CN102138285A

CN102138285A - 高频开关模块

Info

Publication number: CN102138285A
Application number: CN2009801346818A
Authority: CN
Inventors: 上岛孝纪; 渡边真也
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: EP2323269A1; US20110181342A1; US9083394B2; JP4715973B2; EP2323269A4; WO2010024376A1; CN102138285B; JPWO2010024376A1; EP2323269B1

Abstract

高频开关模块(1)包括开关元件(SW1)、高频电路(2～6)、以及GND电路(7)。开关元件(SW1)包括天线端口(Pa1)、开关端口(Ps1～Ps6)、以及FET开关。FET开关对开关端口(Ps1～Ps6)与天线端口(Pa1)之间的连接进行切换。高频电路(2～6)将开关端口(Ps1～Ps6)中的任意一个与对信号进行处理的电路相连接。GND电路(7)将不与高频电路(2～6)相连接的开关端口(Ps6)直接与GND电极相连接。

Description

高频开关模块

技术领域

本发明涉及一种对特定频率的通信信号的收发进行切换的高频开关模块，特别涉及使用了FET开关的高频开关模块。

背景技术

当前，在移动电话等通信装置中采用了各种各样的无线通信方式，例如，在欧洲，采用了多频带的GSM方式。在GSM方式中，存在多种所使用的频带不同的通信信号(收发信号)，作为频带，存在850MHz频带、900MHz频带、1800MHz频带、以及1900MHz频带。另外，作为下一代的无线通信方式，其他还存在2100MHz频带的UMTS方式。在用一个天线对这样的多个频带的通信信号进行收发的通信装置的前端部中，可能会利用使用FET开关对从天线到目标频带的通信信号的发送电路或接收电路为止的信号传输路径进行切换的高频开关模块(例如，参照专利文献1)。

在专利文献1中，揭示了一种具备使用了GaAsFET开关的SPnT(单刀多掷(Single Pole n throw))开关元件的高频开关模块。SPnT开关元件包括一个天线端口和n个开关端口，在各开关端口上，连接有设置于每个频带的总共n个以上的发送电路及接收电路中的任意一个。

专利文献1：日本专利特开2005-197855号公报

发明内容

由于无线通信方式的数量或种类根据国家的不同而不同，因此应该与开关元件相连接的电路数量或电路种类对每个通信装置的规格都不同。因此，以往，需要分别根据无线通信方式的数量或种类来对开关元件的结构和开关元件的安装基板的结构进行设计，从而因分别进行设计而导致额外的设计时间和制造成本，期望能减少这种额外的设计时间和制造成本。

另外，一般在通信装置的前端部中，在与开关元件相连接的收发电路与天线之间需要提高通信信号的隔离度。然而，在使用了FET开关的高频开关模块中，信号容易经由FET开关绕行，从而需要应对措施。

因此，本发明的目的在于提供一种高频开关模块，该高频开关模块能容易地应对无线通信方式的数量或种类不同的规格，隔离特性良好。

本发明的高频开关模块包括开关元件、高频电路、以及GND电路。开关元件包括天线端口、多个开关端口、以及FET开关。天线端口与对通信信号进行收发的天线相连接。各开关端口择一地对与天线端口之间的连接进行选择。FET开关对开关端口与天线之间的连接进行切换。高频电路将多个开关端口中的任意一个与对通信信号进行处理的通信信号处理电路相连接。GND电路至少包括一个多个开关端口中的不与高频电路相连接的空开关端口，所述空开关端口直接或经由由电路元件所构成的阻抗部与GND电极相连接。

在该结构中，将开关元件所具备的若干开关端口作为与高频电路相连接的开关端口(以下称为连接开关端口)，将其他的开关端口作为不与高频电路相连接的开关端口(以下称为空开关端口)。因此，在变更高频电路的数量或种类时，能使用标准化的开关元件来构成高频开关模块，而无需改变开关元件的结构。

在这种情况下，假设空开关端口上什么也不连接地加以利用，则在天线端口与空开关端口相连接时，由于天线端口具有接近无限大的特性阻抗，因此输入信号在空开关端口上全反射。因此，反射信号经过FET开关泄漏至其他开关端口，从而使天线端口与连接开关端口之间的隔离度恶化。

