(57)【要約】【課題】半導体製品としての価格競争力を確保しながら、高周波信号対策した測定系を構築することなく、変調周波数を計測することができる周波数変調装置およびその変調周波数測定方法を提供。【解決手段】周波数変調回路１０は、入力パッド１２ａ、増幅器１２ｂ、周波数変調部１２ｃ、周波数変換回路１２ｄおよび出力パッド１２ｅを集積回路部１２に形成し、周辺測定部１４にシンセサイザ１４ａ、帯域通過フィルタ１４ｂおよびテスタ１４ｃを設けている。シンセサイザ１４ａは、周波数変換回路１２ｄに高周波信号（第２の搬送波）を供給し、周波数変調部１２ｃは、局所入力信号１２ｆ（第１の搬送波）を周波数変換回路１２ｆに供給する。周波数変換回路１２ｄは、これらの信号から中間周波数の信号を生成し、中間周波数の信号に含まれる変調信号をテスタ１４ｃで計測する。【選択図】　　　　図１
2004146892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調が施された第１の搬送波を生成する周波数生成手段と、
無変調の第２の搬送波を入力する入力端子と、
第２の搬送波を増幅する増幅手段と、
第１および第２の搬送波を入力し、入力された第１の搬送波と第２の搬送波との演算により得られる中間周波数の信号を出力する周波数変換手段と、
該中間周波数の信号を出力する出力端子と、
前記中間周波数の信号に対して帯域制限して通過させた帯域制限信号を出力する周波数フィルタ手段と、
該帯域制限信号が有するスペクトル分布を算出する変換を施す演算手段とを含み、
前記周波数生成手段、前記入力端子、前記増幅手段、前記周波数変換手段および前記出力端子が半導体を集積化してウェハ上に形成された半導体装置として含むことを特徴とする周波数変調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記周波数生成手段は、該装置から信号を送出する前記半導体装置の送信系に配設され、前記増幅手段および前記周波数変換手段は、該装置にて信号を受信する前記半導体装置の受信系に配設されていることを特徴とする周波数変調装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、前記周波数生成手段は、前記ウェハ上に配設され、局部発振周波数の信号を発振する発振手段と、
前記周波数変調における変調周波数を制御する信号を交流振幅とし、該交流振幅の設定に応じて周波数変調信号を生成する周波数変調手段と、
前記局部発振周波数の信号と前記周波数変調信号を周波数合成する合成手段とを含むことを特徴とする周波数変調装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、前記周波数変調手段は、該装置における変調周波数を決定する前記交流振幅としての電圧制御信号を生成する交流振幅手段と、
該交流振幅に応じて前記変調周波数を生成する変調周波数生成手段とを含み、
さらに、前記交流振幅手段は、前記交流振幅の調整用に複数の抵抗器が増幅手段の定電流源に並列に配設され、該抵抗器の導通を切り換える切換手段が該抵抗器のそれぞれに並列接続され、
前記切換手段は、前記抵抗器の導通を切り換える切換制御信号に応じて切り換えることを特徴とする周波数変調装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置において、第２の搬送波は、前記半導体装置の外部から供給されることを特徴とする周波数変調装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置において、該装置は、前記周波数生成手段内に配設され、第１の搬送波を前記周波数変換手段への供給と前記送信系への供給とを選択する第１の選択手段と、
前記半導体装置内に配設され、第２の搬送波を前記周波数変換手段への供給と前記送信系からの送出信号を前記入力端子への供給とを選択する第２の選択手段と、
前記半導体装置内に配設され、前記周波数変換手段からの前記中間周波数の信号を前記出力端子に供給する選択と該中間周波数の信号に処理を施す手段に供給する選択とを行う第３の選択手段とを含むことを特徴とする周波数変調装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装置において、前記演算手段は、前記帯域制限信号にフーリエ変換を施して前記スペクトル分布を求めることを特徴とする周波数変調装置。
【請求項８】
半導体がウェア上に集積化された半導体装置を用いて、該半導体装置内で周波数変調が施された第１の搬送波を生成する第１の工程と、
無変調の第２の搬送波を半導体装置の外から入力する第２の工程と、
前記半導体装置内で第１および第２の搬送波を用いて両搬送波による周波数変換の演算により得られる中間周波数の信号を生成する第３の工程と、
前記半導体装置の外で前記中間周波数の信号に対して帯域制限して通過させ、該帯域制限された信号を出力する第４の工程と、
該帯域制限信号が有するスペクトル分布を算出する第５の工程とを含むことを特徴とする周波数変調装置の変調周波数測定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、第１の工程は、前記半導体装置において信号の送出を担う前記半導体装置内の送信系で生成される局部発振周波数の信号と該生成した局部発振周波数に対して周波数変調を施した変調信号とを合成して第１の搬送波を生成することを特徴とする周波数変調装置の変調周波数測定方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の方法において、第１の工程は、前記周波数変調において変調する周波数の指示に応じた電圧制御信号を交流振幅として生成する第６の工程と、
