CN103944603A - 半导体模块 - Google Patents

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CN103944603A CN201410019285.3A CN201410019285A CN103944603A CN 103944603 A CN103944603 A CN 103944603A CN 201410019285 A CN201410019285 A CN 201410019285A CN 103944603 A CN103944603 A CN 103944603A
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Abstract

本发明能够降低支持多种无线通信方式的半导体模块中的通信信号的损耗。本发明的半导体模块包括：第一发送电路，该第一发送电路输出时分多路复用的第一无线通信方式的第一发送信号；第二发送电路，该第二发送电路输出时分多路复用的第二无线通信方式的第二发送信号；以及开关电路，该开关电路构成为能将来自天线的接收信号作为第一无线通信方式的第一接收信号或第二无线通信方式的第二接收信号来进行输出，并且，构成为能将第一发送信号及第一接收信号分时地输出，并将第二发送信号及第二接收信号分时地输出。

Description

半导体模块
技术领域
本发明涉及半导体模块。 
背景技术
移动电话等移动终端中所使用的用于无线通信的半导体模块需要支持多种无线通信方式。具体而言，例如有时除了需要半导体模块支持作为一种第二代（2G：2nd Generation）通信方式的GSM（注册商标）（Global System for Mobile Communications：全球移动通信系统）之外，还需要其能支持下述的多种通信方式:作为一种第三代（3G：3rd Generation）通信方式的TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access：时分同步码分多址），以及作为一种第3.9代（3.9G：3.9th Generation）通信方式的TD-LTE（Time Division Long Term Evolution：分时长期演进）等。 
例如，在专利文献1中揭示了这种支持多种通信方式的前端模块（图1）。专利文献1所揭示的前端模块是支持EGSM（Extended GSM：扩展GSM），DCS（Digital Cellular System：数字蜂窝系统），PCS（Personal Communication Service：个人通讯服务），以及TD-SCDMA这四种通信方式的模块。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本专利特开2007－300156号公报 
发明内容
发明所要解决的技术问题 
然而，在专利文献1的图1所示的前端模块中，为了支持四种通讯方式，使用了多个切换单元。具体而言，紧接着天线之后设置有分离低频带信号与高频带信号的双讯器（diplexer），紧接着该双讯器之后设置有用于切换EGSM的发送和接收的开关，用于切换DCS/PCS的收发以及TD-SCDMA的开关，并且还设置有用于切换TD-SCDMA的发送和接收的开关。在这种结构中，由于通信信号经过多个切换单元，因此信号的损耗较大。 
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于降低支持多种无线通信方式的半导体模块中的通信信号的损耗。 
解决技术问题所采用的技术方案 
本发明的一方面所涉及的半导体模块包括：第一发送电路，该第一发送电路输出时分多路复用的第一无线通信方式的第一发送信号；第二发送电路，该第二发送电路输出时分多路复用的第二无线通信方式的第二发送信号；以及开关电路，该开关电路构成为能将来自天线的接收信号作为所述第一无线通信方式的第一接收信号或所述第二无线通信方式的第二接收信号来进行输出，并且能将所述第一发送信号及所述第一接收信号分时输出，能将所述第二发送信号及所述第二接收信号分时输出。 
发明效果 
根据本发明，能够降低支持多种无线通信方式的半导体模块中的通信信号的损耗。 
附图说明
图1是表示作为本发明的一个实施方式的包含有功率放大模块的通信单元的结构例的图。 
图2是表示实施方式1中的前端模块的结构的图。 
