JP2012169532A - 集積回路装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度にインピーダンスマッチングできる集積回路装置及び電子機器等を提供すること。
【解決手段】集積回路装置１００は、アンテナＡＮを介して入力される信号を受信する受信回路１０と、アンテナＡＮを介して信号を送信する送信回路２０と、可変容量回路３０と、を含む。受信回路１０の入力ノードと、送信回路２０の出力ノードは、一端がアンテナＡＮに接続される整合回路２００の他端のノードである第１のノードＮ１に接続される。可変容量回路３０は、第１のノードＮ１に接続され、受信回路１０及び送信回路２０の少なくとも一方の動作状態に応じて容量値が可変に設定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、集積回路装置及び電子機器等に関する。

無線通信の分野では、送受信における電力ロスを抑えるためにインピーダンスマッチング（例えば特許文献１、２）を考慮した回路設計が行われている。例えば、無線通信ＩＣにプリント基板上の整合回路が接続され、整合回路にアンテナが接続される。この場合、無線通信ＩＣと整合回路の境界や、整合回路とアンテナの境界においてインピーダンスをマッチングさせている。

米国特許第７３４９６７３公報 米国特許第６９１７７８９公報

しかしながら、無線通信ＩＣの送信回路や受信回路の動作状態によっては、送信回路の出力インピーダンスや受信回路の入力インピーダンスが変化するという課題がある。動作状態に応じてインピーダンスが変化すると、マッチング精度が劣化して送受信において電力ロスが生じてしまう。

本発明の幾つかの態様によれば、高精度にインピーダンスマッチングできる集積回路装置及び電子機器等を提供できる。

本発明の一態様は、アンテナを介して入力される信号を受信する受信回路と、前記アンテナを介して信号を送信する送信回路と、可変容量回路と、を含み、前記受信回路の入力ノードと、前記送信回路の出力ノードとは、一端が前記アンテナに接続される整合回路の他端のノードである第１のノードに接続され、前記可変容量回路は、前記第１のノードに接続され、前記受信回路及び前記送信回路の少なくとも一方の動作状態に応じて容量値が可変に設定される集積回路装置に関係する。

本発明の一態様によれば、受信回路の入力ノードと送信回路の出力ノードと可変容量回路が第１のノードに接続される。そして、受信回路及び送信回路の少なくとも一方の動作状態に応じて可変容量回路の容量値が可変に設定される。これにより、アンテナとのインピーダンスマッチングを動作状態に依らず高精度に行うこと等が可能になる。

また本発明の一態様では、前記可変容量回路は、前記受信回路の前記動作状態が動作オフ状態であり、前記送信回路の前記動作状態が動作オン状態である場合に、第１の容量値に設定されてもよい。

また本発明の一態様では、前記可変容量回路は、前記受信回路の前記動作状態が動作オン状態であり、前記送信回路の前記動作状態が動作オフ状態である場合に、前記第１の容量値とは異なる第２の容量値に設定されてもよい。

これらの態様によれば、受信回路が受信状態である場合に可変容量回路を第１の容量値に設定し、送信回路が送信状態である場合に可変容量回路を第２の容量値に設定できる。これにより、受信状態と送信状態でインピーダンスが変化する場合でもマッチング可能になる。

また本発明の一態様では、前記送信回路は、送信電力が可変に設定され、前記可変容量回路は、可変に設定される前記送信回路の前記送信電力に応じて、前記容量値が可変に設定されてもよい。

このようにすれば、可変容量回路を送信電力に応じた容量値に設定できる。これにより、送信電力に応じて送信回路の出力インピーダンスが変化する場合でもマッチング可能になる。

また本発明の一態様では、前記動作状態が第１の動作状態である場合に前記第１のノードから前記受信回路及び前記送信回路を見たインピーダンスを第１のインピーダンスとし、前記動作状態が前記第１の動作状態から第２の動作状態に変化した場合に前記第１のインピーダンスが第２のインピーダンスに変化する場合に、前記可変容量回路は、前記第２のインピーダンスを前記第１のインピーダンスに近づけるように前記容量値が設定されてもよい。

このようにすれば、第１の動作状態から第２の動作状態に変化した場合にインピーダンスの変化を小さくすることができる。これにより、マッチングのずれを小さくできる。

また本発明の一態様では、前記動作状態が第１の動作状態から第２の動作状態に変化する場合に、前記可変容量回路は、前記整合回路の一端において前記アンテナとのインピーダンスマッチングが成立するように、前記第１の動作状態における容量値と前記第２の動作状態における容量値が設定されてもよい。

このようにすれば、アンテナから集積回路装置を見たときのインピーダンスとアンテナのインピーダンスを動作状態に依らずマッチングさせることができる。

また本発明の一態様では、前記動作状態に対応するレジスター値を記憶するレジスターを含み、前記可変容量回路は、前記レジスター値に基づく前記容量値に設定されてもよい。

また本発明の一態様では、前記可変容量回路は、一端が前記第１のノードに接続されるキャパシターアレイ部と、前記キャパシターアレイ部の他端に接続され、前記レジスター値に基づいてオン・オフ制御されるスイッチアレイ部と、を有してもよい。

これらの態様によれば、レジスター値に基づく容量値が設定されることで、動作状態に応じた容量値を可変容量回路に設定できる。

また本発明の一態様では、前記送信回路は、送信電力に対応するレジスター値を記憶するレジスターと、前記出力ノードに一端が接続され、前記レジスター値に基づいてオン・オフ制御されるスイッチアレイ部と、前記スイッチアレイ部の他端に接続される出力用トランジスターアレイ部と、を有し、前記可変容量回路は、前記レジスター値に基づく前記容量値に設定してもよい。