該交流振幅に応じて前記変調周波数の前記変調信号を生成する第７の工程と、
該変調信号と前記局部発振周波数の信号とを合成して第１の搬送波を生成する第８の工程と、
第１の搬送波の供給を選択する第９の工程とを含むことを特徴とする周波数変調装置の変調周波数測定方法。
【請求項１１】
請求項８、９または１０に記載の方法において、第２の工程は、第２の搬送波および前記送信系からの出力のうち、第２の搬送波の出力を選択し、
第３の工程は、生成した前記中間周波数の信号を前記半導体装置の外に出力する選択も行うことを特徴とする周波数変調装置の変調周波数測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数変調装置およびその変調周波数測定方法に関し、本発明の周波数変調装置は、たとえば、無線の周波数変調に適用して好適なものであり、本発明の周波数変調測定方法は、たとえば、調整対象の変調装置に設定する変調周波数の調整に用いて好適な測定調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周波数変調回路には、分周器、第１および第２の帯域通過フィルタ、第１および第２の周波数電圧変換回路（検波器）および制御部が内蔵されている（特許文献１の特開２０００−１３１３５９号公報を参照）。周波数変調回路では、ＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調器によって周波数変調された信号が分周器に分岐して供給される。この分周器では、Ｎ分周に周波数変換した周波数変調信号が第１および第２帯域通過フィルタにそれぞれ供給される。
【０００３】
第１の帯域通過フィルタは、通過帯域の中心周波数をＮ分周した周波数変調信号、すなわち（周波数／Ｎ）の周波数を周波数変調信号の搬送波周波数にしている。第２の帯域通過フィルタは、上述した搬送波周波数を１／Ｎした周波数の周囲に発生する変調波（第１側波帯）の周波数だけを通す機能を有している。
【０００４】
第１および第２の帯域通過フィルタは、通過した出力をそれぞれ、第１および第２の周波数電圧変換回路に供給している。第１の周波数電圧変換回路は、供給される搬送波の出力振幅を直流電圧に変換して制御部に出力する。また、第２の周波数電圧変換回路は、供給される変調波の振幅に応じた直流電圧に変換して制御部に出力する。制御部では、供給されるこれらの出力電圧信号の比から変調指数を検出し、この変調指数が所定の変調指数の１／Ｎになるように制御信号を生成している。第１および第２の帯域通過フィルタ、第１および第２の周波数電圧変換回路ならびに制御部が、変調度測定における主要な構成要素である。
【０００５】
上述したこれらの出力電圧信号は、それぞれ、分周前の搬送波周波数と分周前の変調波周波数に比例している。周波数変調回路は、第１および第２の周波数電圧変換回路からの出力電圧信号の差から変調周波数が求められることから、出力電圧信号の差と所定の基準電圧とを比較して、変調の周波数に調整を施している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１３１３５９号公報。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した周波数変調回路を半導体上に集積化する場合、一般に、第１および第２の帯域通過フィルタは、周波数変調回路として形成する回路面積、いわゆる占有面積が無視できない程度に大きい。このため、周波数変調回路は、回路の集積化・総面積の抑制を行うことが難しい。一方、回路の集積化・総面積の抑制を優先した場合、周波数変調回路の集積化において変調度測定用の回路の搭載を見送ることが考えられる。この集積化を満たすように測定に用いる回路を搭載しないと、周波数変調回路は総面積を縮小することができる。
【０００８】
しかしながら、周波数変調回路に変調度測定用の回路を搭載しないでウェハ上の変調度を通常のテスタを用いて測定すると、価格面で非常に不利になる。この変調度測定における不利益は、高周波信号を直接扱う無線回路において生じる。変調周波数の測定には、一般に無線回路の送信系が動作させられる。そして、この無線回路の送信出力はスペクトルアナライザに供給され、変調周波数が直接計測される。ウェハ上での高周波信号を計測する場合、集積回路のパッドから高周波信号の通る探針、プローブカード、テスタに至る経路すべてに高周波信号対策を施すことになる。このような測定系を構築するためには多大な費用を要してしまうからである。
【０００９】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、半導体製品としての価格競争力を確保しながら、高周波信号対策した測定系を構築することなく、変調周波数を計測することができる周波数変調装置およびその変調周波数測定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、周波数変調が施された第１の搬送波を生成する周波数生成手段と、無変調の第２の搬送波を入力する入力端子と、第２の搬送波を増幅する増幅手段と、第１および第２の搬送波を入力し、入力された第１の搬送波と第２の搬送波との演算により得られる中間周波数の信号を出力する周波数変換手段と、この中間周波数の信号を出力する出力端子と、中間周波数の信号に対して帯域制限して通過させた帯域制限信号を出力する周波数フィルタ手段と、この帯域制限信号が有するスペクトル分布を算出する変換を施す演算手段とを含み、周波数生成手段、入力端子、増幅手段、周波数変換手段および出力端子が半導体を集積化してウェハ上に形成された半導体装置として含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の周波数変調装置は、周波数生成手段、入力端子、増幅手段、周波数変換手段および出力端子が半導体装置としてウェハ上に本来、高周波信号の対策が施され、形成されている構成要素を利用して、高周波信号対策を新たに行うことなく、回路の総面積を縮小させて、この装置内で生成された第１の搬送波と入力端子を介して供給される第２の搬送波とを周波数変換手段に供給し、中間周波数の信号を生成して出力し、半導体装置外に第２の搬送波の供給源、周波数フィルタ手段および演算手段を設けて構築する測定系にて変調信号を計測する。
