JP2010273321A - 高周波電力増幅装置及びそれを有する無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチバンド・マルチモードに対応し、受信感度の劣化を低減可能な高周波電力増幅装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る高周波電力増幅装置は、CDMAモードかつ第1の周波数帯域内の第1高周波信号と、TDMAモードかつ第1の周波数帯域内の第3高周波信号とが択一的に入力される入力端子IN1と、CDMAモードかつ第2の周波数帯域内の第2高周波信号と、TDMAモードかつ第2の周波数帯域内の第4高周波信号とが択一的に入力される入力端子IN2と、入力された第1高周波信号を増幅する電力増幅器101と、入力された第2高周波信号を増幅する電力増幅器102と、入力された第3高周波信号を増幅する電力増幅器103と、入力された第4高周波信号を増幅する電力増幅器104とを有し、電力増幅器101、電力増幅器102、電力増幅器103及び電力増幅器104は、この順に並んで配置されている。
【選択図】図2
【解決手段】本発明に係る高周波電力増幅装置は、CDMAモードかつ第1の周波数帯域内の第1高周波信号と、TDMAモードかつ第1の周波数帯域内の第3高周波信号とが択一的に入力される入力端子IN1と、CDMAモードかつ第2の周波数帯域内の第2高周波信号と、TDMAモードかつ第2の周波数帯域内の第4高周波信号とが択一的に入力される入力端子IN2と、入力された第1高周波信号を増幅する電力増幅器101と、入力された第2高周波信号を増幅する電力増幅器102と、入力された第3高周波信号を増幅する電力増幅器103と、入力された第4高周波信号を増幅する電力増幅器104とを有し、電力増幅器101、電力増幅器102、電力増幅器103及び電力増幅器104は、この順に並んで配置されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、高周波信号の電力増幅に用いられる高周波電力増幅装置に関する。
デジタル方式の携帯電話端末ではグローバルな使用が可能となるように、マルチバンドの周波数帯域(例えば、2GHzを中心とした帯域と900MHzを中心とした帯域)や、マルチモードのシステム(例えば、GSM:Global System for Mobile Communications/DCS:Digital Communication System/UMTS:Universal Mobile Transmission Standard)に対応した端末の普及が急速に進んでいる。携帯電話端末において高出力の電力増幅を行う送信電力増幅器は、通常、2〜3個の高周波増幅用の半導体トランジスタを多段接続した構成が用いられている。マルチバンド・マルチモードに対応するため、様々な電力増幅器や、それを用いた無線通信装置の検討が進んでいる(例えば、特許文献1及び2参照)。
一般的に電力増幅器の送信出力電力は、GSMモードでは略+35dBm、DCSモードでは略+33dBm、UMTSモードでは略+27dBm乃至−50dBmの広範囲にわたっており、特に携帯電話端末内で出力電力が最大となる+35dBm(GSM)、+33dBm(DCS)、+27dBm(UMTS)付近で、携帯電話端末内における受信部への影響が最も大きくなる。よって、この電力増幅器の出力部付近から受信部への影響を抑えることが必要となる。
マルチバンド・マルチモードに対応した携帯電話用電力増幅器としては、高周波特性を確保するため、電力増幅器を含む複数の高周波送信回路を並列接続させた構成が用いられる。このような従来の高周波電力増幅器及びそれを用いた無線通信装置を有する移動体通信端末の構成例を図14に示す。
図14は、特許文献1に記載の移動体通信端末の構成を示すブロック図である。
図14に示す移動体通信端末800は、マイクロホン801と、スピーカ806と、高周波電力増幅器810と、アンテナスイッチ813と、アンテナ814と、ベースバンド信号を高周波信号に変換する又は高周波信号をベースバンド信号に変換するRFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)815と、ベースバンド信号処理装置816と、デュプレクサ817aと、フィルタ818a及び818bと、整合回路820及び821と、スイッチ830と、フィルタ840b、840c、840d及び840fと、利得調整制御装置860と、高周波受信回路装置8120〜8122と、送信回路8130とを含む。
なお、点線で囲まれた構成要素は第1の送信経路8110、一点鎖線で囲まれた構成要素の組み合わせのうちフィルタ818aを含む組み合わせは第2の送信経路8111、一点鎖線で囲まれた構成要素の組み合わせのうちフィルタ818bを含む組み合わせは第3の送信経路8112である。
この移動体通信端末800は、アクセス方式がCDMA(符号分割多元接続)であるUMTSモード(例えば、2GHz帯域を利用)の通信を行うには、デュプレクサ817aを含む第1の送信経路8110を用い、またアクセス方式がTDMA(時分割多元接続)であるGSMモード(例えば、900MHz帯域を利用)、あるいはDCSモード(例えば、1.8GHz帯域を利用)の通信を行うには、フィルタ818bを含む第3の送信経路8112及びフィルタ818aを含む第2の送信経路8111をそれぞれ用いている。
また、マルチバンド・マルチモード移動体通信端末の課題として挙げられるのが、小型化と低コスト化であり、それに対応するために近年では、RFIC815から高周波電力増幅器810へ入力される高周波信号の周波数帯域が比較的近い(例えば、2GHz帯域と1.8GHz帯域や、850MHz帯域と900MHz帯域など)場合、この周波数帯域が近い2つの帯域を1つの入力経路で共通化して入力する取り組みがなされている。
例えば、図14におけるRFIC815から高周波電力増幅器810への2つの高周波信号入力(UMTSモード2GHz帯域とDCSモード1.8GHz帯域)を、フィルタ840cを削除して、1つの入力経路で共通化して入力することが考えられている。
このような場合、RFIC815の性能向上は求められるが、RFIC815と高周波電力増幅器810とのインターフェースが簡略化されると共に、端子数が削減されることでサイズ及びコストの改善が期待される。
つまり、このような構成にすることで、小型・低コストかつマルチバンド・マルチモードに対応して電力を増幅して送信できる移動体通信端末の実現を可能としている。
今後、グローバルにマルチバンド・マルチモード化が加速すると、上述した従来の移動体通信端末で用いた3つの送信経路だけでは不十分になると予想される。
しかしながら、上述した従来の移動体通信端末において、さらにUMTSモード(例えば850MHz帯域)を1経路追加しようとすると、以下のような課題が発生するものと考えられる。
まず、課題を明確にするために従来の移動体通信端末に対して、さらに、UMTSモード(例えば850MHz帯域)を1経路追加した場合の移動体通信端末の構成について説明する。
図15は、従来の移動体通信端末に対して、さらに850MHz帯域のUMTSモードを1経路追加した場合の移動体通信端末の一部の構成を説明するための図であり、具体的には、移動体通信端末のマイクロホン及びスピーカ以外のブロックを含む無線通信装置のレイアウトを模式的に示す図である。
図15に示す無線通信装置900は、図14に示した移動体通信端末と比較して、さらに850MHz帯域のUMTSモードのための経路を1つ有する。この無線通信装置900は、送信部911と、受信部912と、アンテナスイッチ913と、アンテナ914と、RFIC915と、ベースバンドLSI(Large Scale Integration)916と、デュプレクサ917a及び917bと、フィルタ918a及び918bとを備え、RFIC915から送信部911への高周波信号の入力を、比較的高い周波数帯域(2GHz帯域と1.8GHz帯域)と、比較的低い周波数帯域(900MHz帯域と850MHz帯域)とでそれぞれ共通化している。
同図において、送信部911は図14に示した移動体通信端末800の送信に関わる回路全体に850MHz帯域のUMTSモードの送信に関わる回路を1つ追加した構成に相当する。一方、受信部912は図14に示した移動体通信端末800の受信に関わる回路全体に850MHz帯域のUMTSモードの受信に関わる回路を1つ追加した構成に相当する。
つまり、無線通信装置900は、図14に示した移動体通信端末と比較して、マイクロホン及びスピーカを備えずに、850MHz帯域のUMTSモードのための経路を1つ有する点以外は、ほぼ同じである。
ここで、送信部911からデュプレクサ917aまでの経路を第1の送信経路9110とする。また、送信部911からフィルタ918aを介してアンテナスイッチ913までの経路を第2の送信経路9111、送信部911からフィルタ918bを介してアンテナスイッチ913までの経路を第3の送信経路9112とする。また、送信部911からデュプレクサ917bまでの経路を第4の送信経路9113とする。また、デュプレクサ917bから受信部912までの経路を受信経路9123とする。
図15に示した無線通信装置900のレイアウトのように、従来の移動体通信端末の構成に対してUMTSモードを1経路追加した場合、追加されたデュプレクサ917bを含む第4の送信経路9113は、フィルタ918bを含む第3の送信経路9112とフィルタ918aを含む第2の送信経路9111との間に配置されると考えられる。あるいは、図15に示した無線通信装置900のレイアウトとは異なり、フィルタ918bを含む第3の送信経路9112が、追加されたデュプレクサ917bを含む第4の送信経路9113とフィルタ918aを含む第2の送信経路9111との間に配置されることも考えられる。
しかしながら、このような場合、第2の送信経路9111と、受信経路9123とが、基板で交差することにより、第2の送信経路9111と受信経路9123との間で十分なアイソレーションが確保できない。
図16は、図15に示した無線通信装置900のうち、送信部911と、受信部912と、アンテナスイッチ913と、デュプレクサ917a及び917bと、フィルタ918a及び918bを実際の基板へ配置した場合のレイアウトの一例を模式的に示す図である。
同図に示すように、各ブロック(送信部911と、受信部912と、アンテナスイッチ913と、デュプレクサ917a及び917bと、フィルタ918a及び918b)は、例えば多層プリント基板920上に配置される。このとき、第2の送信経路9111と受信経路9123とが多層プリント基板920で交差していることがわかる。
フィルタ918a及び918bは、高周波信号の高調波成分を抑圧する目的で設置されることが一般的である。よって、フィルタ918aを含む第2の送信経路9111では受信帯域にも比較的高い電力が出力されることになる。
ここで、送信部911がDCSモードを選択し、最大出力電力(+33dBm)が送信部911から第2の送信経路9111に出力された場合、交差する受信経路9123へ送信電力の漏れが発生し、受信経路9123を介して受信部912内へ伝搬してしまうものと考えられる。このとき、受信部912が有する電力増幅器RxHC、RxLC、RxHT及びRxLTのうち動作している電力増幅器は、DCSモードに対応する電力増幅器RxHTであり、受信経路9123と接続されている電力増幅器RxLCは動作していない。
しかしながら、受信部912において取り扱う受信電力は、−20dBm程度と、送信部911において取り扱う送信電力の1/100,000倍と極めて小さく、受信部912には高い受信感度が要求される。
そのため、受信経路9123を介して伝わったDCSモードの送信電力の漏れであっても、受信部912に入力されればDCSモードの電力増幅器RxHTに伝わってしまうため、受信部912の受信感度が劣化するという課題がある。
なお、図15及び図16では、受信経路9123とデュプレクサ917aからアンテナスイッチ913までの送受信経路とも多層プリント基板920で交差しているが、デュプレクサ917a及び917bからアンテナスイッチ913までの送受信経路では、送信電力による受信帯域への出力成分が抑圧されているため、上述のような問題は比較的大きくないと考えられる。
本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決し、マルチバンド・マルチモードに対応し、受信感度の劣化を低減可能な高周波電力増幅装置及びそれを用いた無線通信装置を提供することにある。