このようにすれば、送信電力に応じて容量値が設定される可変容量回路を実現できる。また、スイッチアレイ部のオン・オフにより送信回路の出力インピーダンスが変化し、その変化に応じた容量値を可変容量回路に設定できる。

また本発明の一態様では、前記送信回路は、出力用トランジスターを有し、前記可変容量回路は、前記出力用トランジスターのソース電流またはドレイン電流に基づいて前記容量値が設定されてもよい。

このようにすれば、出力用トランジスターのソース電流またはドレイン電流が送信電力に応じて変化する場合に、送信電力に応じて容量値が設定される可変容量回路を実現できる。

また本発明の一態様では、前記受信回路は、前記アンテナを介して入力される信号を増幅する増幅回路と、前記受信回路の入力ノードと前記増幅回路の入力ノードの間に設けられる入力用キャパシターと、を有してもよい。

また本発明の一態様では、前記受信回路は、前記増幅回路の入力ノードに対してバイアス電圧を供給するバイアス設定回路を有し、前記バイアス設定回路は、前記受信回路の前記動作状態が動作オフ状態の場合に、前記バイアス電圧を非供給にしてもよい。

これらの態様によれば、受信回路の入力インピーダンスが動作状態に応じて変化し、その変化に応じた容量値を可変容量回路に設定できる。

また本発明の他の態様では、上記のいずれかに記載された集積回路装置を含む電子機器に関係する。

無線通信システムの構成例。 図２（Ａ）は、送信状態における無線通信システム。図２（Ｂ）は、受信状態における無線通信システム。 第１の送信電力から第Ｎの送信電力における無線通信システム。 本実施形態の集積回路装置の第１の詳細な構成例。 本実施形態の集積回路装置の第２の詳細な構成例。 ブルートゥース通信の帯域における送信電力特性の例。 受信回路の詳細な構成例。 飽和抑制を行う場合の無線通信システムの構成例。 飽和抑制についての説明図。 電子機器の構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．構成
図１に無線通信システムの構成例を示す。無線通信システムは、信号の送受信を行う集積回路装置１００、アンテナＡＮ、集積回路装置１００とアンテナＡＮの間のインピーダンスマッチングを行う整合回路２００を含む。なお、本実施形態は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。

集積回路装置１００は、受信回路１０、送信回路２０、可変容量回路３０、制御回路４０を含む。集積回路装置１００は、共通のアンテナＡＮを介して信号の送信と受信を行う。そのため、受信回路１０の入力ノードと送信回路２０の出力ノードは、共通の第１のノードＮ１に接続される。なお、受信回路１０の入力ノードと送信回路２０の出力ノードの間には、寄生インピーダンスが存在してもよい。

受信回路１０は、ローノイズアンプＬＮＡ（広義には増幅回路）、入力用キャパシターＣａｃを含む。ローノイズアンプＬＮＡは、アンテナＡＮを介して通信相手から受信された受信信号の増幅を行う。図１に示すように、ローノイズアンプＬＮＡの入力インピーダンスをＣｌｎとする。この入力インピーダンスＣｌｎ（入力キャパシタンス）は、例えば寄生インピーダンス等（例えば入力用ＣＭＯＳトランジスターのゲート容量等）であり、後述するようにＣｌｎの値は受信回路１０の動作状態に応じて変化する。入力用キャパシターＣａｃは、一端がノードＮ１に接続され、他端がＬＮＡの入力ノードに接続される。

送信回路２０は、パワーアンプＰＡ（広義には増幅回路）を含む。パワーアンプＰＡは、アンテナＡＮを介して通信相手に送信する送信信号の増幅を行う。図１に示すように、パワーアンプＰＡの出力インピーダンスをＣｐａとする。この出力インピーダンスＣｐａ（出力キャパシタンス）は、例えば寄生インピーダンス等（例えば出力用ＣＭＯＳトランジスターのゲート−ドレイン容量）であり、後述するようにＣｐａの値は送信回路２０の動作状態に応じて変化する。

可変容量回路３０は、受信回路１０の動作状態や送信回路２０の動作状態に応じてインピーダンスマッチングを行う。すなわち、ローノイズアンプＬＮＡの入力インピーダンスＣｌｎやパワーアンプＰＡの出力インピーダンスＣｐａの変化に応じて、ノードＮ１から集積回路装置１００を見たときのインピーダンスは変化する。可変容量回路３０は、このインピーダンス変化を吸収し、ノードＮ１から集積回路装置１００を見たときのインピーダンスを一定（ほぼ一定）にする。

可変容量回路３０は、容量値が可変に制御される可変容量Ｃａｄｊを含む。可変容量Ｃａｄｊの一端はノードＮ１に接続される。例えば、可変容量Ｃａｄｊは、接続・非接続をスイッチング制御可能なキャパシターアレイや、電圧により容量値を制御可能なバラクター（varactor）等により構成できる。

制御回路４０は、集積回路装置１００の各構成要素の制御を行う。具体的には、制御回路４０は、可変容量回路３０の容量値を調整する制御や、受信回路１０の動作状態を切り替える制御や、送信回路２０の動作状態を切り替える制御を行う。また制御回路４０は、通信処理の制御や、送受信信号の変換等の処理を行ってもよい。

整合回路２００は、一端がアンテナＡＮに接続され、他端がノードＮ１に接続される。具体的には整合回路２００は、キャパシターＣｍ、インダクターＬｍを含む。キャパシターＣｍの一端はノードＮ１に接続され、他端はグランドノード（広義には基準電圧ノード）に接続される。インダクターＬｍの一端はノードＮ１に接続され、他端はアンテナに接続される。Ｃｍ、Ｌｍの値は、アンテナＡＮと整合回路２００の間、及び整合回路２００と集積回路装置１００の間においてインピーダンスがマッチングするように設定されている。ＣｍやＬｍは、例えば無線通信システムのプリント基板上に実装される。

