WO2017057567A1 - 電力増幅モジュール、フロントエンド回路および通信装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power amplification module, a front end circuit, and a communication device that amplify a high frequency signal.
- Recent cellular phones are required to support a plurality of frequencies with one terminal (multiband) and to support a plurality of wireless systems with one terminal (multimode).
- Front-end circuits that support multi-band and multi-mode are required to process a plurality of transmission / reception signals at high speed without degrading quality. Further, the front end circuit of a wireless communication terminal typified by a mobile phone is required to be downsized.
- Patent Document 1 discloses a power amplifier (hereinafter sometimes referred to as PA) module used in a transmission circuit compatible with multiband and multimode transmission.
- PA power amplifier
- FIG. 13 is a circuit configuration diagram of the PA module described in Patent Document 1.
- the PA module 510 includes a plurality of amplifying elements 511a and 511b, a variable filter circuit 512, and a matching circuit 513.
- Amplifying elements 511a and 511b amplify the transmission signal in a frequency range including a plurality of communication bands.
- the variable filter circuit 512 includes switch circuits 521a and 521b and filter components 522a to 522c.
- the control IC included in the PA module 510 selects, from among the filter components 522a to 522c, a filter component that uses the transmission band of the selected used communication band as the pass band and the reception band as the attenuation band.
- the reception band noise entering the reception circuit can be effectively suppressed in the PA module.
- switch circuits 521a and 521b for switching selection of the filter components 522a to 522c are separately required. For this reason, when the switch circuits 521a and 521b, the amplifying elements 511a and 511b, and the filter components 522a to 522c are mounted on a board, the size is increased.
- the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a power amplification module, a front-end circuit, and a communication device that are reduced in size while maintaining the quality of a high-frequency signal. To do.
- a power amplification module includes a front-stage amplification element that amplifies a high-frequency signal, a rear-stage amplification element that amplifies the high-frequency signal amplified by the front-stage amplification element, and the front-stage amplification element.
- a variable filter circuit disposed between the amplifying element and the subsequent-stage amplifying element and configured to vary a pass band or an attenuation band according to a frequency band of the high-frequency signal, and the variable filter circuit includes one or more filter elements;
- a filter band selection unit that varies a pass band or an attenuation band of the variable filter circuit by being switched according to a frequency band of the high-frequency signal, and the preamplifier, the filter band selection unit, and the filter band selection unit
- the post-stage amplifying element is disposed on a mounting surface of the substrate, and the one or more filter elements include the pre-stage amplifying element and the filter band selection. Wherein at least one of the subsequent amplification device, and the substrate are stacked so as to overlap when viewed from a.
- one or more filter elements and at least one of the front-stage amplifying element, the filter band selection unit, and the rear-stage amplifying element are stacked and arranged so as to overlap when the board is viewed in plan, thereby allowing a power amplification module on the board to be stacked. Can be saved. Therefore, it is possible to reduce the size while maintaining the quality of the high-frequency signal.
- the one or more filter elements may overlap with at least one of the front-stage amplifying element and the filter-band selection section among the front-stage amplifying element, the filter band selection unit, and the rear-stage amplifying element in the plan view. May be laminated.
- the post-stage amplifying element has a high power level of the high-frequency signal to be amplified, if one or more filter elements are arranged close to the post-stage amplifying element, the filter characteristics of the filter element deteriorate due to interference of the high-frequency signal. On the other hand, since one or more filter elements are stacked and arranged so as not to overlap with the subsequent amplification element in plan view, it is possible to reduce the size without deteriorating the characteristics of the filter element.
- the one or more filter elements may be stacked so as to overlap only the filter band selection unit in the plan view among the front stage amplification element, the filter band selection unit, and the rear stage amplification element.
- the power level of the front-stage amplifying element is not so much as that of the rear-stage amplifying element, but is higher than other high-frequency signals. Therefore, it is more preferable that the one or more filter elements are not arranged close to not only the post-stage amplifying element but also the pre-stage amplifying element. According to the above configuration, one or more filter elements are stacked and arranged so as not to overlap with the subsequent-stage amplification element and the previous-stage amplification element in plan view, and thus it is possible to reduce the size without deteriorating the characteristics of the filter element. . Furthermore, since the one or more filter elements are arranged closest to the filter band selection unit, the wiring length of the variable filter circuit can be shortened.
- the one or more filter elements are a plurality of filter elements having different pass bands or attenuation bands
- the filter band selection unit is disposed between the pre-stage amplifying element and the plurality of filter elements
- a first switch element that switches a connection between an output terminal of a front-stage amplifying element and the plurality of filter elements
- a switch element that is disposed between the plurality of filter elements and the rear-stage amplifying element
- a second switch element that switches connection to the filter element, and the plurality of filter elements may be arranged to overlap at least one of the first switch element and the second switch element in the plan view.
- the filter element corresponding to the communication band to be used is connected between the front-stage amplifying element and the rear-stage amplifying element.
- the filter element is arranged so as to overlap with at least one of the first switch element and the second switch element in plan view, it is possible to suppress the rear-stage amplifying element, the front-stage amplifying element, and the filter element from being arranged close to each other. It becomes possible to reduce the size while maintaining the quality of the high-frequency signal. Further, since the filter element is disposed closest to the first switch element and the second switch element, the wiring length of the variable filter circuit can be shortened.
- Each of the plurality of filter elements has an input terminal and an output terminal
- the first switch element includes a first common terminal connected to an output terminal of the previous amplification element, and a plurality of filter elements.
- a first selection terminal connected to an input terminal of one of the filter elements, and the second switch element includes a second common terminal connected to an input terminal of the subsequent amplification element, and the one filter
- the first switch element and the second switch element are not connected to the one filter element.
- The may be arranged at intervals not deteriorated than isolation between the input terminal and the output terminal of one filter element of the interleaf.
- the interval may be larger than the interval between the input terminal and the output terminal of the one filter element.
- the attenuation in the attenuation band of the one filter element may be 16 dB or more.
- At least one of the first switch element and the second switch element and the front-stage amplifying element are integrated into one chip by a first chip, and the rear-stage amplifying element is formed on a second chip different from the first chip. May be included.
- the post-stage amplifying element having a high power level is formed as a separate chip from the first chip. Therefore, it is possible to further reduce the size of the power amplification module while maintaining the quality of the high-frequency signal.
- the filter band selection unit and the front stage amplifying element may be integrated into one chip by a first chip, and the rear stage amplifying element may be included in a second chip different from the first chip.
- the filter band selection unit and at least a part of the preamplifier into one chip.
- the post-stage amplifying element having a high power level is formed as a separate chip from the first chip. Therefore, the power amplification module can be further downsized while maintaining the quality of the high-frequency signal.
- the power amplification module further includes an amplification control unit that controls amplification characteristics of the front-stage amplification element and the rear-stage amplification element according to a communication band to be used, and the amplification control unit is provided in the first chip. May be included.
- the amplification control unit that controls the amplification characteristics of each amplification element according to the communication band to be used is integrated into a single chip with a part of the previous stage amplification element and the filter band selection unit, so that further downsizing is possible. It becomes.
- the front stage amplifying element amplifies a high-frequency signal in a frequency range including a plurality of communication bands
- the rear stage amplifying element is composed of a plurality of amplifying elements corresponding to each of the plurality of communication bands
- the amplification element selected corresponding to the communication band used among the plurality of communication bands among the plurality of amplification elements may amplify the high-frequency signal amplified by the preceding amplification element.
- a high-frequency signal in a frequency range including a plurality of communication bands can be configured with a single front-stage amplifying element, thereby contributing to downsizing of the power amplifying module and supporting a pass band as a back-stage amplifying element.
- One embodiment of the present invention provides a power amplification module having a characteristic configuration as described above, a reception amplification circuit, and a reception signal from an antenna element to the reception amplification circuit. It may be a front-end circuit including a duplexer that outputs the amplified high-frequency signal as a transmission signal to the antenna element.
- the pass band is a transmission band corresponding to a use communication band selected from the plurality of communication bands, and the attenuation band is a reception band corresponding to the use communication band. Also good.
- Another embodiment of the present invention is a front-end circuit having the above-described characteristic configuration, and an RF signal that outputs a high-frequency transmission signal to the front-end circuit and inputs a high-frequency reception signal from the front-end circuit.
- a processing circuit and a baseband signal processing circuit that converts a high frequency received signal received from the RF signal processing circuit into an intermediate frequency signal, performs signal processing, and converts the intermediate frequency signal into a high frequency signal and outputs the signal to the RF signal processing circuit
- the communication apparatus provided with.
- the filter element is stacked with at least one of the front-stage amplifying element, the filter band selection unit, and the rear-stage amplifying element, thereby enabling miniaturization while maintaining the quality of the high-frequency signal.
- FIG. 1 is a functional block configuration diagram of a communication apparatus according to Embodiment 1.
- FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the PA module according to the first embodiment.
- 3A is a plan configuration diagram of the PA module according to Embodiment 1.
- FIG. 3B is a cross-sectional configuration diagram of the PA module according to Embodiment 1.
- FIG. 4A is a plan configuration diagram of a PA module according to Modification 1 of Embodiment 1.
- FIG. 4B is a plan configuration diagram of a PA module according to Modification 2 of Embodiment 1.
- FIG. 4C is a plan configuration diagram of a PA module according to Modification 3 of Embodiment 1.
- FIG. FIG. 5A is a structural cross-sectional view showing an electrode arrangement of the filter section according to Embodiment 1.
- FIG. 5B is a structural cross-sectional view showing the electrode arrangement of the filter unit according to Modification 4 of Embodiment 1.
- FIG. 6A is a diagram illustrating an electrode layout when the isolation of two switches is calculated.
- FIG. 6B is a graph showing the relationship between the distance between the electrodes of two switches and the isolation.
- FIG. 7 is a graph showing the relationship between the attenuation characteristic of the filter element and the output noise of the PA module.
- FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the PA module according to the second embodiment.
- FIG. 9A is a plan configuration diagram of a PA module according to Embodiment 2.
- FIG. 9B is a cross-sectional configuration diagram of the PA module according to Embodiment 2.
- FIG. 9A is a plan configuration diagram of a PA module according to Embodiment 2.
- FIG. 9B is a cross-sectional configuration diagram of the PA module according to Embodiment 2.
- FIG. 9A is a plan configuration diagram of a PA module according
- FIG. 10A is a plan configuration diagram of a PA module according to Embodiment 3.
- FIG. 10B is a plan configuration diagram of a PA module according to Modification 1 of Embodiment 3.
- FIG. 10C is a plan configuration diagram of a PA module according to the second modification of the third embodiment.
- FIG. 11A is a diagram illustrating a specific planar configuration of a filter unit in the PA module according to Embodiment 1.
- FIG. 11B is a diagram illustrating a specific planar configuration of the filter unit in the PA module according to Embodiment 3.
- FIG. 12A is a circuit configuration diagram of a PA module according to Modification 3 of Embodiment 3.
- FIG. 12B is a circuit configuration diagram of a PA module according to Modification 4 of Embodiment 3.
- FIG. 13 is a circuit configuration diagram of the PA module described in Patent Document 1.
- FIG. 1 is a functional block configuration diagram of a communication device 200 according to the first embodiment.
- the communication device 200 includes a front end circuit 1, an RF signal processing circuit 3, a baseband signal processing circuit 4, and a display unit 5.
- the front end circuit 1 is disposed, for example, in a front end portion of a multi-mode / multi-band mobile phone.
- the front end circuit 1 includes a PA (Power Amplifier) module 10, a low noise amplifier circuit 20, an antenna matching circuit 30, and an antenna switch 40.
- PA Power Amplifier
- the antenna matching circuit 30 is connected to the antenna element 2 and the antenna switch 40, and is a circuit for matching the antenna element 2 and the front end circuit 1. As a result, the front end circuit 1 can receive the received signal from the antenna element 2 with low loss and output the transmission signal to the antenna element 2 with low loss.
- the antenna matching circuit 30 is composed of one or more high-frequency circuit components, and includes, for example, a chip-shaped inductor and a chip-shaped capacitor.
- the antenna matching circuit 30 is not an essential component of the front end circuit 1. Further, the antenna matching circuit 30 may be a variable matching circuit that corresponds to multiband and multimode and varies the impedance according to the selected band or mode.
- the antenna switch 40 connects the antenna element 2 (and the antenna matching circuit 30) to one of the transmission-side signal path and the reception-side signal path, thereby switching the connection between the antenna element 2 and the plurality of signal paths. It is. More specifically, the antenna switch 40 includes an input terminal connected to the antenna matching circuit 30 and an output terminal connected to the transmission side signal path or the reception side signal path.
- the antenna switch 40 is a single-pole double-throw high-frequency switch, but when a plurality of transmission-side signal paths and reception-side signal paths are arranged, the antenna switch 40 is It is not limited to the 1-input 2-output type. Instead of the antenna switch 40, a multiplexer including a duplexer and a triplexer that demultiplexes a transmission wave and a reception wave may be arranged.
- the PA module 10 is a power amplification module that amplifies the high-frequency transmission signal output from the RF signal processing circuit 3 and outputs the amplified signal toward the antenna switch 40.
- the PA module 10 is a main part of the present invention and will be described in detail later.
- the low noise amplifier circuit 20 is a high frequency amplification circuit that amplifies the high frequency reception signal output from the antenna switch 40 and outputs the amplified signal to the RF signal processing circuit 3.
- the RF signal processing circuit 3 performs signal processing on the high-frequency received signal input from the antenna element 2 via the reception-side signal path by down-conversion or the like, and the received signal generated by the signal processing is a baseband signal processing circuit Output to 4.
- the RF signal processing circuit 3 is, for example, an RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit). Further, the RF signal processing circuit 3 performs signal processing on the transmission signal input from the baseband signal processing circuit 4 by up-conversion or the like, and outputs a high-frequency transmission signal generated by the signal processing to the PA module 10.
- the baseband signal processing circuit 4 is a circuit that performs signal processing using an intermediate frequency band that is lower in frequency than the high-frequency signal in the front end circuit.
- the image signal processed by the baseband signal processing circuit 4 is used, for example, for image display on the display unit 5, and the audio signal processed by the baseband signal processing circuit 4 is, for example, a call through a speaker Used for.
- the front-end circuit 1 may include a transmission-side filter circuit that can vary the pass characteristic according to the selected frequency band in the transmission-side signal path between the antenna switch 40 and the PA module 10.
- the front-end circuit 1 may include a reception-side filter circuit that can vary the pass characteristic according to the selected frequency band in the reception-side signal path between the antenna switch 40 and the low-noise amplifier circuit 20.
- FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the PA module 10 according to the first embodiment.
- the PA module 10 is applied to the PA module 10 of the front end circuit 1 shown in FIG.
- the PA module 10 includes a control IC 11, a front stage amplifying element 12, a back stage amplifying element 13, switches 14 and 15, and a filter unit 16.
- the pre-stage amplifying element 12 and the post-stage amplifying element 13 are multimode / multiband compatible power amplifiers that can be used in a plurality of communication systems and a plurality of communication bands.
