JP2004193858A - High frequency signal processing circuit and wireless telephone terminal employing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線電話端末に使用する高周波信号処理回路とそれを用いた無線電話端末に関する。なお、本発明の適用対象となる無線電話端末は、無線電話回線網を利用して双方向通信を行なう装置全般を意味し、携帯電話機やPHS(Personal Handy phone System)などの一般的な意味での無線電話器はもちろん、端末機能を組み込んだ電話機や逆に電話回線接続機能を有した可搬型コンピュータなどの携帯型端末装置、無線電話回線接続用モデム、及び該モデムを組み込んだ可搬型コンピュータなども概念として包含する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開2000−165274号公報
【特許文献2】
特開2001−185902号公報
【0003】
上記の無線電話端末、例えばデジタル携帯電話機において、アンテナと送信回路との接続、及びアンテナと受信回路との接続を切り替えるために、高周波スイッチが用いられている。特に近年ではデジタル携帯電話機の普及台数が急激に増加しており、通信規格も次々と新しい種類のものが設定され、採用されるに至っている。また、加入回線数の増加に伴い、使用する電波の周波数も当初の数100MHz帯から、GHz帯へと拡張しており、通信方式に応じて種々の通信波数帯(バンド)が割り当てられている。
【0004】
デジタル携帯電話機の通信方式は、通信会社、あるいは国や地域によって異なるものが採用される。当然、通信方式の異なる地域間を旅行等で頻繁に往復する利用者にとっては、各方式に対応した電話機を何台も持ち歩くのは不便であるし、我が国をはじめ、同一の地域内でも方式の異なる通信方式が並存していることもあるので、同じ利用者が、個々の通信方式の利点を生かすため使い分けを行ないたいという願望も出てくる。そこで、このようなニーズに応えるため、1台の電話機で複数の異なるバンドの送受信系を取り扱うことができるマルチバンド電話機が開発され、普及しつつある(特許文献1、特許文献2)。
【0005】
このようなマルチバンド電話機においては、受信信号を高域側信号と低域側信号とに分離する分波回路(ダイプレクサ)が設けられ、分波後の高域側信号と低域側信号とは、それぞれ独立したスイッチ回路により、時分割方式で送受信が切り替えられる。 例えば、全世界で採用されている携帯電話機の規格の一つにGSM(Global System for Mobile Communication)がある。これは、当初は欧州にて一般化していた方式であるが、近年では使用地域が大幅に拡大し、地域毎に周波数帯と名称の異なる何種類ものGSM方式が乱立している。北米ではGSM850、欧州、東南アジア、中近東、中国、南米、アフリカではEGSM(Extend Global System for Mobile Communication:GSM900ともいう)が採用されている。また、ヨーロッパや北米では、類似の方式によりながら通信周波数帯の異なるDCS(Digital Cellular System:GSM1800ともいう)やPCS(Personal Communications Service:GSM1900ともいう)も使用されている。マルチバンド電話機では、例えばGSM850やEGSMなどを低域側周波数帯として取り扱い、DCSやPCSは高域側周波数帯として取り扱うことになるが、後者が1.5GHzを超える高周波帯域であるのに対し、前者は1GHz未満の比較的低い周波数帯である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来、携帯電話のアンテナスイッチには、PINダイオードを用いたスイッチ回路が用いられてきた。PINダイオードを用いた高周波のスイッチングでは、制御電圧が順バイアスのときはPINダイオードが低インピーダンス状態となり、同じく逆バイアス時には、PINダイオードが小容量のコンデンサと等価な高インピーダンス状態となることを利用する。このため、PINダイオードの周辺にはバイアス回路の一部をなすコイルやコンデンサが必要となり、回路が複雑化する欠点がある。特に、低域側信号を扱うスイッチ回路は、バイアス回路に使用するコイルとして高インダクタンスのものを使用する必要があり、コイルサイズが大きくならざるを得ない。この場合、コイルを外付けすると部品点数が増え、また、基板中に内層する場合は、コイルの占有スペースが大きいため、基板サイズが肥大化する。ただでさえ競争の激しい携帯電話の分野では、これらはコスト的に大きな不利となる。また、基板中に大きなコイルを内層するとノイズを拾いやすくなったり、他の導体層との間で寄生キャパシタンスを発生しやすくなったりするなどの問題も生じやすくなるので、設計上の制約も大きくなる。
