JP2005505187A - 回路装置、該回路装置を有するスイッチングモジュール、および該スイッチングモジュールの使用方法 - Google Patents

回路装置、該回路装置を有するスイッチングモジュール、および該スイッチングモジュールの使用方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、アンテナ入力端(1)と、信号入力端(2)と、信号出力端(3)とを有する回路装置に関する。該回路装置はスイッチングユニット(4)を有し、前記スイッチングユニット(4)はコントロール線路(5)を有し、前記コントロール線路(5)によって、アンテナ入力端(1)と信号入力端(2)または信号出力端(3)との選択的な接続が制御される。前記アンテナ入力端(1)は、静電気放電に対する第1の保護装置(6)に接続されており、前記コントロール線路(5)は、静電気放電に対する第2の保護装置(7)に接続されている。コントロール線路にある保護装置によって、該回路装置のESD安全性が改善される。さらに本発明は、スイッチングモジュールと、該スイッチングモジュールをフロントエンドモジュールとして移動電話機にて使用する方法にも関する。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナ入力端と、信号入力端と、信号出力端とを有する回路装置に関する。さらに該回路装置は、前記アンテナ入力端を選択的に信号入力端または信号出力端に接続するスイッチングユニットを有している。さらに該回路装置は、コントロール線路を有している。
【0002】
冒頭に述べられた形式の回路装置はしばしば、移動電話機のためのマルチバンドフロントエンドモジュールとして使用される。このように適用される際、この回路装置のアンテナ入力端は移動電話機のアンテナと接続されている。帯電したユーザがアンテナに接触すると、静電気放電が発生するおそれがある。この静電気放電は、「Electrostatic Discharge ESD」という名称でも知られている。この静電気放電は、回路装置を破壊するのに十分なスパイクを発生させる可能性がある。このことに応じて、冒頭に述べられた形式の回路装置にESDに対する保護装置を設ける必要がある。
【0003】
WO00/57515からは、ESDに対する保護装置が設けられた、冒頭に述べられた形式の回路装置が公知である。この保護装置は電気的なハイパスフィルタによって形成されており、このハイパスフィルタでは、アンテナ入力系統に対してキャパシタンスが直列に、インダクタンスが並列に接続されている。
【0004】
この公知の回路装置の欠点は、アンテナを介して該回路装置に直接入力されるESDパルスしかESD保護装置によって低減できないということである。アンテナを介して該回路装置に入力されるパルスの他に、静電気放電はアース接続を介して高い電圧を該回路装置に発生させることもある。このことの原因はたとえば、スイッチにて通常使用されるコントロール入力端が高電位(high)にあるか、または低電位(low)にあるということである。ここでは高電位(high)の定義は、たとえば回路装置のアース電位を2.3V上回るということである。移動電話機でも、アンテナによる信号伝送を基礎とする他の多くの機器でも同様に、信号入力はアンテナからシステムのアースへと伝搬するので、冒頭に述べられた回路装置の場合であっても、静電気放電が該回路装置のアース電位に直接作用する可能性がある。条件「ハイ」によってコントロール線路とアースとが直接接続されることにより、静電気放電によって発生した電圧パルスが、アンテナ経由の該回路装置への系統の他に、コントロール線路経由の該回路装置への系統にも作用する可能性がある。このような作用に対しては、この公知の回路装置は保護されない。
【0005】
