３、６４  ８の字状コイル
１４、１５  可変容量ダイオード
１６  キャパシタ
１７、１８  トランジスタ
１９  差動アンプ
２１  制御電圧入力端子
２２、２３  バイアス電流入力端子
３１  半導体基板
３２、６６  絶縁膜
３３、３４  配線
３５、３６  ビア
４０  無線通信装置
４１  アンテナ
４２  切り替え器
４３  信号送信手段
４４  信号受信手段
４５  入力信号処理回路
４６  第１電圧制御発振回路
４７  変調回路
４８  パワーアンプ
４９  ローノイズアンプ
５０  第２電圧制御発振回路
５１  ミキサー
５２  出力信号処理回路
６１  並列共振回路
６５  電磁結合差動アンプ
【図１】
2006032805.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006032805.tif 000009