(57)【要約】  通信信号帯域中に通信信号を有する混合信号遠距離通信チップに対してクロック信号を供給するための本発明の方法において、上記クロック信号は、中心クロック周波数信号と、上記中心クロック周波数信号の倍数または除数であるサブ周波数信号とを含んでいる。中心クロック周波数信号は、中心クロック周波数信号およびサブ周波数信号が遠距離通信信号帯域から外れるように選択される。本発明の混合信号遠距離通信チップは、上記クロックプランニングを駆使する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信信号帯域中に通信信号を有する混合信号遠距離通信チップに対してクロック信号を供給するための方法であって、前記クロック信号は、中心クロック周波数信号と、前記中心クロック周波数信号の倍数または除数であるサブ周波数信号とを含み、前記中心クロック周波数信号は、中心クロック周波数信号およびサブ周波数信号が遠距離通信信号帯域から外れるように選択される、方法。
【請求項２】
前記遠距離通信信号帯域が２，４０２ＧＨｚから２，４８０ＧＨｚである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記中心クロック周波数が２の倍数である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記中心クロック周波数は、７０ＭＨｚから９０ＭＨｚの範囲内にあり、好ましくは６４ＭＨｚ、７６ＭＨｚ、８０ＭＨｚである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記中心クロック周波数が６４ＭＨｚであり、精度が８ビットであり、オーバーサンプリング因子が３２である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記チップが機能回路ブロックを備え、前記中心クロック周波数がオンチップ発振器により前記機能ブロックに対して供給される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
ＲＦフロンドエンドユニットと、アナログ・デジタル変換器と、デジタル・アナログ変換器と、変調器／復調器と、ＲＦシンセサイザと、発振器とを機能ブロックとして備えた、通信信号帯域中で通信信号を処理する混合信号遠距離通信チップであって、前記機能ブロックには、中心クロック周波数信号とこの中心クロック周波数信号の倍数または除数であるサブ周波数信号とを含むクロック信号が供給され、中心クロック周波数信号およびサブ周波数信号は、遠距離通信信号帯域の外側に位置される、混合信号遠距離通信チップ。
【請求項８】
前記遠距離通信信号帯域が２，４０２ＧＨｚから２，４８０ＧＨｚである、請求項７に記載のチップ。
【請求項９】
前記中心クロック周波数が２の倍数である、請求項７または８に記載のチップ。
【請求項１０】
前記中心クロック周波数は、７０ＭＨｚから９０ＭＨｚの範囲内にあり、好ましくは６４ＭＨｚ、７６ＭＨｚ、８０ＭＨｚである、請求項７から９のいずれか一項に記載のチップ。
【請求項１１】
前記中心クロック周波数が６４ＭＨｚであり、精度が８ビットであり、オーバーサンプリング因子が３２である、請求項７から１０のいずれか一項に記載のチップ。
【請求項１２】
前記Ｄ／Ａ変換器が前記ＲＦフロンドエンドユニットに対して直接に接続されている、請求項７から１１のいずれか一項に記載のチップ。
【請求項１３】
前記中心クロック周波数を前記機能ブロックに対して供給するオンチップ発振器を備えている、請求項７から１２のいずれか一項に記載のチップ。
【請求項１４】
前記オンチップ発振器が外部発振器に接続されている、請求項７から１３のいずれか一項に記載のチップ。
【請求項１５】
前記外部発振器が水晶発振器である、請求項７から１４のいずれか一項に記載のチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合信号遠距離通信チップにクロック信号を供給するための方法および混合信号遠距離通信チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
１つのチップ上に無線周波数（ＲＦ）がアナログ信号およびデジタル信号と共に置かれる場合には、クロックプランニングが不可欠となる。デジタルシステムにおいては、頻繁に、複数のクロックが互いに整数比ではない状態で使用される。非同期論理もかなり頻繁に使用される。クロック周波数の奇数倍および／または周波数間でのクロス変調積（ｃｒｏｓｓ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｓ）は、ＲＦ範囲内で大いに見出すことができ、基板バウンス（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｂｏｕｎｃｅ）に起因して情報信号を破壊する場合がある。