DE102004049808A1

DE102004049808A1 - Hochfrequenzschaltmodul

Info

Publication number: DE102004049808A1
Application number: DE102004049808A
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Yokohama Tasaka
Original assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2005-06-09
Also published as: US20050079828A1; JP4123435B2; CN100414845C; CN1607738A; US7328041B2; JP2005123740A

Abstract

Ein Hochfrequenzschaltmodul verbraucht weniger Energie und kann in der Größe verringert und in der Dicke dünner sein. Der Hochfrequenzschaltmodul kann auch einen Dämpfungsbetrag in einem Sperrbereich und korrekte Charakteristiken erreichen. Der Hochfrequenzschaltmodul enthält einen Galium-Arsenid-(GaAs)-Schalter, der aus Gallium-Arsenid hergestellt ist und weniger Energie verbraucht, und Tiefpaßfilter für jeweilige Sendesysteme. Ein Tiefpaßfilter ist aus einem ersten Induktor und einem Kondensator gebildet, die seriell verbunden sind, und aus zweiten und dritten Induktoren, die jeweilig mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbunden sind, wobei die zweiten und dritten Induktoren Induktivitäten haben, die größer als jene des ersten Induktors sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im allgemeinen einen Hochfrequenzschaltmodul und, im besonderen, einen Hochfrequenzschaltmodul, der für einen Front-End- oder Vorfeldmodul von mehreren Kommunikationssystemen verwendet wird.

2. Beschreibung der verwandten Technik

In den letzten Jahren sind beispielsweise Mobiltelefone hinsichtlich ihrer Funktionen und Merkmale verbessert worden. So sind zum Beispiel Mobiltelefone vorgeschlagen worden, die mehrere Kommunikationssysteme nutzen können.

Kommunikationsvorrichtungen, wie sie durch die obenerwähnten Mobiltelefone repräsentiert werden, müssen eine Verbindung in verschiedenen Frequenzbereichen aufbauen. Die jüngst entwickelten Drei-Band-Mobiltelefone können mit drei Sende- und Empfangssystemen kommunizieren, wie etwa mit dem GSM-(Global System for Mobile Communications)-System, dem DCS-(Digital Communications System)-System und dem PCS-(Personal Communications Service)-System.

Die obigen GSM-, DCS- und PCS-Systeme nutzen jedoch verschiedene Frequenzbereiche, weshalb das Mobiltelefon mit einem Schalter zum Umschalten der Frequenzbereiche versehen ist, um diese Systeme zu nutzen.

Ein Hochfrequenzschaltmodul mit einem Separator und einer PIN-Diodenschaltanordnung zum Umschalten der Frequenzbereiche ist vorgeschlagen worden, wie in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-101005 und der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-64301 offenbart ist. 1 zeigt einen Hochfrequenzschaltmodul 900, der ein Beispiel für den obenerwähnten Hochfrequenzschaltmodul ist.

Unter Bezugnahme auf 1 enthält der Hochfrequenzschaltmodul 900 einen Separator/Kombinator 901, der mit einer Antenne 909 verbunden ist, zwei PIN-Diodenschaltanordnungen 902 und 903, die mit dem Separator/Kombinator 901 verbunden sind, ein Tiefpaßfilter (im folgenden einfach als LPF bezeichnet) 904a und ein Bandpaßfilter (im folgenden einfach als BPF bezeichnet) 905a, die mit der PIN-Diodenschaltanordnung 902 verbunden sind, ein LPF 904b, ein BPF 905b und ein BPF 905c, welche Filter mit der PIN-Diodenschaltanordnung 903 verbunden sind.

Der Separator/Kombinator 901 trennt Hochfrequenzsignale, die von der Antenne 909 eingegeben werden, und wendet dann jedes der separaten Signale auf die PIN-Diodenschaltanordnung 902 oder 903 an. Zu derselben Zeit kombiniert der Separator/Kombinator die Hochfrequenzsignale von den PIN-Diodenschaltanordnungen 902 und 903 und wendet die kombinierten Signale auf die Antenne 909 an. Die PIN-Diodenschaltanordnung 902 selektiert eines von dem LPF 904a und dem BPF 905a, um zwei Frequenzbereiche selektiv zu verwenden. Die PIN-Diodenschaltanordnung 903 selektiert eines von dem LPF 904b, dem BPF 905b und dem BPF 905c, um drei Frequenzbereiche selektiv zu verwenden. Mit der obigen Struktur kann der Hochfrequenzschaltmodul 900 die drei Sende- und Empfangssysteme bewältigen.

Der obenerwähnte Hochfrequenzschaltmodul benötigt jedoch den Separator/Kombinator, um die drei Sende- und Empfangssysteme selektiv zu verwenden. Deshalb braucht der Modul eine große Anzahl von Komponenten, und es wird schwierig, seine Größe zu verringern.

Darüber hinaus muß der Hochfrequenzschaltmodul, der mit dem Separator/Kombinator und der PIN-Diodenschaltanordnung versehen ist, im allgemeinen bewirken, daß eine ausreichende Strommenge in der PIN-Diodenschaltanordnung fließt, um einen niedrigen Einfügungsverlust zu realisieren. Diese Schaltungsanordnung verbraucht jedoch eine große Menge an Energie. Dies führt zu einem ernsthaften Problem, und zwar besonders bei batteriebetriebenen elektronischen Vorrichtungen wie etwa Mobiltelefonen, da die Batterie schneller erschöpft.