さらに、公知の回路装置で使用されるハイパスフィルタの特性は、信号の所定の限界周波数以上のすべての周波数成分をほぼ無妨害で通過させてしまう非常に簡単な構成のフィルタであるということである。しかし、アンテナによって捕捉された信号を移動電話機でさらに処理するためには、一般的には非常に狭い周波数領域だけが重要である。たとえばGSM標準方式、PCN標準方式またはPCS標準方式による移動電話機では、約1〜2GHzの間の周波数が使用される。アンテナによって捕捉された別のすべての周波数は、どちらかというと障害であるため、フィルタリングによって除去しなければならない。その後、冒頭に述べられた回路装置によって捕捉された信号を移動電話機のために処理可能にするためには、少なくとも1つのバンドパスフィルタが必要である。公知の回路装置内に配置されたハイパスフィルタは、限界周波数を下回る周波数しかカットオフできない。それゆえ、移動電話機に対して有利な周波数領域を、アンテナによって捕捉された信号から取り出すためには、ハイパスフィルタに少なくとも1つのフィルタリング回路も後置接続しなければならない。
【0006】
その上、前記公知の回路装置は、ESDに対して保護するために使用されるハイパスフィルタリング回路は挿入減衰を有しているという欠点を有する。この挿入減衰によって有効信号もある程度減衰してしまうのに、伝送された周波数帯のカットオフは未だ行われない。公知の回路装置はさらに、総じて挿入減衰量が大きいという欠点を有する。
【0007】
したがって本発明の課題は、冒頭に述べられた形式の回路装置において、静電気放電に対する保護を改善することである。
【0008】
前記目的は、請求項1に記載された回路装置によって達成される。本発明の別の有利な構成、スイッチングモジュールおよび該スイッチングモジュールの使用方法は、従属請求項に記載されている。
【0009】
ここには、アンテナ入力端と、信号入力端と、信号出力端とを有するスイッチングユニットを備えた回路装置が記載されている。前記スイッチングユニットは、アンテナ入力端を選択的に信号入力端または信号出力端と導電接続するのに適している。さらに、前記スイッチングユニットにはコントロール線路が配置されており、このコントロール線路によってスイッチングユニットのスイッチ位置が制御される。さらに、アンテナ入力端は静電気放電に対する第1の保護装置に接続されている。コントロール線路は、静電気放電に対する第2の保護装置にも同様に接続されている。
【0010】
静電気放電に対する保護装置は、有利にはアース接続部に接続されている。このアース接続部へ、静電気放電の過電圧が導出される。
【0011】
スイッチングユニットは、たとえば電圧制御スイッチである。電圧制御スイッチの電力消費は低いので、電圧制御スイッチは通常、移動電話機にて使用される。とりわけスイッチングユニットとして、砒化ガリウムスイッチが考えられる。
【0012】
スイッチングユニットは、複数の信号入力端および複数の信号出力端を有することもできる。それに相応して、複数のコントロール線路が必要になる。
【0013】
前記砒化ガリウムスイッチには、さらにデコーダを設けることもできる。このデコーダによってコントロール線路の数が低減される。このようなデコーダは通常、電圧供給部を必要とし、この電圧供給部は給電線路を介して接続されている。この種の回路のESD保護は、給電線路を静電気放電に対する第3の保護装置に接続することにより、一層改善される。
【0014】
前記デコーダは、コントロール線路の電圧が給電線路の電圧から形成されるように構成することもできる。このことはたとえば、いわゆる「プルアップ抵抗」によって可能である。こうすることによってESD保護が簡単になり、その際には電圧供給線路に第2の保護装置を設けるだけでよい。したがって、コントロール線路の保護は電圧供給部の保護によって行われる。
【0015】
該回路装置は、さらに周波数フィルタを有することができる。この周波数フィルタは、個々の信号入力端ないしは個々の信号出力端に配属される。周波数フィルタはとりわけ、信号入力端を介して伝送された、フィルタリングされた信号が移動電話機によってさらに処理されるように、アンテナによって検出された周波数を移動電話機でフィルタリングするのに適している。それに相応することが、移動電話機で形成された音声信号を、アンテナを介して受信器へ送信するために該移動電話機において使用される該回路装置の信号入力端にも当てはまる。
【0016】
