JP2007251508A - 高周波スイッチモジュール - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
その他に最近米国、韓国や日本で普及しつつあるアクセス方式にCDMA (Code Division Multiple Access、符号分割多元接続)方式がある。代表的な規格として米国を中心としたIS−95 (Interim Standard−95) があり、高速データ伝送を実現し得る第三世代通信方式のW−CDMA (Wideband CDMA) も実用化されている。また欧州ではIMT―2000準拠の通信方式の欧州標準で、UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)と呼ばれる通信システムで、W―CDMAとTD−CDMAの両方式から選択する方式もある。このように世界各国で様々な通信方式が利用されている。
その一例として特許文献1には、複数の異なる通信システムの送信回路と受信回路を切り換える高周波スイッチモジュールが開示されている。この高周波スイッチモジュールは、互いに通過帯域(Passband)が異なる第一及び第二のフィルタ回路と、第一のフィルタ回路に接続されて通信システムAの送信回路と受信回路を切り換えるスイッチ回路と、第二のフィルタ回路に接続されて通信システムB及びCの送信回路と通信システムBの受信回路と通信システムCの受信回路とを切り換えるスイッチ回路とを備えており、前記第一及び第二のフィルタ回路は分波回路として機能することで、複数の通信システムに対応している。
前記スイッチ回路はダイオードと伝送線路を主要素子とするダイオードスイッチであり、ダイオードにコントロール回路から電圧を印加して、オン状態/オフ状態に制御することにより、複数の通信システムA,B,Cのいずれか一つを選択して、アンテナと通信システムA,B,Cの送信回路及び受信回路を切り換える。
高周波信号の入出力端子101は、電界効果トランジスタ(FET)111を介して信号入出力端子102と接続され、信号入出力端子102はFET113を介して接地される。また、信号入出力端子101はFET112を介して信号入出力端子103と接続され、信号入出力端子103はFET114を介して接地される。制御信号端子CNT1は数kΩの抵抗Rを介してFET112、FET113と、制御信号端子CNT2は数kΩの抵抗Rを介してFET111、FET114のゲートに接続される。
FET111〜114はデプレッション型FETであって、制御信号端子CNT1−1、CNT2−2に−0.5V〜+0.5Vを与え、制御信号端子CNT2−1、CNT1−2に−2.7V〜−3Vを与えると、FET111とFET114がともにONし、FET112とFET113がともにOFFする。信号入出力端子102から高周波信号が入力されると、FET111を介して信号入出力端子101へ出力される。
制御信号端子CNT1−1、CNT2−2に−2.7V〜−3Vを与え、制御信号端子CNT2−1、CNT1−2に−0.5V〜+0.5Vを与えると、FET111とFET114がともにOFFし、FET112とFET113がともにONする。信号入出力端子101から高周波信号が入力されると、FET112を介して信号入出力端子103へ出力される。
しかしながら、大信号入力時の線形出力を確保してハーモニクスの少ないスイッチを入手することは現状困難である。この問題は、引用文献2の高周波スイッチモジュールでは認識されておらず、何の解決手段も教示されていない。従って本発明は、省電力であり高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することを目的とする。
前記第2のフィルタ回路は、前記第1通信システムの送信信号を通過させるローパスフィルタ又はバンドパスフィルタであり、前記第1のフィルタ回路が、前記第1通信システムの送信信号の高調波を減衰させるノッチフィルタ又はローパスフィルタであって、前記第1及び第2のフィルタ回路はインダクタとコンデンサで構成され、前記各回路において、インダクタとコンデンサの少なくとも一部が多層基板内に電極パターンで形成され、前記高周波スイッチが前記多層基板に実装され、第1のフィルタ回路の電極パターンと第2のフィルタ回路の電極パターンとが、積層方向に重なり合わないことを特徴とする。
前記第2のフィルタ回路は、前記第1通信システム及び前記第2通信システムの送信信号を通過させるローパスフィルタ又はバンドパスフィルタであり、前記第1の分波回路は、前記第1通信システムの受信信号を通過させるローパスフィルタ又はバンドパスフィルタと、前記第2通信システムの受信信号を通過させるハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタで構成され、前記第1のフィルタ回路は、前記第2通信システムの周波数帯域f2の帯域外であって、前記第1通信システムの送信信号の高調波を減衰させるノッチフィルタ又はローパスフィルタである。そして、前記第1及び第2のフィルタ回路及び第1の分波回路はインダクタとコンデンサで構成され、前記各回路において、インダクタとコンデンサの少なくとも一部が多層基板内に電極パターンで形成され、前記高周波スイッチが前記多層基板に実装され、第1のフィルタ回路の電極パターンは第2のフィルタ回路の電極パターン及び第1の分波回路の電極パターンとが、積層方向に重なり合わないことを特徴とする。
