(57)【要約】無線通信装置は、無線制御機能を実施するための電子回路を備える集積回路を含む。少なくとも１つの個別部品を含む外部回路は、集積回路から分離しており、所定の段階の無線制御機能を実施するために設けられる。外部回路の少なくとも１つの個別部品は、集積回路から受信する１つ以上の制御信号により制御される。このように、本発明は、集積ソリューションにおける入力装置として低コストの外部装置を利用することで、複合集積ソリューションの制御およびシステムの利益を得ながら、外部装置の性能向上による利益を得る。【選択図】図４
2010514309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線制御機能を実施するための電子回路を含む集積回路と；
前記集積回路から分離しており、所定の段階の無線制御機能を実施するための手段を含み、少なくとも１つの個別部品を含む外部回路と；
を含む無線通信装置であって、
前記外部回路の前記少なくとも１つの個別部品が、前記集積回路から受信する１つ以上の制御信号により制御される無線通信装置。
【請求項２】
前記集積回路が、前記外部回路から受信する少なくとも１つの信号に基づき、バイアスおよび／または制御信号を前記外部回路に提供するように構成されている請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記外部回路が、増幅装置の少なくとも一部を形成する請求項１または請求項２に記載の無線装置。
【請求項４】
前記外部回路が、低雑音増幅装置の少なくとも一部を形成する請求項３に記載の無線装置。
【請求項５】
前記外部回路が、前記集積回路内に見られる回路と略同一の機能を実施する請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線装置。
【請求項６】
前記外部回路が、選択的に動作する請求項５に記載の無線装置。
【請求項７】
前記集積回路が、オンチップ／オフチップの不整合または温度効果による前記外部回路の変化を補正または軽減するように構成され、かつ、補正または軽減できる請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線装置。
【請求項８】
前記外部回路が、前記外部回路の動作が前記集積回路により部分的または全体的に制御されるように、完全にまたはハイブリッド方式で制御されるその動作パラメータを有するように構成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の無線装置。
【請求項９】
前記集積回路が、前記外部回路を制御するための１つ以上の内部レジスタを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の無線装置。
【請求項１０】
前記外部回路の前記少なくとも１つの個別部品が、バイポーラまたはＧａＡｓプロセスを用いて形成される請求項１〜９のいずれか１項に記載の無線装置。
【請求項１１】
前記集積回路が、ＣＭＯＳプロセスを用いて形成される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の無線装置。
【請求項１２】
無線通信装置の性能を最適化する方法であって、
無線制御機能を実施するための電子回路を含む集積回路を提供する工程と；
前記集積回路から分離しており、所定の段階の無線制御機能を実施するための、少なくとも１つの個別部品を含む外部回路を提供する工程と；
前記集積回路から受信する１つ以上の制御信号を用いて前記外部回路の前記少なくとも１つの個別部品を制御する工程と、
を含む方法。
【請求項１３】
前記外部回路が、増幅装置の少なくとも一部を形成する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記外部回路が、低雑音増幅装置の少なくとも一部を形成する請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記外部回路が、前記集積回路内にも見られる回路と略同一の機能を実施するように動作する請求項１２または請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記外部回路が選択的に動作する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
