具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式涉及的半导体装置、数字控制振荡器以及半导体装置的控制方法详细进行说明。其中，以下所示的实施方式只是本发明的实施方式的一个例子，本发明并不被限定解释为这些实施方式。另外，在本实施方式所参照的附图中，对相同部分或者具有相同的功能的部分赋予相同附图标记或者类似的附图标记，有时省略其重复的说明。另外，存在附图的尺寸比率为了便于说明而与实际的比率不同的情况、构成的一部分被从附图省略的情况。

(第一实施方式)

图1是无线通信装置1的框图。如图1所示，无线通信装置1具有频率合成器100、天线200、开关201、低噪声放大器202、混频器203、滤波器204、可变增益放大器(VGA：VariableGain Amplifier)205、A/D转换器206、信号处理部207、D/A转换器208、滤波器209、混频器210以及功率放大器211。

频率合成器100例如基于频率带宽信号来生成本地信号LO。对于频率合成器100的详细情况将使用图2在后面叙述。

天线200接收无线频率的接收信号、发送无线频率的发送信号。开关201在接收时将由天线200接收到的接收信号向低噪声放大器202供给。低噪声放大器202以低噪声对从开关201供给的接收信号进行放大。混频器203根据本地信号LO对低噪声放大器202的输出信号进行频率转换，降低接收信号的频率。滤波器204对混频器203的输出信号进行带宽限制。可变增益放大器205对滤波器204的输出信号进行放大。可变增益放大器205的增益是可变的，可变增益放大器205的输出信号的振幅被调整为大致恒定。A/D转换器206将可变增益放大器205的输出信号转换成数字信号。信号处理部207对从A/D转换器206供给的数字信号进行信号处理而获得接收数据。

另外，信号处理部207输出对发送数据进行了信号处理的数字信号。D/A转换器208将从信号处理部207输出的数字信号转换成模拟信号。滤波器209对从D/A转换器208输出的模拟信号进行波段限制。混频器210根据本地信号LO对滤波器209的输出信号进行频率转换，并作为无线频率的信号进行输出。功率放大器211将对混频器210的输出信号进行了功率放大的发送信号向开关201供给。开关201在发送时将从功率放大器211供给的发送信号向天线200供给。

这里，基于图2对频率合成器100的详细构成进行说明。

图2是表示本实施方式涉及的频率合成器100的构成的框图。本实施方式涉及的频率合成器100具备控制电路110和数字控制振荡器120。例如，频率合成器100是通过控制电路110对数字控制振荡器120的振荡频率进行环路控制的锁相环(PLL:Phase Locked Loop)电路。

控制电路110具有基准信号生成部112、比较信号生成部114、比较部116以及环路增益调整部118。另外，数字控制振荡器120构成为具有电感器122、可变电容部124、负电阻生成部126以及输出放大器132的LC振荡电路。

该数字控制振荡器120通过使可变电容部124的电容值变化而能够使数字控制振荡器120的振荡频率变化。可变电容部124具有第一元件组128和第二元件组130。可变电容部124例如是是被配置在SOI(Silicon On Insulator)基板上的半导体装置。

第一元件组128是粗调用的可变电容，被用于大致决定数字控制振荡器120的振荡频率。另一方面，第二元件组130是微调用的可变电容，被用于微调数字控制振荡器120的振荡频率。针对数字控制振荡器120的单位控制信号的频率变化与第二元件组130的单位电容的变化对应。例如，第二元件组130例如能够以1024个阶段使总计电容阶段性变化。在本实施方式中，将在1个阶段的变化下离散性变化的第二元件组130的总计电容的变化量称为单位电容。另外，将能够使第二元件组130的总计电容离散性变化的阶段数称为控制位数。即，第二元件组130的控制位数例如是1024位。对于第二元件组130的详细情况将后述。

