JP2008109535A - スイッチ回路、それを有するフロントエンドモジュール及び無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】送信周波数帯域と受信周波数帯域が部分的に重畳する周波数帯域においても、受信回路側へスイッチ回路を追加することなく、良好な送受信間のアイソレーション特性を有する小型で安価な高周波回路部品を提供する。
【解決手段】積層体基板と、前記積層体基板の上面又は内部に設けられた伝送線路と、前記伝送線路の両端に、それぞれ接続された第１ダイオード及び第２ダイオードと、前記第１ダイオードに接続され、前記第１及び第２ダイオードに電流を印加するための抵抗と、一端が前記抵抗の一端と接続され、他端が接地された第１コンデンサと、前記伝送線路に対して並列に接続された第２コンデンサとを具備する構成とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の高周波無線通信装置に用いられるスイッチ回路に関する。

現在、携帯電話等の移動体無線通信方式には、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access＝符号分割多重接続）方式やＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access＝時分割多元接続）方式等の複数の方式が存在する。

ＴＤＭＡ方式には、ＧＳＭ（Global System For Mobile Communications）方式やＰＤＣ（Personal Digital Cellular）方式などがある。ＧＳＭ方式のＥＧＳＭ（Extended Global System For Mobile Communications）とＤＣＳ（Digital Cellular System）は、主に欧州で用いられている。また、ＧＳＭ８５０（Global System For Mobile Communications 850）と、ＰＣＳ（Personal Communication Service）は、主に米国で用いられている。一方、ＰＤＣ方式は、日本で用いられている方式である。

これら複数の通信方式に対応した、小型でかつ複合化された高周波回路部品として、例えばＥＧＳＭとＤＣＳに対応した携帯無線端末に用いられるデュアルバンド対応の高周波モジュールや、ＥＧＳＭとＤＣＳとＰＣＳとに対応したトリプルバンド対応の高周波モジュール、及び、ＧＳＭ８５０とＥＧＳＭとＤＣＳとＰＣＳとに対応したクアッドバンド対応の高周波モジュール等がある。

このような高周波回路部品の取り扱う送受信系の送信周波数と受信周波数を図１に示す。上記した高周波回路部品において、ＧＳＭ８５０では送信周波数に８２４〜８４９ＭＨｚの周波数帯域が、受信周波数に８６９〜８９４ＭＨｚの周波数帯域が割り当てられている。また、ＥＧＳＭでは、送信周波数に８８０〜９１５ＭＨｚの周波数帯域が、受信周波数に９２５〜９６０ＭＨｚの周波数帯域が割り当てられている。

またＤＣＳでは送信周波数に１７１０〜１７８５ＭＨｚの周波数帯域、受信周波数に１８０５〜１８８０ＭＨｚの周波数帯域が割り当てられ、ＰＣＳでは送信周波数に１８５０〜１９１０ＭＨｚ、受信周波数に１９３０〜１９９０ＭＨｚという周波数帯域が、それぞれ割り当てられている。

現在、上記それぞれの周波数を通過させるフィルタや通過させる送受信回路を切り替える高周波スイッチを用いた高周波回路部品を使用して、１台の携帯無線端末で複数の通信方式に対応するため、回路の複合モジュール化が実現されている。

また、複合モジュール化と同時に携帯無線端末の小型軽量化の要求は依然として続いており、それにより高周波回路部品にも同様に小型化の要求が強くなっている。しかしながら、高周波回路部品の高集積化を図ることは、各回路間の密集度を上げることになり、各回路間のアイソレーションが十分に取れなくなるといった問題が生じた。

携帯無線端末を構成するシステムでは、フロントエンド部の受信回路と送信回路のアイソレーションが十分でない場合、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier＝低雑音増幅器）の破壊やＩＣの誤作動が発生する場合があり、一般に前記システムの安定した動作に求められるアイソレーションは３５ｄＢ以上である。

しかしながら、例えば、図２（ａ）に示すような、一般的な高周波スイッチを用いたフロントエンドモジュールでは、図１に示したＰＣＳ送信帯域とＤＣＳ受信帯域のように通過帯域が重畳する１８５０〜１８８０ＭＨｚの周波数帯域においては、図２（ｂ）に示すように３０ｄＢ程度のアイソレーションにとどまる。

通過帯域が重畳する場合に、アイソレーションを確保するための技術として、例えば、特許文献１から３に記載の技術が知られている。

特開２００４―１４７１６６公報 特開２００５―１０１７６２公報 特開２００４―１４０６９６公報

特許文献１又は２には、アイソレーションを確保するために、図３に示すように、受信回路と受信出力端子または受信フィルタとの間に第３のスイッチ回路ＳＷ３を追加した構成が示されている。特許文献１又は２の技術では、送信時には第１スイッチ回路ＳＷ１と第３スイッチ回路ＳＷ３の２段でスイッチングすることにより、送信信号の受信回路や受信フィルタへの漏洩を抑制している。