Es existiert ein Vorschlag zum Lösen des obigen Problems, der in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-18039 offenbart ist. Gemäß dem Vorschlag wird ein Gallium-Arsenid-(GaAs)-Schalter verwendet, der weniger Energie als die PIN-Diodenschaltanordnung verbraucht.

Der GaAs-Schalter weist jedoch einen kleinen Sperrdämpfungsbetrag auf. Bei dem Hochfrequenzschaltmodul, der mit dem GaAs-Schalter versehen ist, tritt das Problem auf, daß ein Sende- und Empfangssystem in einem selektierten Zustand durch ein anderes Sende- oder Empfangssystem beeinträchtigt werden könnte.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist angesichts der obigen Umstände gemacht worden und sieht einen Hochfrequenzschaltmodul vor, der einen kleinen Energieverbrauch aufweist und dessen Größe verringert werden kann. Zusätzlich behält der Hochfrequenzschaltmodul die Sperrdämpfung bei und erzielt korrekte Charakteristiken.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Hochfrequenzschaltmodul vorgesehen, der Sendesysteme enthält, die jeweilig mit Tiefpaßfiltern versehen sind, und ein GaAs-Schalter, der eines der Tiefpaßfilter selektiert, und ein Tiefpaßfilter ist gebildet aus einem ersten Induktor und einem Kondensator, die seriell verbunden sind, und zweiten und dritten Induktoren, die jeweilig mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbunden sind, wobei die zweiten und dritten Induktoren Induktivitäten haben, die größer als jene des ersten Induktors sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun auf der Basis der folgenden Figuren eingehend beschrieben, in denen:
1 einen Hochfrequenzschaltmodul 900 in herkömmlicher Technik zeigt;
2 einen Hochfrequenzschaltmodul 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Schaltungsanordnung eines GaAs-Schalters 11A gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4A ein erstes Beispiel in dem Fall zeigt, wenn in einer ESD-Schutzschaltung 18 ein HPF des T-Typs verwendet wird;
4B ein zweites Beispiel in dem Fall zeigt, wenn in der ESD-Schutzschaltung 18 ein HPF des n-Typs verwendet wird;
5 eine Schaltungsstruktur der LPFs 4a oder 4b, die mit einem Anschluß B für ein GSM-Sendesystem bzw. einem Anschluß C für ein DCS/PCS-Sendesystem verbunden sind, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Beispiel für ein Schaltungsdiagramm der herkömmlichen LPFs 904a und 904b (die in 1 gezeigt sind) zum Vergleich zeigt;
7 ein Smith-Diagramm zeigt, das Impedanzcharakteristiken der LPFs 4a und 4b gemäß der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und jene der herkömmlichen LPFs 904a und 904b beschreibt;
8 Filtercharakteristiken der LPFs 4a und 4b bei der GSM-Sendung gemäß der ersten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung und jene der herkömmlichen LPFs 904a und 904b zeigt;
9 eine Draufsicht und eine Seitenansicht zeigt, die Dimensionen des Hochfrequenzschaltmoduls 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreiben;
10 ein Schaltungsdiagramm eines Hochfrequenzschaltmoduls 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ein Schaltungsdiagramm von Impedanzreglerschaltungen 25a, 25b und 25c gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12A eine Prozedur zum Trimmen eines Induktors L25 zeigt;
12B eine Prozedur zum Trimmen eines Kondensators C25 zeigt;
13 eine Schaltungsstruktur eines Hochfrequenzschaltmoduls 30 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 eine Schaltungsstruktur eines GaAs-Schalters 11B gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 einen Hochfrequenzschaltmodul 40 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ein anderes Beispiel für eine Schaltungsstruktur von Impedanzreglerschaltungen 25a, 25b und 25c zeigt; und
17 einen Hochfrequenzschaltmodul 60 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen folgt nun eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Zuerst folgt eine Beschreibung einer ersten Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Schalter aus Gallium-Arsenid (GaAs) verwendet, der relativ wenig Energie verbraucht (im folgenden als GaAs-Schalter bezeichnet). Durch den GaAs-Schalter kann der Stromverbrauch im Vergleich zu einem PIN-Diodenschalter beträchtlich reduziert werden. Durch den GaAs-Schalter kann auch die Größe und die Dicke des gesamten Hochfrequenzschaltmoduls reduziert werden, da es nicht mehr erforderlich ist, eine spezielle Schaltung zu inkorporieren, um den Energieverbrauch zu verringern. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Sendesystem mit einem Tiefpaßfilter (im folgenden einfach als LPF bezeichnet) versehen, und eine Induktivität wird auf Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des LPF angewendet. Hierbei ist der Hochfrequenzschaltmodul so konfiguriert, daß die auf die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse angewendeten Induktivitäten höher als jene sind, die zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen angewendet wird. Daher wird die Eingangsimpedanz in einem Sperrbereich des LPF fast unendlich. Somit ist es möglich, einen ausreichenden Sperrdämpfungsbetrag beizubehalten und korrekte Produktcharakteristiken zu erzielen.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen folgt nun eine Beschreibung des Hochfrequenzschaltmoduls. 2 zeigt einen Hochfrequenzschaltmodul 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 2 enthält der Hochfrequenzschaltmodul 10 einen GaAs-Schalter 11A, ein LPF 4a für ein GSM-Sendesystem, ein LPF 4b für ein DCS/PCS-Sendesystem, ein BPF 5a für ein GSM-Empfangssystem, ein BPF 5b für ein DCS-Empfangssystem und ein BPF 5c für ein PCS-Empfangssystem.