- the input terminal of the preamplifier 12 is an input terminal of the PA module 10, and the output terminal of the preamplifier 12 is connected to the common terminal of the switch 14.
- the input terminal of the post-stage amplifying element 13 is connected to the common terminal of the switch 15, and the output terminal of the post-stage amplifying element 13 is the output terminal of the PA module 10.
- the filter unit 16 includes filter elements 161, 162, 163, and 164 having different pass bands and attenuation bands.
- Filter elements 161 to 164 are typically band-pass filters, but may be low-pass filters, high-pass filters, or band elimination filters depending on the frequency arrangement relationship of a plurality of pass bands.
- Examples of the filter elements 161 to 164 include a surface acoustic wave filter, a boundary acoustic wave filter, an acoustic wave filter using BAW (Bulk Acoustic Wave), and an LC filter composed of an inductance element and a capacitor element.
- the number of filter elements constituting the filter unit 16 is not limited to four, and is determined according to the number of bands or modes scheduled to be used.
- the switch 14 is a first switch element that is disposed between the upstream amplification element 12 and the filter unit 16 and switches the connection between the output terminal of the upstream amplification element 12 and the filter unit 16.
- the switch 14 has one common terminal and four selection terminals, and one common terminal is connected to the output terminal of the pre-amplifier element 12, and the four selection terminals are one of the filter elements 161 to 164, respectively. Connected to the terminal.
- the switch 15 is a second switch element that is arranged between the post-stage amplifying element 13 and the filter unit 16 and switches the connection between the input terminal of the post-stage amplifying element 13 and the filter unit 16.
- the switch 15 has one common terminal and four selection terminals. The one common terminal is connected to the input terminal of the post-amplifier element 13, and the four selection terminals are the other ones of the filter elements 161 to 164, respectively. Connected to the terminal.
- the switches 14 and 15 and the filter unit 16 are arranged in a signal path from the output terminal of the front stage amplifying element 12 to the input terminal of the back stage amplifying element 13, and vary the pass band and the attenuation band according to the frequency band of the high frequency signal.
- a variable filter circuit is configured.
- the switches 14 and 15 constitute a filter band selection unit that changes the pass band and the attenuation band of the variable filter circuit by being switched according to the frequency band of the high-frequency signal.
- the control IC 11 is an amplification controller that controls the amplification characteristics of the pre-stage amplifying element 12 and the post-stage amplifying element 13 according to the communication band (frequency band of the high-frequency signal) used.
- the amplification characteristics of the pre-stage amplifying element 12 and the post-stage amplifying element 13 are, for example, gains (amplification factors) of the pre-stage amplifying element 12 and the post-stage amplifying element 13.
- the control IC 11 controls the switches 14 and 15 based on a control signal supplied from the RF signal processing circuit 3 or the baseband signal processing circuit 4 and indicating a communication band (frequency band of a high frequency signal) to be used selectively. To do.
- the control IC 11 uses the filter element 161 that uses the band A transmission band as the pass band and the band A reception band as the attenuation band.
- the switches 14 and 15 are controlled so as to be connected to the front stage amplification element 12 and the rear stage amplification element 13.
- the high-frequency transmission signal input from the RF signal processing circuit 3 to the PA module 10 is amplified by the preamplifier 12.
- the amplified high frequency transmission signal is input to the variable filter circuit.
- the high-frequency transmission signal input to the variable filter circuit passes through a filter element suitable for the communication method and communication band.
- the high-frequency transmission signal that has passed through the variable filter circuit is further amplified by the post-stage amplification element 13 and output from the PA module 10.
- the reception band component of the frequency band is also amplified by the pre-amplifier element 12, but the amplified reception band component is the selected frequency. It attenuates by passing through a filter element selected based on the band. Therefore, it is possible to effectively and effectively suppress the amplified reception band component from entering the low noise amplifier circuit 20 and the like into reception band noise.
- the cascade-connected amplification elements 511a and 511b contribute to the reduction of the number of amplification elements because they can handle multiband. Since 521a and 521b are added, the overall effect of reducing the number of parts is small. Therefore, when the components of the PA module 510, that is, the switch circuits 521a and 521b, the amplifying elements 511a and 511b, and the filter components 522a to 522c are mounted on the substrate, there is a limit to the area saving, and the front end It cannot contribute to circuit miniaturization.
- the filter unit 16 is configured by planarizing at least one of the front-stage amplifying element 12, the filter band selection unit, and the rear-stage amplifying element 13, and a substrate on which these are mounted. They are stacked so as to overlap when viewed.
- FIG. 3A is a plan configuration diagram of the PA module 10 according to the first embodiment
- FIG. 3B is a cross-sectional configuration diagram of the PA module 10 according to the first embodiment.
- FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line IIIB-IIIB in FIG. 3A.
- the front stage amplifying element 12, the rear stage amplifying element 13, and the switches 14 and 15 Is mounted on the substrate 100 (in the z-axis direction in the drawing). Further, the filter unit 16 is mounted on the switches 14 and 15 (in the z-axis direction). That is, the filter unit 16 is stacked and stacked so as to overlap the switches 14 and 15 when the substrate 100 is viewed in plan.
- Examples of the substrate 100 include a ceramic substrate, a glass epoxy substrate, a flexible substrate, and the like.
- the electrode pattern formed on the surface of the substrate 100, the preamplifier 12, the postamplifier 13, and the switches 14 and 15 are: Bonded by solder or bumps.
- the switches 14 and 15 and the filter portion 16 are joined to each other by an electrode pattern formed on the upper portion of the switches 14 and 15 and an electrode pattern formed on the lower portion of the filter portion 16 by solder or bumps. .
- FIG. 3A and FIG. 3B illustration of the wiring connecting the front stage amplifying element 12, the rear stage amplifying element 13, the switches 14 and 15, and the filter unit 16 is omitted.
- the PA module 10 on the substrate 100 can be reduced in area by arranging the filter unit 16 and the switches 14 and 15 so as to overlap when the substrate 100 is viewed in plan. Therefore, it is possible to reduce the size while maintaining the quality of the high-frequency signal.
- 4A, 4B, and 4C are plan configuration diagrams of PA modules 10A, 10B, and 10C according to Modifications 1, 2, and 3 of Embodiment 1, respectively.
- the PA modules 10A to 10C according to these modified examples have the same constituent elements as the PA module 10 according to the first embodiment, but are different from each other in the manner of stacked arrangement.
- the description of the individual components constituting the PA modules 10A to 10C will be omitted, and the points different from the PA module 10 will be mainly described.
- the front amplification element 12, the rear amplification element 13, and the switches 14 and 15 are mounted on the substrate 100 (in the z-axis direction in the figure). ing. Further, the filter unit 16 is mounted on the switch 14 (in the z-axis direction). That is, the filter unit 16 is stacked and stacked so as to overlap with the switch 14 when the substrate 100 is viewed in plan.
- the front amplification element 12, the rear amplification element 13, and the switches 14 and 15 are mounted on the substrate 100 (in the z-axis direction in the figure).
- the filter unit 16 is mounted on the switch 15 (in the z-axis direction). That is, the filter unit 16 is stacked and stacked so as to overlap the switch 15 when the substrate 100 is viewed in plan.
- the front amplification element 12, the rear amplification element 13, and the switches 14 and 15 are mounted on the substrate 100 (in the z-axis direction in the figure).
- the filter unit 16 is mounted on the upstream amplification element 12 (in the z-axis direction). That is, the filter unit 16 is stacked and stacked so as to overlap with the previous stage amplification element 12 when the substrate 100 is viewed in plan.
- the post-stage amplifying element 13 since the post-stage amplifying element 13 has a high power level of the high-frequency signal to be amplified, when the filter unit 16 is disposed close to the post-stage amplifying element 13, the filter characteristics of the filter unit 16 deteriorate due to interference with the high-frequency signal.
- the filter unit 16 is not laminated on the subsequent stage amplifying element 13, so that the characteristic deterioration of the filter unit 16 is effectively prevented. Therefore, it is possible to reduce the size while suppressing the operation.
- the filter unit 16 is not laminated on the front stage amplifying element 12.
- the power level of the front-stage amplifying element 12 is not so high as that of the rear-stage amplifying element 13, but is higher than other high-frequency signals. Therefore, it is more preferable that the filter unit 16 is not disposed in close proximity to the upstream amplification element 12 as well as the downstream amplification element 13. According to the configurations of the first and second modified examples, the filter unit 16 is stacked and disposed so as not to overlap the rear-stage amplifying element 13 and the front-stage amplifying element 12 in a plan view. Therefore, the filter unit 16 is compared with the PA module 10C illustrated in FIG. Further, it is possible to reduce the size without deteriorating the characteristics of the filter unit 16.
- the filter unit 16 is disposed closest to the switches 14 and 15 constituting the filter band selection unit.
- the length can be shortened.
- FIG. 5A is a structural cross-sectional view showing an electrode arrangement of filter unit 16 according to Embodiment 1.
- FIG. The cross-sectional view shown in FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line IIIB-IIIB in FIG. 3A, and more specifically represents the structural cross-sectional view of FIG. 3B.
- FIG. 5A shows the arrangement relationship between the filter element 161 (for example, a SAW filter) in the filter unit 16 and the switches 14 and 15. As shown in FIG. 5A, the input terminal 161a of the filter element 161 and the first selection terminal 14s1 of the switch 14 are joined, and the output terminal 161b of the filter element 161 and the second selection terminal 15s1 of the switch 15 are joined. .
- the filter element 161 for example, a SAW filter
- the isolation of filter element 161 is greater in switch 14 and D SW when D SW is larger than D SAW. It is easy to ensure the original isolation of the filter element 161 without being deteriorated by the arrangement of 15.
- FIG. 6A is a diagram for explaining an electrode layout when the isolation between two switches is calculated.
- FIG. 6B is a graph showing the relationship between the distance between the electrodes of the two switches and the isolation. Graph showing the relationship between the indicated electrode distance D SW and isolation in Figure 6B, the switch 14 and 15 shown in FIG. 6A, and, assuming the arrangement of the first selection terminal 14s1 and the second selection terminal 15s1 It is a thing. Further, it is assumed that the periphery of the switches 14 and 15 is filled with a dielectric having a relative dielectric constant ⁇ r.
- the isolation between the two switches 14 and 15 increases (good) as the interelectrode distance DSW increases. Further, the isolation of the two switches 14 and 15 deteriorates as the value of the relative dielectric constant ⁇ r increases.
- the isolation between the input / output terminals of the filter element 161 alone is 60 dB in a predetermined frequency band.
- the isolation between the switches 14 and 15 when the filter element 161 is not connected to the switches 14 and 15 is defined as Iso_SW, and the filter element 161 when the switches 14 and 15 are not connected to the filter element 161.
- Is defined as Iso_SAW.
- the first selection terminal 14s1 of the switch 14 and the second selection terminal 15s1 of the switch 15 are arranged with a predetermined interval such that Iso_SW ⁇ Iso_SAW.
- the arrangement of the switches 14 and 15 as described above can prevent the attenuation characteristics of the filter elements 161 to 164 from deteriorating.
- the electrodes formed on the switches 14 and 15 are not limited to the mode formed only on the tops of the switches 14 and 15 as shown in FIG. 5A.
- FIG. 5B is a structural cross-sectional view illustrating the electrode arrangement of the filter unit 16 according to the fourth modification of the first embodiment. As shown in the figure, even in the electrode structure formed so as to surround the main bodies of the switches 14 and 15, similarly, the first selection terminal and the second selection terminal that satisfy Iso_SW ⁇ Iso_SAW are satisfied. An arrangement configuration is desirable.
- FIG. 7 is a graph showing the relationship between the attenuation characteristic of the filter element and the output noise of the PA module. More specifically, the horizontal axis of FIG. 7 represents the attenuation amount (insertion loss) in the attenuation band of the filter elements 161 to 164, and the vertical axis represents the reception band noise level caused by the RF signal processing circuit 3 alone. , Reception band noise level due to the front stage amplification element 12 alone, reception band noise level due to the rear stage amplification element 13 alone, reception band noise level due to the PA module alone, and total noise of the reception band at the PA module output end Represents a level.
- the reception band noise level (PA factor in FIG. 7) due to the PA module alone is the reception band noise level (previous PA factor in FIG. 7) due to the front amplification element 12 alone and the reception band due to the rear amplification element 13 alone.
- the noise level (the latter PA factor in FIG. 7) is synthesized.
- the total noise level of the reception band at the PA module output end is attributed to the reception band noise (PA factor in FIG. 7) caused by the PA module alone and the RF signal processing circuit 3 alone.
- the received band noise level (RFIC factor in FIG. 7) is synthesized.
- reception band noise level (the latter stage PA factor in FIG. 7) caused by the rear stage amplification element 13 alone
- the other reception band noise levels depend on the attenuation amount (insertion loss) in the reception band of the filter elements 161 to 164. As the amount of attenuation increases, it decreases.
- the total noise level of the reception band at the output end of the PA module is preferably ⁇ 140 (dBm / Hz) or less as an index for ensuring a high-quality high-frequency reception signal.
- the reception band noise level of the signal sneaking from the transmission circuit to the reception circuit is ⁇ 180 (dBm / Hz) or less immediately before the input of the low noise amplifier circuit 20.
- the antenna switch 40 when the antenna switch 40 is arranged in the front end circuit 1, there is no signal that wraps around from the transmission circuit to the reception circuit because the transmission signal and the reception signal are not mixed.
- a tunable duplexer when a tunable duplexer is arranged instead of the antenna switch 40, a signal that wraps around from the transmission circuit to the reception circuit may be generated.
- the attenuation amount of the tunable duplexer is about 40 (dB)
- the total noise level of the reception band at the output end of the PA module is low in order to reduce the noise caused by the signal sneaking from the transmission circuit to the reception circuit. This is because it is required to be ⁇ 140 (dBm / Hz) or less.
- the attenuation amount (insertion loss) in the attenuation band of the filter elements 161 to 164 is preferably 16 dB or more.
- the attenuation amount (insertion loss) in the attenuation band of the filter elements 161 to 164 is desirably 20 dB or more, and more desirably 25 dB or more.
- the total noise level of the reception band at the output end of the PA module can be reduced by the attenuation amount (insertion loss) in the attenuation band of the filter elements 161 to 164 described above, so that a high-quality high-frequency reception signal can be ensured. Become.
- the duplexer attenuation is about 45 (dB). Therefore, in order to secure a high-quality high-frequency received signal, reception at the output end of the PA module is performed.
- the total noise level of the band may be ⁇ 135 (dBm / Hz) or less.
- the attenuation amount (insertion loss) in the attenuation band of the filter elements 161 to 164 is preferably 9 dB or more.
- the power amplifying module 10D according to the present embodiment is different from the power amplifying module 10 according to the first embodiment in the configuration of the variable filter circuit arranged between the front stage amplifying element 12 and the rear stage amplifying element 13. .
- description of points that are common to the PA module 10 according to Embodiment 1 will be omitted, and points that are different from the PA module 10 will be mainly described.
- FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the PA module 10D according to the second embodiment.
- the PA module 10D is applied to the PA module 10 of the front end circuit 1 shown in FIG.
- the PA module 10D includes a control IC 11D, a front stage amplifying element 12, a rear stage amplifying element 13, a resonator 16G, and a filter band selecting unit 60.
- the pre-stage amplifying element 12 and the post-stage amplifying element 13 are multimode / multiband compatible power amplifiers that can be used in a plurality of communication systems and a plurality of communication bands.
- the input terminal of the preamplifier 12 is an input terminal of the PA module 10 ⁇ / b> D, and the output terminal of the preamplifier 12 is connected to the input terminal of the filter band selector 60.
- the input terminal of the post-stage amplifying element 13 is connected to the output terminal of the resonator 16G, and the output terminal of the post-stage amplifying element 13 is the output terminal of the PA module 10D.
- the resonator 16G is a capacitive surface acoustic wave resonator including, for example, a piezoelectric substrate and a comb-shaped electrode formed on the piezoelectric substrate, and is determined by the physical properties of the piezoelectric substrate and the shape of the comb-shaped electrode. A filter element having a point and an anti-resonance point.
- the resonator 16G may not be a surface acoustic wave resonator, but may be an boundary acoustic wave resonator, an acoustic wave resonator using a BAW (Bulk Acoustic Wave), an LC composed of an inductance element and a capacitor element. It may be a resonator.
- the filter band selection unit 60 has an input terminal and an output terminal, and the output terminal is connected to the input terminal of the resonator 16G.
- the filter band selector 60 is connected to the capacitive elements 601, 602, 603, 604, and 605 connected in parallel to the resonator 16G and the capacitive elements 601 to 605, and at least one of the capacitive elements 601 to 605.
- switching elements 611, 612, 613, 614 and 615 for switching the connection between the resonator 16G, the front stage amplifying element 12 and the rear stage amplifying element 13.
- the filter band selection unit 60 changes the pass band and the attenuation band of the variable filter circuit by switching the switch elements 611 to 615 by the control signal supplied from the control IC 11D.
- the resonator 16G, the capacitive elements 601 to 605, and the switch elements 611 to 615 are arranged in a signal path from the output terminal of the front stage amplifying element 12 to the input terminal of the back stage amplifying element 13, and pass according to the frequency band of the high frequency signal.
- a variable filter circuit that varies the band and the attenuation band is configured.
- Capacitance elements 601 to 605 and switch elements 611 to 615 have a resonance point (for example, corresponding to a pass band) and an anti-resonance point (for example, corresponding to an attenuation band) of resonator 16G according to the frequency band of the high frequency signal.
- a filter band selection unit 60 that selectively switches is configured.
- variable filter circuit is not limited to the above-described configuration, and has a configuration in which the resonator 16G is connected to the front-stage amplifying element 12 and the filter band selection unit 60 is connected to the back-stage amplifying element 13. Also good. Further, the capacitive elements 601 to 605 may be disposed on the front stage amplifying element 12 side, and the switch elements 611 to 615 may be disposed on the rear stage amplifying element 13 side.
- the control IC 11D is an amplification controller that controls the amplification characteristics of the pre-stage amplifying element 12 and the post-stage amplifying element 13 according to the communication band (frequency band of the high-frequency signal) that is selected and used.
- the control IC 11D controls the switch elements 611 to 615 based on the control signal indicating the communication band (frequency band of the high frequency signal) to be used selectively supplied from the RF signal processing circuit 3 or the baseband signal processing circuit 4. . More specifically, for example, when the control signal indicates that band B is selected, the control IC 11D has a filter characteristic in which the transmission band of band B is a pass band and the reception band of band B is an attenuation band.
- the switch elements 611 to 615 are controlled so as to be configured by the resonator 16G and at least one of the capacitive elements 601 to 605.
- the high-frequency transmission signal input from the RF signal processing circuit 3 or the baseband signal processing circuit 4 to the PA module 10D is amplified by the pre-stage amplification element 12.
- the amplified high frequency transmission signal is input to the variable filter circuit.
- the high-frequency transmission signal input to the variable filter circuit passes through at least one of the capacitive elements 601 to 605 and the resonator 16G in the communication method and communication band.
- the high-frequency transmission signal that has passed through the variable filter circuit is further amplified by the post-amplifying element 13 and output from the PA module 10D.
- the reception band component of the frequency band is also amplified by the pre-amplifier element 12, but the amplified reception band component is the selected frequency. It attenuates by passing through a capacitive element and a resonator selected based on the band. Therefore, it is possible to effectively and effectively prevent the amplified reception band component from entering the low noise amplifier circuit 20 and the like to become reception band noise in the PA module 10D.
- the resonator 16G overlaps with at least one of the front-stage amplifying element 12, the filter band selection unit 60, and the rear-stage amplifying element 13 when the substrate on which these are mounted is viewed in plan view. As shown in FIG.
- FIG. 9A is a plan configuration diagram of a PA module 10D according to the second embodiment
- FIG. 9B is a cross-sectional configuration diagram of the PA module 10D according to the second embodiment.
- FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line VIIIB-VIIIB in FIG. 9A.
- PA module 10D on front substrate 100 (in the z-axis direction in the figure), front-stage amplifying element 12, rear-stage amplifying element 13, and filter band selection unit 60 is mounted and arranged. Further, a resonator 16G is mounted on the filter band selection unit 60 (in the z-axis direction). That is, the resonator 16G is laminated and stacked so as to overlap with the filter band selection unit 60 when the substrate 100 is viewed in plan.
- Examples of the substrate 100 include a ceramic substrate, a glass epoxy substrate, a flexible substrate, and the like.
- the electrode pattern formed on the surface of the substrate 100, the preamplifier 12, the postamplifier 13, and the filter band selector 60 are included in the substrate 100. Bonded by solder or bumps.
- the filter band selection unit 60 and the resonator 16G are joined to each other with an electrode pattern formed on the upper side of the filter band selection unit 60 and an electrode pattern formed on the lower side of the resonator 16G by solder or bumps. ing.
- FIGS. 9A and 9B illustration of the wiring connecting the upstream amplification element 12, the downstream amplification element 13, the filter band selection unit 60, and the resonator 16G is omitted.
- the area of the PA module 10D on the substrate 100 can be reduced by arranging the resonator 16G and the filter band selection unit 60 so as to overlap when the substrate 100 is viewed in plan. Therefore, it is possible to reduce the size while maintaining the quality of the high-frequency signal.
- the post-stage amplifying element 13 has a high power level of the high-frequency signal to be amplified, if the resonator 16G is disposed close to the post-stage amplifying element 13, the resonance characteristics of the resonator 16G deteriorate due to interference with the high-frequency signal.
- the PA module 10D since the resonator 16G is not laminated on the subsequent stage amplifying element 13, the size of the resonator 16G can be reduced while effectively suppressing the deterioration of the characteristics of the resonator 16G. Can be realized.
- the power level of the pre-stage amplifying element 12 is not so high as that of the post-stage amplifying element 13, but is higher than other high-frequency signals. Therefore, it is more preferable that the resonator 16G is not disposed in close proximity to not only the post-stage amplifying element 13 but also the pre-stage amplifying element 12. According to the configuration of the PA module 10D according to the present embodiment, the resonator 16G is stacked so as not to overlap with the rear-stage amplifying element 13 and the front-stage amplifying element 12 in plan view, so that the characteristics of the resonator 16G are deteriorated. It becomes possible to reduce in size.
- the resonator 16G is disposed so as to be closest to the filter band selection unit 60, so that the wiring length of the variable filter circuit can be shortened.
- the configuration in which the resonator 16G is stacked on the filter band selection unit 60 is illustrated.
- the PA module is not limited to this.
- the PA module according to the present embodiment may have a configuration in which the resonator 16G is stacked on the front stage amplifying element 12 or the rear stage amplifying element 13.
- the PA module according to the present embodiment is different from the PA module according to the first embodiment in that the components of the PA module are appropriately integrated into one chip.
- the PA module according to the present embodiment will not be described for the same points as the PA module according to the first embodiment, and will be described mainly with respect to different points.
- FIG. 10A is a plan configuration diagram of a PA module 10E according to Embodiment 3.
- the PA module 10E is applied to the PA module 10 of the front end circuit 1 shown in FIG.
- the filter unit 16 is configured by planarizing at least one of the front-stage amplifying element 12, the filter band selection unit (switches 14 and 15), and the rear-stage amplifying element 13, and a substrate on which these are mounted. They are stacked so as to overlap when viewed.
- the front amplification element 12, the rear amplification element 13, and the switches 14 and 15 are mounted on the substrate 100 (in the z-axis direction in the figure).
- the filter unit 16 is mounted on the switches 14 and 15 (in the z-axis direction). That is, the filter unit 16 is stacked and stacked so as to overlap the switches 14 and 15 when the substrate 100 is viewed in plan.
- the PA module 10 on the substrate 100 can be reduced in area by arranging the filter unit 16 and the switches 14 and 15 so as to overlap when the substrate 100 is viewed in plan. Therefore, it is possible to reduce the size while maintaining the quality of the high-frequency signal.
- the preamplifier 12 and the switches 14 and 15 are made into one chip by a chip A (first chip). Further, the post-stage amplification element 13 is included in a chip different from the chip A.
- the mutual interference of the high-frequency signals can be suppressed by configuring the front-stage amplifying element 12 and the rear-stage amplifying element 13 as separate chips. Further, by making the preamplifier 12 and the switches 14 and 15 into one chip with the chip A, it is possible to reduce the size as compared with the case where the preamplifier 12 and the switches 14 and 15 are configured as separate chips. Become. Therefore, further downsizing is possible while maintaining the quality of the high frequency signal.
- FIG. 10B is a plan configuration diagram of a PA module 10F according to the first modification of the third embodiment.
- the PA module 10F according to this modification has the same components as the PA module 10E according to the third embodiment, but the range of components that are made into one chip is different from that of the PA module 10E.
- description of individual components constituting the PA module 10F will be omitted, and description will be made focusing on differences from the PA module 10E.
- the preamplifier 12 and the switch 14 are integrated into one chip with a chip B (first chip). Further, the post-stage amplification element 13 is included in a chip different from the chip B.
- the PA module 10F on the substrate 100 can be reduced in area by arranging the filter unit 16 and the switches 14 and 15 so as to overlap when the substrate 100 is viewed in plan.
- mutual interference of high-frequency signals can be suppressed by configuring the front-stage amplifying element 12 and the rear-stage amplifying element 13 as separate chips. Further, by forming the preamplifier 12 and the switch 14 into one chip using the chip B, the size can be reduced as compared with the case where the preamplifier 12 and the switch 14 are configured as separate chips. Therefore, further downsizing is possible while maintaining the quality of the high frequency signal.
- FIG. 10C is a plan configuration diagram of a PA module 10G according to the second modification of the third embodiment.
- the PA module 10G according to this modification has the same components as the PA module 10E according to the third embodiment, but the range of components that are made into one chip is different from that of the PA module 10E.
- description of individual components constituting the PA module 10G will be omitted, and description will be made focusing on differences from the PA module 10E.
- the pre-amplifier 12 and the switch 15 are integrated into one chip with a chip C (first chip). Further, the post-stage amplifying element 13 is included in a chip different from the chip C.
- the PA module 10G on the substrate 100 can be reduced in area by arranging the filter unit 16 and the switches 14 and 15 so as to overlap when the substrate 100 is viewed in plan.
- mutual interference of high-frequency signals can be suppressed by configuring the front-stage amplifying element 12 and the rear-stage amplifying element 13 as separate chips. Further, by making the preamplifier 12 and the switch 15 into one chip with the chip C, it is possible to reduce the size as compared with the case where the preamplifier 12 and the switch 15 are configured as separate chips. Therefore, further downsizing is possible while maintaining the quality of the high frequency signal.
- the control IC 11 may be included in the first chip. As a result, the PA module can be further reduced in size.
- the power level of the control signal processed by the control IC 11 is much lower than the power level of the high frequency signal processed by the front stage amplifying element 12 and the rear stage amplifying element 13. Therefore, even if the control IC 11 is made into one chip together with the front stage amplifying element 12 and the switches 14 and 15, it is possible to ensure the quality of the high frequency signals of the front stage amplifying element 12 and the rear stage amplifying element 13.
- FIG. 11A is a diagram illustrating a specific planar configuration of filter unit 16 in PA module 10 according to Embodiment 1
- FIG. 11B is a specific planar configuration of filter unit 16 in PA module 10E according to Embodiment 3.
- FIG. 11A is a diagram illustrating a specific planar configuration of filter unit 16 in PA module 10 according to Embodiment 1
- FIG. 11B is a specific planar configuration of filter unit 16 in PA module 10E according to Embodiment 3.
- FIG. 11A is a diagram illustrating a specific planar configuration of filter unit 16 in PA module 10 according to Embodiment 1
- FIG. 11B is a specific planar configuration of filter unit 16 in PA module 10E according to Embodiment 3.
- each of the filter elements 161 to 164 constituting the filter unit 16 includes the switch 14 and the switch 14 on the individual chip. 15 are arranged so as to straddle 15.
- each of the filter elements 161 to 164 is a chip A in which the preamplifier 12 and the switches 14 and 15 are integrated into one chip. Laminated on top.
- the PA module 10E according to the third embodiment it is possible to connect and arrange the pre-stage amplifying element 12 and the switches 14 and 15 with flexibility in the chip A, as compared with the PA module 10 configured by individual chips. It is.
- the layout of the filter elements 161 to 164 is also more flexible. Since the degree of freedom of the layout is increased, each component of the PA module can be mounted with a smaller area. In addition, the distance between the filter elements 161 to 164 and the subsequent amplification element 13 and the previous amplification element 12 can be easily secured.
- FIG. 12A is a circuit configuration diagram of a PA module 10H according to the third modification of the third embodiment.
- the PA module 10H according to this modification is different from the PA module 10E according to the third embodiment in that the configuration of the post-amplifier and the control IC 11H are included in the first chip.
- description of the same points as the PA module 10E will be omitted, and different points from the PA module 10E will be mainly described.
- the preamplifier 12, the switches 14 and 15, and the control IC 11H are integrated into one chip by a chip D (first chip). That is, the switches 14 and 15 as the filter band selection unit and the pre-stage amplifying element 12 are made into one chip by the chip D. Furthermore, the amplifying elements 131 to 133 constituting the subsequent amplifying element are included in a chip different from the chip DE.
- a high-frequency transmission signal When a high-frequency transmission signal is amplified with high quality by the PA module, it is effective to provide a difference in amplification characteristics between the cascaded front-stage amplification element and the rear-stage amplification element. That is, in the former stage amplification element, it is desired to amplify the high frequency transmission signal over a wide band from the viewpoint that the power level of the input high frequency transmission signal is not so high.
- the latter stage amplification element is disposed in the final stage of the PA module, and it is desired that the high frequency transmission signal amplified by the previous stage amplification element is amplified with high quality from the viewpoint that the power level of the high frequency transmission signal is high.
