(57)【要約】  第１電力により送信する第１送信電力モード、および、前記第１電力よりも小さい第２電力により送信する第２送信電力モードを有する半導体集積回路であって、前記第２送信電力モードにおいて、送信信号を受け取って増幅する第１トランジスタと、前記第１トランジスタの出力と出力端子の間に設けられ、前記第１トランジスタの出力の減衰を制御する抵抗素子およびスイッチ素子を含む減衰器と、を有し、電力の漏れを抑えつつ簡単な回路構成により、送信電力モードの切り替えを可能とする。
2015056348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電力により送信する第１送信電力モード、および、前記第１電力よりも小さい第２電力により送信する第２送信電力モードを有する半導体集積回路であって、
前記第２送信電力モードにおいて、送信信号を受け取って増幅する第１トランジスタと、
前記第１トランジスタの出力と出力端子の間に設けられ、前記第１トランジスタの出力の減衰を制御する抵抗素子およびスイッチ素子を含む減衰器と、を有する、
ことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記第１送信電力モードにおいても、前記第１トランジスタが前記送信信号を受け取って増幅する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記スイッチ素子は、スイッチングトランジスタであり、
前記減衰器は、
前記第１トランジスタの出力と所定の電位線の間に、直列に設けられた第１抵抗素子および第１スイッチングトランジスタと、
前記第１トランジスタの出力と前記出力端子の間に、並列に設けられた第２抵抗素子および第２スイッチングトランジスタと、
前記出力端子と前記所定の電位線の間に、直列に設けられた第３抵抗素子および第３スイッチングトランジスタと、を含み、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオフすると共に、前記第２スイッチングトランジスタがオンし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオンすると共に、前記第２スイッチングトランジスタがオフする、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
さらに、
前記第１，第２および第３スイッチングトランジスタのスイッチングを制御するセレクタを有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記第１送信電力モードにおいて、前記第１トランジスタとは異なるトランジスタが前記送信信号を受け取って増幅する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項６】
前記スイッチ素子は、スイッチングトランジスタであり、
前記減衰器は、
前記第１トランジスタの出力と所定の電位線の間に、直列に設けられた第１抵抗素子および第１スイッチングトランジスタと、
前記第１トランジスタの出力と前記出力端子の間に設けられた第２抵抗素子と、
前記出力端子と前記所定の電位線の間に、直列に設けられた第３抵抗素子および第３スイッチングトランジスタと、を含み、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオフし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオンする、
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体集積回路。
【請求項７】
前記減衰器は、さらに、
前記第２抵抗素子と並列に設けられた第２スイッチングトランジスタを含み、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第２スイッチングトランジスタが前記送信信号を受け取って増幅すると共に、前記第１トランジスタがオフし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第２スイッチングトランジスタがオフする、
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体集積回路。
【請求項８】
さらに、
前記第１トランジスタと並列に設けられ、前記第１トランジスタよりも大きなサイズの第４スイッチングトランジスタを有し、
前記第４スイッチングトランジスタは、前記第１送信電力モードでオンし、前記第２送信電力モードでオフする、
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体集積回路。
【請求項９】
さらに、
前記第１，第２，第３および第４スイッチングトランジスタを制御するセレクタを有する、
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体集積回路。
【請求項１０】
さらに、
前記出力端子と前記所定の電位線の間に設けられた第５スイッチングトランジスタを有し、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第５スイッチングトランジスタが前記送信信号を受け取って増幅すると共に、前記第１トランジスタがオフし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第５スイッチングトランジスタがオフする、
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体集積回路。
【請求項１１】
前記第５スイッチングトランジスタのサイズは、前記第１トランジスタのサイズとほぼ等しい、
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体集積回路。
【請求項１２】
さらに、
前記第１，第３および第５スイッチングトランジスタを制御するセレクタを有する、
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の半導体集積回路。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の半導体集積回路と、
前記第１送信電力モードによる前記第１電力、および、前記第２送信電力モードによる前記第２電力を出力するアンテナと、
前記半導体集積回路と前記アンテナの間に設けられ、前記半導体集積回路および前記アンテナの整合を行う整合回路と、を有する、
ことを特徴とする無線送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願で言及する実施例は、半導体集積回路および無線送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ボディエリアネットワーク(ＢＡＮ：Body Area Network)およびセンサネットワーク(ＷＳＮ：Wireless Sensor Networks)等を実現する近距離・低電力無線システムが注目されている。【０００３】
ここで、ＢＡＮとは、例えば、人体およびその周辺における数メートル程度の範囲内でデータを遣り取りする、通信距離の短い無線ネットワークである。このＢＡＮを利用して、例えば、人体の頭部に多数の脳波センサ(脳波電極)を取り付け、それらの脳波センサからの大量のデータを無線送信して脳波モニタを行い、或いは、カプセル型内視鏡からの画像データを無線により転送することが考えられている。【０００４】
また、ＷＳＮとは、例えば、複数のセンサ付端末を散在させ、それらセンサ付端末を、無線を介して相互に接続するネットワークであり、様々な分野への応用が考えられている。【０００５】
上述したＢＡＮおよびＷＳＮを実現する近距離無線規格としては、例えば、ＩＥＥＥ802.15.6およびＺｉｇＢｅｅ（登録商標）といった様々なものが提案されている。【０００６】
ところで、従来、送信電力の異なる通信モードを切り替えることのできる無線通信技術としては、様々な提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１４１７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、ＩＥＥＥ802.15.6およびＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の近距離無線規格に準拠した送信機では、例えば、脳波モニタや画像転送等のアプリケーションに求められる高いデータ転送速度を実現するのが難しい。【０００９】
そのため、無線通信機器に対して、標準規格モードの他に独自の高速モード(高速データ転送モード)を設け、ユーザがソフトウエア的にモードを切り替えて使用することが考えられている。【００１０】
ここで、高速モードを、複数のチャネルを束ねることで実現する場合、アンテナから放射可能な電波の強度は微弱無線の規定に制限されることになり、最大送信電力は、標準規格に比べて３０ｄＢ〜４０ｄＢ程度低くなる。従って、送信機は、動作モードに応じて、例えば、−１０ｄＢｍと−５０ｄＢｍのどちらの送信電力も実現できるようにするのが好ましい。【００１１】
