JP4265459B2 - FSK modulation circuit and semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description
本発明は、無線データ通信等において、搬送波をFSK(Frequency Shift Keying:周波数偏移)変調するFSK変調回路に関する。さらに、本発明は、そのようなFSK変調回路を実現するための半導体集積回路に関する。 The present invention relates to an FSK modulation circuit that modulates a carrier wave by FSK (Frequency Shift Keying) in wireless data communication or the like. Furthermore, the present invention relates to a semiconductor integrated circuit for realizing such an FSK modulation circuit.
従来より、FSK変調方式は、自動車のドアを非接触で施錠・開錠するリモート・キーレス・エントリー等の無線データ通信の分野において用いられている。リモート・キーレス・エントリーの場合には、送信すべきデータの符号レベル(「ハイレベル」または「ローレベル」)に従って、搬送波の周波数を2つの異なる周波数の内のいずれかに切り替える2値FSKが採用されている。これら2つの異なる周波数の差は、FSK変調幅と呼ばれている。 Conventionally, the FSK modulation method is used in the field of wireless data communication such as remote keyless entry that locks and unlocks a door of an automobile without contact. In the case of remote keyless entry, binary FSK is used to switch the carrier frequency to one of two different frequencies according to the sign level ("high level" or "low level") of the data to be transmitted. Has been. The difference between these two different frequencies is called the FSK modulation width.
下記の特許文献1には、バイポーラトランジスタを用いたFSK変調回路が記載されている。図5に、これと同様の従来のFSK変調回路の回路図を示す。このFSK変調回路は、電圧制御型の圧電発振回路として知られているものであり、バイポーラトランジスタQ1と、コンデンサC1及びC2とを用いて、圧電振動子Xを継続的に振動させるための負性抵抗を実現する構成となっている。このFSK変調回路は、圧電振動子Xの直列共振周波数にほぼ等しい周波数を有する出力信号を発生する。
図5に示すFSK変調回路において、抵抗器R2、R3、R4は、バイポーラトランジスタQ1の直流動作点を決定するためのものである。また、圧電振動子Xと直列に、インダクタLs及び可変容量ダイオードCvが接続されている。一般に、圧電振動子を含む直列共振回路においては、正の(誘導性の)リアクタンスが直列に接続されると、直列共振周波数が見かけ上低下し、負の(容量性の)リアクタンスが直列に接続されると、直列共振周波数が見かけ上増加するという性質を有している。 In the FSK modulation circuit shown in FIG. 5, resistors R2, R3, and R4 are for determining the DC operating point of the bipolar transistor Q1. In addition, an inductor Ls and a variable capacitance diode Cv are connected in series with the piezoelectric vibrator X. In general, in a series resonance circuit including a piezoelectric vibrator, when a positive (inductive) reactance is connected in series, the series resonance frequency is apparently reduced, and a negative (capacitive) reactance is connected in series. If this is done, the series resonance frequency is apparently increased.
即ち、このFSK変調回路においては、インダクタLsによる正のリアクタンスと、可変容量ダイオードCvによる負のリアクタンスとによって、見かけ上の直列共振周波数を、圧電振動子Xの本来の直列共振周波数の近傍で増減させており、さらに、可変容量ダイオードCvの静電容量値を可変とすることによって負のリアクタンス量を調整できるので、見かけ上の直列共振周波数の増減量を外部から制御することができる。 That is, in this FSK modulation circuit, the apparent series resonance frequency is increased or decreased in the vicinity of the original series resonance frequency of the piezoelectric vibrator X by the positive reactance by the inductor Ls and the negative reactance by the variable capacitance diode Cv. Further, since the negative reactance amount can be adjusted by making the capacitance value of the variable capacitance diode Cv variable, the apparent increase / decrease amount of the series resonance frequency can be controlled from the outside.
可変容量ダイオードCvの両端には、抵抗器R1を介して入力パルスが印加される。これにより、可変容量ダイオードCvの端子間電圧が、入力パルスの電圧レベルに応じて変化する。ここで、入力パルスの電圧レベル(ハイレベルまたはローレベル)は、送信すべきデータの符号レベルに対応している。 Input pulses are applied to both ends of the variable capacitance diode Cv via the resistor R1. Thereby, the voltage between the terminals of the variable capacitance diode Cv changes according to the voltage level of the input pulse. Here, the voltage level (high level or low level) of the input pulse corresponds to the code level of the data to be transmitted.
可変容量ダイオードCvの静電容量値は、端子間電圧が高くなるにつれて低下する性質を有している。従って、入力パルスがハイレベルになると直列共振周波数は見かけ上増加し、一方、入力パルスがローレベルになると直列共振周波数は見かけ上低下する。このようにして、入力パルスの電圧レベルによって発振周波数が偏移するFSK変調出力信号を得ることができる。 The capacitance value of the variable capacitance diode Cv has a property of decreasing as the inter-terminal voltage increases. Therefore, when the input pulse becomes high level, the series resonance frequency apparently increases, while when the input pulse becomes low level, the series resonance frequency apparently decreases. In this way, it is possible to obtain an FSK modulation output signal in which the oscillation frequency shifts depending on the voltage level of the input pulse.