因而，本结构将GND电路与空开关端口相连接。这样，在天线端口与空开关端口相连接时，由于FET开关与天线端口之间几乎处于接地状态，因此，来自天线端口的信号在天线端口与FET开关之间全反射，从而不会流入FET开关。因此，不会向其他的连接开关端口传输不需要的信号。因此，可以降低从天线端口泄漏至连接开关端口的输入信号，从而可以改善天线端口与连接开关端口之间的隔离度。

在FET开关对与天线端口相连接的开关端口进行切换时，空开关端口也可以暂时与天线端口相连接。

阻抗部优选包括特性阻抗为50Ω的电阻。在这种情况下，在阻抗部中，输入信号被电阻所消耗，从而可以改善隔离特性。

FET开关也可以是GaAs半导体FET开关，在这种情况下，阻抗部优选采用串联连接于空开关端口与GND电极之间的电容器。一般，在GaAs半导体FET开关中，若空开关端口直接与GND电极相连接，则较难恰当实施开关动作。因而，在本结构中，使阻抗部具备电容器，使阻抗相对规定频率的信号接近于0，从而可以在天线端口上对该信号进行全反射，以使GaAs半导体FET开关的开关动作得以恰当实施。

开关元件、高频电路、以及GND电路优选与交替层叠有绝缘体层和布线电极的陶瓷多层基板形成为一体。在这种情况下，能以一块芯片构成高频开关模块从而实现小型化，另外，与采用分立结构时相比，可以降低因元器件之间的布线而导致的损耗。

陶瓷多层基板优选在与开关元件的安装面不同的基板层叠面上具有GND电极，GND电路优选使所连接的开关端口经由通孔电极与GND电极相连接。在该结构中，从空开关端口到GND电路都不会产生不需要的寄生分量。另外，由于该通孔电极不容易与其他的布线电极磁场耦合，因此可以改善元件之间的隔离度。

陶瓷多层基板的内部优选包括多个GND电极，所述GND电路优选使所连接的所述空开关端口经由形成于所述陶瓷多层基板内部的通孔电极，在所述绝缘体层的层叠方向上，直接与最靠近所述开关元件的安装面而设置的GND电极相连接。

多个开关端口优选配置于所述开关元件的一个主面的周边部分，所述空开关端口优选配置成夹在所述多个开关端口之间。

本发明的高频开关模块包括开关元件和高频电路，在多个开关端口之中，至少使两个开关端口与一个高频电路相连接。

在本发明中，将开关元件所具备的若干开关端口作为连接开关端口来用，将其他的开关端口作为空开关端口来用。由此，在对高频电路的数量或种类进行变更时，可以使用标准化的开关元件来构成高频开关模块。

另外，由于不将空开关端口设成断开状态来使用，因此可以减少从天线端口泄漏至连接开关端口的输入信号，从而可以改善天线端口与连接开关端口之间的隔离度。

因此，可以利用标准化的开关元件来构成隔离特性良好的高频开关模块。

附图说明

图1是具备实施方式1所涉及的高频开关模块的前端部的简要框图。

图2是该开关模块的剖面图。

图3是该开关模块的剖面图。

图4是该开关模块的剖面图。

图5是该开关模块的元件装载面图。

图6是具备实施方式2所涉及的高频开关模块的前端部的简要框图。

图7是对仿真结果进行说明的图。

图8是具备实施方式3所涉及的高频开关模块的前端部的简要框图。

图9是具备实施方式4所涉及的高频开关模块的前端部的简要框图。

图10是具备实施方式5所涉及的高频开关模块的前端部的简要框图。

具体实施方式

参照图1对本发明的实施方式1所涉及的高频开关模块进行说明。本实施方式的高频开关模块构成移动电话的前端部。

图1是具备本实施方式的高频开关模块的前端部的简要框图。

前端部100包括高频开关模块1。高频开关模块1是将各构成要素与陶瓷多层基板设置成一体的模块，具有外部连接端子Po1～Po11。

外部连接端子Po7与天线ANT相连接。驱动电压VDD输入外部连接端子Po8。作为二值信号的控制信号Vc1～Vc3分别输入外部连接端子Po9～Po11。外部连接端子Po1对UMTS2100MHz通信信号进行输入输出。外部连接端子Po2对GSM850MHz发送信号或GSM900MHz发送信号进行输入。外部连接端子Po3对GSM1800MHz发送信号或GSM1900MHz发送信号进行输入。外部连接端子Po4对GSM900MHz接收信号进行输出。外部连接端子Po5对GSM1800MHz接收信号进行输出。外部连接端子Po6对GSM1900MHz接收信号进行输出。

