KR20210116233A - 고주파 모듈 및 통신 장치 - Google Patents

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사토시 고토
요시키 야스토모
데록 오
유우토 아오키
요시히로 다이몬
나오야 마츠모토
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

고주파 모듈(1A)은 서로 대향하는 주면(91a 및 91b)을 갖는 모듈 기판(91)과, 전력 증폭기(10)와, 제1회로부품과, 전력 증폭기(10)를 제어하는 PA 제어회로(80)를 구비하고, 전력 증폭기(10)는 입력단자(115) 및 출력단자(116)와, 입력단자(115)에 대하여 병렬 배치된 증폭소자(12 및 13)와, 증폭소자(12)의 출력단자 및 증폭소자(13)의 출력단자와 출력단자(116) 사이에 접속된 출력 트랜스(15)를 갖고, PA 제어회로(80)는 주면(91b)에 배치되어 있고, 증폭소자(12 및 13)는 주면(91a)에 배치되어 있다.

Description

고주파 모듈 및 통신 장치{RADIO FREQUENCY MODULE AND COMMUNICATION DEVICE}
본 발명은 고주파 모듈 및 통신 장치에 관한 것이다.
휴대전화 등의 이동체 통신 기기에는 고주파 송신신호를 증폭하는 전력 증폭기가 탑재된다.
특허문헌 1에는, 비반전 입력신호가 입력되는 제1트랜지스터와, 반전 입력신호가 입력되는 제2트랜지스터와, 제1트랜지스터 및 제2트랜지스터의 출력단자측에 배치된 트랜스포머(이하, 트랜스라고 기재한다)로 구성된 차동 증폭형의 전력 증폭기가 개시되어 있다. 트랜스는 자기적으로 결합한 2개의 1차측 코일과, 1개의 2차측 코일로 구성되어 있다. 2개의 1차측 코일은 서로 병렬 접속되고, 각각이 2차측 코일과 자기적으로 결합함으로써 Q 팩터를 저하시키지 않고 1차측 코일의 입력 임피던스를 저감할 수 있다. 이것에 의해, 전력 이득(파워 게인)을 향상시키는 것이 가능해진다.
일본 특허공개 2010-118916호 공보
그러나, 특허문헌 1에 개시된 차동 증폭형의 전력 증폭기를 1개의 고주파 모듈로 구성할 경우, 전력 증폭기를 구성하는 회로소자 수가 많기 때문에 고주파 모듈이 대형화되어 버린다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 차동 증폭형의 전력 증폭기를 갖는 소형의 고주파 모듈 및 그것을 구비한 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일양태에 따른 고주파 모듈은, 서로 대향하는 제1주면 및 제2주면을 갖는 모듈 기판과, 송신신호를 증폭하는 전력 증폭기와, 제1회로부품과, 상기 전력 증폭기를 제어하는 제어회로를 구비하고, 상기 전력 증폭기는 제1증폭소자 및 제2증폭소자와, 제1코일 및 제2코일을 갖는 출력 트랜스를 갖고, 상기 제1코일의 일단은 상기 제1증폭소자의 출력단자에 접속되고, 상기 제1코일의 타단은 상기 제2증폭소자의 출력단자에 접속되며, 상기 제2코일의 일단은 상기 전력 증폭기의 출력단자에 접속되어 있고, 상기 제어회로는 상기 제1주면에 배치되고 있고, 상기 제1증폭소자 및 상기 제2증폭소자, 또는, 상기 제1회로부품은 상기 제2주면에 배치되어 있다.
본 발명에 의하면, 차동 증폭형의 전력 증폭기를 갖는 소형의 고주파 모듈 및 통신 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 실시형태에 따른 고주파 모듈 및 통신 장치의 회로 구성도이다.
도 2는 차동 증폭형의 전력 증폭기의 회로 구성도이다.
도 3a는 실시예 1에 따른 고주파 모듈의 평면 구성 개략도이다.
도 3b는 실시예 1에 따른 고주파 모듈의 단면 구성 개략도이다.
도 3c는 변형예 1에 따른 고주파 모듈의 단면 구성 개략도이다.
도 3d는 변형예 2에 따른 고주파 모듈의 단면 구성 개략도이다.
도 4a는 실시예 2에 따른 고주파 모듈의 평면 구성 개략도이다.
도 4b는 실시예 2에 따른 고주파 모듈의 단면 구성 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또, 이하에서 설명하는 실시형태는, 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시형태에서 나타내어지는 수치, 형상, 재료, 구성요소, 구성요소의 배치 및 접속 형태 등은 일례이며, 본 발명을 한정하는 주지가 아니다. 이하의 실시예 및 변형예에 있어서의 구성요소 중, 독립 청구항에 기재되어 있지 않은 구성요소에 대해서는 임의의 구성요소로서 설명된다. 또한, 도면에 나타내어지는 구성요소의 크기 또는 크기의 비는 반드시 엄밀하지는 않다. 각 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화할 경우가 있다.
또한, 이하에 있어서, 평행 및 수직 등의 요소간의 관계성을 나타내는 용어, 및, 직사각형상 등의 요소의 형상을 나타내는 용어, 및, 수치 범위는, 엄격한 의미만을 나타내는 것이 아니고, 실질적으로 동등한 범위, 예를 들면 수% 정도의 차이도 포함하는 것을 의미한다.
또한, 이하에 있어서, 기판에 실장된 A, B 및 C에 있어서, 「기판(또는 기판의 주면)을 평면으로 볼 때에 있어서, A와 B 사이에 C가 배치되어 있다」란, 기판을 평면으로 볼 때에 있어서 A 내의 임의의 점과 B 내의 임의의 점을 연결하는 복수의 선분 중 적어도 1개가 C의 영역을 통과하는 것을 의미한다. 또한, 기판을 평면으로 볼 때란, 기판 및 기판에 실장된 회로소자를 기판의 주면에 평행한 평면에 정투영해서 보는 것을 의미한다.
또한, 이하에 있어서, 「송신 경로」란, 고주파 송신신호가 전파하는 배선, 상기 배선에 직접 접속된 전극, 및 상기 배선 또는 상기 전극에 직접 접속된 단자 등으로 구성된 전송선로인 것을 의미한다. 또한, 「수신 경로」란 고주파 수신신호가 전파하는 배선, 상기 배선에 직접 접속된 전극, 및 상기 배선 또는 상기 전극에 직접 접속된 단자 등으로 구성된 전송선로인 것을 의미한다. 또한, 「송수신 경로」란, 고주파 송신신호 및 고주파 수신신호가 전파하는 배선, 상기 배선에 직접 접속된 전극, 및 상기 배선 또는 상기 전극에 직접 접속된 단자 등으로 구성된 전송선로인 것을 의미한다.
또한, 이하에 있어서, 「A와 B가 접속되어 있다」란, A와 B가 물리적으로 접속되어 있을 경우에 적용될 뿐만 아니라, A와 B가 전기적으로 접속되어 있을 경우에도 적용된다.
(실시형태)
[1. 고주파 모듈(1) 및 통신 장치(5)의 회로 구성]
도 1은 실시형태에 따른 고주파 모듈(1) 및 통신 장치(5)의 회로 구성도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 통신 장치(5)는 고주파 모듈(1)과, 안테나(2)와, RF 신호처리회로(RFIC)(3)와, 베이스밴드 신호처리회로(BBIC)(4)를 구비한다.
RFIC(3)는 안테나(2)에서 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호처리회로이다. 구체적으로는, RFIC(3)는 고주파 모듈(1)의 수신 경로를 통해서 입력된 수신신호를 다운컨버트 등에 의해 신호처리하고, 상기 신호처리해서 생성된 수신신호를 BBIC(4)에 출력한다. 또한, RFIC(3)는 BBIC(4)로부터 입력된 송신신호를 업컨버트 등에 의해 신호처리하고, 상기 신호처리해서 생성된 송신신호를 고주파 모듈(1)의 송신 경로에 출력한다.
BBIC(4)는 고주파 모듈(1)을 전송하는 고주파 신호보다 저주파의 중간 주파수 대역을 사용해서 신호처리하는 회로이다. BBIC(4)에서 처리된 신호는, 예를 들면, 화상표시를 위한 화상신호로서 사용되거나, 또는, 스피커를 통한 통화를 위해서 음성신호로서 사용된다.