２．動作
次に、集積回路装置１００の動作について詳細に説明する。まず、受信状態（受信モード）と送信状態（送信モード）を切り替える場合について説明する。

図２（Ａ）に、送信状態における無線通信システムを示す。送信状態では、受信回路１０が動作オフ状態であり、送信回路２０が動作オン状態である。この場合、ノードＮ１から集積回路装置１００を見たインピーダンスは下式（１）で表される。ここで、ωは受信信号や送信信号の各周波数であり、Ｃｌｎ＿ｏｆｆは動作オフ状態における入力インピーダンスをＣｌｎであり、Ｃｐａ＿ｏｎは動作オン状態における出力インピーダンスＣｐａである。

Ｚｉｎ１＝１／ｊωＣｔｏｔａｌ１，
Ｃｔｏｔａｌ１＝Ｃｐａ＿ｏｎ＋Ｃａｄｊ１＋
Ｃｌｎ＿ｏｆｆ＊Ｃａｃ／（Ｃｌｎ＿ｏｆｆ＋Ｃａｃ） （１）
また、アンテナＡＮから見たインピーダンスは下式（２）で表される。

Ｚｍ１＝ｊωＬｍ＋１／ｊω（Ｃｍ＋Ｃｔｏｔａｌ１） （２）
図２（Ｂ）に、受信状態における無線通信システムを示す。受信状態では、受信回路１０が動作オン状態であり、送信回路２０が動作オフ状態である。この場合、ノードＮ１から集積回路装置１００を見たインピーダンスは下式（３）で表される。ここで、Ｃｌｎ＿ｏｎは動作オン状態における入力インピーダンスをＣｌｎであり、Ｃｐａ＿ｏｆｆは動作オフ状態における出力インピーダンスＣｐａである。

Ｚｉｎ２＝１／ｊωＣｔｏｔａｌ２，
Ｃｔｏｔａｌ２＝Ｃｐａ＿ｏｆｆ＋Ｃａｄｊ２＋
Ｃｌｎ＿ｏｎ＊Ｃａｃ／（Ｃｌｎ＿ｏｎ＋Ｃａｃ） （３）
また、アンテナＡＮから見たインピーダンスは下式（４）で表される。

Ｚｍ２＝ｊωＬｍ＋１／ｊω（Ｃｍ＋Ｃｔｏｔａｌ２） （４）
上式（１）〜（４）に示すように、送信状態のインピーダンスＺｍ１と受信状態のインピーダンスＺｍ２は異なる値となる。本実施形態では、可変容量回路の容量値Ｃａｄｊを調整することで、ノードＮ１から見たインピーダンスＺｉｎを動作状態に依らず一定（ほぼ一定）にし、アンテナＡＮから見たインピーダンスＺｍをアンテナＡＮと同じインピーダンス（例えば５０Ω）に保つ。すなわち、上式（１）〜（４）よりＺｉｎ１＝Ｚｉｎ２、Ｚｍ１＝Ｚｍ２＝５０ΩとなるようにＣａｄｊを調整する。

例えば、Ｃａｄｊ１＝０とすると、Ｚｉｎ２は下式（５）で表される。下式（５）をＣａｄｊ２について整理すると下式（６）となる。すなわち、下式（６）のＣａｄｊ２を設定することで、受信時と送信時ともにインピーダンスを高精度にマッチングさせることが可能になる。

Ｚｉｎ２＝Ｚｉｎ１＊（１／ｊωＣａｄｊ２）／
（Ｚｉｎ１＋（１／ｊωＣａｄｊ２）） （５）
Ｃａｄｊ２＝（１／ｊω）（１／Ｚｉｎ２−１／Ｚｉｎ１） （６）
次に、送信状態において送信電力を変化させる場合の集積回路装置１００の動作について説明する。図３に示すように、第１の送信電力から第Ｎの送信電力（Ｎは自然数）までのＮ段階に切り替わるとする。受信回路１０は動作オフ状態である。ｋを１以上でＮ以下の自然数とすると、第ｋの送信電力においてノードＮ１から見たインピーダンスＺｉｎ＿ｔｋは下式（７）で表される。

Ｚｉｎ＿ｔｋ＝１／ｊωＣｔｏｔａｌ＿ｔｋ，
Ｃｔｏｔａｌ＿ｔｋ＝Ｃｐａ＿ｔｋ＋Ｃａｄｊ＿ｔｋ＋
Ｃｌｎ＿ｏｆｆ＊Ｃａｃ／（Ｃｌｎ＿ｏｆｆ＋Ｃａｃ） （７）
また、第ｋの送信電力においてアンテナＡＮから見たインピーダンスＺｍ＿ｔｋは下式（８）で表される。

Ｚｍ＿ｔｋ＝ｊωＬｍ＋１／ｊω（Ｃｍ＋Ｃｔｏｔａｌ＿ｔｋ） （８）
上式（７）、（８）に示すように、送信電力に応じてインピーダンスＺｍ＿ｔｋは異なる値となる。本実施形態では、可変容量回路の容量値Ｃａｄｊを調整することで、容量値Ｃｔｏｔａｌ＿ｔｋを送信電力に依らず一定（ほぼ一定）にし、インピーダンスＺｍ＿ｔｋをアンテナＡＮと同じインピーダンス（例えば５０Ω）に保つ。これにより、送信電力に応じてＺｉｎが変化した場合であってもインピーダンスマッチングを高精度に維持することが可能になる。

さて、無線通信の送受信を同一アンテナで行う場合、アンテナＡＮから集積回路装置１００を見たときのインピーダンスが動作状態の変化に応じて変化し、送受信の電力効率が低下するという課題がある。