なお、図5に示すFSK変調回路において、増幅素子としてバイポーラトランジスタが用いられている理由は、少ない消費電力で高周波まで動作できることや、個別部品として入手し易いことによるものであるが、本願発明者が検討したところによれば、MOSトランジスタを用いて回路を集積化した場合においても、回路構成によっては十分に消費電力を低減できることが判っている。下記の特許文献2には、その一例であるMOSトランジスタを用いた圧電発振回路が記載されており、この圧電発振回路に多少手を加えることによって、FSK変調回路として動作させることが可能となる。図6に、これと同様の従来の圧電発振回路の回路図を示す。
The reason why the bipolar transistor is used as the amplifying element in the FSK modulation circuit shown in FIG. 5 is that it can operate up to a high frequency with low power consumption and is easily available as an individual component. According to a study, it has been found that even when a circuit is integrated using MOS transistors, the power consumption can be sufficiently reduced depending on the circuit configuration. The following
図6に示す圧電発振回路は、従続接続された反転増幅器A1〜A3と、コンデンサCg及びCdとにより、圧電振動子Xを継続的に振動させるための負性抵抗を発生する。これらの反転増幅器A1〜A3は、PチャネルMOSトランジスタP1〜P3とNチャネルMOSトランジスタN1〜N3とを、それぞれ相補的に組み合わせて構成されている。抵抗器Rfは、反転増幅器A1〜A3の直流動作点を定めるものである。図6において、反転増幅器を1段のみにすると、一般的に良く知られたCMOS構成の圧電発振回路と同一となるが、反転増幅器を3段接続することによって、低消費電力を実現しながら高い負性抵抗が得られる。
ところで、近年の無線機器の急速な普及に伴って、近接する無線周波数との混信が問題となってきた。これを回避するために、受信部のフィルタの通過帯域を狭めることにより、妨害波を排除する必要性が生じている。その場合に、送信する電波の帯域を受信部のフィルタの通過帯域内に収めるために、周波数のばらつきを加味したFSK変調出力信号の周波数帯域を狭めることが要求されている。 By the way, with the rapid spread of wireless devices in recent years, interference with adjacent wireless frequencies has become a problem. In order to avoid this, it is necessary to eliminate the interference wave by narrowing the pass band of the filter of the receiving unit. In that case, it is required to narrow the frequency band of the FSK modulated output signal in consideration of frequency variation in order to keep the band of the radio wave to be transmitted within the pass band of the filter of the receiving unit.
従来のFSK変調回路においては、FSK変調出力信号の周波数帯域は、圧電振動子の直列共振周波数の製造誤差幅と、FSK変調幅と、圧電振動子の温度依存性に伴う周波数変化幅とを加えたものとなる。この内、FSK変調幅を狭めてしまうと、復調された信号のS/N比(シグナル対ノイズ比)が劣化して、受信信号から正しいデータを復元できなくなる。従って、FSK変調出力信号の周波数帯域を狭めるためには、圧電振動子の直列共振周波数の製造誤差幅を低減したり、圧電振動子の温度依存性に伴う周波数変化幅を低減することが考えられる。 In the conventional FSK modulation circuit, the frequency band of the FSK modulation output signal is obtained by adding the manufacturing error width of the series resonance frequency of the piezoelectric vibrator, the FSK modulation width, and the frequency change width associated with the temperature dependence of the piezoelectric vibrator. It will be. Of these, if the FSK modulation width is narrowed, the S / N ratio (signal-to-noise ratio) of the demodulated signal deteriorates, and correct data cannot be restored from the received signal. Therefore, in order to narrow the frequency band of the FSK modulation output signal, it is conceivable to reduce the manufacturing error width of the series resonance frequency of the piezoelectric vibrator or to reduce the frequency change width associated with the temperature dependence of the piezoelectric vibrator. .
しかしながら、圧電振動子の直列共振周波数の製造誤差幅を低減するためには、周波数の厳密な微調整を製造工程に盛り込んだり、製品出荷段階における良品選別を行う必要が生じ、製造コストの上昇や歩留まりの悪化は避けられない。一方、圧電振動子の温度依存性に伴う周波数変化幅は、圧電振動子の種類に応じて一意的に決定されてしまうので、回路的な工夫によって補正を加えることになるが、温度センサの付加等に伴う製造コストの上昇が避けられない上に、回路の設計難易度も高い。 However, in order to reduce the manufacturing error width of the series resonance frequency of the piezoelectric vibrator, it is necessary to incorporate strict fine adjustment of the frequency into the manufacturing process, or to perform non-defective product selection at the product shipping stage, which increases the manufacturing cost. Yield deterioration is inevitable. On the other hand, the frequency change width associated with the temperature dependence of the piezoelectric vibrator is uniquely determined according to the type of the piezoelectric vibrator. An increase in manufacturing cost due to the above is unavoidable and the circuit design difficulty is high.