本発明に係る高周波電力増幅装置は、第1モードと、前記第1モードとは異なる通信方式である第2モードとを含む複数の通信モードの高周波信号の電力増幅に用いられる高周波電力増幅装置であって、前記第1モードかつ第1の周波数帯域内の第1高周波信号と、前記第2モードかつ前記第1の周波数帯域内の第3高周波信号とが択一的に入力される第1入力端子と、前記第1モードかつ前記第1の周波数帯域と異なる周波数帯域である第2の周波数帯域内の第2高周波信号と、前記第2モードかつ前記第2の周波数帯域内の第4高周波信号とが択一的に入力される第2入力端子と、前記第1入力端子に入力された前記第1高周波信号を増幅する第1電力増幅器と、前記第2入力端子に入力された前記第2高周波信号を増幅する第2電力増幅器と、前記第1入力端子に入力された前記第3高周波信号を増幅する第3電力増幅器と、前記第2入力端子に入力された前記第4高周波信号を増幅する第4電力増幅器とを有し、前記第1電力増幅器、前記第2電力増幅器、前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は、この順に並んで配置されている。
これにより、第1モード及び第2モードの一方の高周波信号の送信時に、第1モード及び第2モードの高周波信号が第1モード及び第2モードの他方の高周波信号の受信経路へ漏れることを防止することが可能となる。例えば、図16に示すように、第2の送信経路9111と受信経路9123との交差を解消できるので、第2の送信経路9111から受信経路9123への高周波信号の漏れを防止できる。よって、受信感度の劣化を低減可能となる。
また、第1モード及び第2モードの一方の高周波信号の送信電力の低下も低減可能となる。
また、前記第1〜4電力増幅器は少なくとも1つの半導体基板に形成され、前記高周波電力増幅装置は、さらに、前記少なくとも1つの半導体基板が実装された基板と、前記基板に実装された受信部と、前記少なくとも1つの半導体基板に形成され、一端が前記第1電力増幅器の出力端子に接続された第1送信配線と、前記少なくとも1つの半導体基板に形成され、一端が前記第2電力増幅器の出力端子に接続された第2送信配線と、前記少なくとも1つの半導体基板に形成され、一端が前記第3電力増幅器の出力端子に接続された第3送信配線と、前記少なくとも1つの半導体基板に形成され、一端が前記第4電力増幅器の出力端子に接続された第4送信配線とを有し、前記第1送信配線、前記第2送信配線、前記第3送信配線及び前記第4送信配線は互いに交差せず、前記受信部は、前記第3送信配線及び前記第4送信配線よりも、前記第1送信配線及び前記第2送信配線の近くに配置されていてもよい。
また、前記高周波電力増幅装置は、さらに、前記基板に形成され、一端が前記第1送信配線の他端に接続された第5送信配線と、前記基板に形成され、一端が前記第2送信配線の他端に接続された第6送信配線と、前記基板に形成され、一端が前記第3送信配線の他端に接続された第7送信配線と、前記基板に形成され、一端が前記第4送信配線の他端に接続された第8送信配線と、前記基板に形成され、一端が前記受信部に接続された第1受信配線及び第2受信配線と、前記基板に実装され、第1送信端子、第1送受信端子及び第1受信端子を有し、前記第1送信端子が前記第5送信配線の他端に接続され、前記第1受信端子が前記第1受信配線の他端に接続された第1デュプレクサと、前記基板に実装され、第2送信端子、第2送受信端子及び第2受信端子を有し、前記第2送信端子が前記第6送信配線の他端に接続され、前記第2受信端子が前記第2受信配線の他端に接続された第2デュプレクサとを備え、前記第1受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも交差せず、前記第2受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも交差しなくてもよい。
これにより、第3高周波信号の送信時に、第3高周波信号の第1受信配線及び第2受信配線への漏れを防止できる。また、第4高周波信号の送信時に、第4高周波信号の第1受信配線及び第2受信配線への漏れを防止できる。よって、受信感度の劣化を確実に低減できる。
また、前記第1受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも100μm以上離間して配置され、前記第2受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも100μm以上離間して配置されていてもよい。
これにより、第1受信配線と第7送信配線とのアイソレーション及び第1受信配線と第8送信配線とのアイソレーションが向上する。また、第2受信配線と第7送信配線とのアイソレーション及び第2受信配線と第8送信配線とのアイソレーションが向上する。よって、受信感度の劣化を一層低減できる。
また、前記第1受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも異なる配線層に形成され、前記第2受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも異なる配線層に形成されていてもよい。
これにより、第3高周波信号の送信電力が空中を伝播することによる第1受信配線及び第2受信配線への第3高周波信号の漏れと、第4高周波信号の送信電力が空中を伝播することによる第1受信配線及び第2受信配線への第4高周波信号の漏れとを低減できる。
また、前記少なくとも1つの半導体基板は、第1半導体基板と第2半導体基板とからなり、前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は前記第2半導体基板に形成されていてもよい。
これにより、互いに異なる半導体基板に形成された電力増幅器の出力側のアイソレーションが向上する。具体的には、第1半導体基板に形成された第1電力増幅器と、第2半導体基板に形成された第3電力増幅器及び第4電力増幅器とのアイソレーションが向上する。また、第1半導体基板に形成された第2電力増幅器と、第2半導体基板に形成された第3電力増幅器及び第4電力増幅器とのアイソレーションも向上する。その結果、高周波特性が向上する。
また、前記少なくとも1つの半導体基板は、第1〜3半導体基板からなり、前記第1電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、前記第2電力増幅器は前記第2半導体基板に形成され、前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は前記第3半導体基板に形成されていてもよい。
これにより、第1電力増幅器と第2電力増幅器とのアイソレーションが向上する。その結果、さらに高周波特性が向上する。
また、前記少なくとも1つの半導体基板は、第1〜3半導体基板からなり、前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、前記第3電力増幅器は前記第2半導体基板に形成され、前記第4電力増幅器は前記第3半導体基板に形成されていてもよい。
これにより、第3電力増幅器と第4電力増幅器とのアイソレーションが向上する。その結果、さらに高周波特性が向上する。
また、前記少なくとも1つの半導体基板は、第1〜4半導体基板からなり、前記第1電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、前記第2電力増幅器は前記第2半導体基板に形成され、前記第3電力増幅器は前記第3半導体基板に形成され、前記第4電力増幅器は前記第4半導体基板に形成されていてもよい。
これにより、第1〜4電力増幅器のうち、いずれの2つの電力増幅器のアイソレーションも向上する。その結果、さらに高周波特性が向上する。
また、前記高周波電力増幅装置は、さらに、一端が前記第1入力端子に接続され、他端が前記第1電力増幅器の入力端子に接続された第1入力配線と、一端が前記第2入力端子に接続され、他端が前記第2電力増幅器の入力端子に接続された第2入力配線と、一端が前記第1入力配線に接続され、他端が前記第3電力増幅器の入力端子に接続された第3入力配線と、一端が前記第2入力配線に接続され、他端が前記第4電力増幅器の入力端子に接続された第4入力配線とを有し、前記第3入力配線の一端は、前記少なくとも1つの半導体基板内で前記第1入力配線と接続し、前記第4入力配線の一端は、前記少なくとも1つの半導体基板内で前記第2入力配線と接続してもよい。
これにより、小型化できる。
また、前記少なくとも1つの半導体基板は、第1半導体基板と第2半導体基板とからなり、前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は前記第2半導体基板に形成され、前記第3入力配線の一端は、前記第1半導体基板内で前記第1入力配線と接続し、前記第4入力配線の一端は、前記第2半導体基板内で前記第2入力配線と接続してもよい。
また、前記少なくとも1つの半導体基板は、第1半導体基板と第2半導体基板とからなり、前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は前記第2半導体基板に形成され、前記第3入力配線の一端は、前記第1半導体基板内及び前記第2半導体基板内の一方で前記第1入力配線と接続し、前記第4入力配線の一端は、前記第1半導体基板内及び前記第2半導体基板内の前記一方で前記第2入力配線と接続してもよい。
これにより、さらに小型化できる。
また、前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は、多段接続されたm(mは自然数)個の増幅素子を有し、前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は、多段接続されたn(n>mの自然数)個の増幅素子を有し、前記高周波電力増幅装置は、さらに、前記m個の増幅素子及び前記n個の増幅素子のそれぞれに電源を供給するために、前記第1〜4電力増幅器に共通に設けられたm本の第1電源線と、前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器に共通に設けられたn−m本の第2電源線とを有し、前記m本の第1電源線のそれぞれと、前記n−m本の第2電源線のそれぞれとは、互いに交差しなくてもよい。
これにより、第1電源線及び第2電源線の配置を簡素化できる。
また、前記少なくとも1つの半導体基板は、第1半導体基板と第2半導体基板とからなり、前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は前記第2半導体基板に形成されていてもよい。
これにより、第1半導体基板には第2電源線のための電源パッドが不要となるので、第1半導体基板を小さく形成できる。その結果、高周波電力増幅装置を小型化できる。
また、前記第1モードはCDMA(Code Division Multiple Access)モードであり、前記第2モードはTDMA(Time Division Multiple Access)モードであってもよい。
また、さらに、前記第1モードの第5高周波信号を増幅する第5電力増幅器と、前記第1モードの第6高周波信号を増幅する第6電力増幅器と、前記第1モードの第7高周波信号を増幅する第7電力増幅器とを有し、前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域は5つの通信バンドを含み、前記5つの通信バンドと、前記第1電力増幅器、前記第2電力増幅器及び前記第5〜7電力増幅器とは、1対1で対応し、前記5つの通信バンドと、前記第1高周波信号、前記第2高周波信号及び前記第5〜7高周波信号とは、1対1で対応し、前記第5電力増幅器、前記第6電力増幅器、前記第7電力増幅器、前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は、この順に並んで配置されていてもよい。
また、本発明はこのような高周波電力増幅装置として実現できるだけでなく、高周波電力増幅装置を備える無線通信装置としても実現できる。
本発明によれば、マルチバンド・マルチモードに対応し、受信感度の劣化を低減可能な高周波電力増幅装置及びそれを用いた無線通信装置を実現することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(実施形態1)
まず、本発明の実施形態1に係る高周波電力増幅装置を有する無線通信装置について説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る高周波電力増幅装置を有する無線通信装置の構成及び実際の基板への配置レイアウトを模式的に示すブロック図である。
まず、本発明の実施形態1に係る高周波電力増幅装置を有する無線通信装置について説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る高周波電力増幅装置を有する無線通信装置の構成及び実際の基板への配置レイアウトを模式的に示すブロック図である。
同図に示す無線通信装置100は、マルチバンド・マルチモードに対応する。本実施形態においては説明の簡便性を考慮して、欧州・アジアを中心に広く用いられている1.8GHz帯域のDCSモード、900MHz帯域のGSMモード、2GHz帯域のUMTSモード、850MHz帯域のUMTSモードの4バンド・3モードへの対応を例として説明する。
無線通信装置100は、高周波電力増幅器110と、受信部120と、アンテナスイッチ130と、アンテナ140と、RFIC150と、ベースバンドLSI160と、デュプレクサ170a及び170bと、フィルタ180a及び180bとを備える。
