JP4454910B2

JP4454910B2 - Semiconductor integrated circuit device

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Publication number: JP4454910B2
Application number: JP2002163065A
Authority: JP
Inventors: 隆之松塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP2004015203A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体集積回路装置に係り、特にレーダーに用いられるマイクロ波・ミリ波領域で動作する発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の電圧制御発振器の一例を示す回路図である。
図１１において、１００は電圧制御発振器、１０２はＦＥＴ、１０４は伝送線路、１０６はＬＣ直列共振回路を構成するインダクタ、１０８はＬＣ直列共振回路を構成する可変容量ダイオード、１１０はゲートバイアス印加用のチョークインダクタ、１１２はソースインダクタ、１１４はドレインバイアス印加用のチョークインダクタ、１１６は反射利得を向上させるための反射回路、１１８は可変容量ダイオード１０８の制御電圧印加用のチョークインダクタ、１２０は制御電圧の入力端、１２２は高周波信号の出力端である。
【０００３】
図１２は従来の電圧制御発振器の発振周波数特性を示す模式図である。
図１２において、１２ａは所定の室温の場合における発振周波数と制御電圧との関係の曲線、１２ｂは室温より高温になった場合における発振周波数と制御電圧との関係の曲線、１２ｃは室温より低温になった場合における発振周波数と制御電圧との関係の曲線である。またＷは所望の周波数帯域幅で、使用周波数の数％程度の周波数帯域である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電圧制御発振器１００は、使用環境や使用中の発生熱によりＦＥＴ１０２の温度が変動し、これに対応して使用を想定された室温よりも高温または低温の場合に、発振周波数と制御電圧との関係の曲線が曲線１２ａから曲線１２ｂまたは曲線１２ｃに変移する。
このような温度変化があった場合でも、電圧制御発振器１００を所望の周波数帯域全域で発振を可能にさせるためには、所望の周波数帯域全域に対応してループ利得と位相条件を常に満足させることが必要である。
【０００５】
このため従来の電圧制御発振器１００においては、共振回路のＱ値を低くすることにより、温度変化が発生しても所望の周波数帯域全域で発振を可能にしていた。すなわち、温度変化による発振周波数の変動を補償するために、共振回路のＱ値を低くすることにより、共振回路の共振周波数の可変帯域を広くし、室温における同調範囲が広くなるように設計していた。
【０００６】
しかしながら、共振回路のＱ値と位相雑音とはトレードオフの関係にあり、共振回路のＱ値を下げることは、位相雑音が劣化するという問題があった。
ここで、位相雑音Ｎとは、所定の周波数ｆにおける出力電力値をａｄＢm、周波数ｆからΔｆ離れた周波数における出力電力値をｂｄＢmとしたときに、
Ｎ＝（ｂ−ａ）ｄＢc／Ｈｚ
で、定義される値である。
この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、第１の目的は、共振回路のＱ値を下げることなく、温度による発振周波数の変動を補償した半導体集積回路装置を構成することである。第２の目的は、共振回路のＱ値を下げることなく、発振周波数のばらつきを容易に修正できる半導体集積回路装置を構成することである。
【０００７】
なお、公知の技術としては、特開昭６１−２６１９０３号公報に発振回路が記載されている。この発振回路は、アルミナセラミック基板に設けられたストリップライン共振器を用いたもので、アルミナセラミック基板の比誘電率が周囲温度の変動によって変化することにより発振周波数が変化することを防ぐとともに小形化と発振周波数のばらつきを容易に調整できるように、ストリップライン導体と並列にチップ状温度補償用コンデンサを正確に位置決めして接続した構成が開示されている。
【０００８】
また、特開平８−２０４４４７号公報には、マイクロ波発振器の記載がある。このマイクロ波発振器はその一部を構成する共振回路を主共振回路と副共振回路とで構成し、このうち副共振回路を可変容量ダイオードと温度補償コンデンサと誘導性伝送路で構成することにより、温度変化による発振周波数の変化を補償したものである。
【０００９】
また、特開平５−２５１９３０号公報には、高周波発振器の記載がある。この高周波発振器はその一部に２倍の線路幅の線路導体を備え、発振器の製造時に線路導体を長手方向にトリミングし発振周波数を調整可能としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体集積回路装置は電圧制御発振器を構成するものであって、信号入力端からの制御信号に対応した周波数で共振する共振回路と、この共振回路に一端が接続され高周波信号を伝送するとともにインピーダンスが可逆的に変更可能とされた伝送線路と、この伝送線路の他の一端に接続された制御電極とリアクタンス要素を介して接地された第１の電極と第２の電極とを有する能動素子、およびこの能動素子の第２の電極に接続された高周波信号の出力端を含む能動回路と、能動素子の第２の電極と出力端との間に接続された一端と開放端である他端とを有するマイクロストリップ線路とこのマイクロストリップ線路に隣接して並置された導体とこの導体と接地端との間に接続された接断スイッチとを含み、インピーダンスを可逆的に変更可能とされた、発振周波数に対応して所定の反射利得を得るための反射回路と、共振回路、伝送線路、能動回路および反射回路が一主面に配設された基板と、を備えたもので、共振回路のＱ値を下げることなく、温度による発振周波数の変動を可逆的に補償することができる。
【００１１】
さらに、伝送線路部が、長さの異なる複数の伝送線路とこの伝送線路の一本を共振回路及び能動回路と接続する接続切換要素とを有するもので、簡単な構成で位相条件を可逆的に変更でき、温度による発振周波数の変動に対して補償を行うことができる。
【００１２】
またさらに、伝送線路部が、所定の長さを有し一端で共振回路に他端で能動回路に接続された第１の伝送線路と、この第１の伝送線路に隣接して配設され第１の接断要素を介して接地された導体とを有するもので、簡単な構成で位相条件を可逆的に変更でき、温度による発振周波数の変動に対して補償を行うことができる。
【００１３】
さらに、第２の接断要素とこの第２の接断要素に直列して接続された第２の伝送線路とをさらに有し、この第２の接断要素と第２の伝送線路とが第１の接断要素と並列に接地されたもので、インピーダンス変更の選択肢を多く設定することができて、温度による発振周波数の変動に対してきめ細かく対応することができる。
【００１４】
またさらに、伝送線路部が、所定の長さを有し一端で共振回路に、他端で能動回路に接続された伝送線路、およびこの伝送線路と接地端との間に接続された容量可変半導体素子を有するもので、インピーダンスの変更を連続的に設定することができて位相条件を可逆的に変更でき、温度による発振周波数の変動に対してきめ細かく対応することができる。
【００１５】
またさらに、能動素子の第３の電極と能動回路の高周波信号の出力端とに接続された反射回路をさらに備えるとともに、この反射回路のインピーダンスを可逆的に変更可能としたもので、簡単に発振の位相条件の変更をおこなうことができるとともに反射利得の帯域幅はそのままで中心周波数を変移することができる。
【００１６】
またさらに、能動素子を電界効果型トランジスタとし、第１の電極をゲート電極、第２の電極をソース電極、第３の電極をドレイン電極としたもので、高周波動作に適した構成にすることができる。
【００１７】
また、信号入力端からの制御信号に対応した周波数で共振する共振回路と、この共振回路に一端が接続され高周波信号を伝送する伝送線路と、この伝送線路部の他の一端に接続された第１の電極とリアクタンス要素を介して接地された第２の電極と第３の電極とを有する能動素子、この能動素子の第３の電極に接続された高周波信号の出力端、および能動素子の第３の電極と高周波信号出力端とに接続されたインピーダンスを可逆的に変更可能とする反射回路を含む能動回路と、共振回路、伝送線路、および能動回路が一主面に配設された基板と、を備えたもので、反射回路のインピーダンスを可逆的に変更することにより、反射利得の帯域幅はそのままで中心周波数を変移することができる。
【００１８】
また、信号入力端からの制御信号に対応した周波数で共振する共振回路と、この共振回路に一端が接続されるとともに、インピーダンスを不可逆的に変更可能とした伝送線路部と、この伝送線路部の他の一端に接続された第１の電極とリアクタンス要素を介して接地された第２の電極と第３の電極とを有する能動素子、およびこの能動素子の第３の電極に接続された高周波信号の出力端を含む能動回路と、共振回路、伝送線路部、および能動回路が一主面に配設された基板と、を備えたもので、発振周波数のばらつきを補正することができる。