또한, RFIC(3)는 사용되는 통신밴드(주파수 대역)에 의거하여, 고주파 모듈(1)이 갖는 스위치(51, 52 및 53)의 접속을 제어하는 제어부로서의 기능도 갖는다. 구체적으로는, RFIC(3)는 제어신호(도시 생략)에 의해 고주파 모듈(1)이 갖는 스위치(51∼53)의 접속을 스위칭한다. 구체적으로는, RFIC(3)는 스위치(51∼53)를 제어하기 위한 디지털 제어신호를 PA 제어회로(80)에 출력한다. 고주파 모듈(1)의 PA 제어회로(80)는 RFIC(3)로부터 입력된 디지털 제어신호에 의해서, 스위치(51∼53)에 디지털 제어신호를 출력함으로써 스위치(51∼53)의 접속 및 비접속을 제어한다.
또한, RFIC(3)는 고주파 모듈(1)이 갖는 전력 증폭기(10)의 이득, 전력 증폭기(10)에 공급되는 전원 전압(Vcc) 및 바이어스 전압(Vbias)을 제어하는 제어부로서의 기능도 갖는다. 구체적으로는, RFIC(3)는 MIPI 및 GIPO 등의 디지털 제어신호를 고주파 모듈(1)의 제어신호단자(130)에 출력한다. 고주파 모듈(1)의 PA 제어회로(80)는 제어신호단자(130)를 통해서 입력된 디지털 제어신호에 의해서, 전력 증폭기(10)에 제어신호, 전원 전압(Vcc) 또는 바이어스 전압(Vbias)을 출력함으로써 전력 증폭기(10)의 이득을 조정한다. 또, 전력 증폭기(10)의 이득을 제어하는 디지털 제어신호를 RFIC(3)로부터 받는 제어신호단자와, 전력 증폭기(10)에 공급되는 전원 전압(Vcc) 및 바이어스 전압(Vbias)을 제어하는 디지털 제어신호를 RFIC(3)로부터 받는 제어신호단자는 달라도 좋다. 또한, 제어부는 RFIC(3)의 외부에 설치되어 있어도 좋고, 예를 들면, BBIC(4)에 설치되어 있어도 좋다.
안테나(2)는 고주파 모듈(1)의 안테나 접속단자(100)에 접속되고, 고주파 모듈(1)로부터 출력된 고주파 신호를 방사하고, 또한, 외부로부터의 고주파 신호를 수신해서 고주파 모듈(1)에 출력한다.
또, 본실시형태에 따른 통신 장치(5)에 있어서, 안테나(2) 및 BBIC(4)는 필수적인 구성요소가 아니다.
다음에, 고주파 모듈(1)의 상세한 구성에 대해서 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 고주파 모듈(1)은 안테나 접속단자(100)와, 전력 증폭기(10)와, 저잡음 증폭기(20)와, 송신 필터(30T 및 40T)와, 수신 필터(30R 및 40R)와, PA 제어회로(80)와, 정합회로(61, 62 및 63)와, 스위치(51, 52 및 53)와, 다이플렉서(35)를 구비한다.
안테나 접속단자(100)는 입출력단자의 일례이며, 안테나(2)에 접속되는 안테나 공통단자이다.
전력 증폭기(10)는 송신 입력단자(110)로부터 입력된 통신밴드 A 및 통신밴드 B의 고주파 신호를 증폭하는 차동 증폭형의 증폭회로이다.
PA 제어회로(80)는 제어신호단자(130)를 통해서 입력된 디지털 제어신호(MIPI 및 GIPO) 등에 의해서 전력 증폭기(10)의 이득을 조정한다. PA 제어회로(80)는 반도체 IC(Integrated Circuit)로 형성되어 있어도 좋다. 반도체 IC는, 예를 들면, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)로 구성되어 있다. 구체적으로는, SOI(Silicon On Insulator) 프로세스에 의해 형성되어 있다. 이것에 의해, 반도체 IC를 저렴하게 제조하는 것이 가능해진다. 또, 반도체 IC는 GaAs, SiGe 및 GaN 중 적어도 어느 하나로 구성되어 있어도 좋다. 이것에 의해, 고품질의 증폭 성능 및 잡음 성능을 갖는 고주파 신호를 출력하는 것이 가능해진다.
저잡음 증폭기(20)는 통신밴드 A 및 통신밴드 B의 고주파 신호를 저잡음으로 증폭하고, 수신 출력단자(120)에 출력하는 증폭기이다.
송신 필터(30T)는 전력 증폭기(10)와 안테나 접속단자(100)를 연결하는 송신 경로(AT)에 배치되고, 전력 증폭기(10)에서 증폭된 송신신호 중 통신밴드 A의 송신 대역의 송신신호를 통과시킨다. 또한, 송신 필터(40T)는 전력 증폭기(10)와 안테나 접속단자(100)를 연결하는 송신 경로(BT)에 배치되고, 전력 증폭기(10)에서 증폭된 송신신호 중 통신밴드 B의 송신 대역의 송신신호를 통과시킨다.
수신 필터(30R)는 저잡음 증폭기(20)와 안테나 접속단자(100)를 연결하는 수신 경로(AR)에 배치되고, 안테나 접속단자(100)로부터 입력된 수신신호 중 통신밴드 A의 수신 대역의 수신신호를 통과시킨다. 또한, 수신 필터(40R)는 저잡음 증폭기(20)와 안테나 접속단자(100)를 연결하는 수신 경로(BR)에 배치되고, 안테나 접속단자(100)로부터 입력된 수신신호 중 통신밴드 B의 수신 대역의 수신신호를 통과시킨다.
송신 필터(30T) 및 수신 필터(30R)는 통신밴드 A를 통과 대역으로 하는 듀플렉서(30)를 구성하고 있다. 듀플렉서(30)는 통신밴드 A의 송신신호와 수신신호를 주파수 분할 복신(FDD: Frequency Division Duplex) 방식으로 전송한다. 또한, 송신 필터(40T) 및 수신 필터(40R)는 통신밴드 B을 통과 대역으로 하는 듀플렉서(40)를 구성하고 있다. 듀플렉서(40)는 통신밴드 B의 송신신호와 수신신호를 FDD 방식으로 전송한다.
한편, 듀플렉서(30 및 40)의 각각은 복수의 송신 필터만으로 구성된 멀티플렉서, 복수의 수신 필터만으로 구성된 멀티플렉서, 또는 복수의 듀플렉서로 구성된 멀티플렉서이어도 좋다. 또한, 송신 필터(30T) 및 수신 필터(30R)는 듀플렉서(30)를 구성하고 있지 않아도 좋고, 시분할 복신(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 전송하는 필터이어도 좋다. 이 경우에는, 송신 필터(30T) 및 수신 필터(30R)의 전단 및 후단 중 적어도 한쪽에, 송신 및 수신을 스위칭하는 스위치가 배치된다.
정합회로(61)는 스위치(53)와 듀플렉서(30)를 연결하는 경로에 배치되고, 다이플렉서(35) 및 스위치(53)와 듀플렉서(30)의 임피던스 정합을 취한다. 정합회로(62)는 스위치(53)와 듀플렉서(40)를 연결하는 경로에 배치되고, 다이플렉서(35)및 스위치(53)와 듀플렉서(40)의 임피던스 정합을 취한다.
정합회로(63)는 저잡음 증폭기(20)와 수신 필터(30R 및 40R)를 연결하는 수신 경로에 배치되고, 저잡음 증폭기(20)와 수신 필터(30R 및 40R)의 임피던스 정합을 취한다.
또, 전력 증폭기(10)와 송신 필터(30T 및 40T)를 연결하는 송신 경로에, 전력 증폭기(10)와 송신 필터(30T 및 40T)의 임피던스 정합을 취하는 정합회로가 배치되어 있어도 좋다.