高周波電力増幅器110は、RFIC150から出力された高周波信号を増幅し、増幅した高周波信号を送信信号として出力する。この高周波電力増幅器110は、入力端子IN1及びIN2と、出力端子OUT_A1、OUT_A2、OUT_B1及びOUT_B2とを有し、入力端子IN1及びIN2には、モードに関わらず比較的周波数が近いバンドの高周波信号が入力され、出力端子OUT_A1、OUT_A2、OUT_B1及びOUT_B2からはモード及びバンドに1対1で対応した送信信号を出力する。
例えば、入力端子IN1には1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号と2GHz帯域のUMTSモードの高周波信号とが択一的に入力され、入力端子IN2には900MHz帯域のGSMモードの高周波信号と850MHz帯域のUMTSモードの高周波信号とが択一的に入力される。また、出力端子OUT_A1から2GHz帯域のUMTSモードの送信信号を出力し、出力端子OUT_A2から850MHz帯域のUMTSモードの送信信号を出力し、出力端子OUT_B1から1.8GHz帯域のDCSモードの送信信号を出力し、出力端子OUT_B2から900MHz帯域のGSMモードの送信信号を出力する。
受信部120は、アンテナ140で受信された受信信号を、アンテナスイッチ130を介して受信する、アンテナスイッチ130及びデュプレクサ170a介して受信する、又は、アンテナスイッチ130及びデュプレクサ170bを介して受信する。そして、受信部120は、受信した受信信号を増幅して、増幅した受信信号をRFIC150へ出力する。
具体的には、受信部120は、受信増幅器RxA1、RxA2、RxB1、RxB2を有する。受信増幅器RxA1は、送信周波数が2GHz帯域のUMTSモードに対応する受信周波数帯域のUMTSモードの受信信号を増幅する。受信増幅器RxA2は、送信周波数が850MHz帯域のUMTSモードに対応する受信周波数帯域のUMTSモードの受信信号を増幅する。受信増幅器RxB1は、1.8GHz帯域のDCSモードの受信期間に、アンテナ140からアンテナスイッチ130を介して入力された1.8GHz帯域のDCSモードの受信信号を増幅する。受信増幅器RxB2は、900MHz帯域のGSMモードの受信期間に、アンテナ140からアンテナスイッチ130を介して入力された900MHz帯域のGSMモードの受信信号を増幅する。
アンテナスイッチ130は、アンテナ140に接続された1つの出力端子と、デュプレクサ170a及び170bとフィルタ180a及び180bと受信部120とのそれぞれと1対1に対応して接続された6つの入力端子とを有し、6つの入力端子のいずれかを出力端子と接続することにより、送信信号及び受信信号を伝播する。ここで、デュプレクサ170aの送受信端子と電気的に接続された入力端子は本発明の第1入力スイッチ端子であって、デュプレクサ170bの送受信端子と電気的に接続された入力端子は本発明の第2入力スイッチ端子であって、フィルタ180aと電気的に接続された入力端子は本発明の第3入力スイッチ端子であって、フィルタ180bと電気的に接続された入力端子は本発明の第4入力スイッチ端子であって、受信増幅器RxB1と電気的に接続された入力端子は本発明の第5入力スイッチ端子であって、受信増幅器RxB2と電気的に接続された入力端子は本発明の第6入力スイッチ端子である。なお、アンテナ140に接続された1つの出力端子は本発明の出力スイッチ端子である。
アンテナ140は、アンテナスイッチ130を介して伝播された送信信号を送信する。また、他の無線通信装置から送信された信号を受信信号として受信する。
RFIC150は、ベースバンドLSI160から出力された送信ベースバンド信号を高周波信号に変換する。また、受信部120から入力された受信ベースバンド信号を復調することにより受信ベースバンド信号を生成し、生成した受信ベースバンド信号をベースバンドLSI160へ出力する。
ベースバンドLSI160は、例えば音声信号に対して圧縮及びコーディングなどの信号処理を施し、送信ベースバンド信号を生成し、生成した送信ベースバンド信号をRFIC150へ出力する。また、ベースバンドLSI160は、RFIC150から入力された復調された受信信号に対して、例えばサンプリングなどの信号処理を施し、音声信号に変換する。
デュプレクサ170a及び170bは、高周波電力増幅器110からのUMTSモードの送信信号を帯域制限し、アンテナスイッチ130を介してアンテナ140から送信を行う。また、アンテナスイッチ130から受信部120への受信信号の帯域制限を行う。具体的には、デュプレクサ170aは、本発明の第1デュプレクサであって、高周波電力増幅器110の出力端子OUT_A1から出力された2GHz帯域のUMTSモードの送信信号を帯域制限し、アンテナスイッチ130へ出力する。また、デュプレクサ170aは、アンテナ140及びアンテナスイッチ130を介して入力された受信信号を帯域制限し、受信増幅器RxA1へ出力する。一方、デュプレクサ170bは、本発明の第2デュプレクサであって、高周波電力増幅器110の出力端子OUT_A2から出力された850MHz帯域のUMTSモードの送信信号を帯域制限し、アンテナスイッチ130へ出力する。また、デュプレクサ170bは、アンテナ140及びアンテナスイッチ130を介して入力された受信信号を帯域制限し、受信増幅器RxA2へ出力する。
フィルタ180a及び180bは、高周波電力増幅器110からのDCSモード、GSMモードの送信信号を帯域制限し、アンテナスイッチ130を介してアンテナ140から送信を行う。
以上のような構成を有する無線通信装置100は、1.8GHz帯域のDCSモード、900MHz帯域のGSMモード、2GHz帯域のUMTSモード、850MHz帯域のUMTSモードの4バンド・3モードに対応して通信できる。
なお、図1に示す高周波電力増幅器110と、受信部120と、デュプレクサ170a及び170bと、フィルタ180a及び180bとを含み、図1において点線で示す高周波電力増幅装置190は、本発明の高周波電力増幅装置である。
次に、実施形態1に係る無線通信装置100の動作を説明する。なお、以下では、高周波信号、送信信号及び受信信号を特に区別せず、単に高周波信号と記載する場合がある。
図1において、アンテナ140は高周波信号の送受信を行い、アンテナ140からの送受信信号及びモード信号をアンテナスイッチ130で切り替え、アンテナスイッチ130からの受信信号を受信部120で増幅し、アンテナ140からの受信信号及びアンテナ140への送信信号をRFIC150でモード選択及び周波数変換し、RFIC150からの受信信号及びRFIC150への送信信号をベースバンドLSI160で信号処理し、RFIC150からの送信信号を高周波電力増幅器110で電力増幅する。
図2は、高周波電力増幅器110の具体的な回路構成及び実際の基板への配置レイアウトを模式的に示す図である。
同図に示すように、高周波電力増幅器110は、入力端子IN1及びIN2と、電力増幅器101、102、103及び104と、送信配線111〜114と、出力端子OUT_A1、OUT_A2、OUT_B1及びOUT_B2とを有する。
言い換えると、この高周波電力増幅器110は、第1モードと、第1モードとは異なる通信方式である第2モードとを含む複数の通信モードの高周波信号の電力増幅に用いられ、第1モードかつ第1の周波数帯域内の第1高周波信号と、第2モードかつ第1の周波数帯域内の第3高周波信号とが択一的に入力される第1入力端子と、第1モードかつ第1の周波数帯域と異なる周波数帯域である第2の周波数帯域内の第2高周波信号と、第2モードかつ第2の周波数帯域内の第4高周波信号とが択一的に入力される第2入力端子と、第1入力端子に入力された第1高周波信号を増幅する第1電力増幅器と、第2入力端子に入力された第2高周波信号を増幅する第2電力増幅器と、第1入力端子に入力された第3高周波信号を増幅する第3電力増幅器と、第2入力端子に入力された第4高周波信号を増幅する第4電力増幅器とを有し、第1電力増幅器、第2電力増幅器、第3電力増幅器及び第4電力増幅器は、この順に並んで配置されている。
ここで、第1モード及び第2モードとは、大きくはアクセス方式に対応し、例えば、第1モードがCDMAモード、第2モードがTDMAモードである。また具体的には、アクセス方式毎の通信システムに対応し、例えば、第1モードは、アクセス方式がCDMAモードであるUMTSモードであり、第2モードは、アクセス方式がTDMAモードであるDCSモード及びGSMモードである。また、第1の周波数帯域及び第2の周波数帯域とは、高周波電力増幅器110に入力される高周波信号のうち、周波数帯域が比較的近い高周波信号の帯域を含む周波数帯域である。例えば、本実施形態では、第1の周波数帯域とは、2GHz帯域と1.8GHz帯域とを含む比較的高い周波数帯域であり、第2の周波数帯域とは、850MHz帯域と900MHz帯域とを含む比較的低い周波数帯域である。
入力端子IN1は、本発明の第1入力端子であって、比較的高い周波数帯域の高周波信号である、1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号及び2GHz帯域のUMTSモードの高周波信号が入力される。入力端子IN2は、本発明の第2入力端子であって、比較的低い周波数帯域の高周波信号である、850MHz帯域のUMTSモードの高周波信号及び900MHz帯域のGSMモードの高周波信号が入力される。
なお、2GHz帯域のUMTSモードの高周波信号は本発明の第1高周波信号であり、850MHz帯域のUMTSモードの高周波信号は本発明の第2高周波信号であり、1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号は本発明の第3高周波信号であり、900MHz帯域のGSMモードの高周波信号は本発明の第4高周波信号である。
つまり、RFIC150から高周波電力増幅器110へ入力される高周波信号は、比較的周波数帯域が近い2GHz帯域の高周波信号と1.8GHz帯域の高周波信号とが入力端子IN1へ、850MHz帯域の高周波信号と900MHz帯域の高周波信号とが入力端子IN2へ、モードに関わらず入力される。
電力増幅器101は、入力側が入力端子IN1と接続され、入力端子IN1に入力された2GHz帯域のUMTSモードの高周波信号を増幅する。電力増幅器102は、入力側が入力端子IN2と接続され、入力端子IN2に入力された850MHz帯域のUMTSモードの高周波信号を増幅する。電力増幅器103は、入力側が入力端子IN1と接続され、入力端子IN1に入力された1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号を増幅する。電力増幅器104は、入力側が入力端子IN2と接続され、入力端子IN2に入力された900MHz帯域のGSMモードの高周波信号を増幅する。
これらの電力増幅器101と、電力増幅器102と、電力増幅器103と、電力増幅器104とは、この順に並んで配置されている。
これにより、1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号及び900MHz帯域のGSMモードの高周波信号の送信時に、1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号及び900MHz帯域のGSMモードの高周波信号が、2GHz帯域のUMTSモードの高周波信号の受信経路、及び、900MHz帯域のGSMモードの高周波信号の受信経路に漏れることを防止することが可能となる。例えば、図16に示すように、第2の送信経路9111と受信経路9123との交差を解消できるので、第2の送信経路9111から受信経路9123への高周波信号の漏れを防止できる。よって、受信感度の劣化を低減可能となる。
送信配線111は、本発明の第1送信配線であって、一端が電力増幅器101の出力側に接続され、他端が出力端子OUT_A1に接続されている。送信配線112は、本発明の第2送信配線であって、一端が電力増幅器102の出力側に接続され、他端が出力端子OUT_A2に接続されている。送信配線113は、本発明の第3送信配線であって、一端が電力増幅器103の出力側に接続され、他端が出力端子OUT_B1に接続されている。送信配線114は、本発明の第4送信配線であって、一端が電力増幅器104の出力側に接続され、他端が出力端子OUT_B2に接続されている。
これらの送信配線111〜114は互いに交差せず、受信部120は送信配線113及び114よりも送信配線111及び112の近くに配置されている。
このように構成された高周波電力増幅器110は、入力端子IN1に入力される2GHz帯域のUMTSモードの高周波信号を、電力増幅器101で増幅して出力端子OUT_A1から出力する。同様に、入力端子IN1に入力される1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号を、電力増幅器103で増幅して出力端子OUT_B1から出力する。また、入力端子IN2に入力される900MHz帯域のGSMモードの高周波信号を、電力増幅器104で増幅して出力端子OUT_B2から出力する。同様に、入力端子IN2に入力される850MHz帯域のUMTSモードの高周波信号を、電力増幅器102で増幅して出力端子OUT_A2から出力する。