【００１２】
また、本発明は上述の課題を解決するために、半導体がウェア上に集積化された半導体装置を用いて、この半導体装置内で周波数変調が施された第１の搬送波を生成する第１の工程と、無変調の第２の搬送波を半導体装置の外から入力する第２の工程と、半導体装置内で第１および第２の搬送波を用いて両搬送波による周波数変換の演算により得られる中間周波数の信号を生成する第３の工程と、半導体装置の外で中間周波数の信号に対して帯域制限して通過させ、帯域制限された信号を出力する第４の工程と、この帯域制限信号が有するスペクトル分布を算出する第５の工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の周波数変調装置の変調周波数測定方法は、半導体装置内で第１の搬送波を生成し、第１および第２の搬送波との演算により生成される中間周波数の信号を求めて、半導体装置が本来構成要素として用いることのできる処理を行うことにより、これらの処理に対する新たな高周波対策を行うことなく中間周波数の信号を得ることができ、半導体装置の外でこの中間周波数に帯域制限を施し、帯域制限された中間周波数の信号に対するスペクトル分布を算出して、半導体装置の変調周波数を測定することにより、ウェハ上またはチップ組立て後に変調周波数の測定や調整等を可能にしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による周波数変調装置の実施例を詳細に説明する。
【００１５】
本実施例は、本発明の周波数変調装置を周波数変調回路１０に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
【００１６】
周波数変調回路１０は、図１に示すような構成原理を用いる。周波数変調回路１０は、半導体のウェハ上に形成する集積回路部１２および集積回路部１２の外部に配設される周辺測定部１４を含んでいる。集積回路部１２は、無線回路における送信系および受信系の回路を含む半導体装置であり、図１に示すように、入力パッド１２ａ、増幅器１２ｂ、周波数変調部１２ｃ、周波数変換回路１２ｄおよび出力パッド１２ｅを含む。入力パッド１２ａは、集積回路部１２に外部からの高周波信号（第２の搬送波：ｆｃ２）を入力する入力端子である。増幅器１２ｂは、入力した高周波信号ｆｃ２を増幅する機能を有し、受信系の増幅器である。後述するように、入力信号の増幅は測定結果の精度に影響することが知られている。増幅器１２ｂは、高周波信号ｆｃ２を周波数変換回路１２ｄに出力する。
【００１７】
周波数変調部１２ｃは、集積回路部１２の内、送信系に含まれる回路で、局所入力信号（第１の搬送波：ｆｃ１＋ｆｓ）を生成する機能を有している。周波数変調部１２ｃには、図２に示すように、変調振幅回路１２０ｃ、変調周波数発生回路１２２ｃ、局所発振回路１２４ｃおよび送信変調回路１２６ｃが含まれている。
【００１８】
変調振幅回路１２０ｃは、変調周波数を決定する交流振幅を生成する機能を有している。変調振幅回路１２０ｃには後述するように交流振幅としての電圧制御信号を生成する切換制御信号が供給されている。変調振幅回路１２０ｃは、切換制御信号に応じて出力電圧を可変させる機能を有している。変調振幅回路１２０ｃは、生成した交流振幅を変調周波数発生回路１２２ｃに出力する。
【００１９】
変調周波数発生回路１２２ｃは、交流振幅に応じて変調周波数ｆｓを発生させ、送信変調回路１２６ｃに出力する。
【００２０】
局所発振回路１２４ｃは、たとえば、所定の周波数信号を発振生成する回路である。電源が投入されることにより印加される所定の電圧信号に応じて所定の局所発振周波数ｆｃ１を送信変調回路１２６ｃに出力する。
【００２１】
なお、発振周波数は、一つに限定されるものでなく、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）回路を適用すると、複数の発振周波数を得ることができる。
【００２２】
送信変調回路１２６ｃは、生成した局所発振周波数ｆｃ１と交流振幅に比例させて生成した変調周波数ｆｓとを周波数合成、すなわち和周波変換する機能を有している。これにより、送信変調回路１２６ｃは、局所入力信号１２ｆとして第１の搬送波における周波数ｆｃ１＋ｆｓを周波数変換回路１２ｄに出力する。
【００２３】
図１に戻って、周波数変換回路１２ｄは、集積回路部１２の内、受信系に含まれる回路であり、中間周波数を生成する機能を有している。周波数変換回路１２ｄには、本実施例において受信信号として高周波信号が供給され、高周波信号と局所入力信号１２ｆとの差周波　ｆｃ２−（ｆｃ１＋ｆｓ）　が中間周波数として生成され、出力パッド１２ｅに出力される。入力する高周波信号の周波数の設定は、周波数変換回路１２ｄの特性に依っている。本実施例において高周波信号ｆｃ２の周波数は、局所発振周波数ｆｃ１と同じにしている。このため、差周波としては変調周波数ｆｓが出力される。これにより高周波信号の扱いが回避される。
【００２４】