そして前記デコーダ用実装電極が形成された側面と隣り合う他の側面側に受信信号端子を形成するのが好ましい。
なお、前記通信システムは周知であるので、その詳しい説明を省く。また、本発明が利用される通信システムは、例示した通信システムにのみに限定されるものではない。
各抵抗Rにおいて、電界効果型トランジスタ111〜114のゲート電極に接続された端と、反対側の端は、それぞれコントロール端子CNT1−1,1−2,2−1,2−2に接続される。GaAsスイッチは、外部からの切替信号をデコードするデコーダ70が組み込まれてり、そのデコーダ70には3つの制御端子V1,V2及びVddが設けられており、これら制御端子に切替信号が入力される。説明の簡略化のためデコーダ70の構成を省略するが、デコーダ70は制御端子に入力された切替信号における電圧レベル(High/Low)に基づいて、コントロール端子CNT1−1,1−2,2−1,2−2にデコードされた切替電圧を与え、電界効果型トランジスタ111〜114を導通させることでポートaの接続先を切り替える。
送受信切替ロジックは図14に例示してあるのでその説明を省くが、図14におけるポート101は図1のスイッチのポートaと対応し、ポート102はポートbと対応し、ポート103はポートcと対応する。即ち送信回路からの送信信号をアンテナANTから放射する場合には、ポート101とポート102を接続し、アンテナANTから入射した受信信号を、低雑音増幅器を含む受信回路へ送る場合には、ポート101とポート103を接続するように制御し、GaAsスイッチSWは、外部から入力された切替信号に基づいて、ポートaと、ポートb,ポートcの何れかとを接続するように動作する。
即ちミキサーMIXにより変調された送信信号が増幅器PAを通って増幅され、GaAsスイッチモジュールのポート100bに入力するが、この送信信号にはm次(mは2以上の自然数)の高調波成分を含んでいる。この送信信号を、まず第2のフィルタ回路(ローパスフィルタ)10を通すことで周波数帯域外の信号を減衰させる。
第2のフィルタ回路10を通過した送信信号は、GaAsスイッチSWのポートbに入力する。ポートbに大信号の高周波信号が入力されると、オフ状態にあったFET112がAC的にオンし、これにより信号の波形が歪み、基本波以外の第2、第3高調波が発生する場合があるが、GaAsスイッチSWのポートaに接続された第1のフィルタ回路(ローパスフィルタ若しくはノッチフィルタ)30によって減衰させることが出来るので、アンテナから放射される2倍、3倍高調波の発生を抑制することが出来る。
前記第1のフィルタ回路30、第2のフィルタ回路10は、複数の電極パターンにより多層基板内に三次元的に構成される。2倍、3倍高調波発生を抑制する第2の手段として、回路のインダクタを構成する電極パターンは相互に不要な電磁気的干渉を防ぐように、積層方向に重ならないように配置している。電磁気的干渉を生じる場合には、第1、第2のフィルタ回路の機能が減じられ、第2、第3高調波の抑制効果が十分に発揮されずに、アンテナから放射される2倍、3倍高調波を規定発生量以下に出来ないばかりか、挿入損失特性等の電気的特性が劣化する場合もある。最も近接して配置される第1、第2のフィルタ回路のインダクタを構成する電極パターンは、少なくとも50μm以上の間隔を空けるのが好ましい。さらに好ましくはグランド電極により分離するのが好ましい。
このような回路構成、積層構造によって、小型でありながら従来のPINダイオードを用いたものと比べて省電力であり、高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することが出来る。
GSM850、GSM900の送信系には、GaAsスイッチSWの第2のポートbと接続する第2のフィルタ回路(ローパスフィルタ)10を備え、アンテナANTとGaAsスイッチSWとの間には、前記スイッチSWの第1のポートaと接続する第1のフィルタ回路(ローパスフィルタ)30を備えている。GSM850、GSM900の周波数帯域は近接しているため、送信系の回路、たとえば増幅器を共通化することが可能であるため、第2のフィルタ回路(ローパスフィルタ)10は、GSM850、GSM900の送信信号を通過させるように構成される。
このような回路構成によっても、小型でありながら、従来のPINダイオードを用いたものと比べて省電力であり、高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することが出来る。
