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JP5790771B2 - 高周波モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、周波数帯域の異なる複数の通信信号を切り替えて送受信する高周波モジュールに関する。
現在、携帯無線端末では、各種の仕様が存在し、それぞれに異なる周波数帯域を利用した複数の通信信号を送受信する必要がある。そして、対応すべき周波数帯域が広い場合には、携帯無線端末に、低い周波数帯域(例えば900MHz近傍の帯域)を利用する通信信号を送受信する第1のアンテナと、高い周波数帯域(例えば2.0GHz近傍の帯域)を利用する通信信号を送受信する第2のアンテナとを備えている。
そして、特許文献1に記載の高周波モジュールでは、第1のアンテナに共通端子が接続された第1のスイッチ素子と、第2のアンテナに共通端子が接続された第2のスイッチ素子と、を備える高周波モジュールが記載されている。
図7は、特許文献1の高周波モジュールと同様の構成からなる従来の高周波モジュール10Pの構成を示すブロック図であり、図7(A)は、第1のアンテナANT1に送信回路または受信回路のいずれかを接続する場合を示し、図7(B)は、第2のアンテナANT2に送信回路または受信回路の何れかを接続する場合を示している。
高周波モジュール10Pは、第1スイッチ素子21および第2スイッチ素子22を一体化したスイッチモジュール20を備える。第1スイッチ素子21の共通端子Pc1は、高周波モジュール10Pの第1アンテナ接続端子101に接続されている。第1スイッチ素子21の第1個別端子Pi11は、ローパスフィルタ31を介して、高周波モジュール10Pの送信信号入力端子111に接続されている。第1スイッチ素子21の第2個別端子Pi12は、SAWフィルタ411を介して、高周波モジュール10Pの受信信号出力端子1121に接続されている。第1スイッチ素子21の第3個別端子Pi13は、SAWフィルタ412を介して、高周波モジュール10Pの受信信号出力端子1122に接続されている。第1スイッチ素子21の第4個別端子Pi14は、ターミナル端子113に接続されている。ターミナル端子113は、外部の終端抵抗Rt1を介して接地されている。
第2スイッチ素子22の共通端子Pc2は、高周波モジュール10Pの第2アンテナ接続端子102に接続されている。第2スイッチ素子22の第1個別端子Pi21は、ローパスフィルタ32を介して、高周波モジュール10Pの送信信号入力端子121に接続されている。第2スイッチ素子22の第2個別端子Pi22は、SAWフィルタ421を介して、高周波モジュール10Pの受信信号出力端子1221に接続されている。第2スイッチ素子22の第3個別端子Pi23は、SAWフィルタ422を介して、高周波モジュール10Pの受信信号出力端子1222に接続されている。第2スイッチ素子22の第4個別端子Pi24は、ターミナル端子123に接続されている。ターミナル端子123は、外部の終端抵抗Rt2を介して接地されている。
第1アンテナANT1で送受信を行う場合、第1スイッチ素子21の共通端子Pc1を個別端子Pi11,Pi12,Pi13のいずれかに接続し、第2スイッチ素子22では、共通端子Pc2を抵抗終端された個別端子Pi24に接続する。また、逆に、第2アンテナANT2で送受信を行う場合、第2スイッチ素子22の共通端子Pc2を個別端子Pi21,Pi22,Pi23のいずれかに接続し、第1スイッチ素子12では、共通端子Pc1を抵抗終端された個別端子Pi14に接続する。
これにより、第1、第2アンテナのそれぞれに接続する送受信回路間でアイソレーションを必要量確保している。
特開2010−212962号公報
しかしながら、従来の高周波モジュール10Pを備えた携帯無線端末では、終端抵抗Rt1,Rt2を別途用いなければならず、構成要素が増加するとともに、その分、大型化してしまう。また、高周波モジュール10Pとしては、終端抵抗Rt1,Rt2を接続するためのターミナル端子113,123を形成しなければならず、その分高周波モジュール10Pも大型化してしまう。
さらには、高周波モジュール10P内に終端抵抗Rt1,Rt2を備えようとすると、当該終端抵抗Rt1,Rt2を実装する領域を必要とするとともに、そのための引き回し電極も必要となり、この場合も、高周波モジュール10Pの構成要素が増加し、大型化してしまう。