- the high-frequency amplifying element generally has a trade-off relationship between the frequency characteristics and the gain and noise characteristics. That is, it may be required to select whether to give priority to amplification over a wide band over gain and noise characteristics or to give priority to gain and noise characteristics in a narrow band.
- one amplifying element capable of amplifying a high-frequency signal over a wide band rather than the gain characteristic and the noise characteristic is arranged in the pre-stage amplifying element.
- the post-stage amplifying element is required to have high gain characteristics and low noise characteristics rather than wideband characteristics, a plurality of amplifying elements having high gain characteristics and low noise characteristics are arranged in parallel in each frequency band.
- the PA module 10H has amplification elements 131, 132, and 133 connected in parallel to the switch 15 as a subsequent stage amplification element.
- the PA module 10H is further arranged between the switch 18 for switching the selection of the amplification elements 131 to 133 according to the selected frequency band, and the switches 15 and 18, and the transmission side filter element connected to the amplification element 131. 171, a transmission filter element 172 connected to the amplification element 132, and a transmission filter element 173 connected to the amplification element 133.
- the first stage amplifying element is configured by one amplifying element, which can contribute to the downsizing of the PA module 10H, and the plurality of rear stage amplifying elements are arranged corresponding to the passband, thereby the PA module. It becomes possible to maintain the high quality of the high frequency transmission signal output from 10H.
- the control IC 11H included in the chip D controls not only the preamplifier 12 and the switches 14 and 15, but also the switch 18. Thereby, since the switches 14, 15 and 18 are controlled by the same control IC 11H, it is possible to switch the high-quality filter characteristics.
- FIG. 12B is a circuit configuration diagram of a PA module 10J according to the fourth modification of the third embodiment.
- the PA module 10J according to the present modification has the same components as the PA module 10H according to the modification 3, but the range of the components that are made into one chip compared to the PA module 10H and the control of the control IC The target is different.
- the description of the individual components constituting the PA module 10J will be omitted, and the description will focus on differences from the PA module 10H.
- the pre-amplifier element 12, the switch 14, and the control IC 11J are made into one chip by a chip E (first chip). That is, the switch 14 and the pre-stage amplifying element 12 which are at least part of the filter band selection unit are integrated into one chip by the chip E. Further, the amplification elements 131 to 133 are included in a chip different from the chip E.
- control IC 11J is integrated into one chip together with the pre-amplifier element 12 and the switch 14, the size can be reduced.
- the first stage amplifying element by configuring the first stage amplifying element with one amplifying element, it is possible to contribute to the miniaturization of the PA module 10J, and it is output from the PA module 10J by arranging a plurality of rear stage amplifying elements corresponding to the pass band. It is possible to maintain high quality of the high frequency transmission signal.
- the RF signal processing circuit 3 (or the baseband signal processing circuit 4) controls the switch 18 without the control IC 11J included in the chip E controlling the switch 18. Thereby, the wiring outside the chip from the chip E can be reduced.
- the first chip (chips A to E) is preferably composed of a complementary metal oxide semiconductor (CMOS), and the second chip is composed of GaAs. It is preferable.
- CMOS complementary metal oxide semiconductor
- the control IC that does not require power handling and the pre-amplifying element 12 can be manufactured at low cost by being configured with CMOS.
- the post-stage amplifying element 13 (and the amplifying elements 131 to 133) having a high power level of the high-frequency transmission signal is made of a GaAs material, and outputs a high-frequency transmission signal having high quality amplification characteristics and noise characteristics. Is possible.
- the power amplification (PA) module according to the embodiment of the present invention has been described with reference to the embodiment and the modification.
- the power amplification (PA) module according to the present invention is not limited to the above embodiment and modification. It is not limited.
- the configuration of the third embodiment and its modifications 1 to 4 may be applied to the PA module 10D according to the second embodiment.
- PA power amplification
- the variable filter circuit provided in the power amplification (PA) module may be a filter circuit that attenuates the reception frequency band as described above. With such a configuration, if there is a signal in the reception frequency band among the transmission signal components amplified by the pre-stage amplification element 12, the signal in the reception frequency band can be attenuated by the variable filter circuit. Can be prevented from entering the receiving circuit.
- PA power amplification
- variable filter circuit may be a filter circuit that attenuates frequency bands other than the used channel used in the TV vacant channel and / or IMD noise.
- the frequency of the adjacent channel of the channel to be used can be attenuated in the system that uses the unused channel in the TV channel for other communications, so that the unused channel of the TV channel can be effectively used.
- the present invention also includes a power amplification (PA) module 10 having a characteristic configuration as described above, a reception amplification circuit (low noise amplifier circuit) 20, and a reception signal from the antenna element 2 as a reception amplification circuit (low noise).
- PA power amplification
- the attenuation band may be the front end circuit 1 which is a reception band corresponding to the used communication band.
- the present invention also includes a front end circuit 1 having the above-described characteristic configuration, and an RF signal processing circuit that outputs a high frequency transmission signal to the front end circuit 1 and inputs a high frequency reception signal from the front end circuit 1. 3 and a baseband signal processing circuit 4 that converts the high frequency received signal received from the RF signal processing circuit 3 into an intermediate frequency signal and performs signal processing, and converts the intermediate frequency signal into a high frequency signal and outputs the signal to the RF signal processing circuit 3
- the communication apparatus 200 provided with these may be sufficient.
- control IC 11, 11D, 11H, 11J
- LSI Large Scale Integration
- the method of circuit integration may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor.
- An FPGA Field Programmable Gate Array
- reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
- integrated circuit technology comes out to replace LSI's as a result of the advancement of semiconductor technology or a derivative other technology, it is naturally also possible to carry out function block integration using this technology.
- the present invention can be widely used in communication equipment such as a mobile phone as a power amplification module disposed in a multi-band / multi-mode compatible front-end unit.
Landscapes
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Abstract
PAモジュール(10)は、高周波信号を増幅する前段増幅素子(12)と、前段増幅素子(12)で増幅された高周波信号を増幅する後段増幅素子(13)と、前段増幅素子(12)と後段増幅素子(13)との間に配置され、高周波信号の周波数帯域に応じて通過帯域および減衰帯域を可変させる可変フィルタ回路とを備え、可変フィルタ回路は、フィルタ部(16)と、可変フィルタ回路の通過帯域および減衰帯域を可変させるスイッチ(14および15)とを有し、前段増幅素子(12)、スイッチ(14および15)、ならびに後段増幅素子(13)は、基板(100)の実装面に配置され、フィルタ部(16)は、前段増幅素子(12)とスイッチ(14および15)と後段増幅素子(13)との少なくとも1つと、基板(100)を平面視した場合に重なるように積層配置されている。
Description