オンチップ／オフチップの不整合または温度効果による前記外部回路のばらつきを減らすため前記集積回路の動作を制御する工程をさらに含む請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記外部回路の動作パラメータが完全にまたはハイブリッド方式で制御され、前記外部回路の動作が前記集積回路により部分的または全体的に制御されるように前記外部回路を制御する工程をさらに含む請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記外部回路の動作を制御するため、前記集積回路に１つ以上の内部レジスタを提供する工程をさらに含む請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記外部回路の前記少なくとも１つの個別部品が、バイポーラまたはＧａＡｓプロセスを用いて形成される請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記集積回路が、ＣＭＯＳプロセスを用いて形成される請求項１２〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の無線通信装置に使用される集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置、例えば、超広帯域受信機および／または送信機、および、無線通信装置の性能を最適化する方法に関する。特に、本発明は、無線通信装置において最適な性能を提供するための外部回路部品、例えば、低雑音増幅回路（ＬＮＡ）または外部低雑音増幅器を有する無線集積回路を含む無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超広帯域は、３．１〜１０．６ＧＨｚの非常に広い周波数範囲にわたってデジタルデータを送信する無線技術である。一般に、−４１ｄＢｍ／ＭＨｚ未満の超低送信電力を利用するため、この技術は、既存のＷｉ−Ｆｉ、ＧＳＭ、およびブルートゥースなどの他の伝送周波数下にそのまま隠れることができる。これは、超広帯域が他の無線周波数技術と共存できることを意味している。しかしながら、これには、通信が一般に５〜２０メートルの距離に限るという制限がある。
【０００３】
ＵＷＢには２つの手法がある。即ち、ＵＷＢ特性をもつパルス波形から信号を構築する時間領域手法と、従来の、多重（周波数）バンドによるＦＦＴベースの直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いて、ＭＢ−ＯＦＤＭを行う周波数領域変調手法とである。両方のＵＷＢ手法は、周波数スペクトルにおいて非常に広い帯域幅を網羅するスペクトル成分を生じ、そのため超広帯域という用語が使用され、それにより、帯域幅は、一般に少なくとも５００ＭＨｚである中心周波数の２０パーセント以上を占める。
【０００４】
非常に広い帯域幅と組み合わせた超広帯域のこれら特性は、ＵＷＢが家庭またはオフィス環境で高速無線通信を提供するための理想的な技術であることを意味し、それにより、通信デバイスは互いに２０ｍの範囲内となる。
【０００５】
図１は、超広帯域通信用のマルチバンド直交周波数分割多重（ＭＢ−ＯＦＤＭ）システムにおける周波数バンドの配置を示す。ＭＢ−ＯＦＤＭシステムは、各々が５２８ＭＨｚの１４個のサブバンドを備え、アクセス方法としてサブバンド間で３１２ｎｓごとにホップする周波数を用いる。各サブバンド内で、ＯＦＤＭおよびＱＰＳＫまたはＤＣＭコーディングをデータ送信に用いる。約５ＧＨｚ、現在、５．１〜５．８ＧＨｚのサブバンドは、例えば、８０２．１１ａＷＬＡＮシステム、安全保障局の通信システム、または航空産業の既存の狭帯域システムとの混信を避けるため空白のままであることに留意されたい。
【０００６】
１４個のサブバンドは５つのバンド群に構成され：４つは５２８ＭＨｚのサブバンドを３つ有し、１つは５２８ＭＨｚのサブバンドを２つ有している。図１に示すように、第１のバンド群は、サブバンド１と、サブバンド２と、サブバンド３とを備える。例示のＵＷＢシステムは、第１のデータシンボルをバンド群の第１の周波数サブバンドにおいて第１の３１２．５ｎｓ長の時間間隔で送信し、第２のデータシンボルをバンド群の第２の周波数サブバンドにおいて第２の３１２．５ｎｓ長の時間間隔で送信し、尚且つ、第３のデータシンボルをバンド群の第３の周波数サブバンドにおいて第３の３１２．５ｎｓ長の時間間隔で送信するように、バンド群のサブバンド間をホップする周波数を用いる。従って、各時間間隔の間、データシンボルは、５２８ＭＨｚの帯域幅をもつそれぞれのサブバンド、例えば、３９６０ＭＨｚを中央にした５２８ＭＨｚのベースバンド信号をもつサブバンド２に送信される。