【００１９】
さらに、伝送線路部が、所定の長さを有し一端で共振回路に他の一端で能動回路に接続された伝送線路を有するとともに不可逆的に回路を切断する切断要素およびこの切断要素と直列に接続された抵抗素子がともに伝送線路と接地端との間に接続されたもので、簡単な構成で、発振周波数のばらつきを補正することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。以下の説明では、半導体集積回路装置として例えば数ＧＨｚ以上のマイクロ波・ミリ波に用いられるレーダー用の電圧制御発振器を例にして説明する。
図１において、１０はこの実施の形態に係る電圧制御発振器で、１２は電圧制御発振器の基板で、例えばＭＭＩＣでは半導体基板が用いられるが、セラミック基板が用いられる場合もある。セラミック基板が用いられた場合には、伝送線路パターンを形成した後に各回路部品が実装される。
【００２１】
１４は共振回路で、ここでは一例としてＬＣ直列共振回路を示している。１４ａはＬＣ直列共振回路を構成するインダクタ、１４ｂはＬＣ直列共振回路を構成する容量可変ダイオードである。ＬＣ直列共振回路はインダクタ１４ａの一端と容量可変ダイオード１４ｂのカソード側が接続され、容量可変ダイオード１４ｂのアノード側は接地されている。１４ｃはチョークインダクタで一端は制御信号を入力する入力端１４ｄに接続され、他端は容量可変ダイオード１４ｂのカソード側に接続され、容量可変ダイオード１４ｂに制御電圧を印加する。
【００２２】
１６は伝送線路部で、この伝送線路部１６が発振の位相条件を決定する要素の一つである。この伝送線路部１６は電気長の異なる複数のマイクロストリップ線路からなる伝送線路１６ａ、１６ｂと、これらの伝送線路１６ａ、１６ｂの一つを選択するために伝送線路１６ａ、１６ｂの両端に配設されたスイッチ１６ｃ、１６ｄとで構成されている。スイッチ１６ｃ、１６ｄは例えばダイオードやＦＥＴを用いて形成される。
【００２３】
ここでは伝送線路として長短２本の伝送線路を設けているが、必ずしも２本である必要はなく、もっと本数を増やせばさらに温度変化による周波数変動にきめ細かく対応することができる。
この例では、共振回路１２を構成するインダクタ１４ａの、容量可変ダイオード１４ｂと接続されていない側の一端とスイッチ１６ｃとが接続されている。
１８は能動回路で、１８ａは能動素子としてのＦＥＴで第１の電極としてのゲート電極、第２の電極としてのソース電極、第３の電極としてのドレイン電極を備えている。
【００２４】
１８ｂは一端がＦＥＴ１８ａのゲート電極に接続されたゲートバイアス印加用のチョークインダクタ、１８ｃは一端がＦＥＴ１８ａのソース電極に接続され他端が接地されたソースインダクタ、１８ｄは一端がＦＥＴ１８ａのドレイン電極に接続されたドレインバイアス印加用のチョークインダクタ、１８ｅはマイクロストリップ線路からなる反射回路で、一端は開放で他端がＦＥＴ１８ａのドレインに接続されている。１８ｆは高周波信号の出力端である。また１８ｉはＤＣ遮断用のキャパシタである。
【００２５】
ＦＥＴ１８ａのゲート電極が伝送線路部１６のスイッチ１６ｄと接続されている。また、ＦＥＴ１８ａのドレイン電極が高周波信号を出力する出力端１８ｆに接続されている。
このように電圧制御発振器１０では、伝送線路部１６の伝送線路の電気長を可逆的に変えることにより、伝送線路部１６のインダクタンスを可逆的に変える。これにより伝送線路部１６のインピーダンスを可逆的に変え、温度変化による発振周波数の変化を補償するものである。
【００２６】
図２はこの実施の形態に係る電圧制御発振器の発振周波数特性の模式図である。
図２において、曲線ａは電気長が短い方の伝送線路１６ｂを接続したときの発振周波数特性で、曲線ｂは電気長が長い方の伝送線路１６ａを接続したときの発振周波数特性である。
次に動作について説明する。
電圧制御発振器１０において、使用環境や使用中の発生熱によりＦＥＴ１８ａの温度が変動し、このため利得のみならず位相条件も変動する。
電圧制御発振器１０を安定的に動作させるためには、ループ利得と位相条件を常に満足させることが必要である。
【００２７】
電圧制御発振器１０を切断面Ａで二つに分けて考えた場合、位相条件は切断面Ａから見たそれぞれの反射位相が、
＜Ｓ11＋＜Ｓ22＝０
を満足することが、発振開始のための必要条件となる。
ここで、＜Ｓ11および＜Ｓ22は、切断面Ａの共振回路１４側を１、伝送線路部１６側を２とした２端子対回路のＳパラメータの位相角である。
【００２８】
ＦＥＴ１８ａの温度が変動し、使用が想定された室温から、例えば高温側に温度が変化した場合、＜Ｓ22も変動するので、電圧制御発振器１０の発振周波数特性が発振周波数の低い側に変移する。この状態で所望の周波数帯域全体で発振が確保できない場合には、共振回路１４と能動回路１８との間に設けられた伝送線路部１６のインピーダンスを変更することで簡単に位相角の変化を発生させることができるので、これにより位相条件を変更し、発振周波数特性を発振周波数の高い側に変移させ、所望の周波数帯域全体で発振が確保できるようにするのである。すなわち伝送線路部１６のインピーダンスを変更することで、温度による発振周波数特性の変移を効果的に補償することができる。
【００２９】
発振周波数特性の温度による変移を補償するために、温度が高くなったときには図２に示されるように電気長が短い方の伝送線路１６ｂを選択して発振周波数特性を発振周波数の高い方に変移させ、温度が低くなった場合には電気長が長い方の伝送線路１６ａを選択して発振周波数特性を発振周波数の低い方に変移させ、それぞれ温度変化による発振周波数の変化を補償する。
この補償により、温度変化があった場合でも、発振周波数の数％の周波数帯域幅Ｗを持つ所望の発振周波数で、安定的に、出力端１８ｆから高周波を出力させることができる。
【００３０】
この実施の形態に係る電圧制御発振器１０においては、温度変化による発振周波数の変動を共振回路のＱ値を低くしておくことで対処するということを行っていないので、共振回路のＱ値を低くした場合に発生する位相雑音の劣化を生じることなしに、温度変化による位相条件の変化が発生しても所望の周波数帯域全域で発振を可能とすることができる。
【００３１】
また、この実施の形態では、電気長の異なる伝送線路を並置しこれをスイッチで選択するという簡単な構成で伝送線路部１６のインピーダンスを変更することが出来る。延いては位相雑音が少なく温度特性の良い電圧制御発振器を簡単に構成することができる。
【００３２】
図３は実施の形態１の電圧制御発振器の変形例を示す模式図である。
図１の電圧制御発振器１０は能動素子としてＦＥＴ１８ａを使用し、高周波動作に適した構成にしたものであるが、ＦＥＴ１８ａに変えて、バイポーラトランジスタを用いた構成としても良い。
なお、以下に述べる実施の形態においても、ＦＥＴを用いて説明しているが、ＦＥＴに変えてバイポーラトランジスタを用いた構成としても良い。
【００３３】
図３において、図１と同じ符号は同じかまたは相当のものを示す。以下の図においても同じ符号は同じかまたは相当のものを示す。
図３において、２０は電圧制御発振器、１８ｇは能動素子としてのバイポーラトランジスタである。
【００３４】
なお、ＦＥＴ１８ａに変えてバイポーラトランジスタ１８ｇを用いたので、この変形例では第１の電極としてはベース電極、第２の電極としてはエミッタ電極、そして第３の電極としてはコレクタ電極が対応し、チョークインダクタ１８ｂは一端がバイポーラトランジスタ１８ｇのベース電極に接続されたベースバイアス印加用のものとなり、１８ｃは一端がバイポーラトランジスタ１８ｇのエミッタ電極に接続され他端が接地されたエミッタインダクタとなり、そしてチョークインダクタ１８ｄは一端がバイポーラトランジスタ１８ｇのコレクタ電極に接続されたコレクタバイアス印加用のものとなる。
動作は電圧制御発振器１０と同様で、電圧制御発振器１０と同様の効果を奏する。
【００３５】
実施の形態２．
図４はこの発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
図４において、３０は電圧制御発振器である。１６ｅは第１の伝送線路としての主伝送線路で、マイクロストリップ線路で構成されている。１６ｆは主伝送線路１６ｅに隣接して並置された導体としての配線層である。１６ｇは第１の接断要素としてのオン−オフ型のスイッチでダイオードやトランジスタで構成される。配線層１６ｆはスイッチ１６ｇを介して接地されている。共振回路１４と能動回路１８は実施の形態１の電圧制御発振器１０と同じである。
【００３６】
この実施の形態２に係る電圧制御発振器２０では、伝送線路部１６に共振回路１４のＬＣ直列共振回路を構成するインダクタ１４ａと能動回路１８のＦＥＴ１８ａのゲート電極とに固定的に接続された主伝送線路１６ｅと、この主伝送線路１６ｅに沿って隣接する配線層１６ｆとを設け、この配線層１６ｆをスイッチ１６ｇにより接地したり、あるいは接地から切断したりすることにより、主伝送線路１６ｅのキャパシタンスを変え、伝送線路部１６のインピーダンスを可逆的に変更するものである。