本発明は、高周波信号を増幅する電力増幅モジュール、フロントエンド回路および通信装置に関する。
近年の携帯電話には、1つの端末で複数の周波数に対応すること(マルチバンド化)、および1つの端末で複数の無線方式に対応すること(マルチモード化)が要求される。マルチバンド化およびマルチモード化に対応したフロントエンド回路には、複数の送受信信号を品質劣化させずに高速処理することが求められている。さらに、携帯電話などに代表される無線通信端末のフロントエンド回路には、小型化が要求される。
特許文献1には、マルチバンド化およびマルチモード化に対応した送信回路に用いられるパワーアンプ(以下PAと記すことがある)モジュールが開示されている。
図13は、特許文献1に記載されたPAモジュールの回路構成図である。同図に示すように、PAモジュール510は、複数の増幅素子511aおよび511b、可変フィルタ回路512、ならびに整合回路513を備える。増幅素子511aおよび511bは、複数の通信帯域を含む周波数範囲で送信信号を増幅する。可変フィルタ回路512は、スイッチ回路521aおよび521b、ならびに、フィルタ部品522a~522cを有する。PAモジュール510が有するコントロールICは、フィルタ部品522a~522cのうち、選択された使用通信帯域のうちの送信帯域を通過帯域とし受信帯域を減衰帯域とするフィルタ部品を選択する。
上記構成により、送信信号をPAで増幅する際に、受信回路に入り込む受信帯雑音をPAモジュール内で効果的に抑制することが可能となる。
しかしながら、特許文献1に記載されたPAモジュールをフロントエンド回路に用いた場合、フィルタ部品522a~522cの選択を切り替えるスイッチ回路521aおよび521bが別途必要である。このため、スイッチ回路521aおよび521b、増幅素子511aおよび511b、ならびに、フィルタ部品522a~522cを、基板実装した場合、大型化してしまう。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、高周波信号の品質を維持しつつ、小型化された電力増幅モジュール、フロントエンド回路および通信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電力増幅モジュールは、高周波信号を増幅する前段増幅素子と、前記前段増幅素子で増幅された高周波信号を増幅する後段増幅素子と、前記前段増幅素子と前記後段増幅素子との間に配置され、前記高周波信号の周波数帯域に応じて通過帯域または減衰帯域を可変させる可変フィルタ回路とを備え、前記可変フィルタ回路は、1以上のフィルタ素子と、前記高周波信号の周波数帯域に応じて切り替えられることにより、前記可変フィルタ回路の通過帯域または減衰帯域を可変させるフィルタ帯域選択部と、を有し、前記前段増幅素子、前記フィルタ帯域選択部および前記後段増幅素子は、基板の実装面に配置され、前記1以上のフィルタ素子は、前記前段増幅素子と前記フィルタ帯域選択部と前記後段増幅素子との少なくとも1つと、前記基板を平面視した場合に重なるように積層配置されている。
これにより、1以上のフィルタ素子と、前段増幅素子、フィルタ帯域選択部および後段増幅素子の少なくとも1つとを、基板を平面視した場合に重なるように積層配置することで、基板上における電力増幅モジュールを省面積化できる。よって、高周波信号の品質を維持しつつ小型化することが可能となる。
また、前記1以上のフィルタ素子は、前記前段増幅素子、前記フィルタ帯域選択部および前記後段増幅素子のうち、前記前段増幅素子および前記フィルタ帯域選択部の少なくとも1つのみと前記平面視において重なるように積層配置されていてもよい。
後段増幅素子は、増幅する高周波信号のパワーレベルが大きいため、1以上のフィルタ素子を後段増幅素子に近接配置すると、当該高周波信号の干渉によりフィルタ素子のフィルタ特性が劣化する。これに対して、1以上のフィルタ素子が後段増幅素子と平面視において重ならないように積層配置されるので、フィルタ素子の特性を劣化させずに小型化することが可能となる。
また、前記1以上のフィルタ素子は、前記前段増幅素子、前記フィルタ帯域選択部および前記後段増幅素子のうち、前記フィルタ帯域選択部のみと前記平面視において重なるように積層配置されていてもよい。
前段増幅素子のパワーレベルは、後段増幅素子のそれほどではないが、他の高周波信号と比較して大きい。よって、1以上のフィルタ素子は、後段増幅素子だけでなく、前段増幅素子とも近接配置されないことがさらに好ましい。上記構成によれば、1以上のフィルタ素子が後段増幅素子および前段増幅素子と平面視において重ならないように積層配置されるので、フィルタ素子の特性を劣化させずに小型化することが可能となる。さらに、1以上のフィルタ素子は、フィルタ帯域選択部と最も近接するように配置されるので、可変フィルタ回路の配線長を短くすることが可能となる。
また、前記1以上のフィルタ素子は、前記通過帯域または減衰帯域が異なる複数のフィルタ素子であり、前記フィルタ帯域選択部は、前記前段増幅素子と前記複数のフィルタ素子との間に配置され、前記前段増幅素子の出力端子と前記複数のフィルタ素子との接続を切り替える第1スイッチ素子と、前記複数のフィルタ素子と前記後段増幅素子との間に配置され、前記後段増幅素子の入力端子と前記複数のフィルタ素子との接続を切り替える第2スイッチ素子とを備え、前記複数のフィルタ素子は、前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の少なくとも一方と前記平面視において重なるよう配置されていてもよい。
これにより、第1スイッチ素子および第2スイッチ素子が作動することで、使用される通信帯域に対応したフィルタ素子が前段増幅素子と後段増幅素子との間に接続される。また、フィルタ素子が、第1スイッチ素子および第2スイッチ素子の少なくとも一方と平面視において重なるよう配置されているので、後段増幅素子および前段増幅素子とフィルタ素子とが近接配置されることを抑制でき、高周波信号の品質を維持しつつ小型化することが可能となる。また、フィルタ素子は、第1スイッチ素子および第2スイッチ素子と最も近接するように配置されるので、可変フィルタ回路の配線長を短くすることが可能となる。
また、前記複数のフィルタ素子のそれぞれは、入力端子および出力端子を有し、前記第1スイッチ素子は、前記前段増幅素子の出力端子と接続された第1共通端子と、前記複数のフィルタ素子のうちの一のフィルタ素子の入力端子と接続された第1選択端子とを有し、前記第2スイッチ素子は、前記後段増幅素子の入力端子と接続された第2共通端子と、前記一のフィルタ素子の出力端子と接続された第2選択端子とを有し、前記第1選択端子および前記第2選択端子は、前記一のフィルタ素子が前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子に接続されていない場合の前記第1選択端子と前記第2選択端子との間のアイソレーションが、前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子が前記一のフィルタ素子に接続されていない場合の前記一のフィルタ素子の前記入力端子と前記出力端子との間のアイソレーションよりも劣化しない間隔で配置されていてもよい。
あるいは、前記間隔は、前記一のフィルタ素子の前記入力端子と前記出力端子との間隔よりも大きくてもよい。
これにより、フィルタ素子の減衰特性が劣化してしまうことを回避できる。
また、前記一のフィルタ素子の前記減衰帯域における減衰量は、16dB以上であってもよい。
これにより、電力増幅モジュールの出力端での減衰帯域のトータルノイズレベルを低減できるので、高品質な高周波信号を確保することが可能となる。
また、前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の少なくとも一方と前記前段増幅素子とは、第1チップで1チップ化され、前記後段増幅素子は、前記第1チップとは異なる第2チップに含まれてもよい。
これにより、積層方向の低背化だけでなく、第1スイッチ素子および第2スイッチ素子の少なくとも一方と前段増幅素子との1チップ化による省面積化も実現される。また、パワーレベルの高い後段増幅素子は、第1チップとは別チップ化される。よって、高周波信号の品質を維持しつつ、電力増幅モジュールの更なる小型化が能となる。
また、前記フィルタ帯域選択部の少なくとも一部と前記前段増幅素子とは、第1チップで1チップ化され、前記後段増幅素子は、前記第1チップとは異なる第2チップに含まれてもよい。
これにより、積層方向の低背化だけでなく、フィルタ帯域選択部の少なくとも一部と前段増幅素子との1チップ化による省面積化も実現される。また、パワーレベルの高い後段増幅素子は、第1チップとは別チップ化される。よって、高周波信号の品質を維持しつつ、電力増幅モジュールの更なる小型化が可能となる。
また、前記電力増幅モジュールは、さらに、使用される通信帯域に応じて前記前段増幅素子および前記後段増幅素子の増幅特性を制御する増幅制御部を備え、前記増幅制御部は、前記第1チップに含まれてもよい。
これにより、使用される通信帯域に応じて各増幅素子の増幅特性を制御する増幅制御部が、前段増幅素子およびフィルタ帯域選択部の一部と1チップ化されるので、更なる小型化が可能となる。
また、前記前段増幅素子は、複数の通信帯域を含む周波数範囲において高周波信号を増幅し、前記後段増幅素子は、前記複数の通信帯域のそれぞれに対応した複数の増幅素子で構成され、前記後段増幅素子では、前記複数の増幅素子のうち、前記複数の通信帯域のうち使用される通信帯域に対応して選択された増幅素子が、前記前段増幅素子で増幅された高周波信号を増幅してもよい。
上記構成によれば、複数の通信帯域を含む周波数範囲における高周波信号を1つの前段増幅素子で構成することで、電力増幅モジュールの小型化に寄与でき、かつ、後段増幅素子として、通過帯域に対応させて複数の増幅素子を配置することで、電力増幅モジュールから出力される高周波送信信号の高い品質を維持することが可能となる。
また、本発明の一態様は、上記のような特徴的な構成を備えた電力増幅モジュールと、受信増幅回路と、アンテナ素子からの受信信号を前記受信増幅回路へ出力し、前記電力増幅モジュールで増幅された前記高周波信号を送信信号として前記アンテナ素子へ出力する分波器とを備えるフロントエンド回路であってもよい。
また、前記可変フィルタ回路において、前記通過帯域は、前記複数の通信帯域から選択された使用通信帯域に対応する送信帯域であり、前記減衰帯域は、前記使用通信帯域に対応する受信帯域であってもよい。
上記構成によれば、高周波送信信号および高周波受信信号の品質を維持しつつ小型化されたフロントエンド回路を提供することが可能となる。
また、本発明の一態様は、上記のような特徴的な構成を備えたフロントエンド回路と、前記フロントエンド回路に高周波送信信号を出力し、前記フロントエンド回路から高周波受信信号を入力するRF信号処理回路と、前記RF信号処理回路から受けた高周波受信信号を中間周波信号に変換して信号処理し、中間周波信号を高周波信号に変換して前記RF信号処理回路へ出力するベースバンド信号処理回路とを備える通信装置であってもよい。
上記構成によれば、高周波送信信号および高周波受信信号の品質を維持しつつ小型化された通信装置を提供することが可能となる。
本発明に係る電力増幅モジュールによれば、フィルタ素子を、前段増幅素子、フィルタ帯域選択部、および後段増幅素子の少なくとも1つと積層することで、高周波信号の品質を維持しつつ小型化が可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、実施の形態およびその図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
(実施の形態1)
[1.1 通信装置の構成]
図1は、実施の形態1に係る通信装置200の機能ブロック構成図である。同図には、通信装置200と、アンテナ素子2とが示されている。通信装置200は、フロントエンド回路1と、RF信号処理回路3と、ベースバンド信号処理回路4と、表示部5とを備える。フロントエンド回路1は、例えば、マルチモード/マルチバンド対応の携帯電話のフロントエンド部に配置される。
[1.1 通信装置の構成]
図1は、実施の形態1に係る通信装置200の機能ブロック構成図である。同図には、通信装置200と、アンテナ素子2とが示されている。通信装置200は、フロントエンド回路1と、RF信号処理回路3と、ベースバンド信号処理回路4と、表示部5とを備える。フロントエンド回路1は、例えば、マルチモード/マルチバンド対応の携帯電話のフロントエンド部に配置される。
フロントエンド回路1は、PA(Power Amplifier)モジュール10と、ローノイズアンプ回路20と、アンテナ整合回路30と、アンテナスイッチ40とを備える。
アンテナ整合回路30は、アンテナ素子2およびアンテナスイッチ40に接続され、アンテナ素子2とフロントエンド回路1との整合をとる回路である。これにより、フロントエンド回路1は、アンテナ素子2から低損失で受信信号を受信し、送信信号を低損失でアンテナ素子2へ出力することが可能となる。アンテナ整合回路30は、1以上の高周波回路部品で構成されており、例えば、チップ状のインダクタおよびチップ状のコンデンサからなる。なお、アンテナ整合回路30は、フロントエンド回路1の必須構成要素ではない。また、アンテナ整合回路30は、マルチバンドおよびマルチモードに対応させ、選択されるバンドまたはモードに応じてインピーダンスを可変させる可変整合回路であってもよい。
アンテナスイッチ40は、アンテナ素子2(およびアンテナ整合回路30)と送信側信号経路および受信側信号経路の一方とを接続させることにより、アンテナ素子2と複数の信号経路との接続を切り替える分波器である。より具体的には、アンテナスイッチ40は、アンテナ整合回路30に接続された入力端子と、上記送信側信号経路または受信側信号経路に接続された出力端子とを備える。
なお、図1では、アンテナスイッチ40は、単極双投型の高周波スイッチを示しているが、送信側信号経路および受信側信号経路がそれぞれ複数配置されている場合には、アンテナスイッチ40は、1入力2出力型に限定されない。また、アンテナスイッチ40に代わって、送信波および受信波を分波するデュプレクサおよびトリプレクサを含むマルチプレクサが配置されていてもよい。
PAモジュール10は、RF信号処理回路3から出力された高周波送信信号を増幅し、アンテナスイッチ40に向けて出力する電力増幅モジュールである。PAモジュール10は本発明の要部であり、後述にて、詳細に説明する。
ローノイズアンプ回路20は、アンテナスイッチ40から出力された高周波受信信号を増幅し、RF信号処理回路3へ出力する高周波増幅回路である。
RF信号処理回路3は、アンテナ素子2から受信側信号経路を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号をベースバンド信号処理回路4へ出力する。RF信号処理回路3は、例えば、RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)である。また、RF信号処理回路3は、ベースバンド信号処理回路4から入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号をPAモジュール10へ出力する。
ベースバンド信号処理回路4は、フロントエンド回路における高周波信号よりも低周波の中間周波数帯域を用いて信号処理する回路である。ベースバンド信号処理回路4で処理された画像信号は、例えば、表示部5での画像表示のために使用され、ベースバンド信号処理回路4で処理された音声信号は、例えば、スピーカを介した通話のために使用される。
なお、フロントエンド回路1は、アンテナスイッチ40とPAモジュール10との間の送信側信号経路に、選択された周波数帯域に応じて通過特性を可変できる送信側フィルタ回路を備えていてもよい。また、フロントエンド回路1は、アンテナスイッチ40とローノイズアンプ回路20との間の受信側信号経路に、選択された周波数帯域に応じて通過特性を可変できる受信側フィルタ回路を備えていてもよい。
[1.2 PAモジュールの構成]
図2は、実施の形態1に係るPAモジュール10の回路構成図である。PAモジュール10は、図1に示されたフロントエンド回路1のPAモジュール10に適用される。PAモジュール10は、コントロールIC11と、前段増幅素子12と、後段増幅素子13と、スイッチ14および15と、フィルタ部16とを備える。
図2は、実施の形態1に係るPAモジュール10の回路構成図である。PAモジュール10は、図1に示されたフロントエンド回路1のPAモジュール10に適用される。PAモジュール10は、コントロールIC11と、前段増幅素子12と、後段増幅素子13と、スイッチ14および15と、フィルタ部16とを備える。
前段増幅素子12および後段増幅素子13は、複数の通信方式および複数の通信帯域で使用することが可能なマルチモード/マルチバンド対応のパワーアンプである。前段増幅素子12の入力端子はPAモジュール10の入力端子であり、前段増幅素子12の出力端子は、スイッチ14の共通端子に接続されている。後段増幅素子13の入力端子は、スイッチ15の共通端子に接続され、後段増幅素子13の出力端子はPAモジュール10の出力端子である。
フィルタ部16は、通過帯域および減衰帯域がそれぞれ異なるフィルタ素子161、162、163および164を有する。フィルタ素子161~164は、典型的にはバンドパスフィルタであるが、複数の通過帯域の周波数配置関係により、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、または、バンドエリミネーションフィルタであってもよい。なお、フィルタ素子161~164は、弾性表面波フィルタ、弾性境界波フィルタ、BAW(Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波フィルタ、ならびに、インダクタンス素子およびコンデンサ素子で構成されたLCフィルタなどが例示される。また、フィルタ部16を構成するフィルタ素子の数は4個に限定されず、使用予定のバンド数またはモード数に応じて決定される。
スイッチ14は、前段増幅素子12とフィルタ部16との間に配置され、前段増幅素子12の出力端子とフィルタ部16との接続を切り替える第1スイッチ素子である。スイッチ14は、1つの共通端子と4つの選択端子とを有し、1つの共通端子は、前段増幅素子12の出力端子に接続され、4つの選択端子は、それぞれ、フィルタ素子161~164の一方の端子に接続されている。