该高频开关模块1包括开关元件SW1、高频电路2～6、以及GND电路7。开关元件SW1为SP6T(单刀六掷(Single Pole 6 throw))型开关，包括半导体FET开关(未图示)、天线端口Pa1、驱动端口Pw1、控制端口Pc1～Pc3、以及开关端口Ps1～Ps6。

半导体FET开关根据控制信号Vc1～Vc3各二值信号的组合，将开关端口Ps1～Ps6中的任意一个与天线端口Pa1相连接。

天线端口Pa1经由电抗元件L1与外部连接端子Po7相连接。外部连接端子Po7与电抗元件L1的连接点经由电容器C1接地。驱动端口Pw1与外部连接端子Po8相连接。控制端口Pc1～Pc3分别与外部连接端子Po9～Po11相连接。开关端口Ps1经由高频电路2与外部连接端子Po1和外部连接端子Po2相连接。开关端口Ps2经由高频电路3与外部连接端子Po3相连接。开关端口Ps3经由高频电路4与外部连接端子Po4相连接。开关端口Ps4经由高频电路5与外部连接端子Po5相连接。开关端口Ps5经由高频电路6与外部连接端子Po6相连接。开关端口Ps6与GND电路7相连接。

高频电路2包括设置于开关端口Ps1与外部连接端子Po1之间的高通滤波器、以及设置于开关端口Ps1与外部连接端子Po2之间的两级低通滤波器。该高通滤波器由电容器Cc1、Cc2、Ct2、以及线路Lt2所形成，使UMTS2100MHz通信信号通过。另外，该两级低通滤波器由电容器GCc1、GCc2、GCu2、GCu3、以及线路GLt1、GLt2所形成，使GSM850MHz发送信号或GSM900MHz发送信号通过，使这些发送信号的二次谐波和三次谐波等高次谐波衰减。

高频电路3包括设置于开关端口Ps2与外部连接端子Po3之间的两级低通滤波器。该两级低通滤波器由电容器DCc1、Dcu1、Dcu2、以及线路DLt1、DLt2所形成，使GSM1800MHz发送信号或GSM1900MHz发送信号通过，使这些发送信号的二次谐波和三次谐波等高次谐波衰减。

高频电路4包括设置于开关端口Ps3与外部连接端子Po4之间的SAW滤波器。该SAW滤波器使GSM900MHz接收信号通过。

高频电路5包括设置于开关端口Ps4与外部连接端子Po5之间的SAW滤波器。该SAW滤波器使GSM1800MHz接收信号通过。

高频电路6包括设置于开关端口Ps5与外部连接端子Po6之间的SAW滤波器。该SAW滤波器使GSM1900MHz接收信号通过。

GND电路7直接将开关端口Ps6与GND电极相连接。

在采用该结构的高频开关模块1中，在因高频开关模块的设计变更等而导致高频电路的数量增加的情况下，可以容易地使新的高频电路与开关端口Ps6相连接，以借用开关元件SW1。

另外，在利用半导体FET开关对开关端口进行连接切换时，即使开关端口Ps6暂时处于与天线端口Pa1导通的状态，由于空开关端口Ps6与GND电路7相连接，因此天线端口Pa1也基本处于接地的状态。因此，从天线端口Pa1输入的信号在天线端口Pa1与半导体FET开关之间全反射，从而信号不会输入至空开关端口Ps6。因此，即使如本实施方式所示设置了空开关端口，也能确保天线端口与开关端口之间的隔离度。