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、製造コストの上昇や歩留まりの悪化を伴うことなく、FSK変調幅を一定に保ったままで、周波数のばらつきを加味したFSK変調出力信号の周波数帯域を狭めることができるFSK変調回路を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのようなFSK変調回路を実現するための半導体集積回路を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above points, the present invention narrows the frequency band of the FSK modulation output signal that takes into account frequency variations while keeping the FSK modulation width constant without increasing the manufacturing cost and the yield. An object of the present invention is to provide an FSK modulation circuit capable of performing the above. Furthermore, an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit for realizing such an FSK modulation circuit.
上記課題を解決するため、本発明に係るFSK変調回路は、振動子を駆動して発振動作を行う発振回路と、振動子と直列に接続され、静電容量値が制御可能な可変容量手段と、振動子の直列共振周波数に関する情報を格納する格納手段と、格納手段に格納されている情報に基づいて、可変容量手段がとり得る複数の静電容量値の内から1組の静電容量値を選択し、入力されるパルスに従って、可変容量手段の静電容量値を、選択された1組の静電容量値の内のいずれか1つの静電容量値に切り替えることにより、発振回路の発振周波数を偏移させる制御手段とを具備する。 In order to solve the above-described problems, an FSK modulation circuit according to the present invention includes an oscillation circuit that drives an oscillator to perform an oscillation operation, and a variable capacitance unit that is connected in series with the oscillator and that can control the capacitance value. Storage means for storing information relating to the series resonance frequency of the vibrator, and a set of capacitance values among a plurality of capacitance values that the variable capacitance means can take based on the information stored in the storage means The oscillation of the oscillation circuit is selected by switching the capacitance value of the variable capacitance means to one of the selected capacitance values in accordance with the input pulse. Control means for shifting the frequency.
ここで、振動子として、圧電振動子を用いても良い。また、可変容量手段は、異なる静電容量値を有する複数個のコンデンサと、これらのコンデンサにそれぞれ直列に接続されたスイッチ回路とを含むようにしても良いし、あるいは、可変容量ダイオードを含むようにしても良い。さらに、格納手段が、振動子の直列共振周波数の製造誤差に関する情報を予め格納していても良い。 Here, a piezoelectric vibrator may be used as the vibrator. Further, the variable capacitance means may include a plurality of capacitors having different capacitance values and a switch circuit connected in series to each of these capacitors, or may include a variable capacitance diode. . Furthermore, the storage means may store in advance information relating to the manufacturing error of the series resonance frequency of the vibrator.
また、本発明に係る半導体集積回路は、静電容量値が制御可能な可変容量手段が直列に接続された振動子を駆動して発振動作を行う発振回路と、振動子の直列共振周波数に関する情報を格納する格納手段と、格納手段に格納されている情報に基づいて、可変容量手段がとり得る複数の静電容量値の内から1組の静電容量値を選択し、入力されるパルスに従って、可変容量手段の静電容量値を、選択された1組の静電容量値の内のいずれか1つの静電容量値に切り替えることにより、発振回路の発振周波数を偏移させる制御手段とを具備する。 In addition, the semiconductor integrated circuit according to the present invention includes an oscillation circuit that performs an oscillation operation by driving a vibrator in which variable capacitance means whose capacitance value can be controlled is connected in series, and information on a series resonance frequency of the vibrator. Based on the information stored in the storage means and the storage means, a set of capacitance values is selected from a plurality of capacitance values that can be taken by the variable capacitance means, and according to the input pulse And a control means for shifting the oscillation frequency of the oscillation circuit by switching the capacitance value of the variable capacitance means to one of the selected one of the capacitance values. It has.
本発明によれば、格納手段に格納されている振動子の直列共振周波数に関する情報に基づいて可変容量手段の静電容量値を選択することにより、製造コストの上昇や歩留まりの悪化を伴うことなく、FSK変調幅を一定に保ったままで、周波数のばらつきを加味したFSK変調出力信号の周波数帯域を狭めることができる。また、FSK変調回路の主要部を半導体集積回路として製造することにより、より一層のコスト低減を実現できる。 According to the present invention, the capacitance value of the variable capacitance means is selected on the basis of the information related to the series resonance frequency of the vibrator stored in the storage means, without increasing the manufacturing cost and the yield. Thus, the frequency band of the FSK modulation output signal can be narrowed while taking into account frequency variations while keeping the FSK modulation width constant. Further, by manufacturing the main part of the FSK modulation circuit as a semiconductor integrated circuit, further cost reduction can be realized.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係るFSK変調回路の構成を示す図である。このFSK変調回路は、従続接続された反転増幅器A1〜A3と、コンデンサCg及びCdとにより、圧電振動子Xを継続的に振動させるための負性抵抗を発生する。これらの反転増幅器A1〜A3は、PチャネルMOSトランジスタP1〜P3とNチャネルMOSトランジスタN1〜N3とを、それぞれ相補的に組み合わせて構成されている。抵抗器Rfは、反転増幅器A1〜A3の直流動作点を定めるものである。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an FSK modulation circuit according to an embodiment of the present invention. This FSK modulation circuit generates a negative resistance for continuously vibrating the piezoelectric vibrator X by the inverting amplifiers A1 to A3 and the capacitors Cg and Cd that are connected in series. These inverting amplifiers A1 to A3 are configured by complementarily combining P channel MOS transistors P1 to P3 and N channel MOS transistors N1 to N3, respectively. The resistor Rf determines the DC operating point of the inverting amplifiers A1 to A3.