スイッチ15は、後段増幅素子13とフィルタ部16との間に配置され、後段増幅素子13の入力端子とフィルタ部16との接続を切り替える第2スイッチ素子である。スイッチ15は、1つの共通端子と4つの選択端子とを有し、1つの共通端子は、後段増幅素子13の入力端子に接続され、4つの選択端子は、それぞれ、フィルタ素子161~164の他方の端子に接続されている。スイッチ14および15において、後述するコントロールIC11、RF信号処理回路3およびベースバンド信号処理回路4のいずれかより供給される制御信号により、上記1つの共通端子と上記4つの選択端子のいずれか1つとが接続される。
スイッチ14および15とフィルタ部16とは、前段増幅素子12の出力端子から後段増幅素子13の入力端子までの信号経路に配置され、高周波信号の周波数帯域に応じて通過帯域および減衰帯域を可変させる可変フィルタ回路を構成している。
スイッチ14および15は、高周波信号の周波数帯域に応じて切り替えられることにより、可変フィルタ回路の通過帯域および減衰帯域を可変させるフィルタ帯域選択部を構成している。
コントロールIC11は、使用される通信帯域(高周波信号の周波数帯域)に応じて前段増幅素子12および後段増幅素子13の増幅特性を制御する増幅制御部である。なお、前段増幅素子12および後段増幅素子13の増幅特性とは、例えば、前段増幅素子12および後段増幅素子13のゲイン(増幅率)である。また、コントロールIC11は、RF信号処理回路3またはベースバンド信号処理回路4から供給された、選択使用される通信帯域(高周波信号の周波数帯域)を示す制御信号に基づいて、スイッチ14および15を制御する。より具体的には、上記制御信号が、例えば、バンドAを選択することを示す場合、コントロールIC11は、バンドAの送信帯域を通過帯域とし、バンドAの受信帯域を減衰帯域とするフィルタ素子161が、前段増幅素子12および後段増幅素子13と接続されるよう、スイッチ14および15を制御する。
上記構成によれば、RF信号処理回路3からPAモジュール10に入力された高周波送信信号は、前段増幅素子12で増幅される。増幅された高周波送信信号は可変フィルタ回路に入力される。可変フィルタ回路に入力された高周波送信信号は、通信方式および通信帯域にあったフィルタ素子を通過する。可変フィルタ回路を通過した高周波送信信号は、後段増幅素子13でさらに増幅され、PAモジュール10から出力される。
選択された周波数帯域を有する高周波送信信号をPAモジュールで増幅する際に、当該周波数帯域の受信帯域成分も前段増幅素子12で増幅されるが、当該増幅された受信帯域成分は、選択された周波数帯域に基づいて選択されたフィルタ素子を通過することで減衰する。よって、増幅された受信帯域成分がローノイズアンプ回路20などに入り込んで受信帯雑音となることを、PAモジュール10内で未然かつ効果的に抑制することが可能となる。
また、上記構成によれば、RF信号処理回路3およびPAモジュール10の後段に配置されるフィルタやアンテナスイッチなどの特性緩和をすることができ、かつ面積の増加を最小限に抑えた回路を実現できる。
ここで、特許文献1に記載された従来のPAモジュール510では、縦続接続された増幅素子511aおよび511bが、マルチバンドに対応できる分、増幅素子の点数削減には貢献しているが、スイッチ回路521aおよび521bが付加されているため全体的な部品点数の削減効果は小さい。このため、PAモジュール510の構成要素、つまり、スイッチ回路521aおよび521b、増幅素子511aおよび511b、ならびに、フィルタ部品522a~522cを基板上に実装した場合、省面積化には限界があり、フロントエンド回路の小型化には寄与できない。
これに対し、本実施の形態およびその変形例に係るPAモジュールでは、フィルタ部16が、前段増幅素子12、フィルタ帯域選択部および後段増幅素子13の少なくとも1つと、これらが実装された基板を平面視した場合に重なるように積層配置されている。
図3Aは、実施の形態1に係るPAモジュール10の平面構成図であり、図3Bは、実施の形態1に係るPAモジュール10の断面構成図である。具体的には、図3Bは、図3AにおけるIIIB-IIIB線で切断した場合の断面図である。
図3Aおよび図3Bに示すように、本実施の形態に係るPAモジュール10では、基板100の上に(図中z軸方向に)、前段増幅素子12、後段増幅素子13、ならびにスイッチ14および15が実装配置されている。さらに、スイッチ14および15の上に(z軸方向に)、フィルタ部16が実装配置されている。つまり、フィルタ部16は、スイッチ14および15と、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置(スタック)されている。
基板100は、セラミック基板のほか、ガラスエポキシ基板、フレキ基板などが例示され、基板100の表面に形成された電極パターンと、前段増幅素子12、後段増幅素子13、ならびにスイッチ14および15とが、はんだまたはバンプなどにより接合されている。また、スイッチ14および15とフィルタ部16とは、スイッチ14および15の上部に形成された電極パターンと、フィルタ部16の下部に形成された電極パターンとが、はんだまたはバンプなどにより接合されている。
なお、図3Aおよび図3Bにおいて、前段増幅素子12、後段増幅素子13、スイッチ14および15、ならびにフィルタ部16を接続する配線については、図示を省略している。
上記構成によれば、フィルタ部16とスイッチ14および15とを、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置することで、基板100上におけるPAモジュール10を省面積化できる。よって、高周波信号の品質を維持しつつ小型化することが可能となる。
[1.3 変形例1~3に係るPAモジュールの構成]
図4A、図4Bおよび図4Cは、それぞれ、実施の形態1の変形例1、2および3に係るPAモジュール10A、10Bおよび10Cの平面構成図である。これらの変形例に係るPAモジュール10A~10Cは、実施の形態1に係るPAモジュール10と同じ構成要素を有しているが、PAモジュール10と比較して積層配置の態様が異なる。以下、PAモジュール10A~10Cを構成する個々の構成要素については説明を省略し、PAモジュール10と異なる点を中心に説明する。
図4A、図4Bおよび図4Cは、それぞれ、実施の形態1の変形例1、2および3に係るPAモジュール10A、10Bおよび10Cの平面構成図である。これらの変形例に係るPAモジュール10A~10Cは、実施の形態1に係るPAモジュール10と同じ構成要素を有しているが、PAモジュール10と比較して積層配置の態様が異なる。以下、PAモジュール10A~10Cを構成する個々の構成要素については説明を省略し、PAモジュール10と異なる点を中心に説明する。
図4Aに示すように、変形例1に係るPAモジュール10Aでは、基板100の上に(図中z軸方向に)、前段増幅素子12、後段増幅素子13、ならびにスイッチ14および15が実装配置されている。さらに、スイッチ14の上に(z軸方向に)、フィルタ部16が実装配置されている。つまり、フィルタ部16は、スイッチ14と、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置(スタック)されている。
また、図4Bに示すように、変形例2に係るPAモジュール10Bでは、基板100の上に(図中z軸方向に)、前段増幅素子12、後段増幅素子13、ならびにスイッチ14および15が実装配置されている。さらに、スイッチ15の上に(z軸方向に)、フィルタ部16が実装配置されている。つまり、フィルタ部16は、スイッチ15と、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置(スタック)されている。
また、図4Cに示すように、変形例3に係るPAモジュール10Cでは、基板100の上に(図中z軸方向に)、前段増幅素子12、後段増幅素子13、ならびにスイッチ14および15が実装配置されている。さらに、前段増幅素子12の上に(z軸方向に)、フィルタ部16が実装配置されている。つまり、フィルタ部16は、前段増幅素子12と、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置(スタック)されている。
ここで、後段増幅素子13は、増幅する高周波信号のパワーレベルが大きいため、フィルタ部16を後段増幅素子13に近接配置すると、フィルタ部16のフィルタ特性が上記高周波信号との干渉により劣化する。これに対して、上記変形例1~3に係るPAモジュール10A、10Bおよび10Cによれば、フィルタ部16が後段増幅素子13の上に積層配置されていないので、フィルタ部16の特性劣化を効果的に抑制しつつ小型化することが可能となる。
また、上記変形例1および2に係るPAモジュール10Aおよび10Bでは、さらに、フィルタ部16が前段増幅素子12の上にも積層配置されていない。
前段増幅素子12のパワーレベルは、後段増幅素子13のそれほどではないが、他の高周波信号と比較して大きい。よって、フィルタ部16は、後段増幅素子13だけでなく、前段増幅素子12とも近接配置されないことが、さらに好ましい。上記変形例1および2の構成によれば、フィルタ部16が後段増幅素子13および前段増幅素子12と平面視において重ならないように積層配置されるので、図4Cに示されたPAモジュール10Cと比較して、さらにフィルタ部16の特性を劣化させずに小型化することが可能となる。
さらに、上記変形例1および2に係るPAモジュール10Aおよび10Bでは、フィルタ部16は、フィルタ帯域選択部を構成するスイッチ14および15と、最も近接するように配置されるので、可変フィルタ回路の配線長を短くすることが可能となる。
[1.4 実施の形態1に係るフィルタ部の電極配置構成]
ここでは、実施の形態1に係るPAモジュール10において、フィルタ部16とスイッチ14および15との積層配置の最適化について説明する。
ここでは、実施の形態1に係るPAモジュール10において、フィルタ部16とスイッチ14および15との積層配置の最適化について説明する。
図5Aは、実施の形態1に係るフィルタ部16の電極配置を示す構造断面図である。図5Aに示された断面図は、図3AにおけるIIIB-IIIB線で切断した場合の断面図であり、図3Bの構造断面図を、より具体的に表したものである。図5Aでは、フィルタ部16のうちのフィルタ素子161(例えばSAWフィルタ)とスイッチ14および15との配置関係が示されている。図5Aに示すように、フィルタ素子161の入力端子161aとスイッチ14の第1選択端子14s1とが接合され、フィルタ素子161の出力端子161bとスイッチ15の第2選択端子15s1とが接合されている。このとき、フィルタ素子161の入力端子161aと出力端子161bとの間隔DSAW、および、スイッチ14の第1選択端子14s1とスイッチ15の第2選択端子15s1との間隔DSWの大小関係により、フィルタ素子161の減衰特性が変化する。
例えば、DSWがDSAWよりも大きい場合、および、DSWがDSAWよりも小さい場合を比較すると、DSWがDSAWよりも大きい場合の方が、フィルタ素子161のアイソレーションがスイッチ14および15の配置により劣化せず、フィルタ素子161本来のアイソレーションを確保し易くなる。
図6Aは、2つのスイッチ間のアイソレーションを計算した場合の電極レイアウトを説明する図である。また、図6Bは、2つのスイッチの電極間距離とアイソレーションとの関係を表すグラフである。図6Bに示された電極間距離DSWおよびアイソレーションの関係を示すグラフは、図6Aに示されたスイッチ14および15、ならびに、第1選択端子14s1および第2選択端子15s1の配置構成を仮定したものである。さらには、スイッチ14および15の周囲が、比誘電率εrを有する誘電体で満たされていると仮定したものである。
図6Bに示すように、2つのスイッチ14および15のアイソレーションは、電極間距離DSWが大きくなるほど大きく(良好に)なっている。また、比誘電率εrの値が大きいほど、2つのスイッチ14および15のアイソレーションは劣化していく。
ここで、例えば、フィルタ素子161単体の入出力端子間のアイソレーションが、所定の周波数帯域において60dBであると仮定する。このとき、スイッチ14および15の周囲が空気で満たされている場合(εr=1.0)には、図6Bに示すように、電極間距離DSWを0.6mm以上に設定することが好ましい。これにより、フィルタ素子161がスイッチ14および15の上に実装されても、フィルタ素子161単体の入出力端子間のアイソレーションを確保することが可能となる。
ここで、フィルタ素子161がスイッチ14および15に接続されていない場合のスイッチ14および15間のアイソレーションをIso_SWと定義し、スイッチ14および15がフィルタ素子161に接続されていない場合のフィルタ素子161の入出力間のアイソレーションをIso_SAWと定義する。この場合、スイッチ14の第1選択端子14s1およびスイッチ15の第2選択端子15s1は、Iso_SW≧Iso_SAWとなるような所定の間隔をもって配置されていることが望ましい。
なお、上記配置関係は、フィルタ素子161だけでなく、それ以外のフィルタ素子162~164についても同様の配置関係であることが望ましい。
上記のようなスイッチ14および15の配置により、フィルタ素子161~164の減衰特性が劣化してしまうことを回避できる。
なお、スイッチ14および15に形成された電極は、図5Aに示すように、スイッチ14および15の上部のみに形成される態様に限られない。
図5Bは、実施の形態1の変形例4に係るフィルタ部16の電極配置を示す構造断面図である。同図に示すように、スイッチ14および15のそれぞれの本体を囲むように形成された電極構造であっても、同様に、Iso_SW≧Iso_SAWが成立するような第1選択端子および第2選択端子の配置構成であることが望ましい。
[1.5 実施の形態1に係るフィルタ部の減衰特性]
図7は、フィルタ素子の減衰特性とPAモジュールの出力ノイズの関係を表すグラフである。より具体的には、図7の横軸は、フィルタ素子161~164の減衰帯域における減衰量(挿入損失)を表しており、縦軸は、RF信号処理回路3単体に起因した受信帯域ノイズレベル、前段増幅素子12単体に起因した受信帯域ノイズレベル、後段増幅素子13単体に起因した受信帯域ノイズレベル、PAモジュール単体に起因した受信帯域ノイズレベルおよび、PAモジュール出力端での受信帯域のトータルノイズレベルを表している。
図7は、フィルタ素子の減衰特性とPAモジュールの出力ノイズの関係を表すグラフである。より具体的には、図7の横軸は、フィルタ素子161~164の減衰帯域における減衰量(挿入損失)を表しており、縦軸は、RF信号処理回路3単体に起因した受信帯域ノイズレベル、前段増幅素子12単体に起因した受信帯域ノイズレベル、後段増幅素子13単体に起因した受信帯域ノイズレベル、PAモジュール単体に起因した受信帯域ノイズレベルおよび、PAモジュール出力端での受信帯域のトータルノイズレベルを表している。
PAモジュール単体に起因した受信帯域ノイズレベル(図7のPA因子)は、前段増幅素子12単体に起因した受信帯域ノイズレベル(図7の前段PA因子)と後段増幅素子13単体に起因した受信帯域ノイズレベル(図7の後段PA因子)とを合成したものである。これより、PAモジュール出力端での受信帯域のトータルノイズレベル(図7のトータルノイズ)は、PAモジュール単体に起因した受信帯域ノイズ(図7のPA因子)とRF信号処理回路3単体に起因した受信帯域ノイズレベル(図7のRFIC因子)とを合成したものとなっている。
後段増幅素子13単体に起因した受信帯域ノイズレベル(図7の後段PA因子)を除き、その他の受信帯域ノイズレベルは、フィルタ素子161~164の受信帯域における減衰量(挿入損失)に依存しており、当該減衰量が大きくなるにつれ、低くなっていく。
PAモジュールの出力端での受信帯域のトータルノイズレベルとしては、高品質な高周波受信信号を確保する指標として、-140(dBm/Hz)以下であることが好ましい。
なぜならば、上記数値を満たしていれば、送信回路から受信回路へ回り込む信号のノイズを低下することができるからである。
この理由は、以下の通りである。まず、送信回路から受信回路へ回り込む信号の受信帯域雑音レベルが、ローノイズアンプ回路20の入力直前において-180(dBm/Hz)を超えてしまうと、通信装置200において受信感度が劣化してしまう。
そのため、送信回路から受信回路へ回り込む信号の受信帯域雑音レベルが、ローノイズアンプ回路20の入力直前において-180(dBm/Hz)以下であるのが理想である。
また、フロントエンド回路1にアンテナスイッチ40が配置されている場合には、送信信号と受信信号とが混在しないため、送信回路から受信回路へ回り込む信号は存在しない。一方、上述したように、アンテナスイッチ40の代わりに、チューナブルデュプレクサが配置された場合には、送信回路から受信回路へ回り込む信号が発生してしまう可能性がある。このとき、チューナブルデュプレクサの減衰量は約40(dB)であるため、送信回路から受信回路へ回り込む信号によるノイズを低下させるためには、PAモジュールの出力端での受信帯域のトータルノイズレベルが-140(dBm/Hz)以下であることが求められるからである。
この観点から図7を参照すれば、フィルタ素子161~164の減衰帯域における減衰量(挿入損失)は、16dB以上であることが好ましい。
さらには、フィルタ素子161~164の減衰帯域における減衰量(挿入損失)は、20dB以上であることが望ましく、より望ましくは25dB以上である。
以上のフィルタ素子161~164の減衰帯域における減衰量(挿入損失)により、PAモジュールの出力端での受信帯域のトータルノイズレベルを低減できるので、高品質な高周波受信信号を確保することが可能となる。
なお、アンテナスイッチ40の代わりにデュプレクサを用いる場合には、デュプレクサの減衰量は約45(dB)であるため、高品質な高周波受信信号を確保するためには、PAモジュールの出力端での受信帯域のトータルノイズレベルが-135(dBm/Hz)以下であればよい。この場合には、フィルタ素子161~164の減衰帯域における減衰量(挿入損失)は、9dB以上であることが好ましい。
(実施の形態2)
本実施の形態に係る電力増幅モジュール10Dは、実施の形態1に係る電力増幅モジュール10と比較して、前段増幅素子12と後段増幅素子13との間に配置される可変フィルタ回路の構成が異なる。以下、実施の形態1に係るPAモジュール10と共通する点は説明を省略し、PAモジュール10と異なる点を中心に説明する。