静電気放電に対する第2の保護装置として、たとえば電圧制限素子を使用することが考えられる。このような電圧制限素子は、コントロール線路に対して並列接続され、アース電位に接続されている。このような電圧制限素子は、たとえばバリスタである。この種のバリスタのオーム抵抗は一定の限界電圧以上では非常に低いので、過電圧がアースへ導出される。とりわけ、スイッチング電圧が低いバリスタが適している。というのもこの場合には、電圧パルス時に発生し該回路装置に負荷する残留電圧は最も低いからである。それゆえ、4〜20Vの間のバリスタ電圧を有するバリスタを使用することが考えられる。それに相応して、電圧パルス時に該回路装置に負荷するクランプ電圧は、約8V〜約50Vである。このことにより、該回路装置を確実に、ESDパルス時の破壊から保護することができる。
【0017】
さらに、静電気放電に対する第2の保護装置として、トリガスパークギャップを使用することが考えられる。
【0018】
同様に、静電気放電に対する第1の保護装置として、電圧制限素子を使用することもできる。電圧制限素子として、たとえば電気的な周波数フィルタが考えられる。しかし、バリスタまたはトリガスパークギャップも考えられる。
【0019】
本発明による回路装置の利点は、スイッチングユニットのコントロール線路において付加的にESD保護を実施することにより、アンテナ入力端においてESDに対する保護手段を構成する手間が少なくなるということである。たとえば、第1の保護装置が電気的なフィルタであるという場合には、このフィルタを少数の構成素子によって実現することが考えられる。こうすることにより、フィルタ特性自体は確かに比較的悪化するが、挿入減衰には好影響が及ぼされる。
【0020】
バリスタを第1の保護装置として備えた本発明の回路装置が構成されている場合に考えられるのは、アンテナ側で幾らか比較的高いスイッチング電圧を有するバリスタ、ひいては入手するのに安価な素子を使用することである。たとえば第1の保護装置は、6Vのスイッチング電圧の代わりに50Vのスイッチング電圧を有するバリスタが使用される。6Vのスイッチング電圧は、コントロール線路自体が付加的な保護を行わない場合に回路装置をESDパルスから保護するために必要になる。
【0021】
とりわけ有利なのは、バリスタのスイッチング電圧が<6Vである場合である。
【0022】
本発明によれば、保護装置はアンテナ入力端において、挿入減衰が0.3dB未満である電気的な周波数フィルタの形態で構成される。
【0023】
さらに本発明では、アンテナ入力端がアンテナに接続されており、信号出力端が移動電話機の受信アンプに接続されており、信号入力端が移動電話機の送信アンプに接続されている回路装置が提供される。
【0024】
さらに、本発明による回路装置を備えたスイッチングモジュールが提供される。該スイッチングモジュールはさらに、電気的な周波数フィルタを形成する受動素子が集積された多層セラミック基板を有する。この周波数フィルタは、信号入力端ないしは信号出力端に配属されている。多層セラミック基板の上面にはスイッチングユニットが配置されており、このスイッチングユニットは、たとえばPINダイオードによって、または砒化ガリウムスイッチの形態で実現される。さらに該スイッチングモジュールには、静電気放電に対する第1の保護装置および第2の保護装置が組み込まれている。
【0025】
該スイッチングモジュールの利点は、受動素子をセラミック基板に集積し、保護装置を該スイッチングモジュールに組み込むことにより、高い集積度を達成できることである。この高い集積度は、スイッチングモジュールの所要面積に好影響を与える。第1の保護装置および第2の保護装置は、たとえばこれらのコンポーネントをセラミック基板の表面上にスイッチングユニットと並んで構成することによってスイッチングモジュールに組み込まれる。
【0026】
とりわけ、該スイッチングモジュールをフロントエンドモジュールとして移動電話機において使用すると一層有利である。
【0027】
以下で本発明を、実施例および所属の図面に基づいてより詳細に説明する。
【0028】
図1 例として、本発明による回路装置を基本回路図で示している。
【0029】
図2 例として、本発明による別の回路装置を基本回路図で示している。
【0030】
図3 本発明による回路装置を移動電話機において使用する様子を、基本回路図によって示している。
【0031】
図4 例として、本発明によるスイッチングモジュールの縦断面を概略的に示している。
【0032】