【００３７】
スイッチ１６ｇをオフにした場合、伝送線路部１６のインピーダンスは主伝送線路１６ｅのインピーダンスであるが、スイッチ１６ｇをオンにした場合、主伝送線路１６ｅと配線層１６ｆとの間でキャパシタンスを持つことになり、これに対応して発振周波数特性はスイッチ１６ｇをオフにした場合よりも発振周波数が低い方に変移する。
図５はこの実施の形態に係る電圧制御発振器の発振周波数特性の模式図である。
図２において、曲線ａはスイッチ１６ｇをオフにしたときの発振周波数特性で、曲線ｂはスイッチ１６ｇをオンしたときの発振周波数特性である。
【００３８】
電圧制御発振器３０においても、共振回路１４と能動回路１８との間に設けられた伝送線路部１６のインピーダンスを変更することで、簡単に位相角の変化を発生させることができるので、伝送線路部１６のインピーダンスを変更することで、実施の形態１と同様に発振周波数特性の温度による変移を効果的に補償することができる。
実施の形態１に係る電圧制御発振器の動作説明で述べたのと同様に、温度が高くなったときには電圧制御発振器３０の発振周波数特性が発振周波数の低い側に変移し、温度が低くなったときには電圧制御発振器３０の発振周波数特性が発振周波数の高い側に変移する。
【００３９】
この発振周波数特性の温度による変位を補償するために、図５に示されるように、温度が高くなったときにはスイッチ１６ｇをオフにして発振周波数特性を発振周波数の高い方に変移させ、温度が低くなった場合にはスイッチ１６ｇをオンして発振周波数特性を発振周波数の低い方に変位させ、それぞれ温度変化による発振周波数の変移を補償する。
【００４０】
この実施の形態においても、実施の形態１の場合と同様の効果を奏し、共振回路のＱ値を低くした場合に発生する位相雑音の劣化を生じることなしに、温度変化が発生しても所望の周波数帯域全域で発振を可能とすることができる。
【００４１】
実施の形態３．
図６はこの発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
図６において、３５は電圧制御発振器、１６ｈは第２の接断要素としてのオン−オフ型のスイッチである。１６ｉは第２の伝送線路としての補助伝送線路である。スイッチ１６ｈと補助伝送線路１６ｉとは直列に接続され、配線層１６ｆとスイッチ１６ｈとが接続されるとともに配線層１６ｆはスイッチ１６ｈと補助伝送線路１６ｉとを介して接地されている。共振回路１４と能動回路１８は実施の形態１の電圧制御発振器１０と同じである。
【００４２】
この電圧制御発振器３５の構成は、実施の形態２における電圧制御発振器３０の配線層１６ｆがスイッチ１６ｇを介して接地されているのに加えて、さらに配線層１６ｆがスイッチ１６ｇと並列に、スイッチ１６ｈと補助伝送線路１６ｉとの直列接続を介して接地されたものである。
この電圧制御発振器３５においても、共振回路１４と能動回路１８との間に設けられた伝送線路部１６のインピーダンスを変更することで、簡単に位相角の変化を発生させることができるので、伝送線路部１６のインピーダンスを変更することで、実施の形態１と同様に発振周波数特性の温度による変移を効果的に補償することができる。
【００４３】
さらに、スイッチ１６ｇとスイッチ１６ｈのオン・オフを組み合わせることにより、伝送線路部１６のインピーダンスを可逆的に４状態に変更が可能となる。これにより発振周波数の温度による変動をきめ細かく補償することができる。
【００４４】
実施の形態４．
図７はこの発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
図７において、４０は電圧制御発振器、１６ｊは容量可変ダイオード、１６ｋは容量可変ダイオード１６ｊの容量を制御するバイアスを印加するためのチョークインダクタである。また１６ｍはＤＣ遮断用のキャパシタである。
伝送線路部１６は共振回路１４のＬＣ直列共振回路を構成するインダクタ１４ａと能動回路１８のＦＥＴ１８ａのゲート電極とに固定的に接続された主伝送線路１６ｅと、この主伝送線路１６ｅが容量可変ダイオード１６ｊを介して接地されている。チョークインダクタ１６ｋを介して印加される制御電圧により容量可変ダイオード１６ｊの容量を連続的に変更し、主伝送線路１６ｅのキャパシタンスを変え、伝送線路部１６のインピーダンスを可逆的に連続的に変更するものである。
【００４５】
電圧制御発振器４０においても、共振回路１４と能動回路１８との間に設けられた伝送線路部１６のインピーダンスを連続的に変更することで、簡単に位相角の変化を発生させることができる。このため発振の位相条件を満足する周波数を連続的に変えることができるので、発振周波数を連続的に発振周波数特性の温度による移動を、効果的に、また連続的にきめ細かく補償することができる。
【００４６】
実施の形態５．
図８はこの発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
図８において、４５は電圧制御発振器、４６は反射回路、４６ａは反射回路４６の主伝送線路でマイクロストリップ線路により構成されている。主伝送線路４６ａはその一端がＦＥＴ１８ａのドレインに接続され、他の一端が開放端である。４６ｂは主伝送線路４６ａに隣接して並置された導体としての配線層である。４６ｃはオン−オフ型のスイッチで、ダイオードやトランジスタなどにより構成される。配線層４６ｂはスイッチ４６ｃを介して接地されている。
【００４７】
反射回路４６のインピーダンスは、スイッチ４６ｃをオフした場合は主伝送線路４６ａのインピーダンスで決まるが、スイッチ４６ｃをオンすることにより、主伝送線路４６ａと配線層４６ｂとの間でさらにキャパシタンスを持つようになり、反射回路４６のインピーダンスを可逆的に変化させることができる。
従って温度変動が生じて発振周波数特性が変移した場合、反射回路４６のインピーダンスを可逆的に変化させて、温度変動に対する補償を行うことができる。
実施の形態１から実施の形態４においては、伝送線路部１６のインピーダンスを可逆的に変化させる構成であり、この構成では発振の位相条件を満たす周波数、つまり発振周波数、を変えることにより、温度変化に対する補償を行ったのである。
【００４８】
一方、この実施の形態５におけるように反射回路４６のインピーダンスを可逆的に変化させる構成では、発振の位相条件を満たす周波数、つまり発振周波数、を変えることに加えて、さらに反射利得の帯域（反射利得の帯域とはほぼ発信可能な帯域である）はそのままで、中心周波数を移動させることが出来る。
このため、大きな温度変動により反射利得の帯域が所望の周波数帯域からはずれてしまった場合に、反射回路４６のインピーダンスを変化させて、有効に温度補償を行うことができる。
延いては位相雑音特性に優れ、大きな温度変化を受ける場合でも安定した電気的特性を備えた半導体集積回路装置を構成することができる。
【００４９】
この実施の形態５の反射回路４６においてインピーダンスを変化させる構成は、実施の形態２の図４に示された伝送線路部１６のインピーダンスを可逆的に変化させる構成と同じであるが、実施の形態３及び実施の形態４における伝送線路部１６のインピーダンスを可逆的に変化させる構成を反射回路４６に適用しても良い。
【００５０】
実施の形態６．
図９はこの発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
図９において、５０は電圧制御発振器である。この電圧制御発振器５０においては、伝送線路部１６の伝送線路の電気長を可逆的に変えることにより、伝送線路部１６インピーダンスを可逆的に変え、温度変化による発振周波数の変化を補償しつつ、実施の形態５と同様に反射回路４６のインピーダンスをスイッチ４６ｃにより可逆的に変化させることができる。
【００５１】
従って、温度変動が比較的少ない場合は、伝送線路部１６のインピーダンスを変えることにより簡単に温度変化による発振周波数の変化を補償することで対処し、温度変化が大きくなり、反射利得の帯域が所望の周波数帯域からはずれてしまった場合に反射回路４６のインピーダンスをスイッチ４６ｃにより可逆的に変化させ、温度変化による発振周波数の変化を補償することで対処することができる。この様に温度変化の程度に応じて、２種類の温度補償の手法を採ることができる。
【００５２】
従って使用するデバイスの電気的特性が温度により大きく変化する場合や、使用環境の温度変化が大きい場合の電圧制御発振器に対してきめ細かな対応ができる構成とすることが出来る。延いては位相雑音特性に優れ、大きな温度変化を受ける場合でも安定した電気的特性を備えた半導体集積回路装置を構成することができる。
【００５３】
なおこの実施の形態では、伝送線路部１６を実施の形態１の場合に使用した構成について説明したが、実施の形態２ないし４における伝送線路部１６の構成を用いても良い。
【００５４】
実施の形態７．
