以下、本発明に係るマルチモード高周波回路を図面に示した幾つかの実施形態を参照して更に詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一もしくは類似の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
<実施形態1>
図1A,1B及び図2に本発明の実施形態1を示す。本実施形態のマルチモード高周波回路は、モジュール基板に搭載された高周波回路モジュールとして構成される。図1Aは、マルチモード高周波回路の構成図、図1Bは高周波回路モジュールのレイアウト図、図2は高周波回路モジュールのA−A線断面図である。本実施形態における第1の通信方式はW−CDMA、第2の通信方式はGSMである。GSMには周波数帯の違いにより、GSM1(G1)とGSM2(G2)がある。
図1Aにおいて、W−高周波回路は、W−送信回路(W−Tx)130、W−段間フィルタ(BPF)125、W−PA121、W−出力整合回路(W−MN)123、アイソレータ115、デュプレクサ(Dup)100、及びW−受信回路(W−Rx)150で構成される。また、G−高周波回路は、G−送信回路230、G−PA222、G1−出力整合回路(G1−MN)223a、G2−出力整合回路(G2−MN)223b、G−送信フィルタ(DualLPF)211、スイッチ(SW)90、G−受信フィルタ(DualBPF)241a、G−受信フィルタ(DualBPF)241b、及びG−受信回路250で構成される。本実施形態では、GSMは4つの周波数帯に対応するクワッドバンド構成となっている。
以上のように、本実施形態のマルチモード高周波回路は、図16に示したマルチモード高周波回路と類似点が多いが、相違点を以下に纏めて述べる。相違点は3点有り、第1に、GSMのフロントエンド部がFEMに代わってSP7T(Single Pole 7 Throw:1極7投)によるスイッチ(SW)90と、送信フィルタが2系統まとめられたG−デュアルバンド送信フィルタ(DualLPF)211と、受信フィルタが2周波数帯毎に纏められたG−デュアルバンド受信フィルタ(DualBPF)241a及びG−デュアルバンド受信フィルタ(DualBPF)241bとで構成される。
第2に、GSM及びW−CDMAの送信電力増幅部は、PAMに代わって、GSM側がG−デュアルバンドPA−IC(G−PA−ICDual)222とG1−出力整合回路(G1−MN)223a及びG2−出力整合回路(G2−MN)223bとで構成され、W−CDMA側がW−PA−IC121とW−出力整合回路(W−MN)123とで構成される。
第3に、W−送信回路(Tx)130と、W−受信回路(W−Rx)150と、G−M送信回路(G−Tx)230と、G−受信回路(G−Rx)250とがマルチモードRF−IC310に集積化されている
これらの回路が図1Bに示すようにモジュール基板20上に配置され、マルチモード高周波回路モジュール10が構成される。モジュール基板20はガラスセラミック多層基板であるが、ガラスエポキシ基板などを用いてもよい。図2に示すように、モジュール基板20内には接地導体30が設けられ、高周波回路を覆うように搭載されるシールド7は、モジュール基板20内に設けられるビアホールを介して接地導体30に接続される。接地導体30は更に別のビアホールによりモジュール基板20裏面の接地端子に接続される。
図1Bにおいて、W−PA121で増幅されたW−CDMAのRF送信信号は、W−出力整合回路123、アイソレータ(Iso)115及び第1の配線31を経由してデュプレクサ(Dup)100に伝えられる。W−PA121から第1の配線31までの回路(第1の回路)とマルチモードRF−IC310上のW−受信回路150(第2の回路)との最短距離間にW−CDMAの回路動作とは無関係な回路(第3の回路)であるG−PA222と、G1−出力整合回路223aと、G2−出力整合回路223bとが配置される。また、及びW−PA121から第1の配線31までの回路とマルチモードRF−IC310上のW−送信回路130との最短距離間にW−CDMAの回路動作とは無関係な回路(第7の回路)であるG−PA222と、G1−出力整合回路223aと、G2−出力整合回路223bとが配置される。また、W−PA121とW−段間フィルタ125(第1のフィルタ)との最短距離間にW−CDMAの回路動作とは無関係な回路(第8の回路)であるG−PA222及びG2−出力整合回路223bが配置される。
以上の構成によれば、送受信が同時に動作するFDD方式のW−CDMA用高周波回路において、最大電力のRF送信信号を扱うW−PA121から第1の配線31までの回路と微小振幅のRF受信信号を扱うW−受信回路150との間に信号干渉を起こさない十分な距離を設けることで、W−CDMA送受信回路に高い性能を維持させた。更にそれに加えて、距離を設けた部分にW−CDMA動作とは無関係なG−PA222及びG1,G2−出力整合回路223a,223bを配置することで、モジュール基板20上の面積を有効に活用し、本発明を適用しない場合に比べて大幅な小型化を実現することができた。また、W−CDMA動作とは無関係なG−PA222及びG1,G2−出力整合回路223a,223bは、接地部分を持つので、接地導体に近いものとなり、信号干渉がより効果的抑圧される。