すべての図面に対して、同一の参照番号は同一の要素を示していることが適用される。
【0033】
図1は、スイッチングユニット4を有する回路装置を示している。このスイッチングユニット4には、アース8が設けられている。スイッチングユニット4はアンテナ入力端1を有し、このアンテナ入力端4はアンテナ18に接続されている。アンテナ入力端1は、静電気放電(図1では電光によって記号表示されている)に対する第1の保護装置6に接続されている。スイッチングユニット4は少なくとも1つのコントロール線路5を有し、このコントロール線路5は、アンテナ入力端1をスイッチングユニット4の信号入力端2ないしは信号出力端3と接続するスイッチングプロセスを制御する。図1には3つのコントロール線路5が示されている。これらのコントロール線路5のうち少なくとも1つには、静電気放電に対する第2の保護装置7が設けられている。この第2の保護装置7は、電圧制限素子としてバリスタを有することができ、このバリスタはアース8に接続されている。図1に示されたスイッチングユニット4は、さらにデコーダを有している。このデコーダには給電線路11が必要である。給電線路11は給電電圧+Vccに接続されている。さらに給電線路11は、静電気放電に対する第3の保護装置12に接続されている。第3の保護装置12はたとえばバリスタであり、アース8に接続されている。
【0034】
図2は、アンテナ入力端1を有する電圧制御式のGaAsスイッチ9を示している。このGaAsスイッチ9には、アンテナ18が接続されている。GaAsスイッチ9は、送信器入力端TX,TXと、受信器入力端RX,RXおよびRXとを有する。GaAsスイッチ9は、制御入力端S,S,S,S,Sを介して制御される。この制御は、前記制御入力端S,S,S,S,Sのうちただ1つが「ハイ」にセットされ、他の制御入力端が「ロー」にセットされるように実行される。GaAsスイッチ9に接続されたデコーダ10によって、必要な入力端の数が削減される。デコーダ10は、たとえば1アウトオブ5デコーダである。このデコーダ10は、制御入力端E,EおよびEと、制御出力端A,A,A,AおよびAとを有する。制御出力端A,A,A,AおよびAは制御線路24により、GaAsスイッチ9の制御入力端S,S,S,S,Sに接続されている。
【0035】
デコーダ10の制御入力端E,EおよびEは、コントロール線路5に接続されている。
【0036】
デコーダ10の入力端E,EおよびEに印加された論理信号を、GaAsスイッチ9の制御に適した信号にデコーディングする一例が、以下の変換テーブルに示されている。GaAsスイッチ9の制御に適した前記信号は、該GaAsスイッチ9の制御入力端S,S,S,S,Sに印加される。
【0037】
テーブル1:制御入力端E,EおよびEにおける論理状態に依存する制御入力端S,S,S,S,Sの論理状態。ここでは、1=「ハイ」および0=「ロー」である。
【0038】
【表1】
Figure 2005505187
【0039】
送信器入力端TX,TXは、図1に示された信号入力端2に相応する。受信器入力端RX,RXおよびRXは、図1に示された信号出力端3に相応する。
【0040】
図3は、GaAsスイッチ9を有するスイッチングモジュールを示している。このGaAsスイッチ9は、アンテナ入力端1と、2つの信号入力端2と、3つの信号出力端3とを有する。さらに、該スイッチングモジュールは2つのローパスフィルタ13,14を有する。ここでは、ローパスフィルタ13はGSM周波数帯のために構成され、ローパスフィルタ14はPCN/PCS周波数帯のために構成されている。GaAsスイッチ9は選択的に、入力端2/出力端3のうち1つを該GaAsスイッチ9のアンテナ入力端1と接続する。該スイッチングモジュールは、さらにバンドパスフィルタ15,16,17を有し、これらのバンドパスフィルタは信号出力端3に接続されている。バンドパスフィルタ15はGSM周波数に適合されており、バンドパスフィルタ16はPCN周波数に適合されており、バンドパスフィルタ17がPCS周波数に適合されている。
【0041】
