(57)【要約】【課題】  １種類のＶＣＯ回路で送信及び受信の信号対雑音特性の課題を解決し、且つ親機、子機同一の集積回路で構成できる無線システムを提供する。【解決手段】  Ｎ−Ｗｅｌｌとポリシリコンを有するＭＯＳ容量と、それに対する電気的接続部とを備え、ポリシリコンとＮ−Ｗｅｌｌとの間の電圧差により容量値が変化する２値ＭＯＳキャパシタを構成し、その２値ＭＯＳキャパシタを含む共振回路と複数の容量素子対であって、容量の少なくとも１つが２値ＭＯＳキャパシタであり、２値ＭＯＳキャパシタのＮ−Ｗｅｌｌに接続された帯域制御端子に印加する制御電圧により、容量値を変更する手段とを備える電圧制御発振回路を構成して、その電圧制御同調回路を無線システムでの親機、子機それぞれの送信用、受信用ＶＣＯ回路にそれぞれ用い、所望の周波数を前記帯域制限端子で制御する無線システムを構成する。【選択図】図１
2005124002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ−Ｗｅｌｌとポリシリコンとを有するＭＯＳ容量デバイスと、前記ポリシリコンに接続された第１の端子と、前記Ｎ−Ｗｅｌｌに接続された第２の端子と、を有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧差を切り換えることにより容量値を変更可能な２値ＭＯＳキャパシタ。
【請求項２】
電源電圧を入力する電源端子と、
電圧制御端子と、
それぞれ制御電圧を入力する複数の帯域制御端子と、
少なくとも１つの請求項１に記載の２値ＭＯＳキャパシタを含み、前記２値ＭＯＳキャパシタの前記第２の端子を含む対応する２つの容量素子の一端と、前記帯域制御端子と、がそれぞれ接続された前記帯域制御端子と同数の容量素子対と、
カソードが前記２値ＭＯＳキャパシタの前記第１の端子を含む前記複数の容量素子対の一端に接続された第１の可変容量ダイオードと、
カソードが前記２値ＭＯＳキャパシタの前記第１の端子を含む前記複数の容量素子対の他端に接続された第２の可変容量ダイオードと、
一端が前記第１の可変容量ダイオードのアノードに接続された第１のキャパシタと、
両端が前記第２の可変容量ダイオードのアノードと前記第１のキャパシタの他端とに接続された第２のキャパシタと、
前記第１及び第２の可変容量ダイオードのアノードと前記電圧制御端子とにそれぞれに接続された２つの抵抗と、
前記第１及び第２の可変容量ダイオードのカソードと前記電源端子とにそれぞれに接続された２つのインダクタと、
を含む並列共振回路を有し、
各帯域制御端子に入力する制御電圧により、前記容量素子対の容量値を段階的に変更して前記並列共振回路の発振周波数を変更可能な電圧制御発振回路。
【請求項３】
請求項２に記載の電圧制御発振回路を有し、前記帯域制限端子に入力する制御電圧を制御してその発振周波数を切り換えることにより、無線システムにおける親機の送信回路及び受信回路と子機の送信回路及び受信回路とのいずれにも使用可能な半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２値ＭＯＳキャパシタ、電圧制御発振回路及び半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧制御発振回路（Voltage Controlled Oscillator。以下、ＶＣＯ回路と言う。）は、いくつかの理由で、集積回路の形で作成するのが非常に困難であった。ＶＣＯ回路は可変リアクタンスを必要とする。具体的には、可変容量ダイオードがＶＣＯ回路に不可欠な構成要素である。しかし、標準の集積回路製造プロセスは、そのようなデバイスを生産するように最適化されていない。さらに、それらが製作される状況では、オンチップ構成要素の品質は低く、特に集積可変容量ダイオードの容量値のばらつきが大きい為、それぞれ発振周波数が違う複数のＶＣＯを集積化している。
【０００３】
また、親機と子機で構成される無線システムのような送信受信双方向のシステムでは、親機と子機のそれぞれに少なくとも送信用と受信用のＶＣＯ回路が必要な為、２種類の集積化装置が必要だった。
【０００４】
図４、図５及び図６を用いて、従来例１及び従来例２の無線システムを説明する。