また、本実施形態によれば、W−PA121からW−送信回路130への信号干渉も小さく抑えられるため、送信系回路が発振を起こすことがなかった。更に、W−PA121からW−段間フィルタ125間の熱伝導も小さいため、W−段間フィルタ125が温度上昇によって周波数特性が劣化することを避けることができた。従って、本実施形態により、回路間の信号干渉及び熱干渉を発生させずに、複数の通信方式に対応する複数の送受信回路を配置したマルチモード高周波回路モジュールを高い性能を維持しつつ小型化することができた。本実施形態の高周波回路モジュールを用いた携帯電話は、高い性能を持つRF部が小型に実現されるため、携帯電話自体の大きさをより小型に実現することができた。
また、本実施形態の高周波回路モジュールを用いた別の携帯電話において、高い性能を持つRF部を小型に実現することができるため、マザーボード上の余った空間にマイクロハードディスクドライブなどのその他の回路を追加することが可能になる。
いずれの場合にも、本実施形態の高周波回路モジュールはRF部全ての機能を有しながら、その全体がシールドによって覆われているので、BB部を近くに配置しても、RF部とBB部との間の信号干渉が発生せず、マザーボード上の実装密度を高くすることができた。
なお、本実施形態ではGSMとW−CDMAの切り替えをスイッチにより実現したが、GSMとW−CDMAそれぞれのアンテナを持つ携帯電話の場合には、スイッチはGSMアンテナに、デュプレクサはW−CDMAアンテナに接続すれば良く、この場合SP7Tスイッチより簡単な構成のSP6Tスイッチを使用することができるほか、W−CDMA用高周波回路とアンテナとの間の損失を減らすことができる。また、SP7Tスイッチを用いる代わりに、周波数の低い信号と高い信号を別々の系統に分配するダイプレクサとSP3T及びSP4Tスイッチの組合せを用いても良い。いずれの構成においても、本発明を適用することにより本実施形態と同様な効果が得られる。
ここで、本発明の効果を5種類の基板を例に採って説明する。図3A〜3Eは基板断面図であり、図3Aは基板22上に互いに隣接して配線31,32を形成した場合、図3Bは更に浮き導体33を挟んだ場合、図3Cは接地導体33を挟んだ場合、図3Dは接地導体34aを片側に備えた浮き導体33を挟んだ場合、図3Eは接地導体34a,34bを両脇に備えた浮き導体33を挟んだ場合を示している。
基板22は、比誘電率が7.8、tanδが0.002のガラスセラミック基板であり、厚さは400μmである。基板22の裏面には接地導体30が設けられる。基板22の表面には第1の配線31と第2の配線32が間隔Dを隔てて設けられている。第1の配線31及び第2の配線32の幅は300μmである。配線導体の導電率は4×107S/mで、厚さは10μmである。また、第1の配線31と第2の配線32との間に導体パターン33を設けただけの場合、導体パターン33は電位の不定な浮き導体となる。導体パターン33をビアホール41a、41bにて接地導体30に接続すると、導体パターン33は接地導体となる。更に、導体パターン34a、34bを設け、これをビアホール41a、41bにて接地導体30に接続し、導体パターン34a、34bの間に導体パターン33を設けると、導体パターン33は接地導体に挟まれた浮き導体となる。ここで、導体パターン34aを設け、これをビアホール41aにて接地導体30に接続し、導体パターン34aと第2の配線32との間に導体パターン33を設けると、導体パターン33は接地導体を片側に備えた浮き導体となる。導体パターン33と第1の配線31、第2の配線32それぞれの間の間隔は100μm、導体パターン34a、34bの幅はそれぞれ200μm、導体パターン34aと第1の配線31の間隔、導体パターン34bと第2の配線32の間隔、導体パターン33と導体パターン34a、34bそれぞれの間の間隔は100μmに設定される。
干渉低減の効果は、クロストークの量で表される。図3A〜3Eの構成の配線を5mmの長さに渡って設けた場合の、第1の配線31と第2の配線32の配線間距離D[mm]とクロストーク[dB]の関係を電磁界解析により求めた結果のグラフを図4に示す。本グラフに示すクロストークはW−CDMAの受信周波数帯である2.11〜2.17GHzにおいて、第1の配線31の信号入力端から第2の配線32の第1の配線31の信号入力端に最も近い端に現れるクロストーク、いわゆる近端クロストークの最大値である。図4に示されるように、配線のみの場合に比べて浮き導体がある場合は同じ配線間距離でもクロストークはより大きくなる。これは、浮き導体になっている導体パターン33を介して、第1の配線31と第2の配線32が容量性結合を起こすためである。これに対して、導体パターン33を接地導体にした場合には、接地導体がシールドの役目を果たし、配線のみの場合に比べてクロストークが小さくなる。両脇に接地導体を備えた浮き導体がある場合には、配線間距離が2mm以上では、接地導体のみがある場合とほぼ等しいクロストークが得られる。また、接地導体を片側に備えた浮き導体がある場合には、配線間距離が3mm以上では配線のみの場合に近いクロストークが得られる。