DCS1800、DCS1900の送信系には、GaAsスイッチSWの第2のポートbと接続する第2のフィルタ回路(ローパスフィルタ)10を備え、アンテナとGaAsスイッチとの間には、前記スイッチの第1のポートaと接続する第1のフィルタ回路(ローパスフィルタ)30を備えている。DCS1800、1900の周波数帯域は近接しており、送信系の回路、送信系の回路、たとえば増幅器を共通化することが可能であるため、第2のフィルタ回路(ローパスフィルタ)10は、DCS1800、DCS1900の送信信号を通過さえるように構成される。
このような回路構成によっても、小型でありながら従来のPINダイオードを用いたものと比べて省電力であり、高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することが出来る。
図3の高周波スイッチモジュールとは、GaAsスイッチSWが4つのポートを有するSP3Tスイッチである点で相違し、GaAsスイッチSWのポートaとポートdを接続するように制御して、UMTSの送受信信号をアンテナANTへ送ったり、送受信回路f5TRXへ送ったりする。第5のシステムをUMTSに変えてGPSとすることも当然可能であり、この場合、第4ポート100eにはGPSの受信回路が接続される。
さらに図5の高周波スイッチモジュールに示すように、ポートdに整合回路50を接続して、後段に配置されるSAWデュプレクサなどの分波回路との整合を取るのも好ましい。この整合回路はインダクタやコンデンサからなるものであって、他の回路と同様に多層基板内に電極パターンで形成しても良い。その場合には、第1のフィルタ回路、第2のフィルタ回路のインダクタ用電極パターンと、積層方向に重なり合わないように構成される。
このような回路構成によっても、小型でありながら従来のPINダイオードを用いたものと比べて省電力であり、高調波発生量の少ない、小型の高周波スイッチモジュールを提供することが出来る。
この高周波スイッチモジュールは、5つの通信システムに用いられるものであって、周波数帯域f1の第1通信システム(例えばGSM850)、周波数帯域f2の第2通信システム(例えばGSM850)、周波数帯域f3の第3通信システム(例えばDCS1800)、周波数帯域f4の第4通信システム(例えばDCS1900)、周波数帯域f5の第5通信システム(例えばUMTS)とに対応した高周波回路に用いられ、前記通信システムの送受信信号の伝送経路を切り替える電界効果トランジスタを用いたスイッチ回路と、複数のフィルタ回路を備える。
最下層のグリーンシート17の表面には、ほぼ全面を覆うグランド電極GNDが形成されており、裏面には回路基板に実装するための端子電極が形成されている。前記端子電極は、各通信システム共通のアンテナポートANTと、第1、第2の通信システムの送信信号が入力する第1送信ポートTX1と,第3、第4の通信システムの送信信号が入力する第2送信ポートTX2と、第1の通信システムが出力する受信ポートRX1と,第3の通信システムが出力する受信ポートRX2と,第2の通信システムが出力する受信ポートRX3と,第4の通信システムが出力する受信ポートRX4と、第5の通信システムの送受信信号が入出力する入出力ポートTRX、グランドポートGNDと、スイッチ回路制御用のコントロールポート(制御端子)V1,V2,V3,Vddを有し、それぞれがグリーンシートに形成されたビアホール(図中、黒丸で表示)を介して上層のグリーンシート上の電極パターンと接続される。
前記スイッチ回路制御用のコントロールポートV1,V2,V3,Vddは、多層基板の一側面に側に集められており、ビアホールを介して前記第1の主面の一側面側に形成された複数のデコーダ用実装電極と接続される。このような構成によって、フィルタ回路、分波回路を構成する電極パターンとの干渉を防いでいる。
また本実施例では、制御端子V1,V2,V3,Vdd、受信系端子RX1〜RX4、送信系端子TX1,TX2、アンテナ端子ANT及び、送受信系端子UMTSを、それぞれ異なると側面側に集めて配置している。このような配置によれば高周波スイッチモジュールが回路基板に実装されたときの他の高周波回路との接続を短く出来る。
本実施例においては、全てのインダクタ、コンデンサを多層基板内に電極パターンを形成しているが、それらの一部をチップインダクタ及びチップコンデンサとして積層基板上に実装することも当然可能である。
各抵抗Rにおいて、電界効果型トランジスタ111〜120のゲート電極に接続された端と反対側の端は、それぞれコントロール端子CNT1−1〜CNT5−2に接続される。GaAsスイッチは、外部からの切替信号をデコードするデコーダ70が組み込まれてり、そのデコーダ70には4つの制御端子V1,V2,V3及びVddが設けられており、これら制御端子に切替信号が入力される。説明の簡略化のためデコーダ70の構成を省略する。送受信切替ロジックは図8に例示してあるのでその説明を省く。
比較例の高周波スイッチモジュールの第3次ハーモニクス特性は−65dBcしか得られないが、本発明の高周波スイッチモジュールの第3次ハーモニクス特性は−73dBc以下であり、優れたハーモニクス特性が得られた。この結果から、本発明によれば、アンテナから放射される高調波抑制に有効であることが判る。
15 第3のフィルタ回路
30 第3のフィルタ回路