特許文献１又は２では、ＰＩＮ（Positive-Intrinsic-Negative）ダイオードを用いた高周波スイッチ回路について記載しているが、特許文献３では、ＧａＡｓ（Gallium Arsenide）スイッチ等の電界効果型トランジスタスイッチやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）スイッチ等の半導体スイッチを用いて、アイソレーションを改善したフロントエンドモジュール、アンテナスイッチモジュール等を提案している。

しかしながら、アイソレーション確保のために、例えば、上記の第３のスイッチ回路ＳＷ３を追加した場合、フロントエンド部の回路構成が大規模化することにより小型化の妨げとなるとともに、第３のスイッチ回路ＳＷ３を構成している部品が増えることによりコスト増大を招くことになる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、送信周波数帯域と受信周波数帯域が部分的に重畳する周波数帯域においても、新たに第３のスイッチ回路を追加することなく３５ｄＢ以上のアイソレーションを確保できる小型で安価な高周波スイッチ回路及びそれを備える高周波回路部品を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、高周波スイッチ回路において、スイッチ回路内の伝送線路と並列にコンデンサを接続する構成とする。

本発明によれば、送信周波数帯域と受信周波数帯域の一部が重畳する帯域においても、３５ｄＢ以上のアイソレーションを確保できる小型の高周波スイッチ回路、及び、それを有する高周波回路部品を低コストで提供することが可能になる。

以下、本発明に従うスイッチ回路、それを備えるフロントエンドモジュール及び無線端末の実施の形態について説明する。

以下に示す実施の形態においては、本発明に従う高周波スイッチ回路として、回路部品が、ＬＴＣＣ（低温焼成セラミック）やＨＴＣＣ（高温焼成セラミック）等の誘電体多層基板の上面に搭載、または誘電体多層基板内部に内蔵された高周波スイッチ回路、及び、それを用いたフロントエンドモジュールを例として説明する。

以下、本発明に係る高周波スイッチ回路及びそれを用いた高周波回路部品の実施の形態について図を用いて説明する。なお、添付の図面において、Ｌはインダクタ（伝送線路）、Ｃ及びＣａはコンデンサ、Ｄは、ＰＩＮダイオード、Ｒは抵抗、Ａｎｔ及びＡＮＴはアンテナ端子、Ｔｘは送信端子、Ｒｘは受信端子、Ｖｃはコントロール電源端子、ＳＷはスイッチ回路、ＳＡＷは弾性表面波フィルタ、ＤＩＰはアンテナダイプレクサ（分波器）、ＬＰＦはローパスフィルタ、ＨＰＡはハイパワーアンプ（高周波増幅器）を示している。

図４に、本発明の第１実施例に係るスイッチ回路の模式図を示す。誘電体多層基板１は、例えば、ＬＴＣＣやＨＴＣＣなどで構成されている。図４に示すスイッチ回路は、誘電体多層基板１の上面にＰＩＮダイオードＤ１、Ｄ２、抵抗Ｒ１、コンデンサＣａ１を搭載し、誘電体多層基板内部に伝送線路Ｌ１とコンデンサＣ１を内蔵し構成したものである。

伝送線路Ｌ１は動作周波数においてλ／４変成器となる長さに設定し、抵抗Ｒ１はコントロール電源Ｖｃ１がＨｉｇｈの状態でのダイオードＤ１、Ｄ２に流れる電流を決定する。

コンデンサＣ１はコントロール電源のＤＣカットだけではなく、送受信間のアイソレーションを調整する役割も担う。本例では、コンデンサＣ１を誘電体多層基板内部に内蔵したものであるが、誘電体多層基板上面にチップ部品として搭載しても良い。

また、コンデンサＣａ１は更なる送受信間のアイソレーション特性改善のために、伝送線路Ｌ１と並列に接続するものであり、本コンデンサの容量値を変化させることにより送受信間のアイソレーションを調整し、最適化することができる。

また図５は、本発明の第２実施例に係るスイッチ回路の模式図であり、コンデンサＣａ１を誘電体多層基板内部のパターンにて形成した以外は本発明第１実施例と同一の構造である。コンデンサＣａ１を誘電体多層基板内部のパターンにて形成することにより、コンデンサ１点の部品搭載コストの低減が可能となる。

図６は、本発明第１実施例、及び、第２実施例のスイッチ回路の等価回路を示す。ここで、Ｐ１はアンテナダイプレクサ側への接続点、Ｐ２はローパスフィルタ、及び、送信回路側への接続点、Ｐ３は移相回路、及び、受信回路、受信フィルタ側への接続点である。図６に示されるように、伝送線路Ｌ１と並列にコンデンサＣａ１を設けることによって、コンデンサＣａ１を設けない場合に比べて、アイソレーションを改善できることがわかった。