스위치(51)는 공통단자, 및 2개의 선택단자를 갖는다. 스위치(51)의 공통단자는 전력 증폭기(10)의 출력단자(116)에 접속되어 있다. 스위치(51)의 한쪽의 선택단자는 송신 필터(30T)에 접속되고, 스위치(51)의 다른쪽의 선택단자는 송신 필터(40T)에 접속되어 있다. 이 접속 구성에 있어서, 스위치(51)는 전력 증폭기(10)와 송신 필터(30T)의 접속, 및, 전력 증폭기(10)와 송신 필터(40T)의 접속을 스위칭한다. 스위치(51)는, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형의 스위치 회로로 구성된다.
스위치(52)는 공통단자 및 2개의 선택단자를 갖는다. 스위치(52)의 공통단자는 정합회로(63)을 통해서 저잡음 증폭기(20)의 입력단자에 접속되어 있다. 스위치(52)의 한쪽의 선택단자는 수신 필터(30R)에 접속되고, 스위치(52)의 다른쪽의 선택단자는 수신 필터(40R)에 접속되어 있다. 이 접속 구성에 있어서, 스위치(52)는 저잡음 증폭기(20)와 수신 필터(30R)의 접속 및 비접속을 스위칭하고, 저잡음 증폭기(20)와 수신 필터(40R)의 접속 및 비접속을 스위칭한다. 스위치(52)는, 예를 들면, SPDT형의 스위치 회로로 구성된다.
스위치(53)는 안테나 스위치의 일례이며, 다이플렉서(35)를 통해서 안테나 접속단자(100)에 접속되고, (1)안테나 접속단자(100)와 송신 경로(AT) 및 수신 경로(AR)의 접속, 및 (2)안테나 접속단자(100)와 송신 경로(BT) 및 수신 경로(BR)의 접속을 스위칭한다. 또, 스위치(53)는 상기 (1) 및 (2)의 접속을 동시에 행하는 것이 가능한 멀티 접속형의 스위치 회로로 구성된다.
다이플렉서(35)는 멀티플렉서의 일례이며, 필터(35L 및 35H)로 구성되어 있다. 필터(35L)는 통신밴드 A 및 B를 포함하는 주파수 범위를 통과 대역으로 하는 필터이며, 필터(35H)는 통신밴드 A 및 B를 포함하는 주파수 범위와 상이한 다른 주파수 범위를 통과 대역으로 하는 필터이다. 필터(35L)의 한쪽의 단자와 필터(35H)의 한쪽의 단자는, 안테나 접속단자(100)에 공통 접속되어 있다. 필터(35L 및 35H)의 각각은, 예를 들면, 칩 형상의 인덕터 및 커패시터 중 적어도 한쪽으로 구성된 LC 필터이다. 또, 통신밴드 A 및 B를 포함하는 주파수 범위가 상기 다른 주파수 범위보다 저주파수측에 위치할 경우에는, 필터(35L)는 로우 패스 필터여도 좋고, 또한, 필터(35H)는 하이 패스 필터여도 좋다.
또, 상기 송신 필터(30T, 40T), 수신 필터(30R, 및 40R)는, 예를 들면, SAW(Surface Acoustic Wave)를 사용한 탄성파 필터, BAW(Bulk Acoustic Wave)를 사용한 탄성파 필터, LC 공진 필터, 및 유전체 필터 중 어느 하나여도 좋고, 또한, 이것들에는 한정되지 않는다.
또한, 정합회로(61∼63)는 본 발명에 따른 고주파 모듈에 필수적인 구성요소가 아니다.
고주파 모듈(1)의 구성에 있어서, 전력 증폭기(10), 스위치(51), 송신 필터(30T), 정합회로(61), 스위치(53), 및 필터(35L)는, 안테나 접속단자(100)를 향해서 통신밴드 A의 송신신호를 전송하는 제1송신회로를 구성한다. 또한, 필터(35L), 스위치(53), 정합회로(61), 수신 필터(30R), 스위치(52), 정합회로(63), 및 저잡음 증폭기(20)는, 안테나(2)로부터 안테나 접속단자(100)를 통해서 통신밴드 A의 수신신호를 전송하는 제1수신회로를 구성한다.
또한, 전력 증폭기(10), 스위치(51), 송신 필터(40T), 정합회로(62), 스위치(53), 및 필터(35L)는, 안테나 접속단자(100)를 향해서 통신밴드 B의 송신신호를 전송하는 제2송신회로를 구성한다. 또한, 필터(35L), 스위치(53), 정합회로(62), 수신 필터(40R), 스위치(52), 정합회로(63), 및 저잡음 증폭기(20)는, 안테나(2)로부터 안테나 접속단자(100)를 통해서 통신밴드 B의 수신신호를 전송하는 제2수신회로를 구성한다.
상기 회로 구성에 의하면, 고주파 모듈(1)은 통신밴드 A 및 통신밴드 B 중 어느 하나의 고주파 신호를, 송신, 수신, 및 송수신 중 적어도 어느 하나로 실행하는 것이 가능하다. 또한, 고주파 모듈(1)은 통신밴드 A 및 통신밴드 B의 고주파 신호를, 동시 송신, 동시 수신, 및 동시 송수신 중 적어도 어느 하나로 실행하는 것도 가능하다.
또, 본 발명에 따른 고주파 모듈에서는, 상기 2개의 송신회로 및 상기 2개의 수신회로가 스위치(53)를 통해서 안테나 접속단자(100)에 접속되어 있지 않아도 좋고, 상기 2개의 송신회로 및 상기 2개의 수신회로가 상이한 단자를 통해서 안테나(2)에 접속되어 있어도 좋다. 또한, 본 발명에 따른 고주파 모듈은 제1송신회로 및 제2송신회로 중 적어도 1개를 갖고 있으면 좋다.
또한, 본 발명에 따른 고주파 모듈에 있어서, 제1송신회로는 전력 증폭기(10)와, 송신 필터(30T), 스위치(51, 53) 및 정합회로(61) 중 적어도 1개를 갖고 있으면 좋다. 또한, 제2송신회로는 전력 증폭기(10)와, 송신 필터(40T), 스위치(51, 53) 및 정합회로(62) 중 적어도 1개를 갖고 있으면 좋다.
또한, 저잡음 증폭기(20) 및 스위치(51∼53)는 1개의 반도체 IC로 형성되어 있어도 좋다. 반도체 IC는, 예를 들면, CMOS로 구성되어 있다. 구체적으로는, SOI프로세스에 의해 형성되어 있다. 이것에 의해, 반도체 IC를 저렴하게 제조하는 것이 가능해진다. 또, 반도체 IC는 GaAs, SiGe 및 GaN 중 적어도 어느 하나로 구성되어 있어도 좋다. 이것에 의해, 고품질의 증폭 성능 및 잡음 성능을 갖는 고주파 신호를 출력하는 것이 가능해진다.
여기에서, 전력 증폭기(10)의 회로 구성에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 전력 증폭기(10)의 회로 구성도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 전력 증폭기(10)는 입력단자(115) 및 출력단자(116)와, 증폭소자(12)(제1증폭소자) 및 증폭소자(13)(제2증폭소자)와, 증폭소자(11)와, 인터스테이지 트랜스(변압기)(14)와, 커패시터(16)와, 출력 트랜스(발룬: 비평형-평형 변환소자)(15)를 갖고 있다.
증폭소자(11)의 입력단자는 입력단자(115)에 접속되고, 증폭소자(11)의 출력단자는 인터스테이지 트랜스(14)의 비평형 단자에 접속되어 있다. 인터스테이지 트랜스(14)의 한쪽의 평형 단자는 증폭소자(12)의 입력단자에 접속되어 있고, 인터스테이지 트랜스(14)의 다른쪽의 평형 단자는 증폭소자(13)의 입력단자에 접속되어 있다.
입력단자(115)로부터 입력된 고주파 신호는 증폭소자(11)에 바이어스 전압(Vcc1)이 인가된 상태로 증폭소자(11)에서 증폭된다. 증폭되는 고주파 신호는, 인터스테이지 트랜스(14)에 의해 비평형-평형 변환된다. 이 때, 인터스테이지 트랜스(14)의 한쪽의 평형 단자로부터 비반전 입력신호가 출력되고, 인터스테이지 트랜스(14)의 다른쪽의 평형 단자로부터 반전 입력신호가 출력된다.