40 第1の分波回路
45 第2の分波回路
70 デコーダ
SW 高周波スイッチ
ANT アンテナ
PA 増幅器
LNA 低雑音増幅器
BPF バンドパスフィルタ
MIX ミキサー
Claims (7)
- 第1通信システムの送受信信号の伝送経路を切り替える電界効果トランジスタを用いたスイッチ回路と、複数のフィルタ回路を備え、
前記スイッチ回路は、少なくとも3つのポートを備えるSPnT(nは2以上の自然数)の高周波スイッチであり、その第1のポート(共通ポート)に接続される第1のフィルタ回路と、第2のポートに接続される第2のフィルタ回路を有し、
前記第2のフィルタ回路が、前記第1通信システムの送信信号を通過させるローパスフィルタ又はバンドパスフィルタであり、前記第1のフィルタ回路が、前記第1通信システムの送信信号の高調波を減衰させるノッチフィルタ又はローパスフィルタであって、
前記第1及び第2のフィルタ回路はインダクタとコンデンサで構成され、前記各回路において、インダクタとコンデンサの少なくとも一部が多層基板内に電極パターンで形成され、前記高周波スイッチが前記多層基板に実装され、第1のフィルタ回路のインダクタ用電極パターンと第2のフィルタ回路のインダクタ用電極パターンとが、積層方向に重なり合わないことを特徴とする高周波スイッチモジュール。 - 少なくとも、周波数帯域f1の第1通信システムと、周波数帯域f2の第2通信システムとに対応した高周波回路に用いられ、前記通信システムの送受信信号の伝送経路を切り替える電界効果トランジスタを用いたスイッチ回路と、複数のフィルタ回路を備え、
前記スイッチ回路は、少なくとも3つのポートを備えるSPnT(nは2以上の自然数)の高周波スイッチであり、その第1のポート(共通ポート)に接続される第1のフィルタ回路と、第2のポートに接続される第2のフィルタ回路と、第3のポートに接続される第1の分波回路を有し、
前記第2のフィルタ回路が、前記第1通信システム及び前記第2通信システムの送信信号を通過させるローパスフィルタ又はバンドパスフィルタであり、前記第1の分波回路が、前記第1通信システムの受信信号を通過させるローパスフィルタ又はバンドパスフィルタと、前記第2通信システムの受信信号を通過させるハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタ
であり、前記第1のフィルタ回路が、前記第2通信システムの周波数帯域f2の帯域外であって、前記第1通信システムの送信信号の高調波を減衰させるノッチフィルタ又はローパスフィルタであって、
前記第1及び第2のフィルタ回路及び第1の分波回路はインダクタとコンデンサで構成され、前記各回路において、インダクタとコンデンサの少なくとも一部が多層基板内に電極パターンで形成され、前記高周波スイッチが前記多層基板に実装され、第1のフィルタ回路のインダクタ用電極パターンは第2のフィルタ回路のインダクタ用電極パターン及び第1の分波回路のインダクタ用電極パターンとが、積層方向に重なり合わないことを特徴とする高周波スイッチモジュール。 - 第1通信システム及び第2通信システムとともに、それらよりも高い周波数帯域f3の第3通信システムにも対応した高周波回路に用いられ、
前記スイッチ回路が、少なくとも4つのポートを備えるSPnT(nは3以上の自然数)の高周波スイッチであり、少なくとも前記第3通信システムの受信信号が出力する第4のポートを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の高周波スイッチモジュール。 - 前記第4のポートにインダクタとコンデンサで構成した整合回路を接続し、そのインダクタとコンデンサの少なくとも一部を多層基板内に電極パターンで形成し、前記第1、第2のフィルタ回路の電極パターン及び前記第1の分波回路の電極パターンと積層方向に重なり合わないように配置したことを特徴とする請求項3に記載の高周波スイッチモジュール。
- 前記スイッチ回路は、複数の電界効果トランジスタと、外部からのスイッチ切換信号を前記電界効果トランジスタのオン/オフを制御する制御信号にデコードするデコーダを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の高周波スイッチモジュール。
- 前記多層基板は矩形板状であって、前記高周波スイッチを実装する実装電極が形成された第1の主面と、複数の実装端子が形成された第2の主面と、第1の主面及び第2の主面を接続する側面を備え、前記実装端子のうちスイッチ切換信号が入力される複数の制御端子が、前記第2の主面の一側面側に形成され、多層基板内の前記一側面側に形成されたビアホールを介して前記第1の主面の一側面側に形成された複数のデコーダ用実装電極と接続されたことを特徴とする請求項5に記載記載の高周波スイッチモジュール。
- 前記デコーダ用実装電極が形成された側面と隣り合う他の側面側に受信信号端子が形成されていることを特徴とする請求項6に記載の高周波スイッチモジュール。
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