图3是表示实施方式2中的前端模块的结构的图。 
图4是表示实施方式3中的前端模块的结构的图。 
图5是表示具有宽频带的匹配电路的结构的一个示例的图。 
图6是表示一般的匹配电路的结构的一个示例的图。 
图7是具有宽频带的匹配电路的导抗圆图。 
图8是一般的匹配电路的导抗圆图。 
图9是表示实施方式4中的前端模块的结构的图。 
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是表示作为本发明的一个实施方式的包含有前端模块的通信单元的结构例的图。通信单元10例如用于在移动电话等移动体通信设备中，与基站之间收发音频、数据等各种信号。 
如图1所示，通信单元10包括：基带部20，RF处理部25，控制部30，前端模块35，天线40，以及带通滤波器(BPF)45。 
基带部20能够将发送信号转换为IQ信号进行输出，或者将从RF处理部25输入的IQ信号转换为接收信号进行输出。 
RF处理部25能够基于GSM、TD-SCDMA、TD-LTE等无线通信方式对IQ信号进行调制，生成用于进行无线发送的高频（RF）信号。此外，RF处理部25还能够基于无线通信方式对经由天线40接收到的RF信号进行解调，输出IQ信号。另外，RF处理部25能够根据多种无线通信方式，生成多个频带的RF信号。RF信号的频带例如为数百MHz到数GHz左右。 
控制部30能够对由RF处理部25进行的调制解调进行控制,或者能够对前端模块35中的信号的收发进行控制等。 
前端模块35能够根据控制部30的控制，经由天线40输出RF信号，或者将经由天线40接收到的RF信号输出至带通滤波器45。关于前端模块35的结构将在后面阐述，前端模块35能够将RF信号的功率放大至向基站发送所需的功率，并进行输出。 
带通滤波器（BPF）45从由前端模块35输出的RF信号中提取出与无线通信方式的频带相对应的带宽的信号，并将其输出至RF处理部25。另外，BPF45可以包括与通信单元10所对应的频带相对应的个数的滤波电路。 
下面对前端模块35的结构例，即实施方式1～4（前端模块35A～35D）进行说明。 
实施方式1 
图2是表示实施方式1中的前端模块35A的结构的图。在图2所示的结构中，前端模块35A支持2G低频带（LB：Low Band）、2G高频带（HB：High Band）、TD-SCDMA、以及TD-LTE四种通信方式。 
其中，2G低频带例如为GSM的850MHz、900MHz，2G高频带例如为DCS的1800MHz、PCS的1900MHz。此外，TD-SCDMA的频带例如为Band34（B34：2010MHz～2025MHz）、Band39（B39：1880MHz～1920MHz）。此外，TD-LTE的频带例如为Band38（B38：2570MHz～2620MHz）、Band40（B40：2300MHz～2400MHz）、Band41（B41：2496MHz～2690MHz）。此外，有时也会在TD-LTE的频带中追加Band41（B41：2496～2690MHz）。 
前端模块35A具有TD-LTE的发送信号（TD-LTETx）的输入端子、TD-SCDMA的发送信号（TD-SCDMATx）的输入端子、2G高频带的发送信号（2GHBTx）的输入端子、2G低频带的发送信号（2GLBTx）的输入端子。 
并且，前端模块35A具有2G高频带的接收信号（2GHBRx）的输出端子、2G低频带的接收信号（2GLBRx）的输出端子、TD-SCDMA的B34的接收信号（B34Rx）的输出端子、TD-SCDMA的B39的接收信号（B39Rx）的输出端子、TD-LTE的B38的接收信号（B38Rx）的输出端子、TD-LTE的B40的接收信号（B40Rx）的输出端子。此外，有时也会在前端模块35A中追加Band41（B41：2496～2690MHz）的输出端子。 
如图2所示，前端模块35A包括：功率放大电路100、110，开关电路120，匹配电路130、140、150、160(MN)，低通滤波器(LPF)170、180。 
功率放大电路100是对TD-LTE及TD-SCDMA的RF信号（发送信号）的功率进行放大并输出的半导体元件基板（发送电路），包括：功率放大器200、210、220、230，以及匹配电路(MN)240、250、260、270。 