これらの基板バウンス効果は、クロック操作に起因する電流スパイクがボンディングワイヤまたはＭＯＳデバイスのｐｎ接合を介して基板中に電圧ノイズとして導入されるために存在する。基板はクロック周波数を簡単に拾い上げるため、このクロック周波数の倍数を基板上で見出すことができる。この基板は、これらの信号を拾い上げる感度が高いＲＦ回路により共有され、また、ＦＭ変調が生じることがあるため、回路によって処理される通信信号が乱れる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、混合信号遠距離通信チップにおけるクロック信号による通信信号の乱れに伴う前述した問題の解決策を見出すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様においては、通信信号帯域中に通信信号を有する混合信号遠距離通信チップに対してクロック信号を供給するための方法であって、上記クロック信号が、中心クロック周波数信号と、上記中心クロック周波数信号の倍数または除数であるサブ周波数信号とを含む方法が提供される。この場合、上記中心クロック周波数信号は、中心クロック周波数信号およびサブ周波数信号が遠距離通信信号帯域から外れるように選択される。本発明のこの態様は、中心クロック周波数信号自体およびサブ周波数信号自体が遠距離通信信号帯域に入らないことにより、上記問題を解決する。本発明は１つのクロックだけを使用することができ、他の全てのクロック周波数は、中心クロックからの整数の倍数または整数の除数である。本発明において、混合信号通信チップにおけるクロックプランニングは、重要であり、回路により処理される通信信号の乱れを防止するための有利な方法である。
【０００５】
本発明の方法の好ましい態様において、遠距離通信信号帯域は、ブルートゥース（登録商標）用途の遠距離通信信号帯域である２，４０２ＧＨｚから２，４８０ＧＨｚである。ブルートゥース（登録商標）は、本発明の好ましい用途である。
【０００６】
本発明の方法の好ましい態様において、中心クロック周波数は２の倍数である。２の倍数はロジックにより簡単に扱うことができるため、この中心クロック周波数は有益である。
【０００７】
本発明の方法の好ましい態様において、中心クロック周波数は、７０ＭＨｚから９０ＭＨｚの範囲内にあり、好ましくは６４ＭＨｚ、７６ＭＨｚ、７８ＭＨｚあるいは８０ＭＨｚである。２，４０２ＧＨｚから２，４８０ＧＨｚ帯域で動作するブルートゥース（登録商標）の場合、このクロックプランニングにより、クロック周波数が興味深くなる。これは、７６ＭＨｚ、７８ＭＨｚ、８０ＭＨｚといったクロック周波数の奇数倍がブルートゥース（登録商標）帯域に入らないからである。
【０００８】
本発明の方法の好ましい態様においては、中心クロック周波数が６４ＭＨｚであり、精度が８ビットであり、オーバーサンプリング因子が３２である。アナログ・デジタル変換器４において必要な精度は８ビットである。復調を良好に行なうために、オーバーサンプリングを使用することができ、その場合には、８の因子が有益である。これは、６４ＭＨｚのクロック周波数が好ましいクロック周波数である故の他の態様である。
【０００９】
本発明の方法の好ましい態様において、チップは機能回路ブロックを備え、中心クロック周波数がオンチップ発振器により上記機能ブロックに対して供給される。オンチップ発振器は、別個の外部水晶発振器に対して接続される。この外部水晶発振器は、チップとは別体である。この発振器は、６４ＭＨｚの中心クロック周波数を形成する。
【００１０】
本発明の一態様においては、ＲＦフロンドエンド部と、アナログ・デジタル変換器と、変調器／復調器と、デジタル・アナログ変換器と、発振器と、ＲＦシンセサイザとを機能ブロックとして備えた、通信信号帯域中で通信信号を処理する混合信号遠距離通信チップであって、上記機能ブロックには、中心クロック周波数信号とこの中心クロック周波数信号の倍数または除数であるサブ周波数信号とを含むクロック信号が供給され、中心クロック周波数信号およびサブ周波数信号が遠距離通信信号帯域の外側に位置される混合信号遠距離通信チップが提供される。これにより、回路によって処理される通信信号の乱れを防止するためにクロックプランニングが役立つ有利な遠距離通信チップが得られる。
【００１１】
本発明のチップの好ましい態様においては、遠距離通信信号帯域が２，４０２ＧＨｚから２，４８０ＧＨｚである。
【００１２】
チップの好ましい態様において、中心クロック周波数は２の倍数である。
【００１３】
本発明のチップの好ましい態様において、中心クロック周波数は、７０ＭＨｚから９０ＭＨｚの範囲内にあり、好ましくは６４ＭＨｚ、７６ＭＨｚ、８０ＭＨｚである。
【００１４】
本発明のチップの好ましい態様においては、中心クロック周波数が６４ＭＨｚであり、精度が８ビットであり、オーバーサンプリング因子が３２である。
【００１５】
