(57)【要約】【課題】  半導体集積回路チップにアンテナを搭載しなくても半導体チップ上にアンテナを形成したのと同じ効果を有し、しかも低い周波数でも使用が可能でかつ高効率にアンテナを駆動することを可能とし、小型で低コストの無線通信装置を実現することを目的とする。【解決手段】  アンテナと、前記アンテナを送信信号によって駆動するための駆動回路と前記駆動回路から出力される信号を前記集積回路の外部に取り出す接続手段を含む集積回路によって構成される無線通信装置において、前記集積回路に含まれる前記駆動回路の電源は前記アンテナを通じて供給する。【選択図】  図１
2007060230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源ラインを介して電源が供給されるトランジスタと、
前記トランジスタにて駆動され、前記電源ラインを用いて形成されたアンテナとを備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
アンテナと、前記アンテナを送信信号によって駆動するための駆動回路と前記駆動回路から出力される信号を前記集積回路の外部に取り出す接続手段を含む集積回路を備える無線通信装置において、
前記集積回路に含まれる前記駆動回路の電源は前記アンテナを通じて供給されることを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
送信信号によってアンテナを駆動するための駆動回路と、
前記駆動回路に電源を供給する電源端子と、
前記駆動回路出力を前記電源端子に重畳する重畳回路と、
前記重畳回路の出力から高周波成分を阻止し直流成分のみを抽出する直流抽出回路と、
前記直流抽出回路によって抽出された直流成分を電源として作動する付加回路とを備えることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項４】
電源端子と、
前記電源端子から直流成分のみを抽出する直流抽出回路と、
前記直流抽出回路によって抽出された直流成分を電源として作動する付加回路と、
前記電源端子に重畳された高周波信号を受信する受信回路とを備えることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項５】
電源端子と、
前記電源端子から直流成分のみを抽出する直流抽出回路と、
前記直流抽出回路によって抽出された直流成分を電源として作動する付加回路と、
前記電源端子に重畳された高周波信号を受信する受信回路と、
送信アンテナと、
前記送信アンテナに接続され、前記送信アンテナを送信信号によって駆動する駆動回路とを備えることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項６】
前記電源端子に接続され電源を供給する電源線は、経路上の所定位置が等価的に接地電位に保たれた導体により構成されることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記載の半導体集積回路。
【請求項７】
前記電源端子に接続され電源を供給する電源線には、使用無線周波数において等価的に開放にする開放手段が経路上の所定位置に挿入されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記載の半導体集積回路。
【請求項８】
前記電源端子には、逆Ｆ型のアンテナ素子の一部を通じて電源が供給されることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記載の半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体集積回路および無線通信装置に関する。より詳しくは、本発明は無線装置のアンテナとそのアンテナを駆動する半導体集積回路の接続技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路の発展は目覚しく、無線通信装置においても送受信機のすべてが１チップ集積回路上に搭載できるようになってきた。また、アンテナについても、半導体集積回路上に搭載しようとする動きがある。（非特許文献１、特許文献１）しかしながら、アンテナのサイズはその使用周波数と使用帯域幅に直接関係し、際限なく小さくすることは不可能であり、“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｌｉｍｉｔ”と呼ばれている（非特許文献２、３）。特に、近年の近距離高速通信で注目されているようなＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）通信などでは広い帯域が要求され、半導体集積回路上に搭載するには無理がある。
【０００３】
ＵＷＢ通信で用いられる１０ＧＨｚ帯以下の周波数ではアンテナを半導体集積回路の外部に作らざるを得ず、従来の技術では図８のような構成をとっている。
すなわち、半導体集積回路８１４には、送信機の終段増幅用のトランジスタ８０４、８０５、半導体集積回路８１４内部に電源を供給する電源線８１０および半導体集積回路８１４内部の接地線８１１が設けられている。また、半導体集積回路８１４の外部にはアンテナ８０１が設けられている。そして、半導体集積回路８１４は、アンテナ端子８０３を通じてアンテナ８０１に送信信号を送出する。なお、アンテナ端子８０３とアンテナ８０１は伝送線路（フィーダ）８１３によって接続されるのが普通である。
【０００４】