功率放大器200、210、220、230分别使用HBT（异质结双极型晶体管：Hetero junction Bipolar Transistor）等放大元件来构成。对于以下提及的其他功率放大器也是一样。匹配电路240、250、260、270设置为用于进行电路间阻抗的匹配。 
功率放大电路110是对2G高频带及2G低频带的RF信号（发送信号）的功率进行放大并输出的半导体元件基板（发送电路），包括：功率放大器300、310、320、330，以及匹配电路(MN)340、350、360、370。 
另外，功率放大电路100、110中功率放大器的级数不一定要为二级，也可以为一级，也可以为三级以上。此外，功率放大电路100、110不一定要采用相同的电路结构。对于以下提及的其他功率放大电路也是一样。 
匹配电路130设置为用于对功率放大器210的输出与开关电路120的输入之间的阻抗进行匹配。同样，匹配电路140设置为用于对功率放大器230的输出与开关电路120的输入之间的阻抗进行匹配。匹配电路130、140例如使用电感器、电容器等来构成。 
匹配电路150设置为用于对功率放大器310的输出与低通滤波器170的输入之间的阻抗进行匹配。同样，匹配电路160设置为用于对功率放大器330的输出与低通滤波器180的输入之间的阻抗进行匹配。匹配电路150、160例如使用电感器、电容器等来构成。 
低通滤波器170及低通滤波器180分别构成为使与2G高频带及2G低频带相对应的频带的RF信号通过，并减少高次谐波分量。 
开关电路120能够根据从端子CTRL输入的来自控制部30的控制信号，对信号的输入输出进行切换。将从功率放大电路100输出的TD-LTE及TD-SCDMA的RF信号，以及从功率放大电路110输出的2G高频带及2G低频带的RF信号输入开关电路120，以作为发送信号的输入。此外，将来自天线40的RF信号输入开关电路120，以作为接收信号的输入。此外，开关电路120与用于输出接收信号的端子相连接。 
这里，TD-LTE、TD-SCDMA、2G高频带、2G低频带的RF信号中均为经过时分多路复用后的信号。因此，例如，在TD-LTE方式下进行收发时，开关电路120能够根据控制信号，对从放大器210输出的TD-LTE的RF信号（TD-LTETx）向天线40的输出、以及从天线40输入的TD-LTE的RF信号（B38Rx/B40Rx）的输出进行切换。对于其他的无线通信方式的通信信号也是一样。另外，有时也从开关电路120中分离出用于TD-LTE/TD-SCDMA的开关电路。 
另外，经由开关电路120输出的RF信号（2GHBRx、2GLBRx、B34Rx、B39Rx、B38Rx、B40Rx）经由带通滤波器45输入至RF处理部25。另外，在带通滤波器45中，根据各自的频带对信号进行滤波。 
在图2所示的前端模块35A中，仅由一个开关电路120来进行通信信号的切换。因此，与使用多个切换单元来进行通信信号的切换的结构相比，能够降低通信信号的损耗。 
实施方式2 
接着，对本发明的实施方式2进行说明。图3是表示实施方式2中的前端模块35B的结构的图。如图3所示，前端模块35B包括：功率放大电路400、410，开关电路420，匹配电路(MN)430、440、160，低通滤波器(LPF)450、180。另外，关于与实施方式1的前端模块35A相同的结构，标注相同的标号，并省略说明。 
在图3所示的结构中，前端模块35B支持2G低频带、2G高频带、TD-SCDMA、以及TD-LTE这四种通信方式。其中，TD-LTE的频带例如除了B38及B40之外，还 可以是Band41（B41：2496MHz～2960MHz）。此外，TD-SCDMA的频带例如为B34、B39。此外，前端模块35B所支持的频带有时还包括Band7（B7：2500MHz～2570MHz）。 
功率放大电路400是对TD-LTE的RF信号（发送信号）的功率进行放大并输出的半导体元件基板，包括：功率放大器500、510，以及匹配电路520、530。从功率放大电路400输出的RF信号经由匹配电路430输入至开关电路420。 
功率放大电路410是对2G低频带和2G高频带，以及TD-SCDMA的RF信号（发送信号）的功率进行放大并输出的半导体元件基板，包括：功率放大器600、610、320、330，以及匹配电路(MN)620、630、360、370。在功率放大电路410中，图3所示的上侧的信号路径，即，功率放大器600、610及匹配电路620、630的信号路径对应于TD-SCDMA的RF信号及2G高频带的RF信号。从功率放大电路610输出的RF信号经由匹配电路440及低通滤波器450输入至开关电路420。另外，功率放大电路410的下侧的信号路径与实施方式1一样，对应于2G低频带的RF信号。 