출력 트랜스(15)는 1차측 코일(제1코일)(15a)과 2차측 코일(제2코일)(15b)로 구성되어 있다. 1차측 코일(15a)의 일단은 증폭소자(12)의 출력단자에 접속되어 있고, 1차측 코일(15a)의 타단은 증폭소자(13)의 출력단자에 접속되어 있다. 또한, 1차측 코일(15a)의 중점에는 바이어스 전압(Vcc2)이 공급된다. 2차측 코일(15b)의 일단은 출력단자(116)에 접속되고, 2차측 코일(15b)의 타단은 그라운드에 접속되어 있다. 환언하면, 출력 트랜스(15)는 증폭소자(12)의 출력단자 및 증폭소자(13)의 출력단자와, 출력단자(116) 사이에 접속되어 있다.
커패시터(16)는 증폭소자(12)의 출력단자와 증폭소자(13)의 출력단자 사이에 접속되어 있다.
증폭소자(12)에서 증폭된 비반전 입력신호와, 증폭소자(13)에서 증폭된 반전 입력신호는, 역위상을 유지한 채 출력 트랜스(15) 및 커패시터(16)에서 임피던스 변환된다. 즉, 출력단자(116)에 있어서의 전력 증폭기(10)의 출력 임피던스는, 출력 트랜스(15) 및 커패시터(16)에 의해, 도 1에 나타내어진 스위치(51), 송신 필터(30T 및 40T)의 입력 임피던스와 임피던스 정합된다. 또, 출력단자(116)와 2차측 코일(15b)을 연결하는 경로와 그라운드 사이에 접속된 용량소자도, 상기 임피던스 정합에 기여하고 있다. 또, 상기 용량소자는 출력단자(116)와 2차측 코일(15b)을 연결하는 경로에 직렬 배치되어 있어도 좋고, 또한, 상기 용량소자는 없어도 좋다.
여기에서, 증폭소자(11∼13), 인터스테이지 트랜스(14), 및 커패시터(16)는 차동 증폭회로(10A)를 형성하고 있다. 특히, 증폭소자(11∼13) 및 인터스테이지 트랜스(14)는, 1칩화, 또는, 동일 기판 상에 실장 등, 일체 형성될 경우가 많다. 이것에 대하여, 출력 트랜스(15)는 고출력의 송신신호에 대응해서 높은 Q값을 필요로 하기 때문에, 증폭소자(11∼13) 및 인터스테이지 트랜스(14) 등과는 일체 형성되지 않는다. 즉, 전력 증폭기(10)를 구성하는 회로부품 중 출력 트랜스(15)를 제외한 회로부품이 차동 증폭회로(10A)를 구성하고 있다.
또, 증폭소자(11) 및 커패시터(16)는 차동 증폭회로(10A)에 포함되지 않아도 좋다.
전력 증폭기(10)의 회로 구성에 의하면, 증폭소자(12 및 13)가 반전 위상에서 동작한다. 이 때, 증폭소자(12 및 13)의 기본파에서의 전류가 반전 위상, 즉 역방향으로 흐르기 때문에, 증폭소자(12 및 13)로부터 대략 등거리에 배치된 그라운드 배선 및 전원 배선으로는 기본파의 전류는 흐르지 않게 된다. 이 때문에, 상기 배선으로의 불필요한 전류의 유입이 무시 가능하므로, 종래의 전력 증폭기에 보여지는 전력 이득(파워 게인)의 저하를 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 증폭소자(12 및 13)로 증폭된 비반전 신호와 반전 신호가 합성되므로, 양쪽 신호에 동일하게 중첩된 노이즈 성분을 상쇄할 수 있고, 예를 들면 고조파 성분 등의 불필요파를 저감할 수 있다.
또, 증폭소자(11)는 전력 증폭기(10)에 필수적인 구성요소가 아니다. 또한, 비평형 입력신호를 비반전 입력신호 및 반전 입력신호로 변환하는 수단은, 인터스테이지 트랜스(14)에 한정되지 않는다. 또한, 커패시터(16)는 임피던스 정합에 있어서 필수적인 구성요소가 아니다.
또한, 증폭소자(11∼13) 및 저잡음 증폭기(20)는, 예를 들면, Si계의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 GaAs를 재료로 한, 전계효과형 트랜지스터(FET) 또는 헤테로 바이폴라 트랜지스터(HBT) 등으로 구성되어 있다.
여기에서, 상기 고주파 모듈(1)을 1개의 실장기판 상에 실장할 경우, 전력 증폭기(10)를 구성하는 회로소자(증폭소자(11∼13), 인터스테이지 트랜스(14), 출력 트랜스(15), 커패시터(16))의 점수가 많기 때문에 고주파 모듈(1)이 대형화해 버린다. 또한, 소형화하기 위해 고밀도 실장하면, 전력 증폭기(10)로부터 출력된 고출력의 송신신호 및 PA 제어회로(80)로부터 출력된 제어신호가, 고주파 모듈(1)을 구성하는 회로부품에 간섭하여 고주파 모듈(1)로부터 출력되는 고주파 신호의 신호 품질이 열화된다고 하는 문제가 발생한다.
이것에 대하여, 본 실시형태에 따른 고주파 모듈(1)에서는, 고주파 모듈(1)로부터 출력되는 고주파 신호의 신호 품질의 열화를 억제하면서, 고주파 모듈(1)을 소형화하는 구성을 갖고 있다. 이하에서는, 신호 품질의 열화 억제와 소형화를 양립시킨 고주파 모듈(1)의 구성에 대해서 설명한다.
[2. 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)의 회로소자 배치 구성]
도 3a는 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)의 평면 구성 개략도이다. 또한, 도 3b는 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)의 단면 구성 개략도이며, 구체적으로는, 도 3a의 IIIB-IIIB선에 있어서의 단면도이다. 또, 도 3a의 (a)에는, 모듈 기판(91)의 서로 대향하는 주면(91a 및 91b) 중 주면(91a)을 z축 정방형측에서 보았을 경우의 회로소자의 배치도가 나타내어져 있다. 한편, 도 3a의 (b)에는, 주면(91b)을 z축 정방향측에서 보았을 경우의 회로소자의 배치를 투시한 도면이 나타내어져 있다. 또한, 도 3a에는 모듈 기판(91) 내에 형성된 출력 트랜스(15)가 파선으로 나타내어져 있다.
실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)은, 실시형태에 따른 고주파 모듈(1)을 구성하는 각 회로소자의 배치 구성을 구체적으로 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1A)은, 도 1에 나타내어진 회로 구성에 추가해서, 모듈 기판(91)과, 수지 부재(92 및 93)와, 외부 접속단자(150)를 더 갖고 있다.
모듈 기판(91)은 서로 대향하는 주면(91a)(제2주면) 및 주면(91b)(제1주면)을 갖고, 상기 송신회로 및 상기 수신회로를 실장하는 기판이다. 모듈 기판(91)으로서는, 예를 들면, 복수의 유전체층의 적층구조를 갖는 저온 동시소성 세라믹스(Low Temperature Co-fired Ceramics: LTCC) 기판, 고온 동시소성 세라믹스(High Temperature Co-fired Ceramics: HTCC) 기판, 부품내장 기판, 재배선층(Redistribution Layer: RDL)을 갖는 기판, 또는, 프린트 기판 등이 사용된다.
수지 부재(92)는 모듈 기판(91)의 주면(91a)에 배치되고, 상기 송신회로의 일부, 상기 수신회로의 일부, 및 모듈 기판(91)의 주면(91a)을 덮고 있고, 상기 송신회로 및 상기 수신회로를 구성하는 회로소자의 기계 강도 및 내습성 등의 신뢰성을 확보하는 기능을 갖고 있다. 수지 부재(93)는 모듈 기판(91)의 주면(91b)에 배치되고, 상기 송신회로의 일부, 상기 수신회로의 일부, 및 모듈 기판(91)의 주면(91b)을 덮고 있고, 상기 송신회로 및 상기 수신회로를 구성하는 회로소자의 기계 강도 및 내습성 등의 신뢰성을 확보하는 기능을 갖고 있다. 또, 수지 부재(92 및 93)는 본 발명에 따른 고주파 모듈에 필수적인 구성요소가 아니다.