図４は、従来例１の無線システムの構成図である。図４において、５４は親機、５５は子機である。親機５４は、送信回路３２、受信回路３３、受信用ＰＬＬ回路３７、送信用ＰＬＬ回路３８、ＶＣＯ回路５０及び５１、送信用出力端子３４−１、受信用入力端子３５−１、中間周波数出力端子３６−１を有する。子機５５は、送信回路３２、受信回路３３、受信用ＰＬＬ回路３７、送信用ＰＬＬ回路３８、ＶＣＯ回路５０及び５１、送信用出力端子３４−２、受信用入力端子３５−２、中間周波数出力端子３６−２を有する。なお、親機５４と子機５５で共通する部分には同一の符号を付す。
【０００５】
以上のように構成される従来例１の無線システムの動作を説明する。
親機５４の送信用出力端子３４−１から出力される周波数ｆＴＸ１の信号は、子機５５の受信用入力端子３５−２に周波数ｆＲＸ２（＝ｆＴＸ１）の信号として入力される。更に、受信回路３３で周波数混合された後、中間周波数ＩＦとして中間周波数出力端子３６−２から出力される。この時の各周波数の関係は、受信用ＶＣＯ回路５３の発振周波数ｆＶＣＯ５３を用いて以下の式（１）で表される。
ｆＴＸ１＝ｆＲＸ２＝ｆＶＣＯ５３＋ＩＦ              （１）
子機５５の送信用出力端子３４−２から出力される信号の周波数ｆＴＸ２は、送信用ＶＣＯ回路５２の発振周波数ｆＶＣＯ５２と等しい。
ｆＴＸ２＝ｆＶＣＯ５２                            （２）
【０００６】
また、子機５５の送信用出力端子３４−２から出力される周波数ｆＴＸ２の信号は、親機５４の受信用入力端子３５−１に周波数ｆＲＸ１（＝ｆＴＸ２）の信号として入力される。更に、受信回路３３で周波数混合された後、中間周波数ＩＦとして中間周波数出力端子３６−１から出力される。この時の各周波数の関係は、受信用ＶＣＯ回路５０の発振周波数ｆＶＣＯ５０を用いて以下の式（３）で表される。
ｆＴＸ２＝ｆＲＸ１＝ｆＶＣＯ５０−ＩＦ              （３）
親機５４の送信用出力端子３４−１から出力される信号の周波数ｆＴＸ１は、送信用ＶＣＯ回路５１の発振周波数ｆＶＣＯ５１と等しい。
ｆＴＸ１＝ｆＶＣＯ５１                            （４）
【０００７】
送信と受信が同時に行われる無線システム（例えば、コードレス電話システム）では、送信信号と受信信号が互いに干渉することを防ぐために、ｆＴＸ１とｆＴＸ２とは異なる周波数が選択される。即ち、ｆＴＸ１とｆＲＸ１及びｆＴＸ２とｆＲＸ２は互いに異なる周波数が選択される。更に、同一集積装置に集積化される２つのＶＣＯ回路（親機５４が有する送信用ＶＣＯ回路５１と受信用ＶＣＯ回路５０、又は子機５５が有する送信用ＶＣＯ回路５２と親機用受信用ＶＣＯ回路５３）の干渉を防ぐために、それらの発振周波数はできるだけかけ離れた周波数が選択される。従って、式（１）及び式（３）の下側局発方式、上側局発方式のように周波数混合方式が異なる。つまり従来例１の無線システムでは４種類の発振周波数（ｆＶＣＯ５０、ｆＶＣＯ５１、ｆＶＣＯ５２及びｆＶＣＯ５３）が存在し且つ、親機５４と子機５５では同一の集積回路でシステムを構成することができない。従って、設計工数の増大を招き、２種類の集積装置が必要なため部品混入等の課題があった。
【０００８】
図５及び図６を用いて従来例２の無線システムを説明する。図５は、従来例２の無線システムの構成図である。図５において、６１は親機、６２は子機である。親機６１及び子機６２は、従来例１の無線システムの親機５４及び子機５５において、ＶＣＯ回路５０〜５３をＶＣＯ回路６０に置き換えたものである。その他の構成は従来例１の無線システムと同じであり、同一の符号を用いる。ＶＣＯ回路６０は、周波数可変範囲がＶＣＯ回路５０〜５３に比べて広い。そのため、１つのＶＣＯ回路６０を用いて、親機６１及び子機６２の集積回路が共通の集積回路で構成される。
【０００９】
図６は、ＶＣＯ回路６０の回路図である。ＶＣＯ回路６０は、可変容量ダイオード４−１及び４−２を有する並列共振回路である。可変容量ダイオード４−１のアノードは可変容量ダイオード４−２のアノードに接続される。更に、可変容量ダイオード４−１のアノードと可変容量ダイオード４−２のアノードとの接続点は電圧制御端子５に抵抗６及び抵抗１３−５を介して接続される。可変容量ダイオード４−１のカソードはインダクタンス３−１を介して電源端子１に接続される。可変容量ダイオード４−２のカソードはインダクタンス３−２を介して電源端子１に接続される。以上のように構成されるＶＣＯ回路６０は、電圧制御端子５に印加される電圧の変化に対する、出力端子１０−１、１０−２から出力される信号の発振周波数の変化比が大きい。