【0007】
本発明の課題は、分波回路により受信信号を高域側信号と低域側信号とに分離してスイッチングを行なう際に、スイッチ回路のコンパクト化を効果的に図ることができ、かつ消費電力も小さく、全体を安価に構成できる高周波信号処理回路と、それを用いた無線電話端末とを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明の高周波信号処理回路は、複数の通信周波数帯間で切り替え可能な無線電話端末に使用される高周波信号処理回路であって、上記の課題を解決するために、
アンテナに接続して使用され、受信信号と送信信号との入出力に共用されるアンテナ側入出力端子と、
アンテナ側入出力端子につながり、アンテナを介して受信する受信信号を、高域側信号と低域側信号とに分離する分波回路と、
高域側信号を取り扱うために設けられ、分波回路からの、高域側信号の周波数帯に属する分波受信信号を無線電話端末の受信回路側へ出力する受信出力端子と、無線電話端末の送信回路からの高域側信号の周波数帯に属する送信出力信号が入力される送信入力端子とを備え、それら受信出力端子と送信入力端子とのアンテナ側入出力端子に対する接続を切り換えるとともに、当該切り替えを行なうスイッチ素子としてPINダイオードを用いる高域側スイッチ回路と、
低域側信号を取り扱うために設けられ、分波回路からの、低域側信号の周波数帯に属する分波受信信号を無線電話端末の受信回路側へ出力する受信出力端子と、無線電話端末の送信回路からの低域側信号の周波数帯に属する送信出力信号が入力される送信入力端子を備え、それら受信出力端子と送信入力端子とのアンテナ側入出力端子に対する接続を切り替えるとともに、当該切り替えを行なうスイッチ素子として高周波用化合物半導体トランジスタを用いる低域側スイッチ回路と、を有したことを特徴とする。
【0009】
また、本発明の無線電話端末は、上記本発明の高周波信号処理回路と、
該高周波信号処理回路のアンテナ側入出力端子に接続されるアンテナと、
複数の受信出力端子に個別に接続された端末受信帯抽出用バンドパスフィルタ回路及び受信回路と、
送信入力端子に接続される送信回路と、
を備えたことを特徴とする。
【0010】
上記本発明においては、分波回路により分離された高域側信号と低域側信号のうち、高域側信号を取り扱う高域側スイッチ回路のスイッチ素子をPINダイオードにて構成し、低域側信号を取り扱う低域側スイッチ回路のスイッチ素子を周波用化合物半導体トランジスタにて構成した。高周波用化合物半導体トランジスタは高周波数帯の広い周波数領域で良好なアイソレーション特性を確保でき、また、PINダイオードスイッチ回路では必須だった並列共振子や、バイアス回路形成用の周辺コンデンサやコイルも不要である。従って、低域側スイッチ回路の構成が大幅に簡略化され、周波数が低いため(例えば1GHz未満)、大型化を余儀なくされていたコイルの外付けや基板への内層も必要でなくなるので、低域側スイッチ回路のコンパクト化を図ることができる。他方、高域側スイッチ回路は、信号周波数が高いため(例えば1GHz未満)、導通時のインピーダンスが低い高周波用化合物半導体トランジスタをスイッチング素子に用いると、消費電力が増大し、またスイッチ部の発熱も生じやすいので放熱対策を強化しなければならない場合がある。従って、高域側スイッチ回路をPINダイオードスイッチ回路として構成することで、消費電力の低減と発熱の抑制を図ることができる。また、高価な高周波用化合物半導体トランジスタの使用を低域側スイッチ回路に留めることで、高周波信号処理回路全体を安価に構成することができる。
【0011】