圧電振動子Xとしては、例えば、SAW(Surface Acoustic Wave:表面弾性波)振動子やATカット水晶振動子を用いることができる。図1に示すFSK変調回路は、圧電振動子Xの直列共振周波数とほぼ等しい周波数を有するFSK変調出力信号を発生する。ここで、圧電振動子Xは、誘導性のリアクタンスが直列に接続されると直列共振周波数が見かけ上低下し、容量性のリアクタンスが直列に接続されると直列共振周波数が見かけ上増加する性質を有している。 As the piezoelectric vibrator X, for example, a SAW (Surface Acoustic Wave) vibrator or an AT cut crystal vibrator can be used. The FSK modulation circuit shown in FIG. 1 generates an FSK modulation output signal having a frequency substantially equal to the series resonance frequency of the piezoelectric vibrator X. Here, the piezoelectric vibrator X has a property that the series resonance frequency is apparently lowered when inductive reactance is connected in series, and the series resonance frequency is apparently increased when capacitive reactance is connected in series. Have.
圧電振動子Xには、インダクタLsが直列に接続されており、これによって、直列共振周波数が見かけ上低くなる。さらに、圧電振動子X及びインダクタLsには、可変容量部1が直列に接続されており、これによって、直列共振周波数が見かけ上高くなる。その結果、見かけ上の直列共振周波数を、圧電振動子Xの本来の直列共振周波数の近傍で増減することができる。さらに、可変容量部1の静電容量値を複数段階に可変とすることによって負のリアクタンス量を調整できるので、直列共振周波数の増減量を入力パルスの電圧レベルに応じて制御することにより、入力パルスに基づいて変調されたFSK変調出力信号が得られる。可変容量部1の静電容量値を制御するために、制御部2が設けられている。
An inductor Ls is connected to the piezoelectric vibrator X in series, and thereby the series resonance frequency is apparently lowered. Furthermore, the
格納部3は、EEPROMやFLASHメモリ等の半導体メモリであっても良いし、スイッチやヒューズ等を用いた電位切替え手段であっても良い。格納部3は、圧電振動子Xの直列共振周波数の製造誤差に関する情報を予め格納している。可変容量部1の静電容量値は、入力パルスの電圧レベルに応じて制御されると共に、格納部3に格納されている情報に基づいて制御される。図1においては、一例として、製造誤差が3段階に区分されており、圧電振動子Xの直列共振周波数が低い値である場合にはLOW信号がハイレベルとされ、直列共振周波数が中間値である場合にはMID信号がハイレベルとされ、直列共振周波数が高い値である場合にはHIGH信号がハイレベルとされる。
The
図2に、図1に示す可変容量部及び制御部の具体的な構成例を示す。図2に示すように、可変容量部1は、異なる静電容量値を有するコンデンサCs1〜Cs6と、これらのコンデンサCs1〜Cs6にそれぞれ直列に接続されたトランスミッションゲート(アナログスイッチ回路)Tg1〜Tg6と、制御信号S1〜S6をそれぞれ反転するインバータIv1〜Iv6とを含んでいる。
FIG. 2 shows a specific configuration example of the variable capacitance unit and the control unit shown in FIG. As shown in FIG. 2, the
一般的には、N値FSK変調回路において可変容量部の静電容量値をK段階に可変する場合には、(N×K)個のコンデンサと(N×K)個のスイッチ回路とを設ける。本実施形態においては、N=2、K=3として、6個のコンデンサと6個のトランスミッションゲートとを用いているが、例えば、2値FSK変調回路において静電容量値を2段階のみに可変するようにすれば、最大で4個のコンデンサと4個のトランスミッションゲートとを用意すれば足りるし、逆に、静電容量値を4段階以上に可変するようにすれば、回路は複雑になるものの、FSK変調幅を一定に保ったままで、FSK変調出力信号の周波数帯域をさらに狭くすることができる。 Generally, in the N-value FSK modulation circuit, when the capacitance value of the variable capacitance unit is varied in K stages, (N × K) capacitors and (N × K) switch circuits are provided. . In this embodiment, N = 2 and K = 3, and six capacitors and six transmission gates are used. For example, in a binary FSK modulation circuit, the capacitance value can be varied only in two stages. By doing so, it is sufficient to prepare a maximum of four capacitors and four transmission gates, and conversely, if the capacitance value is made variable in four or more stages, the circuit becomes complicated. However, the frequency band of the FSK modulation output signal can be further narrowed while keeping the FSK modulation width constant.