図１０はこの発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
図１０において、５５は電圧制御発振器、５７は切断要素で、配線層を過電流やレーザカットにより切断できるように形成したものである。５９は抵抗素子である。
【００５５】
この電圧制御発振器５５では、伝送線路部１６を共振回路１４のＬＣ直列共振回路を構成するインダクタ１４ａと能動回路１８のＦＥＴ１８ａのゲート電極とに固定的に接続された主伝送線路１６ｅと、この主伝送線路１６ｅに沿って隣接する配線層１６ｆとを設け、さらにこの配線層１６ｆを切断要素５７と抵抗素子５９とを介して接地した構成としている。
【００５６】
製造過程におけるばらつきのために発振周波数が仕様からはずれた場合に、切断要素５７から過電流を流して抵抗素子を焼き切ることによって、伝送線路部１６のインピーダンスを不可逆的にではあるが変更し、発振の位相条件を満足する周波数を変え、発振周波数の変更が可能である。これにより発振周波数のばらつきを少なくし、製品の歩留まりを高めることができる。
【００５７】
【発明の効果】
この発明の半導体集積回路装置は以上に説明したような構成を備えているので、以下のような効果を有する。
この発明に係る半導体集積回路装置においては、信号入力端からの制御信号に対応した周波数で共振する共振回路と、この共振回路に一端が接続され高周波信号を伝送するとともに、インピーダンスを可逆的に変更可能とした伝送線路部と、この伝送線路部の他の一端に接続された第１の電極とリアクタンス要素を介して接地された第２の電極と第３の電極とを有する能動素子およびこの能動素子の第３の電極に接続された高周波信号の出力端を含む能動回路と、共振回路、伝送線路部、および能動回路が一主面に配設された基板と、を備えたもので、共振回路のＱ値を下げることなく、温度による発振周波数の変動を可逆的に補償することができる。延いては位相雑音特性に優れ、温度変化があっても電気的特性の安定した半導体集積回路装置を構成することができる。
【００５８】
さらに、伝送線路部が、長さの異なる複数の伝送線路とこの伝送線路の一本を共振回路及び能動回路と接続する接続切換要素とを有するもので、簡単な構成で位相条件を可逆的に変更でき、温度による発振周波数の変動に対して補償を行うことができる。延いては位相雑音特性に優れ、温度変化があっても電気的特性の安定した半導体集積回路装置を安価に提供することができる。
【００５９】
またさらに、伝送線路部が、所定の長さを有し一端で共振回路に他端で能動回路に接続された第１の伝送線路と、この第１の伝送線路に隣接して配設され第１の接断要素を介して接地された導体とを有するもので、簡単な構成で位相条件を可逆的に変更でき、温度による発振周波数の変動に対して補償を行うことができる。延いては位相雑音特性に優れ、温度変化があっての電気的特性の安定した半導体集積回路装置を安価に提供することができる。
【００６０】
さらに、第２の接断要素とこの第２の接断要素に直列して接続された第２の伝送線路とをさらに有し、この第２の接断要素と第２の伝送線路とが第１の接断要素と並列に接地されたもので、伝送線路部におけるインピーダンス変更の選択肢を多く設定することができて、温度による発振周波数の変動に対してきめ細かく対応することができる。延いては位相雑音特性に優れ、温度変化があっても電気的特性の安定した半導体集積回路装置を構成することができる。
【００６１】
またさらに、伝送線路部が、所定の長さを有し一端で共振回路に、他端で能動回路に接続された伝送線路、およびこの伝送線路と接地端との間に接続された容量可変半導体素子を有するもので、伝送線路部のインピーダンスの変更を連続的に設定することができて、温度による発振周波数の変動に対してきめ細かく対応することができる。延いては位相雑音特性に優れ、温度変化があっても電気的特性の安定した半導体集積回路装置を構成することができる。
【００６２】
またさらに、能動素子の第３の電極と能動回路の高周波信号出力端とに接続された反射回路をさらに備えるとともに、この反射回路のインピーダンスを可逆的に変更可能としたもので、簡単に発振の位相条件の変更をおこなうことができるとともに反射利得の帯域幅はそのままで中心周波数を移動することができる。ひいては、位相雑音特性に優れ、大きな温度変化を受ける場合でも安定した電気的特性を備えた半導体集積回路装置を構成することができる。
【００６３】
またさらに、能動素子を電界効果型トランジスタとし、第１の電極をゲート電極、第２の電極をソース電極、第３の電極をドレイン電極としたもので、高周波動作に適した構成にすることができる。延いては、位相雑音特性に優れ、温度変化があっても電気的特性の安定し、高周波動作に適した半導体集積回路装置を構成することができる。
【００６４】
また、信号入力端からの制御信号に対応した周波数で共振する共振回路と、この共振回路に一端が接続され高周波信号を伝送する伝送線路と、この伝送線路部の他の一端に接続された第１の電極とリアクタンス要素を介して接地された第２の電極と第３の電極とを有する能動素子、この能動素子の第３の電極に接続された高周波信号出力端、および能動素子の第３の電極と高周波信号の出力端とに接続されたインピーダンスを可逆的に変更可能とする反射回路を含む能動回路と、共振回路、伝送線路、および能動回路が一主面に配設された基板と、を備えたもので、反射回路のインピーダンスを可逆的に変更することにより、反射利得の帯域幅はそのままで中心周波数を移動することができる。延いては位相雑音特性に優れ、大きな温度変化を受ける場合でも安定した電気的特性を備えた半導体集積回路装置を構成することができる。
【００６５】
また、信号入力端からの制御信号に対応した周波数で共振する共振回路と、この共振回路に一端が接続されるとともに、インピーダンスを不可逆的に変更可能とした伝送線路部と、この伝送線路部の他の一端に接続された第１の電極とリアクタンス要素を介して接地された第２の電極と第３の電極とを有する能動素子、およびこの能動素子の第３の電極に接続された高周波信号の出力端を含む能動回路と、共振回路、伝送線路部、および能動回路が一主面に配設された基板と、を備えたもので、発振周波数のばらつきを補正することができる。延いては歩留まりがよく安価な半導体集積回路装置を提供することができる。
【００６６】
さらに、伝送線路部が、所定の長さを有し一端で共振回路に他の一端で能動回路に接続された伝送線路を有するとともに不可逆的に回路を切断する切断要素およびこの切断要素と直列に接続された抵抗素子がともに伝送線路と接地端との間に接続されたもので、簡単な構成で、発振周波数のばらつきを補正することができる。延いては簡単な構成で、歩留まりがよく安価な半導体集積回路装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
【図２】この発明の一つの実施の形態に係る電圧制御発振器の発振周波数特性の模式図である。
【図３】この発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の変形例の模式図である。
【図４】この発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
【図５】この発明の一つの実施の形態に係る電圧制御発振器の発振周波数特性の模式図である。
【図６】この発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
【図７】この発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
【図８】この発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
【図９】この発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
【図１０】この発明の一つの実施の形態に係る半導体集積回路装置の模式図である。
【図１１】従来の電圧制御発振器の一例を示す回路図である。
【図１２】従来の電圧制御発振器の発振周波数特性を示す模式図である。
【符号の説明】
１４ｄ信号入力端、１４共振回路、１６伝送線路部、１８ｃソースインダクタ、１８ａＦＥＴ、１８ｇバイポーラトランジスタ、１８ｆ出力端、１８能動回路、１２基板、１６ａ、１６ｂ伝送線路、１６ｃ、１６ｄスイッチ、１６ｅ主伝送線路、１６ｆ配線層、１６ｇスイッチ、１６ｈスイッチ、１６ｉ補助伝送線路、１６ｊ容量可変ダイオード、４６反射回路、５７切断要素、５９抵抗素子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to an oscillator operating in a microwave / millimeter wave region used for radar.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a conventional voltage controlled oscillator.