高周波用化合物半導体トランジスタは、具体的には化合物半導体電界効果トランジスタにて構成することができる。例えば、GaAs系電界効果トランジスタには、GaAs系MESFET(Metal−Semiconductor Field Effect Transistor)及びHEMT(High Electron Mobility Transistor)などがあり、いずれも無線電話端末が取り扱う800〜3GHzの送受信信号の切替スイッチに用いた場合、ON導通時には通過させるべき高周波送受信信号の低雑音性と高利得とを両立でき、また、OFF遮断時のアイソレーション特性も極めて高いので、本発明に好適に使用できる。GaAs系MESFETは、モノリシックICプロセスによる複数素子の集積化も容易であり(例えばMMIC(Monolithic MicrowaveIntegrated Circuit)、回路の小型化にも有効である。他方、GaAs系HEMTは、GaAs系化合物半導体(AlGaAs、InGaAsを含む)のヘテロ接合により形成される量子的な二次元電子ガス層を電流チャネルとして用いた一種の電界効果型トランジスタであり、電子移動度が極めて高い。このため、高周波域における雑音指数が非常に小さく利得も高い特徴がある(例えば、12GHzでの雑音指数:0.41dB、利得:13dB)。なお、これ以外のデバイスとしては、HBT(Heterobipolar Transistor)を採用することも可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図1は、複数の周波数帯域を扱う無線電話端末の一例である、クワッドバンド型デジタル携帯電話機(以下、単に携帯電話機ともいう)の電気的構成を示すブロック図である。携帯電話機1は、入出力インターフェース11と、これに接続されるCPU12、ROM13及びRAM14等からなる主制御部としての制御用マイクロプロセッサ10を有し、その入出力インターフェース11には、テンキー型の周知のプッシュボタンで構成されたダイアル入力部5、携帯電話機1をオンフック状態とオフフック状態との間で切り替えるオンフック/オフフック切換スイッチ6、及び通信周波数帯を切り替えるバンド切換スイッチ7が接続される。本実施形態では、EGSM、GSM850、PCS及びDCSの4つの通信方式間にて切り替えが可能とされている。各方式に割り当てられた通信周波数帯(端末受信帯と端末送信帯)は、図9及び図10に示す通りである。また、受話器3はアンプ15とD/A変換器16を介して、送話器4はアンプ17とA/D変換器18とを介して、さらに液晶モニタ(LCD)19がモニタ制御回路20を介して、それぞれ入出力インターフェース11に接続されている。
【0013】
また、入出力インターフェース11には電話接続回路9が接続されている。該電話接続回路9は、EGSM用の第一変調部32A、第一送信部33A、第一受信部35A及び第一復調部36A、GSM850用の第二変調部32B、第二送信部33B、第一受信部35B及び第一復調部36B、PCS用の第三変調部32C、第三送信部33C、第三受信部35C及び第三復調部36C、DCS用の第四変調部32D、第四送信部33D、第四受信部35D及び第四復調部36D、通信搬送波を必要な周波数にて合成する周波数シンセサイザ34、本発明の一実施形態をなす高周波信号処理回路2及びこれに接続されるアンテナ39、高周波信号処理回路2に含まれる分波回路44(図2:後述)を経て、各帯域に分波された分波受信信号から、各通信周波数帯における端末受信帯に属した受信信号を抽出する端末受信帯抽出用バンドパスフィルタ回路40A,40B,40C,40D等を含んで構成される。また、図示は省略しているが、電話接続回路9には、ハンドオーバー用の制御用電波発信部も含まれている。
【0014】
上記電話接続回路9の構成要素のうち、高周波信号処理回路2以外の部分は、一般のデジタル携帯電話機と何ら変わりはなく周知であるので、詳細な説明は省略する。また、携帯電話機1の基本動作も周知のものと同様であるが、概略を述べれば以下の通りである。すなわち、送話器4から入力された音声はアンプ17で増幅され、さらにA/D変換器18によりデジタル変換された後、選択された通信周波数帯に対応する変調部(32A〜32D)により変調され、さらに送信部(33A又は33B)にて搬送波と合成・増幅され、高周波信号処理回路2及びアンテナ39から送信される。他方、受信電波はアンテナ39及び高周波信号処理回路2を介して選択された通信周波数帯に対応する受信部(35A〜35DB)で受信され、搬送波成分が取り除かれた後、復調部(36A〜36D)でデジタル音声信号に復調され、D/A変換機16及びアンプ15を介して受話器3から出力される。