在控制电路110中，基准信号生成部112例如基于频率带宽信号来生成基准信号REF。例如，频率带宽信号遵照Bluetooth(注册商标)。

图3是表示在本实施方式涉及的频率合成器100中能够使用的频率带宽的能带图。如图3所示，本实施方式涉及的主1与从2、3之间使用的频率带宽是以Bluetooth标准预先决的2.4[GHz]波段。详细而言，2.402～2.480[GHz]的频率被79分割。即，使用2.402[GHz]、2.403[GHz]、2.404[GHz]、……、2.480[GHz]任意一个频率来进行通信。

图4是遵照Bluetooth标准的通信中的跳频型频谱扩散方式的概念图，纵轴表示时刻的经过，横轴表示与该时刻下使用的频率的关系。图4表示了按时间切换(迁跃)频率合成器100所使用的频率带宽的样子。在遵照Bluetooth标准的通信中，由于使所使用的频率在1秒钟变化1600次，所以将频率保持恒定并且进行数据转送的时间为625[μsec]。即，图4中所示的α的值成为625[μsec]。另外，该每625[μsec]的区间被称为1个时隙。

再次参照图2，比较信号生成部114对数字控制振荡器120的输出LO实施分频以及积分等处理来生成比较信号。比较部116接受比较信号以及基准信号REF，将这些信号的相位或频率或者相位与频率双方进行比较，并输出与其偏差对应的比较结果。

环路增益调整部118基于比较部116的比较结果，生成控制第一元件组128的粗调控制信号和控制第二元件组130的微调控制信号以使环路增益变得恰当。该微调控制信号中包括第二元件组130相对于振荡频率的控制位数的信息。即，微调控制信号具有第二元件组130的总计电容的信息。

这样，通过粗调控制信号来大致决定数字控制振荡器120的振荡频率，通过微调控制信号来使数字控制振荡器120的振荡频率追随目标值。由此，频率合成器稳定地供给所希望的振荡频率信号。对于微调控制信号的详细内容也将在后面叙述。

这里，基于图5以及图6对第二元件组130的详细构成进行说明。

图5是表示第二元件组130的构成例的图。如图5所示，第二元件组130具有32×32个元件E(1，1)～E(32，32)。这32×32个元件E(1，1)～E(32，32)被配置为二维的行列状。这里，将n行、m列用(n，m)表示。例如n、m是1以上32以下的整数。由此，例如元件E(12，15)是指配置在12行15列的元件。另外，第二元件组130具有被配置为列状的控制端子130a、被配置为行状的上侧的控制端子130b、以及被配置为行状的下侧的控制端子130c。此外，在本实施方式中，为了简化说明而将元件E的数量设为32×32个，但并不限定于此。

参照图5并基于图6来对第二元件组130的详细构成进行说明。图6是对图5的电容元件E(1，1)～E(32，32)的一部分详细进行表示的图。如图6所示，各电容元件E(1，1)～E(32，32)具有可变电容元件C(1，1)～C(32，32)和开关元件S(1，1)～S(32，32)。对于各可变电容元件C(1，1)～C(32，32)而言，电容根据被供给至电容控制端子的多个种类的电容控制信号而变化为第一电容和电容小于第一电容的第二电容。更详细而言，若对电容控制端子供给第一电容信号则各可变电容元件C(1，1)～C(32，32)成为第一电容，若对电容控制端子供给第二电容信号则各可变电容元件C(1，1)～C(32，32)成为第二电容。

各可变电容元件C(1，1)～C(32，32)例如是由2个NMOS晶体管的栅极电容构成的电容器。即，对于各可变电容元件C(1，1)～C(32，32)而言，例如2个NMOS晶体管并联连接。例如，各可变电容元件C(1，1)～C(32，32)通过将2个NMOS晶体管的漏极与源极接合而构成。该情况下，将漏极与源极接合而成的端子成为电容控制端子。另外，各可变电容元件C(1，1)～C(32，32)并联连接在数字控制振荡器120(图1)的端子T1、T2间。