出力パッド１２ｅは、入力パッド１２ａと同様にウェハ上の測定で探針が接触できるように端子が形成されている。
【００２５】
周辺測定部１４には、シンセサイザ１４ａ、帯域通過フィルタ１４ｂおよびテスタ１４ｃが備えられている。シンセサイザ１４ａは、所望する周波数の設定に応じて信号を発振し、出力する機能を有している。シンセサイザ１４ａから供給される周波数は、前述したｆｃ２である。
【００２６】
帯域通過フィルタ１４ｂは、低域通過フィルタで、ディジタルサンプリング機能も有している。ディジタルサンプリングにおけるレートは、変調周波数の逆数に比べて十分に短い時間間隔、すなわち高速なレートであるほど測定精度が向上する。サンプリングレートは、たとえば変調周波数の１６０　ｋＨｚに対して１μＳにすることが好ましい。サンプリング点の数は、後段で用いる高速フーリエ変換処理を容易にするため２の冪乗で表す数にするとよい。フーリエ変換は、低域通過フィルタの出力をディジタル化した後、行う。
【００２７】
テスタ１４ｃには、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）機能部１４０ｃが含まれている。テスタ１４ｃは、供給されるディジタル信号を入力し、この信号パワーの周波数に対する分布状況またはこの信号の周波数成分のそれぞれの振幅を測定する。
【００２８】
このように周波数変調の測定において高周波信号対策の処理を新たに集積回路部１２内で形成することなく、集積回路部１２が含む利用可能な構成要素を用い、無視できない面積を占める構成要素を集積回路部１２の外に設けることにより、変調周波数測定に用いる回路面積を縮小でき、周辺測定部１４の測定系をこれまでと同じ構成で周波数変調測定を容易に行うことができる。
【００２９】
次に周波数変調回路１０における周波数変調測定の一具体例を示す。図３が示すスペクトル分布において包絡線の極大値は、それぞれ、変調信号の負側と正側の周波数Ａ＝ｆｃ２−ｆｃ１−ｆｓ，　Ｂ＝ｆｃ２−ｆｃ１＋ｆｓに対応している。このことから明らかなように、周波数Ａ，　Ｂの差（Ｂ−Ａ）は、２ｆｓになる。また、各ピークの周波数差（Ｄ−Ｃ）は、スペクトルを測定したときの測定時間の逆数、すなわち測定する周波数分解能を表している。
【００３０】
送信系が生成する局所入力信号１２ｆには、局所発振周波数ｆｃ１＝２４３２　ＭＨｚに対し６４μｓの間、変調周波数ｆｓ＝±１６０　ｋＨｚを（＋）（−）それぞれ交互に合成する。変調周波数の測定精度は、前述したように周波数変調を与える時間に反比例して向上する。
【００３１】
ここで、本実施例における測定精度の有効性について図４に示す。スペクトルアナライザで直接測定した変調周波数を横軸に表し、本実施例のテスタ１４ｃで測定した変調周波数を縦軸に表し、測定値のそれぞれをプロットしている。円と三角形の記号は、異なる入力電波信号強度で変調周波数を測定した場合を示している。図４が示すように、両者の変調周波数にはほぼ線形な関係にあり、本実施例による測定が有効であることがわかる。また、測定精度は±２　ｋＨｚにある。そして、入力信号強度が多少変化しても測定精度が保たれることがわかる。
【００３２】
ここで、受信系に与えた高周波信号ｆｃ２の電力を入力信号強度とし、この入力信号強度に対するスペクトルアナライザとテスタ１４ｃの変調周波数のずれを測定し図５にプロットする。図５は、供給する電力が　１μＷ　（−３０　ｄＢｍ）以上あれば、上述した±２　ｋＨｚの測定精度を維持できることがわかる。一般に高周波信号ｆｃ２を提供するシンセサイザ１４ａは、１　ｍＷ以上の出力信号を出力することができる。本実施例の測定系の場合、シンセサイザ１４ａから集積回路部１２の入力パッド１２ａまでの経路での信号減衰は無視できないが、集積回路部１２の受信系には確実に１μＷ以上の電力が供給できる。したがって、変調周波数の測定精度を保つことができる。
【００３３】
これにより、ウェハ上で変調周波数測定用として新たな高周波測定系を設けることなく、ウェハの占有面積を有効に利用し、受信系の周波数変換回路１２ｄに送信系から変調した局所入力信号１２ｆを供給して中間周波数信号に変換し、集積回路部１２から取り出して、変調周波数の測定を行うことができる。周辺測定部１４では、これまでの測定系の構成を利用できるので、新たな測定系の構築をしないで済むことから、テスト価格の抑制に有利である。
【００３４】
この周波数変調回路１０は、ウェハ上だけでなく、チップ組立後に変調周波数を測定したり、調整する場合にも有効である。
【００３５】
次に周波数変調回路１０を適用したより具体的な構成について説明する。周波数変調回路１０を無線装置に適用する場合の集積回路部１２の構成を図６に示す。図１および図２と共通する部分には同じ参照符号を付して説明を省略する。ここで、入力パッド１２ａおよび出力パッド１２ｅは、名称をそれぞれ、アンテナ端子と測定端子と呼ぶ。これらの端子は、前述したように測定時において測定器の探針が接触すればよく、集積回路を樹脂で組み立てる際には、これらの端子を外部端子に接続してもしなくてもよい。
【００３６】
集積回路部１２には、図６に示すアンテナスイッチ１８、局所発振スイッチ１２８ｃおよび中間周波数スイッチ２０が配設されている。アンテナスイッチ１８は、無線装置における送出と受信とに対応して信号の供給元と供給先を切り換えている。アンテナスイッチ１８は、図示しないがシステム制御部から供給される切換制御信号１０ａに応じて切り換える。アンテナスイッチ１８は、変調周波数測定を行う場合、端子ａ側に切り換えられ、送信において送信系の増幅器２２からの送出信号が供給される端子ｂが選ばれる。
【００３７】