Der GaAs-Schalter 11A hat eine Eins-zu-n-Konfiguration, wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist. In 2 dient der GaAs-Schalter 11A als 1-zu-5-Schalter, der Anschlüsse a bis f hat. Der GaAs-Schalter 11A stellt eine Verbindung zwischen dem Anschluß a und irgendeinem der Anschlüsse b bis f auf der Basis eines Schaltsignals von außen her. Ein Decodierer 11a ist in dem GaAs-Schalter 11A inkorporiert, um das Schaltsignal von außen zu decodieren. Der Decodierer 11a enthält drei Steueranschlüsse V1, V2 und V3. Drei Bits des Schaltsignals werden jeweilig auf die Steueranschlüsse V1, V2 und V3 angewendet. Der Decodierer 11a konvertiert das so angewendete Schaltsignal in eine Steuerspannung, um einen der Anschlüsse b bis f, mit dem der Anschluß a verbunden ist, selektiv zu verwenden. Das heißt, der Decodierer 11a verwendet selektiv einen der Anschlüsse b bis f, mit dem der Anschluß a verbunden ist, auf der Basis eines Spannungspegels (H/L) von jedem Bit in dem Schaltsignal, das auf die drei Steueranschlüsse V1, V2 und V3 angewendet wird.
3 zeigt eine Schaltungsanordnung des GaAs-Schalters 11A gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Eine Schaltungsanordnung des Decodierers 11a ist in 3 weggelassen, um die Erläuterung zu vereinfachen. Der GaAs-Schalter 11A enthält fünf Feldeffekttransistoren (im folgenden einfach als FET bezeichnet) Q1 bis Q5 und enthält auch fünf Widerstände R1 bis R5, die jeweilig mit den Gates der FETs Q1 bis Q5 verbunden sind. Entweder die Source-Elektroden der FETs Q1 – Q5 oder deren Drain-Elektroden sind zusammengekoppelt und mit dem Anschluß a verbunden. Jede der anderen Elektroden der FETs Q1 – Q5 ist mit dem jeweiligen der Anschlüsse b bis f verbunden, so daß die Eins-zu-Eins-Ver bindung erfolgen kann. Steueranschlüsse I, II, III, IV und V sind jeweilig mit Enden der Widerstände R1 bis R5 verbunden, die denen gegenüberliegen, die mit den jeweiligen Gate-Elektroden der FETs Q1 bis Q5 verbunden sind. Spannungen, die durch das Decodieren der Schaltspannung in dem Decodierer 11a erzeugt werden, werden auf die Steueranschlüsse I, II, III, IV und V angewendet. Deshalb wird einer der FETs (Q1 bis Q5) als Antwort auf die decodierte Schaltspannung EINgeschaltet und wird die Eins-zu-Eins-Verbindung zwischen dem Anschluß a und einem der Anschlüsse b bis f hergestellt. Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen den Spannungspegeln von VI, V2 und V3 in dem Decodierer 11a und den Spannungspegeln der Steueranschlüsse I bis V, nämlich ein Beispiel für die Schaltlogik von Sendung und Empfang.
Tabelle 1
Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 kann der Anschluß a selektiv mit einem der Anschlüsse b bis f durch EIN- und AUSschalten der FETs Q1 bis Q5 verbunden werden. Das heißt, der GaAs-Schalter 11A kann selektiv eines der LPFs 4a und 4b und BPFs 5a, 5b und 5c verwenden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist eine ESD-(Electro-Static Discharge)-Schutzschaltung 18 mit dem Anschluß a des GaAs-Schalters 11A verbunden, um den GaAs-Schalter 11A vor statischer Elektrizität zu schützen. Die ESD-Schutzschaltung 18 ist über einen Antennenanschluß A auch mit einer Antenne 9 verbunden.
Die ESD-Schutzschaltung 18 enthält zum Beispiel ein Hochpaßfilter (HPF). Die ESD-Schutzschaltung 18 verhindert, daß statische Elektrizität über die Antenne 9 auf den GaAs-Schalter 11A angewendet wird. Im allgemeinen wird der GaAs-Schalter 11A durch statische Elektrizität leicht beschädigt. Daher ist es möglich, den GaAs-Schalter 11A durch Einsetzen der ESD-Schutzschaltung 18 zwischen dem GaAs-Schalter 11A und der Antenne 9 effektiv zu schützen. 4A und 4B zeigen Beispiele für die ESD-Schutzschaltung 18 mit den HPFs.
4A zeigt ein erstes Beispiel, das mit der ESD-Schutzschaltung 18 versehen ist, bei der ein HPF des T-Typs verwendet wird. Die ESD-Schutzschaltung 18 enthält, wie in 4A gezeigt, einen Eingangsanschluß, einen Ausgangsanschluß und zwei Kondensatoren C181 und C182, die seriell verbunden sind. Eine Leitung, die die Kondensatoren C181 und C182 verbindet, ist verzweigt und wird über einen Induktor L181 und einen Kondensator C183, die seriell verbunden sind, geerdet.
4B zeigt ein zweites Beispiel in dem Fall, wenn in der ESD-Schutzschaltung 18 ein HPF des n-Typs verwendet wird. Die ESD-Schutzschaltung 18 enthält, wie in 4B gezeigt, einen Eingangsanschluß, einen Ausgangsanschluß und einen Induktor L185, der mit einem Kondensator C185 parallel verbunden ist. Eine Leitung, die den Eingangsanschluß und den Induktor L185 verbindet, der zu dem Kondensator C185 parallel ist, ist verzweigt und über einen Induktor L186 geerdet. Ähnlich ist die andere Leitung, die den Ausgangsanschluß und den Induktor L185 verbindet, der zu dem Kondensator C185 parallel ist, verzweigt und über einen Induktor L187 geerdet.