制御部2は、AND回路L1〜L6と、入力パルスを反転するインバータIv7とを有している。制御部2は、格納部3から供給されるLOW信号、MID信号、HIGH信号に基づいて、可変容量部1がとり得る6種類の静電容量値の内から1組の静電容量値を選択し、入力パルスの電圧レベルに従って、可変容量部1の静電容量値を、選択された1組の静電容量値の内のいずれか1つの静電容量値に切り替えるための制御信号S1〜S6を生成する。可変容量部1におけるトランスミッションゲートTg1〜Tg6は、それぞれの制御信号S1〜S6がハイレベルとなったときにオンする。
The
次に、本実施形態に係るFSK変調回路の動作原理について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、圧電振動子Xの温度依存性に伴う周波数変動はないものとする。
図3は、図1に示すFSK変調回路の動作原理を説明するための模式図である。図3の(a)は、圧電振動子Xの直列共振周波数の製造誤差範囲を示している。通常の圧電振動子の場合には、直列共振周波数の製造誤差は、標準品で±100ppm、高精度品でも±50ppm程度は生じてしまう。
Next, the operation principle of the FSK modulation circuit according to this embodiment will be described. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that there is no frequency fluctuation accompanying the temperature dependence of the piezoelectric vibrator X.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the FSK modulation circuit shown in FIG. 3A shows the manufacturing error range of the series resonance frequency of the piezoelectric vibrator X. FIG. In the case of a normal piezoelectric vibrator, the production error of the series resonance frequency is about ± 100 ppm for the standard product and about ± 50 ppm for the high-precision product.
例えば、直列共振周波数の基準値が315.00MHzである圧電振動子の場合には、±50ppmの製造誤差が生じると、図3の(a)に示すように、最大±15.75kHzだけ直列共振周波数がばらつくことになる。この±15.75kHzの製造誤差範囲を3等分し、直列共振周波数が低い方から順に、3つの区分をLOW、MID、HIGHと名付ける。本実施形態に係るFSK変調回路は、このようにして定められた製造誤差範囲の区分に従って、周波数偏移量を変えることを特徴としている。これについて、以下に詳しく説明する。なお、以下の説明においては、FSK変調幅を30kHzとする。 For example, in the case of a piezoelectric vibrator having a series resonance frequency reference value of 315.00 MHz, when a manufacturing error of ± 50 ppm occurs, as shown in FIG. The frequency will vary. The manufacturing error range of ± 15.75 kHz is divided into three equal parts, and the three sections are named LOW, MID, and HIGH in order from the lowest series resonance frequency. The FSK modulation circuit according to the present embodiment is characterized in that the amount of frequency shift is changed according to the division of the manufacturing error range thus determined. This will be described in detail below. In the following description, the FSK modulation width is 30 kHz.
製造誤差がLOWの区分に属するときには、圧電振動子の本来の直列共振周波数に対して、+25.5kHzと−4.5kHzの2種類の周波数偏移を与える。これにより、図3の(b)に示すように、周波数のばらつきを加味したFSK変調出力信号の周波数帯域は、基準値に対して最大で±20.25kHzの範囲となる。 When the manufacturing error belongs to the LOW category, two kinds of frequency shifts of +25.5 kHz and −4.5 kHz are given to the original series resonance frequency of the piezoelectric vibrator. As a result, as shown in FIG. 3B, the frequency band of the FSK modulation output signal taking into account frequency variations is within a range of ± 20.25 kHz at the maximum with respect to the reference value.
製造誤差がMIDの区分に属するときには、圧電振動子の本来の直列共振周波数に対して、+15kHzと−15kHzの2種類の周波数偏移を与える。これにより、図3の(c)に示すように、周波数のばらつきを加味したFSK変調出力信号の周波数帯域は、基準値に対して最大で±20.25kHzの範囲となる。 When the manufacturing error belongs to the MID category, two kinds of frequency shifts of +15 kHz and −15 kHz are given to the original series resonance frequency of the piezoelectric vibrator. As a result, as shown in FIG. 3C, the frequency band of the FSK modulated output signal taking frequency variations into consideration is within a range of ± 20.25 kHz at the maximum with respect to the reference value.
製造誤差がHIGHの区分に属するときには、圧電振動子の本来の直列共振周波数に対して、+4.5kHzと−25.5kHzの2種類の周波数偏移を与える。これにより、図3の(d)に示すように、周波数のばらつきを加味したFSK変調出力信号の周波数帯域は、基準値に対して最大で±20.25kHzの範囲となる。 When the manufacturing error belongs to the HIGH category, two types of frequency shifts of +4.5 kHz and −25.5 kHz are given to the original series resonance frequency of the piezoelectric vibrator. As a result, as shown in FIG. 3D, the frequency band of the FSK modulated output signal taking frequency variations into consideration is within a range of ± 20.25 kHz at the maximum with respect to the reference value.