したがって、本発明の目的は、複数のアンテナのそれぞれに接続する送受信回路間でのアイソレーションを確保し、且つ小型の高周波モジュールを提供することにある。
この発明の高周波モジュールは、それぞれにアンテナ接続用の端子と複数の切り替え接続端子とを有する複数のスイッチ素子と、複数のスイッチ素子が実装された積層体と、を備える。積層体に実装されたフィルタ部品、もしくは積層体の内層電極によって形成されるフィルタ回路は、いずれかの切り替え接続端子に接続されている。複数のスイッチ素子におけるフィルタ部品もしくはフィルタ回路が接続されていない切り替え接続端子は、積層体に形成された内層グランド電極に直接接続されている。
この構成では、終端抵抗の実装スペースや引き回し電極を必要としないため、積層体を小型化できるとともに、終端抵抗も必要としないため、高周波モジュールの構成要素を少なくすることができ、全体として小型化が可能になる。
また、この発明の高周波モジュールは次の構成であることが好ましい。複数のスイッチ素子は、積層体の表面に実装されている。フィルタ部品もしくはフィルタ回路が接続されていない切り替え接続端子は、積層体の積層方向に沿って延びる形状で形成された導電性ビアホールによって、内層グランド電極に接続されている。
この構成では、フィルタ部品もしくはフィルタ回路が接続されていない切り替え接続端子と内層グランド電極とを、導電性ビアホールのみで接続することで、接続距離を短くできる。これにより、グランドへ接続するラインに生じる寄生インダクタンスを抑制でき、アイソレーション特性が向上する。
また、この発明の高周波モジュールでは、各スイッチ素子のフィルタ部品もしくはフィルタ回路が接続されていない切り替え接続端子が導電性ビアホールで直接接続される内層グランド電極は、スイッチ素子毎に電気的に分離されていることが好ましい。
この構成では、内層グランド電極を介して複数のスイッチ素子間で高周波信号が伝搬されることを防止できる。これにより、さらにスイッチ素子間のアイソレーション特性が向上する。
また、この発明の高周波モジュールでは、内層グランド電極は、フィルタ回路を実現する内層電極よりも、積層体の表面側に配設されていることが好ましい。
この構成では、スイッチ素子と内層グランド電極との距離が近接するため、フィルタ部品もしくはフィルタ回路が接続されていない切り替え接続端子をグランドへ接続するラインが短くなる。これにより、さらに寄生インダクタンスの発生を抑制でき、アイソレーション特性が向上する。
また、この発明の高周波モジュールでは、複数のスイッチ素子は、一体形成されたスイッチモジュールとして積層体に実装されていてもよい。
この構成では、複数のスイッチ素子が一体化されることで、スイッチ素子全体での実装面積を小面積化できる。また、制御端子数を少なくすることができ、制御信号入力用の外部接続用端子を減らすことができる。これにより、積層体を小型化できる。この際、各スイッチ素子の間隔が狭くなるが、上述のようなグランド接続構成を用いることで、必要なアイソレーションを確保できる。
この発明によれば、複数のアンテナのそれぞれに接続する送受信回路間でのアイソレーションを確保した小型の高周波モジュールを実現できる。
本発明の第1の実施形態に係る高周波モジュール10の回路構成を示すブロック図であり、 第1の実施形態に係る高周波モジュール10の部分積み図である。 第1の実施形態に高周波モジュール10の積層構成を示す断面図である。 第1の実施形態の構成からなる高周波モジュール10と、従来の終端抵抗を用いた高周波モジュールとのスイッチ間アイソレーションの周波数特性を示す。 第2の実施形態に係る高周波モジュール10Aの部分積み図である。 第2の実施形態に高周波モジュール10Aの積層構成を示す断面図である。 特許文献1の高周波モジュールと同様の構成からなる従来の高周波モジュール10Pの構成を示すブロック図である。
本発明の第1の実施形態に係る高周波モジュールについて、図を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る高周波モジュール10の回路構成を示すブロック図であり、図1(A)は、第1のアンテナANT1に送信回路または受信回路のいずれかを接続する場合を示し、図1(B)は、第2のアンテナANT2に送信回路または受信回路の何れかを接続する場合を示している。