図3A〜3Eのような基板断面は高周波回路モジュール基板や、携帯電話のマザーボードに相当するものである。第1の配線をW−CDMAのRF送信信号を扱う回路、第2の配線をW−CDMAのRF受信信号を扱う回路とすると、従来は両者の間の信号干渉を防ぐために図3Aの構成で配線間距離を広く取るか、図3Cの構成で、配線間に接地導体を設けることが一般的であった。図3Cの場合、W−CDMAの回路動作とは無関係な回路は、配線の外側に配置せざるを得なくなり、基板面積の増大が避けられない。
これに対して、本実施形態では、W−CDMAの回路動作とは無関係な回路が第1の配線31と第2の配線32の間に設けられる。初めに、2個のW−CDMAの回路がそれぞれ第1の配線31と第2の配線32に相当し、更にW−CDMAの回路動作とは無関係な回路が導体パターン33に相当し、導体パターン33が浮き導体であると仮定して考える。図3Bの構成において、第1の配線31と第2の配線32との間の干渉を−40dB以下にする場合、配線間距離Dを5mmにすれば十分であることが、図4のA点からわかる。この5mmの配線間距離である配線間の領域22aに、例えば幅d1が4mmの導体パターン33を配置することができる。一方、図3Aの構成において、第1の配線31と第2の配線32との間の干渉を−40dB以下にする場合、配線間距離Dは2mm必要であることが、図4のB点から分かる。更に、図3Aの構成の場合では、配線間の領域22a以外の場所、例えば図3Aの22bで示す基板22上の領域に、導体パターン33を配置せねばならず、導体パターン33の幅d1が4mmであるとすると、導体パターン33と第1の配線31もしくは第2の配線32とが接触しないように設ける間隙も含めて、配線間方向に計6mm以上の幅が必要となる。ここで、配線間方向というのは、配線間距離Dと平行な方向であり、d1は導体パターン33の配線間方向の幅である。このように、導体パターン33が例えば幅が4mmと広い場合は、導体パターン33を第1の配線31と第2の配線32の間に配置する図3Bの方が図3Aよりも配線間方向の基板幅を小さくすることができる。即ち、W−CDMAの回路動作とは無関係な回路が十分に大きい、即ち導体パターン33の幅が十分に広く取れる場合や、第1の配線31と第2の配線32の間の信号干渉を十分に低減しなくても良い場合、又は配線長が短い場合などでは、図3Bのように第1の配線31と第2の配線32の間に浮き導体のみを設けることで、基板上の面積を有効活用することができる。
浮き導体である導体パターン33の幅d1が狭い場合や、第1の配線31と第2の配線32との間の信号干渉を十分に低減しなければならない場合には、図3Dや図3Eの構成を取れば良い。少なくとも第1の配線31と浮き導体である導体パターン33の間に接地導体34aを設けると、配線間距離3mm以上では配線のみの場合とほぼ同等のクロストークを実現しながら基板上の面積を有効活用することができる。更に、第1の配線31と第2の配線32の間に両側に接地導体34a、34bを備えた浮き導体である導体パターン33を設けると、配線間距離2mm以上では配線間に接地導体がある場合とほぼ同等のクロストークを実現しながら基板上の面積を有効活用することができる。
以上では、導体パターン33が浮き導体であると仮定した。しかし、一般的に、導体パターン33に相当する、W−CDMAの回路動作とは無関係な回路は接地部分を持つため接地導体に近いものとなり、図3Bの構成においてより高い干渉低減の効果が得られ、従ってより基板面積の有効活用が促進される。なお、図3D及び図3Eの構成は、後で図8B及び図9を用いて説明する例に相当する。ここで、図3D,3Eの構成と図3A,3Cの構成におけるクロストーク量の関係は、基板の誘電率、厚さ及び配線長によって変化するため、本実施形態で述べた配線間距離などの数値はあくまでも一例であり、本発明の適用範囲を制限するものではない。
続いて、マルチモードRF−IC310については、W−送信回路130(第1の送信回路)とW受信回路150(第1の受信回路)とは、それぞれマルチモードRF−IC310チップの対角線上のそれぞれの角に配置されている。更に、両者の最短距離間に、W−CDMAの回路動作とは無関係な回路(第11の回路)であるGSM送信回路230及びその他の図示しない回路が配置されている。このような構成により、W−送信回路130とW−受信回路150との間にマルチモードRF−IC310のチップ上で取り得る最大の距離が実現され、信号干渉を最も低減して高い性能を維持したまま、空いた空間にW−動作には影響を与えない回路を設けてチップ面積を有効に活用し、マルチモード高周波回路を集積したマルチモードRF−ICを小型に実現することができた。