また、図2に示すように、2GHz帯域のUMTSモードの送信信号を出力する出力端子OUT_A1と、850MHz帯域のUMTSモードの送信信号を出力する出力端子OUT_A2とは、隣接するように、あるいは他の出力端子を間に挟まないように配置され、1.8GHz帯域のDCSモードの送信信号を出力する出力端子OUT_B1と、900MHz帯域のGSMモードの送信信号を出力する出力端子OUT_B2とは、隣接するように、あるいは他の出力端子を間に挟まないように配置されている。
また、送信配線111〜114は互いに十分なアイソレーションが確保されるようにレイアウトされている。
図3Aは、本実施形態に係る高周波電力増幅装置190の配置レイアウトの一例を示す図であり、図3Bは、高周波電力増幅装置190の配置レイアウトの他の一例を示す図である。以下、図3Aに示す配置レイアウトを有する高周波電力増幅装置190と、図3Bに示す配置レイアウトを有する高周波電力増幅装置190とを区別するために、図3Aに示す配置レイアウトを有する高周波電力増幅装置を高周波電力増幅装置190A、図3Bに示す配置レイアウトを有する高周波電力増幅装置を高周波電力増幅装置190Bと記載する。なお、特に両者を区別しない場合は、高周波電力増幅装置190と記載する。
図3Aに示す高周波電力増幅装置190Aは、図1及び高周波電力増幅器110が形成された半導体基板141と、デュプレクサ170a及び170bと、フィルタ180a及び180bと、アンテナスイッチ130と、受信部120が実装された多層プリント基板142を備える。
半導体基板141には、図2に示した電力増幅器101〜104と、送信配線111〜114とが形成されている。
多層プリント基板142は、本発明の基板であって、送信配線115〜118と、送受信配線121及び122と、受信配線131〜134とが形成されている。
送信配線115は、本発明の第5送信配線であって、一端が送信配線111の他端に接続され、他端がデュプレクサ170aの送信端子に接続されている。送信配線116は、本発明の第6送信配線であって、一端が送信配線112の他端に接続され、他端がデュプレクサ170bの送信端子に接続されている。送信配線117は、本発明の第7送信配線であって、一端が送信配線113の他端に接続され、他端がフィルタ180aを介してアンテナスイッチ130の第3入力端子に接続されている。送信配線118は、本発明の第8送信配線であって、一端が送信配線114の他端に接続され、他端がフィルタ180bを介してアンテナスイッチ130の第4入力端子に接続されている。
送受信配線121は、一端がデュプレクサ170aの送受信端子に接続され、他端がアンテナスイッチ130の第1入力端子に接続されている。送受信配線122は、一端がデュプレクサ170bの送受信端子に接続され、他端がアンテナスイッチ130の第2入力端子に接続されている。
受信配線131は、本発明の第1受信配線であって、一端がデュプレクサ170aの受信端子に接続され、他端が受信増幅器RxA1の入力端子に接続されている。受信配線132は、本発明の第2受信配線であって、一端がデュプレクサ170bの受信端子に接続され、他端が受信増幅器RxA2の入力端子に接続されている。受信配線133は、一端がアンテナスイッチ130の第5入力端子に接続され、他端が受信増幅器RxB1の入力端子に接続されている。受信配線134は、一端がアンテナスイッチ130の第6入力端子に接続され、他端が受信増幅器RxB2の入力端子に接続されている。なお、受信増幅器RxA1、RxA2、RxB1及びRxB2それぞれの入力端子は、受信部120の入力端子と実質的に同じとみなし、受信配線131〜134は、プリント基板142に形成されているとする。
なお、デュプレクサ170aの送信端子は本発明の第1送信端子であって、デュプレクサ170aの送受信端子は本発明の第1送受信端子であって、デュプレクサ170aの受信端子は本発明の第1受信端子である。また、デュプレクサ170bの送信端子は本発明の第2送信端子であって、デュプレクサ170bの送受信端子は本発明の第2送受信端子であって、デュプレクサ170bの受信端子は本発明の第2受信端子である。
以上説明した送信配線115〜118と、送受信配線121及び122と、受信配線131、133及び134とは、それぞれ、多層プリント基板142の第1配線層に形成され、受信配線132は、多層プリント基板142の第1配線層とは異なる第2配線層に形成されている。例えば、多層プリント基板142は4層基板であり、第1配線層は多層プリント基板142の表面の配線層であり、第2配線層は裏面の配線層である。
受信配線131は、送信配線117及び送信配線118のいずれとも交差せず、受信配線132も、送信配線117及び送信配線118のいずれとも交差しない。
これにより、高周波電力増幅装置190が1.8GHz帯域のDCSモードで通信している場合における、受信配線131及び受信配線132を介して伝播する1.8GHz帯域かつDCSモードの高周波信号の送信電力の漏れによる受信感度の劣化を、確実に低減できる。また、高周波電力増幅装置190が900MHz帯域のGSMモードで通信している場合における、受信配線131及び受信配線132を介して伝播する900MHz帯域かつGSMモードの高周波信号の送信電力の漏れによる受信感度の劣化を、確実に低減できる。
また、受信配線131は、送信配線117及び送信配線118のいずれとも100μm以上離間して配置され、受信配線132は、送信配線117及び送信配線118のいずれとも100μm以上離間して配置されている。
これにより、受信配線131と送信配線117とのアイソレーション、受信配線131と送信配線118とのアイソレーション、受信配線132と送信配線117とのアイソレーション、及び、受信配線132と送信配線118とのアイソレーションが向上し、高周波信号の送信電力の漏れによる受信感度の劣化を、一層低減できる。
具体的には、例えば、受信配線131の配線幅が100μm、送信配線117の配線幅も100μm、受信配線131と送信配線117との最短距離が100μmの場合、受信配線131と送信配線117との間の容量成分は0.001pF程度となる。容量成分が0.001pF以下であれば、送信配線117を伝播する1.8GHz帯域の高周波信号の送信電力の受信配線131への漏れを十分に抑制できる。つまり、受信感度の劣化を一層低減できる。また、受信配線131の配線幅が100μm、送信配線118の配線幅も100μm、受信配線131と送信配線118との最短距離が100μmの場合、受信配線131と送信配線118との容量成分は0.001pFとなる。よって、送信配線118を伝播する900MHz帯域のGSMモードの高周波信号の送信電力の受信配線131への漏れを十分に抑制できる。また、これは、受信配線131に限らず受信配線132に関しても同様である。
図3Bに示す高周波電力増幅装置190Bは、図3Aに示した高周波電力増幅装置190Aとほぼ同じであるが、高周波電力増幅装置190と比較して、受信配線131が第2配線層に形成されている点が異なる。
これにより、送信配線117を伝播する1.8GHz帯域かつDCSモードの高周波信号の送信電力が空中を伝播することによる受信配線131への送信電力の漏れ、及び、送信配線118を伝播する900MHz帯域のGSMモードの高周波信号の送信電力が空中を伝播することによる受信配線131への送信電力の漏れを低減できる。よって、高周波電力増幅装置190Bは、図3Aに示した高周波電力増幅装置190Aと比較して、高周波信号の送信電力の漏れによる受信感度の劣化を、より一層低減できる。
以上のように、本実施形態に係る高周波電力増幅装置190は、CDMAモードと、CDMAモードとは異なる通信方式であるTDMAモードとを含む複数の通信モードの高周波信号の電力増幅に用いられる高周波電力増幅装置であって、CDMAモードかつ第1の周波数帯域内の高周波信号である2GHz帯域のUMTSモードの高周波信号と、TDMAモードかつ第1の周波数帯域内の高周波信号である1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号とが択一的に入力される入力端子IN1と、CDMAモードかつ第1の周波数帯域と異なる周波数帯域である第2の周波数帯域内の高周波信号である850MHz帯域のUMTSモードの高周波信号と、TDMAモードかつ第2の周波数帯域内の高周波信号である900MHz帯域のGSMモードの高周波信号とが択一的に入力される入力端子IN2と、入力端子IN1に入力された2GHz帯域のUMTSモードの高周波信号を増幅する電力増幅器101と、入力端子IN2に入力された850MHz帯域のUMTSモードの高周波信号を増幅する電力増幅器102と、入力端子IN1に入力された1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号を増幅する電力増幅器103と、入力端子IN2に入力された900MHz帯域のGSMモードの高周波信号を増幅する電力増幅器104とを有し、電力増幅器101、電力増幅器102、電力増幅器103及び電力増幅器104は、この順に並んで配置されている。
これにより、1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号及び900MHz帯域のGSMモードの高周波信号の送信時に、1.8GHz帯域のDCSモードの高周波信号及び900MHz帯域のGSMモードの高周波信号が、2GHz帯域のUMTSモードの高周波信号の受信経路、及び、900MHz帯域のGSMモードの高周波信号の受信経路に漏れることを防止することが可能となる。よって、受信感度の劣化を低減可能となる。
また、図3A及び図3Bに示したように、高周波電力増幅器110の構成及び配置レイアウトを採用することにより、図1に示すような出力端子OUT_A1とデュプレクサ170aとの接続、及び出力端子OUT_A2とデュプレクサ170bとの接続を無線通信装置100のプリント基板142上に集約して配置することが可能となり、よりシンプルなレイアウトで小型化及び低コスト化が可能となる。
また、出力端子OUT_B1とフィルタ180aとの接続、及び出力端子OUT_B2とフィルタ180bとの接続も、同様に無線通信装置100のプリント基板142上に集約して配置することが可能となり、よりシンプルなレイアウトで小型化及び低コスト化が可能となる。
また、受信配線131は、送信配線117及び118のいずれとも交差せず、受信配線132も、送信配線117及び118のいずれとも交差しない。これにより、受信感度劣化を確実に低減できる。
なお、電力増幅器101〜104は、化合物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及び電界効果トランジスタを用いてもよい。
(実施形態1の変形例)
実施形態1では、1.8GHz帯域のDCSモード、900MHz帯域のGSMモード、2GHz帯域のUMTSモード及び850MHz帯域のUMTSモードの4バンド・3モードへの対応を例としていたが、さらに周波数帯域やモードの追加を行ってもよい。
実施形態1では、1.8GHz帯域のDCSモード、900MHz帯域のGSMモード、2GHz帯域のUMTSモード及び850MHz帯域のUMTSモードの4バンド・3モードへの対応を例としていたが、さらに周波数帯域やモードの追加を行ってもよい。
本変形例に係る高周波電力増幅装置は、実施形態1に係る高周波電力増幅装置190が対応するバンド及びモードに加えて、さらに、1.9GHz帯域のUMTSモードに対応し、合計で5バンド・3モードに対応する構成を有する。
図4は、実施形態1の変形例に係る高周波電力増幅装置を有する無線通信装置の構成及び実際の基板への配置レイアウトを模式的に示すブロック図である。
同図に示す無線通信装置200は、図1に示す無線通信装置100と比較して、さらに1.9GHz帯域のUMTSモードに対応し、5バンド・3モードに対応する。具体的には、この無線通信装置200は、無線通信装置100と比較して、アンテナスイッチ130に代わりアンテナスイッチ230を備え、高周波電力増幅装置190に代わり高周波電力増幅装置290を備える。
アンテナスイッチ230は、アンテナスイッチ130と比較して、さらに1.9GHz帯域のUMTSモードに対応する入力端子を有する。
高周波電力増幅装置290は、図1と比較して、さらに1.9GHz帯域のUMTSモードに対応するデュプレクサ270を備え、高周波電力増幅器110に代わり高周波電力増幅器210を備え、受信部120に代わり受信部220を備える。
高周波電力増幅器210は、高周波電力増幅器110と比較して、さらに1.9GHz帯域のUMTSモードに対応する出力端子OUT_A3を有する。
