JP5043690B2 - Antenna switch circuit - Google Patents
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Description
本発明は、携帯電話、データ通信カード、携帯移動端末等の移動体無線通信端末に使用されるアンテナスイッチ回路に関する。 The present invention relates to an antenna switch circuit used in a mobile radio communication terminal such as a mobile phone, a data communication card, and a mobile mobile terminal.
携帯電話方式には種々の通信方式があり、第2.5世代デジタル通信方式であるGSM方式、第3世代であるCDMA方式、WCDMA方式、TD−SCDMA方式などがある。世界各国で使用可能な携帯電話を提供するには、これらの方式相互に対応する携帯端末が必要になる。それぞれの方式では、使用される周波数帯も複数であり、GSM方式では850MHz帯、900MHz帯、1800MHz帯、1900MHz帯が用いられる。また、CDMA方式では800MHz帯、1900MHz帯、2GHz帯が用いられる。さらに、WCDMA方式では800MHz帯、900MHz帯、1500MHz帯、1700MHz帯、1900MHz帯、2100MHz帯が用いられる。 There are various types of mobile phone systems, including a GSM system that is a 2.5th generation digital communication system, a CDMA system that is a 3rd generation, a WCDMA system, and a TD-SCDMA system. In order to provide a mobile phone that can be used in various countries around the world, a mobile terminal compatible with these methods is required. In each method, a plurality of frequency bands are used, and in the GSM method, 850 MHz band, 900 MHz band, 1800 MHz band, and 1900 MHz band are used. In the CDMA system, the 800 MHz band, 1900 MHz band, and 2 GHz band are used. Further, in the WCDMA system, 800 MHz band, 900 MHz band, 1500 MHz band, 1700 MHz band, 1900 MHz band, and 2100 MHz band are used.
世界中のどの地域においても携帯電話サービスを受けることを可能にするには、複数の周波数帯、複数の方式に対応した携帯端末が必要であり、マルチモードマルチバンド端末が用いられる方向にある。このような複数のモード、複数の周波数帯に対応可能なベースバンドIC、RFICなどが開発されており、これらは複数のトランシーバを内蔵したものとなっている。 In order to be able to receive mobile phone service in any region of the world, a mobile terminal corresponding to a plurality of frequency bands and a plurality of systems is required, and a multimode multiband terminal is in use. Baseband ICs, RFICs, and the like that are compatible with such a plurality of modes and a plurality of frequency bands have been developed, and these incorporate a plurality of transceivers.
一方、端末のアンテナは、これらのすべての周波数帯を1つのアンテナでカバーする方法が一般的に用いられているが、アンテナ利得をすべての周波数帯で確保することは難しく、周波数帯に応じた複数のアンテナを用いることで、アンテナ利得を高めることが可能になる。また、外部アンテナを接続したり、端末の検査を行う端子を設ける場合もある。ここでは、後者の端子を共通外部端子と呼ぶが、一種のアンテナ端子と言える。以下の説明において、単純にアンテナ端子と呼ぶときには、共通外部端子も含めて考える。 On the other hand, for the antenna of a terminal, a method of covering all these frequency bands with one antenna is generally used, but it is difficult to secure the antenna gain in all frequency bands, and it depends on the frequency band. The antenna gain can be increased by using a plurality of antennas. In some cases, an external antenna is connected or a terminal for inspecting the terminal is provided. Here, the latter terminal is called a common external terminal, but it can be said to be a kind of antenna terminal. In the following description, when simply referred to as an antenna terminal, the common external terminal is also considered.
このように、複数のアンテナと複数の送受信機を相互に接続し、それを切替えるためにアンテナスイッチ回路が用いられる。アンテナスイッチ回路は、ベースバンドIC、RFIC等からの制御信号によってアンテナと送受信端子の切り替えを実行する役目を担っており、高周波信号を切り替えるスイッチと、上記制御信号を受けスイッチ部に制御信号を伝達する制御回路あるいはロジックデコーダ回路とで構成される。 Thus, an antenna switch circuit is used to connect a plurality of antennas and a plurality of transceivers to each other and to switch between them. The antenna switch circuit plays a role of switching between the antenna and the transmission / reception terminal by a control signal from a baseband IC, RFIC, etc., and transmits the control signal to the switch unit that receives the control signal and the switch that switches the high frequency signal. A control circuit or a logic decoder circuit.
アンテナスイッチ回路におけるスイッチは、高周波スイッチとして機能するダイオードやFETなどの半導体スイッチ素子が用いられる。このスイッチは、上記制御信号に応じてON状態あるいはOFF状態になり、スイッチとして機能させる。ここで、スイッチはON状態のときには低抵抗素子として振る舞い、OFF状態では低容量素子として振舞う。以下の説明において、ON状態のときのスイッチの抵抗値をON抵抗と呼び、OFF状態のときのスイッチの容量値をOFF容量と呼ぶ。これらのON状態とOFF状態を切り替えることで、必要な経路間を接続したり切断したりして、所望のアンテナ端子と入出力端子(受信端子、送信端子、送受信端子等)との切替を行う。 As the switch in the antenna switch circuit, a semiconductor switch element such as a diode or FET functioning as a high-frequency switch is used. This switch is turned on or off in accordance with the control signal, and functions as a switch. Here, the switch behaves as a low-resistance element when in the ON state, and behaves as a low-capacitance element when in the OFF state. In the following description, the resistance value of the switch in the ON state is referred to as ON resistance, and the capacitance value of the switch in the OFF state is referred to as OFF capacity. By switching between these ON states and OFF states, the required paths are connected or disconnected to switch between the desired antenna terminal and input / output terminals (receiving terminal, transmitting terminal, transmitting / receiving terminal, etc.). .