例えば、図１の無線通信システムにおいて可変容量回路３０が無い場合を本実施形態の比較例とする。この比較例では、上述のように、集積回路装置１００が受信状態の場合と送信状態の場合と第１〜第Ｎの送信電力の場合とでインピーダンスが異なる。そのため、動作状態が変化することで、集積回路装置１００と整合回路２００との間のインピーダンスがマッチングしなくなってしまう。

この点、本実施形態の集積回路装置１００は、アンテナＡＮを介して入力される信号を受信する受信回路１０と、アンテナＡＮを介して信号を送信する送信回路２０と、可変容量回路３０と、を含む。そして、受信回路１０の入力ノードと、送信回路２０の出力ノードとは、一端がアンテナＡＮに接続される整合回路２００の他端のノードである第１のノードＮ１に接続される。可変容量回路３０は、第１のノードＮ１に接続され、受信回路１０及び送信回路２０の少なくとも一方の動作状態に応じて容量値が可変に設定される。

これにより、図２（Ａ）〜図３で説明したように、ノードＮ１から集積回路装置１００を見たときのインピーダンスＺｉｎを動作状態に依らず一定にすることが可能になる。Ｚｉｎが一定になることで動作状態に依らず高精度にマッチング可能になり、通信効率の低下を抑止できる。図５等で後述のようにインピーダンス変化の大部分はキャパシタンスの変化であるため、可変容量回路３０によりインピーダンス調整が可能である。また、図８等で後述するように、受信信号の振幅が受信回路１０の飽和レベルを超えた飽和状態であるか否かに応じて容量値を可変に設定することで、受信信号の飽和を抑止できる。

なお特許文献１には、送信回路の出力端子と受信回路の入力端子の間を実質的に一定のインピーダンスで結合する手法が開示されている。この手法では、送信回路の出力インピーダンスや受信回路の入力インピーダンスが変化した場合にマッチングがずれてしまう。この点、本実施形態によれば、可変容量回路３０により高精度にマッチング可能である。

また本実施形態では図２（Ａ）に示すように、可変容量回路３０は、受信回路１０の動作状態が動作オン状態であり、送信回路２０の動作状態が動作オフ状態である場合に、第１の容量値Ｃａｄｊ１（例えば上述のようにＣａｄｊ１＝０）に設定される。また図２（Ｂ）に示すように、可変容量回路３０は、受信回路１０の動作状態が動作オフ状態であり、送信回路２０の動作状態が動作オン状態である場合に、第１の容量値とは異なる第２の容量値Ｃａｄｊ２（例えば上式（６）のＣａｄｊ２）に設定される。

このようにすれば、ノードＮ１から集積回路装置１００を見たときのキャパシタンスＣｔｏｔａｌを受信状態と送信状態において調整でき、インピーダンスＺｉｎを一定にすることが可能になる。

ここで、動作オン状態とは、回路が動作を行っている状態であり、例えば信号の増幅や信号の処理を行っている状態である。動作オフ状態とは、回路が動作を行っていない状態であり、例えばバイアス電流が非供給にされたり、電源電圧が非供給にされたりすることで、信号の増幅や信号の処理を行わない状態である。

また本実施形態では図３に示すように、送信回路２０は、送信電力が可変に設定される。可変容量回路３０は、可変に設定される送信回路２０の送信電力（第１〜第Ｎの送信電力）に応じて容量値が可変（Ｃａｄｊ＿ｔ１〜Ｃａｄｊ＿ｔＮ）に設定される。

このようにすれば、キャパシタンスＣｔｏｔａｌを送信電力に応じて調整でき、インピーダンスＺｉｎを一定にすることが可能になる。

また本実施形態では、動作状態が第１の動作状態である場合に第１のノードＮ１から受信回路１０及び送信回路２０を見たインピーダンスＺｉｎを第１のインピーダンスとする。動作状態が第１の動作状態から第２の動作状態に変化した場合に第１のインピーダンスが第２のインピーダンスに変化する。この場合に、可変容量回路３０は、第２のインピーダンスを第１のインピーダンスに近づけるように容量値が設定される。

例えば本実施形態では、第１の動作状態は、受信状態及び送信状態及び第１〜第Ｎの送信電力のうちのいずれかである。第２の動作状態は、これらの動作状態のうちの第１の動作状態とは異なる動作状態である。また、近づけるとは、可変容量回路３０の容量値を調整しない場合に比べて差を小さくすることであり、例えばインピーダンスの差の絶対値が小さくなればよい。

このようにすれば、動作状態の変化によってインピーダンスＺｉｎが変化する場合であっても、可変容量回路３０が無い場合に比べてＺｉｎの変化を小さくすることができる。

また本実施形態では、動作状態が第１の動作状態から第２の動作状態に変化する場合に、可変容量回路３０は、整合回路２００の一端においてアンテナＡＮとのインピーダンスマッチングが成立するように、第１の動作状態における容量値と第２の動作状態における容量値が設定される。

例えば本実施形態では、可変容量回路３０の容量値Ｃａｄｊを調整することで、上式（２）のＺｍ１や、上式（５）のＺｍ２、上式（８）のＺｍ＿ｔｋをアンテナＡＮのインピーダンス５０Ωに一致させる。

このようにすれば、アンテナＡＮとのインピーダンスマッチングを動作状態に依らず成立させることができる。これにより、動作状態に依らず高効率の通信ができる。

３．可変容量回路
図４に、本実施形態の集積回路装置の第１の詳細な構成例を示す。図４は、図１の可変容量回路３０と制御回路４０の詳細な構成を示すものである。

可変容量回路３０は、スイッチアレイ部３１、キャパシターアレイ部３２を含む。スイッチアレイ部３１は、複数のスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ４を含む。これらのスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ４は、その一端が第１のノードＮ１に接続される。キャパシターアレイ部３２は、複数のキャパシターＣＡ１〜ＣＡ４を含む。これらのキャパシターＣＡ１〜ＣＡ４は、その一端がスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ４の他端に接続される。キャパシターＣＡ１〜ＣＡ４の他端はグランドノード（広義には基準電圧ノード）に接続される。