도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1A)에서는, 차동 증폭회로(10A), 듀플렉서(30, 40), 정합회로(61, 62, 63), 및 스위치(53)는, 모듈 기판(91)의 주면(91a)(제2주면)에 표면 실장되어 있다. 한편, PA 제어회로(80), 저잡음 증폭기(20), 스위치(51, 52), 및 다이플렉서(35)는, 모듈 기판(91)의 주면(91b)(제1주면)에 표면 실장되어 있다. 또한, 출력 트랜스(15)는 모듈 기판(91)에 내장 형성되어 있다.
본 실시예에서는, 증폭소자(12 및 13)는 주면(91a)(제2주면)에 실장되어 있다. 한편, PA 제어회로(80)는 주면(91b)(제1주면)에 실장되어 있다. 또한, 저잡음 증폭기(20)는 제1회로부품이며, 주면(91b)(제1주면)에 실장되어 있다.
또, 듀플렉서(30, 40), 스위치(53), 정합회로(61, 62 및 63)는 주면(91a)(제2주면)에 실장되어 있지만, 주면(91b)(제1주면)에 실장되어 있어도 좋다. 또한, 스위치(51, 52), 및 다이플렉서(35)는 주면(91b)(제1주면)에 실장되어 있지만, 주면(91a)(제2주면)에 실장되어 있어도 좋다.
전력 증폭기(10)는 적어도 증폭소자(12, 13), 인터스테이지 트랜스(14) 및 출력 트랜스(15)를 갖고, 회로소자 수가 많아져 실장 면적이 커지기 때문에 고주파 모듈이 대형화하는 경향이 있다.
이것에 대하여, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1A)의 상기 구성에 의하면, 전력 증폭기(10)를 제어하는 PA 제어회로(80)와 차동 증폭회로(10A)가 양면 실장되므로, 고주파 모듈(1)을 소형화할 수 있다.
또한, 디지털 제어신호를 입출력하는 PA 제어회로(80)와 차동 증폭회로(10A)가 모듈 기판(91)을 사이에 두고 배치되므로, 차동 증폭회로(10A)가 디지털 노이즈를 받는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 전력 증폭기(10)로부터 출력되는 고주파 신호의 신호 품질의 열화를 억제할 수 있다.
또, 모듈 기판(91)은 복수의 유전체층이 적층된 다층 구조를 갖고, 상기 복수의 유전체층의 적어도 1개에는 그라운드 전극 패턴이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 모듈 기판(91)의 전자계 차폐 기능이 향상된다.
또한, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1A)에서는 모듈 기판(91)의 주면(91b)(제1주면)측에 복수의 외부 접속단자(150)가 배치되어 있다. 고주파 모듈(1A)은 고주파 모듈(1A)의 z축 부방향측에 배치되는 외부 기판과, 복수의 외부 접속단자(150)를 경유하여 전기신호의 주고받기를 행한다. 도 3a의 (b)에 나타낸 바와 같이, 복수의 외부 접속단자에는 안테나 접속단자(100), 송신 입력단자(110), 및 수신 출력단자(120)가 포함된다. 또한, 복수의 외부 접속단자(150) 중 일부는 외부 기판의 그라운드 전위로 설정된다. 주면(91a 및 91b) 중 외부 기판과 대향하는 주면(91b)에는, 저배화가 곤란한 차동 증폭회로(10A)가 배치되지 않고, 저배화가 용이한 저잡음 증폭기(20)가 배치되어 있으므로, 고주파 모듈(1A) 전체를 저배화하는 것이 가능해진다. 또한, 수신회로의 수신 감도에 크게 영향을 주는 저잡음 증폭기(20)의 주위에, 그라운드 전극으로서 적용되는 외부 접속단자(150)가 복수 배치되므로, 수신회로의 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또, 도 3a의 (b) 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 모듈 기판(91)을 평면으로 보았을 경우에 PA 제어회로(80)와 저잡음 증폭기(20) 사이에, 복수의 외부 접속단자(150) 중 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자(150)가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 저잡음 증폭기(20)와 PA 제어회로(80) 사이에 그라운드 전극으로서 적용되는 외부 접속단자(150)가 배치되므로, 수신 감도의 열화를 더한층 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서 정합회로(63)는 적어도 인덕터를 갖고, 상기 인덕터는 주면(91a)(제2주면)에 배치되어 있다.
이것에 의해, 수신회로의 수신 감도에 크게 영향을 주는 상기 인덕터와 PA 제어회로(80)가 모듈 기판(91)을 사이에 두고 배치되므로, PA 제어회로(80)에 접속된 디지털 제어 배선과 상기 인덕터가 전자계 결합하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 디지털 노이즈에 의한 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 차동 증폭회로(10A)는 고주파 모듈(1A)이 갖는 회로부품 중에서 발열량이 큰 부품이다. 고주파 모듈(1A)의 방열성을 향상시키기 위해서는, 차동 증폭회로(10A)의 발열을, 작은 열저항을 갖는 방열 경로로 외부 기판에 방열하는 것이 중요하다. 만일, 차동 증폭회로(10A)를 주면(91b)에 실장했을 경우, 차동 증폭회로(10A)에 접속되는 전극 배선은 주면(91b) 상에 배치된다. 이 때문에, 방열 경로로서는, 주면(91b) 상의(xy평면 방향을 따르는) 평면 배선 패턴만을 경유한 방열 경로를 포함하게 된다. 상기 평면 배선 패턴은 금속 박막으로 형성되기 때문에 열저항이 크다. 이 때문에, 차동 증폭회로(10A)를 주면(91b) 상에 배치했을 경우에는 방열성이 저하해 버린다.
이것에 대하여, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1A)은, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 주면(91a)에서 차동 증폭회로(10A)의 그라운드 전극에 접속되고, 주면(91a)으로부터 주면(91b)에 이르는 방열용 비아 도체(95V)를 더 구비한다. 또한, 방열용 비아 도체(95V)는 주면(91b)에서 복수의 외부 접속단자(150) 중 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자(150)와 접속되어 있다.
이것에 의하면, 차동 증폭회로(10A)를 주면(91a)에 실장했을 경우, 방열용 비아 도체(95V)를 통해서 차동 증폭회로(10A)와 외부 접속단자(150)를 접속할 수 있다. 따라서, 차동 증폭회로(10A)의 방열 경로로서 모듈 기판(91) 내의 배선 중 열저항의 큰 xy평면 방향을 따르는 평면 배선 패턴만을 경유한 방열 경로를 배제할 수 있다. 따라서, 차동 증폭회로(10A)로부터의 외부 기판으로의 방열성이 향상된 소형의 고주파 모듈(1A)을 제공하는 것이 가능해진다.
또, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1A)에서는, 저잡음 증폭기(20), 스위치(51 및 52)는 1개의 반도체 IC(70)에 포함되어 있어도 좋다. 이것에 의해, 고주파 모듈(1A)을 소형화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1A)에서는, 출력 트랜스(15)는 모듈 기판(91)에 내장되어 있지만, 칩 형상의 회로부품으로서 주면(91a 또는 91b)에 표면 실장되어 있어도 좋다.
또, 모듈 기판(91)을 평면으로 보았을 경우에, 출력 트랜스(15)의 형성 영역과 겹치는 영역에는 회로부품이 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다. 출력 트랜스(15)는 고출력의 송신신호에 대응해서 높은 Q값을 필요로 하기 때문에, 다른 회로부품이 근접함으로써 출력 트랜스(15)에 의해 형성되는 자계가 변화되지 않는 것이 바람직하다. 상기 영역에 회로부품이 형성되어 있지 않음으로써 출력 트랜스(15)를 구성하는 인덕터의 고Q값을 유지할 수 있다.
또한, 모듈 기판(91)을 평면으로 보았을 경우, 모듈 기판(91)에 있어서의 영역이며 출력 트랜스(15)의 형성 영역과 겹치는 영역에는, 그라운드 전극층은 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 출력 트랜스(15)와 그라운드 전극의 거리를 크게 확보하는 것이 가능해지기 때문에, 출력 트랜스(15)를 구성하는 인덕터의 고Q값을 유지할 수 있다.