In FIG. 11, 100 is a voltage controlled oscillator, 102 is an FET, 104 is a transmission line, 106 is an inductor constituting an LC series resonance circuit, 108 is a variable capacitance diode constituting an LC series resonance circuit, and 110 is for applying a gate bias. A choke inductor, 112 is a source inductor, 114 is a choke inductor for applying a drain bias, 116 is a reflection circuit for improving a reflection gain, 118 is a choke inductor for applying a control voltage to the variable capacitance diode 108, and 120 is a control voltage. An input terminal 122 is an output terminal for a high frequency signal.
[0003]
FIG. 12 is a schematic diagram showing the oscillation frequency characteristics of a conventional voltage controlled oscillator.
In FIG. 12, 12a is a curve of the relationship between the oscillation frequency and the control voltage at a predetermined room temperature, 12b is a curve of the relationship between the oscillation frequency and the control voltage when the temperature is higher than the room temperature, and 12c is a temperature lower than the room temperature. It is a curve of the relationship between the oscillation frequency and the control voltage when W is a desired frequency bandwidth and is a frequency band of about several percent of the used frequency.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the voltage controlled oscillator 100, when the temperature of the FET 102 fluctuates due to the use environment and generated heat during use, and the temperature is higher or lower than the room temperature assumed to be used, the relationship between the oscillation frequency and the control voltage. The curve changes from curve 12a to curve 12b or curve 12c.
In order to enable the voltage-controlled oscillator 100 to oscillate in the entire desired frequency band even when there is such a temperature change, the loop gain and the phase condition must always be satisfied corresponding to the entire desired frequency band. is required.
[0005]
For this reason, in the conventional voltage controlled oscillator 100, by reducing the Q value of the resonance circuit, it is possible to oscillate in the entire desired frequency band even if a temperature change occurs. In other words, in order to compensate for fluctuations in oscillation frequency due to temperature changes, the resonant circuit is designed to have a low Q value, thereby widening the variable bandwidth of the resonant frequency of the resonant circuit and widening the tuning range at room temperature. It was.
[0006]
However, there is a trade-off relationship between the Q value of the resonant circuit and the phase noise, and there is a problem that the phase noise deteriorates when the Q value of the resonant circuit is lowered.
Here, the phase noise N means that the output power value at a predetermined frequency f is a dBm, and the output power value at a frequency that is Δf away from the frequency f is b dBm.
N = (b−a) dBc / Hz
This is the value defined.
The present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the invention is to construct a semiconductor integrated circuit device that compensates for fluctuations in oscillation frequency due to temperature without lowering the Q value of the resonance circuit. It is. A second object is to configure a semiconductor integrated circuit device that can easily correct variations in oscillation frequency without lowering the Q value of the resonance circuit.
[0007]
As a known technique, an oscillation circuit is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-261903. This oscillation circuit uses a stripline resonator provided on an alumina ceramic substrate, and prevents the oscillation frequency from changing due to changes in the relative dielectric constant of the alumina ceramic substrate due to fluctuations in the ambient temperature and miniaturization. A configuration is disclosed in which a chip-shaped temperature compensation capacitor is accurately positioned and connected in parallel with the stripline conductor so that variations in oscillation frequency can be easily adjusted.
[0008]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-204447 discloses a microwave oscillator. In this microwave oscillator, a resonance circuit constituting a part thereof is constituted by a main resonance circuit and a sub-resonance circuit, and among these, the sub-resonance circuit is constituted by a variable capacitance diode, a temperature compensation capacitor, and an inductive transmission line, This compensates for changes in the oscillation frequency due to temperature changes.
[0009]
JP-A-5-251930 discloses a high-frequency oscillator. This high-frequency oscillator is provided with a line conductor having a double line width in a part thereof, and the oscillation frequency can be adjusted by trimming the line conductor in the longitudinal direction when the oscillator is manufactured.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor integrated circuit device according to the present invention constitutes a voltage controlled oscillator, and resonates at a frequency corresponding to a control signal from a signal input terminal, and one end is connected to the resonant circuit to transmit a high frequency signal. Do A transmission line whose impedance can be changed reversibly. And this Transmission line An active element having a control electrode connected to the other end of the first electrode and a first electrode and a second electrode grounded via a reactance element, and a high-frequency signal connected to the second electrode of the active element An active circuit including an output end; a second electrode of the active element; and an output end A microstrip line having one end connected between and an open end, a conductor juxtaposed adjacent to the microstrip line, and a disconnect switch connected between the conductor and the ground end Including A reflection circuit for obtaining a predetermined reflection gain corresponding to the oscillation frequency, the impedance circuit capable of reversibly changing, and a resonance circuit; Transmission line And a substrate having an active circuit and a reflection circuit disposed on one main surface, and can reversibly compensate for fluctuations in oscillation frequency due to temperature without lowering the Q value of the resonance circuit.
[0011]
Further, the transmission line section includes a plurality of transmission lines having different lengths and a connection switching element for connecting one of the transmission lines to the resonance circuit and the active circuit. It can be changed and compensation can be made for fluctuations in oscillation frequency due to temperature.
[0012]
Still further, the transmission line section has a predetermined length and is disposed adjacent to the first transmission line, the first transmission line being connected to the resonance circuit at one end and the active circuit at the other end. The phase condition can be reversibly changed with a simple configuration, and compensation for fluctuations in oscillation frequency due to temperature can be performed.
[0013]
Furthermore, it has a 2nd connection element and the 2nd transmission line connected in series with this 2nd connection element, and this 2nd connection element and a 2nd transmission line are the 1st. Since it is grounded in parallel with one disconnection element, many options for changing the impedance can be set, and it is possible to meticulously cope with fluctuations in oscillation frequency due to temperature.
[0014]
Still further, the transmission line section has a predetermined length, one end is connected to the resonance circuit, the other end is connected to the active circuit, and the capacitance variable semiconductor is connected between the transmission line and the ground end. Since it has an element, the change of impedance can be set continuously, the phase condition can be changed reversibly, and the fluctuation of the oscillation frequency due to temperature can be dealt with finely.
[0015]
In addition, a reflection circuit connected to the third electrode of the active element and the output terminal of the high frequency signal of the active circuit is further provided, and the impedance of the reflection circuit can be reversibly changed to easily oscillate. The phase condition can be changed, and the center frequency can be changed while the bandwidth of the reflection gain remains unchanged.
[0016]
In addition, the active element is a field effect transistor, the first electrode is a gate electrode, the second electrode is a source electrode, and the third electrode is a drain electrode, so that the configuration is suitable for high-frequency operation. it can.
[0017]
Also, a resonance circuit that resonates at a frequency corresponding to the control signal from the signal input end, a transmission line that has one end connected to the resonance circuit and transmits a high-frequency signal, and a second connection connected to the other end of the transmission line unit An active element having a first electrode and a second electrode and a third electrode grounded via a reactance element, an output end of a high-frequency signal connected to the third electrode of the active element, and a first active element An active circuit including a reflection circuit capable of reversibly changing the impedance connected to the three electrodes and the high-frequency signal output terminal, and a substrate on which a resonance circuit, a transmission line, and an active circuit are disposed on one main surface; By reversibly changing the impedance of the reflection circuit, the center frequency can be shifted without changing the bandwidth of the reflection gain.
[0018]
In addition, a resonance circuit that resonates at a frequency corresponding to the control signal from the signal input end, a transmission line portion that is connected to the resonance circuit and whose impedance can be irreversibly changed, and the transmission line portion An active element having a first electrode connected to the other end, a second electrode grounded via a reactance element, and a third electrode, and a high-frequency signal connected to the third electrode of the active element The active circuit including the output terminal and the substrate on which the resonance circuit, the transmission line unit, and the active circuit are disposed on one main surface can be used to correct variations in the oscillation frequency.