以下の説明のための従来例として、図4に示す4P10T(4-Pole 10 Throw:4極10投)型のアンテナスイッチ回路100Bを取り上げる。SW1〜SW20はダイオードやFETなどの半導体からなるスイッチである。111〜114は低周波数帯(L)用の入出力端子であり、111は送信端子、112,113は受信端子、114は送受信端子である。121は中周波数帯(M)用の送受信端子である。131〜135は高周波数帯(H)用の入出力端子であり、131は送信端子、132,133は受信端子、134,135は送受信端子である。141〜143はアンテナ端子、151はアンテナ端子を兼用する共通外部端子である。500はスイッチSW1〜SW20のON/OFFを制御する制御回路(あるいはロジックデコーダ回路)である。161〜16pは制御回路500への制御信号の入力端子、171は電源端子、181は接地端子である。なお、図4において、Lは低周波数帯、Mは中周波数帯、Hは高周波数帯、Cは共通、Rは受信、Tは送信、TRは送受信を表す。このようなアンテナスイッチ回路100Bはおそらくは現存しないが、現状技術を用いて構成した場合の特性上の問題点を考察するには適当な規模のスイッチ回路である。4P10T型のアンテナスイッチ回路100Bを、前述のようなマルチバンドマルチモード端末に適用するために各端子を割当てるとすれば、いろいろな組み合わせが考えられる。
As a conventional example for the following explanation, a 4P10T (4-Pole 10 Throw ) type
まず、使用する方式と周波数帯として、GSM方式4バンド、UMTS方式4バンドを考える。GSM方式は世界各国の地域によって割当が様々であるが、850MHz帯、900MHz帯、1800MHz、1900MHz帯の4バンドで、全てをカバーすることができる。GSM送信端子は、アンテナスイッチ回路においては周波数が近い850MHz帯と950MHzを共用するのが一般的であり、同様に1800MHz帯と1900MHz帯も共用される。これに対して受信端子は各周波数帯ごとに設けられる。これを合計すると、送受信端子として6端子あればGSM方式に対しては全てカバーできる。 First, the GSM system 4 band and the UMTS system 4 band are considered as a system and a frequency band to be used. The GSM system has various allocations depending on the region of each country in the world, but can cover all with four bands of 850 MHz band, 900 MHz band, 1800 MHz, and 1900 MHz band. In the antenna switch circuit, the GSM transmission terminal generally shares the 850 MHz band and the 950 MHz, which are close in frequency, and similarly, the 1800 MHz band and the 1900 MHz band are also shared. On the other hand, a receiving terminal is provided for each frequency band. Summing up, it is possible to cover all GSM systems if there are 6 terminals for transmission and reception.
一方、UMTS方式としては、800MHz帯、1500MHz帯、1700MHz帯、2100MHz帯を例として想定する。UMTS方式では別名W−CDMA方式が用いられ、送信と受信を同時に行う。このためアンテナスイッチ回路は周波数帯を切り替えるために用いるので、4端子を備えればよいことになる。 On the other hand, as a UMTS system, an 800 MHz band, 1500 MHz band, 1700 MHz band, and 2100 MHz band are assumed as an example. In the UMTS system, an alias W-CDMA system is used, and transmission and reception are performed simultaneously. For this reason, since the antenna switch circuit is used for switching the frequency band, it is sufficient to provide four terminals.
これらを合計すると、送受信端子として10端子あれば、GSM方式4バンド、UMTS方式4バンドに対応することができる。 In total, if there are 10 transmission / reception terminals, GSM 4 band and UMTS 4 band can be supported.
アンテナ端子に関しては、使用する周波数帯によって割り当てを決め、通信方式には無関係となる。これは使用するアンテナの特性を最大限に活用するには周波数帯域が制約されるためである。例えば、4本のアンテナ端子141〜143,151のうちアンテナ端子141を800MHz〜1GHz(低周波数帯L)、アンテナ端子142を1500MHz帯(中周波数帯M)、アンテナ端子143を1700MHz〜2200MHz(高周波数帯H)、共通外部端子151は全周波数帯に対応する共通端子として割り当てる場合を考える。端子番号と周波数帯には関連はなく、入れ替えて考えることにはなんら問題はない。
The antenna terminal is assigned according to the frequency band to be used and is irrelevant to the communication method. This is because the frequency band is restricted in order to make the best use of the characteristics of the antenna used. For example, among the four
図4のアンテナスイッチ回路100Bを概観すると、まず送信端子111、受信端子112,113、送受信端子114は、アンテナ端子141と共通外部端子151の2つと、スイッチSW1〜SW4,SW5〜SW8によって、それぞれ接続可能である。また、送受信端子121は、アンテナ端子142と共通外部端子151の2つと、スイッチSW9,SW10によって、それぞれ接続可能である。さらに、送信端子131、受信端子132,133、送受信端子134,135は、スイッチSW11〜SW15,SW16〜SW20によって、アンテナ端子143と共通外部端子151の2つと、それぞれ接続可能である。このように送信端子、受信端子、送受信端子のそれぞれは、どれか1つのアンテナ端子と共通外部端子151の2つと接続可能になっている。
When the
上記の構成について、アンテナ端子を基準にして考えると、アンテナ端子141には送信端子111、受信端子112,113、送受信端子114の合計4つの端子が接続可能である。アンテナ端子142には送受信端子121のみが接続可能である。アンテナ端子143には送信端子131、受信端子132,133、送受信端子134,135の合計5つの端子が接続可能である。共通外部端子151は上記と異なり、送信端子、受信端子、送受信端子の全ての端子と接続が可能である。
Considering the above configuration with reference to the antenna terminal, the
共通外部端子151のように、多くの端子と接続できるということは、使用上の利便性があるが、電気的特性上は問題がある。以下その問題点について詳述する。
The fact that it can be connected to many terminals like the common
図5は図4に示した従来例のアンテナスイッチ回路100Bのうち、送信端子111を入力とし、共通外部端子151を出力とする通過経路の等価回路である。通過経路上に直列に存在するスイッチSW5はON状態となるため、等価的にはON抵抗を表す抵抗R5で表すことができる。送信端子111から見て、非通過経路となるアンテナ端子141との間のスイッチSW1はOFF状態となるため、OFF容量を示すキャパシタC1で表すことができる。一方、共通外部端子151から見て非通過経路となるのは、送信端子111以外の9個の端子112〜114,121,131〜135の全てとなるので、ここに9つのスイッチSW6〜SW8,SW10,SW16〜SW20のOFF容量を示すキャパシタC6〜C8,C10,C16〜C20が並列接続した等価回路として表すことができる。