开关电路420与实施方式1一样，根据从端子CTRL输入的控制信号，对通信信号的切换进行控制。 
由此，功率放大电路410同时支持TD-SCDMA和2G高频带，从而可以将功率放大电路400仅设为TD-LTE的一个路径。由此，可以使功率放大电路400小型化，进而使前端模块35B小型化。在这种结构中，也是仅由一个开关电路420进行通信信号的切换，因此与使用多个切换单元来进行通信信号的切换的结构相比，能够降低通信信号的损耗。另外，有时也从开关电路420中分离出用于TD-LTE的开关电路。 
实施方式3 
接着，对本发明的实施方式3进行说明。图4是表示实施方式3中的前端模块35C的结构的图。如图4所示，前端模块35C包括：功率放大电路700、110，开关电路710，匹配电路(MN)720、150、160，低通滤波器(LPF)170、180。另外，关于与实施方式1或实施方式2的前端模块35A、35B相同的结构，标注相同的标号，并省略说明。 
在图4所示的结构中，前端模块35C支持2G低频带、2G高频带、TD-SCDMA、以及TD-LTE这四种通信方式。其中，TD-LTE的频带例如为B38、B40、B41。此外，TD-SCDMA的频带例如为B34、B39。此外，前端模块35C所支持的频带中有时还包括B7。 
功率放大电路700是对TD-LTE及TD-SCDMA的RF信号（发送信号）的功率进行放大并输出的半导体元件基板，包括：功率放大器800、810，以及匹配电路(MN)820、830。从功率放大电路700输出的RF信号经由匹配电路720输入至开关电路710。另外，有时也从开关电路710中分离出用于TD-LTE/SCDMA的开关电路。 
功率放大电路700利用一个通信路径应对TD-LTE及TD-SCDMA。由此，在功率放大电路700与开关电路710之间设置的匹配电路720与一般结构的匹配电路相比，具有较宽频带。 
图5是表示具有较宽频带的匹配电路720的结构的一个示例的图。如图5所示，匹配电路720包括电感器L0、L1、L2、L3，以及电容器C0、C1、C2、C3。于是，匹配电路720构成为包括：由电感器L1、L2及电容器C1、C2形成的低通滤波器、以及由电容器C3及电感器L3形成的高通滤波器。此外，电感器L3也可以例如由空芯线圈构成。由于空芯线圈的Q值较高，因此通过使用空芯线圈作为电感器L3，能够抑制匹配电路720中的信号损耗。 
此外，在匹配电路720中，在开关电路710一侧的一端与信号路径相连接，另一端设置有接地的电感器L3，由此能够将来自天线40且经由开关电路710进入匹配电路720的静电导入大地。即，能够抑制由于静电流过功率放大电路700而导致电路损坏。 
关于匹配电路720具有较宽频带，将其与一般的匹配电路的结构进行对比来说明。图6是表示一般的匹配电路900的结构的一个示例的图。如图6所示，匹配电路900包括电感器L0、L1、L2，以及电容器C0、C1、C2、C3，C4。于是，匹配电路 900构成为由电感器L1、L2及电容器C2、C3形成的低通滤波器。另外，匹配电路900中，开关电路710一侧的最后一个元件是与信号路径串联连接的电容器C4。 
使用导抗圆图（日语：イミッタンスチャート,英语：Immittance Chart）对匹配电路720、900中的匹配拓扑结构进行说明。图7是匹配电路720的导抗圆图。此外，图8是匹配电路900的导抗圆图。另外，在图7及图8中标出的A点是功率放大电路700的输出阻抗。 
匹配电路720中，开关电路710一侧的最后一个元件是与信号路径并联连接的电感器L3。由此，如图7所示，从导抗圆图的中心点开始，引出以逆时针方向在等电导圆上移动了与电感器L3的电感相对应长度的轨迹。接着，由于存在有与信号路径串联连接的电容器C3，因此引出以逆时针旋转方向在等阻圆上移动了与电容器C3的电容相对应长度的轨迹。之后，以相同的方式引出轨迹，最后到达A点。由此，对功率放大电路700的输出与开关电路710的输入之间的阻抗进行匹配。 