なお、本実施形態のマルチモードRF−ICは、これが用いられる装置の基板上にフェースアップで搭載されることを前提とする場合には、図5に示すように、W−送信回路130上には出力パッド61が、W−受信回路150上には入力パッド62が設けられる。出力パッド61とマルチモードRF−IC310が搭載される基板上の配線とは、出力ワイヤ71によってボンディング接続され、入力パッド62とマルチモードRF−ICが搭載される基板上の別の配線とは、入力ワイヤ72によってボンディング接続される。ここで、出力ワイヤ71と入力ワイヤ72の向きが直交する向きに設けられているため、両ワイヤ間の磁界結合を低く抑えることができる。そのため、マルチモードRF−IC310を基板に搭載した実使用状態においても、送信系から受信系への信号の漏れ込みを増加させることがなかった。なお、本実施形態で出力パッド61、入力パッド62とマルチモードRF−IC310が搭載される基板上の配線との接続にボンディングワイヤを用いたが、フレキシブルプリント基板上に設けた配線でチップ上のパッドと基板上の配線とを接続する構成などにおいても、同様な効果が得られる。
<実施形態2>
図6及び図7A,7Bに本発明の実施形態2を示す。本実施形態のマルチモード高周波回路は、実施形態1に対して、デュプレクサ100を含めたフロントエンド部、即ちマルチモードフロントエンド部を干渉低減の観点からモジュール化したもので、図6はその回路構成図、図7A,7BはマルチモードFEM11のそれぞれレイアウト図と内層パターン図である。
デュプレクサ100は、W−送信フィルタ(TxBPF)110、W−受信フィルタ(RxBPF)140、移相回路(−φ)101、及び移相線路(+φ)102を含んで構成される。移相回路101は、図6に示すように、直列接続した2個の容量Cの接続点に接地に接続したインダクタを接続して構成される。本実施形態ではW−送信フィルタ110及びW−受信フィルタ140は共にBPFであるが、用いる通信方式によってはLPFと高域通過フィルタの組合せにしても良い。W−送信フィルタ110は一端がW−送信系回路への接続端子となり、他端が移相回路101に接続される。W−受信フィルタ140は、一端がW−受信系回路(W−受信回路150)への接続端子となり、他端が移相線路102に接続される。ここで、本実施形態では、W−受信フィルタ140のW−受信回路150への接続端子を耐ノイズ性に優れる差動構成としたが、耐ノイズ性能があまり要求されない用途では、不平衡構成を用いても良い。移相回路101と移相線路102の接続点であるデュプレクサの共通端子9は、スイッチ90を介してアンテナ1に接続される。
なお、G−送信フィルタ211は、一端がG−送信回路系への接続端子となり、他端がスイッチ90に接続され、G−受信フィルタ241a,241bは、一端がG−受信回路系(G−受信回路250)への接続端子となり、他端がスイッチ90に接続される。
デュプレクサ100がRF送信信号を送信系回路からアンテナ側のみへ、RF受信信号をアンテナから受信系回路側のみへと分配する原理を以下に説明する。移相回路101は、W−送信周波数においては、アンテナ(本実施形態ではスイッチ90を介したアンテナ1)のインピーダンス及びW−送信フィルタ110のインピーダンスの両者に整合の取れた特性インピーダンスを有し、W−送信フィルタ110からアンテナに殆んど損失なく電力を伝える。一方、W−受信周波数においては、W−送信フィルタ110のインピーダンスが送信周波数におけるインピーダンスと異なるため、このインピーダンスが共通端子9において開放に見えるように位相を回転させる。
同様に、移相線路102は、W−受信周波数においては、アンテナのインピーダンス及びW−受信フィルタ140のインピーダンスの両者に整合の取れた特性インピーダンスを有し、アンテナからW−受信フィルタ140にほとんど損失なく電力を伝える。一方、W−送信周波数においては、W−受信フィルタ140のインピーダンスが共通端子9において開放に見えるように位相を回転させる。これにより、W−送信周波数、W−受信周波数それぞれの周波数において、共通端子9からは使用しないフィルタが開放に見える、即ち接続されていないように見えるため、デュプレクサ100においては、RF送信信号は送信系回路からアンテナ側のみへ、RF受信信号はアンテナから受信系回路側のみへと分配される。
ここで、本実施形態ではフィルタと共通端子9間の位相を回転させる回路に、送信側では位相が進むタイプの移相回路を、受信側では位相が遅れる移相線路を使用したが、回転させるべき位相量は用いるフィルタの帯域外インピーダンスの値によって異なるため、用いるフィルタに合わせて本実施形態の組合せ以外の組合せを採用しても良い。また、フィルタと共通端子9間の位相を遅らせたい場合には本例のような移相線路の他、本例の移相回路においてCとLとを入れ替えた回路に代表される位相が遅れるタイプの移相回路を用いても良い。
以上の構成のマルチモードフロントエンド部が、図7Aに示すようにモジュール基板21上に搭載され、マルチモードFEM11として実装される。但し、移相線路102及びG−デュアルバンド送信フィルタ212は、図7Bに示すようにモジュール基板21内に導体パターンで形成される。また、モジュール基板21の部品を搭載する表層と、移相線路102及びG−デュアルバンド送信フィルタ211を形成する内層との間には、表層−内層間の信号干渉が起こらないように、接地導体面(図示せず)が設けられる。