FIG. 5 is an equivalent circuit of a passing path having the
ここで簡単のために、全てのスイッチは同じ回路定数で設計するものとして以下考察を進める。スイッチとして、GaAsFETを用いるものとするならば、OFF状態である1つのスイッチのOFF容量は、一般的には微小であり、高々0.1pFから0.3pF程度の値である。しかし、図5に示すように、このような容量が9個も並列付加される場合には、到底無視できない容量になる。スイッチの電気的特性は、通過経路のON抵抗と非通過経路のOFF容量によって決定される。OFF容量が2pF程度の大きさとなると、2GHzにおけるリアクタンスはわずかj40Ωと低くなってしまい、特性インピーダンス50Ω以下となる。これは、アンテナスイッチ回路100Bの外部において十分な整合をとらないと、大きな反射損失とそれに伴う通過損失の原因となる。また、たとえ整合をとるとしても損失の増加は避けられない。さらにひずみ特性の劣化もある。
Here, for the sake of simplicity, the following discussion will be made assuming that all switches are designed with the same circuit constants. If a GaAsFET is used as the switch, the OFF capacitance of one switch that is in the OFF state is generally minute, and is at most about 0.1 pF to 0.3 pF. However, as shown in FIG. 5, when nine such capacitors are added in parallel, the capacity cannot be ignored. The electrical characteristics of the switch are determined by the ON resistance of the passing path and the OFF capacity of the non-passing path. When the OFF capacitance is about 2 pF, the reactance at 2 GHz is as low as j40Ω, and the characteristic impedance is 50Ω or less. If sufficient matching is not achieved outside the
アンテナスイッチ回路には、送信電力をアンテナに供給する部分で用いるために、非常に高い送信電力が入力される。例えば、GSM850MHz、GSM900MHzモードでは、最大35dBm(約3.16W)がアンテナスイッチ回路に供給される。このような大電力を入力した際に、スイッチの微小な非線形性によって送信信号がひずみ、入力信号周波数の整数倍の周波数においてスプリアスとなる高調波ひずみを発生する。高調波ひずみ信号は、相当する周波数帯を使用する他のアプリケーションへの妨害波となるため、発生量は規制されている。 To the antenna switch circuit, very high transmission power is input for use in a portion where transmission power is supplied to the antenna. For example, in the GSM850 MHz and GSM900 MHz modes, a maximum of 35 dBm (about 3.16 W) is supplied to the antenna switch circuit. When such a large amount of power is input, the transmission signal is distorted due to minute non-linearity of the switch, and spurious harmonic distortion is generated at a frequency that is an integral multiple of the input signal frequency. Since the harmonic distortion signal becomes an interference wave to other applications using the corresponding frequency band, the generation amount is regulated.
高調波ひずみはON抵抗の非線形性とOFF容量の非線形性によって発生するが、特にOFF容量の非線形性によって発生する高調波ひずみは、OFF容量の増加とともに増加する。しかも、高調波の次数が高いほどOFF容量の増加に対する増加量が増すため、OFF容量は極力少ないことが好ましい。図5に示した接続例は、送信端子111を送信入力端子としたが、送受信端子114と共通外部端子151を接続する場合でも状況は同じであり、OFF容量は変わらない。
Harmonic distortion is generated by the non-linearity of the ON resistance and the non-linearity of the OFF capacity. In particular, the harmonic distortion generated by the non-linearity of the OFF capacity increases as the OFF capacity increases. Moreover, since the increase amount with respect to the increase in the OFF capacity increases as the order of the harmonics increases, the OFF capacity is preferably as small as possible. The connection example shown in FIG. 5 uses the
UMTS方式においては、GSM方式と比べると送信電力は低いため、それに伴い高調波ひずみの発生は軽減されるが、クロスモジュレーションが問題となる。UMTS方式では前記のように同時送受信を行う。この場合、アンテナスイッチ回路としては、1つの送受信端子とアンテナ端子を接続し、送受信端子に別途接続するデユープレクサにより送信周波数帯と受信周波数帯を分離する。送信周波数信号はデユープレクサにより遮断されるとともに、周波数が受信周波数と異なるために、通常は受信妨害は発生しない。 In the UMTS system, since transmission power is lower than that in the GSM system, generation of harmonic distortion is reduced accordingly, but cross modulation becomes a problem. In the UMTS system, simultaneous transmission and reception are performed as described above. In this case, as the antenna switch circuit, one transmission / reception terminal and an antenna terminal are connected, and a transmission frequency band and a reception frequency band are separated by a duplexer separately connected to the transmission / reception terminal. Since the transmission frequency signal is blocked by the deduplexer and the frequency is different from the reception frequency, reception interference does not normally occur.