中間周波数スイッチ２０は、変調周波数の測定と受信とに対応して信号の出力先を切り換えている。中間周波数スイッチ２０も、図示しないがシステム制御部から供給される切換制御信号１０ｂに応じて切り換える。中間周波数スイッチ２０は、変調周波数測定を行う場合、端子ｃ側に切り換えられ、受信において中間周波数回路２４に中間周波数を供給するように端子ｄに切り換えられる。
【００３８】
また、局所発振スイッチ１２８ｃは、図７に示すように、送信変調回路１２６ｃと周波数変換回路１２ｄとの間に配設され、測定時に供給される制御信号１０ｃに応じてスイッチを切り換えている。局所発振スイッチ１２８ｃは、変調周波数の測定に際して、周波数変換回路１２ｄ側に切り換えることにより周波数ｆｃ１＋ｆｓの局所入力信号１２ｆを周波数変換回路１２ｄに供給している。これ以外のとき、周波数変調部１２ｃの出力として送信系の増幅器２２に出力する。
【００３９】
次に変調振幅回路１２０ｃのより具体的な回路構成を説明する。変調振幅回路１２０ｃは、ｎ型電界効果トランジスタ３０ａ，　３０ｂ、ｐ型電界効果トランジスタ３２ａ，　３２ｂ，　３２ｃ，　３２ｄ、定電流源３４ａ，　３４ｂ，　３４ｃ、１０個の抵抗器Ｒ１０，　Ｒ１２，　Ｒ１４ａ，　Ｒ１４ｂ，　Ｒ１６ａ，　Ｒ１６ｂ，　Ｒ１８ａ，　Ｒ１８ｂ，　Ｒ２０ａ，　Ｒ２０、アナログスイッチ３６ａ，　３６ｂ，　３８ａ，　３８ｂ，　４０ａ，　４０ｂ，　４２ａ，　４２ｂおよびコンデンサ４４を含んでいる。交流振幅回路１２０ｃは、ウェハ上のトリミングまたはレジスタへのデータの書込みで調整を行い、供給される差動信号１０ｄ，　１０ｅから単相の交流信号を交流振幅１０ｆとして生成する機能を有している。
【００４０】
ｎ型電界効果トランジスタ３０ａ，　３０ｂには、差動信号１０ｄ，　１０ｅがそれぞれのゲートに供給されている。ｎ型電界効果トランジスタ３０ａ，　３０ｂのドレインは、それぞれｐ型電界効果トランジスタ３２ａ，　３２ｂのドレインに接続されている。ｎ型電界効果トランジスタ３０ａ，　３０ｂは、それぞれのソースを共通接続し、定電流源３４ａを介して接地接続されている。
【００４１】
上述したｐ型電界効果トランジスタ３２ａ，　３２ｂのドレインは、ｐ型電界効果トランジスタ３２ｃ，　３２ｄのソースに接続されている。また、ｐ型電界効果トランジスタ３２ａ，　３２ｂのソースには、それぞれ、電源ラインに接続され、電源電圧が印加されている。ｐ型電界効果トランジスタ３２ｃのドレインには、それぞれ直列接続した抵抗器Ｒ１０，　Ｒ１４ａ，　Ｒ１６ａ，　Ｒ１８ａ，　Ｒ２０ａと定電流源３４ｂが並列接続され、ｐ型電界効果トランジスタ３２ｄのドレインには、それぞれ直列接続した抵抗器Ｒ１２，　Ｒ１４ｂ，　Ｒ１６ｂ，　Ｒ１８ｂ，　Ｒ２０ｂと定電流源３４ｃが並列接続されている。そして、それぞれ直列接続した抵抗器Ｒ２０ａと抵抗器２０ｂの端部を共通接続した中点は、コンデンサ４４を介して接地されている。
【００４２】
上述した抵抗器の内、抵抗器Ｒ１０，　Ｒ１２を除く８個の抵抗器には、アナログスイッチ３６ａ〜４２ｂがそれぞれ並列接続されている。アナログスイッチ３６ａ〜４２ｂにおけるそれぞれのオン抵抗値は、３００　Ωである。本実施例において、抵抗器Ｒ１０，　Ｒ１２は、抵抗値を互いに等しく２　ｋΩ、抵抗器Ｒ１４ａ，　Ｒ１４ｂの抵抗値も互いに等しく１１５Ωに設定している。この他、６つの抵抗器Ｒ１６ａ，　Ｒ１６ｂ，　Ｒ１８ａ，　Ｒ１８ｂ，　Ｒ２０ａ，　Ｒ２０ｂの抵抗値は、一対ずつ同じ値にする。これら３種類の抵抗値は、これらの抵抗値とアナログスイッチのオン状態／オフ状態における抵抗値との差がほぼ２：４：８になるように選定する。本実施例では、抵抗器Ｒ１６ａ，　Ｒ１６ｂの抵抗値は、２００　Ω、抵抗器Ｒ１８ａ，　Ｒ１８ｂの抵抗値は、４００　Ω、そして抵抗器Ｒ２０ａ，　Ｒ２０ｂの抵抗値は、８００Ωに設定している。
【００４３】
変調振幅回路１２０ｃは、これらの抵抗器を流れる電流を電圧に変換して交流振幅１０ｆとして出力する。変調振幅回路１２０ｃは、抵抗値の変更により電圧を変化させて、変調周波数発生回路１２２ｃに供給する。変調周波数発生回路１２２ｃは、交流振幅１０ｆにより変調周波数の発生を調整して出力している。
【００４４】
変調周波数測定における動作を説明する。この測定において、アンテナスイッチ１８は端子ａ側に切り換える。また、中間周波数スイッチ２０は、端子ｃ側に切り換える。そして、局所発振スイッチ１２８ｃは、周波数変換回路１２ｄ側に切り換える。
【００４５】
アンテナ端子１２ａを介してたとえばシンセサイザ１４ａから無変調な連続した高周波信号ｆｃ２を入力する。この入力が探針を介して行われる場合、高周波信号に対して無視できない電力損失が生じる。この電力損失が生じても、高周波信号の電力は１μＷ以上の電力が供給されれば、前述したように十分な測定精度が得られる。高周波信号は、受信系の増幅器１２ｂを介して周波数変換回路１２ｄに供給される。
【００４６】
周波数変換回路１２ｄには、周波数変調部１２ｃから変調された局所入力信号１２ｆ（ｆｃ１＋ｆｓ）が供給される。周波数変換回路１２ｄは、供給される２つの信号を用いて、和周波（ｆｃ２＋（ｆｃ１＋ｆｓ））と差周波（ｆｃ２−（ｆｃ１＋ｆｓ））を中間周波数として発生させる。中間周波数は、測定端子１２ｅを介して帯域通過フィルタ１４ｂに供給される。
【００４７】
帯域通過フィルタ１４ｂは、差周波だけを通過させたディジタル信号をテスタ１４ｃに供給する。ここで、周波数　ｆｃ１，　ｆｃ２は同じに設定している。テスタ１４ｃでは、ディジタル信号をＦＦＴ機能部１４０ｃにてＦＦＴ処理して周波数分布を表示させ、変調周波数を測定している。
【００４８】