また、半導体集積回路８１４には、電源８０７から半導体集積回路８１４外部の電源線８０９を通じて電源端子８０２より終段増幅用のトランジスタ８０４、８０５や回路の他の部分へ電源線８１０を通じて電源が供給される。また、半導体集積回路８１４内部の接地線８１１は接地端子８０６を介して接地電位８１２に接続されている。また、電源線８０９はバイパスコンデンサ８０８を介して接地電位８１２に接続されている。ここで、バイパスコンデンサ８０８は、電源８０７を高周波的に短絡し、電源線８０９の高周波的な電位を接地電位に保つ働きがある。
【０００５】
図９は従来技術の他の例である。すなわち、半導体集積回路９１４には、送信機の終段増幅用のトランジスタ９０４、半導体集積回路９１４内部に電源を供給する電源線９１０および半導体集積回路９１４内部の接地線９１１が設けられている。また、半導体集積回路９１４の外部にはアンテナ９０１が設けられている。そして、半導体集積回路９１４は、アンテナ端子９０３を通じてアンテナ９０１に送信信号を送出する。なお、アンテナ端子９０３とアンテナ９０１は伝送線路（フィーダ）９１３によって接続されるのが普通である。また、半導体集積回路９１４には、電源９０７から半導体集積回路９１４外部の電源線９０９を通じてさらにチョークコイル９０５を通じ、アンテナ端子９０３から終段増幅用のトランジスタ９０４に電源供給される。
【０００６】
また、回路の他の部分へは半導体集積回路９１４の電源端子９０２から半導体集積回路９１４内部の電源線９１０を通じて電源が供給される。半導体集積回路９１４内部の接地線９１１は接地端子９０６を介して接地電位９１２に接続されている。また、電源線９０９はバイパスコンデンサ９０８を介して接地電位９１２に接続されている。ここで、バイパスコンデンサ９０８は、電源９０７を高周波的に短絡し、電源線９０９の高周波的な電位を接地電位に保つ働きがある。
【特許文献１】特開２０００−１２４４０６
【非特許文献１】Ｙｕ  Ｓｕ，  Ｊａｕ−Ｊｒ  Ｌｉｎ，  Ｋｅｎｎｅｔｈ  Ｋ  Ｏ，“Ａ  ２０ＧＨｚ  ＣＭＯＳ  ＲＦ  Ｄｏｗｎ−Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ａｎ  Ｏｎ−Ｃｈｉｐ  Ａｎｔｅｎｎａ”，  ＩＳＳＣＣ，  １４．８，  ｐｐ２１６−２１７，  ｐｐ２７０−２７１，  ２００５．
【非特許文献２】Ｃｈｕ，  Ｌ．Ｊ．  “Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｏｍｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ａｎｔｅｎｎａｓ”．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  １９４８，  １９，  ｐｐ．  １１６３−１１７５．
【非特許文献３】ＭｃＬｅａｎ，  Ｊ．Ｓ．  “Ｔｈｅ  Ｒａｄｉａｔｉｖｅ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−Ｓｍａｌｌ  Ａｎｔｅｎｎａｓ”．  Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ−Ｍａｄｉｓｏｎ：  ＩＥＥＥ  Ｐｒｅｓｓ，  １９９４．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のこれらの方法では、半導体集積回路８１４、９１４から伝送線路８１３、９１３をそれぞれ介してアンテナ８０１、９０１に信号を伝えなければならず、伝送線路８１３、９１３の損失や伝送線路のスペースが問題となる。さらに、半導体集積回路８１４、９１４からの信号の取出しは通常ワイヤボンディングを介して行われ、このボンディングイングワイヤの持つインダクタンスやボンディングパッドの浮遊容量などの寄生成分によって半導体集積回路８１４、９１４から効率よく信号を取り出すことができない。特に、数ＧＨｚを超える周波数帯ではこれらの寄生成分は大きな問題となる。
【０００８】
なお、これらの寄生成分が問題となるのは、半導体集積回路８１４、９１４からの信号の取り出し端子８０３、９０３のみではなく、電源端子８０２、９０２や接地端子８０６、９０６なども問題となる。なぜならば、例えば、図８においてアンテナ８０１には電源８０７から電源端子８０２、終段増幅用のトランジスタ８０４、アンテナ端子８０３を通ってアンテナ８０１に電流が流れる経路Ｋ１と、アンテナ８０１からアンテナ端子８０３、駆動トランジスタ８０５、接地端子８０６を通って接地電位８１２に電流が流れる経路Ｋ２が存在し、それらの経路Ｋ１、Ｋ２には端子８０３のみでなく電源端子８０２や接地端子８０６も含まれるからである。
【０００９】
図９の場合は電流経路Ｋ１１、Ｋ１２に電源端子９０２が含まれることはないが、代わりに外付けのチョークコイル９０５を必要とする。図８における電源端子８０２や接地端子８０６、図９の接地端子９０６のような比較的大電流が流れ、上記のように寄生成分が問題となる端子では、いくつも端子を並列接続して寄生インダクタンス成分を減らすなどの対策が必要となるが、このような対策は半導体集積回路８１４、９１４上のボンディングパッド数を増やすことになり、半導体チップの面積を増やしコスト増を招くという問題がある。
【００１０】
アンテナ８０１、９０１を半導体チップ上に形成すれば、アンテナ８０１、９０１と駆動回路を半導体チップ上でそれぞれ直接接続することができ、上記のこの問題は解決できる。また、半導体チップ外部にアンテナ８０１、９０１を要しないことから、実装上のスペースの節約や伝送線路８１３、９１３も省略でき、小型化が実現できまたコスト上のメリットもある。しかしながら、上記に述べたように、アンテナ８０１、９０１のサイズは使用する無線周波数と使用帯域幅に直接関係し、１０ＧＨｚ以下の周波数のアンテナ８０１、９０１は半導体チップに比較し大きな面積を必要とし、コスト的な問題からアンテナ８０１、９０１を半導体チップ上に実現するのは事実上不可能である。