本発明のチップの好ましい態様においては、デジタル・アナログ変換器がＲＦフロンドエンド部に対して直接に接続されている。６４ＭＨｚでオーバーサンプリングされるデジタル・アナログ変換器が使用される場合、オーバーサンプリングに起因して正弦演算が展開され、デジタル・アナログ変換器の出力部でアナログ信号のスペクトルが減衰される。ブルートゥース（登録商標）規格の場合には、デジタル・アナログ変換器をＲＦフロントエンド部に対して直接に接続することができる。
【００１６】
本発明のチップの好ましい態様において、チップは、中心クロック周波数を機能ブロックに対して供給するオンチップ発振器を備えている。
【００１７】
本発明のチップの好ましい態様においては、オンチップ発振器が外部発振器に接続されている。
【００１８】
本発明のチップの好ましい態様においては、外部発振器が水晶発振器である。
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、チップの構成部品および外部水晶発振器（結晶発振器）１２を示している。チップ上の機能部品は、ＲＦフロンドエンドユニット２、アナログ・デジタル変換器４、デジタル・アナログ変換器６、変調器／復調器８、ＲＦシンセサイザ１０、水晶発振器１２、外部発振器１４である。ＲＦシンセサイザ１０、デジタル・アナログ変換器６、アナログ・デジタル変換器４、変調器／復調器８は、水晶発振器１２に対して接続されている。水晶発振器１２は、６４ＭＨｚの中心クロック周波数を供給する。ＲＦシンセサイザ１０はＲＦフロンドエンドユニットに接続されている。シンセサイザは、ブルートゥース（登録商標）帯域をアップ／ダウンコンバートするために必要な２，４０２から２，４８０ＧＨｚのクロック周波数を合成する。したがって、この場合、１つの周波数が使用される。ＲＦフロンドエンドユニット２はアナログ・デジタル変換器４に接続されている。
【００２１】
信号が受信される場合、ＲＦフロンドエンドユニット２は、受信したアナログ信号をアナログ・デジタル変換器４に送信して、このアナログ信号をデジタル信号に変換する。変換された信号は、アナログ・デジタル変換器４から復調器８へと送られる。復調器８は、この信号を、更なる操作のために復調する。以上が、信号が受信される時の信号の経路である。
【００２２】
信号が送信される場合、信号は、最初に、変調器によって変調される。変調後、デジタル信号は、変調器８からデジタル・アナログ変換器６へと送られる。デジタル・アナログ変換器６は、このデジタル信号をアナログ信号に変換する。デジタル・アナログ変換器６は、６４Ｍｂｉｔ／ｓのデータ転送速度で、変調器から信号を受信する。変換された信号は、デジタル・アナログ変換器６からＲＦフロンドエンドユニット２へと送られる。
【００２３】
ブルートゥース（登録商標）データ転送速度は１Ｍｂｉｔ／ｓである。良好なサンプル検出のためには、１サンプル当り８ビットが必要である。これにより、アナログ・デジタル変換器４の出力部で８Ｍｂｉｔ／ｓのデータ転送速度が得られる。図２は、精度を高めるために４倍オーバーサンプリングされた正弦曲線の図を示している。オーバーサンプリング以外に、信号対雑音比も増大する。良好な復調を行なうため、適切な結果を示す８の因子だけ、オーバーサンプリングを使用することができる。これにより、データ転送速度は６４Ｍｂｉｔ／ｓになる。クロック周波数は６４ＭＨｚである。図２の左側には、最低限必要なサンプル周波数が示されている。サンプル周波数はナイキスト速度である。ナイキスト速度のサンプル周波数は、最大信号周波数の２倍に等しい。
【００２４】
デジタル・アナログ変換器６は、図３に示される時間領域にホールド機能（関数）を有している。時間領域から周波数領域へのホールド機能のフーリエ変換が図４に示されている。特にｆｓ／２を超える周波数においてフィルタ作用を成す正弦関数が示されている。ｆｓはサンプリング周波数を示している。
【００２５】
８ＭＨｚにおいて例えば３６ｄＢの減衰を得るためには、２つの選択肢がある。第１の選択肢は、オーバーサンプリングされるデジタル・アナログ変換器６および二次フィルタを使用することである。デジタル・アナログ変換器６は４倍オーバーサンプリングされる。サンプリング周波数は８ＭＨｚである。８ＭＨｚでは、１ＭＨｚ信号において、減衰が１８ｄＢ優れている。フィルタが更に３６ｄＢの減衰を与えるため、結果的に、減衰は５４ｄＢとなる。二次フィルタに代わるものは、１８ｄＢの減衰を与える一次フィルタである。したがって、減衰は約３６ｄＢとなる。
【００２６】
第２の選択肢および好ましい可能性は、過度にオーバーサンプリングされるデジタル・アナログ変換器６である。信号が３２倍オーバーサンプリングされる場合には、サンプリング周波数は６４ＭＨｚに等しく、減衰は３６ｄＢである。このバージョンは、フィルタが不要になり、したがって、設計が簡略化されるという利点を有している。
【００２７】