GaAsスイッチ9の信号入力端2は、送信器アンプ19に導電接続されている。送信器アンプ19はローパスフィルタ13,14と同様に、無線周波数GSMないしはPCN/PCSに適合されている。信号出力端3は、バンドパスフィルタ15,16,17を介して受信器アンプ19aに導電接続されており、これらの受信器アンプ19aは周波数帯GSM、PCNないしはPCSに適合されている。GaAsスイッチ9のアンテナ入力端1は、アンテナ18に接続されている。アンテナ18によって受信された信号はGaAsスイッチ9により、バンドパスフィルタ16,バンドパスフィルタ17またはバンドパスフィルタ15へ供給され、使用されている無線周波数に応じてフィルタリングされ、アンプ19aで後続処理される。送信器アンプ19によって得られた信号はローパスフィルタ13,14によってフィルタリングされ、信号を送信するために選択的にアンテナ18へ供給される。
【0042】
図4は、多層セラミック基板20を有するスイッチングモジュールを示している。この多層セラミック基板20には、受動素子21,22,23が集積されている。これらの受動素子21,22,23は、たとえば抵抗21,キャパシタンス22およびインダクタンス23である。多層セラミック基板20は、それ自体に公知のように構成することができる。相互に積層され金属層31によって相互に分離されたセラミック層30を多層セラミック基板20として使用することができる。金属層31のうち幾つかは、セラミック層30内に延在する貫通接触接続部32によって相互に接続されている。セラミック基板20の上面には、スイッチングユニット4が取り付けられている。このスイッチングユニット4はたとえば、フリップチップ技術で取り付けられる砒化ガリウムマルチプルスイッチである。
【0043】
スイッチングユニット4は、たとえば接着および付加的なワイヤボンドによって固定され、電気的に接触接続される。スイッチングユニット4として有利には、GaAsマルチプルスイッチが使用される。このようなスイッチの挿入減衰は、0.1〜0.5GHzの間の周波数領域において0.8dBである。スイッチングユニット4はここでは、砒化ガリウムをベースとして製造された、FETを有する集積回路であり、この集積回路は極小面積ではんだ付けによってセラミック基板20と結合される。
【0044】
スイッチングユニット4は多層セラミック基板20上にも固定され、ワイヤボンドによって電気的に接続される。スイッチングユニット4が付加的なケーシングとともに使用される場合、有利には、はんだ付けによる結合が適用される。
【0045】
受動素子21,22,23は、図3にて必要なフィルタ13,14,15,16,17を形成する。
【0046】
スイッチングユニット4の他に第1の保護装置6および第2の保護装置7も、基板20の表面上に取り付けられている。こうすることにより、本発明によるスイッチングモジュールの集積度が高くなり、スイッチングモジュールの所要面積に好影響が及ぼされる。
【0047】
このようなスイッチングモジュールは、たとえば移動電話機において使用される。それゆえ、本発明によるスイッチングモジュールをフロントエンドモジュールとして有利に使用することもまた、本発明の別の対象である。
【0048】
本発明は、ここに挙げられた保護装置の例に制限されない。むしろ、考え得るすべての保護装置を本発明の回路装置にて使用することができる。さらに該回路装置ないしはスイッチングモジュールは、移動電話機における適用にのみ制限されない。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】例として、本発明による回路装置を基本回路図で示している。
【図2】例として、本発明による別の回路装置を基本回路図で示している。
【図3】本発明による回路装置を移動電話機において使用する様子を、基本回路図によって示している。
【図4】例として、本発明によるスイッチングモジュールの縦断面を概略的に示している。
【符号の説明】
【0050】
1 アンテナ入力端
2 信号入力端
3 信号出力端
4 スイッチングユニット
5 コントロール線路
6 第1の保護装置
7 第2の保護装置
8 アース
9 砒化ガリウムスイッチ
10 デコーダ
11 給電線路
12 第3の保護装置
13,14 ローパスフィルタ
15,16,17 バンドパスフィルタ
18 アンテナ
19 送信アンプ
19a 受信アンプ
20 多層セラミック基板
21 抵抗