【００１１】
また、半導体チップ外部にアンテナ８０１、９０１を置く場合は、上述のように半導体チップ上のアンテナ８０１、９０１の駆動回路とアンテナ８０１、９０１の接続に問題があり、またアンテナ８０１、９０１のサイズやアンテナ８０１、９０１までの給電の伝送線路８１３、９１３のスペースやコストが課題となる。
本発明は上述のこのような従来技術の課題を解決し、半導体集積回路チップにアンテナを搭載しなくても、半導体チップ上にアンテナを形成したのと同じ効果を有し、しかも低い周波数でも使用が可能でかつ高効率にアンテナを駆動することを可能とし、小型で低コストの半導体集積回路および無線通信装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様に係る無線通信装置は、電源ラインを介して電源が供給されるトランジスタと、前記トランジスタにて駆動され、前記電源ラインを用いて形成されたアンテナとを備えることを特徴とする。
上記構成によれば、トランジスタへの電源供給がアンテナの素子を通じて行われるため電源線をアンテナとして使用することが可能となり、半導体チップに比較し大きなサイズのアンテナも搭載が可能となるとともに、アンテナを駆動するトランジスタはアンテナに直接接続されるので、アンテナとトランジスタの間に伝送線路が介在せず、効率の良いシステムを実現することができる。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る無線通信装置は、アンテナと、前記アンテナを送信信号によって駆動するための駆動回路と前記駆動回路から出力される信号を前記集積回路の外部に取り出す接続手段を含む集積回路を備える無線通信装置において、前記集積回路に含まれる前記駆動回路の電源は前記アンテナを通じて供給されることを特徴とする。
上記構成によれば、集積回路への電源供給がアンテナの素子を通じて行われるため、電源線をアンテナとして使用することが可能となり、半導体チップに比較し大きなサイズのアンテナも搭載が可能であり、しかも外部にアンテナを置く従来の技術に比較してスペースの節約に効果がある。また、アンテナの駆動回路は直接アンテナに接続されるので、アンテナと駆動回路の間に伝送線路が介在せず、効率の良いシステムを実現できる。
【００１４】
本発明の一態様に係る半導体集積回路は、送信信号によってアンテナを駆動するための駆動回路と、前記駆動回路に電源を供給する電源端子と、前記駆動回路出力を前記電源端子に重畳する重畳回路と、前記重畳回路の出力から高周波成分を阻止し直流成分のみを抽出する直流抽出回路と、前記直流抽出回路によって抽出された直流成分を電源として作動する付加回路とを備えることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、アンテナは集積回路外に置かれるので、半導体チップに比較し大きなサイズのアンテナも搭載が可能であり、能率の良いシステムを構築できる。また、アンテナを通じて集積回路の電源が供給されるので、従来の技術に比較してスペースの節約に効果がある。また、アンテナの駆動回路は直接アンテナに接続されるので、アンテナと駆動回路の間に伝送線路が介在せず、効率の良いシステムを実現できる。
【００１６】
本発明の一態様に係る半導体集積回路は、電源端子と、前記電源端子から直流成分のみを抽出する直流抽出回路と、前記直流抽出回路によって抽出された直流成分を電源として作動する付加回路と、前記電源端子に重畳された高周波信号を受信する受信回路とを備えることを特徴とする。
上記構成によれば、集積回路に電源を供給する電源線から電源に重畳された高周波信号を分離できるので、これを受信アンテナとして使用することが可能となる。このため、アンテナは集積回路の外部に置くことができ、サイズの大きなアンテナも使用することが可能となる。また、アンテナと電源線が共用できるので、スペースの節約が可能であり、さらに受信回路は従来のような長い伝送線路を介さずにアンテナに直接接続できるので、アンテナと受信回路間の損失が最小にでき、効率の良いシステムを実現できる。
【００１７】
本発明の一態様に係る半導体集積回路は、電源端子と、前記電源端子から直流成分のみを抽出する直流抽出回路と、前記直流抽出回路によって抽出された直流成分を電源として作動する付加回路と、前記電源端子に重畳された高周波信号を受信する受信回路と、
送信アンテナと、前記送信アンテナに接続され、前記送信アンテナを送信信号によって駆動する駆動回路とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、高感度および高効率が要求される受信アンテナは電源線を用いた集積回路外部のアンテナを使用し、効率があまり要求されない送信には集積回路内部に搭載されたアンテナを使用することができる。一つのアンテナを送受で切り替えるなどの切り替え回路が不要となり、設計が容易になるとともに、コスト的な効果もある。
本発明の一態様に係る半導体集積回路の前記電源端子に接続され電源を供給する電源線は、経路上の所定位置が等価的に接地電位に保たれた導体により構成されることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、電源線の一部（集積回路の電源端子から上記所定位置まで）を先端が接地電位のアンテナとして使用することが可能となり、電源線の引き回しを容易化することができる。