Die ESD-Schutzschaltung 18 enthält die obige Schaltungsanordnung zwischen der Antenne 9 und dem GaAs-Schalter 11A und kann verhindern, daß statische Elektrizität über die Antenne 9 in den GaAs-Schalter 11A fließt. Dadurch wird es möglich, den GaAs-Schalter 11A vor statischer Elektrizität zu schützen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 sind die LPFs 4a und 4b, die BPFs 5a, 5b und 5c jeweilig mit den Anschlüssen b bis f in dem GaAs-Schalter 11A verbunden, um die jeweiligen Frequenzbereiche in den jeweiligen Kommunikationssystemen durchzulassen. Das heißt, die LPFs 4a und 4b in den zwei Sendesystemen und die BPFs 5a, 5b und 5c in den drei Empfangssystemen sind mit dem GaAs-Schalter 11A verbunden. Genauer gesagt, das LPF 4a ist zwischen dem Anschluß b und dem Anschluß B zur GSM-Sendung verbunden, das LPF 4b ist zwischen dem Anschluß c und dem Anschluß C zur DCS/PCS-Sendung verbunden, das BPF 5a ist zwischen dem Anschluß d und dem Anschluß D zum GSM-Empfang verbunden, das BPF 5b ist zwischen dem Anschluß e und dem Anschluß E zum DCS-Empfang verbunden, und das BPF 5c ist zwischen dem Anschluß f und dem Anschluß F zum PCS-Empfang verbunden. Ein Oberflächenakustikwellen-(SAW)-Filter kann für die BPFs 5a, 5b und 5c verwendet werden. Der Anschluß B zur GSM-Sendung, der Anschluß C zur DCS/PCS-Sendung, der Anschluß D zum GSM-Empfang und der Anschluß E zum DCS-Empfang sind externe Anschlüsse, mit denen Schaltungen verbunden sind, die den jeweiligen Systemen entsprechen.
5 zeigt eine Schaltungsstruktur der LPFs 4a oder 4b. Das LPF 4a ist mit dem Anschluß b und dem Anschluß B zur GSM-Sendung verbunden, wie beschrieben, und das LPF 4b ist mit dem Anschluß c und dem Anschluß C zur DCS/PCS-Sendung verbunden. Die LPFs 4a und 4b enthalten jeweilig einen Induktor L1 und einen Kondensator C1, die zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß parallel verbunden sind. Eine Leitung, die den Induktor L2 und den Induktor L1 verbindet, der zu dem Kondensator C1 parallel ist, ist verzweigt und über einen Kondensator C2 geerdet. Eine andere Leitung, die den Induktor L3 und den Induktor L1 verbindet, der zu dem Kondensator C1 parallel ist, ist verzweigt und über einen Kondensator C3 geerdet. In der obigen Schaltungsanordnung ist der Eingangsanschluß des LPF 4a oder 4b mit dem Induktor L2 verbunden, der mit dem Kondensator C2 seriell verbunden ist. Ähnlich ist der Ausgangsanschluß des LPF 4a oder 4b mit dem Induktor L3 verbunden, der mit dem Kondensator C3 seriell verbunden ist.
Durch Vorsehen der Induktoren L2 und L3 an den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen von jedem der LPFs 4a und 4b ist es möglich, die Eingangsimpedanz der LPFs 4a und 4b bei Frequenzen außerhalb des Durchlaßbereiches fast unendlich zu machen. Dadurch wird ein erhöhter Dämpfungsbetrag im Sperrbereich vorgesehen. In dem oben angegebenen Fall werden die Induktoren L2 und L3 so selektiert, um Induktivitäten zu haben, die größer als jene des Induktors L1 sind. Daher wird durch diese Selektion die Eingangsimpedanz der LPFs 4a und 4b in dem Sperrbereich unendlich. In der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck "unendlich" verwendet, wenn ein Wert groß genug ist, um den anderen zu ignorieren. Die Impedanzen der jeweiligen LPFs 4a und 4b werden in Frequenzbereichen von 2 GHz oder darüber unendlich, wodurch ein ausreichender Dämpfungsbetrag in den obengenannten Frequenz bereichen erhalten werden kann. Die Induktoren L2 und L3 können jeweilig durch Kondensatoren ersetzt werden. Dieser Ersatz kann auch dieselben Effekte bringen.
Hier zeigt 6 ein Beispiel für ein Schaltungsdiagramm der herkömmlichen LPFs 904a und 904b (die in 1 gezeigt sind) zum Vergleich. 7 zeigt ein Smith-Diagramm, das Impedanzcharakteristiken der LPFs 4a und 4b gemäß der vorliegenden Ausführungsform und jene der herkömmlichen LPFs 904a und 904b beschreibt. 8 zeigt Filtercharakteristiken der LPFs 4a und 4b bei der GSM-Sendung sowie jene der herkömmlichen LPFs 904a und 904b.
Unter Bezugnahme auf 7 enthalten die herkömmlichen LPFs 904a und 904b nicht die Induktoren L2 und L3, die jeweilig mit den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbunden sind, in dem Fall, wenn dieselbe Schaltungsstruktur wie in 6 verwendet wird. Unter Bezugnahme auf 7 verschiebt sind hinsichtlich der Impedanzcharakteristiken der LPFs 4a und 4b die Phase in die unendliche Richtung im Vergleich zu jenen der LPFs 904a und 904b. Das heißt, das Smith-Diagramm beschreibt, daß sich durch Einsetzen der Induktoren L2 und L3, die mit den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbunden sind, die Phase so verschiebt, daß die Eingangsimpedanzen der jeweiligen LPFs 4a und 4b im Sperrbereich unendlich werden.
Zusätzlich kann, unter Bezugnahme auf 8, hinsichtlich der Filtercharakteristiken der herkömmlichen LPFs 904a und 904b der Dämpfungsbetrag zum Beispiel in den Frequenzbereichen von 2 GHz oder darüber nicht ausreichend erhalten werden. Im Gegensatz dazu ist hinsichtlich der Filtercharakteristiken der LPFs 4a und 4b gemäß der vorliegenden Ausführungsform der ausreichende Dämpfungsbetrag in den Frequenzbereichen von 2 GHz oder darüber erreichbar. Deshalb können durch das Einsetzen der LPFs 4a und 4b die Produktcharakteristiken verbessert werden.