制御回路４０は、レジスター４１を含む。レジスター４１には、動作状態に応じたレジスター値が設定される。具体的にはレジスター４１には、受信状態における可変容量回路３０の容量値に対応するレジスター値、送信状態における可変容量回路３０の容量値に対応するレジスター値、各送信電力における可変容量回路３０の容量値に対応するレジスター値が設定される。そして、制御回路４０は、動作状態に応じてレジスター値を選択し、そのレジスター値に基づいてスイッチ素子ＳＡ１〜ＳＡ４のオン・オフ制御を行う。オンしたスイッチ素子に対応するキャパシターの一端がノードＮ１に接続され、可変容量回路３０の容量値が決まる。例えば、後述する図５の送信電力設定レジスターＴＲＧのレジスター値に応じてレジスター４１のレジスター値が選択され、容量値が制御される。

例えば、レジスター４１のレジスター値は集積回路装置１００のインターフェースを介して外部から設定される。あるいは、各動作状態に適した容量値を設計時に予め測定しておき、その容量値に対応するレジスター値が予め設定されていてもよい。

なお、上記ではレジスター値によって容量値が制御される場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、第１の端子と第２の端子の間の容量値が第３の端子の電圧により制御される可変容量を用いてもよい。この場合、例えばパワーアンプＰＡのバイアス電流等に基づいて第３の端子の電圧を制御してもよい。

以上によれば、集積回路装置１００は、動作状態に対応するレジスター値を記憶するレジスター４１を含む。可変容量回路３０は、そのレジスター値に基づく容量値に設定される。

このようにすれば、レジスター値によって可変容量回路３０を動作状態に応じた容量値に設定できる。例えば、各動作状態におけるインピーダンスを事前に測定してレジスター値を設定することで、測定値に基づく適切な容量値に設定可能である。

また本実施形態では、可変容量回路３０は、一端が第１のノードＮ１に接続されるキャパシターアレイ部３２と、キャパシターアレイ部３２の他端に接続され、レジスター値に基づいてオン・オフ制御されるスイッチアレイ部３１と、を有する。

このようにすれば、レジスター値に基づいて容量値が設定される可変容量回路３０を、キャパシターアレイ部３２とスイッチアレイ部３１により実現できる。

４．送信回路
図５に本実施形態の集積回路装置の第２の詳細な構成例を示す。図５は、図１の送信回路２０と制御回路４０の詳細な構成例を示すものである。

送信回路は、複数のトランジスターＴＥ１〜ＴＥ４（広義にはスイッチ素子）、複数の出力用トランジスターＴＱ１〜ＴＱ４、プリアンプＰＲＥ（広義には増幅回路）、キャパシターＣＴＰ、ＣＴＮ、バイアス設定回路ＴＢＡ、抵抗素子ＲＴＰ、ＲＴＮを含む。また制御回路４０は、送信電力設定レジスターＴＲＧを含む。

プリアンプＰＲＥは、差動増幅回路であり、差動信号を構成する第１の信号ＰＩＮ（正極性信号）と第２の信号ＮＩＮ（負極性信号）を増幅する。ＰＩＮが増幅された信号は、キャパシターＣＴＰを介して出力用トランジスターＴＱ１、ＴＱ２のゲートに入力される。ＮＩＮが増幅された信号は、キャパシターＣＴＮを介して出力用トランジスターＴＱ３、ＴＱ４のゲートに入力される。

バイアス設定回路ＴＢＡは、抵抗素子ＲＴＰを介して、出力用トランジスターＴＱ１、ＴＱ２のゲートにバイアス電圧を供給する。またバイアス設定回路ＴＢＡは、抵抗素子ＲＴＮを介して、出力用トランジスターＴＱ３、ＴＱ４のゲートにバイアス電圧を供給する。

送信電力設定レジスターＴＲＧには、送信電力に対応したレジスター値が設定される。制御回路４０は、そのレジスター値に基づいてイネーブル信号ＥＮ１、ＥＮ２を出力し、トランジスターＴＥ１〜ＴＥ４のオン・オフ制御を行う。具体的には、イネーブル信号ＥＮ１がアクティブの場合にトランジスターＴＥ１、ＴＥ３がオンし、イネーブル信号ＥＮ２がアクティブの場合にトランジスターＴＥ２、ＴＥ４がオンする。トランジスターＴＥ１、ＴＥ３がオンの場合、トランジスターＴＱ１のドレイン電流によりノードＮ１Ｐが駆動され、トランジスターＴＱ３のドレイン電流によりノードＮ１Ｎが駆動される。またトランジスターＴＥ２、ＴＥ４がオンの場合、トランジスターＴＱ２のドレイン電流によりノードＮ１Ｐが駆動され、トランジスターＴＱ４のドレイン電流によりノードＮ１Ｎが駆動される。

以上のように、トランジスターＴＥ１〜ＴＥ４がオン・オフ制御されることで、ノードＮ１Ｐ、Ｎ１Ｎに出力される差動出力信号の送信電力が制御される。さて上述のように、送信電力に応じて送信回路の出力インピーダンスが変化する。この点について、ノードＮ１Ｐに見える出力キャパシタンスＣｐａを例に説明する。なおノードＮ１Ｎに見える出力キャパシタンスについても同様である。