ここで、変調周波数が所定の値からずれて測定されることがある。この場合、アナログスイッチ　（３６ａ，　３６ｂ），　（３８ａ，　３８ｂ），　（４０ａ，　４０ｂ），　（４２ａ，　４２ｂ）の４組それぞれでビット制御する。この場合、４ビット　（００００）〜（１１１１）　の制御を行うことによって変調周波数を１６通りに変化させることができる。本実施例のアナログスイッチ３６ａ〜４２ｂは、すべてアクティブ「Ｌｏｗ」である。
【００４９】
トリミングのデータとして１６通りの電圧変化を供給すると、各データに対応した変調周波数が図９に示すように得られる。図９のグラフが示すように、各データに対して変調周波数が線形に変化していることがわかる。たとえば、トリミングデータ（１０００）での変調周波数を基準にすると、トリミングデータ（００００）のとき、変調周波数を２５％程度増加させ、トリミングデータ（１１１１）のとき、変調周波数を２０％程度低下させることにより調整できることがわかる。
【００５０】
また、アナログスイッチ３６ａ〜４２ｂのオン／オフを制御するビットデータが供給される制御端子４６，　４８，　５０，　５２は、図示しない電流ヒューズを介して回路の電源ラインに接続するようにしてもよい。変調周波数の測定後、調整に応じて適切な電流ヒューズを電流トリミングまたはレーザトリミング等の方法を用いて切断するようにしてもよい。この他、集積回路部１２の内に不揮発性の記憶回路を内蔵して、集積回路を樹脂封入により組み立てた後、変調周波数のトリミングデータを記録し、このデータを利用してアナログスイッチを制御して変調周波数の確認を行うようにしてもよい。
【００５１】
このように無線装置に少なくとも、周波数変換回路１２ｄの出力を取り出す中間周波数スイッチ２０と周波数変調部１２ｃに局所発振周波数の信号に変調を与えた局所入力信号１２ｆの供給を選択する局所発振スイッチ１２８ｃを付加し、測定に応じて切り換えることにより、変調周波数測定を行うことができる。
【００５２】
また、本実施例では、変調周波数の測定を説明したが、変調周波数発生回路１２２ｃの動作を停止させると、局所発振回路１２４ｃの発振周波数を測定することができる。
【００５３】
樹脂封入による組立て後、集積回路部１２に内臓する不揮発性メモリにデータを書き込んだり、集積回路部１２を他の集積回路とともにモジュールにして、このモジュールの不揮発性メモリにデータを記憶させて、読み出したデータによりアナログスイッチを制御して調整を有利に進めることもできる。
【００５４】
以上のように構成することにより、ウェハ上での回路の総面積を抑制し、高周波信号対策の施された測定系（テスタ）を用いずに変調周波数を計測することにより、周波数変調測定に要する回路をすべて集積化した際に生じる無視できない回路の面積増加と、回路の占有をなくした際に生じる高周波信号対策された測定系（テスト系）の構築にともなう負担費用の増大という相反する問題の両方を、同時に解決し、装置の大きさや装置の価格等の面で有利な周波数変調装置を提供することができる。
【００５５】
より具体的には、少なくとも、周波数変換回路の出力を取り出す中間周波数スイッチと周波数変調部に局所発振周波数の信号に変調を与えた局所入力信号の供給を選択する局所発振スイッチを付加し、測定に応じて切り換えることにより、変調周波数測定を行うことができる。
【００５６】
また、測定した変調周波数に対応した交流振幅を供給するトリミングデータを記憶し、このトリミングデータの読出しにおいてアナログスイッチを制御することにより、変調周波数の確認も容易に行うことができる。
【００５７】
そして、周波数変調装置の変調周波数測定方法によれば、ウェハ上またはチップ組立て後に変調周波数の測定や調整等を可能にして、周波数変調装置における変調周波数の測定に要する要素を最小限で済ませても測定できるので、測定に要する回路面積の増加や測定系の構築にともなう費用負担増といった価格面の不利の両方に対応し、変調周波数の測定や調整を簡便に行うことができる。
【００５８】
【発明の効果】
このように本発明の周波数変調装置によれば、周波数生成手段、入力端子、増幅手段、周波数変換手段および出力端子が半導体装置としてウェハ上に本来、高周波信号の対策が施され、形成されている構成要素を利用して、高周波信号対策を新たに行うことなく、回路の総面積を最小限に留め、この装置内で生成された第１の搬送波と入力端子を介して供給される第２の搬送波とを周波数変換手段に供給し、中間周波数の信号を生成して出力し、半導体装置外に第２の搬送波の供給源、周波数フィルタ手段および演算手段を設けて変調信号の計測を可能にして、周波数変調測定に要する回路すべて集積化した際に生じる無視できない回路の面積増加と、逆に回路の面積を所定の占有面積の確保にともなって高周波信号対策された測定系の構築による負担費用の増大という相反する問題の両方を同時に解決し、装置の大きさや装置の価格等の面で有利な周波数変調装置を提供することができる。
【００５９】
また、本発明の周波数変調装置の変調周波数測定方法によれば、半導体装置内で第１の搬送波を生成し、第１および第２の搬送波との演算により生成される中間周波数を求めて、半導体装置が本来構成要素として用いることのできる処理を行うことから、これらの処理に対する新たな高周波対策を行うことなく中間周波数を求め、半導体装置の外でこの中間周波数に帯域制限を施し、帯域制限された中間周波数に対するスペクトル分布を算出することにより、ウェハ上またはチップ組立て後に変調周波数の測定や調整等ができ、有利であり、そして周波数変調装置における変調周波数の測定に要する要素を最小限で済ませても測定できるので、測定に要する回路面積の増加や測定系の構築にともなう費用負担増といった価格面の不利の両方に対応し、変調周波数の測定や調整を簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数変調装置を適用した周波数変調回路の測定系における原理的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の周波数変調部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の周波数変調回路により得られる変調周波数のスペクトル分布の一例を示すチャートである。