マルチモードFEM11では、W−CDMA方式のRF送受信信号を扱うデュプレクサ100のW−送信フィルタ110とW−受信フィルタ140との最短距離間にW−CDMA方式の回路動作とは無関係な回路(第4の回路)であるG−デュアルバンド受信フィルタ241aが配置される。このような構成を取ることで、送受信が同時に動作するFDD方式のRF送信信号を扱うW−送信フィルタ110とRF受信信号を扱うW−受信フィルタ140との間に信号干渉を起こさないだけの十分な距離をとることが可能になった。それによって高い性能を維持したまま、空いた空間にW−CDMA動作には影響を与えないG−デュアルバンド受信フィルタ241aを設けることができたため、モジュール基板21の面積を有効に活用し、マルチモード高周波回路が搭載されたマルチモードFEMを小型に実現することができた。
次に、W−送信フィルタ110とG−デュアルバンド受信フィルタ241aの間に接地導体パターンを設け、W−受信フィルタ140とG−デュアルバンド受信フィルタ241aの間に別の接地導体パターンを設けることにより、更に干渉低減の効果を高めることができる。そのような構成のマルチモードFEM11を図8A,8Bに示す。図8AはFEMのレイアウト図であり、図8Bは基板21の表層パターン図である。表層に接地導体パターン35aと接地導体パターン35bとが形成されている。なお、移相回路101は、受動素子103で構成される。接地導体パターン35aは、W−送信フィルタ110とG−デュアルバンド受信フィルタ241aの間、接地導体パターン35bはG−デュアルバンド受信フィルタ241aとW−受信フィルタ140の間に配置される。
接地導体パターン35a、35bは、ビアホール(図示せず)によってモジュール基板21内層の接地導体面(図示せず)に接続されている。また、G−デュアルバンド受信フィルタ241aの接地端子は、それぞれ接地導体パターン35a、35bに接続されるように導体パターンが設けられている。
このような構成により、図7AのFEM21と同様に、W−CDMA送信フィルタ110とW−CDMA受信フィルタ140との間に信号干渉を起こさないだけの十分な距離をとることで高い性能を維持したまま、モジュール基板面積を有効に活用し、マルチモード高周波回路が搭載されたマルチモードFEMを小型に実現することができた。加えて、実施形態1で説明したように、W−送信フィルタ110、G−デュアルバンド受信フィルタ241a、及び第4の回路であるW−CDMA受信フィルタ140それぞれの間に接地導体が設けられていることから、送信系から受信系への信号の漏れ込みを更に低減させることができた。なお、干渉低減の目標によっては、接地導体パターンの設置は、接地導体パターン35a又は接地導体パターン35bのいずれか一方としても良い。
<実施形態3>
図9に本発明の実施形態3を示す。本実施形態のマルチモード高周波回路は、実施形態1に対して、マルチモードRF−IC310において接地効果を高めたものである。本実施形態では、W−送信回路130(第1の送信回路))とW−受信回路150(第2の受信回路)との最短距離間にはW−CDMAの回路動作とは無関係な回路(第10の回路)であるG−受信回路250が配置されている。それにより、W−CDMA送信回路130とW−CDMA受信回路150との間に信号干渉を起こさないだけの十分な距離をとることで高い性能を維持したまま、空いた空間にW−CDMA動作には影響を与えないGSM受信回路250を設けることができたため、チップ面積を有効に活用し、マルチモード高周波回路を集積したマルチモードRF−ICを小型に実現することができた。
更に、本実施形態のマルチモードRF−IC310は、これが用いられる装置の基板上にフリップチップ実装されることを前提としており、W−送信回路130上には出力バンプ51が、W−受信回路150上には入力バンプ52が、G−送信回路230上には接地バンプ53が設けられている。接地バンプ53は、W−送信回路130側及びW−受信回路150側それぞれに設けられており、これをマルチモードRF−IC310が用いられる装置の基板上の接地導体に接続することにより、接地バンプ53は接地導体と同等となる。それにより、実施形態1で説明したように、第1の送信回路であるW−送信回路130、第10の回路であるG−受信回路250、第1の受信回路であるW−受信回路150それぞれの回路の間に少なくとも1個の接地導体を設けた場合と同等の効果が得られ、送信系から受信系への信号の漏れ込みを更に低減させることができた。なお、干渉低減の目標によっては、接地バンプ53の設置は、W−送信回路130側又はW−受信回路150側のいずれか一方としても良い。
<実施形態4>
図10に本発明の実施形態4を示す。本実施形態のマルチモード高周波回路は、実施形態1に対して、マルチモードRF−IC310と図15に示したBB−LSI4とを集積化し、改めてBB−LSI400としたものである。BB−LSI400におけるマルチモード高周波部の配置は、図1B又は図5に示したマルチモードRF−IC310における配置と同様である。なお、BB−LSI400は、例えば、図1BにおけるマルチモードRF−IC310の位置に配置される。