受信部220は、受信部120と比較して、さらに、アンテナ140からアンテナスイッチ230を介して入力された1.9GHz帯域のUTMTSモードに対応する受信周波数帯域の受信信号を増幅する受信増幅器RxA3を有する。
図5は、高周波電力増幅器210の具体的な回路構成及び実際の基板への配置レイアウトを模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器210は、図2に示した高周波電力増幅器110と比較して、さらに、UMTSモード(この場合は1.9GHz帯域)の電力増幅器105と、送信配線119と、上述した出力端子OUT_A3とを有する。
電力増幅器105は、入力側が入力端子IN1と接続され、入力端子IN1に入力された1.9GHz帯域のUMTSモードの高周波信号を増幅する。この電力増幅器105は、電力増幅器101、電力増幅器102、電力増幅器105、電力増幅器103及び電力増幅器104の順になるように、並んで配置されている。
送信配線119は、一端が電力増幅器105の出力側に接続され、他端が出力端子OUT_A3に接続されている。送信配線111〜114及び送信配線119は互いに交差せず、受信部220は送信配線113及び114よりも送信配線111、112及び119の近くに配置されている。
このように構成された高周波電力増幅器210は、高周波電力増幅器110と比較してさらに、入力端子IN1に入力される1.9GHz帯域のUMTSモードの高周波信号を、電力増幅器105で増幅して出力端子OUT_A3へ出力する。
また、図5に示すように、2GHz帯域のUMTSモードの信号を出力する出力端子OUT_A1と、850MHz帯域のUMTSモードの信号を出力する出力端子OUT_A2と、1.9GHz帯域のUMTSモードの信号を出力する出力端子OUT_A3とは、隣接するように、あるいは他の出力端子を間に挟まないように配置される。
また、送信配線111〜114及び送信配線119は互いに十分なアイソレーションを確保してレイアウトを行う。
追加された周波数帯域・モードの動作に関しては、出力端子OUT_A3から出力される1.9GHz帯域のUMTSモードの送信信号は、デュプレクサ270で帯域制限されてスイッチ230を介してアンテナ140から送信される。
以上のことから、本実施形態の高周波電力増幅器及びそれを用いた無線通信装置200は、UMTSモードに対応したデュプレクサ170a、170b及び270からの配線が、GSMモード、DCSモードの送信経路と交差することがないので、受信部の受信感度劣化などの高周波特性の劣化問題を回避し、小型かつ抵抗コストで良好な無線通信特性の実現が可能となる。
(実施形態2)
本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、実施形態1に係る高周波電力増幅装置190とほぼ同じであるが、高周波電力増幅器110に代わり、高周波電力増幅器310A〜310Gのいずれかを有する点が異なる。以下、本実施形態に係る高周波電力増幅装置について、図6A〜図6Gを用いて説明する。
本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、実施形態1に係る高周波電力増幅装置190とほぼ同じであるが、高周波電力増幅器110に代わり、高周波電力増幅器310A〜310Gのいずれかを有する点が異なる。以下、本実施形態に係る高周波電力増幅装置について、図6A〜図6Gを用いて説明する。
図6A〜図6Gは本発明の実施形態2に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器310A〜310Gのそれぞれの回路構成及び実際の基板への配置レイアウトを模式的に示す図である。高周波電力増幅器310A〜310Gは、実施形態1に係る高周波電力増幅装置190が有する高周波電力増幅器110と比較して、半導体基板上に形成される電力増幅器101〜104を複数の半導体基板に分離して構成した点が異なる。
図6Aは、実施形態2に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器310Aは、実施形態1に係る高周波電力増幅装置190が有する高周波電力増幅器110と比較して、半導体基板142がICチップ311及び312からなり、電力増幅器101及び102がICチップ311に形成され、電力増幅器103及び104がICチップ312に形成されている点が異なる。言い換えると、高周波電力増幅器310Aは、UMTSモードの電力増幅器101及び102がICチップ311に集積され、DCSモード及びGSMモードの電力増幅器103及び104がICチップ312に集積されている。これらのICチップ311及び312は、多層プリント基板142に実装されている。
なお、ICチップ311は本発明の第1半導体基板であって、ICチップ312は本発明の第2半導体基板である。また、実施形態1では、送信配線111〜114は半導体基板141に形成されていたが、本実施形態では、送信配線111〜114それぞれの一部は半導体基板141に形成され、送信配線111〜115それぞれの他部は多層プリント基板142に形成されている。
以上のように、高周波電力増幅器310Aを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、半導体基板141がICチップ311及び312からなり、電力増幅器101及び102がICチップ311に形成され、電力増幅器103及び104がICチップ312に形成されている。
これにより、互いに異なるICチップに形成された2つの電力増幅器の出力側のアイソレーションが向上する。具体的には、電力増幅器101の出力側と電力増幅器103の出力側とのアイソレーション、電力増幅器101の出力側と電力増幅器104の出力側とのアイソレーション、電力増幅器102の出力側と電力増幅器103の出力側とのアイソレーション、及び、電力増幅器102の出力側と電力増幅器104の出力側とのアイソレーションが向上する。よって、各電力増幅器(電力増幅器101、電力増幅器102、電力増幅器103及び電力増幅器104)で増幅された高周波信号の送信電力の漏れによる受信感度の劣化を一層低減できる。
図6Bは、実施形態2に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの他の一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器310Bは、図6Aに示した高周波電力増幅器310Aと比較して、電力増幅器101及び102と、電力増幅器101の入力側と電力増幅器103の入力側との接続点とがICチップ321に形成され、電力増幅器103及び104と、電力増幅器102の入力側と電力増幅器104の入力側との接続点とがICチップ322に形成されている点が異なる。これらのICチップ321及び322は、多層プリント基板142に実装されている。
具体的には、高周波電力増幅器310Bは、一端が入力端子IN1に接続され、他端が電力増幅器101の入力端子に接続された入力配線151と、一端が入力端子IN2に接続され、他端が電力増幅器102の入力端子に接続された入力配線152と、一端が入力配線151に接続され、他端が電力増幅器103の入力端子に接続された入力配線153と、一端が入力配線152に接続され、他端が電力増幅器104の入力端子に接続された入力配線154とを有する。入力配線153の一端はICチップ321内で入力配線151と接続し、入力配線154の一端はICチップ322内で入力配線152と接続する。
なお、ICチップ321は本発明の第1半導体基板であり、ICチップ322は本発明の第2半導体基板である。また、入力配線151は本発明の第1入力配線であり、入力配線152は本発明の第2入力配線であり、入力配線153は本発明の第3入力配線であり、入力配線154は本発明の第4入力配線である。
以上のように、高周波電力増幅器310Bを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、入力配線151と入力配線153との接続点がICチップ321内に集積され、入力配線152と入力配線154との接続点がICチップ322内に集積されている。
これにより、高周波電力増幅器310Bを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、図6Aに示す高周波電力増幅器310Aを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置の構成に比べて、小型化が可能となる。
図6Cは、実施形態2に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの他の一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器310Cは、図6Bに示した高周波電力増幅器310Bと比較して、ICチップ321に代わりICチップ331を有し、ICチップ322に代わりICチップ332を有する点が異なる。
ICチップ331は、ICチップ321と比較して、入力配線151と入力配線152との接続点が形成されていない点が異なる。一方、ICチップ332は、ICチップ322と比較して、さらに、入力配線151と入力配線152との接続点が形成されている点が異なる。
つまり、電力増幅器101及び102がICチップ331に形成され、電力増幅器103及び104と、電力増幅器101の入力側と電力増幅器103の入力側との接続点と、電力増幅器102の入力側と電力増幅器104の入力側との接続点とがICチップ332に形成されている点が異なる。これらのICチップ331及び332は、多層プリント基板142に実装されている。
なお、ICチップ331は本発明の第1半導体基板であり、ICチップ332は本発明の第2半導体基板である。
以上のように、高周波電力増幅器310Cを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、電力増幅器103及び104が形成されているICチップ332内に入力配線151と入力配線153との接続点及び入力配線152と入力配線154との接続点が集積されている。
これにより、高周波電力増幅器310Cを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、図6Bに示す高周波電力増幅器310Bを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置の構成に比べて、ICチップ332上での設計の自由度が向上する。また、入力配線151と入力配線153との接続点と、入力配線152と入力配線154との接続点との集約がより可能となり、より小型化が可能となる。
図6Dは、実施形態2に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの他の一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器310Dは、図6Cに示した高周波電力増幅器310Cと比較して、ICチップ331に代わりICチップ341を有し、ICチップ332に代わりICチップ342を有する点が異なる。
ICチップ341は、ICチップ331と比較して、入力配線151と入力配線153との接続点と、入力配線152と入力配線154との接続点とが形成されている点が異なる。一方、ICチップ342は、ICチップ332と比較して、入力配線151と入力配線153との接続点と、入力配線152と入力配線154との接続点とが形成されていない点が異なる。
つまり、高周波電力増幅器310Dは、高周波電力増幅器310Cと比較して、入力配線151と入力配線153との接続点と、入力配線152と入力配線154との接続点とが、電力増幅器101及び電力増幅器102が形成されているICチップ内に集積されている点が異なる。
これにより、高周波電力増幅器310Dを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、ICチップ342上での設計の自由度が向上する。また、図6Cに示す高周波電力増幅器310Cと同様に、入力配線151と入力配線153との接続点と、入力配線152と入力配線154との接続点との集約が可能となり、小型化が可能となる。
図6Eは、実施形態2に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの他の一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器310Eは、図6Aに示した高周波電力増幅器310Aと比較して、ICチップ311及び312に代わり、電力増幅器101が形成されたICチップ351と、電力増幅器102が形成されたICチップ352と、電力増幅器103及び104が形成されたICチップ353とを備える。これらのICチップ351〜353は、多層プリント基板142に実装されている。
なお、ICチップ351は本発明の第1半導体基板であり、ICチップ352は本発明の第2半導体基板であり、ICチップ353は本発明の第3半導体基板である。