Bei der obigen Konfiguration können die Induktoren L2 und L3 aus Chipteilen, einem Leitungsmuster und einer Kombination aus den Chipteilen und dem Leitungsmuster hergestellt sein.
Der Hochfrequenzschaltmodul 10 erfordert keine Schaltung zum Reduzieren des Energieverbrauchs und kann in der Größe verringert werden. Speziell hat der Hochfrequenzschaltmodul, unter Bezugnahme auf 9 eine Größe von zum Beispiel 7,2 mm × 5,5 mm = 39,6 mm², wenn er mit der herkömmlichen Technik hergestellt wird. Durch die Technik der vorliegenden Ausführungsform wird es jedoch möglich, den Hochfrequenzschaltmodul mit einer Größe von 6,7 mm × 5,5 mm = 36,85 mm² herzustellen. Der Montagebereich kann ungefähr um sieben Prozent verkleinert werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es nicht erforderlich, den Hochfrequenzschaltmodul 10 mit einer extrem vielschichtigen Struktur herzustellen. Der Hochfrequenzschaltmodul 10, der in der herkömmlichen Technik (die in 1 gezeigt ist) eine Dicke von 1,8 mm hat, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf 1,5 mm signifikant verkleinert werden. Verglichen mit dem herkömmlichen Hochfrequenzschaltmodul in der Volumenrate kann der Hochfrequenzschaltmodul 10 gemäß der vorliegenden Erfindung auf ungefähr 78 Prozent verkleinert werden. 9 zeigt eine Draufsicht und eine Seitenansicht, die Abmessungen des Hochfrequenzschaltmoduls 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellen. Zum Vergleich sind auch die Abmessungen des Hochfrequenzschaltmoduls 900 (in 1 gezeigt) durch gestrichelte Linien dargestellt.
Durch Einsetzen des GaAs-Schalters 11A ist der Hochfrequenzschaltmodul ferner mit niedrigem Einfügungsverlust erhältlich, ohne die Charakteristiken im Vergleich zu der PIN-Diodenschaltanordnung zu mindern.
In der obigen Schaltungsanordnung sind der GaAs-Schalter 11A, die LPFs 4a und 4b, die BPFs 5a, 5b und 5c und die ESD-Schutzschaltung 18 auf einer einzelnen Schaltungsplatte montiert, und sie werden als einzelne Packung erzeugt. Ein Keramiksubstrat wie etwa LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) kann für die obige Schaltungsplatte verwendet werden.
Nun folgt eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 10. 10 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Hochfrequenzschaltmoduls 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Im folgenden sind in der zweiten Ausführungsform dieselben Komponenten und Konfigurationen wie jene der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine eingehende Erläuterung wird weggelassen, falls nichts anderes spezifiziert ist.
Unter Bezugnahme auf 10 enthält der Hochfrequenzschaltmodul 20, der dieselbe Schaltungsstruktur wie in der ersten Ausführungsform hat, den GaAs-Schalter 11A, BPFs 5a, 5b und 5c und Impedanzreglerschaltungen 25a, 25b und 25c. Die Impedanzreglerschaltungen 25a, 25b und 25c sind jeweilig zwischen dem GaAs-Schalter 11A und den BPFs 5a, 5b und 5c eingefügt.
11 zeigt eine Schaltungsstruktur der Impedanzreglerschaltungen 25a, 25b und 25c. Ein Kondensator C25 ist, wie in 11 gezeigt, zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbunden. Eine Leitung, die den Eingangsanschluß und den Kondensator C25 verbindet, ist verzweigt und über einen Induktor L25 geerdet.
In den Impedanzreglerschaltungen 25a, 25b und 25c kann die Impedanz durch Trimmen des Induktors L25 und des Kondensators C25 gesteuert werden, um deren Werte einzustellen.
12A zeigt eine Prozedur zum Trimmen des Induktors L25. Das Leitungsmuster, das den Induktor L25 bildet, wird sequentiell getrimmt, um eine gewünschte Induktivität zu erhalten. Unter Bezugnahme auf 12B wird das Leitungsmuster, das eine Elektrode des Kondensators C25 bildet, sequentiell getrimmt, um eine gewünschte Kapazität zu erhalten.
Durch das obige Trimmen und Einstellen der Induktivität des Induktors L25 und der Kapazität des Kondensators C25 kann die Impedanz zwischen dem GaAs-Schalter 11A und den BPFs 5a, 5b und 5c gesteuert werden. Das heißt, der Induktor L25 und der Kondensator C25 werden zum Trimmen jeweilig so selektiert, daß die Eingangsimpedanz des BPF 5b in den Frequenzbereichen des PCS-Empfangssystems unendlich ist. Der Induktor L25 und der Kondensator C25 in der Impedanzreglerschaltung 25b sind mit dem BPF 5b für das DCS-Empfangssystem verbunden. Ähnlich werden der Induktor L25 und der Kondensator C25 zum Trimmen jeweilig so selektiert, daß die Eingangsimpedanz des BPF 5c in den Frequenzbereichen des DCS-Empfangssystems unendlich ist. Der Induktor L25 und der Kondensator C25 in der Impedanzreglerschaltung 25c sind mit dem BPF 5c für das PCS-Empfangssystem verbunden. Dadurch wird es möglich, Abweichungen des Einfügungsverlustes des BPF zu reduzieren und die Abweichungen der Produktcharakteristiken zu reduzieren.
Nun folgt eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform. 13 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Hochfrequenzschaltmoduls 30. Im folgenden haben in der dritten Ausführungsform dieselben Komponenten und Konfigurationen wie jene der ersten und zweiten Ausführungsformen dieselben Bezugszeichen, und eine eingehende Erläuterung wird weggelassen, falls nichts anderes spezifiziert ist.