또, 출력 트랜스(15)의 형성 영역은 이하와 같이 정의된다. 출력 트랜스(15)의 형성 영역이란, 모듈 기판(91)을 평면으로 보았을 경우, 1차측 코일(15a)의 형성 영역과 2차측 코일(15b)의 형성 영역을 포함하는 최소 영역이다.
여기에서, 2차측 코일(15b)은 1차측 코일(15a)을 따라서 설치되고, 1차측 코일(15a)과의 제1거리가 대략 일정한 구간에 배치된 배선 도체로 정의된다. 이 때, 상기 구간의 양측에 위치하는 배선 도체는, 1차측 코일(15a)과의 거리가 제1거리보다 큰 제2거리이며, 2차측 코일(15b)의 일단 및 타단은, 배선 도체의 1차측 코일(15a)까지의 거리가 제1거리로부터 제2거리로 변화되는 지점이다. 또한, 1차측 코일(15a)은 2차측 코일(15b)을 따라서 설치되고, 2차측 코일(15b)과의 제1거리가 대략 일정한 구간에 배치된 배선 도체로 정의된다. 이 때, 상기 구간의 양측에 위치하는 배선 도체는, 2차측 코일(15b)과의 거리가 제1거리보다 큰 제2거리이며, 1차측 코일(15a)의 일단 및 타단은, 배선 도체의 2차측 코일(15b)까지의 거리가 제1거리로부터 제2거리로 변화되는 지점이다.
또는, 2차측 코일(15b)은 1차측 코일(15a)을 따라서 설치되고, 선폭이 대략 일정한 제1폭을 갖는 제1구간에 배치된 배선 도체로 정의된다. 또한, 1차측 코일(15a)은 2차측 코일(15b)을 따라서 설치되고, 선폭이 대략 일정한 제1폭을 갖는 제1구간에 배치된 배선 도체로 정의된다.
또는, 2차측 코일(15b)은 1차측 코일(15a)을 따라서 설치되고, 막두께가 대략 일정한 제1막두께를 갖는 제1구간에 배치된 배선 도체로 정의된다. 또한, 1차측 코일(15a)은 2차측 코일(15b)을 따라서 설치되고, 막두께가 대략 일정한 제1막두께를 갖는 제1구간에 배치된 배선 도체로 정의된다.
또는, 2차측 코일(15b)은 1차측 코일(15a)을 따라서 설치되고, 1차측 코일(15a)과의 결합도가 대략 일정한 제1결합도를 갖는 제1구간에 배치된 배선 도체로 정의된다. 또한, 1차측 코일(15a)은 2차측 코일(15b)을 따라서 설치되고, 2차측 코일(15b)과의 결합도가 대략 일정한 제1결합도를 갖는 제1구간에 배치된 배선 도체로 정의된다.
또, 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)에 있어서, 전력 증폭기(10)의 출력단자에 접속되고, 전력 증폭기(10)와 송신 필터(30T 및 40T)의 임피던스 정합을 취하는 송신 정합회로를 구비해도 좋다. 이 송신 정합회로는, 예를 들면, 인덕터 및 커패시터 등의 수동소자가 Si 기판의 내부 또는 표면에 집적 실장된 집적형 수동소자(IPD: Integrated Passive Device)여도 좋다. 상기 송신 정합회로가 IPD일 경우에는, 상기 IPD가, 주면(91b)에 배치된 PA 제어회로(80) 상에 적층되어 있어도 좋다. 이 구성에 의하면, PA 제어회로(80)와 송신 정합용의 IPD가 주면(91b) 상에서 적층되어 있으므로, 고주파 모듈(1A)의 대형화를 억제할 수 있다.
또, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1A)에서는, 차동 증폭회로(10A)가 주면(91a)(제2주면)에 배치되고, PA 제어회로(80)가 주면(91b)(제1주면)에 배치되었지만, 차동 증폭회로(10A)가 주면(91b)(제1주면)에 배치되고, PA 제어회로(80)가 주면(91a)(제2주면)에 배치되어도 좋다.
도 3c는 변형예 1에 따른 고주파 모듈(1B)의 단면 구성 개략도이다. 본 변형예에 따른 고주파 모듈(1B)은, 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)과 비교하여 차동 증폭회로(10A) 및 PA 제어회로(80)가 배치되는 주면이 반대로 되어 있는 점이 다르다. 또, 차동 증폭회로(10A) 및 PA 제어회로(80) 이외의 회로부품의 배치에 대해서는, 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)과 같다.
즉, 본 변형예에 따른 고주파 모듈(1B)에서는, 모듈 기판(91)의 주면(91b)(제1주면)측에 복수의 외부 접속단자(150)가 배치되고, 차동 증폭회로(10A)가 주면(91b)(제1주면)에 배치되며, PA 제어회로(80)가 주면(91a)(제2주면)에 배치되어 있다.
본 변형예에 따른 고주파 모듈(1B)의 상기 구성에 의하면, 전력 증폭기(10)를 제어하는 PA 제어회로(80)와 차동 증폭회로(10A)가 양면 실장되므로, 고주파 모듈(1)을 소형화할 수 있다. 또한, 디지털 제어신호를 입출력하는 PA 제어회로(80)와 차동 증폭회로(10A)가 모듈 기판(91)을 사이에 두고 배치되므로, 차동 증폭회로(10A)가 디지털 노이즈를 받는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 전력 증폭기(10)로부터 출력되는 고주파 신호의 신호 품질의 열화를 억제할 수 있다.
또, 외부 접속단자(150)는 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 나타낸 바와 같이, 수지 부재(93)를 z축 방향으로 관통하는 주상 전극이어도 좋고, 또한, 도 3d에 나타낸, 변형예 2에 따른 고주파 모듈(1C)과 같이, 외부 접속단자(150)는 주면(91b) 상에 형성된 범프 전극(160)이어도 좋다. 이 경우에는, 주면(91b)측의 수지 부재(93)는 없어도 좋다.
또한, 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A) 및 변형예 1에 따른 고주파 모듈(1B)에 있어서, 외부 접속단자(150)는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 변형예 2에 따른 고주파 모듈(1C)에 있어서, 범프 전극(160)은 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다.
[3. 실시예 2에 따른 고주파 모듈(1D)의 회로소자 배치 구성]
도 4a는 실시예 2에 따른 고주파 모듈(1D)의 평면 구성 개략도이다. 또한, 도 4b는 실시예 2에 따른 고주파 모듈(1D)의 단면 구성 개략도이며, 구체적으로는, 도 4a의 IVB-IVB선에 있어서의 단면도이다. 또, 도 4a의 (a)에는, 모듈 기판(91)의 서로 대향하는 주면(91a 및 91b) 중 주면(91a)을 z축 정방향측에서 보았을 경우의 회로소자의 배치도가 나타내어져 있다. 또, 도 4a의 (b)에는, 주면(91b)을 z축 정방향측에서 보았을 경우의 회로소자의 배치를 투시한 도면이 나타내어져 있다. 또한, 도 4a에는 모듈 기판(91) 내에 형성된 출력 트랜스(15)가 파선으로 나타내어져 있다.
실시예 2에 따른 고주파 모듈(1D)은, 실시형태에 따른 고주파 모듈(1)을 구성하는 각 회로소자의 배치 구성을 구체적으로 나타낸 것이다.
본 실시예에 따른 고주파 모듈(1D)은, 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)과 비교하여 고주파 모듈(1D)을 구성하는 회로부품의 배치 구성만이 다르다. 이하, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1D)에 대해서, 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)과 같은 점은 설명을 생략하고, 다른 점을 중심으로 설명한다.
모듈 기판(91)은 서로 대향하는 주면(91a)(제1주면) 및 주면(91b)(제2주면)을 갖고, 상기 송신회로 및 상기 수신회로를 실장하는 기판이다. 모듈 기판(91)으로서는, 예를 들면, 복수의 유전체층의 적층구조를 갖는 LTCC 기판, HTCC 기판, 부품내장 기판, RDL을 갖는 기판, 또는, 프린트 기판 등이 사용된다.