图2～4是高频开关模块1的剖面图，是从安装面按顺序对高频开关模块1的各介质层(1)～(17)进行观察的图。另外，图5是从设置于与高频开关模块1的安装面相反的一侧的元件装载面进行观察的图。各图所示的记号与图1所示的记号相对应，图中的圆形的标记都表示通孔。

在介质层(1)中，在高频开关模块1的安装面上，形成有接地端子GND和外部连接端子Po1～Po11，高频开关模块1通过该安装面被安装于外部的电路基板上。另外，在介质层(17)的元件装载面上，装载有开关元件SW1、电抗元件L1、滤波器元件GSMSAW、以及滤波器元件DCSSAW。滤波器元件GSMSAW是高频电路4的SAW滤波器，滤波器元件DCSSAW是将高频电路5的SAW滤波器和高频电路6的SAW滤波器结合为一体的双模型的元件。

在介质层(2)中，形成有与介质层(1)的接地端子GND导通的内部GND电极。在介质层(3)中，形成有构成高频电路2的电容器Ct2、GCu3的电极、以及经由外部连接端子Po7与天线ANT相连接的电容器C1的电极。在介质层(4)中，形成有与介质层(1)的接地端子GND导通的内部GND电极。在介质层(5)中，形成有构成高频电路3的电容器DCu1的电极。在介质层(6)中，形成有构成高频电路2的线路GLt1、GLt2、Lt2、以及构成高频电路3的线路DLt1、DLt2。在介质层(7)中，自介质层(6)延续而形成有构成高频电路2的线路GLt1、GLt2、Lt2、以及构成高频电路3的线路DLt1、DLt2。在介质层(8)中，自介质层(7)延续而形成有构成高频电路2的线路GLt1、GLt2、Lt2、以及构成高频电路3的线路DLt1、DLt2。在介质层(9)中，形成有构成高频电路2的电容器Cc2的电极。在介质层(10)中，形成有构成高频电路2的电容器Cc1和电容器Cc2的公共电极。在介质层(11)中，形成有构成高频电路2的电容器Cc2的电极、构成高频电路2的电容器GCc1和电容器GCc2的公共电极、以及构成高频电路3的电容器DCc1的电极。在介质层(12)中，形成有构成高频电路2的电容器GCc1的电极和电容器GCc2的电极、构成高频电路2的电容器Cc1和电容器Cc2的公共电极、以及构成高频电路3的电容器DCc2的电极。在介质层(13)中，形成有构成高频电路2的电容器GCc2的电极和电容器Cc1的电极。在介质层(14)中，形成有构成高频电路2的电容器Cc1和电容器Cc2的公共电极、以及与介质层(1)的接地端子GND导通的内部GND电极。在介质层(15)、(16)中，形成有通孔和连接布线。各介质层的电极图案之间利用通孔导通，从而形成如图1所示的电路。

另外，开关元件SW1的天线端口Pa1经由介质层(17)、(16)与电抗元件L1的一端相连接。驱动端口Pw1从介质层(17)经由介质层(1)，与安装面的外部连接端子Po8相连接。控制端口Pc1从介质层(17)经由介质层(1)，与安装面的外部连接端子Po9相连接。控制端口Pc2从介质层(17)经由介质层(1)，与安装面的外部连接端子Po10相连接。控制端口Pc3从介质层(17)经由介质层(1)，与安装面的外部连接端子Po11相连接。开关端口Ps1从介质层(17)经由介质层(1)，与安装面的外部连接端子Po1和外部连接端子Po2相连接。开关端口Ps2从介质层(17)经由介质层(1)，与安装面的外部连接端子Po3相连接。开关端口Ps3经由介质层(17)、(16)，与元件装载面的滤波器元件GSMSAW相连接。开关端口Ps4经由介质层(17)、(16)、(15)，与元件装载面的滤波器元件DCSSAW相连接。开关端口Ps5经由介质层(17)、(16)，与元件装载面的滤波器元件DCSSAW相连接。开关端口Ps6从介质层(17)经由设置于介质层(14)的通孔，直接与设置于介质层(14)的内部GND电极相连接。若使该空开关端口Ps6经由配置于其正下方的通孔直接与内部GND电极实际相连，则由于不会产生不需要的寄生分量，并且该通孔不与其他的布线电极磁场耦合，因此，可以进一步改善隔离度。