【図４】図１の周波数変調回路とスペクトルアナライザによる変調周波数測定の比較を示すグラフである。
【図５】図１の周波数変調回路における入力信号強度に対する変調周波数の測定精度の関係を示すグラフである。
【図６】図１の周波数変調回路を無線装置に適用し、この適用に対応した周波数変調回路における集積回路部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図７】図６の周波数変調部における構成を示すブロック図である。
【図８】図７の変調振幅回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図９】図７の変調振幅回路において供給されるトリミングデータに応じて変化する変調周波数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　周波数変調回路
１２　集積回路部
１２ａ　入力パッド（アンテナ端子）
１２ｂ　増幅器（受信系）
１２ｃ　周波数変調部
１２ｄ　周波数変換回路（受信系）
１２ｅ　出力パッド（測定端子）
１４　周辺測定部
１４ａ　シンセサイザ
１４ｂ　帯域通過フィルタ
１４ｃ　テスタ
【図１】
2004146892.tif 000003
【図２】
2004146892.tif 000004
【図３】
2004146892.tif 000005
【図４】
2004146892.tif 000006
【図５】
2004146892.tif 000007
【図６】
2004146892.tif 000008
【図７】
2004146892.tif 000009
【図８】
2004146892.tif 000010
【図９】
2004146892.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月11日(2003.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
第１および第２の帯域通過フィルタは、通過した出力をそれぞれ、第１および第２の周波数電圧変換回路に供給している。第１の周波数電圧変換回路は、第１の帯域通過フィルタから供給される搬送波の振幅を直流電圧に変換して制御部に出力する。また、第２の周波数電圧変換回路は、供給される変調波の振幅に応じた直流電圧に変換して制御部に出力する。制御部では、供給されるこれらの出力電圧信号の比から変調指数を検出し、この変調指数が所定の値の１／Ｎになるように制御信号を生成している。第１および第２の帯域通過フィルタ、第１および第２の周波数電圧変換回路ならびに制御部が、変調度測定における主要な構成要素である。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
送信変調回路１２６ｃは、生成した局所発信周波数ｆｃ１と交流振幅に比例させて生成した変調周波数ｆｓとを周波数合成、すなわち和周波変換する機能を有している。これにより、送信変調回路１２６ｃは、第１の搬送波における周波数ｆｃ１＋ｆｓに変換した局所入力信号１２ｆを周波数変換回路１２ｄに出力する。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
帯域通過フィルタ１４ｂは、低域通過フィルタで、ディジタルサンプリング機能も有している。ディジタルサンプリングにおけるレートは、変調周波数の逆数に比べて十分に短い時間間隔、すなわち高速なレートであるほど測定精度が向上する。サンプリングの間隔は、たとえば変調周波数の１６０　ｋＨｚに対して１μｓにすることが好ましい。サンプリング点の数は、後段で用いる高速フーリエ変換処理を容易にするため２の冪乗で表す数にするとよい。フーリエ変換は、低域通過フィルタの出力をディジタル化した後、行う。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
上述したｐ型電界効果トランジスタ３２ａ，　３２ｂのドレインは、ｐ型電界効果トランジスタ３２ｃ，　３２ｄのソースに接続されている。また、ｐ型電界効果トランジスタ３２ａ，　３２ｂのソースには、それぞれ、電源ラインに接続され、電源電圧が印加されている。ｐ型電界効果トランジスタ３２ｃのドレインには、それぞれ直列接続した抵抗器Ｒ１０，　Ｒ１４ａ，　Ｒ１６ａ，　Ｒ１８ａ，　Ｒ２０ａと定電流源３４ｂが接続され、ｐ型電界効果トランジスタ３２ｄのドレインには、それぞれ直列接続した抵抗器Ｒ１２，　Ｒ１４ｂ，　Ｒ１６ｂ，　Ｒ１８ｂ，　Ｒ２０ｂと定電流源３４ｃが並列接続されている。そして、それぞれ直列接続した抵抗器Ｒ２０ａと抵抗器Ｒ２０ｂの端部を共通接続した点は、コンデンサ４４を介して接地されている。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
上述した抵抗器の内、抵抗器Ｒ１０，　Ｒ１２を除く８個の抵抗器には、アナログスイッチ３６ａ〜４２ｂがそれぞれ並列接続されている。アナログスイッチ３６ａ〜４２ｂにおけるそれぞれのオン抵抗値は、３００　Ωである。本実施例において、抵抗器Ｒ１０，　Ｒ１２は、抵抗値を互いに等しく２　ｋΩ、抵抗器Ｒ１４ａ，　Ｒ１４ｂの抵抗値も互いに等しく１１５Ωに設定している。この他、６つの抵抗器Ｒ１６ａ，　Ｒ１６ｂ，　Ｒ１８ａ，　Ｒ１８ｂ，　Ｒ２０ａ，　Ｒ２０ｂの抵抗値は、一対ずつ同じ値にする。これら３種類の抵抗値は、これらの抵抗値におけるアナログスイッチのオン状態における抵抗値とオフ状態における抵抗値との差がほぼ２：４：８になるように選定する。本実施例では、抵抗器Ｒ１６ａ，　Ｒ１６ｂの抵抗値は、２００　Ω、抵抗器Ｒ１８ａ，　Ｒ１８ｂの抵抗値は、４００　Ω、そして抵抗器Ｒ２０ａ，　Ｒ２０ｂの抵抗値は、８００Ωに設定している。