本発明の一態様に係る半導体集積回路の前記電源端子に接続され電源を供給する電源線には、使用無線周波数において等価的に開放にする開放手段が経路上の所定位置に挿入されていることを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、電源線の一部（集積回路の電源端子から上記所定位置まで）を先端が開放のアンテナとして使用することが可能となり、電源線の引き回しを容易化することができる。
本発明の一態様に係る半導体集積回路の前記電源端子には、逆Ｆ型のアンテナ素子の一部を通じて電源が供給されることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、電源線の一部を逆Ｆ型のアンテナとして使用することができ、効率の良い小型のシステムの構築が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
。
以上述べたように本発明によれは、集積回路に電源を供給する電源線を用いてアンテナとすることができるので、サイズの大きなアンテナもシステムに組み込むことが可能となる。しかも、アンテナは駆動する集積回路に直結されるため、アンテナ駆動回路間の損失を最小にすることができ、また伝送路のスペースおよびコストを節約することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明の要部を説明する図である。
図１において、半導体集積回路１１４には、送信機の終段増幅用のトランジスタ１０３、半導体集積回路１１４内部に電源を供給する電源線１０８および半導体集積回路１１４内部の接地線１１１が設けられている。また、半導体集積回路１１４の外部にはアンテナ１０１が設けられている。そして、半導体集積回路１１４は、アンテナ端子１０４を通じてアンテナ１０１に送信信号を送出する。なお、アンテナ端子１０４とアンテナ１０１は直接接続され、伝送線路を介さず接続される。また、アンテナ１０１の一端には電源１０７が接続され、終段増幅用のトランジスタ１０３は、アンテナ１０１を通じて電源１０７からエネルギーが供給される。
【００２５】
半導体集積回路１１４の終段増幅用のトランジスタ１０３以外には、電源１０７から半導体集積回路１１４外部の電源線１０９を通じるとともに、電源端子１０２より半導体集積回路１１４内部の電源線１０８を通じて電源が供給される。また、半導体集積回路１１４内部の接地線１１１は接地端子１０５を介して接地電位１１０に接続されている。また、アンテナ１０１の一端には、バイパスコンデンサ１０６が接続され、電源１０７を高周波的に短絡しアンテナ１０１の先端を接地電位に保つ。また、電源線１０９の高周波的な電位を接地電位に保つ働きがあり、電源線１０９の経路上に通常は複数置くことができる。
【００２６】
アンテナ１０１に流れる電流には、送信データに対応した高周波電流が直流に重畳されており、アンテナ１０１から終段増幅用のトランジスタ１０３の方向に流れる。これは図８における従来の構成において、高周波電流のみがアンテナ８０１から終段増幅用のトランジスタ８０４、８０５の方向と、その逆の方向に交互に流れるのと大きく異なる点である。このようにアンテナ１０１には一方向に電流が流れる経路Ｋ２１しかない。
【００２７】
図１の高周波的な等価回路は図２のようになる。すなわち、終段増幅用のトランジスタ１０３は、出力インピーダンス２０３と高周波電流源２０４の並列接続で表される。そして、高周波電流源２０４の入力側はアンテナ端子２０２を介してアンテナ２０１に接続されるとともに、高周波電流源２０４の出力側は集積回路の接地端子２０５を介して接地電位２０６に接続されている。なお、アンテナ端子２０２および接地端子２０５はそれぞれ図１のアンテナ端子１０４および接地端子１０５に相当する。また、アンテナ２０１の先端はバイパスコンデンサ１０６によって接地電位２０６に直結となる。本実施例では、アンテナ２０１はループアンテナを形成し、終段増幅用のトランジスタ１０３の高周波電流源２０４によって高周波的に駆動される。
【００２８】
アンテナ１０１は、使用する周波数や要求されるアンテナ１０１の性能に合わせその形状を自由に選ぶことができる。このアンテナ１０１の形状は半導体集積回路１１４が実装される基板上にプリントパターンとして作りこむことも可能であり、こうすることにより部品数、コスト、組み立て工数を最小に抑え、かつ信頼性の高いシステム構築が可能である。また、特にアンテナ１０１の形状を工夫せずに、電源１０７の配線のみを用いても、半導体チップ上に形成したアンテナよりも十分に大きなループを形成するので、半導体チップ上のアンテナよりも能率の良いアンテナとなることも多い。
【００２９】
なお、バイパスコンデンサ１０６の接続点は重要である。アンテナ端子１０４からバイパスコンデンサ１０６の接続点までの距離によって、アンテナ１０１の共振周波数を変更することができ、通常はシステムの使用する周波数が共振周波数になるように接続点を決める。バイパスコンデンサ１０６の位置を決めてしまえば、それより後方（電源側）の配線はアンテナの特性に影響を与えないので自由に引き回しが可能となる。
【００３０】
本実施例のような構成をとることにより、半導体チップ上に形成することが困難な低い周波数の大きなサイズのアンテナ１０１を用いるシステムが最小の部品数、コスト、組み立て工数でかつ高い信頼性で実現することが可能である。また、アンテナ１０１を通じて終段増幅用のトランジスタ１０３に電源を供給することにより、大電流の流れる送信機の終段増幅用のトランジスタ１０３の電源を、半導体集積回路１１４の他の部分の電源線１０８と分けて供給することが可能となり、これによって容易に高い信頼性のシステム構築ができる。