高周波モジュール10は、第1スイッチ素子21および第2スイッチ素子22を一体化したスイッチモジュール20を備える。
第1スイッチ素子21は、共通端子Pc1と、複数の個別端子(本発明の「切り替え接続端子」に相当する。)Pi11,Pi12,Pi13,Pi14と、を備える。第1スイッチ素子21は、制御信号に基づいて、共通端子Pc1を個別端子Pi11,Pi12,Pi13,Pi14のいずれかに切り替えて接続する。
第1スイッチ素子21の共通端子Pc1は、高周波モジュール10の第1アンテナ接続端子101に接続されている。第1アンテナ接続端子101は、第1アンテナANT1に接続されている。第1アンテナANT1は、低い周波数帯域の通信信号の電波を送受波するアンテナである。なお、低い周波数帯域とは、例えば、900MHz近傍の周波数帯域である。
第1スイッチ素子21の第1個別端子Pi11は、ローパスフィルタ31を介して、高周波モジュール10の送信信号入力端子111に接続されている。送信信号入力端子111は、図示しない外部の送信信号生成部に接続されている。送信信号入力端子111には、それぞれ周波数帯域の異なる第1低周波数送信信号および第2低周波数送信信号が入力される。ローパスフィルタ31は、第1、第2低周波数送信信号の基本周波数帯域を通過させ、高調波周波数を減衰させるフィルタであり、後述する積層体100に形成された内層電極によるインダクタやキャパシタによって構成される。
第1スイッチ素子21の第2個別端子Pi12は、SAWフィルタ411を介して、高周波モジュール10の受信信号出力端子1121に接続されている。受信信号出力端子1121は、図示しない外部の第1受信信号処理部に接続される。SAWフィルタ411は、第1低周波数受信信号の基本周波数帯域を通過させ、その他の帯域を減衰させるフィルタである。SAWフィルタ411は積層体100の表面に実装されるディスクリート部品からなる。
第1スイッチ素子21の第3個別端子Pi13は、SAWフィルタ412を介して、高周波モジュール10の受信信号出力端子1122に接続されている。受信信号出力端子1122は、図示しない外部の第2受信信号処理部に接続される。SAWフィルタ412は、第2低周波数受信信号の基本周波数帯域を通過させ、その他の帯域を減衰させるフィルタである。SAWフィルタ412は積層体100の表面に実装されるディスクリート部品からなる。
第1スイッチ素子21の第4個別端子Pi14は、直接接地されている。
第2スイッチ素子22は、共通端子Pc2と、複数の個別端子(本発明の「切り替え接続端子」に相当する。)Pi21,Pi22,Pi23,Pi24と、を備える。第2スイッチ素子22は、制御信号に基づいて、共通端子Pc2を個別端子Pi21,Pi22,Pi23,Pi24のいずれかに切り替えて接続する。
第2スイッチ素子22の共通端子Pc2は、高周波モジュール10の第2アンテナ接続端子102に接続されている。第2アンテナ接続端子102は、第2アンテナANT2に接続されている。第2アンテナANT2は、高い周波数帯域の通信信号の電波を送受波するアンテナである。なお、高い周波数帯域とは、例えば、2GHz近傍の周波数帯域である。
第2スイッチ素子22の第1個別端子Pi21は、ローパスフィルタ32を介して、高周波モジュール10の送信信号入力端子121に接続されている。送信信号入力端子121は、図示しない外部の送信信号生成部に接続されている。送信信号入力端子121には、それぞれ周波数帯域の異なる第1高周波数送信信号および第2高周波数送信信号が入力される。ローパスフィルタ32は、第1、第2高周波数送信信号の基本周波数帯域を通過させ、高調波周波数を減衰させるフィルタであり、後述する積層体100に形成された内層電極によるインダクタやキャパシタによって構成される。
第2スイッチ素子22の第2個別端子Pi22は、SAWフィルタ421を介して、高周波モジュール10の受信信号出力端子1221に接続されている。受信信号出力端子1221は、図示しない外部の第3受信信号処理部に接続される。SAWフィルタ421は、第1高周波数受信信号の基本周波数帯域を通過させ、その他の帯域を減衰させるフィルタである。SAWフィルタ421は積層体100の表面に実装されるディスクリート部品からなる。