しかし、アンテナ端子から妨害信号が流入する場合には、受信妨害を発生する場合がある。送信周波数をftx、受信周波数をfrxとし、a、bを自然数としたときに、|a・ftx±b・frx|に相当する周波数信号が存在し、アンテナスイッチ回路に流入し、同時に送信周波数信号を送信していると、アンテナスイッチ回路の非線形性により受信周波数帯の妨害信号を発生する。 However, when an interference signal flows from the antenna terminal, reception interference may occur. When the transmission frequency is ftx, the reception frequency is frx, and a and b are natural numbers, a frequency signal corresponding to | a · ftx ± b · frx | exists and flows into the antenna switch circuit, and at the same time, the transmission frequency signal Is transmitted, an interference signal in the reception frequency band is generated due to the nonlinearity of the antenna switch circuit.
これを帯域外ブロッキングと言い、電気的仕様はIMD(Intermodulation Distortion)特性として、UMTS用途ではアンテナスイッチ回路に課せられており、重要である。このようなIMD特性は、やはり通過経路にあるON状態のスイッチのON抵抗の非線形性と、OFF状態のスイッチのOFF容量によって決定し、OFF容量が大きいほど悪化する。アンテナスイッチ回路のON抵抗とOFF容量は、使用するデバイス特性によって決まる。双方がトレードオフ関係となるため、一方だけを減少させることはデバイスを変更することに相当し難易度が高い。 This is called out-of-band blocking, and electrical specifications are important as IMD (Intermodulation Distortion) characteristics, which are imposed on antenna switch circuits in UMTS applications. Such an IMD characteristic is determined by the non-linearity of the ON resistance of the ON switch that is also in the passing path and the OFF capacitance of the OFF switch, and becomes worse as the OFF capacitance increases. The ON resistance and OFF capacity of the antenna switch circuit are determined by the device characteristics used. Since both are in a trade-off relationship, reducing only one is equivalent to changing the device and is difficult.
上記のひずみ特性を改善する方法としては、スイッチのサイズを拡大し、ON抵抗を下げるとともに、スイッチを直列接続し、結果としてON抵抗、OFF容量は一定とするが、スイッチ1個あたりに印加される電力の比率を下げることで、軽減効果が得られる。しかし、このような方法では、スイッチ全体の大きさが増大し、コスト上の制約を受けることになる。また供給電圧を上げ、1つのスイッチをバイアスする電圧を上げることでも改善効果は得られるが、スイッチにかけられる電圧は、デバイス特性上の制約があるため、限度はある。現状技術では、上記のスイッチのサイズ拡大と直列接続による方法、供給電圧を上げる方法でも、4P10T型のアンテナスイッチ回路を実現する上では、電気特性上は不満足な特性しか得られない。 As a method of improving the above distortion characteristics, the switch size is enlarged, the ON resistance is lowered, and the switches are connected in series. As a result, the ON resistance and the OFF capacitance are constant, but the switch is applied per switch. The reduction effect can be obtained by reducing the power ratio. However, such a method increases the overall size of the switch and is subject to cost constraints. An improvement effect can also be obtained by raising the supply voltage and raising the voltage for biasing one switch, but the voltage applied to the switch is limited due to restrictions on device characteristics. In the current technology, even with the above-described method of increasing the switch size and series connection, and the method of increasing the supply voltage, only an unsatisfactory electrical property can be obtained in realizing a 4P10T type antenna switch circuit.
上記のように、マルチバンドマルチモードのアンテナスイッチ回路においては、共通外部端子151には、送信、受信、送受信のすべての端子と接続できる状態に設計されるため、この共通外部端子151を使用する場合には、挿入損失特性はもとより、重要な特性であるひずみ特性が大幅に悪化し、必要な電気的特性を満足することが困難になるという問題があつた。
As described above, in the multi-band multi-mode antenna switch circuit, the common
本発明は上記問題点を解消し、アンテナ端子を通過経路とする場合におけるひずみ特性を向上させたマルチバンドマルチモードのアンテナスイッチ回路を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a multi-band multi-mode antenna switch circuit that solves the above-described problems and has improved distortion characteristics when an antenna terminal is used as a passing path.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、n個(nは2以上の正の整数)の入出力端子群と、n個のアンテナ端子と、アンテナ端子ともなる1個の共通外部端子と、1個の個別共通端子を有するn個の個別スイッチ回路と、1個の共通外部端子切替スイッチ回路とを備え、前記n個の個別スイッチ回路のそれぞれは、前記n個の入出力端子群の内の割り当てられた1個の入出力端子群と前記n個のアンテナ端子の内の割り当てられた1個のアンテナ端子との間を切替接続する第1のスイッチ群と、前記割り当てられた1個の入出力端子群と当該個別スイッチ回路の前記1個の個別共通端子との間を接続切替する第2のスイッチ群とを有し、前記1個の共通外部端子切替スイッチ回路は、前記n個の個別スイッチ回路のそれぞれの前記個別共通端子と前記1個の共通外部端子との間を接続切替するn個のスイッチからなる第3のスイッチ群を有する、ことを特徴とする。
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のアンテナスイッチ回路において、前記入出力端子群は、送信端子、受信端子、送受信端子の内の少なくともいずれか1つを含み、前記第1、第2および第3のスイッチ群は、1又は2以上のスイッチからなることを特徴とする。
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載のアンテナスイッチ回路において、前記第1、第2および第3のスイッチ群のスイッチは、電界効果トランジスタ又はダイオードからなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the antenna switch circuit according to the first aspect, the input / output terminal group includes at least one of a transmission terminal, a reception terminal, and a transmission / reception terminal. The second and third switch groups include one or two or more switches.