【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2004146892.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月21日(2004.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調が施された第１の搬送波を生成する周波数生成手段と、
無変調の第２の搬送波を外部から入力する入力端子と、
第２の搬送波を増幅する増幅手段と、
第１および第２の搬送波を入力し、入力された第１の搬送波と第２の搬送波との演算により得られる中間周波数の信号を出力する周波数変換手段と、
該中間周波数の信号を出力する出力端子と、
前記中間周波数の信号に対して帯域制限して通過させた帯域制限信号を出力する周波数フィルタ手段と、
該帯域制限信号が有するスペクトル分布を算出する変換を施す演算手段とを備え、
前記周波数生成手段、前記入力端子、前記増幅手段、前記周波数変換手段および前記出力端子が半導体を集積化してウェハ上に形成された半導体装置として含み、
前記周波数生成手段は、該装置から信号を送出する前記半導体装置の送信系に配設され、前記増幅手段および前記周波数変換手段は、該装置にて信号を受信する前記半導体装置の受信系に配設されていることを特徴とする周波数変調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記周波数生成手段は、前記ウェハ上に配設され、局部発振周波数の信号を発振する発振手段と、
前記周波数変調における変調周波数を制御する信号を交流振幅とし、該交流振幅の設定に応じて周波数変調信号を生成する周波数変調手段と、
前記局部発振周波数の信号と前記周波数変調信号を周波数合成する合成手段とを含むことを特徴とする周波数変調装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記周波数変調手段は、該装置における変調周波数を決定する前記交流振幅としての電圧制御信号を生成する交流振幅手段と、
該交流振幅に応じて前記変調周波数を生成する変調周波数生成手段とを含み、
さらに、前記交流振幅手段は、前記交流振幅の調整用に複数の抵抗器が増幅手段の定電流源に並列に配設され、該抵抗器の導通を切り換える切換手段が該抵抗器のそれぞれに並列接続され、
前記切換手段は、前記抵抗器の導通を切り換える切換制御信号に応じて切り換えることを特徴とする周波数変調装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の装置において、該装置は、前記周波数生成手段内に配設される、第１の搬送波を前記周波数変換手段への供給と前記送信系への供給とを選択する第１の選択手段と、
第２の搬送波を前記周波数変換手段への供給と前記送信系からの送出信号を前記入力端子への供給とを選択する第２の選択手段と、
前記周波数変換手段からの前記中間周波数の信号を前記出力端子に供給する選択と該中間周波数の信号に処理を施す手段に供給する選択とを行う第３の選択手段とを含み、
第２および第３の選択手段は、前記半導体装置内に配設されることを特徴とする周波数変調装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置において、前記演算手段は、前記帯域制限信号にフーリエ変換を施して前記スペクトル分布を求めることを特徴とする周波数変調装置。
【請求項６】
半導体がウェア上に集積化された半導体装置を用いて、該半導体装置内で周波数変調が施された第１の搬送波を生成する第１の工程と、
無変調の第２の搬送波を半導体装置の外から入力する第２の工程と、
前記半導体装置内で第１および第２の搬送波を用いて両搬送波による周波数変換の演算により得られる中間周波数の信号を生成する第３の工程と、
前記半導体装置の外で前記中間周波数の信号に対して帯域制限して通過させ、該帯域制限された信号を出力する第４の工程と、
該帯域制限信号が有するスペクトル分布を算出する第５の工程とを含み、
第１の工程は、前記半導体装置において信号の送出を担う前記半導体装置内の送信系で生成される局部発振周波数の信号と該生成した局部発振周波数に対して周波数変調を施した変調信号とを合成して第１の搬送波を生成することを特徴とする周波数変調装置の変調周波数測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、第１の工程は、前記周波数変調において変調する周波数の指示に応じた電圧制御信号を交流振幅として生成する第６の工程と、
該交流振幅に応じて前記変調周波数の前記変調信号を生成する第７の工程と、
該変調信号と前記局部発振周波数の信号とを合成して第１の搬送波を生成する第８の工程と、
第１の搬送波の供給を選択する第９の工程とを含むことを特徴とする周波数変調装置の変調周波数測定方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の方法において、第２の工程は、第２の搬送波および前記送信系からの出力のうち、第２の搬送波の出力を選択し、
第３の工程は、生成した前記中間周波数の信号を前記半導体装置の外に出力する選択も行うことを特徴とする周波数変調装置の変調周波数測定方法。