微弱無線機器は、通常、半導体集積回路(ＬＳＩチップ)の外部に固定の減衰器を挿入し、或いは、アンテナとの整合をずらすといった手法により、例えば、−５０ｄＢｍといった超低送信電力を実現している。しかしながら、このような手法では、例えば、−１０ｄＢｍおよび−５０ｄＢｍの両方の送信電力を切り替えて使用することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態によれば、第１電力により送信する第１送信電力モード、および、前記第１電力よりも小さい第２電力により送信する第２送信電力モードを有する半導体集積回路であって、第１トランジスタと、減衰器と、を有する半導体集積回路が提供される。【００１３】
前記第１トランジスタは、前記第２送信電力モードにおいて、送信信号を受け取って増幅する。前記減衰器は、前記第１トランジスタの出力と出力端子の間に設けられ、前記第１トランジスタの出力の減衰を制御する抵抗素子およびスイッチ素子を含む。
【発明の効果】
【００１４】
開示の半導体集積回路および無線送信機は、電力の漏れを抑えつつ簡単な回路構成により通常送信電力モードおよび超低送信電力モードを切り替えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、無線送信機の一例を説明するためのブロック図である。
【図２】図２は、第１実施例の無線送信機を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図である。
【図４】図４は、第２実施例の無線送信機を示すブロック図である。
【図５】図５は、図４に示す無線送信機におけるトランジスタサイズを説明するための図である。
【図６】図６は、図４に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図である。
【図７】図７は、第３実施例の無線送信機を示すブロック図である。
【図８】図８は、図７に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、半導体集積回路および無線送信機の実施例を詳述する前に、無線送信機の一例およびその課題を、図１を参照して説明する。図１は、無線送信機の一例を説明するためのブロック図であり、図１(a)は、通常送信電力時(例えば、−１０ｄＢｍ送信時)を示し、図１(b)は、超低送信電力時(例えば、−５０ｄＢｍ送信時)を示す。
【００１７】
無線送信機は、半導体集積回路(ＬＳＩチップ)１１、整合回路１２およびアンテナ(出力アンテナ)１３を含む。ＬＳＩチップ１１は、ゲートに送信信号Ｓinが入力され、ソースが低電位電源線(電圧Ｖss)に接続され、ドレインがＬＳＩチップの出力端子ｏｕｔに接続されたトランジスタ(ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ：最終段増幅器)Ｍ１０を含む。
【００１８】
まず、図１(a)に示されるように、通常送信電力時において、最終段増幅器のトランジスタＭ１０のドレイン(出力端子ｏｕｔ)は、ＬＳＩチップ１１の外部に設けられた整合回路１２を介してアンテナ１３に接続される。
【００１９】
ここで、例えば、ＬＳＩチップ１１の出力インピーダンス(整合回路１２の入力インピーダンス)は６００Ωとされ、整合回路１２の出力インピーダンス(アンテナ１３の入力インピーダンス)は５０Ωとされている。これにより、アンテナ１３からは、トランジスタＭ１０による通常の電力(例えば、−１０ｄＢｍ)による送信が行われる。
【００２０】
これに対して、図１(b)に示されるように、超低送信電力時において、ＬＳＩチップ１１の出力端子ｏｕｔと整合回路１２の間には、減衰器１４が挿入される。減衰器１４は、Π型抵抗ネットワークとされ、出力端子ｏｕｔと整合回路１２の間に直列に設けられた抵抗Ｒ１２、並びに、抵抗Ｒ１２の両端と低電位電源線(Ｖss)の間にそれぞれ設けられた抵抗Ｒ１１，Ｒ１３を含む。
【００２１】
抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３の抵抗値ｒ１１〜ｒ１３は、例えば、ｒ１１＝ｒ１３＝６００[Ω]、ｒ１２＝３０ｋ[Ω]に設定される。すなわち、ＬＳＩチップ１１の出力インピーダンス(減衰器１４の入力インピーダンス)および減衰器１４の出力インピーダンス(整合回路１２の入力インピーダンス)は６００Ωとされている。なお、整合回路１２の出力インピーダンス(アンテナ１３の入力インピーダンス)は５０Ωとされている。これにより、アンテナ１３からは、トランジスタＭ１０による通常電力を減衰器１４で減衰した電力(例えば、−５０ｄＢｍ)による送信が行われる。
【００２２】
ここで、例えば、図１(a)に示す通常送信電力時(通常送信電力モード)の状態と、図１(b)に示す超低送信電力時(超低送信電力モード)の状態を切り替えるには、例えば、減衰器１４と並列に損失の小さいスイッチ(ゲート幅の広いトランジスタ)を設けることになる。しかしながら、このようなスイッチを設けると、そのスイッチ用トランジスタのドレイン−ソース間のフィードスルーなどにより微弱無線の規定を外れた電力が外部に漏れる虞がある。
【００２３】
以下、半導体集積回路および無線送信機の実施例を、添付図面を参照して詳述する。図２は、第１実施例の無線送信機を示すブロック図である。
【００２４】
図２に示されるように、第１実施例の無線送信機は、半導体集積回路(ＬＳＩチップ)１、整合回路２およびアンテナ(出力アンテナ)３を含む。ＬＳＩチップ１は、トランジスタ(ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ：第１トランジスタ)Ｍ０および減衰器１０を含む。
【００２５】
減衰器１０は、Π型抵抗ネットワークとされ、トランジスタＭ０のドレインと出力端子ＯＵＴの間に直列に設けられた抵抗(抵抗素子)Ｒ２、並びに、抵抗Ｒ２の両端と低電位電源線(Ｖss)の間にそれぞれ設けられた抵抗(抵抗素子)Ｒ１，Ｒ３を含む。さらに、減衰器１０は、トランジスタ(スイッチ素子：ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ：スイッチングトランジスタ)Ｍ１〜Ｍ３を含む。
【００２６】
すなわち、図２と前述した図１(b)の比較から明らかなように、第１実施例の無線送信機において、ＬＳＩチップ１には、例えば、最終段増幅器のトランジスタＭ０と共に、抵抗Ｒ１〜Ｒ３およびトランジスタＭ１〜Ｍ３を含む減衰器１０が設けられている。
【００２７】
最終段増幅器のトランジスタＭ０のゲートには、送信信号Ｓinが入力され、ソースは、低電位電源線(電圧Ｖss)に接続され、ドレインは、抵抗Ｒ２を介してＬＳＩチップの出力端子ＯＵＴに接続されている。
【００２８】
抵抗Ｒ２の両端と低電位電源線(Ｖss)の間には、それぞれ、直列接続された抵抗Ｒ１およびトランジスタＭ１、並びに、抵抗Ｒ３およびトランジスタＭ３が設けられている。また、抵抗Ｒ２の両端には、抵抗Ｒ２と並列接続されたトランジスタＭ２のソースおよびドレインが接続されている。
【００２９】
ここで、トランジスタＭ１〜Ｍ３は、スイッチとして機能し、通常送信電力時(通常送信電力モード：例えば、−１０ｄＢｍ送信時)と、超低送信電力時(超低送信電モード：例えば、−５０ｄＢｍ送信時)でスイッチ状態を切り替えるようになっている。
【００３０】
具体的に、通常送信電力モード(第１送信電力モード)では、トランジスタＭ２をオンして、トランジスタＭ１，Ｍ３をオフし、逆に、超低送信電力時(第２送信電力モード)では、トランジスタＭ２をオフして、トランジスタＭ１，Ｍ３をオンする。
【００３１】
ここで、例えば、通常送信電力モードの送信電力を−１０ｄＢｍとし、超低送信電力モードの送信電力を−５０ｄＢｍとする場合を考えると、３つの抵抗Ｒ１〜Ｒ３を含むΠ型抵抗ネットワークの減衰器１０により、出力電力を４０ｄＢ減衰させることになる。
【００３２】
さらに、例えば、減衰器１０の入出力インピーダンスを６００Ωに整合させるには、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値ｒ１〜ｒ３は、ｒ１＝ｒ３＝６００[Ω]、ｒ２＝３０ｋ[Ω]に設定すればよい。
【００３３】
図３は、図２に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図であり、図３(a)は、全体構成を示すものであり、図３(b)は、制御信号ＣＮＴ１の論理を示すものである。
【００３４】
図３(a)に示されるように、トランジスタＭ１およびＭ３のゲートには、セレクタＳ１の出力信号(Ｚ)が与えられ、トランジスタＭ２のゲートには、セレクタＳ１の出力をインバータＩ１で反転した信号(/Ｚ)が与えられる。
【００３５】
ここで、セレクタＳ１は、一方の入力Ａで高電位電源電圧(電源電圧)Ｖddを受け取り、他方の入力Ｂで低電位電源電圧(接地電圧)Ｖssを受け取り、制御信号ＣＮＴ１が低レベル『０』のときにＡを選択し、高レベル『１』のときにＢを選択してＺとして出力する。
【００３６】