【０００７】
ＵＷＢシステムの基本的なタイミング構造は、スーパーフレームである。スーパーフレームは２５６個の媒体アクセススロット（ＭＡＳ）から成り、各ＭＡＳは、規定の持続時間、例えば、２５６μｓを有する。各スーパーフレームはビーコンピリオドで開始され、１つ以上の隣接ＭＡＳまで継続する。ビーコンピリオドにおける最初のＭＡＳの開始は、「ビーコンピリオド開始」として知られている。図２は、スーパーフレームの構造を示し、これらのＭＡＳの各々は、受信機からのさまざまな距離、かつ、さまざまな信号強度（図３に示すように）で位置する異なるクライアントによって占有される。
【０００８】
超広帯域の技術的特性は、データ通信領域における用途に展開されることを意味する。例えば、以下の環境においてケーブルの置換えを目的とする広範囲の用途が存在する：
−ＰＣと、周辺機器、即ち、ハードディスク・ドライブ、ＣＤライター、プリンター、スキャナーなどの外部デバイスとの間の通信。
−無線手段、無線スピーカー等によって接続されるテレビやデバイスなどの家庭用娯楽機器。
−例えば、携帯電話とＰＤＡ、デジタルカメラとＭＰ３プレーヤー等の携帯端末とＰＣとの間の通信。
【０００９】
任意のＵＷＢシステムにおける重要な因子は、ＵＷＢ受信機のノイズ性能である。無線受信機の入力雑音は、連鎖における第１の増幅装置の利得によって主に影響される。第１の増幅装置が集積回路の一部を形成する、即ち、シリコン集積プロセスで完全に集積されている場合、かかる集積装置のノイズ性能は、より低コストでより高い性能を有することができる同等の外部装置（単純な個別装置であるか、またはより複雑なサブシステムであるかに関わらず）のノイズ性能ほどには優れていない。さらに、定められた適用環境においてこれらの外部装置の選択に影響を及ぼすことができ、従って、例えば、一般的使用にはより低性能の装置を選択し、重要な用途には非常に高性能のものを選択することができる。この選択をユーザに提供することで、制御レジスタを内部に含む追加コストを最小にしながら、システム全体の性能の商業的および技術的な実用性を大幅に向上させる。
【００１０】
より低性能なＣＭＯＳのみを集積した装置に信号を印加する前に、前記信号を予め増幅するため完全に外部の個別増幅回路を使用することが知られている。しかしながら、これらの外部増幅器は、別々の（完全な）回路エンティティである。これは、周波数チャネル変更後の急速な利得変化などシステム全体の汎用性を制限する。ＵＷＢシステムの重要要件は、かかる機能を１０ｎｓ未満でできることである。従来の手法は、ＣＭＯＳシステムチップが外部の個別増幅回路を制御しないという欠点がある。現在、このレベルの性能を達成する唯一の方法は、増幅装置を集積回路内に完全に集積することである。
【００１１】
別の公知の手法は、増幅装置をハイブリッド型バイポーラＣＭＯＳ装置に集積できるようなハイブリッド集積プロセスを用いることである。かかる装置の集積性能は、処理が損なわれることにより外部装置のものと比べて劣っているため、これは魅力的ではない。さらに、これら２〜３台の高性能装置に対してより複雑でそのため高価になる処理を用いることでは、解決策全体が、処理コストペナルティの負担を負うことで、解決策を商業的に魅力の少ないものにしてしまう。
【００１２】
本発明の目的は、前述の欠点のない無線通信装置を提供することである。
【発明の概要】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、無線制御機能を実施するための電子回路を含む集積回路と；集積回路から分離しており、所定の段階の無線制御機能を実施するための手段を含み、少なくとも１つの個別部品を含む外部回路と；を含み、外部回路の少なくとも１つの個別部品が、集積回路から受信する１つ以上の制御信号により制御される無線通信装置を提供する。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、無線通信装置の性能を最適化する方法を提供する。本方法は、無線制御機能を実施するための電子回路を含む集積回路を提供する工程と；集積回路から分離しており、所定の段階の無線制御機能を実施するための、少なくとも１つの個別部品を含む外部回路を提供する工程と；集積回路から受信する１つ以上の制御信号を用いて外部回路の少なくとも１つの個別部品を制御する工程とを含む。