第2スイッチ素子22の第3個別端子Pi23は、SAWフィルタ422を介して、高周波モジュール10の受信信号出力端子1222に接続されている。受信信号出力端子1222は、図示しない外部の第4受信信号処理部に接続される。SAWフィルタ422は、第2高周波数受信信号の基本周波数帯域を通過させ、その他の帯域を減衰させるフィルタである。SAWフィルタ422は積層体100の表面に実装されるディスクリート部品からなる。
第2スイッチ素子22の第4個別端子Pi24は、直接接地されている。
このような構成とすることで、従来構成のように、終端抵抗の実装スペースや引き回し電極を必要としないため、積層体を小型化できる。さらに、終端抵抗を必要としないので、高周波モジュールの構成要素を少なくすることができ、全体として小型化が可能になる。
このような構成からなる高周波モジュール10は、次のように動作する。
第1、第2低周波送信信号を送信する場合、第1スイッチ素子21の共通端子Pc1と第1個別端子Pi11とを接続し、第2スイッチ素子22の共通端子Pc2と第4個別端子Pi24とを接続する。
第1低周波受信信号を受信する場合、第1スイッチ素子21の共通端子Pc1と第2個別端子Pi12とを接続し、第2スイッチ素子22の共通端子Pc2と第4個別端子Pi24とを接続する。第2低周波受信信号を受信する場合、第1スイッチ素子21の共通端子Pc1と第3個別端子Pi13とを接続し、第2スイッチ素子22の共通端子Pc2と第4個別端子Pi24とを接続する。
第1、第2高周波送信信号を送信する場合、第2スイッチ素子22の共通端子Pc2と第1個別端子Pi21とを接続し、第1スイッチ素子21の共通端子Pc1と第4個別端子Pi14とを接続する。
第1高周波受信信号を受信する場合、第2スイッチ素子22の共通端子Pc2と第2個別端子Pi22とを接続し、第1スイッチ素子21の共通端子Pc1と第4個別端子Pi14とを接続する。第2高周波受信信号を受信する場合、第2スイッチ素子22の共通端子Pc2と第3個別端子Pi23とを接続し、第1スイッチ素子12の共通端子Pc1と第4個別端子Pi14とを接続する。
このような制御を行うことで、低周波数帯域で通信を行う場合には高周波数側のスイッチ素子22の共通端子Pc2が第4個別端子Pi24を介して直接接地される。これにより、低周波数帯域の送信信号や受信信号が第2スイッチ素子22に回り込んでも、反射することなく、グランドへ流される。また、高周波数帯域で通信を行う場合には低周波数側のスイッチ素子21の共通端子Pc1が第4個別端子Pi14を介して直接接地される。これにより、高周波数帯域の送信信号や受信信号が第1スイッチ素子21に回り込んでも、反射することなく、グランドへ流される。したがって、第1スイッチ素子21および第2スイッチ素子22間のアイソレーションを確保することができる。
このような回路構成の高周波モジュール10は、次のような構造によって実現できる。図2は、第1の実施形態に係る高周波モジュール10の部分積み図である。図3は、第1の実施形態に高周波モジュール10の積層構成を示す断面図である。なお、図2、図3では、フィルタ回路を構成する層の具体的な電極パターン等の構造の図示を省略している。
高周波モジュール10は、複数(本実施形態では15層)の誘電体層PL01〜PL15を積層してなる積層体100を備える。積層体100は、誘電体層PL01を最上層とし、誘電体層PL15を最下層とする。
積層体100の表面である誘電体層PL01の表面には、所定のパターンで実装用ランドが形成されている。誘電体層PL01の表面には、第1スイッチ素子21および第2スイッチ素子22を一体化したスイッチモジュール20が実装されている。誘電体層PL01の表面には、SAWフィルタ411,412を一体化した第1SAWフィルタ素子、SAWフィルタ421,422を一体化した第2SAWフィルタ素子が実装されている。
積層体100の表面から2層目となる誘電体層PL02には、各種引き回し電極が形成されている。
積層体100の表面から3層目となる誘電体層PL03には、略全面に内層グランド電極DPG01が形成されている。内層グランド電極DPG01は、誘電体層PL01,PL02を積層方向に沿って貫通する導電性ビアホール131を介して、第1スイッチ素子21の第4個別端子Pi14に接続されている。内層グランド電極DPG01は、誘電体層PL01,PL02を積層方向に沿って貫通する導電性ビアホール132を介して、第2スイッチ素子22の第4個別端子Pi24に接続されている。