According to a third aspect of the present invention, in the antenna switch circuit according to the first or second aspect, the switches of the first, second, and third switch groups are formed of a field effect transistor or a diode.
本発明によれば、共通外部端子と周波数帯毎に設けられた各入出力端子群との間の経路に、個別スイッチ回路と共通外部端子切替スイッチ回路とが直列に介在する構成であるので、通過損失特性およびひずみ特性を向上させることができる。 According to the present invention, since the individual switch circuit and the common external terminal changeover switch circuit are interposed in series in the path between the common external terminal and each input / output terminal group provided for each frequency band, The passage loss characteristic and the distortion characteristic can be improved.
図1に本発明の1つの実施例のアンテナスイッチ回路100の構成を示す。このアンテナスイッチ回路100は、送信、受信又は送受信用のj個の端子からなる入出力端子群110、送信、受信又は送受信用のk個の端子からなる入出力端子群120、・・・、送信、受信又は送受信用のm個の端子からなる入出力端子群1n0を、n個のアンテナ端子群140と1個の共通外部端子151に対して、接続切替を行うものである。アンテナ端子群140の各端子と共通外部端子151には、使用周波数帯に応じて個別に割り当てられたアンテナが接続されることになる。このアンテナスイッチ回路100には、n個の個別スイッチ回路200−1,200−2,・・・,200−nと、1個の共通外部端子切替スイッチ回路400と、1個の制御回路500が配置される。
FIG. 1 shows a configuration of an
1番目の個別スイッチ回路200−1は、DPjT(Double Pole j Throw:双極j投)型又はSPjT(Single Pole j Throw:単極j投)型のスイッチ回路であり、入出力端子群110に接続された個別送信、個別受信又は個別送受信用のj個の端子からなる個別入出力端子端子群210のいずれかの端子を、個別アンテナ端子311又は個別共通端子312に切替接続する。
The first individual switch circuit 200-1 is a DPjT (Double Pole j Throw ) type or SPjT (Single Pole j Throw ) type switch circuit, and is connected to the input /
2番目の個別スイッチ回路200−2は、DPkT(Double Pole k Throw:双極k投)型又はSPkT(Single Pole k Throw:双極k投)型のスイッチ回路であり、端子群120に接続された個別送信、個別受信又は個別送受信用のk個の端子からなる個別入出力端子群220のいずれかの端子を、個別アンテナ端子321又は個別共通端子322に切替接続する。
The second individual switch circuit 200-2 is a DPkT (Double Pole k Throw ) type or SPkT (Single Pole Throw ) type switch circuit, and is connected to the
n番目の個別スイッチ回路200−nは、DPmT(Double Pole m Throw:双極m投)型又はSPmT(Single Pole m Throw:双極m投)型のスイッチ回路であり、端子群1n0に接続された個別送信、個別受信又は個別送受信のm個の端子からなる個別入出力端子群2n0のいずれかの端子を、個別アンテナ端子3n1又は個別共通端子3n2に切替接続する。 The n-th individual switch circuit 200-n is a DPmT (Double Pole m Throw ) type or SPmT (Single Pole m Throw ) type switch circuit, and is connected to the terminal group 1n0. Any terminal of the individual input / output terminal group 2n0 composed of m terminals for transmission, individual reception or individual transmission / reception is switched and connected to the individual antenna terminal 3n1 or the individual common terminal 3n2.
共通外部端子切替スイッチ回路400は、SPnT(Single Pole n Throw:双極n投)型のスイッチ回路で構成され、共通外部端子151と各個別共通端子312,322,・・・,3n2との切替接続を行う。
The common external terminal
これらの各個別スイッチ回路200−1,200−2,・・・,200−nと共通外部端子切替スイッチ回路400は、すべて外部制御信号が入力する制御回路500によって内部のスイッチが直接切り替えられる。なお、制御端子161,162,・・・,16pに印加する制御信号を制御回路500にてデコードすることで、制御端子161,162,・・・,16pを少ない数に抑えて、各スイッチを制御することもできる。
The individual switch circuits 200-1, 200-2,..., 200-n and the common external terminal
図2は図1に示したアンテナスイッチ回路100を具体的化した構成を示すものであり、図4に示した従来例と同じく、送信、受信、送受信用の端子111〜113,121,131〜135をアンテナ端子141〜143、共通外部端子151に切替接続する4P10T型のアンテナスイッチ回路100Aの構成例である。
2 shows a specific configuration of the
この4P10T型のアンテナスイッチ回路100Aは、4つのスイッチ回路ブロックを備える。個別スイッチ回路200−1は、スイッチSW1〜SW8を備えるDP4T(Double Pole 4 Throw:双極4投)型からなり、個別スイッチ回路200−2は、スイッチSW9〜SW10を備えるSPDT(Single Pole Double Throw:単極双投)型からなり、個別スイッチ回路200−3は、スイッチSW11〜SW20を備えるDP5T(Double Pole 5 Throw:双極5投)型からなる。また、共通外部端子切替スイッチ回路400は、スイッチSW21〜SW23を備えるSP3T(Single Pole 3 Throw:単極3投)型からなる。
This 4P10T type
ここで、個別スイッチ回路200−1は、アンテナ側の端子として個別アンテナ端子311と個別共通端子312を有し、送受信側の端子として個別送信端子211、個別受信端子212、個別受信端子213、個別送受信端子214を有する。この個別スイッチ回路200−1は、同じ周波数帯を使うアンテナおよび送受信端子を1つの小分けしたスイッチにまとめたものとなっている。ここでは、850MHz、900MHz帯の低い周波数(L)を想定した例であるが、この部分の構成は周波数帯を限定するものではない。個別アンテナ端子311はアンテナ端子141に接続され、個別送信端子211は送信端子111に、個別受信端子212は受信端子112に、個別受信端子213は受信端子113に、個別送受信端子214は送受信端子114に、それぞれ接続されている。個別共通端子312については後述する。
Here, the individual switch circuit 200-1 includes an