[0019]
Further, the transmission line section has a transmission line having a predetermined length and having a transmission line connected to the resonance circuit at one end and the active circuit at the other end, and irreversibly cutting the circuit, and in series with the cutting element Both of the connected resistance elements are connected between the transmission line and the ground end, and variations in oscillation frequency can be corrected with a simple configuration.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention. In the following description, a radar voltage-controlled oscillator used for a microwave / millimeter wave of several GHz or more, for example, will be described as an example of a semiconductor integrated circuit device.
In FIG. 1, 10 is a voltage controlled oscillator according to this embodiment, and 12 is a substrate of the voltage controlled oscillator. For example, a semiconductor substrate is used in the MMIC, but a ceramic substrate may be used. When a ceramic substrate is used, each circuit component is mounted after the transmission line pattern is formed.
[0021]
Reference numeral 14 denotes a resonance circuit, which shows an LC series resonance circuit as an example here. 14a is an inductor constituting the LC series resonance circuit, and 14b is a variable capacitance diode constituting the LC series resonance circuit. In the LC series resonance circuit, one end of the inductor 14a and the cathode side of the variable capacitance diode 14b are connected, and the anode side of the variable capacitance diode 14b is grounded. Reference numeral 14c denotes a choke inductor having one end connected to an input end 14d for inputting a control signal and the other end connected to the cathode side of the variable capacitance diode 14b, and applies a control voltage to the variable capacitance diode 14b.
[0022]
Reference numeral 16 denotes a transmission line section, which is one of the elements that determines the phase condition of oscillation. The transmission line portion 16 is disposed at both ends of the transmission lines 16a and 16b in order to select one of the transmission lines 16a and 16b composed of a plurality of microstrip lines having different electrical lengths. Switches 16c and 16d. The switches 16c and 16d are formed using, for example, a diode or FET.
[0023]
Here, although two long and short transmission lines are provided as transmission lines, the number is not necessarily two, and if the number is further increased, it is possible to cope more precisely with frequency fluctuations due to temperature changes.
In this example, the switch 16c is connected to one end of the inductor 14a constituting the resonance circuit 12 on the side not connected to the variable capacitance diode 14b.
Reference numeral 18 denotes an active circuit, and 18a denotes an FET as an active element, which includes a gate electrode as a first electrode, a source electrode as a second electrode, and a drain electrode as a third electrode.
[0024]
18b is a choke inductor for applying a gate bias having one end connected to the gate electrode of the FET 18a, 18c is a source inductor having one end connected to the source electrode of the FET 18a and the other end grounded, and 18d is connected to the drain electrode of the FET 18a. The choke inductor 18e for applying a drain bias, 18e, is a reflection circuit made of a microstrip line, one end being open and the other end being connected to the drain of the FET 18a. Reference numeral 18f denotes an output end of a high frequency signal. Reference numeral 18i denotes a DC blocking capacitor.
[0025]
The gate electrode of the FET 18 a is connected to the switch 16 d of the transmission line unit 16. The drain electrode of the FET 18a is connected to the output terminal 18f that outputs a high-frequency signal.
Thus, in the voltage controlled oscillator 10, the inductance of the transmission line unit 16 is reversibly changed by reversibly changing the electrical length of the transmission line of the transmission line unit 16. As a result, the impedance of the transmission line portion 16 is reversibly changed to compensate for a change in oscillation frequency due to a temperature change.
[0026]
FIG. 2 is a schematic diagram of the oscillation frequency characteristics of the voltage controlled oscillator according to this embodiment.
In FIG. 2, a curve a is an oscillation frequency characteristic when the transmission line 16b having a shorter electrical length is connected, and a curve b is an oscillation frequency characteristic when the transmission line 16a having a longer electrical length is connected.
Next, the operation will be described.
In the voltage controlled oscillator 10, the temperature of the FET 18 a varies depending on the use environment and heat generated during use. For this reason, not only the gain but also the phase condition varies.
In order to stably operate the voltage controlled oscillator 10, it is necessary to always satisfy the loop gain and the phase condition.
[0027]
When the voltage controlled oscillator 10 is divided into two at the cutting plane A, the phase condition is that each reflection phase viewed from the cutting plane A is:
<S11 + <S22 = 0
Satisfying the above is a necessary condition for starting oscillation.
Here, <S11 and <S22 are S parameter phase angles of a two-terminal pair circuit in which the resonance circuit 14 side of the cut surface A is 1 and the transmission line portion 16 side is 2.
[0028]
When the temperature of the FET 18a fluctuates and the temperature changes from the room temperature assumed to be used, for example, to the high temperature side, <S22 also fluctuates, so the oscillation frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 10 changes to the low oscillation frequency side. If oscillation cannot be ensured in the entire desired frequency band in this state, the phase angle can be easily changed by changing the impedance of the transmission line section 16 provided between the resonance circuit 14 and the active circuit 18. As a result, the phase condition is changed, and the oscillation frequency characteristic is shifted to the higher oscillation frequency side, so that oscillation can be ensured in the entire desired frequency band. That is, by changing the impedance of the transmission line portion 16, it is possible to effectively compensate for the change in the oscillation frequency characteristic due to temperature.
[0029]
In order to compensate for the change in the oscillation frequency characteristic due to the temperature, when the temperature becomes higher, the transmission line 16b having the shorter electrical length is selected as shown in FIG. 2, and the oscillation frequency characteristic is changed to the higher oscillation frequency. When the temperature is lowered, the transmission line 16a having the longer electrical length is selected to shift the oscillation frequency characteristic to the lower oscillation frequency, thereby compensating for the change in the oscillation frequency due to the temperature change.
By this compensation, even when there is a temperature change, it is possible to stably output a high frequency from the output end 18f at a desired oscillation frequency having a frequency bandwidth W of several percent of the oscillation frequency.
[0030]
In the voltage controlled oscillator 10 according to the present embodiment, since the oscillation frequency variation due to temperature change is not dealt with by reducing the Q value of the resonance circuit, the Q value of the resonance circuit is reduced. Even if a change in phase condition due to a temperature change occurs, it is possible to oscillate in the entire desired frequency band without causing deterioration of the phase noise that occurs in this case.
[0031]
Further, in this embodiment, the impedance of the transmission line unit 16 can be changed with a simple configuration in which transmission lines having different electrical lengths are juxtaposed and selected by a switch. As a result, a voltage-controlled oscillator with little phase noise and good temperature characteristics can be easily configured.
[0032]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a modification of the voltage controlled oscillator of the first embodiment.
The voltage controlled oscillator 10 of FIG. 1 uses a FET 18a as an active element and has a configuration suitable for high-frequency operation. However, instead of the FET 18a, a configuration using a bipolar transistor may be used.
In the embodiment described below, the description is made using the FET, but a configuration using a bipolar transistor may be used instead of the FET.
[0033]
3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or equivalent components. In the following drawings, the same reference numerals denote the same or equivalent ones.
In FIG. 3, 20 is a voltage controlled oscillator, and 18g is a bipolar transistor as an active element.
[0034]
Since the bipolar transistor 18g is used instead of the FET 18a, the base electrode is used as the first electrode, the emitter electrode is used as the second electrode, and the collector electrode is used as the third electrode in this modification. The inductor 18b is for applying a base bias whose one end is connected to the base electrode of the bipolar transistor 18g, 18c is an emitter inductor having one end connected to the emitter electrode of the bipolar transistor 18g and the other end grounded, and the choke inductor 18d. Is for applying a collector bias whose one end is connected to the collector electrode of the bipolar transistor 18g.
The operation is the same as that of the voltage controlled oscillator 10, and the same effect as the voltage controlled oscillator 10 is obtained.
[0035]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 4, 30 is a voltage controlled oscillator. Reference numeral 16e denotes a main transmission line as a first transmission line, which is constituted by a microstrip line. Reference numeral 16f denotes a wiring layer as a conductor juxtaposed adjacent to the main transmission line 16e. Reference numeral 16g denotes an on-off type switch as a first connecting / disconnecting element, which is constituted by a diode or a transistor. The wiring layer 16f is grounded through the switch 16g. The resonant circuit 14 and the active circuit 18 are the same as those of the voltage controlled oscillator 10 of the first embodiment.