従って、図３(b)に示されるように、半導体集積回路１を、例えば、−１０ｄＢｍの通常送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ１を『１』とし、セレクタＳ１の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)となるようにする。これにより、トランジスタＭ１，Ｍ３がオフし、トランジスタＭ２がオンして、上述した通常送信電力モードとなる。
【００３７】
一方、半導体集積回路１を、例えば、−５０ｄＢｍの超低送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ１を『０』に設定し、セレクタＳ１の出力Ｚが高電位電源電圧Ｖdd(入力Ａ)となるようにする。これにより、トランジスタＭ１，Ｍ３がオンし、トランジスタＭ２がオフして、上述した超低送信電力モードとなる。
【００３８】
このように、第１実施例の無線送信機(半導体集積回路)によれば、簡単な回路構成により通常送信電力モードおよび超低送信電力モードを切り替えることが可能になる。
【００３９】
図４は、第２実施例の無線送信機を示すブロック図であり、図４(a)は、通常送信電力時(例えば、−１０ｄＢｍ送信時)を示し、図４(b)は、超低送信電力時(例えば、−５０ｄＢｍ送信時)を示す。
【００４０】
図２および図３を参照して説明したＬＳＩチップ１では、例えば、通常送信電力モードにおいて、トランジスタＭ２がオンしてトランジスタＭ０のドレインと出力端子ＯＵＴを接続するが、トランジスタＭ２による挿入損失によって送信機の電力効率が低下する。
【００４１】
すなわち、例えば、−１０ｄＢｍ送信時の通常送信電力モードにおける動作を考えると、トランジスタＭ２は、できるだけ大きなサイズの(ゲート幅の広い)トランジスタとして挿入損失を小さくするのが好ましい。
【００４２】
しかしながら、トランジスタＭ２のサイズを大きくすると、例えば、−５０ｄＢｍ送信時の超低送信電力モードにおいて、ドレイン−ソース間の寄生容量に起因した不要な電力がアンテナ１３に漏れる虞がある。図４に示す第２実施例の無線送信機は、このような問題をさらに解決するものである。
【００４３】
図４(a)および図４(b)と前述した図２の比較から明らかなように、第２実施例の無線送信機において、ＬＳＩチップ１は、さらに、トランジスタＭ０と並列に設けられた大きなサイズのスイッチ用トランジスタ(ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ)Ｍ４を含む。
【００４４】
まず、図４(a)に示されるように、通常送信電力モード(第１送信電力モード)では、トランジスタＭ２のゲートに送信信号Ｓinを入力し、トランジスタＭ０のゲートに低電位電源電圧Ｖssを与えると共に、トランジスタＭ４のゲートに高電位電源電圧Ｖddを与える。これにより、トランジスタＭ０はオフし、トランジスタＭ４はオンする。なお、トランジスタＭ１およびＭ３は、それらのゲートに低電位電源電圧Ｖssを与えてオフする。
【００４５】
一方、図４(b)に示されるように、超低送信電力モード(第２送信電力モード)では、トランジスタＭ０のゲートに送信信号Ｓinを入力し、トランジスタＭ２およびＭ４のゲートに低電位電源電圧Ｖssを与える。これにより、トランジスタＭ４はオフする。なお、トランジスタＭ１およびＭ３は、それらのゲートに高電位電源電圧Ｖddを与えてオンする。
【００４６】
図５は、図４に示す無線送信機におけるトランジスタサイズを説明するための図である。トランジスタＭ０〜Ｍ４のサイズ(ゲート幅)Ｗ０〜Ｗ４に関して、トランジスタＭ０のサイズＷ０を基準の１Ｕとした時、トランジスタＭ１〜Ｍ４のサイズＷ１〜Ｗ４は、例えば、Ｗ１＝Ｗ３＝１０Ｕ、Ｗ２＝１Ｕ、Ｗ４＝１０Ｕ〜２０Ｕと設定することができる。
【００４７】
すなわち、トランジスタＭ０，Ｍ２のサイズＷ０，Ｗ２は、両方とも同じ１Ｕとされ、この１Ｕの大きさは、無線送信機の最大出力(例えば、−１０ｄＢｍ)に従って決めることができる。また、抵抗Ｒ１，Ｒ３の抵抗値ｒ１，ｒ３は、例えば、減衰器１０の入出力インピーダンスの６００Ωに設定される(ｒ１＝ｒ３＝６００[Ω])。
【００４８】
ところで、抵抗Ｒ１，Ｒと直列接続されるトランジスタＭ１，Ｍ３のサイズＷ０，Ｗ３は、オンした時の抵抗値が６００Ωよりも十分小さくないと、減衰器１０の入出力インピーダンスの６００Ωからずれてしまう。
【００４９】
また、トランジスタＭ０，Ｍ２が６００Ωのインピーダンスで整合する素子であることを考えると、トランジスタＭ１，Ｍ３のサイズＷ１，Ｗ３は、トランジスタＭ０，Ｍ２のサイズＷ０，Ｗ２の１０倍、或いは、それ以上の大きさを有するのが好ましい。
【００５０】
単純な計算例として、例えば、トランジスタＭ０の１０倍のサイズ(１０Ｕ)を有するトランジスタＭ１のインピーダンスは６０Ωとなり、直列接続されたトランジスタＭ１と抵抗Ｒ１による合成インピーダンスは６６０Ωとなる。この６６０Ωの合成インピーダンスが、６００Ωのインピーダンス整合に対して許容できなければ、トランジスタＭ１(Ｍ３)のサイズＷ１(Ｗ３)をさらに大きく設定する。
【００５１】
次に、トランジスタＭ４のサイズＷ４は、トランジスタＭ２に対してどの程度大きく設定すればよいかといった条件によって規定される。例えば、トランジスタＭ４のサイズＷ４は、トランジスタＭ４をオンさせ、トランジスタＭ２のゲートに送信信号Ｓinを入力したとき、トランジスタＭ２のソース(トランジスタＭ４のドレイン)の電圧が、常にほぼ０Ｖとなる大きさに設定することができる。
【００５２】
本第２実施例によれば、上述した第１実施例におけるトランジスタＭ２のサイズを大きくしたときの超低送信電力モードにおける不要な電力の漏れ(フィードスルー)の問題を解決することができる。
【００５３】
なお、トランジスタＭ４は、大きなドレイン寄生容量を持つため、例えば、−５０ｄＢｍの超低送信電力モードにおいて、インピーダンス不整合が生じる虞もあるが、これは、減衰器１０の定数や送信信号Ｓinの振幅を調整することで回避することが可能である。
【００５４】
図６は、図４に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図であり、図６(a)は、全体構成を示すものであり、図６(b)は、制御信号ＣＮＴ１１〜ＣＮＴ１３の論理を示すものである。
【００５５】
図６(a)に示されるように、トランジスタＭ２のゲートには、セレクタＳ１１の出力信号(Ｚ)が与えられ、トランジスタＭ０のゲートには、セレクタＳ１２の出力信号が与えられる。
【００５６】
トランジスタＭ１およびＭ３のゲートには、セレクタＳ１３の出力信号が与えられ、トランジスタＭ４のゲートには、セレクタＳ１３の出力をインバータＩ１１で反転した信号(/Ｚ)が与えられる。
【００５７】
ここで、セレクタＳ１１，Ｓ１２は、一方の入力Ａで送信信号Ｓinを受け取り、他方の入力Ｂで低電位電源電圧Ｖssを受け取り、制御信号ＣＮＴ１１，ＣＮＴ１２が低レベル『０』のときにＡを選択し、高レベル『１』のときにＢを選択してＺとして出力する。
【００５８】
また、セレクタＳ１３は、一方の入力Ａで高電位電源電圧Ｖddを受け取り、他方の入力Ｂで低電位電源電圧Ｖssを受け取り、制御信号ＣＮＴ１３が低レベル『０』のときにＡを選択し、高レベル『１』のときにＢを選択してＺとして出力する。
【００５９】
従って、図６(b)に示されるように、半導体集積回路１を、例えば、−１０ｄＢｍの通常送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ１１を『０』、ＣＮＴ１２およびＣＮＴ１３を『１』とする。
【００６０】
これにより、セレクタＳ１１の出力Ｚが送信信号Ｓin(入力Ａ)、セレクタＳ１２の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)、セレクタＳ１３の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)となる。その結果、トランジスタＭ２のゲートに送信信号Ｓinが入力され、トランジスタＭ０，Ｍ１，Ｍ３がオフし、トランジスタＭ４がオンして、上述した通常送信電力モードとなる。
【００６１】
一方、半導体集積回路１を、例えば、−５０ｄＢｍの超低送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ１１を『１』、ＣＮＴ１２およびＣＮＴ１３を『０』とする。
【００６２】
これにより、セレクタＳ１１の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ))、セレクタＳ１２の出力Ｚが入力Ｓin(入力Ａ)、セレクタＳ１３の出力Ｚが高電位電源電圧Ｖdd(入力Ａ)となる。その結果、トランジスタＭ０のゲートに送信信号Ｓinが入力され、トランジスタＭ１，Ｍ３がオンし、トランジスタＭ２，Ｍ４がオフして、上述した超低送信電力モードとなる。
【００６３】
このように、第２実施例の無線送信機(半導体集積回路)によれば、電力の漏れを抑えつつ簡単な回路構成により通常送信電力モードおよび超低送信電力モードを切り替えることが可能になる。
【００６４】
図７は、第３実施例の無線送信機を示すブロック図であり、図７(a)は、通常送信電力時(例えば、−１０ｄＢｍ送信時)を示し、図７(b)は、超低送信電力時(例えば、−５０ｄＢｍ送信時)を示す。