도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1D)에서는, 차동 증폭회로(10A), PA 제어회로(80), 듀플렉서(30, 40), 정합회로(61, 62, 63), 및 스위치(53)는 모듈 기판(91)의 주면(91a)(제1주면)에 표면 실장되어 있다. 한편, 저잡음 증폭기(20), 스위치(51, 52), 및 다이플렉서(35)는 모듈 기판(91)의 주면(91b)(제2주면)에 표면 실장되어 있다. 또한, 출력 트랜스(15)는 모듈 기판(91)에 내장 형성되어 있다.
본 실시예에서는, 증폭소자(12 및 13)는 주면(91a)(제1주면)에 실장되어 있다. 또한, PA 제어회로(80)도 주면(91a)(제1주면)에 실장되어 있다. 또한, 저잡음 증폭기(20)는 제1회로부품이며, 주면(91b)(제2주면)에 실장되어 있다.
또, 듀플렉서(30, 40), 스위치(53), 정합회로(61, 62 및 63)는 주면(91a)(제1주면)에 실장되어 있지만, 주면(91b)(제2주면)에 실장되어 있어도 좋다. 또한, 스위치(51, 52), 및 다이플렉서(35)는 주면(91b)(제2주면)에 실장되어 있지만, 주면(91a)(제1주면)에 실장되어 있어도 좋다.
전력 증폭기(10)는 적어도 증폭소자(12, 13), 인터스테이지 트랜스(14) 및 출력 트랜스(15)를 갖고, 회로소자 수가 많아져 실장면적이 커지기 때문에 고주파 모듈이 대형화하는 경향이 있다.
이것에 대하여, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1D)의 상기 구성에 의하면, 전력 증폭기(10)를 제어하는 PA 제어회로(80)와 저잡음 증폭기(20)가 양면 실장되므로 고주파 모듈(1)을 소형화할 수 있다. 또한, 수신회로의 수신 감도에 크게 영향을 주는 저잡음 증폭기(20)와 PA 제어회로(80)가 모듈 기판(91)을 사이에 두고 배치되므로, 디지털 노이즈에 의한 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 차동 증폭회로(10A)와 저잡음 증폭기(20)가 모듈 기판(91)을 사이에 두고 배치되므로, 송수신간의 아이솔레이션을 크게 확보할 수 있다.
또, 모듈 기판(91)은 복수의 유전체층이 적층된 다층 구조를 갖고, 상기 복수의 유전체층 중 적어도 1개에는 그라운드 전극 패턴이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 모듈 기판(91)의 전자계 차폐 기능이 향상된다.
또한, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1D)에서는, 모듈 기판(91)의 주면(91b)(제2주면)측에 복수의 외부 접속단자(150)가 배치되어 있다. 고주파 모듈(1D)은, 고주파 모듈(1D)의 z축 부방향측에 배치되는 외부 기판과 복수의 외부 접속단자(150)를 경유하여 전기신호의 주고받기를 행한다. 또한, 복수의 외부 접속단자(150)의 일부는 외부 기판의 그라운드 전위로 설정된다. 주면(91a 및 91b) 중 외부 기판과 대향하는 주면(91b)에는, 저배화가 곤란한 차동 증폭회로(10A)가 배치되지 않고, 저배화가 용이한 저잡음 증폭기(20)가 배치되어 있으므로, 고주파 모듈(1D) 전체를 저배화하는 것이 가능해진다. 또한, 수신회로의 수신 감도에 크게 영향을 주는 저잡음 증폭기(20)의 주위에, 그라운드 전극으로서 적용되는 외부 접속단자(150)가 복수 배치되므로, 수신회로의 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1D)은, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 주면(91a)에서 차동 증폭회로(10A)의 그라운드 전극에 접속되고, 주면(91a)으로부터 주면(91b)에 이르는 방열용 비아 도체(95V)를 더 구비한다. 또한, 방열용 비아 도체(95V)는 주면(91b)에서 복수의 외부 접속단자(150) 중 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자(150)와 접속되어 있다.
이것에 의하면, 차동 증폭회로(10A)를 주면(91a)에 실장했을 경우, 방열용 비아 도체(95V)를 통해서 차동 증폭회로(10A)와 외부 접속단자(150)를 접속할 수 있다. 따라서, 차동 증폭회로(10A)의 방열 경로로서 모듈 기판(91) 내의 배선 중 열저항이 큰 xy평면 방향을 따르는 평면 배선 패턴만을 경유한 방열 경로를 배제할 수 있다. 따라서, 차동 증폭회로(10A)로부터의 외부 기판으로의 방열성이 향상된 소형의 고주파 모듈(1D)을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 모듈 기판(91)을 평면으로 보았을 경우에, 차동 증폭회로(10A)가 배치된 영역과 중복되는 주면(91b) 상의 영역에는, 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자(150) 이외의 회로부품은 배치되어 있지 않은 것이 바람직하다.
이것에 의하면, 차동 증폭회로(10A)의 방열 경로에 회로부품이 배치되어 잇지 않으므로, 고주파 모듈(1D)이 갖는 회로부품이 차동 증폭회로(10A)의 발열에 의해 특성 열화되어 버리는 것을 회피할 수 있다.
또, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1D)에서는, 저잡음 증폭기(20), 스위치(51 및 52)는 1개의 반도체 IC(70)에 포함되어 있어도 좋다. 이것에 의해, 고주파 모듈(1D)을 소형화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1D)에서는, 출력 트랜스(15)는 모듈 기판(91)에 내장 형성되어 있지만, 칩 형상의 회로부품으로서 주면(91a 또는 91b)에 표면 실장되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시예에 따른 고주파 모듈(1D)에 있어서, 외부 접속단자(150)는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다.
[4. 효과 등]
이상, 본 실시형태에 따른 고주파 모듈(1)은, 서로 대향하는 주면(91a 및 91b)을 갖는 모듈 기판(91)과, 전력 증폭기(10)와, 제1회로부품과, 전력 증폭기(10)를 제어하는 PA 제어회로(80)를 구비하고, 전력 증폭기(10)는 증폭소자(12 및 13)와, 1차측 코일(15a) 및 2차측 코일(15b)을 갖는 출력 트랜스(15)를 갖고, 1차측 코일(15a)의 일단은 증폭소자(12)의 출력단자에 접속되고, 1차측 코일(15a)의 타단은 증폭소자(13)의 출력단자에 접속되며, 2차측 코일(15b)의 일단은 전력 증폭기(10)의 출력단자(116)에 접속되어 있고, PA 제어회로(80)는 주면(91a 및 91b)의 한쪽에 배치되어 있고, 증폭소자(12 및 13), 또는, 제1회로부품은 주면(91a 및 91b)의 다른쪽에 배치되어 있다.
이것에 의해, PA 제어회로(80)와 차동 증폭회로(10A) 또는 제1회로부품이 양면 실장되므로 고주파 모듈(1)을 소형화할 수 있다. 또한, PA 제어회로(80)와 차동 증폭회로(10A)가 다른 주면에 배치되었을 경우에는, 차동 증폭회로(10A)가 디지털 노이즈를 받는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 전력 증폭기(10)로부터 출력되는 고주파 신호의 신호 품질의 열화를 억제할 수 있다. 또한, PA 제어회로(80)와 제1회로부품이 다른 주면에 배치되었을 경우에는, 제1회로부품이 디지털 노이즈에 의해 특성 열화되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 차동 증폭형의 전력 증폭기(10)로부터 출력되는 고주파 신호의 신호 품질의 열화가 억제된 소형의 고주파 모듈(1)을 제공할 수 있다.
또한, 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)에 있어서, 증폭소자(12 및 13)는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의하면, 차동 증폭회로(10A)와 PA 제어회로(80)가 모듈 기판(91)을 사이에 두고 배치되므로, 차동 증폭회로(10A)가 디지털 노이즈를 받는 것을 억제할 수 있다.