【実施例２】
【００３１】
図３に本発明による他の実施例を示す。実施例１が比較的大電力の送信部を有するシステムに適するのに対し、本実施例２は比較的小電力の送信部を有するシステムに適する。
図３において、半導体集積回路３１４には、送信機の終段増幅用のトランジスタ３０３、電流制限抵抗３１０、バイパスコンデンサ３１１、半導体集積回路３１４内部に電源を供給する電源線３０８および半導体集積回路３１４内部の接地線３１３が設けられている。また、半導体集積回路３１４の外部にはアンテナ３０１が設けられ、終段増幅用のトランジスタ３０３は、互いに並列接続された電流制限抵抗３１０とバイパスコンデンサ３１１を介してアンテナ３０１に接続されている。そして、半導体集積回路３１４は、電流制限抵抗３１０とバイパスコンデンサ３１１を通じてアンテナ端子３０４からアンテナ３０１に送信信号を送出する。
【００３２】
ここで、電流制限抵抗３１０は、終段増幅用のトランジスタ３０３に流入する直流バイアス電流を制限し、終段増幅用のトランジスタ３０３の動作点を適正に設定することができる。また、バイパスコンデンサ３１１は、アンテナ３０１に送出される高周波電流をバイパスして高周波電流をアンテナ３０１に能率よく送り出すことができる。さらに、バイパスコンデンサ３１１はアンテナ端子３０４および接地端子３０５のボンディングワイヤの持つインダクタンス分をキャンセルするように選ぶことが可能であり、高周波電流をアンテナ３０１に能率よく送り出すとともに、アンテナ３０１の帯域を制限し、無用な信号放射を抑制することもできる。
【００３３】
アンテナ端子３０４とアンテナ３０１は伝送線路を介さず直接接続される。そして、終段増幅用のトランジスタ３０３には、アンテナ３０１と電流制限抵抗３１０を通じて電源３０７からエネルギーが供給される。半導体集積回路３１４の終段増幅用のトランジスタ３０３以外の部分には、電源３０７から半導体集積回路３１４外部の電源線３０９を通じるとともに、電源端子３０２より半導体集積回路３１４内部の電源線３０８を通じて電源が供給される。また、半導体集積回路３１４内部の接地線３１３は接地端子３０５を介して接地電位３１２に接続されている。また、アンテナ３０１の一端には、バイパスコンデンサ３０６が接続され、電源３０７を高周波的に短絡しアンテナ３０１の先端を接地電位に保つ。また、電源線３０９の高周波的な電位を接地電位に保つ働きがあり、電源線３０９の経路上に通常は複数置くことができる。ここで、アンテナ３０１に流れる電流には、アンテナ３０１から終段増幅用のトランジスタ３０３の方向に流れる一方向の経路Ｋ３１しかない。
【００３４】
アンテナ３０１の先端はバイパスコンデンサ３０６にて接地電位３１２に直結となることでループアンテナが形成され、終段増幅用のトランジスタ３０３によって駆動される。そして、アンテナ３０１の長さによって共振周波数を変更することが可能であり、通常はシステムの使用する周波数が共振周波数になるようにバイパスコンデンサ３０６の接続点を決める。特に、そのようにアンテナ３０１の長さや形状を限定せずに単に電源線３０９に接続するだけでも、半導体チップ上に形成されたアンテナ３０１よりも長さが取れるため、能率の良いアンテナ３０１となることも多い。
【００３５】
本実施例のような構成をとることにより、半導体チップ上に形成することが困難な低い周波数の大きなサイズのアンテナ３０１を用いるシステムが最小の部品数、コスト、組み立て工数でかつ高い信頼性で実現することが可能である。また、半導体集積回路３１４と外部をつなぐ端子のボンディングワイヤの持つインダクタンス分をキャンセルし、アンテナ３０１に能率よく信号を伝送するとともに、アンテナ３０１から送出される信号の帯域を制限し、不要な放射を抑制することも可能である。
【実施例３】
【００３６】
図４に本発明による他の実施例を示す。実施例１が比較的大電力の送信部を有するシステムに適するのに対し、本実施例３は比較的小電力の送信部を有するシステムに適する。また、実施例２では、先端が接地電位に接続されたアンテナであるのに対し、本実施例３では、先端が開放のアンテナを実現する。
図４において、半導体集積回路４１４には、送信機の終段増幅用のトランジスタ４０３、電流制限抵抗４１０、バイパスコンデンサ４１１、半導体集積回路４１４内部に電源を供給する電源線４０８および半導体集積回路４１４内部の接地線４１３が設けられている。また、半導体集積回路４１４の外部にはアンテナ４０１が設けられ、終段増幅用のトランジスタ４０３は、互いに並列接続された電流制限抵抗４１０とバイパスコンデンサ４１１を介してアンテナ４０１に接続されている。そして、半導体集積回路４１４は、電流制限抵抗４１０とバイパスコンデンサ４１１を通じてアンテナ端子４０４からアンテナ４０１に送信信号を送出する。
【００３７】
ここで、電流制限抵抗４１０は、終段増幅用のトランジスタ４０３に流入する直流電流を制限し、終段増幅用のトランジスタ４０３の動作点を適正に設定する。また、バイパスコンデンサ４１１はアンテナ４０１に送出される高周波電流をバイパスして、高周波電流をアンテナ４０１に能率よく送り出す。さらに、バイパスコンデンサ４１１は、アンテナ端子４０４および接地端子４０５のボンディングワイヤの持つインダクタンス分をキャンセルするように選ぶことが可能であり、高周波電流をアンテナ４０１に能率よく送り出すとともに、アンテナ４０１の帯域を制限し、無用な信号放射を抑制することもできる。
【００３８】