【００６５】
図４〜図６を参照して説明した第２実施例では、例えば、大きなサイズのトランジスタＭ４を使用している。これに対して、本第３実施例では、大きなサイズのトランジスタＭ４を省略し、その代りに、ＬＳＩチップ１の出力端子ＯＵＴにトランジスタＭ５を設けるようになっている。なお、トランジスタＭ５は、トランジスタＭ０と同等のものでよく、また、減衰器１０におけるトランジスタＭ２も省略することができる。
【００６６】
すなわち、図７(a)に示されるように、通常送信電力モード(第１送信電力モード)では、トランジスタＭ５のゲートに送信信号Ｓinを入力し、トランジスタＭ０のゲートに低電位電源電圧Ｖssを与える。これにより、トランジスタＭ０はオフする。なお、トランジスタＭ１およびＭ３も、それらのゲートに低電位電源電圧Ｖssを与えてオフする。
【００６７】
一方、図７(b)に示されるように、超低送信電力モード(第２送信電力モード)では、トランジスタＭ０のゲートに送信信号Ｓinを入力し、トランジスタＭ５のゲートに低電位電源電圧Ｖssを与える。これにより、トランジスタＭ５はオフする。なお、トランジスタＭ１およびＭ３は、それらのゲートに高電位電源電圧Ｖddを与えてオンする。
【００６８】
このように、本第３実施例によれば、上述した第２実施例における通常送信電力モードでのトランジスタＭ２およびＭ４の縦積み構造を、トランジスタＭ５による一段の構造とすることができる。
【００６９】
図８は、図７に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図であり、図８(a)は、全体構成を示すものであり、図８(b)は、制御信号ＣＮＴ２１〜ＣＴＮ２３の論理を示すものである。
【００７０】
図８(a)に示されるように、トランジスタＭ５のゲートには、セレクタＳ２１の出力信号(Ｚ)が与えられ、トランジスタＭ０のゲートには、セレクタＳ２２の出力信号が与えられる。また、トランジスタＭ１およびＭ３のゲートには、セレクタＳ２３の出力信号が与えられる。
【００７１】
ここで、セレクタＳ２１，Ｓ２２は、一方の入力Ａで送信信号Ｓinを受け取り、他方の入力Ｂで低電位電源電圧Ｖssを受け取り、制御信号ＣＮＴ２１，ＣＮＴ２２が低レベル『０』のときにＡを選択し、高レベル『１』のときにＢを選択してＺとして出力する。
【００７２】
また、セレクタＳ２３は、一方の入力Ａで高電位電源電圧Ｖddを受け取り、他方の入力Ｂで低電位電源電圧Ｖssを受け取り、制御信号ＣＮＴ２３が低レベル『０』のときにＡを選択し、高レベル『１』のときにＢを選択してＺとして出力する。
【００７３】
従って、図８(b)に示されるように、半導体集積回路１を、例えば、−１０ｄＢｍの通常送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ２１を『０』、ＣＮＴ２２およびＣＮＴ２３を『１』とする。
【００７４】
これにより、セレクタＳ２１の出力Ｚが送信信号Ｓin(入力Ａ)、セレクタＳ２２の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)、セレクタＳ２３の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)となる。その結果、トランジスタＭ５のゲートに送信信号Ｓinが入力され、トランジスタＭ０，Ｍ１，Ｍ３がオフして、上述した通常送信電力モードとなる。
【００７５】
一方、半導体集積回路１を、例えば、−５０ｄＢｍの超低送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ２１を『１』、ＣＮＴ２２およびＣＮＴ２３を『０』とする。
【００７６】
これにより、セレクタＳ２１の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)、セレクタＳ２２の出力Ｚが送信信号Ｓin(入力Ａ)、セレクタＳ２３の出力Ｚが高電位電源電圧Ｖdd(入力Ａ)となる。その結果、トランジスタＭ０のゲートに送信信号Ｓinが入力され、トランジスタＭ１，Ｍ３がオンして、上述した超低送信電力モードとなる。
【００７７】
このように、第３実施例の無線送信機(半導体集積回路)によれば、例えば、第２実施例で使用した大きなサイズのトランジスタＭ４(およびトランジスタＭ２)を不要とし、電力の漏れを抑えつつ簡単な回路構成により通常送信電力モードおよび超低送信電力モードを切り替えることが可能になる。
【００７８】
以上において、通常送信電力モードにおける−１０ｄＢｍの送信電力、および、超低送信電力モードにおける−５０ｄＢｍの送信電力は、単なる例であり、様々な電力を適用することができる。
【００７９】
また、各トランジスタは、ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタを例として説明したが、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタでもよく、また、ＭＯＳトランジスタ以外のトランジスタであってもよい。さらに、減衰器の構成やセレクタ等に関しても様々な変形が可能なのはいうまでもない。なお、制御信号の論理も使用するトランジスタの導電型等に従って適宜変化する。
【００８０】
ここに記載されている全ての例および条件的な用語は、読者が、本発明と技術の進展のために発明者により与えられる概念とを理解する際の助けとなるように、教育的な目的を意図したものである。
【００８１】
また、具体的に記載されている上記の例および条件、並びに、本発明の優位性および劣等性を示すことに関する本明細書における例の構成に限定されることなく、解釈されるべきものである。
【００８２】
さらに、本発明の実施例は詳細に説明されているが、本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な変更、置換および修正をこれに加えることが可能であると解すべきである。
【符号の説明】
【００８３】
１，１１    半導体集積回路(ＬＳＩチップ)
２，１２    整合回路
３，１３    アンテナ
１０，１４    減衰器
Ｍ０    トランジスタ(第１トランジスタ：ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ)
Ｍ１〜Ｍ５    トランジスタ(第１〜第５スイッチングトランジスタ：ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ)
Ｍ１０    トランジスタ(ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ)
Ｒ１〜Ｒ３    抵抗(抵抗素子)
Ｒ１１〜Ｒ１３    抵抗
Ｓ１，Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３    セレクタ
【図１】
2015056348.tif 000003
【図２】
2015056348.tif 000004
【図３】
2015056348.tif 000005
【図４】
2015056348.tif 000006
【図５】
2015056348.tif 000007
【図６】
2015056348.tif 000008
【図７】
2015056348.tif 000009
【図８】
2015056348.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月14日(2016.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願で言及する実施例は、半導体集積回路および無線送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ボディエリアネットワーク(ＢＡＮ：Body Area Network)およびセンサネットワーク(ＷＳＮ：Wireless Sensor Networks)等を実現する近距離・低電力無線システムが注目されている。
【０００３】
ここで、ＢＡＮとは、例えば、人体およびその周辺における数メートル程度の範囲内でデータを遣り取りする、通信距離の短い無線ネットワークである。このＢＡＮを利用して、例えば、人体の頭部に多数の脳波センサ(脳波電極)を取り付け、それらの脳波センサからの大量のデータを無線送信して脳波モニタを行い、或いは、カプセル型内視鏡からの画像データを無線により転送することが考えられている。
【０００４】
また、ＷＳＮとは、例えば、複数のセンサ付端末を散在させ、それらセンサ付端末を、無線を介して相互に接続するネットワークであり、様々な分野への応用が考えられている。
【０００５】
上述したＢＡＮおよびＷＳＮを実現する近距離無線規格としては、例えば、ＩＥＥＥ802.15.6およびＺｉｇＢｅｅ（登録商標）といった様々なものが提案されている。
【０００６】