또한, 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)은, 주면(91b)에 배치된 복수의 외부 접속단자(150)를 더 구비하고, 제1회로부품은 주면(91b)에 배치된 저잡음 증폭기(20)이며, 모듈 기판(91)을 평면으로 보았을 경우에, PA 제어회로(80)와 저잡음 증폭기(20) 사이에 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자(150)가 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의해, 외부 기판과 대향하는 주면(91b)에는 저배화가 곤란한 차동 증폭회로(10A)가 배치되지 않고, 저배화가 용이한 저잡음 증폭기(20)가 배치되므로, 고주파 모듈(1A)을 저배화하는 것이 가능해진다. 또한, 수신회로의 수신 감도에 크게 영향을 주는 저잡음 증폭기(20)와 PA 제어회로(80) 사이에 그라운드 전극으로서 적용되는 외부 접속단자(150)가 배치되므로, 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)은, 저잡음 증폭기(20)의 입력단자에 접속된 인덕터를 더 구비하고, 상기 인덕터는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의해, 수신회로의 수신 감도에 크게 영향을 주는 상기 인덕터와 PA 제어회로(80)가 모듈 기판(91)을 사이에 두고 배치되므로, PA 제어회로(80)의 제어 배선과 상기 인덕터가 전자계 결합하는 것을 억제할 수 있으므로 디지털 노이즈에 의한 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 실시예 1에 따른 고주파 모듈(1A)은, 차동 증폭회로(10A)의 그라운드 전극에 접속되고, 주면(91a)으로부터 주면(91b)에 이르는 방열용 비아 도체(95V)를 더 구비하고, 방열용 비아 도체(95V)는 주면(91b)에서 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자(150)와 접속되어 있어도 좋다.
이것에 의해, 차동 증폭회로(10A)의 방열 경로로서 모듈 기판(91) 내의 배선 중 열저항이 큰 xy평면 방향을 따르는 평면 배선 패턴만을 경유한 방열 경로를 배제할 수 있다. 따라서, 차동 증폭회로(10A)로부터의 외부 기판으로의 방열성이 향상된 소형의 고주파 모듈(1A)을 제공할 수 있다.
또한, 실시예 2에 따른 고주파 모듈(1D)에 있어서, 제1회로부품은 주면(91b)에 배치된 저잡음 증폭기(20)이다.
이것에 의해, 수신회로의 수신 감도에 크게 영향을 주는 저잡음 증폭기(20)와 PA 제어회로(80)가 모듈 기판(91)을 사이에 두고 배치되므로, 디지털 노이즈에 의한 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 실시예 2에 따른 고주파 모듈(1D)은, 주면(91b)에 배치된 복수의 외부 접속단자(150)를 더 구비하고, 증폭소자(12 및 13)는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의해, 차동 증폭회로(10A)와 저잡음 증폭기(20)가 모듈 기판(91)을 사이에 두고 배치되므로, 송수신간의 아이솔레이션을 크게 확보할 수 있다.
또한, 실시예 2에 따른 고주파 모듈(1D)은, 차동 증폭회로(10A)의 그라운드 전극에 접속되고, 주면(91a)으로부터 주면(91b)에 이르는 방열용 비아 도체(95V)를 더 구비하고, 방열용 비아 도체(95V)는 주면(91b)에서 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자(150)와 접속되어 있어도 좋다.
이것에 의해, 차동 증폭회로(10A)로부터의 외부 기판으로의 방열성이 향상된 소형의 고주파 모듈(1D)을 제공할 수 있다.
또한, 실시예 2에 따른 고주파 모듈(1D)에 있어서, 모듈 기판(91)을 평면으로 보았을 경우에 증폭소자(12 및 13)가 배치된 영역과 중복되는 주면(91b) 상의 영역에는, 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자(150) 이외의 회로부품은 배치되어 있지 않은 것이 바람직하다.
이것에 의하면, 차동 증폭회로(10A)의 방열 경로에 회로부품이 배치되어 있지 않으므로, 고주파 모듈(1D)이 갖는 회로부품이 차동 증폭회로(10A)의 발열에 의해 특성 열화되어 버리는 것을 회피할 수 있다.
또한, 통신 장치(5)는 안테나(2)와, 안테나(2)로 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RFIC(3)와, 안테나(2)와 RFIC(3) 사이에서 고주파 신호를 전송하는 고주파 모듈(1)을 구비한다.
이것에 의해, 차동 증폭형의 전력 증폭기(10)로부터 출력되는 고주파 신호의 신호 품질의 열화가 억제된 소형의 통신 장치(5)를 제공하는 것이 가능해진다.
(그 밖의 실시형태 등)
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 고주파 모듈 및 통신 장치에 대해서 실시형태, 실시예 및 변형예를 들어서 설명했지만, 본 발명에 따른 고주파 모듈 및 통신 장치는 상기 실시형태, 실시예 및 변형예에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태, 실시예 및 변형예에 있어서의 임의의 구성요소를 조합시켜서 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태, 실시예 및 변형예에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해 낸 각종 변형을 실시해서 얻어지는 변형예나, 상기 고주파 모듈 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시형태, 실시예 및 변형예에 따른 고주파 모듈 및 통신 장치에 있어서, 도면에 개시된 각 회로소자 및 신호경로를 접속하는 경로의 사이에, 다른 회로소자 및 배선 등이 삽입되어 있어도 좋다.
본 발명은 멀티밴드 대응의 프런트엔드부에 배치되는 고주파 모듈로서, 휴대전화 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 서로 대향하는 제1주면 및 제2주면을 갖는 모듈 기판과,
    송신신호를 증폭하는 전력 증폭기와,
    제1회로부품과,
    상기 전력 증폭기를 제어하는 제어회로를 구비하고,
    상기 전력 증폭기는,
    제1증폭소자 및 제2증폭소자와,
    제1코일 및 제2코일을 갖는 출력 트랜스를 갖고,
    상기 제1코일의 일단은 상기 제1증폭소자의 출력단자에 접속되고, 상기 제1코일의 타단은 상기 제2증폭소자의 출력단자에 접속되며, 상기 제2코일의 일단은 상기 전력 증폭기의 출력단자에 접속되어 있고,
    상기 제어회로는 상기 제1주면에 배치되어 있고,
    상기 제1증폭소자 및 상기 제2증폭소자, 또는 상기 제1회로부품은 상기 제2주면에 배치되어 있는 고주파 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1증폭소자 및 상기 제2증폭소자는 상기 제2주면에 배치되어 있는 고주파 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1주면에 배치된 복수의 외부 접속단자를 더 구비하고,
    상기 제1회로부품은 상기 제1주면에 배치된, 수신신호를 증폭하는 저잡음 증폭기이며,
    상기 모듈 기판을 평면으로 보았을 경우에, 상기 제어회로와 상기 저잡음 증폭기 사이에 상기 복수의 외부 접속단자 중 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자가 배치되어 있는 고주파 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 저잡음 증폭기의 입력단자에 접속된 인덕터를 더 구비하고,
    상기 인덕터는 상기 제2주면에 배치되어 있는 고주파 모듈.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제1증폭소자 또는 상기 제2증폭소자의 그라운드 전극에 접속되고, 상기 제2주면으로부터 상기 제1주면에 이르는 방열용 비아 도체를 더 구비하고,
    상기 방열용 비아 도체는 상기 제1주면에서 상기 복수의 외부 접속단자 중 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자와 접속되어 있는 고주파 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1회로부품은 상기 제2주면에 배치된, 수신신호를 증폭하는 저잡음 증폭기인 고주파 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2주면에 배치된 복수의 외부 접속단자를 더 구비하고,
    상기 제1증폭소자 및 상기 제2증폭소자는 상기 제1주면에 배치되어 있는 고주파 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1증폭소자 또는 상기 제2증폭소자의 그라운드 전극에 접속되고, 상기 제1주면으로부터 상기 제2주면에 이르는 방열용 비아 도체를 더 구비하고,
    상기 방열용 비아 도체는 상기 제2주면에서 상기 복수의 외부 접속단자 중 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자와 접속되어 있는 고주파 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 모듈 기판을 평면으로 보았을 경우에, 상기 제1증폭소자 및 상기 제2증폭소자와 중복되는 상기 제2주면 상의 영역에는, 상기 그라운드 전위로 설정된 외부 접속단자 이외의 회로부품은 배치되어 있지 않은 고주파 모듈.
  10. 안테나와,
    상기 안테나에서 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호처리회로와,
    상기 안테나와 상기 RF 신호처리회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전송하는 제 1 항에 기재된 고주파 모듈을 구비하는 통신 장치.
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