同样地，如图8所示的那样，在匹配电路900中，也从导抗圆图的中心点开始向A点引出轨迹。匹配电路900中，开关电路710一侧的最后一个元件是与信号路径串联连接的电容器C4。由此，如图8所示，从导抗圆图的中心点开始，引出以逆时针方向在等阻线上移动了与电容器C4的电容相对应长度的轨迹，该轨迹是远离目标匹配点的轨迹。接着，由于存在有与信号路径并联连接的电容器C3，因此引出以顺时针方向在等电导圆上移动了与电容器C3的电容相对应长度的轨迹。由此，成为与图7相比Q值较高，带宽较窄的电路。 
对图7及图8的导抗圆图进行比较。在图7中，轨迹从中心点开始在等电导线上以逆时针旋转方向前进，之后，在等阻线上以逆时针方向前进。即，所形成的轨迹在最初偏离实数轴之后，接着向实数轴靠近。另一方面，在图8中，轨迹从中心点开始在等阻线上以逆时针方向前进，之后，在等电导线上以顺时针方向前进。即，所形成的轨迹在最初偏离实数轴之后，进一步偏离实数轴。由此，由于电感器、电容器的特性，使得匹配电路720比匹配电路900更容易降低以实数轴为基准的轨迹的高度，即Q值。于是，能够通过降低Q值，来使匹配电路720具有较宽频带。 
实施方式4 
接着，对本发明的实施方式4进行说明。图9是表示实施方式4中的前端模块35D的结构的图。前端模块35D具有开关电路1000，以替代图2所示的实施方式1的前端模块35A的开关电路120。开关电路1000除了具有开关电路120中的通信路径之外，还包括与端子FDD（输入输出端子）的通信路径。该端子FDD可以与进行频带分离时需要双工器（duplexer）、且支持频分多路复用的无线通信方式的通信模块相连接。于是，开关电路1000可以在天线40与端子FDD之间收发FDD的通信信号（收发信号）。 
由此，通过设置端子FDD，可以降低支持时分多路复用的多种无线通信方式的通信单元中通信信号的损耗，并且也可以支持频分多路复用的无线通信方式。 
另外，本实施方式用于使本发明易于理解，并非用于对本发明进行限定性解释。本发明在不脱离其技术思想的情况下可以进行变更/改进，并且本发明还包含其等同方案。 
标号说明 
10  通信单元 
20  基带部 
25  RF处理部 
30  控制部 
35  （35A，35B，35C，35D）前端模块 
40  天线 
45  带通滤波器(BPF) 
100，110，400，410，700  功率放大电路 
120，420，710，1000  开关电路 
130，140，150，160，240，250，260，270，340，350，360，370，430，440，520，530，620，630，720，820，830，900  匹配电路(MN) 
170，180，450  低通滤波器(LPF) 
200，210，220，230，300，310，320，330，500，510，600，610  功率放大器。 

Claims (5)

1.一种半导体模块，其特征在于，包括：
第一发送电路，该第一发送电路输出时分多路复用的第一无线通信方式的第一发送信号；
第二发送电路，该第二发送电路输出时分多路复用的第二无线通信方式的第二发送信号；以及
开关电路，该开关电路构成为能将来自天线的接收信号作为所述第一无线通信方式的第一接收信号或所述第二无线通信方式的第二接收信号来进行输出，并且，还构成为能将所述第一发送信号及所述第一接收信号分时地输出，并能将所述第二发送信号及所述第二接收信号分时地输出。
2.如权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，
所述第一及第二发送电路形成在同一个半导体元件基板上。
3.如权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，
还包括设置于所述第一发送电路与所述开关电路之间的匹配电路，
所述匹配电路包括电感器，该电感器在所述开关电路一侧的一端与信号路径相连接，另一端接地。
4.如权利要求3所述的半导体模块，其特征在于，
所述电感器是空芯线圈。
5.如权利要求1至4的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
还包括用于将频分多路复用的第三无线通信方式的发送接收信号进行输入输出的输入输出端子，
所述开关电路构成为能将所述输入输出端子与所述天线相连接。
CN201410019285.3A 2013-01-17 2014-01-16 半导体模块 Pending CN103944603A (zh)

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