ところで、従来、送信電力の異なる通信モードを切り替えることのできる無線通信技術としては、様々な提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１４１７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、ＩＥＥＥ802.15.6およびＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の近距離無線規格に準拠した送信機では、例えば、脳波モニタや画像転送等のアプリケーションに求められる高いデータ転送速度を実現するのが難しい。
【０００９】
そのため、無線通信機器に対して、標準規格モードの他に独自の高速モード(高速データ転送モード)を設け、ユーザがソフトウエア的にモードを切り替えて使用することが考えられている。
【００１０】
ここで、高速モードを、複数のチャネルを束ねることで実現する場合、アンテナから放射可能な電波の強度は微弱無線の規定に制限されることになり、最大送信電力は、標準規格に比べて３０ｄＢ〜４０ｄＢ程度低くなる。従って、送信機は、動作モードに応じて、例えば、−１０ｄＢｍと−５０ｄＢｍのどちらの送信電力も実現できるようにするのが好ましい。
【００１１】
微弱無線機器は、通常、半導体集積回路(ＬＳＩチップ)の外部に固定の減衰器を挿入し、或いは、アンテナとの整合をずらすといった手法により、例えば、−５０ｄＢｍといった超低送信電力を実現している。しかしながら、このような手法では、例えば、−１０ｄＢｍおよび−５０ｄＢｍの両方の送信電力を切り替えて使用することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態によれば、第１電力により送信する第１送信電力モード、および、前記第１電力よりも小さい第２電力により送信する第２送信電力モードを有する半導体集積回路であって、第１トランジスタと、減衰器と、を有する半導体集積回路が提供される。
【００１３】
前記第１トランジスタは、前記第２送信電力モードにおいて、送信信号を受け取って増幅する。前記減衰器は、前記第１トランジスタの出力と出力端子の間に設けられ、前記第１トランジスタの出力の減衰を制御する抵抗素子およびスイッチ素子を含む。
【発明の効果】
【００１４】
開示の半導体集積回路および無線送信機は、電力の漏れを抑えつつ簡単な回路構成により通常送信電力モードおよび超低送信電力モードを切り替えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、無線送信機の一例を説明するためのブロック図である。
【図２】図２は、第１実施例の無線送信機を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図である。
【図４】図４は、第２実施例の無線送信機を示すブロック図である。
【図５】図５は、図４に示す無線送信機におけるトランジスタサイズを説明するための図である。
【図６】図６は、図４に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図である。
【図７】図７は、第３実施例の無線送信機を示すブロック図である。
【図８】図８は、図７に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、半導体集積回路および無線送信機の実施例を詳述する前に、無線送信機の一例およびその課題を、図１を参照して説明する。図１は、無線送信機の一例を説明するためのブロック図であり、図１(a)は、通常送信電力時(例えば、−１０ｄＢｍ送信時)を示し、図１(b)は、超低送信電力時(例えば、−５０ｄＢｍ送信時)を示す。
【００１７】
無線送信機は、半導体集積回路(ＬＳＩチップ)１１、整合回路１２およびアンテナ(出力アンテナ)１３を含む。ＬＳＩチップ１１は、ゲートに送信信号Ｓinが入力され、ソースが低電位電源線(電圧Ｖss)に接続され、ドレインがＬＳＩチップの出力端子ｏｕｔに接続されたトランジスタ(ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ：最終段増幅器)Ｍ１０を含む。
【００１８】
まず、図１(a)に示されるように、通常送信電力時において、最終段増幅器のトランジスタＭ１０のドレイン(出力端子ｏｕｔ)は、ＬＳＩチップ１１の外部に設けられた整合回路１２を介してアンテナ１３に接続される。
【００１９】
ここで、例えば、ＬＳＩチップ１１の出力インピーダンス(整合回路１２の入力インピーダンス)は６００Ωとされ、整合回路１２の出力インピーダンス(アンテナ１３の入力インピーダンス)は５０Ωとされている。これにより、アンテナ１３からは、トランジスタＭ１０による通常の電力(例えば、−１０ｄＢｍ)による送信が行われる。
【００２０】
これに対して、図１(b)に示されるように、超低送信電力時において、ＬＳＩチップ１１の出力端子ｏｕｔと整合回路１２の間には、減衰器１４が挿入される。減衰器１４は、Π型抵抗ネットワークとされ、出力端子ｏｕｔと整合回路１２の間に直列に設けられた抵抗Ｒ１２、並びに、抵抗Ｒ１２の両端と低電位電源線(Ｖss)の間にそれぞれ設けられた抵抗Ｒ１１，Ｒ１３を含む。
【００２１】
抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３の抵抗値ｒ１１〜ｒ１３は、例えば、ｒ１１＝ｒ１３＝６００[Ω]、ｒ１２＝３０ｋ[Ω]に設定される。すなわち、ＬＳＩチップ１１の出力インピーダンス(減衰器１４の入力インピーダンス)および減衰器１４の出力インピーダンス(整合回路１２の入力インピーダンス)は６００Ωとされている。なお、整合回路１２の出力インピーダンス(アンテナ１３の入力インピーダンス)は５０Ωとされている。これにより、アンテナ１３からは、トランジスタＭ１０による通常電力を減衰器１４で減衰した電力(例えば、−５０ｄＢｍ)による送信が行われる。
【００２２】
ここで、例えば、図１(a)に示す通常送信電力時(通常送信電力モード)の状態と、図１(b)に示す超低送信電力時(超低送信電力モード)の状態を切り替えるには、例えば、減衰器１４と並列に損失の小さいスイッチ(ゲート幅の広いトランジスタ)を設けることになる。しかしながら、このようなスイッチを設けると、そのスイッチ用トランジスタのドレイン−ソース間のフィードスルーなどにより微弱無線の規定を外れた電力が外部に漏れる虞がある。
【００２３】
以下、半導体集積回路および無線送信機の実施例を、添付図面を参照して詳述する。図２は、第１実施例の無線送信機を示すブロック図である。
【００２４】
図２に示されるように、第１実施例の無線送信機は、半導体集積回路(ＬＳＩチップ)１、整合回路２およびアンテナ(出力アンテナ)３を含む。ＬＳＩチップ１は、トランジスタ(ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ：第１トランジスタ)Ｍ０および減衰器１０を含む。
【００２５】
減衰器１０は、Π型抵抗ネットワークとされ、トランジスタＭ０のドレインと出力端子ＯＵＴの間に直列に設けられた抵抗(抵抗素子)Ｒ２、並びに、抵抗Ｒ２の両端と低電位電源線(Ｖss)の間にそれぞれ設けられた抵抗(抵抗素子)Ｒ１，Ｒ３を含む。さらに、減衰器１０は、トランジスタ(スイッチ素子：ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ：スイッチングトランジスタ)Ｍ１〜Ｍ３を含む。
【００２６】
すなわち、図２と前述した図１(b)の比較から明らかなように、第１実施例の無線送信機において、ＬＳＩチップ１には、例えば、最終段増幅器のトランジスタＭ０と共に、抵抗Ｒ１〜Ｒ３およびトランジスタＭ１〜Ｍ３を含む減衰器１０が設けられている。
【００２７】
最終段増幅器のトランジスタＭ０のゲートには、送信信号Ｓinが入力され、ソースは、低電位電源線(電圧Ｖss)に接続され、ドレインは、抵抗Ｒ２を介してＬＳＩチップの出力端子ＯＵＴに接続されている。
【００２８】
抵抗Ｒ２の両端と低電位電源線(Ｖss)の間には、それぞれ、直列接続された抵抗Ｒ１およびトランジスタＭ１、並びに、抵抗Ｒ３およびトランジスタＭ３が設けられている。また、抵抗Ｒ２の両端には、抵抗Ｒ２と並列接続されたトランジスタＭ２のソースおよびドレインが接続されている。
【００２９】
ここで、トランジスタＭ１〜Ｍ３は、スイッチとして機能し、通常送信電力時(通常送信電力モード：例えば、−１０ｄＢｍ送信時)と、超低送信電力時(超低送信電モード：例えば、−５０ｄＢｍ送信時)でスイッチ状態を切り替えるようになっている。
【００３０】
具体的に、通常送信電力モード(第１送信電力モード)では、トランジスタＭ２をオンして、トランジスタＭ１，Ｍ３をオフし、逆に、超低送信電力時(第２送信電力モード)では、トランジスタＭ２をオフして、トランジスタＭ１，Ｍ３をオンする。
【００３１】
ここで、例えば、通常送信電力モードの送信電力を−１０ｄＢｍとし、超低送信電力モードの送信電力を−５０ｄＢｍとする場合を考えると、３つの抵抗Ｒ１〜Ｒ３を含むΠ型抵抗ネットワークの減衰器１０により、出力電力を４０ｄＢ減衰させることになる。
【００３２】
さらに、例えば、減衰器１０の入出力インピーダンスを６００Ωに整合させるには、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値ｒ１〜ｒ３は、ｒ１＝ｒ３＝６００[Ω]、ｒ２＝３０ｋ[Ω]に設定すればよい。
【００３３】