個別スイッチ回路200−2は、アンテナ側の端子として個別アンテナ端子321と個別共通端子322を有し、送受信側の端子として個別送受信端子221を有する。この個別スイッチ回路200−2も、前記個別スイッチ回路200−1と同様に、同じ周波数帯を使うアンテナおよび送受信端子を小分けしたスイッチにまとめたものとなっている。ここでは、1500MHz帯のように中間周波数(M)を想定した例であるが、この部分の構成も周波数帯を限定するものではない。個別アンテナ端子321はアンテナ端子142に接続され、個別送受信端子221は送受信端子121に接続されている。個別共通端子322については後述する。
The individual switch circuit 200-2 has an
個別スイッチ回路200−3は、アンテナ側の端子として個別アンテナ端子331と個別共通端子332を有し、個別送信端子231、個別受信端子232、個別受信端子233、個別送受信端子234、個別送受信端子235を有する。この個別スイッチ回路200−3も、前記個別スイッチ回路200−1,200−2と同様に、同じ周波数帯を使うアンテナおよび送受信端子を小分けしたスイッチにまとめたものとなっている。ここでは、1700MHz〜2200MHzまでの高い周波数帯(H)を想定した例であるが、この部分の構成も周波数帯を限定するものではない。個別アンテナ端子331はアンテナ端子143に接続され、個別送信端子231は送信端子131に、個別受信端子232は受信端子132に、個別受信端子233は受信端子133に、個別送受信端子234は送受信端子134に、個別送受信端子235は送受信端子135に、それぞれ接続されている。個別共通端子332については次に述べる。
The individual switch circuit 200-3 includes an
共通外部端子切替スイッチ回路400は、個別スイッチ回路200−1の個別共通端子312、個別スイッチ回路200−2の個別共通端子322、個別スイッチ回路200−3の個別共通端子332を切り替えて、共通端子401から共通外部端子151に接続するものである。
The common external terminal
以上のように、全体としての構成は4P10T型のアンテナスイッチ回路であるが、内部構成としてはDP4T型の個別スイッチ回路200−1、SPDT型の個別スイッチ回路200−2、DP5T型の個別スイッチ回路200−3、およびSP3T型の共通外部端子切替スイッチ回路400に分割して、構成していることが特徴である。このような構成を選択することの利点は、送信、受信又は送受信端子のそれぞれを共通外部端子151に接続する場合のアンテナスイッチから発生するひずみを従来に比べて軽減できることである。
As described above, the overall configuration is the 4P10T type antenna switch circuit, but the internal configuration is the DP4T type individual switch circuit 200-1, the SPDT type individual switch circuit 200-2, and the DP5T type individual switch circuit. It is characterized by being divided into 200-3 and SP3T type common external terminal
前述のように、アンテナスイッチ回路の電気的特性は、通過経路上に直列接続されるON状態のスイッチのON抵抗特性と、接続されるアンテナ端子、送信、受信又は送受信端子から見た非通過経路へのOFF状態のスイッチのOFF容量特性によって決定される。特に共通外部端子151は、送信、受信および送受信端子の全てとの接続が要求されるため、図4に示した従来例の構成では、図5に示した等価回路のようにOFF容量が過大になり、通過損失特性、ひずみ特性が大幅に悪化するという問題があった。
As described above, the electrical characteristics of the antenna switch circuit are the ON resistance characteristics of the ON state switch connected in series on the passing path, and the non-passing path as seen from the connected antenna terminal, transmission, reception or transmission / reception terminal. It is determined by the OFF capacity characteristic of the switch in the OFF state. In particular, since the common
これに対し、図1、図2に示した本発明による構成例では、上記問題となったOFF容量を約半分に軽減できる。図3は図2の本発明実施例に対して、共通外部端子151と送信端子111を接続する場合の等価回路図である。これは図5に示した従来例と同等の接続状態に相当する。
On the other hand, in the configuration example according to the present invention shown in FIG. 1 and FIG. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram when the common
まず、共通外部端子151から見ると、共通外部端子151に接続される非通過経路となるスイッチは、スイッチSW22とスイッチSW23であり、これらをOFF容量で表したものが、図3に示すキャパシタC22およびキャパシタC23である。共通外部端子151と個別共通端子312との間のスイッチSW21はON状態であり、これはON抵抗R21で表すことができる。個別共通端子312には、非通過経路となる個別受信端子212へのスイッチSW6、個別受信端子213へのスイッチSW7、個別送受信端子214へのスイッチSW8がOFF状態であり、これらは3個のOFF容量にて表すことができ、それぞれキャパシタC6、キャパシタC7、キャパシタC8が該当する。個別共通端子312と個別送信端子211間のスイッチSW5はON状態であり、ON抵抗R5で表すことができる。個別送信端子211には非通過経路となるアンテナ端子141へのスイッチSW1がOFF状態であり、キャパシタC1による1個のOFF容量で表すことができる。
First, when viewed from the common
図2の本発明の実施例と図4の従来例をそれぞれの等価回路である図3と図5にて比較すると、本発明においては直列ON抵抗は2個(R5,R21)に増加しているものの、OFF容量は6個(C1,C6,C7,C8,C22,C23)と約半分に減少していることがわかる。通過損失特性について考察すると、ON抵抗増加分による通過損失の増加は避けられないが、OFF容量の低減による通過損失の改善効果が見込めることになり、これらはほぼ相殺される。 Comparing the embodiment of the present invention of FIG. 2 with the conventional example of FIG. 4 in FIG. 3 and FIG. 5 which are equivalent circuits, respectively, in the present invention, the series ON resistance is increased to two (R5, R21). However, it can be seen that the OFF capacity is 6 (C1, C6, C7, C8, C22, C23), which is reduced to about half. Considering the passage loss characteristics, an increase in passage loss due to an increase in ON resistance is inevitable, but an improvement effect of passage loss due to a reduction in OFF capacity can be expected, which is almost offset.