【００１０】
図８は、従来例２の無線システムのＶＣＯ回路６０の制御電圧に対する発振周波数の関係を示す図である。従来例２の無線システムでは、電圧制御端子５の電圧に対する発振周波数の感度が高い。従ってＶＣＯ回路の雑音特性が悪く、結果的に送信及び受信の信号対雑音特性が劣化するという欠点があった。
周波数可変範囲が広いＶＣＯ回路としては、特開２００１−１９６８５３号公報に開示された、ＦＥＴ素子を用いたＶＣＯ回路も使用される。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１９６８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、１種類のＶＣＯ回路で送信及び受信の信号対雑音特性の課題を解決し、且つ親機、子機同一の集積回路で構成できる無線システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、Ｎ−Ｗｅｌｌとポリシリコンとを有するＭＯＳ容量デバイスと、前記ポリシリコンに接続された第１の端子と、前記Ｎ−Ｗｅｌｌに接続された第２の端子と、を有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧差を切り換えることにより容量値を変更可能な２値ＭＯＳキャパシタである。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、電源電圧を入力する電源端子と、電圧制御端子と、それぞれ制御電圧を入力する複数の帯域制御端子と、少なくとも１つの請求項１に記載の２値ＭＯＳキャパシタを含み、前記２値ＭＯＳキャパシタの前記第２の端子を含む対応する２つの容量素子の一端と、前記帯域制御端子と、がそれぞれ接続された前記帯域制御端子と同数の容量素子対と、カソードが前記２値ＭＯＳキャパシタの前記第１の端子を含む前記複数の容量素子対の一端に接続された第１の可変容量ダイオードと、カソードが前記２値ＭＯＳキャパシタの前記第１の端子を含む前記複数の容量素子対の他端に接続された第２の可変容量ダイオードと、一端が前記第１の可変容量ダイオードのアノードに接続された第１のキャパシタと、両端が前記第２の可変容量ダイオードのアノードと前記第１のキャパシタの他端とに接続された第２のキャパシタと、前記第１及び第２の可変容量ダイオードのアノードと前記電圧制御端子とにそれぞれに接続された２つの抵抗と、前記第１及び第２の可変容量ダイオードのカソードと前記電源端子とにそれぞれに接続された２つのインダクタと、を含む並列共振回路を有し、各帯域制御端子に入力する制御電圧により、前記容量素子対の容量値を段階的に変更して前記並列共振回路の発振周波数を変更可能な電圧制御発振回路である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電圧制御発振回路を有し、前記帯域制限端子に入力する制御電圧を制御してその発振周波数を切り換えることにより、無線システムにおける親機の送信回路及び受信回路と子機の送信回路及び受信回路とのいずれにも使用可能な半導体集積回路である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、１種類のＶＣＯ回路で送信及び受信の信号対雑音特性の課題を解決し、且つ親機、子機同一の集積回路で構成できる無線システムを提供できるという有利な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
《実施の形態》
図１〜図３、図７〜図９を用いて本発明の実施の形態の２値ＭＯＳキャパシタ、電圧制御発振回路及び半導体集積回路を説明する。
【００１８】