図３は、図２に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図であり、図３(a)は、全体構成を示すものであり、図３(b)は、制御信号ＣＮＴ１の論理を示すものである。
【００３４】
図３(a)に示されるように、トランジスタＭ１およびＭ３のゲートには、セレクタＳ１の出力信号(Ｚ)が与えられ、トランジスタＭ２のゲートには、セレクタＳ１の出力をインバータＩ１で反転した信号(/Ｚ)が与えられる。
【００３５】
ここで、セレクタＳ１は、一方の入力Ａで高電位電源電圧(電源電圧)Ｖddを受け取り、他方の入力Ｂで低電位電源電圧(接地電圧)Ｖssを受け取り、制御信号ＣＮＴ１が低レベル『０』のときにＡを選択し、高レベル『１』のときにＢを選択してＺとして出力する。
【００３６】
従って、図３(b)に示されるように、半導体集積回路１を、例えば、−１０ｄＢｍの通常送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ１を『１』とし、セレクタＳ１の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)となるようにする。これにより、トランジスタＭ１，Ｍ３がオフし、トランジスタＭ２がオンして、上述した通常送信電力モードとなる。
【００３７】
一方、半導体集積回路１を、例えば、−５０ｄＢｍの超低送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ１を『０』に設定し、セレクタＳ１の出力Ｚが高電位電源電圧Ｖdd(入力Ａ)となるようにする。これにより、トランジスタＭ１，Ｍ３がオンし、トランジスタＭ２がオフして、上述した超低送信電力モードとなる。
【００３８】
このように、第１実施例の無線送信機(半導体集積回路)によれば、簡単な回路構成により通常送信電力モードおよび超低送信電力モードを切り替えることが可能になる。
【００３９】
図４は、第２実施例の無線送信機を示すブロック図であり、図４(a)は、通常送信電力時(例えば、−１０ｄＢｍ送信時)を示し、図４(b)は、超低送信電力時(例えば、−５０ｄＢｍ送信時)を示す。
【００４０】
図２および図３を参照して説明したＬＳＩチップ１では、例えば、通常送信電力モードにおいて、トランジスタＭ２がオンしてトランジスタＭ０のドレインと出力端子ＯＵＴを接続するが、トランジスタＭ２による挿入損失によって送信機の電力効率が低下する。
【００４１】
すなわち、例えば、−１０ｄＢｍ送信時の通常送信電力モードにおける動作を考えると、トランジスタＭ２は、できるだけ大きなサイズの(ゲート幅の広い)トランジスタとして挿入損失を小さくするのが好ましい。
【００４２】
しかしながら、トランジスタＭ２のサイズを大きくすると、例えば、−５０ｄＢｍ送信時の超低送信電力モードにおいて、ドレイン−ソース間の寄生容量に起因した不要な電力がアンテナ１３に漏れる虞がある。図４に示す第２実施例の無線送信機は、このような問題をさらに解決するものである。
【００４３】
図４(a)および図４(b)と前述した図２の比較から明らかなように、第２実施例の無線送信機において、ＬＳＩチップ１は、さらに、トランジスタＭ０と並列に設けられた大きなサイズのスイッチ用トランジスタ(ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ)Ｍ４を含む。
【００４４】
まず、図４(a)に示されるように、通常送信電力モード(第１送信電力モード)では、トランジスタＭ２のゲートに送信信号Ｓinを入力し、トランジスタＭ０のゲートに低電位電源電圧Ｖssを与えると共に、トランジスタＭ４のゲートに高電位電源電圧Ｖddを与える。これにより、トランジスタＭ０はオフし、トランジスタＭ４はオンする。なお、トランジスタＭ１およびＭ３は、それらのゲートに低電位電源電圧Ｖssを与えてオフする。
【００４５】
一方、図４(b)に示されるように、超低送信電力モード(第２送信電力モード)では、トランジスタＭ０のゲートに送信信号Ｓinを入力し、トランジスタＭ２およびＭ４のゲートに低電位電源電圧Ｖssを与える。これにより、トランジスタＭ４はオフする。なお、トランジスタＭ１およびＭ３は、それらのゲートに高電位電源電圧Ｖddを与えてオンする。
【００４６】
図５は、図４に示す無線送信機におけるトランジスタサイズを説明するための図である。トランジスタＭ０〜Ｍ４のサイズ(ゲート幅)Ｗ０〜Ｗ４に関して、トランジスタＭ０のサイズＷ０を基準の１Ｕとした時、トランジスタＭ１〜Ｍ４のサイズＷ１〜Ｗ４は、例えば、Ｗ１＝Ｗ３＝１０Ｕ、Ｗ２＝１Ｕ、Ｗ４＝１０Ｕ〜２０Ｕと設定することができる。
【００４７】
すなわち、トランジスタＭ０，Ｍ２のサイズＷ０，Ｗ２は、両方とも同じ１Ｕとされ、この１Ｕの大きさは、無線送信機の最大出力(例えば、−１０ｄＢｍ)に従って決めることができる。また、抵抗Ｒ１，Ｒ３の抵抗値ｒ１，ｒ３は、例えば、減衰器１０の入出力インピーダンスの６００Ωに設定される(ｒ１＝ｒ３＝６００[Ω])。
【００４８】
ところで、抵抗Ｒ１，Ｒ３と直列接続されるトランジスタＭ１，Ｍ３のサイズＷ０，Ｗ３は、オンした時の抵抗値が６００Ωよりも十分小さくないと、減衰器１０の入出力インピーダンスの６００Ωからずれてしまう。
【００４９】
また、トランジスタＭ０，Ｍ２が６００Ωのインピーダンスで整合する素子であることを考えると、トランジスタＭ１，Ｍ３のサイズＷ１，Ｗ３は、トランジスタＭ０，Ｍ２のサイズＷ０，Ｗ２の１０倍、或いは、それ以上の大きさを有するのが好ましい。
【００５０】
単純な計算例として、例えば、トランジスタＭ０の１０倍のサイズ(１０Ｕ)を有するトランジスタＭ１のインピーダンスは６０Ωとなり、直列接続されたトランジスタＭ１と抵抗Ｒ１による合成インピーダンスは６６０Ωとなる。この６６０Ωの合成インピーダンスが、６００Ωのインピーダンス整合に対して許容できなければ、トランジスタＭ１(Ｍ３)のサイズＷ１(Ｗ３)をさらに大きく設定する。
【００５１】
次に、トランジスタＭ４のサイズＷ４は、トランジスタＭ２に対してどの程度大きく設定すればよいかといった条件によって規定される。例えば、トランジスタＭ４のサイズＷ４は、トランジスタＭ４をオンさせ、トランジスタＭ２のゲートに送信信号Ｓinを入力したとき、トランジスタＭ２のソース(トランジスタＭ４のドレイン)の電圧が、常にほぼ０Ｖとなる大きさに設定することができる。
【００５２】
本第２実施例によれば、上述した第１実施例におけるトランジスタＭ２のサイズを大きくしたときの超低送信電力モードにおける不要な電力の漏れ(フィードスルー)の問題を解決することができる。
【００５３】
なお、トランジスタＭ４は、大きなドレイン寄生容量を持つため、例えば、−５０ｄＢｍの超低送信電力モードにおいて、インピーダンス不整合が生じる虞もあるが、これは、減衰器１０の定数や送信信号Ｓinの振幅を調整することで回避することが可能である。
【００５４】
図６は、図４に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図であり、図６(a)は、全体構成を示すものであり、図６(b)は、制御信号ＣＮＴ１１〜ＣＮＴ１３の論理を示すものである。
【００５５】
図６(a)に示されるように、トランジスタＭ２のゲートには、セレクタＳ１１の出力信号(Ｚ)が与えられ、トランジスタＭ０のゲートには、セレクタＳ１２の出力信号が与えられる。
【００５６】
トランジスタＭ１およびＭ３のゲートには、セレクタＳ１３の出力信号が与えられ、トランジスタＭ４のゲートには、セレクタＳ１３の出力をインバータＩ１１で反転した信号(/Ｚ)が与えられる。
【００５７】
ここで、セレクタＳ１１，Ｓ１２は、一方の入力Ａで送信信号Ｓinを受け取り、他方の入力Ｂで低電位電源電圧Ｖssを受け取り、制御信号ＣＮＴ１１，ＣＮＴ１２が低レベル『０』のときにＡを選択し、高レベル『１』のときにＢを選択してＺとして出力する。
【００５８】
また、セレクタＳ１３は、一方の入力Ａで高電位電源電圧Ｖddを受け取り、他方の入力Ｂで低電位電源電圧Ｖssを受け取り、制御信号ＣＮＴ１３が低レベル『０』のときにＡを選択し、高レベル『１』のときにＢを選択してＺとして出力する。
【００５９】
従って、図６(b)に示されるように、半導体集積回路１を、例えば、−１０ｄＢｍの通常送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ１１を『０』、ＣＮＴ１２およびＣＮＴ１３を『１』とする。
【００６０】
これにより、セレクタＳ１１の出力Ｚが送信信号Ｓin(入力Ａ)、セレクタＳ１２の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)、セレクタＳ１３の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)となる。その結果、トランジスタＭ２のゲートに送信信号Ｓinが入力され、トランジスタＭ０，Ｍ１，Ｍ３がオフし、トランジスタＭ４がオンして、上述した通常送信電力モードとなる。
【００６１】
一方、半導体集積回路１を、例えば、−５０ｄＢｍの超低送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ１１を『１』、ＣＮＴ１２およびＣＮＴ１３を『０』とする。