図７は、本発明第１、及び、第２実施例における、コンデンサＣａ１の容量値を変化させた場合の送受信間アイソレーション特性についてシミュレーションした結果を示すグラフであり、（ａ）がコンデンサＣａ１の容量値とＰＣＳ Ｔｘ〜ＤＣＳ Ｒｘ間アイソレーション特性の関係を示すグラフ、（ｂ）がコンデンサＣａ１の容量値とＥＧＳＭ送信帯域とＧＳＭ８５０受信帯域が重畳している８８０〜８９４ＭＨｚの周波数帯域における、ＥＧＳＭ Ｔｘ〜ＧＳＭ８５０ Ｒｘ間アイソレーション特性の関係を示すグラフである。

これらによれば、本実施例により、３５ｄＢ以上の送受信間アイソレーションを確保するためには、ＰＣＳ Ｔｘ〜ＤＣＳ Ｒｘ間アイソレーションについては、０．５ｐＦ以上の容量を付加、ＥＧＳＭ Ｔｘ〜ＧＳＭ８５０ Ｒｘ間アイソレーションについては、２ｐＦ以上の容量を付加させればよいことがわかる。

図８（ａ）は、本発明の第３実施形態に係るスイッチ回路を、第１スイッチ回路ＳＷ１、第２スイッチ回路ＳＷ２として用いた、クワッドバンド対応フロントエンドモジュールの等価回路を、図１０は、第３実施形態に係るスイッチ回路を用いたクワッドバンド対応フロントエンドモジュール９０のブロック図を、それぞれ示す。

本実施形態では伝送線路Ｌ１に対し並列に接続するコンデンサの容量値は、アンテナダイプレクサＤＩＰや移相回路を含む受信回路に接続するうえで、挿入損失を最小限に抑えるために整合が取れ、且つ、３５ｄＢ以上のＰＣＳ Ｔｘ〜ＤＣＳ Ｒｘ間アイソレーションが確保できる容量値である１．０ｐＦとした。また、伝送線路Ｌ２に対して並列に接続するコンデンサＣａ２の容量値についても、同様の理由から３．０ｐＦとした。

なお、コンデンサＣａ１及びＣａ２の容量値は、これらに限定されず、使用する周波数帯域に応じて変更することができる。

また、本実施形態においては、挿入するコンデンサは基板内部のパターンにて形成することも可能である。

図８（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、本実施形態におけるフロントエンドモジュールの、ＰＣＳ Ｔｘ〜ＤＣＳ Ｒｘ間アイソレーション特性、及び、ＥＧＳＭ Ｔｘ〜ＧＳＭ８５０ Ｒｘ間アイソレーション特性のシミュレーション結果を示す。図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、本発明の高周波スイッチ回路を用いることにより、送信周波数と受信周波数が部分的に重畳している周波数帯域においても、アイソレーション特性を大幅に改善することができることがわかる。

また、前記の実施例、実施形態では、伝送線路に並列に追加するコンデンサの接続箇所について、図６で示すようにダイオードＤ２のアノード側への接続としているが、図９に示すように、ダイオードＤ２のカソード側へ接続した場合においても、送信時にはダイオードＤ１、Ｄ２が導通状態となるため、同様の効果が得られる。

なお、以上に示した各実施例、実施形態では、スイッチ素子としてＰＩＮダイオードを用いてスイッチ回路を構成しているが、スイッチ素子としては、ＧａＡｓスイッチ等の電界効果型トランジスタスイッチやＣＭＯＳスイッチ等の半導体スイッチを用いても同様の効果が得られる。

また、前記の実施例、実施形態では、特定の周波数の送信受信間アイソレーションについて説明したが、実施例に示した周波数に限らず、他の送信周波数と受信周波数の一部が重畳する周波数帯域に対しても、伝送線路に並列にコンデンサを接続し、このコンデンサの容量値を調整、最適化することによりアイソレーションを改善させることが可能である。

また、本発明の高周波スイッチ回路を構成する部品を内蔵するモジュール基板には、ＬＴＣＣやＨＴＣＣ等の誘電体多層基板の他、シリコンを使用したＩＰＤ（Integrated Passive Device）を使用することも可能である。

図１１に、本発明の高周波スイッチ回路を備えるフロントエンドモジュール９０を用いた移動体無線端末のブロック図を示す。移動体無線端末は、図１１に示されるように、アンテナ（ANT）と、フロントエンドモジュール９０と、ＲＦ−ＩＣと、ＨＰＡと、ＩＣと、スピーカ、マイク、キーパッド、ディスプレイ、バッテリなどを備える。