本実施の形態に係る電力増幅モジュール10Dは、実施の形態1に係る電力増幅モジュール10と比較して、前段増幅素子12と後段増幅素子13との間に配置される可変フィルタ回路の構成が異なる。以下、実施の形態1に係るPAモジュール10と共通する点は説明を省略し、PAモジュール10と異なる点を中心に説明する。
[2.1 PAモジュールの構成]
図8は、実施の形態2に係るPAモジュール10Dの回路構成図である。PAモジュール10Dは、図1に示されたフロントエンド回路1のPAモジュール10に適用される。PAモジュール10Dは、コントロールIC11Dと、前段増幅素子12と、後段増幅素子13と、共振子16Gと、フィルタ帯域選択部60とを備える。
図8は、実施の形態2に係るPAモジュール10Dの回路構成図である。PAモジュール10Dは、図1に示されたフロントエンド回路1のPAモジュール10に適用される。PAモジュール10Dは、コントロールIC11Dと、前段増幅素子12と、後段増幅素子13と、共振子16Gと、フィルタ帯域選択部60とを備える。
前段増幅素子12および後段増幅素子13は、複数の通信方式および複数の通信帯域で使用することが可能なマルチモード/マルチバンド対応のパワーアンプである。前段増幅素子12の入力端子はPAモジュール10Dの入力端子であり、前段増幅素子12の出力端子は、フィルタ帯域選択部60の入力端子に接続されている。後段増幅素子13の入力端子は、共振子16Gの出力端子に接続され、後段増幅素子13の出力端子はPAモジュール10Dの出力端子である。
共振子16Gは、例えば、圧電基板および当該圧電基板上に形成された櫛形電極で構成された容量性の弾性表面波共振子であり、圧電基板の物性および櫛形電極の形状などで決定される共振点および***振点を有するフィルタ素子である。なお、共振子16Gは、弾性表面波共振子でなくてもよく、弾性境界波共振子、BAW(Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波共振子、ならびに、インダクタンス素子およびコンデンサ素子で構成されたLC共振子などであってもよい。
フィルタ帯域選択部60は、入力端子および出力端子を有し、出力端子が共振子16Gの入力端子に接続されている。フィルタ帯域選択部60は、共振子16Gに並列接続された容量素子601、602、603、604および605と、容量素子601~605のそれぞれに対応して接続され、容量素子601~605の少なくとも1つと共振子16G、前段増幅素子12および後段増幅素子13との接続を切り替えるスイッチ素子611、612、613、614および615とを備える。フィルタ帯域選択部60は、コントロールIC11Dより供給される制御信号によりスイッチ素子611~615が切り替えられることにより、可変フィルタ回路の通過帯域および減衰帯域を可変させる。
共振子16Gと容量素子601~605およびスイッチ素子611~615とは、前段増幅素子12の出力端子から後段増幅素子13の入力端子までの信号経路に配置され、高周波信号の周波数帯域に応じて通過帯域および減衰帯域を可変させる可変フィルタ回路を構成している。
また、容量素子601~605およびスイッチ素子611~615は、高周波信号の周波数帯域に応じて共振子16Gの共振点(例えば、通過帯域に相当)および***振点(例えば、減衰帯域に相当)を選択的に切り替えるフィルタ帯域選択部60を構成している。
なお、本実施の形態に係る可変フィルタ回路は、上記構成に限定されず、共振子16Gが前段増幅素子12に接続され、フィルタ帯域選択部60が後段増幅素子13に接続された構成であってもよい。また、容量素子601~605が前段増幅素子12側に配置され、スイッチ素子611~615が後段増幅素子13側に配置されていてもよい。
コントロールIC11Dは、選択使用される通信帯域(高周波信号の周波数帯域)に応じて前段増幅素子12および後段増幅素子13の増幅特性を制御する増幅制御部である。コントロールIC11Dは、RF信号処理回路3またはベースバンド信号処理回路4から供給された、選択使用される通信帯域(高周波信号の周波数帯域)を示す制御信号に基づいて、スイッチ素子611~615を制御する。より具体的には、上記制御信号が、例えば、バンドBを選択することを示す場合、コントロールIC11Dは、バンドBの送信帯域を通過帯域とし、バンドBの受信帯域を減衰帯域とするフィルタ特性が、共振子16Gと容量素子601~605の少なくともいずれかとにより構成されるよう、スイッチ素子611~615を制御する。
上記構成によれば、RF信号処理回路3またはベースバンド信号処理回路4からPAモジュール10Dに入力された高周波送信信号は、前段増幅素子12で増幅される。増幅された高周波送信信号は可変フィルタ回路に入力される。可変フィルタ回路に入力された高周波送信信号は、通信方式および通信帯域にあった容量素子601~605の少なくとも1つおよび共振子16Gを通過する。可変フィルタ回路を通過した高周波送信信号は、後段増幅素子13でさらに増幅され、PAモジュール10Dから出力される。
選択された周波数帯域を有する高周波送信信号をPAモジュールで増幅する際に、当該周波数帯域の受信帯域成分も前段増幅素子12で増幅されるが、当該増幅された受信帯域成分は、選択された周波数帯域に基づいて選択された容量素子および共振子を通過することで減衰する。よって、増幅された受信帯域成分がローノイズアンプ回路20などに入り込んで受信帯雑音となることを、PAモジュール10D内で未然かつ効果的に抑制することが可能となる。
本実施の形態に係るPAモジュール10Dでは、共振子16Gが、前段増幅素子12、フィルタ帯域選択部60、および後段増幅素子13の少なくとも1つと、これらが実装された基板を平面視した場合に重なるように積層配置されている。
図9Aは、実施の形態2に係るPAモジュール10Dの平面構成図であり、図9Bは、実施の形態2に係るPAモジュール10Dの断面構成図である。具体的には、図9Bは、図9AにおけるVIIIB-VIIIB線で切断した場合の断面図である。
図9Aおよび図9Bに示すように、本実施の形態に係るPAモジュール10Dでは、基板100の上に(図中z軸方向に)、前段増幅素子12、後段増幅素子13、およびフィルタ帯域選択部60が実装配置されている。さらに、フィルタ帯域選択部60の上に(z軸方向に)、共振子16Gが実装配置されている。つまり、共振子16Gは、フィルタ帯域選択部60と、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置(スタック)されている。
基板100は、セラミック基板のほか、ガラスエポキシ基板、フレキ基板などが例示され、基板100の表面に形成された電極パターンと、前段増幅素子12、後段増幅素子13、およびフィルタ帯域選択部60とが、はんだまたはバンプなどにより接合されている。また、フィルタ帯域選択部60と共振子16Gとは、フィルタ帯域選択部60の上部に形成された電極パターンと、共振子16Gの下部に形成された電極パターンとが、はんだまたはバンプなどにより接合されている。
なお、図9Aおよび図9Bにおいて、前段増幅素子12、後段増幅素子13、フィルタ帯域選択部60、および共振子16Gを接続する配線については、図示を省略している。
上記構成によれば、共振子16Gとフィルタ帯域選択部60とを、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置することで、基板100上におけるPAモジュール10Dを省面積化できる。よって、高周波信号の品質を維持しつつ小型化することが可能となる。
ただし、後段増幅素子13は、増幅する高周波信号のパワーレベルが大きいため、共振子16Gを後段増幅素子13に近接配置すると、共振子16Gの共振特性が上記高周波信号との干渉により劣化する。これに対して、本実施の形態に係るPAモジュール10Dによれば、共振子16Gが後段増幅素子13の上に積層配置されていないので、共振子16Gの特性劣化を効果的に抑制しつつ小型化することが可能となる。
また、前段増幅素子12のパワーレベルは、後段増幅素子13のそれほどではないが、他の高周波信号と比較して大きい。よって、共振子16Gは、後段増幅素子13だけでなく、前段増幅素子12とも近接配置されないことが、さらに好ましい。本実施の形態に係るPAモジュール10Dの構成によれば、共振子16Gが後段増幅素子13および前段増幅素子12と平面視において重ならないように積層配置されるので、共振子16Gの特性を劣化させずに小型化することが可能となる。
さらに、本実施の形態に係るPAモジュール10Dでは、共振子16Gは、フィルタ帯域選択部60と、最も近接するように配置されるので、可変フィルタ回路の配線長を短くすることが可能となる。
なお、本実施の形態に係るPAモジュール10Dでは、図9Aおよび図9Bに示すように、共振子16Gがフィルタ帯域選択部60上に積層配置された構成を例示したが、本実施の形態に係るPAモジュールは、これに限られない。本実施の形態に係るPAモジュールは、共振子16Gが前段増幅素子12または後段増幅素子13の上に積層配置された構成であってもよい。
(実施の形態3)
本実施の形態に係るPAモジュールは、実施の形態1に係るPAモジュールと比較して、さらに、PAモジュールの構成要素が適宜1チップ化されている点が構成として異なる。以下、本実施の形態に係るPAモジュールについて、実施の形態1に係るPAモジュールと同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
本実施の形態に係るPAモジュールは、実施の形態1に係るPAモジュールと比較して、さらに、PAモジュールの構成要素が適宜1チップ化されている点が構成として異なる。以下、本実施の形態に係るPAモジュールについて、実施の形態1に係るPAモジュールと同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
[3.1 PAモジュールの構成]
図10Aは、実施の形態3に係るPAモジュール10Eの平面構成図である。PAモジュール10Eは、図1に示されたフロントエンド回路1のPAモジュール10に適用される。
図10Aは、実施の形態3に係るPAモジュール10Eの平面構成図である。PAモジュール10Eは、図1に示されたフロントエンド回路1のPAモジュール10に適用される。
本実施の形態に係るPAモジュール10Eでは、フィルタ部16が、前段増幅素子12、フィルタ帯域選択部(スイッチ14および15)、および後段増幅素子13の少なくとも1つと、これらが実装された基板を平面視した場合に重なるように積層配置されている。
図10Aに示すように、本実施の形態に係るPAモジュール10Eでは、基板100の上に(図中z軸方向に)、前段増幅素子12、後段増幅素子13、ならびにスイッチ14および15が実装配置されている。さらに、スイッチ14および15の上に(z軸方向に)、フィルタ部16が実装配置されている。つまり、フィルタ部16は、スイッチ14および15と、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置(スタック)されている。
上記構成によれば、フィルタ部16とスイッチ14および15とを、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置することで、基板100上におけるPAモジュール10を省面積化できる。よって、高周波信号の品質を維持しつつ小型化することが可能となる。
さらに、本実施の形態に係るPAモジュール10Eでは、前段増幅素子12ならびにスイッチ14および15は、チップA(第1チップ)で1チップ化されている。さらに、後段増幅素子13は、チップAと異なるチップに含まれる。
これにより、前段増幅素子12と後段増幅素子13とを別チップで構成することで、高周波信号の相互干渉を抑制できる。また、前段増幅素子12とスイッチ14および15とをチップAで1チップ化することで、前段増幅素子12とスイッチ14および15とを別チップで構成した場合と比較して、小型化が可能となる。よって、高周波信号の品質を維持しつつ更なる小型化が可能となる。
[3.2 変形例1に係るPAモジュールの構成]
図10Bは、実施の形態3の変形例1に係るPAモジュール10Fの平面構成図である。本変形例に係るPAモジュール10Fは、実施の形態3に係るPAモジュール10Eと同じ構成要素を有しているが、PAモジュール10Eと比較して1チップ化される構成要素の範囲が異なる。以下、PAモジュール10Fを構成する個々の構成要素については説明を省略し、PAモジュール10Eと異なる点を中心に説明する。
図10Bは、実施の形態3の変形例1に係るPAモジュール10Fの平面構成図である。本変形例に係るPAモジュール10Fは、実施の形態3に係るPAモジュール10Eと同じ構成要素を有しているが、PAモジュール10Eと比較して1チップ化される構成要素の範囲が異なる。以下、PAモジュール10Fを構成する個々の構成要素については説明を省略し、PAモジュール10Eと異なる点を中心に説明する。
本変形例に係るPAモジュール10Fでは、前段増幅素子12およびスイッチ14が、チップB(第1チップ)で1チップ化されている。さらに、後段増幅素子13は、チップBと異なるチップに含まれる。
上記構成によれば、フィルタ部16とスイッチ14および15とを、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置することで、基板100上におけるPAモジュール10Fを省面積化できる。
さらに、前段増幅素子12と後段増幅素子13とを別チップで構成することで、高周波信号の相互干渉を抑制できる。また、前段増幅素子12とスイッチ14とをチップBで1チップ化することで、前段増幅素子12とスイッチ14とを別チップで構成した場合と比較して、小型化が可能となる。よって、高周波信号の品質を維持しつつ更なる小型化が可能となる。
[3.3 変形例2に係るPAモジュールの構成]
図10Cは、実施の形態3の変形例2に係るPAモジュール10Gの平面構成図である。本変形例に係るPAモジュール10Gは、実施の形態3に係るPAモジュール10Eと同じ構成要素を有しているが、PAモジュール10Eと比較して1チップ化される構成要素の範囲が異なる。以下、PAモジュール10Gを構成する個々の構成要素については説明を省略し、PAモジュール10Eと異なる点を中心に説明する。
図10Cは、実施の形態3の変形例2に係るPAモジュール10Gの平面構成図である。本変形例に係るPAモジュール10Gは、実施の形態3に係るPAモジュール10Eと同じ構成要素を有しているが、PAモジュール10Eと比較して1チップ化される構成要素の範囲が異なる。以下、PAモジュール10Gを構成する個々の構成要素については説明を省略し、PAモジュール10Eと異なる点を中心に説明する。
本変形例に係るPAモジュール10Gでは、前段増幅素子12およびスイッチ15が、チップC(第1チップ)で1チップ化されている。さらに、後段増幅素子13は、チップCと異なるチップに含まれる。
上記構成によれば、フィルタ部16とスイッチ14および15とを、基板100を平面視した場合に重なるように積層配置することで、基板100上におけるPAモジュール10Gを省面積化できる。
さらに、前段増幅素子12と後段増幅素子13とを別チップで構成することで、高周波信号の相互干渉を抑制できる。また、前段増幅素子12とスイッチ15とをチップCで1チップ化することで、前段増幅素子12とスイッチ15とを別チップで構成した場合と比較して、小型化が可能となる。よって、高周波信号の品質を維持しつつ更なる小型化が可能となる。
なお、本実施の形態およびその変形例に係るPAモジュール10E、10Fおよび10Gにおいて、コントロールIC11を、第1チップ内に含めてもよい。これにより、PAモジュールの更なる小型化が可能となる。コントロールIC11が処理する制御信号のパワーレベルは、前段増幅素子12および後段増幅素子13が処理する高周波信号のパワーレベルよりもはるかに低い。よって、コントロールIC11が、前段増幅素子12ならびにスイッチ14および15とともに1チップ化されても、前段増幅素子12および後段増幅素子13の高周波信号の品質を確保することが可能である。
[3.4 実施の形態1および3に係るPAモジュールの構成比較]
ここで、PAモジュールの各構成要素が個別チップで実装されている場合(実施の形態1)および、PAモジュールの複数の構成要素が1チップ化されて実装されている場合(実施の形態3)を比較する。
ここで、PAモジュールの各構成要素が個別チップで実装されている場合(実施の形態1)および、PAモジュールの複数の構成要素が1チップ化されて実装されている場合(実施の形態3)を比較する。
図11Aは、実施の形態1に係るPAモジュール10におけるフィルタ部16の具体的平面構成を表す図であり、図11Bは、実施の形態3に係るPAモジュール10Eにおけるフィルタ部16の具体的平面構成を表す図である。
図11Aに示すように、実施の形態1に係るPAモジュール10では、フィルタ部16を構成するフィルタ素子161~164のそれぞれは、個別チップで構成されたスイッチ14および15の上に、スイッチ14および15を跨ぐように積層配置されている。
これに対して、図11Bに示すように、実施の形態3に係るPAモジュール10Eでは、フィルタ素子161~164のそれぞれは、前段増幅素子12、スイッチ14および15が1チップ化されたチップAの上に積層配置されている。実施の形態3に係るPAモジュール10Eでは、それぞれ個別チップで構成されたPAモジュール10と比較して、前段増幅素子12、スイッチ14および15を、チップA内で自由度をもって接続配置することが可能である。また、これに伴い、フィルタ素子161~164の配置レイアウトも自由度が大きくなる。配置レイアウトの自由度が大きくなることにより、PAモジュールの各構成要素をより省面積化して実装することが可能となる。また、フィルタ素子161~164と後段増幅素子13および前段増幅素子12との距離を容易に確保することが可能となる。
[3.5 変形例3に係るPAモジュールの構成]
図12Aは、実施の形態3の変形例3に係るPAモジュール10Hの回路構成図である。本変形例に係るPAモジュール10Hは、実施の形態3に係るPAモジュール10Eと比較して、後段増幅素子の構成、および、コントロールIC11Hが第1チップに含まれる点が異なる。以下、PAモジュール10Eと同じ点は説明を省略し、PAモジュール10Eと異なる点を中心に説明する。
図12Aは、実施の形態3の変形例3に係るPAモジュール10Hの回路構成図である。本変形例に係るPAモジュール10Hは、実施の形態3に係るPAモジュール10Eと比較して、後段増幅素子の構成、および、コントロールIC11Hが第1チップに含まれる点が異なる。以下、PAモジュール10Eと同じ点は説明を省略し、PAモジュール10Eと異なる点を中心に説明する。