まず、無線通信が受信状態の場合には、トランジスターＴＥ１、ＴＥ２はオフしている。トランジスターＴＥ１、ＴＥ２は同一のゲートサイズであるとし、そのゲート容量をＣｇ＿ｔｅとすると、出力キャパシタンスＣｐａは下式（９）となる。ここで、ｎはスイッチング用のトランジスターの個数であり、図５の例でｎ＝２である。また、ゲート容量Ｃｇ＿ｔｅは、トランジスターＴＥ１、ＴＥ２の動作条件（例えば飽和領域、非飽和領域、オフ状態）に応じて変化するパラメーターである。

Ｃｐａ＝（１／２）＊Ｃｇ＿ｔｅ＊ｎ （９）
次に、無線通信が送信状態の場合において、トランジスターＴＥ１、ＴＥ２のうちのｍ個がオンしているとする。トランジスターＴＱ１、ＴＱ２が同一のゲートサイズであるとし、ＴＥ１、ＴＥ２のソースとＴＱ１、ＴＱ２のドレインとの間のノードに寄生する寄生容量をＣｑとすると、出力キャパシタンスＣｐａは下式（１０）となる。

Ｃｐａ＝（（２／３）＊Ｃｇ＿ｔｅ＋Ｃｑ）＊ｍ＋
（１／２）＊Ｃｇ＿ｔｅ＊（ｎ−ｍ） （１０）
上式（９）、（１０）に示すように、送信電力に応じてｎ、ｍが変化し、出力キャパシタンスＣｐａが変化する。本実施形態では、この出力キャパシタンスＣｐａの変化を、可変容量回路の容量値を調整することで吸収している。この点について図６を用いて具体的に説明する。図６にはブルートゥース通信の帯域における送信電力特性の例を示す。

図６のＡ１に示すように、第１の送信電力の場合には特性のピークは２４１０ＭＨｚ付近にあり、Ａ２に示すように、第２の送信電力の場合には特性のピークは２４２５ＭＨｚ付近に移動する。このピークの移動は、出力インピーダンスが変化することで生じる。このように、可変容量を調整しない場合には送信電力に応じて特性が変化してしまい、Ａ３やＡ４に示す理想的な特性からずれが生じてしまう。この点、本実施形態によれば、可変容量を調整することで最適なインピーダンスマッチングを実現でき、いずれの送信電力においてもＡ３やＡ４に示す理想的な特性に近づけることができる。これにより、電力効率の良い通信が可能になる。

以上によれば、送信回路は、送信電力に対応するレジスター値を記憶するレジスター（送信電力設定レジスターＴＲＧ）と、出力ノードＮ１Ｎ、Ｎ１Ｐに一端が接続され、レジスター値に基づいてオン・オフ制御されるスイッチアレイ部（トランジスターＴＥ１〜ＴＥ４）と、スイッチアレイ部の他端に接続される出力用トランジスターアレイ部（トランジスターＴＱ１〜ＴＱ４）と、を有する。可変容量回路３０は、レジスター値（ＴＲＧのレジスター値）に基づく容量値に設定される。

このようにすれば、レジスター値によって送信電力と可変容量回路３０の容量値を設定できる。これにより、送信電力に応じて容量値が設定される可変容量回路３０を実現できる。また上述のように、スイッチアレイ部のオン・オフにより出力インピーダンスが変化し、その変化を可変容量回路３０により補償できる。

また本実施形態では、送信回路は、出力用トランジスターＴＱ１〜ＴＱ４を有する。可変容量回路３０は、出力用トランジスターＴＱ１〜ＴＱ４のソース電流またはドレイン電流に基づいて容量値が設定されてもよい。例えば図５の送信回路において、出力用トランジスターＴＱ１、ＴＱ２のソース電流（またはドレイン電流）を測定する図示しない電流測定回路を含み、測定された電流値に基づいて容量値が制御されてもよい。

このようにすれば、出力用トランジスターＴＱ１〜ＴＱ４の駆動電流やバイアス電流が送信電力に応じて変化する場合に、その駆動電流やバイアス電流に応じて可変容量回路３０の容量値を制御できる。

５．受信回路
図７に、図１の受信回路１０の詳細な構成例を示す。この受信回路は、入力用キャパシターＣＰａｃ、ＣＮａｃ、トランジスターＴＬ１〜ＴＬ５、キャパシターＣＬ１、ＣＬ２、インダクターＬＬ１、ＬＬ２、バイアス設定回路ＬＢＡを含む。

トランジスターＴＬ１〜ＴＬ４は、増幅回路の差動対を構成する。トランジスターＴＬ１のゲートには、ノードＮ１Ｐからの受信信号が入力用キャパシターＣＰａｃを介して入力される。トランジスターＴＬ２のゲートには、ノードＮ１Ｎからの受信信号が入力用キャパシターＣＮａｃを介して入力される。トランジスターＴＬ５は、バイアス電圧によりドレイン電流が制御される定電流源であり、差動対にバイアス電流を供給する。

キャパシターＣＬ１、ＣＬ２とインダクターＬＬ１，ＬＬ２は、差動対の負荷回路を構成する。所望の入力信号周波数において受信回路のゲインが最大となるように、ＣＬ１、ＣＬ２の容量値とＬＬ１、ＬＬ２のインダクタンスが設定されている。

バイアス設定回路ＬＢＡは、トランジスターＴＬ１、ＴＬ２のゲートにバイアス電圧を供給する。またバイアス設定回路ＬＢＡは、トランジスターＴＬ５のゲートにバイアス電圧を供給する。バイアス設定回路ＬＢＡは、制御回路４０からのイネーブル信号ＥＮＬがアクティブの場合にはバイアス電圧を供給し、イネーブル信号ＥＮＬが非アクティブの場合にはバイアス電圧を非供給にする。

この受信回路は、上述のように動作状態に応じて入力インピーダンスが変化する。この点について、ノードＮ１Ｐから受信回路を見たときの入力キャパシタンスＣｉｎを例に説明する。なおノードＮ１Ｎから受信回路を見たときの入力キャパシタンスについても同様である。