このように、いずれの場合においても、周波数のばらつきを加味したFSK変調出力信号の周波数帯域は、基準値に対して最大で±20.25kHzの範囲に収まっており、周波数帯域幅としては、40.5kHzに抑えられている。従来のFSK変調回路においては、±15.75kHzの製造誤差範囲に対して30kHzのFSK変調幅を加えた61.5kHzが周波数帯域幅となってしまうので、本実施形態に係るFSK変調回路によれば、従来のFSK変調回路と比較して34%も周波数帯域を狭めることができる。このような周波数帯域の低減を従来のFSK変調回路において達成するためには、圧電振動子の直列共振周波数の製造誤差を、±50ppmの1/3である±16.7ppmまで低減しなければならない。これは、現在の製造技術によっては実現が困難なレベルである。 As described above, in any case, the frequency band of the FSK modulation output signal considering the variation in frequency is within a range of ± 20.25 kHz at the maximum with respect to the reference value, and the frequency bandwidth is 40 It is suppressed to 5 kHz. In the conventional FSK modulation circuit, the frequency bandwidth is 61.5 kHz, which is obtained by adding the FSK modulation width of 30 kHz to the manufacturing error range of ± 15.75 kHz. For example, the frequency band can be narrowed by 34% compared to the conventional FSK modulation circuit. In order to achieve such a frequency band reduction in the conventional FSK modulation circuit, the manufacturing error of the series resonance frequency of the piezoelectric vibrator must be reduced to ± 16.7 ppm, which is 1/3 of ± 50 ppm. . This is a level that is difficult to achieve with current manufacturing technology.
次に、図2に示す可変容量部1において、上記のような周波数偏移を与えるための静電容量値の設定例について説明する。
図4は、直列共振周波数が315.00MHzである圧電振動子にインダクタLsと可変コンデンサCsを直列に接続して、可変コンデンサCsの静電容量値を変えたときの見かけ上のインピーダンスを計算し、その絶対値をプロットしたものである。なお、FSK変調回路を組み上げる際には、回路の等価的な静電容量値Ccが圧電振動子と直列に接続されると見なされるため、これによっても見かけ上の直列共振周波数に変化が生じる。ここでは、等価的な静電容量値Ccが約2pFであると見込んで、予め計算に含めている。
Next, a setting example of the capacitance value for giving the above frequency shift in the
FIG. 4 shows an apparent impedance when an inductor Ls and a variable capacitor Cs are connected in series to a piezoelectric vibrator having a series resonance frequency of 315.00 MHz and the capacitance value of the variable capacitor Cs is changed. The absolute value is plotted. Note that when the FSK modulation circuit is assembled, the equivalent capacitance value Cc of the circuit is considered to be connected in series with the piezoelectric vibrator, and this also causes a change in the apparent series resonance frequency. Here, the equivalent capacitance value Cc is estimated to be about 2 pF, and is included in the calculation in advance.
図4において、インピーダンスの絶対値が極小値となる周波数が、見かけ上の直列共振周波数とほぼ等しい。ここで、インダクタLsのインダクタンスは150nHであり、可変コンデンサCsの静電容量値は、4.7pF、6.9pF、10pF、14pF、23pF、45pFと変化させている。この結果、圧電振動子の本来の直列共振周波数からの偏移量は、Cs=4.7pFのときに+25.5kHzとなり、Cs=6.9pFのときに+15kHzとなり、Cs=10pFのときに+4.5kHzとなり、Cs=14pFのときに−4.5kHzとなり、Cs=23pFのときに−15kHzとなり、Cs=45pFのときに−25.5kHzとなった。従って、これらの値を用いることにより、図2に示す可変容量部1において、コンデンサCs1〜Cs6の静電容量値が定められる。その結果、FSK変調において、図3に示すようなFSK変調出力信号の周波数帯域を実現することができる。
In FIG. 4, the frequency at which the absolute value of the impedance is a minimum value is substantially equal to the apparent series resonance frequency. Here, the inductance of the inductor Ls is 150 nH, and the capacitance value of the variable capacitor Cs is changed to 4.7 pF, 6.9 pF, 10 pF, 14 pF, 23 pF, and 45 pF. As a result, the amount of deviation from the original series resonance frequency of the piezoelectric vibrator is +25.5 kHz when Cs = 4.7 pF, +15 kHz when Cs = 6.9 pF, and +4 when Cs = 10 pF. 0.5 kHz, −4.5 kHz when Cs = 14 pF, −15 kHz when Cs = 23 pF, and −25.5 kHz when Cs = 45 pF. Therefore, by using these values, the capacitance values of the capacitors Cs1 to Cs6 are determined in the
再び図2を参照すると、コンデンサCs1〜Cs6の内のいずれを用いるかは、格納部3(図1)から供給されるLOW信号、MID信号、HIGH信号と、入力パルスとの組合せによって、制御部2の制御の下で切り替えられる。 Referring to FIG. 2 again, which of the capacitors Cs1 to Cs6 is used depends on the combination of the LOW signal, MID signal, HIGH signal supplied from the storage unit 3 (FIG. 1) and the input pulse. It is switched under the control of 2.