図１（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態の２値ＭＯＳキャパシタの説明図及び回路図である。図１において１００は２値ＭＯＳキャパシタである。２値ＭＯＳキャパシタ１００は、ポリシリコン１０４に第１の端子２０が接続され、Ｎ型半導体１０１のＮ−Ｗｅｌｌに第２の端子２１が接続される。図９に、本発明の実施の形態の２値ＭＯＳキャパシタの電圧容量特性を示す。図９において、横軸は第１の端子２０と第２の端子２１との間に印加する電圧（ポリシリコン−Ｎ−Ｗｅｌｌ間電圧）、縦軸は第１の端子２０と第２の端子２１との間の容量（ポリシリコン−Ｎ−Ｗｅｌｌ間容量）である。第２の端子２１に比べて第１の端子２０の電位が高い時、ポリシリコン１０４の下の可変絶縁部１０５（空乏層）が変化し、ポリシリコン−Ｎ−Ｗｅｌｌ間容量はほぼ一定の値（０．１４ｐＦ）となる。第２の端子２１に比べて第１の端子２０の電位が低い時、ポリシリコン−Ｎ−Ｗｅｌｌ間容量はほとんど無くなる。即ち、ポリシリコン−Ｎ−Ｗｅｌｌ間容量は、ポリシリコン−Ｎ−Ｗｅｌｌ間電圧に応じてステップ的に変化する。以下、本発明の実施の形態の２値ＭＯＳキャパシタ１００を、図１（ｂ）の等価回路図で示す。実施の形態の２値ＭＯＳキャパシタは、ポリシリコン−Ｎ−Ｗｅｌｌ間電圧が２Ｖの時にＯＮし、−０．７Ｖの時にＯＦＦする。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態のＶＣＯ回路である。可変容量ダイオード４−１（第１の可変容量ダイオード）のアノードに容量１６−１（第１の容量）の第１の端子が接続される。容量１６−２（第２の容量）の第２の端子に容量１６−１の第１の端子が接続され、第２の端子に可変容量ダイオード４−２（第２の可変容量ダイオード）のアノードが接続される。可変容量ダイオード４−１及び４−２のカソードはそれぞれ、インダクタンス３−１及び３−２を介して電源端子１に接続される。可変容量ダイオード４−１及び４−２のアノードはそれぞれ、抵抗１３−４及び１３−３を介して抵抗６に接続される。抵抗６の他端は電圧制御端子５に接続される。
【００２０】
ＶＣＯ回路は、３対の２値ＭＯＳキャパシタ（７−１と７−２、７−３と７−４、７−５と７−６）を有する。それぞれの２値ＭＯＳキャパシタは、２値ＭＯＳキャパシタ１００と同一の構成を有し、１対の２値ＭＯＳキャパシタは第２の端子２１（Ｎ−Ｗｅｌｌ端子）で接続される。３対の２値ＭＯＳキャパシタの一方のポリシリコン端子は可変容量ダイオード４−１のカソードに接続され、他方のポリシリコン端子は可変容量ダイオード４−２のカソードに接続される。３対の２値ＭＯＳキャパシタのＮ−Ｗｅｌｌ端子はそれぞれ、帯域制御端子８−１、８−２、８−３に接続される。それぞれの帯域制御端子には、２値ＭＯＳキャパシタ７−１〜７−６をＯＮ／ＯＦＦするための電圧２Ｖ又は−Ｖが印加される。
【００２１】
図２のＶＣＯ回路の発振周波数は、インダクタンス３−１、３−２、容量１６−１、１６−２、２値ＭＯＳキャパシタ７−１〜７−６の共振周波数によって定まる。実施の形態のＶＣＯ回路は３対の同じ２値ＭＯＳキャパシタを有するので、帯域制御端子８−１〜８−３に印加する電圧によって、４つの制御電圧−発振周波数特性を実現できる。図７に、本発明の実施の形態のＶＣＯ回路の制御電圧に対する発振周波数の関係を示す。図７において、曲線［Ａ］、［Ｂ］、［Ｃ］、［Ｄ］はそれぞれ、全ての帯域制御端子をＯＦＦした時、帯域制御端子８−１のみＯＮした時、帯域制御端子８−１及び８−２がＯＮした時、全ての帯域制御端子がＯＮした時の制御電圧−発振周波数特性である。実施の形態のＶＣＯ回路によれば、例えば、無線システムのように４つの周波数所望範囲（親機送信用ＶＣＯ所望範囲、親機受信用ＶＣＯ所望範囲、子機送信用ＶＣＯ所望範囲、子機受信用ＶＣＯ所望範囲）を有するシステムでは、それぞれの周波数所望範囲に図７の制御電圧−発振周波数特性の何れかを割り当てることができる。従って、実施の形態のＶＣＯ回路は、電圧制御端子５の電圧変化に対する発振周波数の変化が小さく、ＶＣＯ回路の雑音特性が従来例２のＶＣＯ回路（図６）より優れている。
なお、実施の形態のＶＣＯ回路は３対の２値ＭＯＳキャパシタを有するが、少なくとも１対の２値ＭＯＳキャパシタを有していれば良い。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態の無線システムの構成図である。図３において、３９は親機、４０は子機である。親機３９及び子機４０は、従来例２の無線システムの親機６１及び子機６２において、ＶＣＯ回路６０をＶＣＯ回路３１に置き換えたものである。親機３９は帯域制御端子４１、４２を更に有する。子機４０は帯域制御端子４３、４４を更に有する。その他の構成は従来例２の無線システムと同じであり、同一の符号を用いる。ＶＣＯ回路３０は、図２に示した構成を有する。親機３９のＶＣＯ回路３１には、帯域制御端子４１及び４２から、２値ＭＯＳキャパシタをＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御電圧が供給される。子機４０のＶＣＯ回路３１には、帯域制御端子４３及び４４から、２値ＭＯＳキャパシタをＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御電圧が供給される。