以上のBB−LSI400の構成により、W−送信回路130とW−受信回路150との間の信号干渉を低減したまま、空いた空間にW−CDMA動作には影響を与えない回路を設けてチップ上の面積を有効活用することで、BB−LSI400チップ上のマルチモード高周波回路部を高性能かつ小面積で実現することができた。そのため、マルチモード高周波回路を集積したBB−LSI400チップを小面積で実現することができた。このように実現したBB−LSI400チップは、小型であることから、一回のウェハプロセスでより多くの個数を得ることができるため、チップ価格を低減することができる。
<実施形態5>
図11に本発明の第5の実施形態を示す。本実施形態のマルチモード高周波回路の構成は、図1Aに示したのと同様である。図11は、そのマルチモード高周波回路を搭載した高周波回路モジュールのレイアウト図である。本実施形態における第1の通信方式はW−CDMA、第2の通信方式はGSMである。実施形態1における図1A,1Bに示した高周波回路モジュールとの違いは以下の4点である。第1に、デュプレクサ100の代わりに、デュプレクサ回路の構成要素であるW−送信フィルタ(TxBPF)110、W−受信フィルタ(RxBPF)140、移相回路(−φ)101、及び移相線路102が用いられる。第2に、W−PA121とG−デュアルバンドPA222の代わりに、両者を一つのチップに集積したマルチモードPA−IC320が用いられる。第3に、W−PA121の破壊耐圧を高めることにより、アイソレータが不要になっている。第4に、G−デュアルバンド送信フィルタ211の代わりに二個のG−送信フィルタ210a,210bが用いられる。G−デュアルバンドPAは、G1−PA221aとG2−PA221bとで構成される。
本実施形態の高周波回路モジュール10は、W−CDMA方式とGSM方式の高周波回路がモジュール基板20上に以下のように配置される。まず、W−CDMAのRF送信信号を扱うW−PA121、W−出力整合回路123、W−送信フィルタ110、及び移相回路101と、W−CDMAのRF受信信号を扱うW−受信回路150との最短距離間に、W−CDMAの回路動作とは無関係なGSM方式の回路であるG1−PA221a、G1出力整合回路233a、G−送信フィルタ210a、G−送信回路230、及びG−受信回路250が配置されている。
次に、W−CDMAのRF送信信号を出力するW−送信回路130と、W−送信回路130から出力されたRF送信信号を増幅するW−PA121との最短距離間に、W−CDMAの回路動作とは無関係なGSM方式の回路であるG1−PA221a及びG1−出力MN223aが配置されている。また、W−PA121とW−CDMAのRF送信信号を帯域制限するW−段間フィルタ125との最短距離間に、W−CDMAの回路動作とは無関係なGSM方式の回路であるG1−PA221aが配置されている。更に、W−PA121とW−CDMAのRF受信信号を帯域制限するW−受信フィルタ140(第2のフィルタ)との最短距離間に、W−CDMAの回路動作とは無関係なGSM方式の回路(第9の回路)であるG1出力整合回路233a、G−送信回路230及びG−受信回路250が配置されている。
本実施形態では、GSM方式の送受信回路はバンド1、2、3、4の4つの周波数帯に対応している。GSMのバンド1、2(第1の周波数帯)のRF送信信号を扱う回路(第5の回路)であるG1−PA221a、G1−出力整合回路223a、及びG1−送信フィルタ210aは、上述のW−CDMAのRF送信信号を扱うW−PA121、W−出力整合回路123、W−送信フィルタ110、及び移相回路101とW−CDMAのRF受信信号を扱うW−受信回路150との最短距離間に配置される回路に含まれる。GSMのバンド3、4(第2の周波数帯)のRF送信信号を扱う回路(第6の回路)であるG2−PA221b、G2−出力整合回路223b、及びG2−送信フィルタ210bは、これらの回路に含まれないため、結果として、GSMのバンド1、2のRF送信信号を扱うG1−PA221a、G1−出力整合回路223a、及びG1−送信フィルタ210aと、GSMのバンド3、4のRF送信信号を扱うG2−PA221b、G2−出力整合回路223b、及びG2−送信フィルタ210bとの最短距離間には、GSMの回路動作とは無関係なW−CDMA方式の回路であるW−PA121、W−出力整合回路123、W−送信フィルタ110、及び移相回路101が配置される構成になる。
このような構成により、W−CDMA動作において、W−CDMAの送信系から受信系への信号干渉、W−CDMAの電力増幅器から送信回路への信号干渉、W−CDMAの電力増幅器から段間フィルタや受信フィルタへの熱伝導をそれぞれ低減することが可能になる。そのため、良好な受信感度、発振現象が起きない出力特性、低いスプリアス放射などの優れた性能を実現しつつ、マルチモード高周波モジュールの面積を小型化することができた。
更に、GSM動作において、GSMのバンド1、2のRF送信信号を扱う回路とバンド3、4のRF送信信号を扱う回路との最短距離間がGSM動作に関係のない回路を設けることによって十分に離れ、バンド3、4のRF送信信号の高調波がバンド1、2のRF送信信号を扱う回路に結合する、いわゆるクロスバンドカップリングを低減することができたため、GSM動作においてもスプリアス放射が低いという優れた性能を実現することができた。