本発明によれば、小型、且つ、安価な構成にて効率的に３５ｄＢ以上の送受信間アイソレーション特性を有するフロントエンド部が構成され、送受信間アイソレーションが不十分なことによるＬＮＡ、ＩＣなどの破壊、誤作動等が発生する可能性を低減できる。

本発明に係る高周波スイッチ回路を用いることにより、送信周波数帯域と受信周波数帯域が部分的に重畳する周波数帯域においても、受信回路側へスイッチ回路を追加することなく、良好な送受信間のアイソレーション特性を得ることができる。

ＴＤＭＡ通信方式の周波数配置の一例を示す図である。 （ａ）は一般的なスイッチ回路を用いたフロントエンドモジュールの等価回路、（ｂ）はそのＰＣＳ Ｔｘ〜ＤＣＳ Ｒｘ間アイソレーション特性のシミュレーション結果のグラフである。 ＰＣＳ Ｔｘ〜ＤＣＳ Ｒｘ間のアイソレーション確保のために、スイッチ回路を追加したときのフロントエンドモジュールの等価回路である。 （ａ）は本発明の第１実施例に係るスイッチ回路の斜視透視図、（ｂ）はその上面から見た透視図である。 （ｂ）は本発明の第２実施例に係るスイッチ回路の斜視透視図、（ｂ）はその上面から見た透視図である。 本発明の第１、及び、第２実施例に係るスイッチ回路の等価回路である。 （ａ）は本発明の第１、及び、第２実施例に係る、コンデンサ容量値とＰＣＳ Ｔｘ〜ＤＣＳ Ｒｘ間アイソレーション特性の変化を示すグラフ、（ｂ）はコンデンサ容量値とＥＧＳＭ Ｔｘ〜ＧＳＭ８５０ Ｒｘ間アイソレーション特性の変化を示すグラフである。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係る高周波スイッチ回路を用いたクワッドバンド対応フロントエンドモジュールの等価回路、（ｂ）はそのＰＣＳ Ｔｘ〜ＤＣＳ Ｒｘ間アイソレーション特性、（ｃ）はＥＧＳＭ Ｔｘ〜ＧＳＭ８５０ Ｒｘ間アイソレーション特性のシミュレーション結果のグラフである。 本発明の高周波スイッチ回路において、伝送線路に並列に接続するコンデンサをダイオードＤ２のカソード側へ接続する構成とした場合の等価回路である。 本発明の高周波スイッチ回路を用いたフロントエンドモジュールのブロック図である。 本発明の高周波スイッチ回路を備えるフロントエンドモジュールを用いた移動体無線端末のブロック図である。

符号の説明

１：誘電体多層基板
９０：フロントエンドモジュール
Ｌ：インダクタ、伝送線路
Ｃ、Ｃａ：コンデンサ
Ｄ：ＰＩＮダイオード
Ｒ：抵抗
Ａｎｔ、ＡＮＴ：アンテナ端子
Ｔｘ：送信端子
Ｒｘ：受信端子
Ｖｃ：コントロール電源端子
ＳＷ：スイッチ回路
ＳＡＷ：弾性表面波フィルタ
ＤＩＰ：アンテナダイプレクサ（分波器）
ＬＰＦ：ローパスフィルタ
ＨＰＡ：ハイパワーアンプ（高周波増幅器）

Claims (9)

1. 積層体基板と、
   前記積層体基板の上面又は内部に設けられた伝送線路と、
   前記伝送線路の両端に、それぞれ接続された第１ダイオード及び第２ダイオードと、
   前記第１ダイオードと接続され、前記第１及び第２ダイオードに電流を印加するための抵抗と、
   一端が前記抵抗の一端と接続され、他端が接地された第１コンデンサと、
   前記伝送線路に対して並列に接続された第２コンデンサとを具備することを特徴とするスイッチ回路。
2. 前記第２コンデンサを、前記積層体基板の上面にチップ部品として搭載したことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ回路。
3. 前記第２コンデンサを前記積層体基板の内部に設けたことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ回路。
4. 周波数８２４〜９６０ＭＨｚで動作し、前記第２コンデンサの容量値が、０．２５〜５．０ｐＦであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスイッチ回路。
5. 周波数１７１０〜１９９０ＭＨｚで動作し、前記第２コンデンサの容量値が、０．２５〜２．０ｐＦであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスイッチ回路。
6. 前記積層体基板にセラミック基板を用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のスイッチ回路。
7. 前記積層体基板にシリコン基板を用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の高周波スイッチ回路。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路とアンテナとに接続される分波器と、
   前記スイッチ回路と接続される弾性表面波フィルタとを有するフロントエンドモジュール。
9. 請求項８に記載のフロントエンドモジュールと、
   前記フロントエンドモジュールの送信端子に接続された高周波増幅器と、
   前記フロントエンドモジュールの受信端子に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える無線端末。
   

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