【００６２】
これにより、セレクタＳ１１の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ))、セレクタＳ１２の出力Ｚが入力Ｓin(入力Ａ)、セレクタＳ１３の出力Ｚが高電位電源電圧Ｖdd(入力Ａ)となる。その結果、トランジスタＭ０のゲートに送信信号Ｓinが入力され、トランジスタＭ１，Ｍ３がオンし、トランジスタＭ２，Ｍ４がオフして、上述した超低送信電力モードとなる。
【００６３】
このように、第２実施例の無線送信機(半導体集積回路)によれば、電力の漏れを抑えつつ簡単な回路構成により通常送信電力モードおよび超低送信電力モードを切り替えることが可能になる。
【００６４】
図７は、第３実施例の無線送信機を示すブロック図であり、図７(a)は、通常送信電力時(例えば、−１０ｄＢｍ送信時)を示し、図７(b)は、超低送信電力時(例えば、−５０ｄＢｍ送信時)を示す。
【００６５】
図４〜図６を参照して説明した第２実施例では、例えば、大きなサイズのトランジスタＭ４を使用している。これに対して、本第３実施例では、大きなサイズのトランジスタＭ４を省略し、その代りに、ＬＳＩチップ１の出力端子ＯＵＴにトランジスタＭ５を設けるようになっている。なお、トランジスタＭ５は、トランジスタＭ０と同等のものでよく、また、減衰器１０におけるトランジスタＭ２も省略することができる。
【００６６】
すなわち、図７(a)に示されるように、通常送信電力モード(第１送信電力モード)では、トランジスタＭ５のゲートに送信信号Ｓinを入力し、トランジスタＭ０のゲートに低電位電源電圧Ｖssを与える。これにより、トランジスタＭ０はオフする。なお、トランジスタＭ１およびＭ３も、それらのゲートに低電位電源電圧Ｖssを与えてオフする。
【００６７】
一方、図７(b)に示されるように、超低送信電力モード(第２送信電力モード)では、トランジスタＭ０のゲートに送信信号Ｓinを入力し、トランジスタＭ５のゲートに低電位電源電圧Ｖssを与える。これにより、トランジスタＭ５はオフする。なお、トランジスタＭ１およびＭ３は、それらのゲートに高電位電源電圧Ｖddを与えてオンする。
【００６８】
このように、本第３実施例によれば、上述した第２実施例における通常送信電力モードでのトランジスタＭ２およびＭ４の縦積み構造を、トランジスタＭ５による一段の構造とすることができる。
【００６９】
図８は、図７に示す無線送信機の全体構成および制御信号の論理を示す図であり、図８(a)は、全体構成を示すものであり、図８(b)は、制御信号ＣＮＴ２１〜ＣＴＮ２３の論理を示すものである。
【００７０】
図８(a)に示されるように、トランジスタＭ５のゲートには、セレクタＳ２１の出力信号(Ｚ)が与えられ、トランジスタＭ０のゲートには、セレクタＳ２２の出力信号が与えられる。また、トランジスタＭ１およびＭ３のゲートには、セレクタＳ２３の出力信号が与えられる。
【００７１】
ここで、セレクタＳ２１，Ｓ２２は、一方の入力Ａで送信信号Ｓinを受け取り、他方の入力Ｂで低電位電源電圧Ｖssを受け取り、制御信号ＣＮＴ２１，ＣＮＴ２２が低レベル『０』のときにＡを選択し、高レベル『１』のときにＢを選択してＺとして出力する。
【００７２】
また、セレクタＳ２３は、一方の入力Ａで高電位電源電圧Ｖddを受け取り、他方の入力Ｂで低電位電源電圧Ｖssを受け取り、制御信号ＣＮＴ２３が低レベル『０』のときにＡを選択し、高レベル『１』のときにＢを選択してＺとして出力する。
【００７３】
従って、図８(b)に示されるように、半導体集積回路１を、例えば、−１０ｄＢｍの通常送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ２１を『０』、ＣＮＴ２２およびＣＮＴ２３を『１』とする。
【００７４】
これにより、セレクタＳ２１の出力Ｚが送信信号Ｓin(入力Ａ)、セレクタＳ２２の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)、セレクタＳ２３の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)となる。その結果、トランジスタＭ５のゲートに送信信号Ｓinが入力され、トランジスタＭ０，Ｍ１，Ｍ３がオフして、上述した通常送信電力モードとなる。
【００７５】
一方、半導体集積回路１を、例えば、−５０ｄＢｍの超低送信電力モードに設定するには、制御信号ＣＮＴ２１を『１』、ＣＮＴ２２およびＣＮＴ２３を『０』とする。
【００７６】
これにより、セレクタＳ２１の出力Ｚが低電位電源電圧Ｖss(入力Ｂ)、セレクタＳ２２の出力Ｚが送信信号Ｓin(入力Ａ)、セレクタＳ２３の出力Ｚが高電位電源電圧Ｖdd(入力Ａ)となる。その結果、トランジスタＭ０のゲートに送信信号Ｓinが入力され、トランジスタＭ１，Ｍ３がオンして、上述した超低送信電力モードとなる。
【００７７】
このように、第３実施例の無線送信機(半導体集積回路)によれば、例えば、第２実施例で使用した大きなサイズのトランジスタＭ４(およびトランジスタＭ２)を不要とし、電力の漏れを抑えつつ簡単な回路構成により通常送信電力モードおよび超低送信電力モードを切り替えることが可能になる。
【００７８】
以上において、通常送信電力モードにおける−１０ｄＢｍの送信電力、および、超低送信電力モードにおける−５０ｄＢｍの送信電力は、単なる例であり、様々な電力を適用することができる。
【００７９】
また、各トランジスタは、ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタを例として説明したが、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタでもよく、また、ＭＯＳトランジスタ以外のトランジスタであってもよい。さらに、減衰器の構成やセレクタ等に関しても様々な変形が可能なのはいうまでもない。なお、制御信号の論理も使用するトランジスタの導電型等に従って適宜変化する。
【００８０】
ここに記載されている全ての例および条件的な用語は、読者が、本発明と技術の進展のために発明者により与えられる概念とを理解する際の助けとなるように、教育的な目的を意図したものである。
【００８１】
また、具体的に記載されている上記の例および条件、並びに、本発明の優位性および劣等性を示すことに関する本明細書における例の構成に限定されることなく、解釈されるべきものである。
【００８２】
さらに、本発明の実施例は詳細に説明されているが、本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な変更、置換および修正をこれに加えることが可能であると解すべきである。
【００８３】
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）
第１電力により送信する第１送信電力モード、および、前記第１電力よりも小さい第２電力により送信する第２送信電力モードを有する半導体集積回路であって、
前記第２送信電力モードにおいて、送信信号を受け取って増幅する第１トランジスタと、
前記第１トランジスタの出力と出力端子の間に設けられ、前記第１トランジスタの出力の減衰を制御する抵抗素子およびスイッチ素子を含む減衰器と、を有する、
ことを特徴とする半導体集積回路。
【００８４】
（付記２）
前記第１送信電力モードにおいても、前記第１トランジスタが前記送信信号を受け取って増幅する、
ことを特徴とする付記１に記載の半導体集積回路。
【００８５】
（付記３）
前記スイッチ素子は、スイッチングトランジスタであり、
前記減衰器は、
前記第１トランジスタの出力と所定の電位線の間に、直列に設けられた第１抵抗素子および第１スイッチングトランジスタと、
前記第１トランジスタの出力と前記出力端子の間に、並列に設けられた第２抵抗素子および第２スイッチングトランジスタと、
前記出力端子と前記所定の電位線の間に、直列に設けられた第３抵抗素子および第３スイッチングトランジスタと、を含み、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオフすると共に、前記第２スイッチングトランジスタがオンし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオンすると共に、前記第２スイッチングトランジスタがオフする、
ことを特徴とする付記２に記載の半導体集積回路。
【００８６】
（付記４）
さらに、
前記第１，第２および第３スイッチングトランジスタのスイッチングを制御するセレクタを有する、
ことを特徴とする付記３に記載の半導体集積回路。
【００８７】
（付記５）
前記第１送信電力モードにおいて、前記第１トランジスタとは異なるトランジスタが前記送信信号を受け取って増幅する、
ことを特徴とする付記１に記載の半導体集積回路。
【００８８】
（付記６）
前記スイッチ素子は、スイッチングトランジスタであり、
前記減衰器は、
前記第１トランジスタの出力と所定の電位線の間に、直列に設けられた第１抵抗素子および第１スイッチングトランジスタと、
前記第１トランジスタの出力と前記出力端子の間に設けられた第２抵抗素子と、