Unter Bezugnahme auf 13 hat das Schaltungsdiagramm eines Hochfrequenzschaltmoduls 30 dieselbe Konfiguration wie jenes eines Hochfrequenzschaltmoduls 10 gemäß der ersten Ausführungsform; jedoch wurde der GaAs-Schalter 11A durch einen GaAs-Schalter 11B ersetzt. Der GaAs-Schalter 11B hat einen Anschluß weniger als der GaAs-Schalter 11A hinsichtlich des Anschlusses, mit dem der Anschluß a verbunden ist. Die BPFs 5b und 5c teilen sich einen Teil der Leitung, die mit dem Anschluß e verbunden ist. Ein Separator/Kombinator 34 ist zwischen dem Anschluß e und den BPFs 5b und 5c eingefügt, um die BPFs 5b und 5c selektiv zu verwenden.
Genauer gesagt, in dem GaAs-Schalter 11B ist die Anzahl der Anschlüsse, die durch den Anschluß a zu selektieren sind, kleiner als jene der LPFs 4a und 4b und der BPFs 5a, 5b und 5c. Das heißt, die Anzahl der Anschlüsse, die durch den Anschluß a zu selektieren sind, ist kleiner als jene der zu selektierenden Frequenzbereiche. Es gibt fünf Anschlüsse, wie in 13 gezeigt, nämlich die LPFs 4a und 4b und die BPFs 5a, 5b und 5c; jedoch sind vier Anschlüsse vorhanden, mit denen der Anschluß a verbunden ist.
Unter Bezugnahme auf 14 enthält der obige GaAs-Schalter 11B vier FETs Q1 bis Q4, und die Widerstände R1 bis R4 sind jeweilig mit Gate-Elektroden der vier FETs Q1 bis Q4 verbunden. Mit anderen Worten, im Vergleich zu der Schaltungsanordnung des GaAs-Schalters 11A gemäß der ersten Ausführungsform (die in 3 gezeigt ist) sind ein FET und ein Widerstand, nämlich Q5 und R5, nicht enthalten. Dies führt zu einer Reduzierung des Montagebereiches.
In dem Fall, wenn die Anzahl der Anschlüsse, mit denen der Anschluß a verbunden ist, kleiner als jene der Frequenzbereiche ist, teilen sich die BPFs 5b und 5c zum Beispiel einen von den Anschlüssen b bis f (den Anschluß e in 13). Eine Kombination aus den BPFs 5b und 5c kann durch eine andere Kombination aus den BPFs 5a und 5b oder den BPFs 5a und 5c ersetzt werden. Angesichts der Frequenzbereiche der jeweiligen Kommunikationssysteme ist es vorzuziehen, die BPFs 5b und 5c zu verwenden.
Der Separator/Kombinator 34 wird auf der Leitung eingefügt, die mit einem gemeinsam genutzten Anschluß e verbunden ist, um die Hochfrequenzausbreitungssignale in zwei Leitungen zu trennen. Mit anderen Worten, durch Einsetzen des Separators/Kombinators 34, um die Hochfrequenzsignale zu trennen, und die zwei BPFs 5b und 5c, die mit demselben Anschluß e in dem GaAs-Schalter 11B verbunden sind, kann ein GaAs-Schalter 11A erhalten werden, dessen Größe noch mehr verringert ist, und demzufolge kann ein Produkt erhalten werden, dessen Größe noch mehr verringert ist. Mit der obigen Konfiguration kann der Hochfrequenzschaltmodul 30 genauso wie in der ersten Ausführungsform arbeiten, und zusätzlich wirkt hat er sich nicht nachteilig auf die Charakteristiken aus.
Es gibt zwei Steueranschlüsse in einem Decodierer 11b des GaAs-Schalters 11B, da vier selektierte Anschlüsse gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorhanden sind. Demzufolge wird eine 2-Bit-Schaltspannung auf den Decodierer 11b angewendet. Tabelle 2 zeigt die Spannungspegel von V1 und V2 in dem Decodierer 11b, jene der Steueranschlüsse I bis IV und die entsprechenden Decodierungen, nämlich ein Beispiel für eine Schaltlogik von Sendung und Empfang.
Tabelle 2
Unter Bezugnahme auf Tabelle 2 kann der Anschluß a mit einem der Anschlüsse b bis e jeweilig durch EIN- und AUSschalten der FETs Q1 bis Q4 gemäß der Logik in Tabelle 2 verbunden werden. Das heißt, es ist möglich, den GaAs-Schalter 11B mit einer kleinen Anzahl von Bits im Vergleich zu der ersten Ausführungsform zu steuern. Dadurch kann das Produkt vereinfacht werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können einer oder mehrere selektierte Anschlüsse in dem GaAs-Schalter 11B durch Einfügen des Separators/Kombinators 34 zwischen dem GaAs-Schalter 11B und den BPFs weggelassen werden, wie oben beschrieben. Dadurch kann die Größe des GaAs-Schalters verringert und die Schaltungsstruktur der Steuersysteme vereinfacht werden. Daher ist es möglich, die Schaltungsanordnung und den gesamten Hochfrequenzschaltmodul in der Größe zu verringern.
Nun folgt eine Beschreibung einer vierten Ausführungsform. 15 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Hochfrequenzschaltmoduls 40. Im folgenden haben in der vierten Ausführungsform dieselben Komponenten und Konfigurationen wie jene der ersten bis dritten Ausführungsformen dieselben Bezugszeichen, und eine eingehende Erläuterung wird weggelassen, falls nichts anderes spezifiziert ist.
Der Hochfrequenzschaltmodul 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat, wie in 15 gezeigt, dieselbe Schaltungsstruktur wie jene der dritten Ausführungsform. Der Hochfrequenzschaltmodul 40 enthält ferner eine Impedanzreglerschaltung 25a, wie in der zweiten Ausführungsform, auf der Leitung, die einen BPF 5a und einen GaAs-Schalter 11B verbindet. Der Hochfrequenzschaltmodul 40 enthält keinen Separator/Kombinator 34 zwischen dem BPF 5a und dem GaAs-Schalter 11B.