[0036]
In the voltage-controlled oscillator 20 according to the second embodiment, the main transmission is fixedly connected to the inductor 14a constituting the LC series resonance circuit of the resonance circuit 14 and the gate electrode of the FET 18a of the active circuit 18 in the transmission line unit 16. A line 16e and a wiring layer 16f adjacent to the main transmission line 16e are provided, and the wiring layer 16f is grounded by the switch 16g or disconnected from the ground, thereby reducing the capacitance of the main transmission line 16e. In other words, the impedance of the transmission line unit 16 is reversibly changed.
[0037]
When the switch 16g is turned off, the impedance of the transmission line portion 16 is the impedance of the main transmission line 16e, but when the switch 16g is turned on, there is a capacitance between the main transmission line 16e and the wiring layer 16f. Correspondingly, the oscillation frequency characteristic shifts to a lower oscillation frequency than when the switch 16g is turned off.
FIG. 5 is a schematic diagram of oscillation frequency characteristics of the voltage controlled oscillator according to this embodiment.
In FIG. 2, a curve a is an oscillation frequency characteristic when the switch 16g is turned off, and a curve b is an oscillation frequency characteristic when the switch 16g is turned on.
[0038]
Also in the voltage controlled oscillator 30, it is possible to easily change the phase angle by changing the impedance of the transmission line unit 16 provided between the resonance circuit 14 and the active circuit 18. By changing the impedance of 16, it is possible to effectively compensate for the change in the oscillation frequency characteristic due to temperature, as in the first embodiment.
As described in the explanation of the operation of the voltage controlled oscillator according to the first embodiment, when the temperature is increased, the oscillation frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 30 is shifted to the lower oscillation frequency, and when the temperature is decreased. The oscillation frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 30 is shifted to the higher oscillation frequency side.
[0039]
In order to compensate for the displacement of the oscillation frequency characteristic due to temperature, as shown in FIG. 5, when the temperature becomes high, the switch 16g is turned off to change the oscillation frequency characteristic to the higher oscillation frequency, and the temperature is lowered. In this case, the switch 16g is turned on to displace the oscillation frequency characteristic toward the lower oscillation frequency, and the oscillation frequency shift due to the temperature change is compensated for.
[0040]
In this embodiment as well, the same effect as in the case of the first embodiment is obtained, and the phase noise that occurs when the Q value of the resonance circuit is lowered is not deteriorated, and even if a temperature change occurs, it is desirable. Can oscillate in the entire frequency band.
[0041]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 6, 35 is a voltage controlled oscillator, and 16h is an on-off type switch as a second disconnection element. Reference numeral 16i denotes an auxiliary transmission line as a second transmission line. The switch 16h and the auxiliary transmission line 16i are connected in series, the wiring layer 16f and the switch 16h are connected, and the wiring layer 16f is grounded via the switch 16h and the auxiliary transmission line 16i. The resonant circuit 14 and the active circuit 18 are the same as those of the voltage controlled oscillator 10 of the first embodiment.
[0042]
The voltage-controlled oscillator 35 is configured such that the wiring layer 16f of the voltage-controlled oscillator 30 in the second embodiment is grounded via the switch 16g, and further, the wiring layer 16f is parallel to the switch 16g and the switch 16h. And the auxiliary transmission line 16i are grounded via a serial connection.
Also in this voltage controlled oscillator 35, the change of the phase angle can be easily generated by changing the impedance of the transmission line section 16 provided between the resonance circuit 14 and the active circuit 18. By changing the impedance of the unit 16, it is possible to effectively compensate for the change in the oscillation frequency characteristic due to the temperature as in the first embodiment.
[0043]
Furthermore, the impedance of the transmission line unit 16 can be reversibly changed to four states by combining the on / off of the switch 16g and the switch 16h. This makes it possible to finely compensate for fluctuations in the oscillation frequency due to temperature.
[0044]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 7, 40 is a voltage controlled oscillator, 16j is a variable capacitance diode, and 16k is a choke inductor for applying a bias for controlling the capacitance of the variable capacitance diode 16j. Reference numeral 16m denotes a DC blocking capacitor.
The transmission line unit 16 includes a main transmission line 16e fixedly connected to the inductor 14a constituting the LC series resonance circuit of the resonance circuit 14 and the gate electrode of the FET 18a of the active circuit 18, and the main transmission line 16e is a variable capacitance diode. 16j is grounded. The capacitance of the variable capacitance diode 16j is continuously changed by the control voltage applied via the choke inductor 16k, the capacitance of the main transmission line 16e is changed, and the impedance of the transmission line section 16 is continuously changed reversibly. It is.
[0045]
Also in the voltage controlled oscillator 40, the phase angle can be easily changed by continuously changing the impedance of the transmission line portion 16 provided between the resonance circuit 14 and the active circuit 18. Therefore, since the frequency satisfying the oscillation phase condition can be continuously changed, the oscillation frequency can be continuously compensated for the movement of the oscillation frequency characteristic due to temperature effectively and finely.
[0046]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 8, 45 is a voltage controlled oscillator, 46 is a reflection circuit, 46a is a main transmission line of the reflection circuit 46, and is constituted by a microstrip line. One end of the main transmission line 46a is connected to the drain of the FET 18a, and the other end is an open end. 46b is a wiring layer as a conductor juxtaposed adjacent to the main transmission line 46a. 46c is an on-off type switch, which is constituted by a diode, a transistor, or the like. The wiring layer 46b is grounded via the switch 46c.
[0047]
The impedance of the reflection circuit 46 is determined by the impedance of the main transmission line 46a when the switch 46c is turned off. By turning on the switch 46c, the impedance is further increased between the main transmission line 46a and the wiring layer 46b. Thus, the impedance of the reflection circuit 46 can be reversibly changed.
Therefore, when temperature fluctuation occurs and the oscillation frequency characteristic changes, the impedance of the reflection circuit 46 can be reversibly changed to compensate for the temperature fluctuation.
In the first to fourth embodiments, the impedance of the transmission line unit 16 is reversibly changed. In this configuration, the temperature change is achieved by changing the frequency that satisfies the oscillation phase condition, that is, the oscillation frequency. Was compensated for.
[0048]
On the other hand, in the configuration in which the impedance of the reflection circuit 46 is reversibly changed as in the fifth embodiment, in addition to changing the frequency satisfying the oscillation phase condition, that is, the oscillation frequency, the reflection gain band (reflection The center frequency can be moved without changing the gain band (which is a band in which transmission is possible).
For this reason, when the reflection gain band deviates from a desired frequency band due to a large temperature fluctuation, the impedance of the reflection circuit 46 can be changed to effectively perform temperature compensation.
As a result, a semiconductor integrated circuit device having excellent phase noise characteristics and stable electrical characteristics even when subjected to a large temperature change can be configured.
[0049]
The configuration for changing the impedance in the reflection circuit 46 of the fifth embodiment is the same as the configuration for reversibly changing the impedance of the transmission line unit 16 shown in FIG. 4 of the second embodiment. The configuration that reversibly changes the impedance of the transmission line unit 16 in the third and fourth embodiments may be applied to the reflection circuit 46.
[0050]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 9, 50 is a voltage controlled oscillator. In this voltage controlled oscillator 50, by reversibly changing the electrical length of the transmission line of the transmission line unit 16, the impedance of the transmission line unit 16 is reversibly changed and the change in the oscillation frequency due to the temperature change is compensated. Similarly to the fifth embodiment, the impedance of the reflection circuit 46 can be reversibly changed by the switch 46c.
[0051]
Therefore, when the temperature variation is relatively small, it is possible to easily compensate for the change in the oscillation frequency due to the temperature change by changing the impedance of the transmission line section 16, and the temperature change becomes large, and the reflection gain band is desired. Can be dealt with by reversibly changing the impedance of the reflection circuit 46 by the switch 46c to compensate for a change in the oscillation frequency due to a temperature change. In this way, two types of temperature compensation methods can be employed depending on the degree of temperature change.
[0052]
Therefore, it is possible to provide a configuration capable of finely dealing with a voltage controlled oscillator when the electrical characteristics of a device to be used change greatly depending on the temperature or when the temperature change of the usage environment is large. As a result, a semiconductor integrated circuit device having excellent phase noise characteristics and stable electrical characteristics even when subjected to a large temperature change can be configured.