这样，用单个层叠体来实现高频开关模块，从而可以将高频开关模块形成为小型。

接着，参照图6对本发明的实施方式2所涉及的高频开关模块进行说明。

图6是具备本实施方式的高频开关模块的前端部的简要框图，对与上述结构相同的结构附加有相同的符号。

在该高频开关模块101中，GND电路17的结构与高频开关模块1不同。具体而言，GND电路17采用在开关端口Ps6与GND电极之间设有特性阻抗50Ω的终端电阻R的结构。

通过采用这样的结构，在利用半导体FET开关对连接进行切换时，即使开关端口Ps6暂时处于与天线端口Pa1导通的状态，也能使从天线端口进入空开关端口Ps6的信号被终端电阻R所消耗。因此，可以降低开关端口Ps6上的反射，从而抑制从天线端口Pa1泄漏至开关端口Ps1～Ps5的信号。因此，即使如本实施方式所示设置了空开关端口，也能确保天线端口与开关端口之间的隔离度。

这里，利用改变了空开关端口Ps6的终端条件的仿真，对隔离特性的测定结果进行说明。图7是对仿真的结果进行说明的图。

在仿真中，对在空开关端口Ps6上什么也不连接的断开的终端条件、将GND电路7与空开关端口Ps6相连接的终端条件、以及将GND电路17与空开关端口Ps6相连接的终端条件进行了比较。另外，在各终端条件下，对天线端口Pa1与开关端口Ps3之间的隔离特性、天线端口Pa1与开关端口Ps4之间的隔离特性、以及天线端口Pa1与开关端口Ps5之间的隔离特性进行了测定。

其结果是，与在空开关端口Ps6上什么也不连接的断开的终端条件相比，在将GND电路7与空开关端口Ps6相连接的终端条件、以及将GND电路17与空开关端口Ps6相连接的终端条件下，无论哪个开关端口上的隔离特性都得以改善。

此外，在与GND电路7相连接的情况下，从天线端口输入的信号在天线端口上被全反射，从而不会输入到半导体FET开关中。然而，在GND电路17的情况下，由于经由50Ω终端接地，因此会导致信号因电阻值的偏差或电阻所具有的频率特性等而不能完全被50Ω所消耗，从而使隔离特性的改善效果比使用了GND电路7的情况小。

接着，参照图8对本发明的实施方式3所涉及的高频开关模块进行说明。

图8是具备本实施方式的高频开关模块的前端部的简要框图，对与上述结构相同的结构附加有相同的符号。

在该高频开关模块102中，GND电路27和开关元件SW2的结构与高频开关模块1不同。具体而言，将开关元件SW2的半导体FET开关设为GaAs半导体FET开关，使GND电路27具有在开关端口Ps6与GND电极之间设有1000pF的电容器C2的结构。

通过设置电容C2，可以在所输入的信号的频率下减小阻抗，通过使GND电路27在该频率下接近接地状态，可以在天线端口上对信号进行反射。由此，可以提高天线端口与开关端口之间的隔离特性。

接着，参照图9对本发明的实施方式4所涉及的高频开关模块进行说明。

图9是具备本实施方式的高频开关模块的前端部的简要框图，对与上述结构相同的结构附加有相同的符号。

在该高频开关模块103中，GND电路37的结构与高频开关模块102不同。具体而言，GND电路37采用在开关端口Ps6与GND电极之间设有特性阻抗50Ω的终端电阻R和1000pF的电容器C2的结构。

通过设置电容C2，可以在所输入的信号的频率下减小阻抗，通过使GND电路27在该频率下接近接地状态，可以在天线端口上对信号进行反射。由此，可以提高天线端口与开关端口之间的隔离特性。而且，在利用半导体FET开关对连接进行切换时，即使开关端口Ps6暂时处于与天线端口Pa1导通的状态，也能使从天线端口进入空开关端口Ps6的信号被终端电阻R所消耗，从而可以改善隔离特性。这样，在本实施方式中，利用电容器C2和终端电阻R这两个元件，可以提高隔离特性。