Mit der obigen Schaltungsstruktur kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Reduzierung um einen oder mehrere selektierte Anschlüsse in dem GaAs-Schalter 11B erfolgen. Daher kann die Schaltungsanordnung und der gesamte Hochfrequenzschaltmodul in der Größe verringert werden. Zusätzlich zu den so erhaltenen Effekten ist es auch möglich, die Impedanz zwischen dem GaAs-Schalter und dem BPF einzustellen und Abweichungen des Einfügungsverlustes des BPF zu reduzieren. Dies führt zu einer Reduzierung der Abweichungen der Produktcharakteristiken.
Nun folgt eine Beschreibung einer fünften Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform ist ein anderes Beispiel für die Struktur von Impedanzreglerschaltungen 25a, 25b und 25c. Im folgenden haben in der fünften Ausführungsform dieselben Komponenten und Konfigurationen wie jene der ersten bis vierten Ausführungsformen dieselben Bezugszeichen, und eine eingehende Erläuterung wird weggelassen, falls nichts anderes spezifiziert ist.
16 zeigt ein anderes Beispiel für die Struktur der Impedanzreglerschaltungen 25a, 25b und 25c. Die Impedanzreg lerschaltungen 25a, 25b und 25c enthalten jeweilig eine Übertragungsleitung L26, wie in 16 gezeigt.
Es ist vorzuziehen, die Übertragungsleitung L26 so zu selektieren, das eine Eingangsimpedanz eines BPF 5b in dem Frequenzbereich des PCS-Empfangssystems unendlich ist. Die Übertragungsleitung L26 der Impedanzreglerschaltung 25b ist mit dem BPF 5b des DCS-Empfangssystems verbunden. Ferner ist es vorzuziehen, die Übertragungsleitung L26 so zu selektieren, daß die Eingangsimpedanz eines BPF 5c in dem Frequenzbereich des PCS-Empfangssystems unendlich ist. Die Übertragungsleitung L26 der Impedanzreglerschaltung 25c ist mit dem BPF 5c des PCS-Empfangssystems verbunden. Somit kann die Impedanz zwischen dem GaAs-Schalter 11B und dem BPF eingestellt werden. Das heißt, es ist möglich, Abweichungen des Einfügungsverlustes des BPF zu reduzieren. Dies führt zu einer Reduzierung der Abweichungen der Produktcharakteristiken.
Die Induktivität der Übertragungsleitung L26 kann unter Einsatz des Trimmens eingestellt werden, wie in 12 gezeigt. Dadurch wird es möglich, die Induktivität gemäß dem Produkt einzustellen und die Qualität des Produktes zu verbessern.
Zusätzlich sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Impedanzreglerschaltungen 25a, 25b und 25c jeweilig mit Übertragungsleitungen L26 gebildet. Dadurch wird es möglich, den Montagebereich auf einer Schaltungsplatte zu reduzieren, im Vergleich zu der Impedanzreglerschaltung, die einen Induktor und Kondensator hat (in 11 gezeigt). Deshalb ist es möglich, die Größe des gesamten Produktes zu verringern.
Nun folgt eine Beschreibung einer sechsten Ausführungsform. Der GaAs-Schalter 11B enthält in der sechsten Ausführungsform nicht den Separator/Kombinator 34, im Vergleich zu oben beschriebenen Ausführungsformen. Zwei BPFs teilen sich einen Anschluß (e gemäß der dritten Ausführungsform). Im folgenden haben in der sechsten Ausführungsform dieselben Komponenten und Konfigurationen wie jene der ersten bis fünften Ausführungsformen dieselben Bezugszeichen, und eine eingehende Erläuterung wird weggelassen, falls nichts anderes spezifiziert ist.
17 zeigt einen Hochfrequenzschaltmodul 60 gemäß der sechsten Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 17 hat der Hochfrequenzschaltmodul 60 dieselbe Schaltungsstruktur wie in der ersten Ausführungsform. Der GaAs-Schalter 11A wurde jedoch durch den GaAs-Schalter 11B ersetzt. Eine Leitung von einem Anschluß e in dem GaAs-Schalter 11B ist verzweigt, und eine ist mit dem BPF 5b des DCS-Empfangssystems verbunden, und die andere ist mit dem BPF 5c des PCS-Empfangssystems über eine Impedanzreglerschaltung 27 verbunden.
Die Impedanzreglerschaltung 27 enthält eine Übertragungsleitung L27 auf der Leitung, die den Anschluß e und das BPF 5c verbindet. Die Leitung von dem Anschluß e ist verzweigt, wie beschrieben, und mit der Übertragungsleitung L27 verbunden. Eine andere Leitung, die die Übertragungsleitung L27 und das BPF 5c verbindet, ist verzweigt und über einen Kondensator C27 geerdet.
Mit der obigen Schaltungsstruktur werden die Übertragungsleitung L27 und der Kondensator C27 jeweilig so selektiert, daß die Eingangsimpedanz des BPF 5c in dem Frequenzbereich des DCS-Empfangssystems unendlich ist. Dadurch wird ein Nebensprechen von Hochfrequenzsignalen zwischen zwei Kommunikationssystemen verhindert, die sich den Anschluß e teilen. Zusätzlich ist es nicht erforderlich, den Separator/Kombinator 34 zum Trennen der Hochfrequenzsignale oder die Impedanzreglerschaltungen 25a, 25b und 25c zu verwenden, die jeweilig mit dem BPFs verbunden sind. Deshalb kann die Schaltung in der Größe verringert werden und kann ein kleineres Produkt hergestellt werden. Ferner ist es möglich, einen kleinen GaAs-Schalter zu verwenden und den Montagebereich zu verringern. Dadurch wird ein Produkt ermöglicht, dessen Größe noch kleiner ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die speziell offenbarten Ausführungsformen begrenzt, und andere Ausführungsformen, Veränderungen und Abwandlungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-341873, eingereicht am 30. September 2003, deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme inkorporiert ist.