开关元件S(1，1)～S(32，32)例如是NMOS晶体管。开关元件S(1，1)～S(32，32)根据栅极被供给的控制信号来进行导通/截止(ON/OFF)动作。例如，在控制信号为H电平(高电压)的情况下成为导通状态(ON)，在为L电平(低电压)的情况下成为非导通状态(OFF)。其中，本实施方式涉及的L电平的控制信号对应于第一连接信号，H电平的控制信号对应于第二连接信号。另外，本实施方式涉及的开关元件S(1，1)～S(32，32)在控制信号为H电平的情况下成为导通状态(ON)、在为L电平的情况下成为非导通状态(OFF)，但并不限定于此。例如，也可以构成为在控制信号为L电平的情况下成为导通状态(ON)、在为H电平的情况下成为非导通状态(OFF)。另外，开关元件S(1，1)～S(32，32)的构成并不限定于NMOS晶体管。

开关元件S(1，n)～S(32，n)与列控制线Ltn串联连接，该列控制线Ltn与上侧的控制端子Otn和对置的下侧的控制端子Obn连接。另外，在开关元件S(1，n)～S(32，n)各自的对应的一端连接各可变电容元件C(1，n)～C(32，n)的电容控制端子。对控制端子Otn以及控制端子Obn供给第一电容信号或者第二电容信号。

另外，作为开关元件S(m，1)～S(m，32)的控制端子的栅极串联连接在与控制端子Ogm连接的行控制线Lgm上。若控制端子Ogm的信号例如为H电平，则开关元件S(m，1)～S(m，32)成为导通状态(ON)，若为L电平，则开关元件S(m，1)～S(m，32)成为非导通状态(OFF)。这样，分别配置于对应的行m的多个开关元件S(m，1)～S(m，32)的控制端子与共用的行控制线Lgm串联连接，对行控制线Lgm供给第一连接信号或者第二连接信号。

这样，多个开关元件S(1，n)～S(32，n)和多个可变电容元件C(1，n)～C(32，n)由列状的多个元件E(1，n)～E(32，n)构成，该多个元件E(1，n)～E(32，n)使具有可变电容元件C和开关元件S的元件E配置为列状。而且，第二元件组130配置为将列状的多个元件E(1，n)～E(32，n)排列m列。由此，元件E被配置成行列状E(1，1)～E(32，32)。

由此，如后述那样，可变电容元件C(1，1)～C(32，32)的总计电容能够由32条列控制线Ltn与32条行控制线Lgm控制。这样，在以往的情况下，由于从环路增益调整部118(图2)向可变电容元件C(1，1)～C(32，32)的每一个连接独立的控制线，所以需要n×m(32×32＝1024)条控制线，但由于只要n+m(32+32＝64)条控制线即可，所以能够实现电容元件E(1，1)～E(32，32)的小型化和寄生电容的降低。由此，在SOI基板内的有限的空间内使电容元件E(1，1)～E(32，32)的数量增加也变得更加容易。即，能够更容易在SOI基板内的有限的空间内使第二元件组130的位数增加。

这里，使用图7以及图8来对构成各可变电容元件C(1，1)～C(32，32)的NMOS晶体管的特性进行说明。图7表示对NMOS晶体管的栅极(Gate)施加电压VDD并对源极(Source)和漏极(Drain)施加可变电压V的可变电容元件C的等效电路例。图8是表示图7的NMOS晶体管的电压与电容的关系的图。横轴表示可变电压V，纵轴表示NMOS晶体管的栅极电容C。

如图8所示，NMOS晶体管在低电压电平L下展现高电容值CH1，在高电压电平H下展现低电容值CH1。即，对各可变电容元件C(1，1)～C(32，32)而言，若被施加低电压L则成为高电容，若被施加高电压H则成为低电容。

即，各可变电容元件C(1，1)～C(32，32)在从上侧的控制端子Otn或者下侧的控制端子Obn输出的第一电容信号与低电压电平L对应的情况下成为高电容，在第二电容信号与高电压电平H对应的情况下成为低电容。