また、本実施形態の高周波回路モジュール10では、W−CDMAのデュプレクサを構成するW−送信フィルタ110と、W−受信フィルタ140との最短距離間にW−CDMA動作とは関係のない回路であるG1−送信フィルタ210aやG−デュアルバンド受信フィルタ241bなどが配置されている。更に、モジュール基板20の内層に導体パターンで形成される移相線路102がデュプレクサの共通端子9からW−受信フィルタ140へと向かうRF受信信号経路と、W−CDMAのRF送信信号を増幅するW−PA121の出力端子からW−出力整合回路123、W−送信フィルタ110、及び移相回路101を経由して共通端子9へと向かうRF送信信号経路とが大半の区間で殆んど直交する向きに配置されている。
このような構成により、W−CDMA動作において、W−CDMAの送信フィルタから受信フィルタへの信号干渉を低減することができるため、良好な受信感度を実現しつつマルチモード高周波モジュールの面積を小型化することができた。更に、本実施形態の高周波回路モジュールにおけるW−CDMA動作において最も大きなRF送信信号を扱う経路と最も小さなRF受信信号を扱う経路との間の磁界結合を低減することができたため、より高い受信感度を実現することができた。
<実施形態6>
図12に本発明の実施形態6を示す。本実施形態においては、マルチモード高周波回路が携帯電話におけるマザーボードに搭載される。図12は、そのレイアウト図である。本高周波回路モジュールに搭載される高周波回路は、図1Aで説明した回路構成と同じであり、本実施形態における第1の通信方式はW−CDMA、第2の通信方式はGSMである。
マザーボード5上に搭載されるマルチモード高周波回路は、マルチモードFEM11、アイソレータ115、W−PA121とG−デュアルバンドPA222及びそれぞれの整合回路など(図示せず)を搭載したマルチモードPAM12、W−段間フィルタ125、マルチモードRF−IC310、Xtal3、そしてその他回路8を含んで構成される。
これらの回路はシールド7によってシールドされ、BB部(図示せず)との電磁干渉が防止される。マルチモードFEM11のアンテナ端子はマザーボード上のアンテナ端子6と電気的に接続され、アンテナ端子6にはアンテナ1(図示せず)が接続されて、RF部とアンテナとの信号の授受が行なわれる。なお、本実施形態で用いたマルチモードFEM11は、図8A,8Bに示した実施形態2で説明したものである。また、マルチモードRF−IC310は、図5に示した実施形態1で説明したものをリードフレーム上に搭載してプラスチック封止することによりパッケージ化したものである。
本実施形態では、W−CDMAのRF送信信号を扱うW−PA121、アイソレータ115とW−CDMAのRF受信信号を扱うW−受信回路150との最短距離間には、W−CDMAの回路動作とは無関係な回路であるその他回路8及びG−受信回路250が配置されている。次に、W−CDMAのRF送信信号を出力するW−送信回路130と、W−送信回路130から出力されたRF送信信号を増幅するW−PA121との最短距離間に、W−CDMAの回路動作とは無関係なGSM方式の回路であるG−デュアルバンドPA222が配置されている。また、W−CDMAのRF送信信号を増幅するW−PA121とW−CDMAのRF送信信号を帯域制限するW−段間フィルタ125との最短距離間に、W−CDMAの回路動作とは無関係なGSM方式の回路であるG−PA222が配置されている。
このような構成により、W−CDMA動作において、W−CDMAの送信系から受信系への信号干渉、W−CDMAの電力増幅器から送信回路への信号干渉、W−CDMAの電力増幅器から段間フィルタへの熱伝導をそれぞれ低減することができた。そのため、良好な受信感度、発振現象が起きない出力特性、低いスプリアス放射などの優れた性能を実現しつつ、携帯電話のマザーボードにおけるRF部を小型化することができた。
本実施形態におけるその他回路8には、W−CDMA動作と関係のない、G−受信回路250やG−送信回路230又はG−デュアルバンドPA222などのための電源バイパスコンデンサを用いても良く、マザーボードのレイアウトの都合上空間ができるような場合には接地導体を設けても良い。また、その他回路8の位置において、シールド7とマザーボード5との間隔を維持する補強導体をシールド7とマザーボード5との間に設けても良い。このような補強導体は、G−受信回路250などによってW−PA121及びアイソレータ115とW−受信回路150との最短距離間が信号干渉が起きない程度に十分に隔てられているため、マルチモードPAM12とマルチモードRF−IC310との空間を完全に分離するシールド効果がなくても差し支えない。
<実施形態7>
図13,14に本発明の実施形態7を示す。本実施形態のマルチモード高周波回路は、周波数帯が異なる二つのW−CDMAに対応しており、図13はその回路構成図、図14は同マルチモード高周波回路を搭載した高周波回路モジュールのレイアウト図である。本実施形態における第1の通信方式は第1の周波数帯を用いるW−CDMAであり、第2の通信方式は第2の周波数帯を用いるW−CDMAである。