【００１５】
図面から分かるように、本発明は、集積ソリューションにおける入力装置として低コストの外部装置を利用する。従って、複合集積ソリューションの制御およびシステムの利益を得ながら、外部装置の性能向上による利益を得る。さらに、外部装置の選択を最適化し、ユーザアプリケーションに従いこれらの装置の動作を最適化するため内部レジスタを提供する本発明の能力は、さらなる恩恵をもたらす。
【００１６】
本発明のより十分な理解を得ると共に、それがどのように実施されるかを示すために、単なる例として添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＭＢ−ＯＦＤＭシステムのマルチバンドＯＦＤＭアライアンス（ＭＢＯＡ）承認の周波数スペクトルを示す。
【図２】各媒体アクセススロット（ＭＡＳ）が、受信機から変動する距離に位置する異なるクライアントによって占有されるスーパーフレームの構造を示す。
【図３】受信機から変動する距離に位置する異なるクライアントに関する異なる媒体アクセススロットが、どのような変動信号強度を有するかを示す。
【図４】本発明の実施形態による無線通信装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図４は、本発明の例示実施形態による無線受信機の形態の無線通信装置を示す。好適な実施形態は、無線受信機との関連において説明するが、無線送信機や無線送受信機（即ち、送信機／受信機）にも本発明を適用できることを理解されたい。
【００１９】
無線受信機は、無線制御機能を実施するための集積回路２１を含む。集積回路は、ＣＭＯＳ技術を用いて形成するのが好ましいが、本発明は、集積回路の作成に使用する他の技術にも等しく適用可能である。
【００２０】
外部回路２３は、個別部品Ｑ１、Ｑ２を含む。一応用例では、外部回路２３は、外部低雑音利得回路、例えば、低雑音増幅回路の少なくとも一部を形成するように構成されている。しかしながら、外部回路２３は、他の機能を実施するように構成できることを理解されたい。一例として、ＣＭＯＳ装置２１の予想される機能性は、低雑音増幅回路、ミキサー、発振器、およびベースバンドプロセッサの別の利得段階などの無線受信機の機能を集積することである。これらの機能に加えて、外部回路２３にバイアスをかけ、制御する回路およびレジスタを取り込むことも含む。
【００２１】
外部回路２３の個別部品Ｑ１、Ｑ２は、用途に応じて、バイポーラまたは同様の技術を用いて形成される。用途によっては、個別部品Ｑ１、Ｑ２は、ＧａＡｓプロセスを用いて形成してもよい。このようにして、集積回路にかかる処理を組み込むようにする必要なく、ＧａＡｓプロセスを用いて個別外部部品のみを形成することができる。外部回路２３の部品Ｑ１、Ｑ２は、集積回路２１内から受信する制御信号２５、２６、２７、および２８を用いて制御される。例示実施形態では、第１および第２の装置Ｑ１、Ｑ２を含む外部回路２３を示しているが、外部回路は、単一の個別部品から複雑なサブシステムまであらゆる形態の回路を含み得ることを理解されたい。これらの外部部品は、より低コストのＣＭＯＳ装置により制御される最適化サブシステムとして構成されることで、より良い性能を達成できることも理解されたい。
【００２２】
この例では、外部装置Ｑ１、Ｑ２のＤＣ動作点を内部制御回路から制御することで、最大システム性能に最適な条件で動作するようこれらの装置を調整することができる。上述のように、上述の例に加えて、オンチップ／オフチップ不整合、温度ばらつきなどによる外部回路のあらゆる変化を低コストの集積回路２１を用いて軽減できるように、より複雑な外部回路２３を外部に実現できるようシステムを設計することができる。図４の例では、外部低雑音利得回路は、増幅機能を実現するために、内部差動利得装置（Ｑ３）と連結した２つのトランジスタカスケード利得段階として構成されている。この構成では、非線形挙動を避けるため最適なバイアス条件を適用するように、外部装置のＤＣ動作点を制御することが重要である。これらの条件は、温度または処理のばらつきなどの外的影響により変化する。従って、装置が常に正常に動作するように、内部回路に従って動作条件を調整しなければならない。制御回路に取付けられた装置のノード上の電圧と、予め定められた演算とに従ってこれらの調整を行わなければならない。これらの演算は、周知の方法で制御回路にプログラミングしてもよい。