[0053]
In addition, in this embodiment, although the structure which used the transmission line part 16 in the case of Embodiment 1 was demonstrated, you may use the structure of the transmission line part 16 in Embodiment 2 thru | or 4.
[0054]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 10 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 10, 55 is a voltage controlled oscillator, and 57 is a cutting element, which is formed so that the wiring layer can be cut by overcurrent or laser cutting. Reference numeral 59 denotes a resistance element.
[0055]
In this voltage controlled oscillator 55, the main transmission line 16e is fixedly connected to the inductor 14a constituting the LC series resonance circuit of the resonance circuit 14 and the gate electrode of the FET 18a of the active circuit 18, and the main transmission line 16e. An adjacent wiring layer 16f is provided along the transmission line 16e, and this wiring layer 16f is grounded via a cutting element 57 and a resistance element 59.
[0056]
When the oscillation frequency deviates from the specification due to variations in the manufacturing process, the impedance of the transmission line unit 16 is irreversibly changed by passing an overcurrent from the cutting element 57 and burning the resistance element, thereby oscillating. It is possible to change the oscillation frequency by changing the frequency satisfying the above phase condition. As a result, variations in the oscillation frequency can be reduced and the product yield can be increased.
[0057]
【The invention's effect】
Since the semiconductor integrated circuit device of the present invention has the configuration as described above, it has the following effects.
In the semiconductor integrated circuit device according to the present invention, a resonance circuit that resonates at a frequency corresponding to the control signal from the signal input end, and one end connected to the resonance circuit transmits a high-frequency signal, and the impedance is reversibly changed. An active element having a transmission line section made possible, a first electrode connected to the other end of the transmission line section, and a second electrode and a third electrode grounded via a reactance element, and the active element An active circuit including an output end of a high-frequency signal connected to the third electrode of the element, and a substrate on which a resonance circuit, a transmission line unit, and an active circuit are arranged on one main surface It is possible to reversibly compensate for fluctuations in oscillation frequency due to temperature without lowering the Q value of the circuit. As a result, a semiconductor integrated circuit device having excellent phase noise characteristics and stable electrical characteristics even when there is a temperature change can be configured.
[0058]
Further, the transmission line section includes a plurality of transmission lines having different lengths and a connection switching element for connecting one of the transmission lines to the resonance circuit and the active circuit. It can be changed and compensation can be made for fluctuations in oscillation frequency due to temperature. As a result, a semiconductor integrated circuit device having excellent phase noise characteristics and stable electrical characteristics even when there is a temperature change can be provided at low cost.
[0059]
Still further, the transmission line section has a predetermined length and is disposed adjacent to the first transmission line, the first transmission line being connected to the resonance circuit at one end and the active circuit at the other end. The phase condition can be reversibly changed with a simple configuration, and compensation for fluctuations in oscillation frequency due to temperature can be performed. As a result, it is possible to provide a semiconductor integrated circuit device having excellent phase noise characteristics and stable electrical characteristics even when there is a temperature change at low cost.
[0060]
Furthermore, it has a 2nd connection element and the 2nd transmission line connected in series with this 2nd connection element, and this 2nd connection element and a 2nd transmission line are the 1st. Since it is grounded in parallel with one disconnection element, many options for changing the impedance in the transmission line section can be set, and it is possible to meticulously cope with fluctuations in the oscillation frequency due to temperature. As a result, a semiconductor integrated circuit device having excellent phase noise characteristics and stable electrical characteristics even when there is a temperature change can be configured.
[0061]
Still further, the transmission line section has a predetermined length, one end is connected to the resonance circuit, the other end is connected to the active circuit, and the capacitance variable semiconductor is connected between the transmission line and the ground end. Since it has an element, the change of the impedance of the transmission line portion can be set continuously, and the fluctuation of the oscillation frequency due to temperature can be dealt with finely. As a result, a semiconductor integrated circuit device having excellent phase noise characteristics and stable electrical characteristics even when there is a temperature change can be configured.
[0062]
Furthermore, a reflection circuit connected to the third electrode of the active element and the high-frequency signal output terminal of the active circuit is further provided, and the impedance of the reflection circuit can be reversibly changed. The phase condition can be changed and the center frequency can be moved while the bandwidth of the reflection gain remains unchanged. As a result, a semiconductor integrated circuit device having excellent phase noise characteristics and stable electrical characteristics even when subjected to a large temperature change can be configured.
[0063]
In addition, the active element is a field effect transistor, the first electrode is a gate electrode, the second electrode is a source electrode, and the third electrode is a drain electrode, so that the configuration is suitable for high-frequency operation. it can. As a result, a semiconductor integrated circuit device having excellent phase noise characteristics, stable electrical characteristics even when there is a temperature change, and suitable for high-frequency operation can be configured.
[0064]
Also, a resonance circuit that resonates at a frequency corresponding to the control signal from the signal input end, a transmission line that has one end connected to the resonance circuit and transmits a high-frequency signal, and a second connection connected to the other end of the transmission line unit An active element having a first electrode and a second electrode and a third electrode grounded via a reactance element, a high-frequency signal output terminal connected to the third electrode of the active element, and a third active element An active circuit including a reflection circuit capable of reversibly changing the impedance connected to the electrode and the output end of the high-frequency signal, and a substrate on which the resonance circuit, the transmission line, and the active circuit are arranged on one main surface By reversibly changing the impedance of the reflection circuit, it is possible to move the center frequency without changing the bandwidth of the reflection gain. As a result, a semiconductor integrated circuit device having excellent phase noise characteristics and stable electrical characteristics even when subjected to a large temperature change can be configured.
[0065]
In addition, a resonance circuit that resonates at a frequency corresponding to the control signal from the signal input end, a transmission line portion that is connected to the resonance circuit and whose impedance can be irreversibly changed, and the transmission line portion An active element having a first electrode connected to the other end, a second electrode grounded via a reactance element, and a third electrode, and a high-frequency signal connected to the third electrode of the active element The active circuit including the output terminal and the substrate on which the resonance circuit, the transmission line unit, and the active circuit are disposed on one main surface can be used to correct variations in the oscillation frequency. As a result, an inexpensive semiconductor integrated circuit device with a high yield can be provided.
[0066]
Further, the transmission line section has a transmission line having a predetermined length and having a transmission line connected to the resonance circuit at one end and the active circuit at the other end, and irreversibly cutting the circuit, and in series with the cutting element Both of the connected resistance elements are connected between the transmission line and the ground end, and variations in oscillation frequency can be corrected with a simple configuration. As a result, it is possible to provide a semiconductor integrated circuit device with a simple structure, a high yield, and a low price.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of oscillation frequency characteristics of a voltage controlled oscillator according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a modification of the semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram of oscillation frequency characteristics of a voltage controlled oscillator according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic view of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a conventional voltage controlled oscillator.
FIG. 12 is a schematic diagram showing oscillation frequency characteristics of a conventional voltage controlled oscillator.
[Explanation of symbols]
14d signal input terminal, 14 resonance circuit, 16 transmission line section, 18c source inductor, 18a FET, 18g bipolar transistor, 18f output terminal, 18 active circuit, 12 substrate, 16a, 16b transmission line, 16c, 16d switch, 16e main transmission Line, 16f wiring layer, 16g switch, 16h switch, 16i auxiliary transmission line, 16j variable capacitance diode, 46 reflection circuit, 57 cutting element, 59 resistance element.

Claims

A resonant circuit that resonates at a frequency corresponding to the control signal from the signal input end;
A transmission line in which one end is connected to the resonance circuit to transmit a high-frequency signal and the impedance can be reversibly changed ;
An active element having a control electrode connected to the other end of the transmission line , a first electrode and a second electrode grounded via a reactance element, and connected to the second electrode of the active element An active circuit including an output end of a high-frequency signal;
A microstrip line having one end connected between the second electrode of the active element and the output end and the other end being an open end, a conductor juxtaposed adjacent to the microstrip line, and the conductor A reflection circuit for obtaining a predetermined reflection gain corresponding to the oscillation frequency, including a disconnection switch connected to the ground end, the impedance being reversibly changeable;
A substrate on which the resonance circuit, the transmission line , the active circuit, and the reflection circuit are arranged on one main surface;
A semiconductor integrated circuit device comprising a voltage controlled oscillator.