前記出力端子と前記所定の電位線の間に、直列に設けられた第３抵抗素子および第３スイッチングトランジスタと、を含み、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオフし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオンする、
ことを特徴とする付記５に記載の半導体集積回路。
【００８９】
（付記７）
前記減衰器は、さらに、
前記第２抵抗素子と並列に設けられた第２スイッチングトランジスタを含み、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第２スイッチングトランジスタが前記送信信号を受け取って増幅すると共に、前記第１トランジスタがオフし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第２スイッチングトランジスタがオフする、
ことを特徴とする付記６に記載の半導体集積回路。
【００９０】
（付記８）
さらに、
前記第１トランジスタと並列に設けられ、前記第１トランジスタよりも大きなサイズの第４スイッチングトランジスタを有し、
前記第４スイッチングトランジスタは、前記第１送信電力モードでオンし、前記第２送信電力モードでオフする、
ことを特徴とする付記７に記載の半導体集積回路。
【００９１】
（付記９）
さらに、
前記第１，第２，第３および第４スイッチングトランジスタを制御するセレクタを有する、
ことを特徴とする付記８に記載の半導体集積回路。
【００９２】
（付記１０）
さらに、
前記出力端子と前記所定の電位線の間に設けられた第５スイッチングトランジスタを有し、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第５スイッチングトランジスタが前記送信信号を受け取って増幅すると共に、前記第１トランジスタがオフし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第５スイッチングトランジスタがオフする、
ことを特徴とする付記６に記載の半導体集積回路。
【００９３】
（付記１１）
前記第５スイッチングトランジスタのサイズは、前記第１トランジスタのサイズとほぼ等しい、
ことを特徴とする付記１０に記載の半導体集積回路。
【００９４】
（付記１２）
さらに、
前記第１，第３および第５スイッチングトランジスタを制御するセレクタを有する、
ことを特徴とする付記１０または付記１１に記載の半導体集積回路。
（付記１３）
付記１乃至付記１２のいずれか１項に記載の半導体集積回路と、
前記第１送信電力モードによる前記第１電力、および、前記第２送信電力モードによる前記第２電力を出力するアンテナと、
前記半導体集積回路と前記アンテナの間に設けられ、前記半導体集積回路および前記アンテナの整合を行う整合回路と、を有する、
ことを特徴とする無線送信機。
【符号の説明】
【００９５】
１，１１    半導体集積回路(ＬＳＩチップ)
２，１２    整合回路
３，１３    アンテナ
１０，１４    減衰器
Ｍ０    トランジスタ(第１トランジスタ：ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ)
Ｍ１〜Ｍ５    トランジスタ(第１〜第５スイッチングトランジスタ：ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ)
Ｍ１０    トランジスタ(ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ)
Ｒ１〜Ｒ３    抵抗(抵抗素子)
Ｒ１１〜Ｒ１３    抵抗
Ｓ１，Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３    セレクタ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電力により送信する第１送信電力モード、および、前記第１電力よりも小さい第２電力により送信する第２送信電力モードを有する半導体集積回路であって、
前記第２送信電力モードにおいて、送信信号を受け取って増幅する第１トランジスタと、
前記第１トランジスタの出力と出力端子の間に設けられ、前記第１トランジスタの出力の減衰を制御する抵抗素子およびスイッチ素子を含む減衰器と、を有する、
ことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記第１送信電力モードにおいても、前記第１トランジスタが前記送信信号を受け取って増幅する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記スイッチ素子は、スイッチングトランジスタであり、
前記減衰器は、
前記第１トランジスタの出力と所定の電位線の間に、直列に設けられた第１抵抗素子および第１スイッチングトランジスタと、
前記第１トランジスタの出力と前記出力端子の間に、並列に設けられた第２抵抗素子および第２スイッチングトランジスタと、
前記出力端子と前記所定の電位線の間に、直列に設けられた第３抵抗素子および第３スイッチングトランジスタと、を含み、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオフすると共に、前記第２スイッチングトランジスタがオンし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオンすると共に、前記第２スイッチングトランジスタがオフする、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記第１送信電力モードにおいて、前記第１トランジスタとは異なるトランジスタが前記送信信号を受け取って増幅する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記スイッチ素子は、スイッチングトランジスタであり、
前記減衰器は、
前記第１トランジスタの出力と所定の電位線の間に、直列に設けられた第１抵抗素子および第１スイッチングトランジスタと、
前記第１トランジスタの出力と前記出力端子の間に設けられた第２抵抗素子と、
前記出力端子と前記所定の電位線の間に、直列に設けられた第３抵抗素子および第３スイッチングトランジスタと、を含み、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオフし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第１および第３スイッチングトランジスタがオンする、
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体集積回路。
【請求項６】
前記減衰器は、さらに、
前記第２抵抗素子と並列に設けられた第２スイッチングトランジスタを含み、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第２スイッチングトランジスタが前記送信信号を受け取って増幅すると共に、前記第１トランジスタがオフし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第２スイッチングトランジスタがオフする、
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体集積回路。
【請求項７】
さらに、
前記第１トランジスタと並列に設けられ、前記第１トランジスタよりも大きなサイズの第４スイッチングトランジスタを有し、
前記第４スイッチングトランジスタは、前記第１送信電力モードでオンし、前記第２送信電力モードでオフする、
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体集積回路。
【請求項８】
さらに、
前記出力端子と前記所定の電位線の間に設けられた第５スイッチングトランジスタを有し、
前記第１送信電力モードにおいて、前記第５スイッチングトランジスタが前記送信信号を受け取って増幅すると共に、前記第１トランジスタがオフし、
前記第２送信電力モードにおいて、前記第５スイッチングトランジスタがオフする、
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体集積回路。
【請求項９】
前記第５スイッチングトランジスタのサイズは、前記第１トランジスタのサイズとほぼ等しい、
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体集積回路。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の半導体集積回路と、
前記第１送信電力モードによる前記第１電力、および、前記第２送信電力モードによる前記第２電力を出力するアンテナと、
前記半導体集積回路と前記アンテナの間に設けられ、前記半導体集積回路および前記アンテナの整合を行う整合回路と、を有する、
ことを特徴とする無線送信機。
【国際調査報告】
2015056348.tif 000011
2015056348.tif 000012
2015056348.tif 000013
2015056348.tif 000014