【００２３】
この構成により、一種類のＶＣＯ回路３１で単一の集積装置で親機子機とも送信、受信の信号対雑音特性の優れた無線システムが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の２値ＭＯＳキャパシタは、電圧制御発振回路等に使用する可変容量として有用である。
本発明の電圧制御発振回路は、幅広い周波数可変範囲を必要とする電圧制御発振回路として有用である。
本発明の半導体集積回路は、送信機器及び受信機器を有する無線システムの集積回路として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１（ａ）本発明の実施の形態の２値ＭＯＳキャパシタの説明図、図１（ｂ）は本発明の実施の形態の２値ＭＯＳキャパシタの等価回路図
【図２】本発明の実施の形態のＶＣＯ回路
【図３】本発明の実施の形態の無線システムの構成図
【図４】従来例１の無線システムの構成図
【図５】従来例２の無線システムの構成図
【図６】従来例２の無線システムのＶＣＯ回路
【図７】本発明の実施の形態のＶＣＯ回路の制御電圧に対する発振周波数の関係を示す図
【図８】従来例２の無線システムのＶＣＯ回路の制御電圧に対する発振周波数の関係を示す図
【図９】本発明の実施の形態の２値ＭＯＳキャパシタの電圧容量特性
【符号の説明】
【００２６】
１                                  電源端子
２                                  ＧＮＤ端子
３−１、３−２                      インダクタンス
４−１、４−２                      可変容量ダイオード
５                                  電圧制御端子
６、１３−１〜１３−５、１５        抵抗
７−１〜７−６、１００              ２値ＭＯＳキャパシタ
８−１〜８−３、４１〜４４          帯域制御端子
９−１、９−２、１１−１、１１−２、１６−１、１６−２
容量
１０−１、１０−２                  ＶＣＯ回路出力端子
１２−１、１２−２                  差動対ＮＰＮトランジスタ
１４                                バイス端子
２０                                ポリシリコン端子（第１の端子）
２１                                Ｎ−Ｗｅｌｌ端子（第２の端子）
３１、５０〜５３、６０              ＶＣＯ回路（電圧制御発振回路）
３２                                送信回路
３３                                受信回路
３４−１、３４−２                  送信用出力端子
３５−１、３５−５                  受信用出力端子
３６−１、３６−２                  中間周波数用出力端子
３７                                受信用ＰＬＬ回路
３８                                送信用ＰＬＬ回路
３９、５４、６１                    親機
４０、５５、６２                    子機
【図１】
2005124002.tif 000003
【図２】
2005124002.tif 000004
【図３】
2005124002.tif 000005
【図４】
2005124002.tif 000006
【図５】
2005124002.tif 000007
【図６】
2005124002.tif 000008
【図７】
2005124002.tif 000009
【図８】
2005124002.tif 000010
【図９】
2005124002.tif 000011