上述的单位电容成为高电容与低电容的差值。这样，在本实施方式中，可变电容元件C使用NMOS晶体管的栅极电容。因此，通过恰当地设定高电压电平H、低电压电平L，能够自如地设定单位电容。由此，例如通过恰当地设定高电压电平H、低电压电平L，能够更简易地调整数字控制振荡器100中的针对单位控制信号的频率变化。

这里，参照图5以及图6并基于图9，来对可变电容元件C(1，1)～C(32，32)的总计电容的控制进行说明。图9是表示可变电容元件C(1，1)～C(32，32)成为高电容的范围例A130的图。图中的L表示作为低电压电平L的第一电容信号，H表示作为高电压电平H的第二电容信号。另外，Open信号与使开关元件S(1，1)～S(32，32)为非导通状态的第一连接信号对应，Short信号与使开关元件S(1，1)～S(32，32)为导通状态的第二连接信号对应。

如图9所示，对控制端子Og1至Og32内的一个控制端子Ogn输出使开关元件为非导通状态的Open信号(第一连接信号)。另一方面，对其他的控制端子Og1至Og32内的除了控制端子Ogn以外的控制端子输出Short信号(第二连接信号)。

由此，被输出Open信号的开关元件S(n，1)～S(n，32)成为非导通状态。因此，能够对控制端子Ot1～Ot32以及控制端子Ob1～Ob32的每一个输出第一电容信号(L)、第二电容信号(H)的任一方，对可变电容元件C(1，1)～C(32，32)输出第一电容信号(L)、第二电容信号(H)中的任一方。

换言之，如果全部开关元件S(n，1)～S(n，32)为导通状态，则由于控制端子Ot1～Ot32与对应的控制端子Ob1～Ob32间成为同电位，所以变得只能施加第一电容信号(L)、第二电容信号(H)的任意一方。与此相对，在本实施方式中，由于被输出Open信号的开关元件S(n，1)～S(n，32)成为非导通状态，所以能够使控制端子Ot1～Ot32和对应的控制端子Ob1～Ob32间为同电位或者不同的电位。由此，如上述那样，能够对控制端子Ot1～Ot32以及控制端子Ob1～Ob32的每一个施加第一电容信号(L)、第二电容信号(H)的任一方。

例如，在仅使可变电容元件C(1，1)为高电容、使其他的可变电容元件C为低电容的情况下，将Open信号输出给控制端子Og1，仅对控制端子Ot1输出第一电容信号(L)。即，对控制端子Ot1～Ot32以及控制端子Ob1～Ob32中的除了控制端子Ot1以外的控制端子输出第二电容信号(H)。

接下来，在仅使可变电容元件C(1，1)、C(2，1)为高电容、使其他的可变电容元件C为低电容的情况下，将Open信号输出给控制端子Og2，仅对控制端子Ot1输出第一电容信号(L)。这样，如果对控制端子Ot1～Ot32以及控制端子Ob1～Ob32中的除了控制端子Ot1以外的控制端子输出第二电容信号(H)，则通过对输出Open信号的Ogn进行变更，能够使高电容的可变电容元件C的数量逐个地增加至32个。

在使32个可变电容元件C为高电容、使第33个为高电容时，将Open信号输出给控制端子Og1，仅对控制端子Ot1、Ob1、Ot2输出第一电容信号(L)。而且，通过对输出Open信号的Ogn进行变更，能够使高电容的可变电容元件C的数量从33个逐个地增加至64个。

在使64个可变电容元件C为高电容、使第65个为高电容时，将Open信号输出给控制端子Og1，仅对控制端子Ot1、Ob1、Ot2、Ob2、Ot3输出第一电容信号(L)。而且，通过对输出Open信号的Ogn进行变更，能够将高电容的可变电容元件C的数量从65个逐个地增加至96个。在图9中，由于正将Open信号输出给控制端子Og3，所以使67个可变电容元件C为高电容，使剩余的可变电容元件C为低电容。