積層体100の表面から4層目となる誘電体層PL04から、13層目となる誘電体層13には、ローパスフィルタ31,32のインダクタおよびキャパシタを構成する電極パターンが形成されている。インダクタは、ループ状に形成された線状電極と当該線状電極を積層方向に接続する導電性ビアホールとによって形成される。キャパシタは、誘電体層を挟んで対向する所定面積の平板電極の対によって形成される。
積層体100の表面から14層目となる誘電体層PL14には、略全面に内層グランド電極DPG02が形成されている。内層グランド電極DPG02は、誘電体層PL04から誘電体層PL13の13層を貫通する複数の導電性ビアホール133を介して、内層グランド電極DPG01に接続されている。
積層体100の最下層である誘電体層PL15の裏面には、外周に沿って、上述の送信信号入力端子111,121および受信信号出力端子1121,1122,1221,1222を実現する外部RF接続端子TPRFと、第1アンテナ接続端子101を実現する外部アンテナ接続端子TPANT1と、第2アンテナ接続端子102を実現する外部アンテナ接続端子TPANT2と、外部接続グランド端子TPGNDと、外部制御信号入力端子TPCONとが、配列形成されている。また、誘電体層PL15の裏面には、中央に、外部接続グランド端子TPGNDが形成されている。外部RF接続端子TPRFと、外部アンテナ接続端子TPANT1,TPANT2とは、図1の回路を実現するように、所定の誘電体層を貫通する導電性ビアホールによって、各層の内層電極に接続されている。各外部接続グランド端子TPGNDは、誘電体層PL15を貫通する複数の導電性ビアホール133,134を介して、内層グランド電極DPG02に接続されている。
これらの外部接続端子は、高周波モジュール10が実装されるマザー基板の所定ランドにそれぞれ実装される。
このような構成とすることで、フィルタ回路やSAWフィルタが接続されていない、第1スイッチ素子21の第4個別端子Pi14および第2スイッチ素子22の第4個別端子Pi24が、導電性ビアホール131,132のみで内層グランド電極DPG01に接続される。これにより、第4個別端子Pi14,Pi24は短い距離で接地される。したがって、接地のための線路による寄生インダクタンスを抑制でき、アイソレーションが向上する。
さらに、上述のように、内層グランド電極DPG01が、フィルタ回路の形成される層を挟むことなく、積層体100の表面の極近傍に配置されることで、さらに接地のための線路の距離を短くできる。これにより、寄生インダクタンスをさらに抑制でき、アイソレーションが向上する。
また、特に、本実施形態に示すように、複数のスイッチ素子を一体化した場合、実装面積を小さくできるものの、スイッチ素子の間隔および端子の間隔が狭くなるが、上述の構成によりアイソレーションを確保することができる。すなわち、アイソレーションを向上させながら省スペース化が可能になる。また、このようにスイッチ素子を一体化した場合、制御信号の共通化が可能になり、外部制御信号入力端子TPCONを少なくし、引き回し電極数も少なくでき、より積層体を小型化することができる。
図4は、第1の実施形態の構成からなる高周波モジュール10と、従来の終端抵抗を用いた高周波モジュールとのスイッチ間アイソレーションの周波数特性を示す。図4に示すように、本実施形態の構成を用いても、従来の終端抵抗を用いたものと同等に、900MHzから2GHzの周波数帯域において、20dB以上のアイソレーションを確保することができる。
次に、第2の実施形態に係る高周波モジュールについて、図を参照して説明する。図5は、第2の実施形態に係る高周波モジュール10Aの部分積み図である。図6は、第2の実施形態に高周波モジュール10Aの積層構成を示す断面図である。
本実施形態の高周波モジュール10Aは、誘電体層PL03に形成された内層グランド電極の形状が、第1の実施形態に係る高周波モジュール10と異なるものであり、他の構成は同じである。したがって、異なる箇所のみを説明する。
積層体100Aの3層目となる誘電体層PL03には、内層グランド電極DPG11、DPG12が形成されている。内層グランド電極DPG11、DPG12は、互いに間隔を空けて形成されており、電気的に分離されている。