LOW信号がハイレベルである場合には、入力パルスがハイレベルになると、制御信号S1がハイレベルとなって、トランスミッションゲートTg1がオンするので、コンデンサCs1=4.7pFが選択される。その結果、FSK変調出力信号の周波数偏移が+25.5kHzとなる。一方、入力パルスがローレベルになると、制御信号S4がハイレベルとなって、トランスミッションゲートTg4がオンするので、コンデンサCs4=14pFが選択される。その結果、FSK変調出力信号の周波数偏移が−4.5kHzとなる。従って、LOW信号がハイレベルである場合には、図3の(b)に示すFSK変調が行われる。 When the LOW signal is at a high level, when the input pulse is at a high level, the control signal S1 is at a high level and the transmission gate Tg1 is turned on, so that the capacitor Cs1 = 4.7 pF is selected. As a result, the frequency shift of the FSK modulation output signal is +25.5 kHz. On the other hand, when the input pulse becomes low level, the control signal S4 becomes high level and the transmission gate Tg4 is turned on, so that the capacitor Cs4 = 14 pF is selected. As a result, the frequency shift of the FSK modulation output signal is −4.5 kHz. Therefore, when the LOW signal is at a high level, FSK modulation shown in FIG. 3B is performed.
MID信号がハイレベルである場合には、入力パルスがハイレベルになると、制御信号S2がハイレベルとなって、トランスミッションゲートTg2がオンするので、コンデンサCs2=6.9pFが選択される。その結果、FSK変調出力信号の周波数偏移が+15kHzとなる。一方、入力パルスがローレベルになると、制御信号S5がハイレベルとなって、トランスミッションゲートTg5がオンするので、コンデンサCs5=23pFが選択される。その結果、FSK変調出力信号の周波数偏移が−15kHzとなる。従って、MID信号がハイレベルである場合には、図3の(c)に示すFSK変調が行われる。 When the MID signal is at a high level, when the input pulse goes to a high level, the control signal S2 goes to a high level and the transmission gate Tg2 is turned on, so that the capacitor Cs2 = 6.9 pF is selected. As a result, the frequency shift of the FSK modulation output signal is +15 kHz. On the other hand, when the input pulse becomes low level, the control signal S5 becomes high level and the transmission gate Tg5 is turned on, so that the capacitor Cs5 = 23 pF is selected. As a result, the frequency shift of the FSK modulation output signal is −15 kHz. Therefore, when the MID signal is at a high level, FSK modulation shown in FIG. 3C is performed.
HIGH信号がハイレベルである場合には、入力パルスがハイレベルになると、制御信号S3がハイレベルとなって、トランスミッションゲートTg3がオンするので、コンデンサCs3=10pFが選択される。その結果、FSK変調出力信号の周波数偏移が+4.5kHzとなる。一方、入力パルスがローレベルになると、制御信号S6がハイレベルとなって、トランスミッションゲートTg6がオンするので、コンデンサCs6=45pFが選択される。その結果、FSK変調出力信号の周波数偏移が−25.5kHzとなる。従って、HIGH信号がハイレベルである場合には、図3の(d)に示すFSK変調が行われる。 When the HIGH signal is at a high level, when the input pulse goes to a high level, the control signal S3 goes to a high level and the transmission gate Tg3 is turned on, so that the capacitor Cs3 = 10 pF is selected. As a result, the frequency shift of the FSK modulation output signal is +4.5 kHz. On the other hand, when the input pulse becomes low level, the control signal S6 becomes high level and the transmission gate Tg6 is turned on, so that the capacitor Cs6 = 45 pF is selected. As a result, the frequency shift of the FSK modulation output signal becomes −25.5 kHz. Therefore, when the HIGH signal is at a high level, the FSK modulation shown in (d) of FIG. 3 is performed.