なお、OFF容量による不整合損失は、アンテナスイッチ回路の外部においてインダクタンスなどによる整合で補償はできるが、この整合に伴う損失が新たに発生するので、OFF容量に伴う不整合損失は少ないほうがアンテナスイッチ回路としての損失は低減できる。これは、特に周波数が高い場合には効果的な方法であり、本発明による方法は従来例と比較して同等か、やや損失低減が可能となる。 Mismatch loss due to OFF capacitance can be compensated by matching with inductance etc. outside the antenna switch circuit. However, since a loss associated with this matching is newly generated, it is better that the mismatch loss due to OFF capacitance is smaller. Loss as a circuit can be reduced. This is an effective method particularly when the frequency is high, and the method according to the present invention is equivalent to the conventional example or can reduce loss somewhat.
本発明によるその他の有用な効果は、ひずみ特性の低減である。これまで述べてきたように、共通外部端子151を通過経路とする場合には、従来例ではOFF容量数が非常に多いため、これに伴うひずみの発生量が大きい。通常のアンテナスイッチ回路の設計ではON抵抗の非線形性とOFF容量の非線形性のトレードオフがある関係で、双方によるひずみ発生量を考慮してそれぞれON抵抗、OFF容量の値を設計することになるが、実際の設計上はON抵抗の非線形性をまず確保するように設計される。そのため、通過経路上にある直列スイッチ数の増加に対しては感度は低く設計されることになる。この場合、OFF容量の非線形性がひずみの発生量を決定する主要要因になる。従って、OFF容量が少なくなる設計方法を選択すれば、ひずみ発生量を低減できることになる。
Another useful effect of the present invention is a reduction in strain characteristics. As described so far, when the common
本発明では、このような発想から、通過経路に対して直接接続される非通過経路数を極力少なくでき、それによりOFF容量を低減してアンテナスイッチ回路を構成することができるため、ひずみの発生が少ないアンテナスイッチ回路を提供できるようになる。 In the present invention, from such an idea, the number of non-passing paths that are directly connected to the passing path can be reduced as much as possible, thereby reducing the OFF capacity and configuring the antenna switch circuit. It is possible to provide an antenna switch circuit with a small number of antennas.
図6は、本発明による図2に示す4P10T型のアンテナスイッチ回路100Aの構成例と図4に示す従来例による同構成のアンテナスイッチ回路100Bの損失特性(S21)をシミュレーションにより比較したものである。シミュレーションには、スイッチとして、現状存在するGaAsFETプロセスにおける標準的な単位ゲート幅当たりON抵抗2Ω/mm、単位ゲート幅当たりOFF容量0.15pF/mmを用いた。
FIG. 6 compares the loss characteristics (S21) of the configuration example of the 4P10T type
周波数1GHz付近では、本発明による実施例では損失0.6dBとなり、従来例による損失0.4dBに比べてやや劣るが、周波数が高くなると1.5GHzにおいて、本発明による実施例と従来例による損失は同じ値になり、特性曲線は交差している。さらに高い周波数では、本発明による実施例のほうが、従来例よりも損失は低くなり、2GHzにおいては、本発明が0.77dBであるのに対し、従来例では0.91dB、3GHzにおいては、本発明が1.05dBであるのに対し、従来例では1.62dBとなっている。このように、本発明による実施例は、従来例に比べて特に周波数が高い場合に大幅に通過損失が改善できることがわかる。 In the vicinity of a frequency of 1 GHz, the loss of the embodiment according to the present invention is 0.6 dB, which is slightly inferior to the loss of 0.4 dB according to the conventional example. Have the same value and the characteristic curves intersect. At higher frequencies, the embodiment according to the present invention has a lower loss than the conventional example, and the present invention is 0.77 dB at 2 GHz, whereas the conventional example is 0.91 dB at 3 GHz. While the invention is 1.05 dB, it is 1.62 dB in the conventional example. Thus, it can be seen that the embodiment according to the present invention can significantly improve the passage loss particularly when the frequency is higher than the conventional example.
一方、図7は高調波ひずみ特性のシミュレーションによる比較を実施している。図7は入力電力Pinに対する第3次高調波特性を示している。従来例においては、35dBm入力において高調波発生量は−69dBcとなるが、本発明の実施例においては、同入力電力において高調波発生量は−74dBcと5dB改善されている。これは、OFF容量を低減した効果によりOFF容量の非線形性も改善されていることを示している。 On the other hand, FIG. 7 compares the harmonic distortion characteristics by simulation. FIG. 7 shows the third harmonic characteristic with respect to the input power Pin. In the conventional example, the harmonic generation amount is −69 dBc at 35 dBm input, but in the embodiment of the present invention, the harmonic generation amount is improved by −74 dBc to 5 dB at the same input power. This indicates that the nonlinearity of the OFF capacitance is also improved by the effect of reducing the OFF capacitance.