以上のように、高周波電力増幅器310Eを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、半導体基板141がICチップ351〜353からなり、電力増幅器101がICチップ351に形成され、電力増幅器102がICチップ352に形成され、電力増幅器103及び104がICチップ353に形成されている。
これにより、高周波電力増幅器310Eを有する高周波電力増幅装置は、図6Aに示した高周波電力増幅器310Aを有する高周波電力増幅装置と比較して、さらに、電力増幅器101の出力側と電力増幅器102の出力側とのアイソレーションが向上する。よって、図6Aに示す構成に比べて、各電力増幅器(電力増幅器101、電力増幅器102、電力増幅器102及び電力増幅器103)で増幅された高周波信号の送信電力の漏れによる受信感度の改善がさらに期待できる。
図6Fは、実施形態2に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの他の一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器310Fは、図6Eに示した高周波電力増幅器310Eと比較して、ICチップ351〜353に代わり、電力増幅器101及び102が形成されたICチップ361と、電力増幅器103が形成されたICチップ362と、電力増幅器104が形成されたICチップ363とを備える。これらのICチップ361〜363は、多層プリント基板142に実装されている。
なお、ICチップ361は本発明の第1半導体基板であり、ICチップ362は本発明の第2半導体基板であり、ICチップ363は本発明の第3半導体基板である。
以上のように、高周波電力増幅器310Fを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、半導体基板141がICチップ361〜363からなり、電力増幅器101及び102がICチップ361に形成され、電力増幅器103がICチップ362に形成され、電力増幅器104がICチップ363に形成されている。
これにより、高周波電力増幅器310Fを有する高周波電力増幅装置は、図6Aに示した高周波電力増幅器310Aを有する高周波電力増幅装置と比較して、さらに、電力増幅器103の出力側と電力増幅器104の出力側とのアイソレーションが向上する。よって、図6Eに示す構成と同様に、図6Aに示す構成に比べて各電力増幅器(電力増幅器101、電力増幅器102、電力増幅器102及び電力増幅器103)で増幅された高周波信号の送信電力の漏れによる受信感度の改善がさらに期待できる。
図6Gは、実施形態2に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの他の一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器310Gは、図6Fに示した高周波電力増幅器310Fと比較して、ICチップ361〜364に代わり、電力増幅器101が形成されたICチップ371と、電力増幅器102が形成されたICチップ372と、電力増幅器103が形成されたICチップ373と、電力増幅器104が形成されたICチップ374とを備える。これらのICチップ371〜372は、多層プリント基板142に実装されている。
なお、ICチップ371は本発明の第1半導体基板であり、ICチップ372は本発明の第2半導体基板であり、ICチップ373は本発明の第3半導体基板であり、ICチップ374は本発明の第4半導体基板である。
以上のように、高周波電力増幅器310Gを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、少なくとも1つの半導体基板141がICチップ371〜374からなり、電力増幅器101がICチップ371に形成され、電力増幅器102がICチップ372に形成され、電力増幅器103がICチップ373に形成され、電力増幅器104がICチップ374に形成されている。
これにより、高周波電力増幅器310Gを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、電力増幅器101〜104のうちいずれの2つの電力増幅器の出力側のアイソレーションも十分に確保できる。つまり、図6A、図6E及び図6Fに示す構成に比べて、各電力増幅器(電力増幅器101、電力増幅器102、電力増幅器102及び電力増幅器103)で増幅された高周波信号の送信電力の漏れによる受信感度の改善がさらに期待できる。
以上、実施形態2に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の複数例について、図6A〜図6Gを用いて説明した。このように本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、異なるICチップに形成された電力増幅器101〜104の出力側のアイソレーションが向上するため、各電力増幅器(電力増幅器101、電力増幅器102、電力増幅器102及び電力増幅器103)で増幅された高周波信号の送信電力の漏れによる受信感度の改善が期待できる。
(実施形態3)
本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、実施形態1に係る高周波電力増幅装置190と比較して、第1電力増幅器及び第2電力増幅器が多段接続されたm(mは自然数)個の増幅素子を有し、第3電力増幅器及び第4電力増幅器が多段接続されたn(n>mの自然数)個の増幅素子を有し、さらに、m個の増幅素子及びn個の増幅素子のそれぞれに電源を供給するために、第1〜4電力増幅器に共通に設けられたm本の第1電源線と、第3電力増幅器及び第4電力増幅器に共通に設けられたn−m本の第2電源線とを有し、m本の第1電源線のそれぞれと、n−m本の第2電源線のそれぞれとは、互いに交差しない。これにより、本実施形態に係る高周波電力増幅装置は小型化できる。
本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、実施形態1に係る高周波電力増幅装置190と比較して、第1電力増幅器及び第2電力増幅器が多段接続されたm(mは自然数)個の増幅素子を有し、第3電力増幅器及び第4電力増幅器が多段接続されたn(n>mの自然数)個の増幅素子を有し、さらに、m個の増幅素子及びn個の増幅素子のそれぞれに電源を供給するために、第1〜4電力増幅器に共通に設けられたm本の第1電源線と、第3電力増幅器及び第4電力増幅器に共通に設けられたn−m本の第2電源線とを有し、m本の第1電源線のそれぞれと、n−m本の第2電源線のそれぞれとは、互いに交差しない。これにより、本実施形態に係る高周波電力増幅装置は小型化できる。
以下、本実施形態について、図7〜図10を用いて説明する。
本実施形態は、周波数帯域の数や変調方式に依存しないが、説明の簡便性を考慮し、以下の構成においては、欧州・アジアを中心に広く使用されている1.8GHz帯域のDCSモード、900MHz帯域のGSMモード、2GHz帯域のUMTSモード及び850MHz帯域のUMTSモードの4バンド・3モードへの対応を例にして説明する。
図7は、本実施形態に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器410Aは、図2に示した高周波電力増幅器110と比較して、電力増幅器101〜104に代わり、多段接続されたm(例えば2)個の増幅素子を有する電力増幅器401及び402と、多段接続されたn(例えば3)個の増幅素子を有する電力増幅器403及び404とを有し、さらに、電源端子411〜413と、電源線416〜418とを有する。
各電力増幅器401〜404に要求される利得は、各電力増幅器401〜404が対応するモードの変調方式の送信システム要件に応じて異なる。この各電力増幅器401〜404に要求される利得に応じて、各電力増幅器401〜404の増幅素子の段数構成が決定される。
例えば、本実施形態のように、UMTSモードとGSMモードとDCSモードとの3モードに対応する高周波電力増幅器410Aの場合、図7に示すように、UMTSモードに対応する電力増幅器401及び402は2段の増幅素子を含み、GSMモード又はDCSモードに対応する電力増幅器403及び404は3段の増幅素子を含む。
なお、電力増幅器401は本発明の第1電力増幅器であって、電力増幅器402は本発明の第2電力増幅器であって、電力増幅器403は本発明の第3電力増幅器であって、電力増幅器404は本発明の第4電力増幅器である。
電源線416は、本発明の第2電源線であって、電源端子411に供給された電源を電力増幅器403及び404のそれぞれが有する増幅素子に供給するために、電力増幅器403及び404に共通に設けられている。
電源線417及び418は、本発明の第1電源線であって、電源端子412及び413に供給された電源を電力増幅器401〜404のそれぞれが有する増幅素子に供給するために電力増幅器401〜404に共通に設けられている。
本例のように段数が異なる電力増幅器の組み合わせで高周波電力装置が構成される場合、段数が同じ電力増幅器を隣接して配置したことが本実施形態の特徴の1つである。つまり、電力増幅器401、電力増幅器402、電力増幅器403及び電力増幅器404は、この順に並んで配置されている。
また、本実施形態の別の特徴は、全ての電力増幅器(電力増幅器401、電力増幅器402、電力増幅器403及び電力増幅器404)に共通に設けられた電源線(電源線417及び電源線418)と、一部の電力増幅器(電力増幅器403及び電力増幅器404)に共通に設けられた電源線416とは、互いに交差しないことである。
これにより、電源線416〜418の交差が多く発生し複雑になることを防止できる。よって、高周波電力増幅器410Aが小型化できるので、高周波電力増幅器410Aを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置が小型化できる。
ここで、電力増幅器401の詳細な構成について説明する。
図8は、電力増幅器401の詳細な回路構成を示す回路図である。
同図に示す電力増幅器401は、多段接続された2個の増幅素子を有し、入力端子Pinから入力された高周波信号を増幅して出力端子Poutへ出力する。この電力増幅器401は、整合回路MC1及びMC2と、コンデンサC1〜C4と、インダクタL1及びL2と、前段トランジスタTr1と、後段トランジスタTr2と、バイアス回路B1及びB2とを有する。
整合回路MC1は、入力端子Pinを介して電力増幅器401の入力側に接続されている伝送ラインのインピーダンス(一般的に50Ω)と、前段トランジスタTr1の入力インピーダンスとの整合をとる。
整合回路MC2は、出力端子Poutを介して電力増幅器401の出力側に接続されている伝送ラインのインピーダンスと、後段トランジスタTr2の出力インピーダンスとの整合をとる。
前段トランジスタTr1及び後段トランジスタTr2は、本発明の増幅素子であって、ベースに入力された高周波信号を増幅してコレクタから出力する。
ここで、前段トランジスタTr1のベースはDCカット用のコンデンサC1を介して整合回路MC1に接続され、前段トランジスタTr1のエミッタは接地され、前段トランジスタTr1のコレクタはDCカット用のコンデンサC3を介して後段トランジスタTr2のベースと接続されている。つまり、前段トランジスタTr1及びTr2は多段接続されている。また、前段トランジスタTr1のベースはバイアス回路B1にも接続され、前段トランジスタTr1のコレクタはインダクタL1を介して電圧Vccが供給されている電源端子にも接続されている。
一方、後段トランジスタTr2のコレクタは、整合回路MC2に接続され、さらに、インダクタL2を介して電圧Vccが供給されている電源端子にも接続されている。
バイアス回路B1は、電源端子412から電源線417を介して供給された電圧Vref1に基づき前段トランジスタTr1のバイアス電圧を生成し、前段トランジスタTr1のベースへ供給する。
バイアス回路B2は、電源端子413から電源線418を介して供給された電圧Vref2に基づき後段トランジスタTr2のバイアス電圧を生成し、後段トランジスタTr2のベースへ供給する。
なお、インダクタL1及びL2は、前段トランジスタTr1及び後段トランジスタTr2で増幅された高周波信号の電圧Vccが供給されている電源端子への漏れを防止する、例えば、1/4波長に相当する伝送ラインである。
このように構成された電力増幅器401は、電源端子412及び413に供給される電圧Vref1及びVref2に応じて、動作及び非動作を切り替える。なお、電力増幅器402も、図8に示す電力増幅器401と同様の構成を有する。また、電力増幅器403及び404は、図8に示す構成に、さらに1つのトランジスタを多段接続した構成を有する。
次に、本実施形態に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器410Aの比較例として、増幅素子の段数が同じ電力増幅器を隣接して配置しない場合の、高周波電力増幅器の構成について説明する。