22 キャパシタンス
23 インダクタンス
24 制御線路
30 セラミック層
31 金属層
32 貫通接触接続部
TX,TX 送信器入力端
RX,RX,RX 受信器入力端
,S,S,S,S スイッチの制御入力端
,A,A,A,A デコーダの制御出力端
,E,E デコーダの制御入力端
Vcc 給電電圧

Claims (14)

  1. 回路装置において、
    アンテナ入力端(1)と、信号入力端(2)と、信号出力端(3)とを有し、
    スイッチングユニット(4)が設けられており、
    該スイッチングユニット(4)は、前記アンテナ入力端(1)を選択的に、信号入力端(2)または信号出力端(3)と接続し、
    該スイッチングユニット(4)にはコントロール線路(5)が設けられており、
    前記コントロール線路(5)によって、前記スイッチングユニット(4)のスイッチ位置が制御され、
    前記アンテナ入力端(1)は、静電気放電に対する第1の保護装置(6)に接続されており、
    前記コントロール線路(5)は、静電気放電に対する第2の保護線路(7)に接続されていることを特徴とする回路装置。
  2. 前記保護装置(6,7)はアース(8)に接続されている、請求項1記載の回路装置。
  3. スイッチングユニット(4)は電圧制御スイッチである、請求項1または2記載の回路装置。
  4. スイッチングユニット(4)は砒化ガリウムスイッチ(9)である、請求項3記載の回路装置。
  5. 付加的にデコーダ(10)が設けられており、
    前記デコーダ(10)は給電線路(11)を有し、
    前記給電線路(11)は、静電気放電に対する第3の保護装置(12)に接続されている、請求項4記載の回路装置。
  6. 付加的に周波数フィルタ(13,14,15,16,17)が設けられており、
    前記周波数フィルタ(13,14,15,16,17)は、それぞれ信号入力端(2)ないしは信号出力端(3)に配属されており、それぞれ信号入力端(2)ないしは信号出力端(3)に対して直列接続されている、請求項1から5までのいずれか1項記載の回路装置。
  7. 少なくとも1つの保護装置(6,7,12)は電圧制限素子を含む、請求項1から6までのいずれか1項記載の回路装置。
  8. 前記電圧制限素子はバリスタである、請求項7記載の回路装置。
  9. 前記電圧制限素子は、電気的な周波数フィルタまたはスパークギャップである、請求項7記載の回路装置。
  10. 前記第2の保護装置は、スイッチング電圧が6V未満であるバリスタを有する、請求項1から9までのいずれか1項記載の回路装置。
  11. 前記第1の保護装置は、挿入減衰が0.3dB未満である電気的な周波数フィルタを有する、請求項1から10までのいずれか1項記載の回路装置。
  12. アンテナ入力端(1)はアンテナ(17)に接続されており、
    信号入力端(2)は送信アンプ(19)に接続されており、
    信号出力端(3)は受信アンプ(19a)に接続されている、請求項1から11までのいずれか1項記載の回路装置。
  13. スイッチングモジュールにおいて、
    受動素子(21,22,23)が集積された多層セラミック基板(20)を有し、
    前記受動素子(21,22,23)は、周波数フィルタ(13,14,15,16,17)を形成し、
    前記多層セラミック基板(20)の上面には、スイッチングユニット(4)が配置されており、
    前記多層セラミック基板(20)には、第1の保護装置(6)および第2の保護装置(7)が組み込まれている、請求項1から12までのいずれか1項記載の回路装置を有するスイッチングモジュール。
  14. スイッチングモジュールの使用方法において、
    請求項13記載のスイッチングモジュールをフロントエンドモジュールとして、移動電話機にて使用することを特徴とする使用方法。
JP2003533457A 2001-09-28 2002-09-27 回路装置、該回路装置を有するスイッチングモジュール、および該スイッチングモジュールの使用方法 Pending JP2005505187A (ja)

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