Claims

Hochfrequenzschaltmodul mit: Sendesystemen, die jeweilig mit Tiefpaßfiltern versehen sind; und einem Gallium-Arsenid-Schalter, der eines der Tiefpaßfilter selektiert, bei dem: ein Tiefpaßfilter gebildet ist aus einem ersten Induktor und einem Kondensator, die seriell verbunden sind, und zweiten und dritten Induktoren, die jeweilig mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbunden sind; und die zweiten und dritten Induktoren Induktivitäten haben, die größer als jene des ersten Induktors sind.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 1, ferner mit Empfangssystemen, die jeweilig mit Bandpaßfiltern versehen sind, bei dem der Gallium-Arsenid-Schalter eines der Tiefpaßfilter und der Bandpaßfilter selektiert.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 2, ferner mit Impedanzreglerschaltungen, die auf Leitungen vorgesehen sind, die die Bandpaßfilter und den Gallium-Arsenid-Schalter verbinden.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 1, ferner mit einem Separator, der Hochfrequenzsignale von dem Gallium-Arsenid-Schalter trennt, bei dem wenigstens zwei der Bandpaßfilter über den Separator mit einem einzelnen Anschluß des Gallium-Arsenid-Schalters verbunden sind.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 4, ferner mit einer Impedanzreglerschaltung, die auf einer Leitung vorgesehen ist, die den Gallium-Arsenid-Schalter und wenigstens eines der Bandpaßfilter verbindet, das nicht mit dem Separator verbunden ist.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 1, ferner mit Empfangssystemen, die jeweilig mit Bandpaßfiltern versehen sind, bei dem: wenigstens zwei der Leitungen, die die Bandpaßfilter und den Gallium-Arsenid-Schalter verbinden, vereinigt sind und mit einem einzelnen Anschluß des Gallium-Arsenid-Schalters verbunden sind; und eine Impedanzreglerschaltung auf wenigstens einer von den wenigstens zwei Leitungen vorgesehen ist.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 1, bei dem der Gallium-Arsenid-Schalter umfaßt: eine Vielzahl von Transistoren; und einen Decodierer, der ein Schaltsignal, das von außen eingegeben wird, in Steuerspannungen decodiert, die die Transistoren ein- und ausschalten.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 1, ferner mit einer Schutzschaltung, die den Gallium-Arsenid-Schalter vor statischer Elektrizität schützt, die durch eine Antenne angewendet wird.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 8, bei dem die Schutzschaltung ein Hochpaßfilter ist.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 1, bei dem: der Hochfrequenzschaltmodul zwei Sendesysteme hat; und die zwei Sendesysteme jeweilig mit den Tiefpaßfiltern versehen sind.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 2, bei dem: der Hochfrequenzschaltmodul drei Empfangssysteme hat; und wenigstens zwei der drei Empfangssysteme jeweilig mit den Bandpaßfiltern versehen sind.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 3, bei dem: die Impedanzreglerschaltung aus einem Induktor, einem Kondensator oder einer Übertragungsleitung gebildet ist; und wenigstens eines von dem Induktor, dem Kondensator und der Übertragungsleitung ein leitfähiges Muster umfaßt, das eine Induktivität oder eine Kapazität hat, die durch Trimmen einstellbar ist.
Hochfrequenzschaltmodul nach Anspruch 1, bei dem das Tiefpaßfilter und der Gallium-Arsenid-Schalter in einer einzelnen Packung montiert sind.