本高周波回路モジュールに搭載される高周波回路は、第1の周波数帯を用いるW−CDMA用の回路が、デュプレクサ(Dup1)100a、W−PA121a、W−段間フィルタ(BPF1)125a、W−送信回路(W1−Tx)130a、及びW−受信回路(W1−Rx)150aを含んで構成される。また、第2の周波数帯を用いるW−CDMA用の回路が、デュプレクサ(Dup2)100b、W−PA121b、W−段間フィルタ(BPF2)125b、W−送信回路(W2−Tx)130b、及びW−受信回路(W2−Rx)150bを含んで構成される。デュプレクサ100aとデュプレクサ100bの共通端子はそれぞれスイッチ(SW)95に接続され、スイッチ95によりアンテナ1と、どちらのデュプレクサを接続するかが切り替えられる。また、W−PAM121aとW−PAM121bとはW−デュアルバンドPA122上に集積されており、W−送信回路130a,130b及びW−受信回路150a,150bはW−デュアルバンドRF−IC305上に集積されている。なお、本実施形態ではPAに耐圧を高めたデバイスを用いたため、本構成においてアイソレータは使用されない。また、デュプレクサ100aは、図6に示したのと同様に、W−送信フィルタ110a、移相回路(−φ1)101a、及び図示しない移相線路(+φ1)で構成される。次に、デュプレクサ100bは、W−送信フィルタ110b、移相回路(−φ2)101b、及び図示しない別の移相線路(+φ2)で構成される。
本実施形態では、図14に示すように、以上の回路及びXtal3がモジュール基板23上に以下のように搭載されてマルチモード高周波回路モジュール13が構成される。まず、第1の周波数帯を用いるW−CDMA方式の動作を基準に考えると、第1の周波数帯を用いるW−CDMAのRF送信信号を扱うW−PA121a、W−出力整合回路123a、及びW−送信フィルタ110a、移相回路101aと、第1の周波数帯を用いるW−CDMAのRF受信信号を扱うW−受信回路150aとの最短距離間に、第1の周波数帯を用いるW−CDMAの回路動作とは無関係な第2の周波数帯を用いるW−CDMAの回路であるW−PA121b、W−出力整合回路123b、W−送信フィルタ110b、及び移相回路101bが配置されている。また、第1の周波数帯を用いるW−CDMAのRF送信信号を出力するW−送信回路130aと、W−送信回路130aから出力されたRF送信信号を増幅するW−PA121aとの最短距離間に、第1の周波数帯を用いるW−CDMAの回路動作とは無関係な第2の周波数帯を用いるW−CDMAの回路であるW−PA121b、及びW−デュアルバンドRF−IC305上のその他の回路などが配置されている。更に、第1の周波数帯を用いるW−CDMAのRF送信信号を増幅するW−PA121aと第1の周波数帯を用いるW−CDMAのRF送信信号を帯域制限するW−段間フィルタ125aとの最短距離間に、第1の周波数帯を用いるW−CDMAの回路動作とは無関係な第2の周波数帯を用いるW−CDMAの回路であるW−PA121bが配置されている。
次に、第2の周波数帯を用いるW−CDMA方式の動作を基準に考えると、第2の周波数帯を用いるW−CDMAのRF送信信号を扱うW−PA121b、W−出力整合回路123b、W−送信フィルタ110b、及び移相回路101bと、第2の周波数帯を用いるW−CDMAのRF受信信号を扱うW−受信回路150bとの最短距離間に、第2の周波数帯を用いるW−CDMAの回路動作とは無関係な第1の周波数帯を用いるW−CDMAの回路であるW−受信回路150a、W−デュアルバンドRF−IC305上の付加回路、及びその他回路8などが配置されている。また、第2の周波数帯を用いるW−CDMAのRF送信信号を出力するW−送信回路130bと、W−送信回路130bから出力されたRF送信信号を増幅するW−PA121bとの最短距離間に、第2の周波数帯を用いるW−CDMAの回路動作とは無関係な回路であるW−デュアルバンドRF−IC305上の付加回路、及びその他回路8などが配置されている。更に、第2の周波数帯を用いるW−CDMAのRF送信信号を増幅するW−PA121bと第2の周波数帯を用いるW−CDMAのRF送信信号を帯域制限するW−段間フィルタ125bとの最短距離間に、第2の周波数帯を用いるW−CDMAの回路動作とは無関係な回路であるその他回路8が配置されている。ここで、本実施形態におけるその他回路8には、W−CDMAデュアルバンドRF−IC305の第1の周波数帯を用いるW−CDMA回路などに給電する電源回路のバイパスコンデンサが適用される。
以上の構成により、第1の周波数帯を用いるW−CDMA高周波回路、第2の周波数帯を用いるW−CDMA高周波回路のどちらにおいても、一方の高周波回路を動作させた場合に、送信系から受信系への信号干渉、電力増幅器から送信回路への信号干渉、電力増幅器から段間フィルタへの熱伝導をそれぞれ低減することができた。そのため、良好な受信感度、発振現象が起きない出力特性、低いスプリアス放射などの優れた性能を実現しつつ、2つのW−CDMA周波数帯に対応するマルチモード高周波回路を搭載した高周波モジュールを小型化することができた。