【００２３】
無線受信機は、例えば、各々が比較的短時間のスロットを占める多数のクライアントと通信するために使用してもよい。かかるシステムでは、ＲＦ無線システムは、急速に変化する動作条件、従って、クライアントベースの装置動作点に応答できることが重要である。さらに、この制約下では、システムの消費電力は、各クライアントのニーズに従って電力を節約し、雑音を減らし、あるいは信号処理性能を改善するよう常に最適化されることが重要である。入力装置（即ち、外部回路２３）の制御は、ＣＭＯＳ制御装置（即ち、集積回路２１）によって直接管理されるので、これらの変更を非常に迅速に行うことができる。ＤＣブロッキング部品を用いて入力装置が制御装置に連結されていると、これらの過渡応答時間は、ブロッキング部品の回復時間により動作点の快速旋回（ｆａｓｔ  ｓｌｅｗｉｎｇ）を許容しない。ＣＭＯＳ制御回路を介して入力装置の動作点を制御し、ＤＣブロッキング部品の必要性を排除することで、非常に高速の変更が可能となる。
【００２４】
本発明は、無線システム制御機能の処理のみに低コストＣＭＯＳを使用し、ＣＭＯＳ無線システムチップの制御下である第１の受信機の利得段階として専用の、単純で、低コストかつ最適化された低雑音外部装置を使用できるという利点を有する。外部回路２３は、外部回路２３の動作がより低コストの集積回路２１、即ち、ＣＭＯＳ制御回路の部分的または全体的制御下であるように、完全にまたはハイブリッド方式で制御されるその動作パラメータを有する。
【００２５】
さらに、制御回路を集積回路２１内に組み込むことで、非常に高速の変更を動作点に行うことができ、これは、低レベル受信信号と高レベル受信信号の間をスイッチングする際にシステムの利益につながる。外部回路２３は、ＣＭＯＳ制御装置２１の効率的な外部部分であるため、外部回路２３の動作点を変更できる速度は、ＣＭＯＳ制御回路２１によって主に管理される。
【００２６】
本発明の別の態様によれば、外部回路２３は、集積回路２１内に見られる回路（または、集積回路２１内に見られる回路として略同一の機能を実施する回路）の複製であってもよい。従って、ＣＭＯＳ装置のみの性能で十分である適用において、無線受信機は、外部回路２３を用いることなく実現することができる。これにより、外部回路と基本的に同一である内部回路をより低い性能を許容できる用途に使用することができる。したがって、外部回路２３は、性能向上が必要であるかどうかに応じて、集積回路の一部動作を選択的に形成することができる。実際には、かかる配置構成の実装は、集積回路２１の構成により外部回路２３を除去できるようなものでよい。これには、内部制御レジスタの再設定を要する場合がある。しかしながら、システムの物理的配置は、この第２モードで動作するために、変更を必要とする部品数が最小である（全くないのが好ましい）ように設計するのが好ましい。
【００２７】
本発明の重要な機能的利点は、外部低雑音装置（即ち、外部回路２３）のバイアスおよび／または制御を複雑なシステム装置（即ち、集積回路２１）に組み込むことで、性能および経済的恩恵を受け、それと同時に、この外部要素をＣＭＯＳ回路ととも正確に制御できることを理解されたい。集積回路が提供するバイアスおよび／または制御は、外部装置２３から集積回路２１に送られた１つ以上の信号に基づくことに留意されたい。
【００２８】
上述の実施形態は、本発明を限定することなく示しており、当業者は、添付された請求項の範囲から逸脱せずに多くの代替の実施形態を設計することができることに注意すべきである。「含む」なる語は、請求項に記載されているもの以外の要素、或いはステップの存在を排除するものではなく、「ａ」または「ａｎ」は、複数を排除するものではなく、尚且つ、単一のプロセッサ或いは他のユニットは、請求項に記載されているいくつかのユニットの機能を満たす場合がある。請求項における参照符号は、請求項の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
2010514309.tif 000003
【図２】
2010514309.tif 000004
【図３】
2010514309.tif 000005
【図４】
2010514309.tif 000006
【国際調査報告】
2010514309.tif 000007
2010514309.tif 000008