無線通信が受信状態の場合、電圧ＶＤＬとして電源電圧が供給される。またバイアス設定回路ＬＢＡはバイアス電圧を供給する。この場合、トランジスターＴＬ１〜ＴＬ５は飽和領域で動作し、入力キャパシタンスＣｉｎは下式（１１）となる。ここで、Ｃｇ＿ｔｌはトランジスターＴＬ１のゲート容量である。

Ｃｉｎ＝（２／３）＊Ｃｇ＿ｔｌ＊ＣＰａｃ／
（（２／３）＊Ｃｇ＿ｔｌ＋ＣＰａｃ） （１１）
無線通信が送信状態の場合、電圧ＶＤＬとしてグランド電圧が供給される。またバイアス設定回路ＬＢＡはバイアス電圧を非供給にする。この場合、トランジスターＴＬ１〜ＴＬ５はオフになり、入力キャパシタンスＣｉｎは下式（１２）となる。

Ｃｉｎ＝Ｃｇ＿ｔｌ＊ＣＰａｃ／（Ｃｇ＿ｔｌ＋ＣＰａｃ） （１２）
上式（１１）、（１２）に示すように、受信回路の入力キャパシタンスは受信状態と送信状態で異なる値となる。本実施形態では、この入力キャパシタンスＣｉｎの変化を、可変容量回路の容量値を調整することで吸収している。これにより、動作状態に依らず高精度にインピーダンスマッチングさせることができるため、電力効率の良い通信が可能になる。

以上によれば、受信回路は、アンテナＡＮを介して入力される信号を増幅する増幅回路（図１に示すローノイズアンプＬＮＡ）と、受信回路の入力ノードと増幅回路の入力ノードの間に設けられる入力用キャパシター（図１に示すＣａｃ）と、を有する。

また本実施形態では図７に示すように、受信回路は、増幅回路の入力ノードに対してバイアス電圧を供給するバイアス設定回路ＬＢＡを有する。バイアス設定回路ＬＢＡは、受信回路の動作状態が動作オフ状態の場合にバイアス電圧を非供給にする。

このように受信回路が動作オフ状態の場合にバイアス電圧が非供給にされることで、トランジスターＴＬ１、ＴＬ２の動作条件が変化し、受信回路の入力インピーダンスが変化する。本実施形態では、この入力インピーダンスの変化を可変容量回路３０により補償できる。

６．受信回路の飽和抑制
上記では、可変容量を調整することでインピーダンスマッチングを行う場合について説明したが、本実施形態では、可変容量を調整することで受信回路の飽和を抑制することも可能である。

図８に、飽和抑制を行う場合の無線通信システムの構成例を示す。無線通信システムは、集積回路装置１００、整合回路２００、アンテナＡＮを含む。集積回路装置１００は、受信回路１０、送信回路２０、可変容量回路３０、制御回路４０、振幅検出回路５０を含む。なお図１等で説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

振幅検出回路５０は、受信回路１０により増幅された受信信号の振幅を検出し、検出結果を制御回路４０に出力する。制御回路４０は、検出された振幅が受信回路１０の入力レンジの範囲内であるか範囲外であるかを判定する。入力レンジの範囲内である場合には、制御回路４０は、可変容量回路３０の容量値を上述のようにインピーダンスマッチングが成立する容量値に設定する。一方、入力レンジの範囲外すなわち飽和レベルを超えた場合には、制御回路４０は、可変容量回路３０の容量値をインピーダンスマッチングが成立する容量値とは異なる容量値に設定する。

具体的には、図９のＢ１に示すように、受信信号の振幅が飽和レベル以下の場合には、受信信号周波数ｆｉｎにおいて反射係数が最小となっている。反射係数は、アンテナＡＮから集積回路装置１００側を見た場合における受信信号の反射係数である。一方、受信信号の振幅が飽和レベルを超えた場合には、Ｂ２やＢ３に示すように反射係数が最小となる周波数が移動し、ｆｉｎにおける反射係数は上昇する。これにより、受信回路１０は飽和することなく信号を受信することができる。

７．電子機器
図１０に、集積回路装置１００を含む電子機器の構成例を示す。電子機器は、集積回路装置１００、センサー部４１０、Ａ／Ｄ変換部４２０、記憶部４３０、ホストコントローラー４４０、操作部４５０を含む。

本実施形態の電子機器として、例えば温度・湿度計、脈拍計、歩数計等が想定される。電子機器は、検出したデータを無線により送信することができる。無線通信方式として、例えばブルートゥース通信、無線ＬＡＮ、携帯電話通信等が想定される。センサー部４１０は、温度センサー、湿度センサー、ジャイロセンサー、加速度センサー、フォトセンサー、圧力センサー等を含み、電子機器の用途に応じたセンサーが用いられる。