通过进行这样的处理，能够以32×32个阶段使可变电容元件C(1，1)～C(32，32)的总计电容值变更。即，元件组130具有1024位的可变电容。

再次返回到图2，对微调控制信号详细进行说明。频率合成器100的环路增益调整部118在例如使N个为高电容的情况下，将32×32除以N并对与解n相当的列的控制端子Ot1～Otn、Ob1～Obn输出第一电容信号(L)，在余数不是0的情况下，对Ot(n+1)也输出第一电容信号(L)。该情况下，对与余数的数m相当的控制端子Ogm输出Open信号。

例如，在使67个为高电容的情况下，将67除以32。由于解为2、余数为3，所以对控制端子Ot1～Ot2、Ob1至Ob2以及Ot3＝Ot(2+1)输出第一电容信号(L)，对控制端子Og3输出Open信号。

另外，例如在使64个为高电容的情况下，将64除以32。由于解为2、余数为0，所以对控制端子Ot1～Ot2、Ob1至Ob2输出第一电容信号(L)，对控制端子Og32输出Open信号。

例如，环路增益调整部118将对于传输频率为必要的电容与控制端子Ot1～Otn、Ob1～Obn、控制端子Og1～Obn的控制信号的关系预先存储为表，将与必要的电容对应的控制信号作为微调控制信号施加给第二元件组130。这样，能够以32×32＝1024个阶段来变更可变电容元件C(1，1)～C(32，32)的总计电容值。

图10是表示频率合成器100的振荡频率的过渡变化例的图。横轴表示时间，纵轴表示振荡频率。图10中的L10表示本实施方式涉及的频率合成器100的振荡频率的过渡变化例，L20表示比较例的振荡频率的过渡变化例。将频率转换点设为时间0。

比较例是以低位对最小电容值的第一电容元件进行控制并且以高位对其N倍的电容值的第二电容元件进行控制的频率合成器的例子。在比较例中，当进行位变更时，会产生将N个第一电容元件与一个第二电容元件掉换的动作、即切换并联连接的电容元件的动作。由此，导致将N个第一电容元件与一个第二电容元件切换的时机偏移。因此，导致振荡频率产生偏移。这样，将N个第一电容元件与一个第二电容元件掉换的动作的时机控制是困难的，有可能导致振荡频率产生偏移。

与此相对，在本实施方式涉及的频率合成器100中，由于通过变更可变电容元件C逐个的电容而能够实现可变电容元件C(1，1)～C(32，32)的总计电容值的变更，所以在位变更时，不需要电容元件的掉换动作，可抑制产生振荡频率的偏移这一情况。

此外，本实施方式涉及的第二元件组130使用于频率合成器100，但并不限定于此。第二元件组130能够使用于需要可变电容的全部电子仪器。

如以上说明那样，根据本实施方式，第二元件组130构成为在列控制端子(Otn)与列控制端子(Obn)之间的列控制线Otn串联连接多个开关元件S(1，n)～S(32，n)，并具备在多个开关元件S(1，n)～S(32，n)各自的对应的一端连接电容控制端子的多个可变电容元件C(1，n)～C(32，n)。由此，能够对列控制端子(Otn)和对置的列控制端子(Obn)供给第一电容信号或者第二电容信号，即使不从环路增益调整部118分别独立地向各可变电容元件C(1，n)～C(32，n)连接控制线，也能通过列控制线Otn将可变电容元件C(1，n)～C(32，n)的总计电容变更为32个阶段。这样，通过减少控制线数，即便在有限的空间内，也能够抑制控制线的占有面积以及寄生电容并且增加可变电容元件C(1，n)～C(32，n)的个数。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式只是例示，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够通过其他各种方式加以实施，在不脱离发明主旨的范围能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围、主旨，并且包含在技术方案所记载的发明及其等同的范围。