アンテナ端子４０４とアンテナ４０１は伝送線路を介さず直接接続される。そして、終段増幅用のトランジスタ４０３は、電源４０７からインダクタンス４１５およびアンテナ４０１を通じてエネルギーが供給される。ここで、インダクタンス４１５の値は、使用する無線周波数において十分高いインピーダンスとなるように選ぶことができる。これによって、アンテナ４０１の先端は開放となり、モノポール型のアンテナを形成することが可能となる。なお、インダクタンス４１５の接続点は必ずしもアンテナ４０１の導体の先端でなくても良く、該導体上の任意の点に接続して給電することができる。さらに、インダクタンス４１５は、共振周波数が使用する無線周波数となるように構成されたインダクタンスとキャパシタンスによる並列共振回路を用いても良い。これによってより効果的にアンテナの帯域を制限し、送信装置においては不要放射の低減、受信装置においては混信等外部からの妨害排除を有効に行うことが出来る。
【００３９】
また、半導体集積回路４１４の終段増幅用のトランジスタ４０３以外の部分には、電源４０７から半導体集積回路４１４外部の電源線４０９を通じるとともに、電源端子４０２より半導体集積回路４１４内部の電源線４０８を通じて電源が供給される。また、半導体集積回路４１４内部の接地線４１３は接地端子４０５を介して接地電位４１２に接続されている。また、電源４０７には、並列にバイパスコンデンサ４０６が接続され、電源４０７を高周波的に短絡し、電源４０７のインピーダンスを低くして、電源線４０９の高周波的な電位を接地電位に保つ働きがあり、電源線４０９の経路上に通常は複数置くことができる。ここで、アンテナ４０１に流れる電流には、アンテナ４０１から終段増幅用のトランジスタ４０３の方向に流れる一方向の経路Ｋ４１しかない。
【００４０】
本実施例のような構成をとることにより、半導体チップ上に形成することが困難な低い周波数の大きなサイズのアンテナ、特に先端開放型のアンテナを用いるシステムが最小の部品数、コスト、組み立て工数でかつ高い信頼性で実現することが可能である。また、半導体集積回路４１４と外部をつなぐ端子のボンディングワイヤが持つインダクタンス分をキャンセルし、アンテナ４０１に信号を能率よく伝送するとともに、アンテナ４０１から送出される信号帯域を制限し、不要な放射を抑制することも可能である。
【実施例４】
【００４１】
図５に本発明によるさらに他の実施例を示す。実施例１乃至３では、半導体集積回路の終段増幅用のトランジスタ以外の部分への電源供給が専用の電源線を使用して行われていたのに対し、本実施例４では、半導体集積回路の電源のすべてがアンテナを通して供給される例である。本実施例４の構成は、比較的送信電力の小さいシステムで実施することができる。
【００４２】
図５において、半導体集積回路５１４には、送信機の終段増幅用のトランジスタ５０３、電流制限抵抗５１０、バイパスコンデンサ５１１、半導体集積回路５１４内部に電源を供給する電源線５０２および半導体集積回路５１４内部の接地線５１３が設けられている。また、半導体集積回路５１４の外部にはアンテナ５０１が設けられ、終段増幅用のトランジスタ５０３は、並列接続された電流制限抵抗５１０とバイパスコンデンサ５１１を介してアンテナ５０１に接続されている。そして、半導体集積回路５１４は、電流制限抵抗５１０とバイパスコンデンサ５１１を通じてアンテナ端子５０４からアンテナ５０１に送信信号を送出する。
【００４３】
ここで、電流制限抵抗５１０は、終段増幅用のトランジスタ５０３に流入する直流バイアス電流を制限し、終段増幅用のトランジスタ５０３の動作点を適正に設定することができる。また、バイパスコンデンサ５１１は、アンテナ５０１に送出される高周波電流をバイパスして高周波電流をアンテナ５０１に能率よく送り出すことができる。さらに、バイパスコンデンサ５１１はアンテナ端子５０４および接地端子５０５のボンディングワイヤの持つインダクタンス分をキャンセルするように選ぶことが可能であり、高周波電流をアンテナ５０１に能率よく送り出すとともに、アンテナ５０１の帯域を制限し、無用な信号放射を抑制することもできる。
【００４４】
アンテナ端子５０４とアンテナ５０１は伝送線路を介さず直接接続される。そして、終段増幅用のトランジスタ５０３には、アンテナ５０１と電流制限抵抗５１０を通じて電源５０７からエネルギーが供給される。半導体集積回路５１４の終段増幅用のトランジスタ５０３以外の部分には、アンテナ端子５０４から高周波電流を阻止するチョークコイル５０９を介し半導体集積回路５１４内部の電源線５０２に電源が供給される。ここで、バイパスコンデンサ５０８は、チョークコイル５０９の高周波電流阻止の働きをより確実にするとともに、半導体集積回路５１４内部の電源線５０２の高周波的なインピーダンスを下げ、高周波的な電位を接地電位に保つ働きがある。また、バイパスコンデンサ５０８は、半導体集積回路５１４内部の電源線５０２の上に複数置くことが可能であり、さらにボンディングワイヤを介し半導体集積回路５１４の外に取り出し、そこと接地電位間にバイパスコンデンサ５０８を接続しても良い。
【００４５】
また、半導体集積回路５１４内部の接地線５１３は接地端子５０５を介して接地電位５１２に接続されている。また、アンテナ５０１の一端には、バイパスコンデンサ５０６が接続され、バイパスコンデンサ５０６は、電源５０７の高周波的なインピーダンスを下げるととともに、アンテナ５０１の先端を接地電位５１２に固定することができる。これによって、アンテナ５０１の先端は接地電位５１２に直結となり、ループ状のアンテナが形成される。そして、アンテナ５０１の長さによって共振周波数を変更することが可能であり、通常はシステムの使用する周波数が共振周波数になるようにバイパスコンデンサ５０６の接続点を決める。特に、そのようにアンテナ５０１の長さや形状を限定せずに単に電源線に接続するだけでも、半導体チップ上に形成されたアンテナよりも長さが取れるため、能率の良いアンテナ５０１となることも多い。ここで、アンテナ５０１に流れる電流には、アンテナ５０１から終段増幅用のトランジスタ５０３の方向に流れる一方向の経路Ｋ５１しかない。