図9は、実施形態3の比較例の高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの一例を模式的に示す図である。
この比較例の高周波電力増幅器510は、多段接続された2個の増幅素子を有する電力増幅器501及び503と、多段接続された3個の増幅素子を有する電力増幅器502及び504とを有し、電力増幅器501、電力増幅器502、電力増幅器503及び電力増幅器504は、この順に並んで配置されている。
ここで、図7に示した高周波電力増幅器410Aと図9に示した高周波電力増幅器510とを比較する。高周波電力増幅器410Aでは電源線416〜418の交差する箇所が1箇所であるが、高周波電力増幅器510では電源線516〜518の交差する箇所が3箇所となっている。
つまり、図7に示した高周波電力増幅器410Aのように、増幅素子の段数が同じ電力増幅器を隣接して配置する方が、電源配線の交差が多く発生し複雑になることを防ぐことができる。
以上のように、高周波電力増幅器410Aを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、電力増幅器401及び402が多段接続された2個の増幅素子を有し、電力増幅器403及び404が多段接続された3個の増幅素子を有し、高周波電力増幅装置は、さらに、電力増幅器401及び402のそれぞれが有する2個の増幅素子のそれぞれと、電力増幅器403及び404のそれぞれが有する3個の増幅素子のそれぞれとに電源を供給するために、電力増幅器401〜404に共通に設けられた電源線417及び418と、電力増幅器403及び404に共通に設けられた電源線416とを有し、電源線417及び418のそれぞれと電源線416とは互いに交差しない。
これにより、電源線416〜418の交差を少なくし、電源線416〜418の配置を簡素化できる。よって、本実施形態に係る高周波電力増幅装置は小型化できる。
なお、本実施形態は、UMTSモード、GSMモード及びDCSモードで、かつ2段、3段の増幅素子を有する電力増幅器を含む構成について説明したが、これらのシステムや電力増幅器の段数に依存するものではなく、他のシステムにおいて、増幅素子の段数が異なる電力増幅器を配置する場合にも有効である。
図10は、本実施形態に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの他の一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器410Bは、1個の増幅素子を有する電力増幅器405及び406と、多段接続された2個の増幅素子を有する電力増幅器407及び408とを有し、電力増幅器405、電力増幅器406、電力増幅器407及び電力増幅器408はこの順に並んで配置されている。高周波電力増幅器410Bは、さらに、電力増幅器405〜408に共通に設けられた電源線422と、電力増幅器407及び408に共通に設けられた電源線426とを有し、電源線422と電源線421とは互いに交差しない。
このように、図10に示すような、1段、2段の増幅素子を有する電力増幅器を含む構成である高周波電力増幅器410Bにおいても、増幅素子の段数が同じ電力増幅器を隣接して配置した方が、電源配線が複雑になることを防ぐことができ、高周波電力増幅器の小型化が可能である。
(実施形態4)
本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、実施形態3に係る高周波電力増幅装置とほぼ同じであるが、半導体基板141が第1半導体基板と第2半導体基板とからなり、電力増幅器401及び402が第1半導体基板に形成され、電力増幅器403及び404が第2半導体基板に形成されている点が異なる。以下、本実施形態に係る高周波電力増幅装置について、図11〜図13を用いて説明する。なお、本実施形態についても実施形態3と同様、周波数帯域の数や変調方式に依存しないが、説明の簡便性を考慮し、以下の構成においては、1.8GHz帯域のDCSモード、900MHz帯域のGSMモード、2GHz帯域のUMTSモード、850MHz帯域のUMTSモードの4バンド・3モードへの対応を例にして説明する。
本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、実施形態3に係る高周波電力増幅装置とほぼ同じであるが、半導体基板141が第1半導体基板と第2半導体基板とからなり、電力増幅器401及び402が第1半導体基板に形成され、電力増幅器403及び404が第2半導体基板に形成されている点が異なる。以下、本実施形態に係る高周波電力増幅装置について、図11〜図13を用いて説明する。なお、本実施形態についても実施形態3と同様、周波数帯域の数や変調方式に依存しないが、説明の簡便性を考慮し、以下の構成においては、1.8GHz帯域のDCSモード、900MHz帯域のGSMモード、2GHz帯域のUMTSモード、850MHz帯域のUMTSモードの4バンド・3モードへの対応を例にして説明する。
図11は、実施形態4に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器610Aは、図7に示した高周波電力増幅器410Aと比較して、電力増幅器401及び402がICチップ611に形成され、電力増幅器403及び404がICチップ612に形成されている点が異なる。
このように、個別の半導体基板として高周波電力増幅器に配置する場合において、増幅素子の段数が同じ電力増幅器を同一半導体基板上に配置したことが本実施形態の特徴である。
ICチップ611は、電源端子412から電源線417を介して電源が供給される電源パッドtp12と、電源端子413から電源線418を介して電源が供給される電源パッドtp13とを有する。
ICチップ612は、電源端子411から電源線416を介して電源が供給される電源パッドtp21と、電源端子412から電源線417を介して電源が供給される電源パッドtp22と、電源端子413から電源線418を介して電源が供給される電源パッドtp23とを有する。
次に、本実施形態に係る電力増幅装置が有する高周波電力増幅器610Aの比較例として、増幅素子の段数が同じ電力増幅器を同一半導体基板上に配置しない場合の、高周波電力増幅器の構成について説明する。
図12は、実施形態4の比較例の高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器710は、図9に示した高周波電力増幅器510が有する電力増幅器501及び502がICチップ711に形成され、電力増幅器503及び504がICチップ712に形成されている。
ICチップ711は3つの電源パッドtp11〜tp13を有し、ICチップ712も3つの電源パッドtp21〜tp23を有する。
ここで、図11に示した高周波電力増幅器610Aと図12に示した高周波電力増幅器710とを比較する。高周波電力増幅器610Aでは電源線416〜418の交差する箇所が1箇所であるが、高周波電力増幅器710では電源線516〜518の交差する箇所が3箇所となっている。また、高周波電力増幅器610Aの電源パッドの数よりも、高周波電力増幅器610Bの電源パッドの数が、少ない。
つまり、図11に示した高周波電力増幅器610Aのように、増幅素子の段数の同じ電力増幅器を同一チップに配置する構成の方が、電源配線の交差が多く発生し、複雑になることを防ぐことができる。また、電源パッド数が多くなることも防ぐことができ、これにより高周波電力増幅器の小型化が可能となる。
以上のように、高周波電力増幅器610Aを有する本実施形態に係る高周波電力増幅装置は、半導体基板141がICチップ611及び612からなり、2個の増幅素子を有する電力増幅器401及び402がICチップ611に形成され、3個の増幅素子を有する電力増幅器403及び404がICチップ613に形成されている。
これにより、電源配線416〜418の交差を少なくし、電源線416〜418の配置を簡素化できるとともに、電源パッドの数を少なくできる。よって、高周波電力増幅装置の小型化できる。
なお、本実施形態は、UMTSモード、GSMモード、DCSモードで、かつ2段、3段の増幅素子を有する電力増幅器を含む構成について説明したが、これらのシステムや増幅素子の段数に依存するものではなく、他のシステムにおいて、増幅素子の段数が異なる電力増幅器を個別の半導体基板として配置する場合にも有効である。
図13は、本実施形態に係る高周波電力増幅装置が有する高周波電力増幅器の回路構成及び実際の基板への配置レイアウトの他の一例を模式的に示す図である。
同図に示す高周波電力増幅器610Bは、図10に示した高周波電力増幅器410Bと比較して、電力増幅器405及び406がICチップ621に形成され、電力増幅器407及び408がICチップ622に形成されている点が異なる。
このように、図13に示すような、1段、2段の増幅素子を有する電力増幅器を含む構成である高周波電力増幅器610Bにおいても、増幅素子の段数が同じ電力増幅器を隣接して配置した方が、電源配線が複雑になることや半導体基板上の電源パッド数の増大を防ぐことができ、同様に高周波電力増幅器の小型化が可能である。
以上、本発明に係る高周波電力増幅装置について、実施形態1〜4に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を施してもよい。
例えば、高周波電力増幅装置は、さらに、CDMAモードの第5高周波信号を増幅する第5電力増幅器と、CDMAモードの第6高周波信号を増幅する第6電力増幅器と、CDMAモードの第7高周波信号を増幅する第7電力増幅器とを有し、第1の周波数帯域及び第2の周波数帯域は5つの通信バンドを含み、5つの通信バンドと、第1電力増幅器、第2電力増幅器及び第5〜7電力増幅器とは、1対1で対応し、5つの通信バンドと、第1高周波信号、第2高周波信号及び第5〜7高周波信号とは、1対1で対応し、第5電力増幅器、第6電力増幅器、第7電力増幅器、第1電力増幅器及び第2電力増幅器は、この順に並んで配置されていてもよい。
また、本発明は上述した高周波電力増幅装置として実現できるだけでなく、このような高周波電力増幅装置を有する、例えば図1に示す無線通信装置100としても実現できる。
本発明に係る高周波電力増幅装置は、マルチバンド化又はマルチモード化に適しており、移動体通信端末などに適用される。
100、200、900 無線通信装置
101〜105、401〜408、501〜504、RxHC、RxLC、RxHT、RxLT 電力増幅器
110、210、310A、310B、310C、310D、310E、310F、310G、410A、410B、510、610A、610B、710、810 高周波電力増幅器
111〜119 送信配線
120、220、912 受信部
121、122 送受信配線
130、230、813、913 アンテナスイッチ
131〜134 受信配線
140、814、914 アンテナ
141 半導体基板
142、920 多層プリント基板
150、915 RFIC
151〜154 入力配線
160、916 ベースバンドLSI
170a、170b、270、817a、917a、917b デュプレクサ
180a、180b、818a、818b、840b、840c、840d、840f、918a、918b フィルタ
190、190A、190B、290 高周波電力増幅装置
311、312、312、322、331、332、341、342、351、352、353、361、362、363、371〜374、611、612、621、622711、712 ICチップ
411〜413 電源端子
416〜417、421、422、426、427、516〜518 電源線
800 移動体通信端末
801 マイクロホン
806 スピーカ
815 RFIC
816 ベースバンド信号処理装置
820、821 整合回路
860 利得調整制御装置
911 送信部
8110、9110 第1の送信経路
8111、9111 第2の送信経路
8112、9112 第3の送信経路
8120〜8123 高周波受信回路装置
8130 送信回路
9113 第4の送信経路
9123 受信経路
B1、B2 バイアス回路
C1〜C4 コンデンサ
IN1、IN2、Pin 入力端子
L1、L2 インダクタ
OUT_A1、OUT_A2、OUT_A3、OUT_B1、OUT_B2、Pout 出力端子
RxA1、RxA2、RxA3、RxB1、RxB2 受信増幅器
tp11〜tp13、tp21〜tp23、tp32、tp41、tp42 電源パッド
Tr1 前段トランジスタ
Tr2 後段トランジスタ
MC1、MC2 整合回路
101〜105、401〜408、501〜504、RxHC、RxLC、RxHT、RxLT 電力増幅器
110、210、310A、310B、310C、310D、310E、310F、310G、410A、410B、510、610A、610B、710、810 高周波電力増幅器
111〜119 送信配線
120、220、912 受信部