接着，参照图10对本发明的实施方式5所涉及的高频开关模块进行说明。

图10是具备本实施方式的高频开关模块的前端部的简要框图，对与上述结构相同的结构附加有相同的符号。

在该高频开关模块104中，作为空开关端口的开关端口Ps6与作为其他开关端口的Ps5导通相连。在天线端口Pa1与空开关端口Ps6相连接的情况下，由于空开关端口Ps6不处于断开状态，因此可以防止信号从空开关端口Ps6泄漏至其他开关端口Ps1～Ps4，从而可以提高隔离特性。

在以上的实施方式中，示出了使用SP6T型开关元件的例子，但即使是具有除此以外的数量的开关端口的高频开关模块，只要空开关端口数量为一个以上就可以优选实施本发明。

另外，如上所述，通过将空开关端口直接或经由阻抗部与GND电极相连接，或将空开关端口与其他开关端口相连接，可以将具有n(2以上的整数)个开关端口的半导体FET开关作为能对应于(n-1)以下的通信系统的高频开关模块。

标号说明

1、101、102、103、104 高频开关模块

2～6 高频电路

7，17，27，37 GND电路

100 前端部

ANT 天线

Pa1 天线端口

Pc1～Pc3 控制端口

Po1～Po11 外部连接端子

Ps1～Ps6 开关端口

Pw1 驱动端口

R 终端电阻

SW1、SW2 开关元件

Claims

1.一种高频开关模块，其特征在于，包括：

开关元件，该开关元件包括与对通信信号进行收发的天线相连接的天线端口、多个择一地对与所述天线端口的连接进行选择的开关端口、以及对所述开关端口与所述天线端口之间的连接进行切换的FET开关；

高频电路，该高频电路将所述多个开关端口中的任意一个与对所述通信信号进行处理的通信信号处理电路相连接；以及

GND电路，该GND电路至少包括一个所述多个开关端口中的不与所述高频电路相连接的空开关端口，所述空开关端口直接或通过由电路元件所构成的阻抗部分与GND电极相连接。

2.如权利要求1所述的高频开关模块，其特征在于，

在所述FET开关对与所述天线端口相连接的开关端口进行切换时，所述空开关端口暂时与所述天线端口相连接。

3.如权利要求1或2所述的高频开关模块，其特征在于，

所述阻抗部包括特性阻抗为50Ω的电阻。

4.如权利要求1至3中任一项所述的高频开关模块，其特征在于，

所述FET开关是GaAs半导体FET开关，

所述阻抗部包括电容器，该电容器串联连接在互相连接的开关端口与所述GND电极之间。

5.如权利要求1至4中任一项所述的高频开关模块，其特征在于，

将所述开关元件、所述高频电路、以及所述GND电路与交替层叠绝缘体层和布线电极而成的陶瓷多层基板形成为一体。

6.如权利要求5所述的高频开关模块，其特征在于，

所述陶瓷多层基板在与所述开关元件的安装面不同的基板层叠面上具有所述GND电极，所述GND电路使所连接的开关端口经由通孔电极与所述GND电极相连接。

7.如权利要求6所述的高频开关模块，其特征在于，

所述陶瓷多层基板的内部包括多个GND电极，所述GND电路使所连接的所述空开关端口经由形成于所述陶瓷多层基板内部的通孔电极，在所述绝缘体层的层叠方向上，直接与最靠近所述开关元件的安装面而配置的GND电极相连接。

8.如权利要求1至7中任一项所述的高频开关模块，其特征在于，

所述多个开关端口配置于所述开关元件的一个主面的周边部分，所述空开关端口配置成夹在所述多个开关端口之间。

9.一种高频开关模块，其特征在于，包括：

开关元件，该开关元件包括与对通信信号进行收发的天线相连接的天线端口、多个择一地对与所述天线端口的连接进行选择的开关端口、以及对所述开关端口与所述天线端口之间的连接进行切换的FET开关；以及

高频电路，该高频电路将所述多个开关端口中的任意一个与对所述通信信号进行处理的通信信号处理电路相连接，且该高频电路为一个以上，

在所述多个开关端口之中，至少有两个开关端口与一个所述高频电路相连接。