センサー部４１０は、センサーの出力信号（センサー信号）を増幅し、フィルターによりノイズを除去する。Ａ／Ｄ変換部４２０は、増幅された信号をデジタル信号に変換して集積回路装置１００へ出力する。ホストコントローラー４４０は、例えばマイクロコンピューター等で構成され、デジタル信号処理を行う。またホストコントローラー４４０は、記憶部４３０に記憶された設定情報や操作部４５０からの信号に基づいて電子機器の制御処理を行う。記憶部４３０は、例えばフラッシュメモリーなどで構成され、設定情報や検出したデータ等を記憶する。操作部４５０は、例えばキーパッド等で構成され、使用者が電子機器４００を操作するために用いられる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また受信回路、送信回路、可変容量回路、集積回路装置、整合回路、電子機器等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ 受信回路、２０ 送信回路、３０ 可変容量回路、３１ スイッチアレイ部、
３２ キャパシターアレイ部、４０ 制御回路、４１ レジスター、
５０ 振幅検出回路、１００ 集積回路装置、２００ 整合回路、４００ 電子機器、
４１０ センサー部、４２０ Ａ／Ｄ変換部、４３０ 記憶部、
４４０ ホストコントローラー、４５０ 操作部、
ＡＮ アンテナ、ＣＡ１〜ＣＡ４ キャパシター、ＣＬ１，ＣＬ２ キャパシター、
ＣＰａｃ，ＣＮａｃ 入力用キャパシター、ＣＴＰ，ＣＴＮ キャパシター、
Ｃａｃ 入力用キャパシター、Ｃａｄｊ 可変容量、Ｃｇ＿ｔｅ ゲート容量、
Ｃｉｎ 入力キャパシタンス、Ｃｌｎ 入力インピーダンス、Ｃｍ キャパシター、
Ｃｐａ 出力インピーダンス、ＥＮ１，ＥＮ２ イネーブル信号、
ＥＮＬ イネーブル信号、ＬＢＡ バイアス設定回路、
ＬＬ１，ＬＬ２ インダクター、ＬＮＡ ローノイズアンプ、Ｌｍ インダクター、
Ｎ１ 第１のノード、ＰＩＮ，ＮＩＮ 受信信号、ＰＡ パワーアンプ、
ＰＲＥ プリアンプ、ＲＴＰ，ＲＴＮ 抵抗素子、ＳＡ１〜ＳＡ４ スイッチ素子、
ＴＢＡ バイアス設定回路、ＴＥ１〜ＴＥ４ トランジスター、
ＴＬ１〜ＴＬ５ トランジスター、ＴＱ１〜ＴＱ４ 出力用トランジスター、
ＴＲＧ 送信電力設定レジスター、Ｚｉｎ インピーダンス、ｆｉｎ 受信信号周波数

Claims (13)

1. アンテナを介して入力される信号を受信する受信回路と、
   前記アンテナを介して信号を送信する送信回路と、
   可変容量回路と、
   を含み、
   前記受信回路の入力ノードと、前記送信回路の出力ノードとは、
   一端が前記アンテナに接続される整合回路の他端のノードである第１のノードに接続され、
   前記可変容量回路は、
   前記第１のノードに接続され、前記受信回路及び前記送信回路の少なくとも一方の動作状態に応じて容量値が可変に設定されることを特徴とする集積回路装置。
2. 請求項１において、
   前記可変容量回路は、
   前記受信回路の前記動作状態が動作オフ状態であり、前記送信回路の前記動作状態が動作オン状態である場合に、第１の容量値に設定されることを特徴とする集積回路装置。
3. 請求項２において、
   前記可変容量回路は、
   前記受信回路の前記動作状態が動作オン状態であり、前記送信回路の前記動作状態が動作オフ状態である場合に、前記第１の容量値とは異なる第２の容量値に設定されることを特徴とする集積回路装置。
4. 請求項１又は２において、
   前記送信回路は、
   送信電力が可変に設定され、
   前記可変容量回路は、
   可変に設定される前記送信回路の前記送信電力に応じて、前記容量値が可変に設定されることを特徴とする集積回路装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記動作状態が第１の動作状態である場合に前記第１のノードから前記受信回路及び前記送信回路を見たインピーダンスを第１のインピーダンスとし、前記動作状態が前記第１の動作状態から第２の動作状態に変化した場合に前記第１のインピーダンスが第２のインピーダンスに変化する場合に、
   前記可変容量回路は、
   前記第２のインピーダンスを前記第１のインピーダンスに近づけるように前記容量値が設定されることを特徴とする集積回路装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記動作状態が第１の動作状態から第２の動作状態に変化する場合に、
   前記可変容量回路は、
   前記整合回路の一端において前記アンテナとのインピーダンスマッチングが成立するように、前記第１の動作状態における容量値と前記第２の動作状態における容量値が設定されることを特徴とする集積回路装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記動作状態に対応するレジスター値を記憶するレジスターを含み、
   前記可変容量回路は、
   前記レジスター値に基づく前記容量値に設定されることを特徴とする集積回路装置。
8. 請求項７において、
   前記可変容量回路は、
   一端が前記第１のノードに接続されるキャパシターアレイ部と、
   前記キャパシターアレイ部の他端に接続され、前記レジスター値に基づいてオン・オフ制御されるスイッチアレイ部と、
   を有することを特徴とする集積回路装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
   前記送信回路は、
   送信電力に対応するレジスター値を記憶するレジスターと、
   前記出力ノードに一端が接続され、前記レジスター値に基づいてオン・オフ制御されるスイッチアレイ部と、
   前記スイッチアレイ部の他端に接続される出力用トランジスターアレイ部と、
   を有し、
   前記可変容量回路は、
   前記レジスター値に基づく前記容量値に設定されることを特徴とする集積回路装置。
10. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
    前記送信回路は、
    出力用トランジスターを有し、
    前記可変容量回路は、
    前記出力用トランジスターのソース電流またはドレイン電流に基づいて前記容量値が設定されることを特徴とする集積回路装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記受信回路は、
    前記アンテナを介して入力される信号を増幅する増幅回路と、
    前記受信回路の入力ノードと前記増幅回路の入力ノードの間に設けられる入力用キャパシターと、
    を有することを特徴とする集積回路装置。
12. 請求項１１において、
    前記受信回路は、
    前記増幅回路の入力ノードに対してバイアス電圧を供給するバイアス設定回路を有し、
    前記バイアス設定回路は、
    前記受信回路の前記動作状態が動作オフ状態の場合に、前記バイアス電圧を非供給にすることを特徴とする集積回路装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載された集積回路装置を含むことを特徴とする電子機器。

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