【００４６】
本実施例のような構成をとることにより、半導体チップ上に形成することが困難な低い周波数の大きなサイズのアンテナ５０１を用いるシステムが最小の部品数、コスト、組み立て工数でかつ高い信頼性で実現することが可能である。また、半導体集積回路５１４と外部をつなぐ端子のボンディングワイヤの持つインダクタンス分をキャンセルし、能率よくアンテナ５０１に信号を伝送するとともに、アンテナ５０１から送出される信号帯域を制限し、不要な放射を抑制することも可能である。さらに、電源線とアンテナ５０１を共用できるため、実装スペースを節約し、またアンテナ５０１への伝送線路を省略できるので、この部分の損失も無くすことができ、能率の良いシステムを実現することが可能となる。
【実施例５】
【００４７】
図６は本発明によるさらに他の例の要部を示す図である。実施例１乃至４は送信アンテナに関するものであったが、本実施例５では、受信用アンテナから集積回路の電源が供給される場合を示す。
図６において、集積回路６１４には、受信部フロントエンド６０３、送信部出力回路６１１および送信アンテナ６１０が設けられ、１チップトランシーバを構成している。集積回路６１４には、接地端子６０５および電源端子６０４が設けられ、接地端子６０５は接地電位６１２に接続され、電源端子６０４は、受信部フロントエンド６０３に接続されている。受信部フロントエンド６０３と電源端子６０４の間には、通信に使用する周波数帯のみを通すバンドパスフィルタを挿入しても良い（図示せず）。また、電源端子６０４には受信アンテナ６０１が接続され、受信アンテナ６０１の先端には電源６０７が接続され、電源６０７よりアンテナ６０１を通じて半導体集積回路６１４が動作するためのエネルギーが半導体集積回路６１４に供給される。
【００４８】
また、電源端子６０４からチョークコイル６０９およびバイパスコンデンサ６０８によって高周波成分を除去して直流成分のみを取り出し、電源線６０２を通して電源が半導体集積回路６１４の各部へ供給される。ここで、バイパスコンデンサ６０８は、半導体集積回路６１４内部の電源線６０２上に複数置き、電源のインピーダンスを低く保つことが可能である。また、チョークコイル６０９とバイパスコンデンサ６０８には、半導体集積回路６１４内部の回路が発生するノイズ成分を除去し、受信部フロントエンド６０３に入るのを抑制する働きもある。
【００４９】
また、バイパスコンデンサ６０６は、電源６０７のインピーダンスを下げるとともに、受信アンテナ６０１の先端を接地する。図６では、アンテナ６０１はループ状のアンテナとなる。電源６０７とアンテナ６０１の間に実施例３のようにチョークコイルを入れ、アンテナ６０１を先端開放型のモノポールアンテナとすることも可能である。
半導体集積回路６１４上に形成された送信アンテナ６１０は、送信部出力回路６１１に半導体集積回路６１４内部で直結される。半導体集積回路６１４上では、サイズが十分に大きくすることができず、性能の良いアンテナ６０１は実装できないが、送信部に使用した場合、送信アンテナ６１０の損失は送信電力を増強することで補うことができる。
【００５０】
本実施例では、受信用のアンテナ６０１は半導体集積回路６１４が搭載された半導体チップ上に形成されるのではなく、半導体チップの外部に構成されるため、半導体集積回路６１４上の回路が発生するノイズ源からアンテナ６０１を離しておくことが可能であり、特に、微弱な信号を受信する際に大きな効果がある。
近年注目を浴びているＵＷＢ通信では、送信電力に対する法的規定は、等価等方放射電力（ＥＩＲＰ：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐｏｗｅｒ）でなされている。すなわち、所定の距離における受信電界強度から等価的な放射電力を計算し、その等価等方放射電力が規定値となる。従って、ＥＩＲＰで規定されるシステムでは、性能（効率）の悪い送信アンテナを用いるシステムであっても、アンテナでの損失分を送信機の送信電力を増強することで補うことができる。
【００５１】
これは、例えば携帯電話機のような送信機の送信電力値が規定されるシステムとは大きく異なる点である。携帯電話機のような送信電力値が規定されるシステムでは、性能の良いアンテナを使用して規定送信電力以内でできるだけ通信距離を伸ばそうと努力しなければならないのに対し、ＥＩＲＰによる規定では性能の良い送信アンテナを使ったからといって送信距離は伸ばせない。逆に性能の悪い送信アンテナを用いるシステムであっても、その損失分を送信電力の増強で補うことが可能である。損失分を電力増強で補うので、システム全体の消費電力が上がるのではないかと思うかもしれない。しかし、ＵＷＢシステムなどでは送信電力そのものが０．１ｍＷ以下の極小であり、補うべき電力損失も小さく問題とはならなない。
【００５２】
逆に、受信アンテナは、ＵＷＢのような通信においても、そのアンテナの性能は直接システムの性能に反映され、できる限り性能の良いアンテナを使用することが好ましい。また、受信アンテナに誘起される受信信号は、送信機の送信信号に比較し非常に微弱であり、電源に重畳しても分離が容易であり、システムの実現性も高い。