121、122 送受信配線
130、230、813、913 アンテナスイッチ
131〜134 受信配線
140、814、914 アンテナ
141 半導体基板
142、920 多層プリント基板
150、915 RFIC
151〜154 入力配線
160、916 ベースバンドLSI
170a、170b、270、817a、917a、917b デュプレクサ
180a、180b、818a、818b、840b、840c、840d、840f、918a、918b フィルタ
190、190A、190B、290 高周波電力増幅装置
311、312、312、322、331、332、341、342、351、352、353、361、362、363、371〜374、611、612、621、622711、712 ICチップ
411〜413 電源端子
416〜417、421、422、426、427、516〜518 電源線
800 移動体通信端末
801 マイクロホン
806 スピーカ
815 RFIC
816 ベースバンド信号処理装置
820、821 整合回路
860 利得調整制御装置
911 送信部
8110、9110 第1の送信経路
8111、9111 第2の送信経路
8112、9112 第3の送信経路
8120〜8123 高周波受信回路装置
8130 送信回路
9113 第4の送信経路
9123 受信経路
B1、B2 バイアス回路
C1〜C4 コンデンサ
IN1、IN2、Pin 入力端子
L1、L2 インダクタ
OUT_A1、OUT_A2、OUT_A3、OUT_B1、OUT_B2、Pout 出力端子
RxA1、RxA2、RxA3、RxB1、RxB2 受信増幅器
tp11〜tp13、tp21〜tp23、tp32、tp41、tp42 電源パッド
Tr1 前段トランジスタ
Tr2 後段トランジスタ
MC1、MC2 整合回路
Claims (18)
- 第1モードと、前記第1モードとは異なる通信方式である第2モードとを含む複数の通信モードの高周波信号の電力増幅に用いられる高周波電力増幅装置であって、
前記第1モードかつ第1の周波数帯域内の第1高周波信号と、前記第2モードかつ前記第1の周波数帯域内の第3高周波信号とが択一的に入力される第1入力端子と、
前記第1モードかつ前記第1の周波数帯域と異なる周波数帯域である第2の周波数帯域内の第2高周波信号と、前記第2モードかつ前記第2の周波数帯域内の第4高周波信号とが択一的に入力される第2入力端子と、
前記第1入力端子に入力された前記第1高周波信号を増幅する第1電力増幅器と、
前記第2入力端子に入力された前記第2高周波信号を増幅する第2電力増幅器と、
前記第1入力端子に入力された前記第3高周波信号を増幅する第3電力増幅器と、
前記第2入力端子に入力された前記第4高周波信号を増幅する第4電力増幅器とを有し、
前記第1電力増幅器、前記第2電力増幅器、前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は、この順に並んで配置されている
高周波電力増幅装置。 - 前記第1〜4電力増幅器は少なくとも1つの半導体基板に形成され、
前記高周波電力増幅装置は、さらに、
前記少なくとも1つの半導体基板が実装された基板と、
前記基板に実装された受信部と、
前記少なくとも1つの半導体基板に形成され、一端が前記第1電力増幅器の出力端子に接続された第1送信配線と、
前記少なくとも1つの半導体基板に形成され、一端が前記第2電力増幅器の出力端子に接続された第2送信配線と、
前記少なくとも1つの半導体基板に形成され、一端が前記第3電力増幅器の出力端子に接続された第3送信配線と、
前記少なくとも1つの半導体基板に形成され、一端が前記第4電力増幅器の出力端子に接続された第4送信配線とを有し、
前記第1送信配線、前記第2送信配線、前記第3送信配線及び前記第4送信配線は互いに交差せず、
前記受信部は、前記第3送信配線及び前記第4送信配線よりも、前記第1送信配線及び前記第2送信配線の近くに配置されている
請求項1記載の高周波電力増幅装置。 - 前記高周波電力増幅装置は、さらに、
前記基板に形成され、一端が前記第1送信配線の他端に接続された第5送信配線と、
前記基板に形成され、一端が前記第2送信配線の他端に接続された第6送信配線と、
前記基板に形成され、一端が前記第3送信配線の他端に接続された第7送信配線と、
前記基板に形成され、一端が前記第4送信配線の他端に接続された第8送信配線と、
前記基板に形成され、一端が前記受信部に接続された第1受信配線及び第2受信配線と、
前記基板に実装され、第1送信端子、第1送受信端子及び第1受信端子を有し、前記第1送信端子が前記第5送信配線の他端に接続され、前記第1受信端子が前記第1受信配線の他端に接続された第1デュプレクサと、
前記基板に実装され、第2送信端子、第2送受信端子及び第2受信端子を有し、前記第2送信端子が前記第6送信配線の他端に接続され、前記第2受信端子が前記第2受信配線の他端に接続された第2デュプレクサとを備え、
前記第1受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも交差せず、
前記第2受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも交差しない
請求項2記載の高周波電力増幅装置。 - 前記第1受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも100μm以上離間して配置され、
前記第2受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも100μm以上離間して配置されている
請求項3記載の高周波電力増幅装置。 - 前記第1受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも異なる配線層に形成され、
前記第2受信配線は、前記第7送信配線及び前記第8送信配線のいずれとも異なる配線層に形成されている
請求項3記載の高周波電力増幅装置。 - 前記少なくとも1つの半導体基板は、第1半導体基板と第2半導体基板とからなり、
前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、
前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は前記第2半導体基板に形成されている
請求項3記載の高周波電力増幅装置。 - 前記少なくとも1つの半導体基板は、第1〜3半導体基板からなり、
前記第1電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、
前記第2電力増幅器は前記第2半導体基板に形成され、
前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は前記第3半導体基板に形成されている
請求項3記載の高周波電力増幅装置。 - 前記少なくとも1つの半導体基板は、第1〜3半導体基板からなり、
前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、
前記第3電力増幅器は前記第2半導体基板に形成され、
前記第4電力増幅器は前記第3半導体基板に形成されている
請求項3記載の高周波電力増幅装置。 - 前記少なくとも1つの半導体基板は、第1〜4半導体基板からなり、
前記第1電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、
前記第2電力増幅器は前記第2半導体基板に形成され、
前記第3電力増幅器は前記第3半導体基板に形成され、
前記第4電力増幅器は前記第4半導体基板に形成されている
請求項3記載の高周波電力増幅装置。 - 前記高周波電力増幅装置は、さらに、
一端が前記第1入力端子に接続され、他端が前記第1電力増幅器の入力端子に接続された第1入力配線と、
一端が前記第2入力端子に接続され、他端が前記第2電力増幅器の入力端子に接続された第2入力配線と、
一端が前記第1入力配線に接続され、他端が前記第3電力増幅器の入力端子に接続された第3入力配線と、
一端が前記第2入力配線に接続され、他端が前記第4電力増幅器の入力端子に接続された第4入力配線とを有し、
前記第3入力配線の一端は、前記少なくとも1つの半導体基板内で前記第1入力配線と接続し、
前記第4入力配線の一端は、前記少なくとも1つの半導体基板内で前記第2入力配線と接続する
請求項3記載の高周波電力増幅装置。 - 前記少なくとも1つの半導体基板は、第1半導体基板と第2半導体基板とからなり、
前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、
前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は前記第2半導体基板に形成され、
前記第3入力配線の一端は、前記第1半導体基板内で前記第1入力配線と接続し、
前記第4入力配線の一端は、前記第2半導体基板内で前記第2入力配線と接続する
請求項10記載の高周波電力増幅装置。 - 前記少なくとも1つの半導体基板は、第1半導体基板と第2半導体基板とからなり、
前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、
前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は前記第2半導体基板に形成され、
前記第3入力配線の一端は、前記第1半導体基板内及び前記第2半導体基板内の一方で前記第1入力配線と接続し、
前記第4入力配線の一端は、前記第1半導体基板内及び前記第2半導体基板内の前記一方で前記第2入力配線と接続する
請求項10記載の高周波電力増幅装置。 - 前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は、多段接続されたm(mは自然数)個の増幅素子を有し、
前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は、多段接続されたn(n>mの自然数)個の増幅素子を有し、
前記高周波電力増幅装置は、さらに、
前記m個の増幅素子及び前記n個の増幅素子のそれぞれに電源を供給するために、前記第1〜4電力増幅器に共通に設けられたm本の第1電源線と、前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器に共通に設けられたn−m本の第2電源線とを有し、
前記m本の第1電源線のそれぞれと、前記n−m本の第2電源線のそれぞれとは、互いに交差しない
請求項3記載の高周波電力増幅装置。 - 前記少なくとも1つの半導体基板は、第1半導体基板と第2半導体基板とからなり、
前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は前記第1半導体基板に形成され、
前記第3電力増幅器及び前記第4電力増幅器は前記第2半導体基板に形成されている
請求項13記載の高周波電力増幅装置。 - 前記第1モードはCDMA(Code Division Multiple Access)モードであり、前記第2モードはTDMA(Time Division Multiple Access)モードである
請求項3記載の高周波電力増幅装置。 - さらに、
前記第1モードの第5高周波信号を増幅する第5電力増幅器と、
前記第1モードの第6高周波信号を増幅する第6電力増幅器と、
前記第1モードの第7高周波信号を増幅する第7電力増幅器とを有し、
前記第1の周波数帯域及び前記第2の周波数帯域は5つの通信バンドを含み、
前記5つの通信バンドと、前記第1電力増幅器、前記第2電力増幅器及び前記第5〜7電力増幅器とは、1対1で対応し、
前記5つの通信バンドと、前記第1高周波信号、前記第2高周波信号及び前記第5〜7高周波信号とは、1対1で対応し、
前記第5電力増幅器、前記第6電力増幅器、前記第7電力増幅器、前記第1電力増幅器及び前記第2電力増幅器は、この順に並んで配置されている
請求項15記載の高周波電力増幅装置。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の高周波電力増幅装置を備える
無線通信装置。 - 請求項3に記載の高周波電力増幅装置を備える無線通信装置であって、
前記無線通信装置は、さらに、
アンテナと、
前記アンテナと前記高周波電力増幅装置との間に設けられたアンテナスイッチとを備え、
前記アンテナスイッチは、
前記第1送受信端子に接続された第1入力スイッチ端子と
前記第2送受信端子に接続された第2入力スイッチ端子と、
前記第7送信配線の他端に接続された第3入力スイッチ端子と、
前記第8送信配線の他端に接続された第4入力スイッチ端子と、
前記受信部に接続された第5スイッチ入力端子及び第6入力スイッチ端子と、
前記アンテナに接続された出力スイッチ端子とを有し、
前記出力スイッチ端子と、前記第1〜6入力スイッチとのいずれか1つとを接続する
無線通信装置。
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