本変形例に係るPAモジュール10Hでは、前段増幅素子12、スイッチ14および15、ならびにコントロールIC11Hは、チップD(第1チップ)で1チップ化されている。つまり、フィルタ帯域選択部であるスイッチ14および15と前段増幅素子12とが、チップDで1チップ化されている。さらに、後段増幅素子を構成する増幅素子131~133は、チップDEと異なるチップに含まれる。
高周波送信信号をPAモジュールで高品質に増幅するにあたり、縦続接続された前段増幅素子と後段増幅素子とで増幅特性に差異を設けることが効果的である。すなわち、前段増幅素子では、入力される高周波送信信号のパワーレベルがさほど高くないという観点から、当該高周波送信信号を広帯域にわたり増幅することが望まれる。一方、後段増幅素子は、PAモジュールの最終段に配置され、高周波送信信号のパワーレベルが高いという観点から、前段増幅素子で増幅された高周波送信信号を、高品質に増幅することが望まれる。
ここで、高周波増幅素子は、一般的に、周波数特性とゲインおよび雑音特性との間で、トレードオフの関係を有している。つまり、ゲインおよび雑音特性よりも広帯域な増幅を優先するか、狭帯域であるがゲインおよび雑音特性を優先するかの選択が要求される場合がある。
このため、本変形例では、前段増幅素子には、ゲイン特性および雑音特性よりも、むしろ広帯域にわたり高周波信号を増幅することが可能な1つの増幅素子が配置される。一方、後段増幅素子には、広帯域特性よりも、むしろ高ゲイン特性および低雑音特性が要求されるので、各周波数帯域において高ゲイン特性および低雑音特性を有する増幅素子が複数並列配置される。
図12Aに示すように、PAモジュール10Hは、後段増幅素子として、スイッチ15に並列接続された増幅素子131、132、および133を有している。PAモジュール10Hは、さらに、選択される周波数帯域に応じて増幅素子131~133の選択を切り替えるスイッチ18と、スイッチ15と18との間に配置され、増幅素子131に接続された送信側フィルタ素子171、増幅素子132に接続された送信側フィルタ素子172、および、増幅素子133に接続された送信側フィルタ素子173とを備える。
上記構成によれば、前段増幅素子を1つの増幅素子で構成することで、PAモジュール10Hの小型化に寄与でき、かつ、後段増幅素子を通過帯域に対応させて複数配置することで、PAモジュール10Hから出力される高周波送信信号の高い品質を維持することが可能となる。
また、本変形例に係るPAモジュール10Hでは、チップDに含まれるコントロールIC11Hが、前段増幅素子12、スイッチ14および15だけでなく、スイッチ18も制御している。これにより、スイッチ14、15および18が、同一のコントロールIC11Hにより制御されるので、高品質なフィルタ特性の切り替えが可能となる。
[3.6 変形例4に係るPAモジュールの構成]
図12Bは、実施の形態3の変形例4に係るPAモジュール10Jの回路構成図である。本変形例に係るPAモジュール10Jは、変形例3に係るPAモジュール10Hと同じ構成要素を有しているが、PAモジュール10Hと比較して1チップ化される構成要素の範囲およびコントロールICの制御対象が異なる。以下、PAモジュール10Jを構成する個々の構成要素については説明を省略し、PAモジュール10Hと異なる点を中心に説明する。
図12Bは、実施の形態3の変形例4に係るPAモジュール10Jの回路構成図である。本変形例に係るPAモジュール10Jは、変形例3に係るPAモジュール10Hと同じ構成要素を有しているが、PAモジュール10Hと比較して1チップ化される構成要素の範囲およびコントロールICの制御対象が異なる。以下、PAモジュール10Jを構成する個々の構成要素については説明を省略し、PAモジュール10Hと異なる点を中心に説明する。
本変形例に係るPAモジュール10Jでは、前段増幅素子12、スイッチ14およびコントロールIC11Jは、チップE(第1チップ)で1チップ化されている。つまり、フィルタ帯域選択部の少なくとも一部であるスイッチ14と前段増幅素子12とが、チップEで1チップ化されている。さらに、増幅素子131~133は、チップEと異なるチップに含まれる。
これにより、コントロールIC11Jが、前段増幅素子12およびスイッチ14とともに1チップ化されるので、小型化が可能となる。
また、前段増幅素子を1つの増幅素子で構成することで、PAモジュール10Jの小型化に寄与でき、かつ、後段増幅素子を通過帯域に対応させて複数配置することで、PAモジュール10Jから出力される高周波送信信号の高い品質を維持することが可能となる。
また、チップEに含まれるコントロールIC11Jがスイッチ18を制御せずに、RF信号処理回路3(またはベースバンド信号処理回路4)がスイッチ18を制御している。これにより、チップEからのチップ外配線を削減できる。
[3.7 その他の変形例など]
なお、実施の形態3およびその変形例1~4において、第1チップ(チップA~E)は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)で構成されることが好ましく、第2チップは、GaAsで構成されることが好ましい。
なお、実施の形態3およびその変形例1~4において、第1チップ(チップA~E)は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)で構成されることが好ましく、第2チップは、GaAsで構成されることが好ましい。
つまり、パワーハンドリングを必要としないコントロールICおよび前段増幅素子12は、CMOSで構成することで、PAモジュールを安価に製造することが可能となる。一方、高周波送信信号のパワーレベルが高い後段増幅素子13(および増幅素子131~133)は、GaAs系材料で構成することで、高品質な増幅特性および雑音特性を有する高周波送信信号を出力することが可能となる。
(その他の実施の形態など)
以上、本発明の実施の形態に係る電力増幅(PA)モジュールついて、実施の形態および変形例を挙げて説明したが、本発明の電力増幅(PA)モジュールは、上記実施の形態および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態および変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態および変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示の電力増幅(PA)モジュールを内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
以上、本発明の実施の形態に係る電力増幅(PA)モジュールついて、実施の形態および変形例を挙げて説明したが、本発明の電力増幅(PA)モジュールは、上記実施の形態および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態および変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態および変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示の電力増幅(PA)モジュールを内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
例えば、実施の形態2に係るPAモジュール10Dに対して、実施の形態3およびその変形例1~4の構成を適用してもよい。
また、上記実施の形態および変形例に係る電力増幅(PA)モジュールにおいて、図面に開示された各回路素子および信号経路を接続する経路の間に別の高周波回路素子および配線などが挿入されていてもよい。
また、電力増幅(PA)モジュールが備える可変フィルタ回路は、上述したように、受信周波数帯を減衰させるフィルタ回路であってもよい。このような構成にすると、前段増幅素子12で増幅された送信信号成分の中に、受信周波数帯の信号があれば、受信周波数帯の信号を可変フィルタ回路で減衰させることができるので、送信信号が受信回路に回り込むことを防止することができる。
また、可変フィルタ回路は、TV空きチャネルの中で使用している使用チャネル以外の周波数帯、又は/及び、IMDノイズを減衰させるフィルタ回路であってもよい。このような構成にすると、TVチャネルの中の空きチャネルを他の通信に活用するシステムにおいて、使用するチャネルの隣接チャネルの周波数を減衰することができるので、TVチャネルの空きチャネルを有効活用できる。
また、本発明は、上述したような特徴的な構成を備えた電力増幅(PA)モジュール10と、受信増幅回路(ローノイズアンプ回路)20と、アンテナ素子2からの受信信号を受信増幅回路(ローノイズアンプ回路)20へ出力し、電力増幅(PA)モジュール10で増幅された高周波信号を送信信号としてアンテナ素子2へ出力する分波器(アンテナスイッチ)40とを備え、可変フィルタ回路において、通過帯域は、複数の通信帯域から選択される使用通信帯域に対応する送信帯域であり、減衰帯域は、使用通信帯域に対応する受信帯域であるフロントエンド回路1であってもよい。
上記構成によれば、高周波送信信号および高周波受信信号の品質を維持しつつ小型化されたフロントエンド回路を提供することが可能となる。
また、本発明は、上記のような特徴的な構成を備えたフロントエンド回路1と、フロントエンド回路1に高周波送信信号を出力し、フロントエンド回路1から高周波受信信号を入力するRF信号処理回路3と、RF信号処理回路3から受けた高周波受信信号を中間周波信号に変換して信号処理し、中間周波信号を高周波信号に変換してRF信号処理回路3へ出力するベースバンド信号処理回路4とを備える通信装置200であってもよい。
上記構成によれば、高周波送信信号および高周波受信信号の品質を維持しつつ小型化された通信装置を提供することが可能となる。
また、本発明に係るコントロールIC(11、11D、11H、11J)は、集積回路であるIC、LSI(Large Scale Integration)として実現されてもよい。また、集積回路化の手法は、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
本発明は、マルチバンド/マルチモード対応のフロントエンド部に配置される電力増幅モジュールとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
1 フロントエンド回路
2 アンテナ素子
3 RF信号処理回路
4 ベースバンド信号処理回路
5 表示部
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、10H、10J、510 PAモジュール(電力増幅モジュール)
11、11D、11H、11J コントロールIC
12 前段増幅素子
13 後段増幅素子
14、15、18 スイッチ
14s1 第1選択端子
15s1 第2選択端子
16 フィルタ部
16G 共振子
20 ローノイズアンプ回路(受信増幅回路)
30 アンテナ整合回路
40 アンテナスイッチ
60 フィルタ帯域選択部
100 基板
131、132、133、511a、511b 増幅素子
161、162、163、164 フィルタ素子
161a 入力端子
161b 出力端子
171、172、173 送信側フィルタ素子
200 通信装置
512 可変フィルタ回路
513 整合回路
521a、521b スイッチ回路
522a、522b、522c フィルタ部品
601、602、603、604、605 容量素子
611、612、613、614、615 スイッチ素子
2 アンテナ素子
3 RF信号処理回路
4 ベースバンド信号処理回路
5 表示部
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、10H、10J、510 PAモジュール(電力増幅モジュール)
11、11D、11H、11J コントロールIC
12 前段増幅素子
13 後段増幅素子
14、15、18 スイッチ
14s1 第1選択端子
15s1 第2選択端子
16 フィルタ部
16G 共振子
20 ローノイズアンプ回路(受信増幅回路)
30 アンテナ整合回路
40 アンテナスイッチ
60 フィルタ帯域選択部
100 基板
131、132、133、511a、511b 増幅素子
161、162、163、164 フィルタ素子
161a 入力端子
161b 出力端子
171、172、173 送信側フィルタ素子
200 通信装置
512 可変フィルタ回路
513 整合回路
521a、521b スイッチ回路
522a、522b、522c フィルタ部品
601、602、603、604、605 容量素子
611、612、613、614、615 スイッチ素子
Claims (14)
- 高周波信号を増幅する前段増幅素子と、
前記前段増幅素子で増幅された高周波信号を増幅する後段増幅素子と、
前記前段増幅素子と前記後段増幅素子との間に配置され、前記高周波信号の周波数帯域に応じて通過帯域または減衰帯域を可変させる可変フィルタ回路とを備え、
前記可変フィルタ回路は、
1以上のフィルタ素子と、
前記高周波信号の周波数帯域に応じて切り替えられることにより、前記可変フィルタ回路の通過帯域または減衰帯域を可変させるフィルタ帯域選択部と、
を有し、
前記前段増幅素子、前記フィルタ帯域選択部および前記後段増幅素子は、基板の実装面に配置され、
前記1以上のフィルタ素子は、前記前段増幅素子と前記フィルタ帯域選択部と前記後段増幅素子との少なくとも1つと、前記基板を平面視した場合に重なるように積層配置されている、
電力増幅モジュール。 - 前記1以上のフィルタ素子は、前記前段増幅素子、前記フィルタ帯域選択部および前記後段増幅素子のうち、前記前段増幅素子および前記フィルタ帯域選択部の少なくとも1つのみと前記平面視において重なるように積層配置されている、
請求項1に記載の電力増幅モジュール。 - 前記1以上のフィルタ素子は、前記前段増幅素子、前記フィルタ帯域選択部および前記後段増幅素子のうち、前記フィルタ帯域選択部のみと前記平面視において重なるように積層配置されている、
請求項1に記載の電力増幅モジュール。 - 前記1以上のフィルタ素子は、前記通過帯域または減衰帯域が異なる複数のフィルタ素子であり、
前記フィルタ帯域選択部は、
前記前段増幅素子と前記複数のフィルタ素子との間に配置され、前記前段増幅素子の出力端子と前記複数のフィルタ素子との接続を切り替える第1スイッチ素子と、
前記複数のフィルタ素子と前記後段増幅素子との間に配置され、前記後段増幅素子の入力端子と前記複数のフィルタ素子との接続を切り替える第2スイッチ素子とを備え、
前記複数のフィルタ素子は、前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の少なくとも一方と前記平面視において重なるよう配置されている、
請求項2または3に記載の電力増幅モジュール。 - 前記複数のフィルタ素子のそれぞれは、入力端子および出力端子を有し、
前記第1スイッチ素子は、前記前段増幅素子の出力端子と接続された第1共通端子と、前記複数のフィルタ素子のうちの一のフィルタ素子の入力端子と接続された第1選択端子とを有し、
前記第2スイッチ素子は、前記後段増幅素子の入力端子と接続された第2共通端子と、前記一のフィルタ素子の出力端子と接続された第2選択端子とを有し、
前記第1選択端子および前記第2選択端子は、前記一のフィルタ素子が前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子に接続されていない場合の前記第1選択端子と前記第2選択端子との間のアイソレーションが、前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子が前記一のフィルタ素子に接続されていない場合の前記一のフィルタ素子の前記入力端子と前記出力端子との間のアイソレーションよりも劣化しない間隔で配置されている、
請求項4に記載の電力増幅モジュール。 - 前記間隔は、前記一のフィルタ素子の前記入力端子と前記出力端子との間隔よりも大きい、
請求項5に記載の電力増幅モジュール。 - 前記一のフィルタ素子の前記減衰帯域における減衰量は、16dB以上である、
請求項5に記載の電力増幅モジュール。 - 前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子の少なくとも一方と前記前段増幅素子とは、第1チップで1チップ化され、
前記後段増幅素子は、前記第1チップとは異なる第2チップに含まれる、
請求項4~7のいずれか1項に記載の電力増幅モジュール。 - 前記フィルタ帯域選択部の少なくとも一部と前記前段増幅素子とは、第1チップで1チップ化され、
前記後段増幅素子は、前記第1チップとは異なる第2チップに含まれる、
請求項1~8のいずれか1項に記載の電力増幅モジュール。 - 前記電力増幅モジュールは、さらに、
使用される通信帯域に応じて前記前段増幅素子および前記後段増幅素子の増幅特性を制御する増幅制御部を備え、
前記増幅制御部は、前記第1チップに含まれる、
請求項9に記載の電力増幅モジュール。 - 前記前段増幅素子は、複数の通信帯域を含む周波数範囲において高周波信号を増幅し、
前記後段増幅素子は、前記複数の通信帯域のそれぞれに対応した複数の増幅素子で構成され、
前記後段増幅素子では、前記複数の増幅素子のうち、前記複数の通信帯域のうち使用される通信帯域に対応して選択された増幅素子が、前記前段増幅素子で増幅された高周波信号を増幅する、
請求項1~10のいずれか1項に記載の電力増幅モジュール。 - 請求項1~11のいずれか1項に記載の電力増幅モジュールと、
受信増幅回路と、
アンテナ素子からの受信信号を前記受信増幅回路へ出力し、前記電力増幅モジュールで増幅された前記高周波信号を送信信号として前記アンテナ素子へ出力する分波器とを備える、
フロントエンド回路。 - 前記可変フィルタ回路において、前記通過帯域は、前記複数の通信帯域から選択された使用通信帯域に対応する送信帯域であり、前記減衰帯域は、前記使用通信帯域に対応する受信帯域である、
請求項12に記載のフロントエンド回路。 - 請求項12または13に記載のフロントエンド回路と、
前記フロントエンド回路に高周波送信信号を出力し、前記フロントエンド回路から高周波受信信号を入力するRF信号処理回路と、
前記RF信号処理回路から受けた高周波受信信号を中間周波信号に変換して信号処理し、中間周波信号を高周波信号に変換して前記RF信号処理回路へ出力するベースバンド信号処理回路とを備える、
通信装置。
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