このように、小型ではあるが、性能（効率）の余りよくない送信アンテナを半導体チップ上に形成し、その損失分は送信電力を増やすことにより補うとともに、高性能で大きなサイズが要求される受信アンテナは半導体チップ外部に設け、その受信アンテナを電源線と共用することにより、最適なシステムを実現することが可能となり、ＵＷＢのようなシステムのトランシーバが搭載された半導体チップに本実施例を適用すればその効果は大きい。
【実施例６】
【００５３】
図７は本発明による実施例１乃至５のより具体的な例としてアンテナに逆Ｆ型のアンテナを使用した例を示す。
図７において、実装基板上には、半導体集積回路が搭載された半導体集積回路パッケージ７０９が実装されるとともに、プレーナ型の逆Ｆアンテナを形成する導体７０１が形成されている。また、半導体集積回路パッケージ７０９が実装された実装基板上には、プレーナ型の逆Ｆアンテナに給電する給電点７０６が形成されるとともに、導体７０１を延伸させて電源に接続するための導体７１０が形成されている。また、半導体集積回路パッケージ７０９が実装された実装基板上には、導体７０１を挟み込むように配置された接地導体７０２、７０２´が形成されている。
【００５４】
また、逆Ｆアンテナを形成する導体７０１の接地点には、バイパスコンデンサ７０３、７０４をそれぞれ介して接地導体７０２、７０２´が接続され接地電位に保たれる。なお、バイパスコンデンサ７０３、７０４は、例えば実施例１のバイパスコンデンサ１０６に相当する。また、半導体集積回路パッケージ７０９には、アンテナ端子となるピン７０８が設けられ、逆Ｆアンテナの給電点７０６はピン７０８を通じて給電される。なお、ピン７０８は、実施例１のアンテナ端子１０４に相当する。また、電源は導体７１０を通じ、給電点７０６より電源が供給される。
【００５５】
実施例１乃至３のように、終段トランジスタへの電源供給とその他の部分への電源供給が分離してなされる場合には、半導体集積回路パッケージ７０９の他のピンを通じて別途給電される（図示せず）。また、半導体集積回路パッケージ７０９には、接地端子となるピン７０７が設けられ、ピン７０７は給電点７０６の近い位置で接地面に接続される。なお、ピン７０７は実施例１の接地端子１０５に相当する。
【００５６】
逆Ｆ型のアンテナは小型で性能も高く、本実施例のように使用すれば、半導体集積回路の電源供給線とも共用が可能であり、スペースやアンテナ部品を節約でき、また組み立ても容易になる。また、アンテナまでの伝送線路も省略できるので、伝送線路の損失も無くすことができ、能率の良いシステム実現が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように実施例によれば、小型の無線通信機器を前提にアンテナは回路本体部の至近距離に置かれ、アンテナは給電の伝送線路を経ずに半導体集積回路に直結する場合を述べているが、アンテナは回路本体部から離しておく必要があるかもしれない。
このような場合には、アンテナを駆動する集積回路とともにアンテナを本体部から離して実装することで実現が可能である。このような構成をとれば、本体部とアンテナ（を駆動する半導体集積回路）までの間をつなぐ線路は高周波電流の流れる伝送線路でなく、直流を伝送する電源線路でよいので、線路上の高周波損失を生じることなく、高効率のシステム実現が可能である。また、半導体集積回路は極小であり、アンテナの近傍に置くことには何ら障害となる課題はない。さらに、本発明では、ＵＷＢを用いる通信機器に実施すれば、特にその効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による半導体集積回路および無線通信装置の実施例の要部を表す図。
【図２】本発明による半導体集積回路と無線通信装置の要部の等価回路を表す図。
【図３】本発明による半導体集積回路および無線通信装置の他の実施例の要部を表す図。
【図４】本発明による半導体集積回路および無線通信装置のさらに他の実施例の要部を表す図。
【図５】本発明による半導体集積回路および無線通信装置のさらに他の実施例の要部を表す図。
【図６】本発明による半導体集積回路および無線通信装置のさらに他の実施例の要部を表す図。
【図７】本発明による半導体集積回路および無線通信装置のさらに他の実施例の要部を表す図。
【図８】従来の半導体集積回路および無線通信装置の例を表す図。
【図９】従来の半導体集積回路および無線通信装置の他の例を表す図。
【符号の説明】
【００５９】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１  アンテナ、１０７、３０７、４０７、５０７、６０７  電源、１１４、３１４、４１４、５１４、６１４、７０９  半導体集積回路、１０３、３０３、４０３、５０３  終段増幅用のトランジスタ、１０６、３０６、３１１、４０６、４１１、５０６、５０８、５１１、６０６、６０８  バイパスコンデンサ、４１５、５０９、６０９  チョークコイル、６１０  半導体チップ上に形成されたアンテナ、６０３  受信部フロントエンド、６１１  送信部出力回路、７０１  逆Ｆアンテナ導体、７０３、７０４  バイパスコンデンサ、７０６  給電点、７０２、７０２´  接地導体、７０９  半導体集積回路パッケージ
【図１】
2007060230.tif 000003
【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】
2007060230.tif 000009
【図８】
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【図９】
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