ブルートゥース（登録商標）のスペクトルが図５に示されている。図５において、ブルートゥース（登録商標）の情報帯域は、０Ｈｚから１ＭＨｚの範囲である。ナイキスト周波数は２ＭＨｚである。正弦関数（図５）によれば、ブルートゥース（登録商標）情報帯域の右側の次の上側の帯域は、−３６ｄＢだけ減衰される。図５のサンプル周波数は６４ＭＨｚであり、このことは、サンプリング周波数がナイキスト周波数の３２倍であることを意味している。
【００２８】
ブルートゥース（登録商標）情報帯域の次の上側の帯域は、ほぼ６４ＭＨｚのサンプリング周波数である。ここでの情報帯域は、６３ＭＨｚから６５ＭＨｚの範囲である。オーバーサンプリングのおかげにより、デジタル・アナログ変換器６が３２の因子だけオーバーサンプリングされる際、デジタル・アナログ変換器６をＲＦフロンドエンドユニットに対して直接に接続することができる。
【００２９】
デジタル・アナログ変換器６のオーバーサンプリングの他の利点は、省電力化である。デジタル・アナログ変換器６をＲＦフロンドエンドユニットに対して直接に接続するため、電力を節約することができる。これらの間には、エネルギを供給すべき他の装置が存在しない。
【００３０】
６４ＭＨｚが好ましく且つブルートゥース（登録商標）規格において有利な中心クロック周波数である他の理由は、６４ＭＨｚを１２８（２の倍数）で割った値が、発振器を中心に置くためにフェーズロックドループで使用されるクロック周波数である５００ＫＨｚになるからである。
【００３１】
特定の１つのクロック周波数またはクロックプランニングをそれぞれ選択することにより、正確なオーバーサンプリングに起因してフィルタ作用が暗に得られるため、別個のフィルタ操作またはフィルタ手段がもはや不要になり、また、妨害クロック信号が操作帯域中に全く存在しなくなる。図６は、デジタル回路が動作していない時のスペクトルを示している。ピークＰ０の減衰が−５．０５ｄＢｍである場合の中心周波数は２，４５ＧＨｚであり、周波数の乱れは全く見られない。
【００３２】
図７は、デジタル回路が動作している時の遠距離通信信号帯域の出力スペクトルを示している。デジタル回路においては、１３ＭＨｚクロック信号が使用される。ピークＰ０の減衰が−５．０５ｄＢｍである場合の中心周波数が２，４５ＧＨｚであり、１３ＭＨｚクロック信号の倍数Ｐ１．．．．．Ｐｎが信号帯域のほぼ中心周波数で現われることが分かる。ピークＰ１が約−７０ｄＢｍのノイズレベルを十分に上回る−５０，６６ｄＢｍの減衰を有しているのが分かる。したがって、調和周波数が通信信号を乱す傾向がある。
【００３３】
６４ＭＨｚがクロック周波数として使用される場合には、クロックの倍数は遠距離通信信号のスペクトルに入らない。この結果が図８に示されている。この場合も同様に、ピークＰ０の減衰が−５．０５ｄＢｍである場合の中心周波数は２．４５ＧＨｚである。この中心クロック周波数の整数の倍数は、遠距離通信信号の周波数帯域中に現われない。中心クロック周波数に整数因子を掛け合わせることにより、調和周波数を計算することができる。６４ＭＨｚのクロック周波数の図示の調和周波数ＰＨは、２．４５ＧＨｚの信号周波数よりも高い約１１０ＭＨｚである。この周波数の相違を考えると、中心クロック周波数の調和による信号周波数の乱れはない。
【００３４】
また、８ビット精度および特定の信号対雑音比の要求との組み合わせにおいて、６４ＭＨｚの中心クロック周波数を選択すると、受信部においてアナログ・デジタル変換器４が８倍オーバーサンプリングとなる。デジタル・アナログ変換器６のための送信チェーンにおける３２倍のオーバーサンプリングにより、別個のフィルタを節約でき、したがって、電力を節約することができる。クロック周波数６４ＭＨｚを１２８（２の倍数）で割った値は、発振器を中心に置くためにフェーズロックドループで使用されるクロック周波数である５００ＫＨｚとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】チップ上の機能部品、機能部品間の接続、オンチップ発振器から外部発振器への接続を示す図である。
【図２】アナログ信号の４×オーバーサンプリングを示す図である。アナログ・デジタル変換器４によってオーバーサンプリングが行なわれる。
【図３】デジタル・アナログ変換器６の時間領域におけるホールド機能（関数）の図である。
【図４】図３の時間領域から周波数領域へのホールド機能のフーリエ変換の図である。
【図５】ブルートゥース（登録商標）のための周波数スペクトルを示す図であり、サンプリング周波数は６４ＭＨｚである。
【図６】デジタル回路が動作していない時の遠距離通信信号帯域のスペクトルを示す図である。
【図７】デジタル回路が動作している時の遠距離通信信号帯域の出力スペクトルを示す図である。
【図８】６４ＭＨｚクロックが使用された時のスペクトルを示す図であり、偽トーンがブルートゥース（登録商標）のスペクトルから外れている。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【国際調査報告】
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