このように本発明によれば、送信、受信および送受信の全端子と接続されることが要求される共通端子151において、通過損失特性は同等か周波数が高くなると向上させることができ、なおかつ、ひずみ特性も大幅に改善することができる。これにより、高性能なアンテナスイッチ回路を構成することができる。使用される通信モードや周波数帯が追加されるとアンテナスイッチ回路は複雑化するが、本発明による方法では、これによりアンテナスイッチ回路の特性が低下するのを防ぐことが可能になる。
As described above, according to the present invention, in the
本発明は、ここで例示した4P10T型のアンテナスイッチ回路に限定するものではなく、また内部で小分けしたスイッチ回路の構成も、ここで例示したDP4T型スイッチ回路、SPDT型スイッチ回路、DP5T型スイッチ回路、SP3T型スイッチ回路などに限定されるものではない。アンテナに割り当てられた周波数帯毎に内部スイッチ回路、送信、受信、送受信端子を周波数帯毎に分割した個別スイッチ回路を設けて、個別スイッチ回路の共通外部端子と接続される端子をさらに別の共通外部端子切替スイッチ回路で合成して共通外部端子151に接続する点が特徴である。
The present invention is not limited to the 4P10T type antenna switch circuit exemplified here, and the configuration of the switch circuit subdivided inside also includes the DP4T type switch circuit, SPDT type switch circuit, and DP5T type switch circuit exemplified here. It is not limited to the SP3T type switch circuit. For each frequency band assigned to the antenna, an internal switch circuit, a separate switch circuit that divides transmission, reception, and transmission / reception terminals for each frequency band is provided, and a terminal connected to the common external terminal of the individual switch circuit is further shared. It is characterized in that it is synthesized by an external terminal changeover switch circuit and connected to the common
100,100A,100B:アンテナスイッチ回路
200−1,200−2,200−n:個別スイッチ回路
400:共通外部端子切替スイッチ回路
500:制御回路
110:入出力端子群(j個)、111:送信端子、112,113:受信端子、114:送受信端子
120:入出力端子群(k個)、121:送受信端子
131:送信端子、132,133:受信端子、134,135:送受信端子
1n0:入出力端子群(m個)
140:アンテナ端子群、141〜143:アンテナ端子
151:共通外部端子
161〜16p:制御端子
171:電源端子
181:接地端子
210:個別入出力端子群(j個)、211:個別送信端子、212,213:個別受信端子、214:個別送受信端子
220:個別入出力端子群(k個)、221:個別送受信端子
231:個別送信端子、232,233:個別受信端子、234,235:個別送受信端子
2n0:個別入出力端子群(m個)
311,321,331,3n1:個別アンテナ端子、312,322,333,3n2:個別共通端子
401:共通端子
100, 100A, 100B: antenna switch circuit 200-1, 200-2, 200-n: individual switch circuit 400: common external terminal changeover switch circuit 500: control circuit 110: input / output terminal group (j), 111:
140: antenna terminal group, 141-143: antenna terminal 151: common external terminal 161-16p: control terminal 171: power supply terminal 181: ground terminal 210: individual input / output terminal group (j), 211: individual transmission terminal, 212 , 213: Individual reception terminal, 214: Individual transmission / reception terminal 220: Individual input / output terminal group (k), 221: Individual transmission / reception terminal 231: Individual transmission terminal, 232, 233: Individual reception terminal, 234, 235: Individual transmission / reception terminal 2n0: Individual input / output terminal group (m)
311, 321, 331, 3 n 1: individual antenna terminal, 312, 322, 333, 3 n 2: individual common terminal 401: common terminal
Claims (3)
前記n個の個別スイッチ回路のそれぞれは、前記n個の入出力端子群の内の割り当てられた1個の入出力端子群と前記n個のアンテナ端子の内の割り当てられた1個のアンテナ端子との間を切替接続する第1のスイッチ群と、前記割り当てられた1個の入出力端子群と当該個別スイッチ回路の前記1個の個別共通端子との間を接続切替する第2のスイッチ群とを有し、
前記1個の共通外部端子切替スイッチ回路は、前記n個の個別スイッチ回路のそれぞれの前記個別共通端子と前記1個の共通外部端子との間を接続切替するn個のスイッチからなる第3のスイッチ群を有する、
ことを特徴とするアンテナスイッチ回路。 n (n is a positive integer greater than or equal to 2) input / output terminal group, n antenna terminals, one common external terminal also serving as an antenna terminal, and n individual terminals having one individual common terminal A switch circuit and one common external terminal switching circuit;
Wherein each of the n individual switch circuits, one antenna terminal assigned the n-number of one of the input and output terminals assigned ones of the input and output terminals of the inner of the n antenna terminal the first group of switches, said one of the second switch group connected switching between the individual common terminal of the assigned one of the input and output terminals and the individual switch circuit is for switching connection between the And
The one common external terminal changeover switch circuit includes a third switch comprising n switches for switching connection between the individual common terminal and the one common external terminal of each of the n individual switch circuits. Having a switch group,
An antenna switch circuit.
前記入出力端子群は、送信端子、受信端子、送受信端子の内の少なくともいずれか1つを含み、前記第1、第2および第3のスイッチ群は、1又は2以上のスイッチからなることを特徴とするアンテナスイッチ回路。 The antenna switch circuit according to claim 1,
The input / output terminal group includes at least one of a transmission terminal, a reception terminal, and a transmission / reception terminal, and the first, second, and third switch groups include one or more switches. A featured antenna switch circuit.
前記第1、第2および第3のスイッチ群のスイッチは、電界効果トランジスタ又はダイオードからなることを特徴とするアンテナスイッチ回路。 The antenna switch circuit according to claim 1 or 2,
The antenna switch circuit according to claim 1, wherein the switches of the first, second and third switch groups are formed of a field effect transistor or a diode.
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