以上説明したように、図2に示す可変容量部1及び制御部2を用いることにより、圧電振動子Xの直列共振周波数の製造誤差に対応して、適切な1組の静電容量値が選択されると共に、入力パルスの電圧レベルに対応して、可変容量部1の静電容量値が、選択された1組の静電容量値の内のいずれか1つの静電容量値に切り替わる。
As described above, by using the
再び図1を参照すると、少なくとも、コンデンサを除く可変容量部1と、制御部2と、格納部3と、反転増幅器A1〜A3とは、半導体集積回路内に集積化することが可能である。さらに、抵抗器Rf、コンデンサCg及びCd、可変容量部1のコンデンサの内の1つ以上を半導体集積回路内に集積化するようにしても良いし、設計条件によってはインダクタLsも半導体集積回路内に集積化することが可能である。
Referring to FIG. 1 again, at least the
なお、本実施形態においては、増幅素子としてMOSトランジスタを用いているが、図5に示すように、増幅素子としてバイポーラトランジスタを用いても良い。その場合には、図5において、可変容量ダイオードCvを可変容量部1(図2)に置き替えると共に、図1に示す制御部2及び格納部3を追加する。あるいは、可変容量ダイオードCvをそのまま用いて、可変容量ダイオードCvに印加する電圧を複数段階(例えば6段階)に変化させるようにしても良い。
In this embodiment, a MOS transistor is used as the amplifying element. However, as shown in FIG. 5, a bipolar transistor may be used as the amplifying element. In that case, in FIG. 5, the variable capacitance diode Cv is replaced with the variable capacitance section 1 (FIG. 2), and the
また、可変容量部1は、例えば0.1pF刻みで任意の静電容量値を出力できるように構成して、選択される静電容量値を外部より別途設定可能としても良い。このような構成によれば、製作したFSK変調回路の汎用性を高めることができる。
さらに、本実施形態においては、簡単のため2値FSK変調回路を例に挙げたが、複数の入力パルスを同時に加えることによって、多値FSK変調回路に拡張した場合であっても、本発明の適用が可能であることは自明である。
The
Furthermore, in the present embodiment, the binary FSK modulation circuit has been described as an example for the sake of simplicity. However, even if the multi-level FSK modulation circuit is expanded by simultaneously adding a plurality of input pulses, It is obvious that it can be applied.
本発明は、無線データ通信等において、搬送波をFSK変調するFSK変調回路において利用することが可能である。 The present invention can be used in an FSK modulation circuit that FSK modulates a carrier wave in wireless data communication or the like.
A1〜A3 反転増幅器、 P1〜P3 PチャネルMOSトランジスタ、 N1〜N3 NチャネルMOSトランジスタ、 Cg及びCd コンデンサ、 Rf 抵抗器、 X 圧電振動子、 Ls インダクタ、 1 可変容量部、 2 制御部、 3 格納部、 Cs1〜Cs6 コンデンサ、 Tg1〜Tg6 トランスミッションゲート、 Iv1〜Iv7 インバータ、 L1〜L6 AND回路 A1 to A3 inverting amplifier, P1 to P3 P channel MOS transistor, N1 to N3 N channel MOS transistor, Cg and Cd capacitor, Rf resistor, X piezoelectric vibrator, Ls inductor, 1 variable capacitance unit, 2 control unit, 3 storage Part, Cs1-Cs6 capacitor, Tg1-Tg6 transmission gate, Iv1-Iv7 inverter, L1-L6 AND circuit
Claims (6)
前記振動子と直列に接続され、静電容量値が制御可能な可変容量手段と、
前記振動子の直列共振周波数に関する情報を格納する格納手段と、
前記格納手段に格納されている情報に基づいて、前記可変容量手段がとり得る複数の静電容量値の内から1組の静電容量値を選択し、入力されるパルスに従って、前記可変容量手段の静電容量値を、前記選択された1組の静電容量値の内のいずれか1つの静電容量値に切り替えることにより、前記発振回路の発振周波数を偏移させる制御手段と、
を具備するFSK変調回路。 An oscillation circuit that performs an oscillation operation by driving a vibrator;
Variable capacitance means connected in series with the vibrator and capable of controlling a capacitance value;
Storage means for storing information relating to the series resonance frequency of the vibrator;
Based on the information stored in the storage means, a set of capacitance values is selected from among a plurality of capacitance values that can be taken by the variable capacitance means, and the variable capacitance means is selected according to an input pulse. Control means for shifting the oscillation frequency of the oscillation circuit by switching the capacitance value of the oscillation circuit to any one of the selected one of the capacitance values;
FSK modulation circuit comprising:
前記振動子の直列共振周波数に関する情報を格納する格納手段と、
前記格納手段に格納されている情報に基づいて、前記可変容量手段がとり得る複数の静電容量値の内から1組の静電容量値を選択し、入力されるパルスに従って、前記可変容量手段の静電容量値を、前記選択された1組の静電容量値の内のいずれか1つの静電容量値に切り替えることにより、前記発振回路の発振周波数を偏移させる制御手段と、
を具備する半導体集積回路。 An oscillation circuit that performs an oscillation operation by driving a vibrator in which variable capacitance means capable of controlling a capacitance value is connected in series;
Storage means for storing information relating to the series resonance frequency of the vibrator;
Based on the information stored in the storage means, a set of capacitance values is selected from among a plurality of capacitance values that can be taken by the variable capacitance means, and the variable capacitance means is selected according to an input pulse. Control means for shifting the oscillation frequency of the oscillation circuit by switching the capacitance value of the oscillation circuit to any one of the selected one of the capacitance values;
A semiconductor integrated circuit comprising:
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