内層グランド電極DPG11は、積層体100Aを平面視して(表面側から見て)、第1スイッチ素子21の実装領域を含む形状で形成されている。内層グランド電極DPG11は、誘電体層PL01,PL02を積層方向に沿って貫通する導電性ビアホール131を介して、第1スイッチ素子21の第4個別端子Pi14に接続されている。
内層グランド電極DPG12は、積層体100Aを平面視して(表面側から見て)、第2スイッチ素子22の実装領域を含む形状で形成されている。内層グランド電極DPG12は、誘電体層PL01,PL02を積層方向に沿って貫通する導電性ビアホール132を介して、第2スイッチ素子22の第4個別端子Pi24に接続されている。
内層グランド電極DPG11、DPG12は、誘電体層PL04から誘電体層PL13を貫通する複数の導電性ビアホール133を介して、内層グランド電極DPG02に接続されている。
このような構成とすることで、第1スイッチ素子21の第4個別端子Pi14および第2スイッチ素子22の第4個別端子Pi24が導電性ビアホールで直接接続される、これら第4個別端子Pi14,Pi24に近接する内層グランド電極が電気的に分離される。このため、内層グランド電極を介して各通信信号が、スイッチ素子間を伝送することを抑制できる。これにより、さらにスイッチ素子間のアイソレーションが向上する。
なお、本実施形態では、内層グランド電極DPG11、DPG12を同じ誘電体層に形成する例を示したが、異なる誘電体層に形成してもよい。この場合、内層グランド電極DPG11、DPG12は、誘電体層を挟んで対向しないようにすると、さらにアイソレーションを向上することができる。
また、上述の各実施形態では、2個のスイッチ素子を備える高周波モジュールについて説明したが、それぞれに異なるアンテナに接続する3個以上のスイッチ素子を備える高周波モジュールについても、上述の構成を適用することができる。
10,10A,10P:高周波モジュール、
20:スイッチモジュール、21:第1スイッチ素子、22:第2スイッチ素子、
31,32:ローパスフィルタ、411,412,421,422:SAWフィルタ、
100,100A:積層体、
101,102:アンテナ接続端子、
111,121:送信信号入力端子、
1121,1122,1221,1222:受信信号出力端子、
131,132,133,134:導電性ビアホール、
Pc1,Pc2:共通端子、
Pi11,Pi12,Pi13,Pi14,Pi21,Pi22,Pi23,Pi24:個別端子、
PL01−PL15:誘電体層、
Rt1,Rt2:終端抵抗

Claims (3)

  1. それぞれにアンテナ接続用の端子と複数の切り替え接続端子とを有する複数のスイッチ素子と、
    前記複数のスイッチ素子が実装された積層体と、を備え、
    前記切り替え接続端子のいずれかに接続して前記積層体に実装されたフィルタ部品、もしくは、前記切り替え接続端子のいずれかに接続して前記積層体の内層電極によって形成されるフィルタ回路、を備える高周波モジュールであって、
    前記切り替え接続端子として、前記フィルタ部品もしくは前記フィルタ回路が接続されている第1の切り替え接続端子と、前記フィルタ部品もしくは前記フィルタ回路が接続されずに、前記積層体に形成された内層グランド電極に直接接続されている第2の切り替え接続端子と、を含み、
    前記複数のスイッチ素子のうちのいずれかが、前記アンテナ接続用の端子と前記第1の切り替え接続端子とを接続する際に、前記複数のスイッチ素子のうちの他のスイッチ素子は、前記アンテナ接続用の端子と前記第2の切り替え接続端子とを接続し、
    前記複数のスイッチ素子は、前記積層体の表面に実装され、
    前記第2の切り替え接続端子は、導電性ビアホールのみによって前記第2の切り替え接続端子の直下に配置されている前記内層グランド電極に接続されており、
    前記内層グランド電極は、前記フィルタ回路を実現する前記内層電極よりも、前記積層体の表面側に配設されている、
    周波モジュール。
  2. 前記第2の切り替え接続端子が前記導電性ビアホールで直接接続される前記内層グランド電極は、前記スイッチ素子毎に電気的に分離されている、請求項1に記載の高周波モジュール。
  3. 前記複数のスイッチ素子は、一体形成されたスイッチモジュールとして、前記積層体に実装されている、請求項1または請求項2に記載の高周波モジュール。
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