【0015】
高周波信号処理回路2は、受信信号と送信信号とを、スイッチ制御用信号(後述するVC1〜VC6:信号制御は制御用マイクロプロセッサ10が行なう)を受けて、時分割方式で切り替える。他方、通信周波数帯の切り替えは、本実施形態ではバンド切換スイッチ7の操作により制御用マイクロプロセッサ10が行なうようにしているが、周波数シンセサイザ34を用いてバンドスキャンを行い、適合する周波数帯に自動切り替えを行なうようにしてもよい。なお、制御用マイクロプロセッサ10が行なう切換処理は、主として、入出力インターフェース11における変調部32A〜32D及び復調部36A〜36Dのポート切換処理、及び周波数シンセサイザ34への指示周波数切換処理等である。
【0016】
次に、図2は、高周波信号処理回路2の電気的構成を示すブロック図である。高周波信号処理回路2は前述の通りアンテナ39に接続して使用されるものであり、アンテナ受信信号とアンテナ送信信号との入出力に共用されるアンテナ側入出力端子ANTと、該アンテナ側入出力端子ANTにつながり、アンテナ39を介して受信する受信信号を、低域側信号▲2▼と高域側信号▲4▼とに分離する分波回路44を備えている。該分波回路44により分波される低域側信号▲2▼と高域側信号▲4▼とは、双方がそれぞれ複数の通信周波数帯、具体的には前者がGSM850とEGSM、後者がPCSとDCSとの各信号を含んだ分波信号とされている。そして、各分波信号の出力側にそれぞれ低域側スイッチ回路42A及び高域側スイッチ回路42Bが設けられている。
【0017】
高域側信号▲4▼は、図2のハイパスフィルタ回路46により抽出・分波され、低域側信号はローパスフィルタ回路45により抽出・分波される。ハイパスフィルタ回路46及びローパスフィルタ回路45は、本実施形態ではいずれもアナログフィルタ回路(ここではLCパッシブフィルタ回路)にて構成されている。分波回路44からの各端末受信帯の受信信号は、各送信部33A〜33Dからアンテナ39に向かう各端末送信帯の送信信号との間で、対応するスイッチ回路42A,42Bにより切り替えられる。
【0018】
図3は、高周波信号処理回路2の詳細を示す回路図である。分波回路44において、ローパスフィルタ回路45は、LCローパスフィルタの要部をなすコンデンサC107と、これに並列に挿入されるコンデンサC108及びコイルL106を含む。コンデンサC108及びコイルL106は、通過帯域より高周波側に減衰極を生じさせる(つまり、フィルタ回路の減衰特性を急峻化させる)LC共振型バンドリジェクトフィルタ回路を構成する。本実施形態では、高域側信号▲4▼と低域側信号▲2▼とを、1GHz前後を境として切り分ける必要があり、コンデンサC107,C108の容量及びコイルL106のインダクタンスも、これに適合するカットオフ周波数及び減衰極位置が得られるように調整される。基本的には、コンデンサC107は、通過帯域では十分インピーダンスが高く、これより高周波側ではインピーダンスが十分低くなるように、容量を調整する。逆に、コイルL106は減衰極の調整機能を十分に果たし、かつ通過帯域の信号を不必要に減衰させないよう、通過帯域では十分インピーダンスが低く、これより高周波側ではインピーダンスが十分高くなるように、インダクタンスを調整する。
【0019】
一方、ハイパスフィルタ回路46は、LCハイパスフィルタの要部をなすコンデンサC207,C208と、これに並列に挿入されるコンデンサC209及びコイルL206を含む。コンデンサC209及びコイルL206は、通過帯域より低周波側に減衰極を生じさせるLC共振型バンドパスフィルタ回路を構成する。コンデンサC207,C208は、通過帯域では十分インピーダンスが低く、これより低周波側ではインピーダンスが十分高くなるように、容量を調整する。他方、コイルL106は、通過帯域では十分インピーダンスが高く、これより低周波側ではインピーダンスが十分低くなるように、インダクタンスを調整する。
【0020】
スイッチ回路42A,42Bは、いずれも送信入力端子TX1TX2/TX3TX4がアンテナ側入出力端子ANTに接続された送信接続モードと、受信出力端子RX1,RX2/RX3,RX4がアンテナ側入出力端子ANTに接続された受信接続モードとの間で相互切り替えを行なうものである。スイッチ回路42Aは低域側信号▲2▼の処理用であり、携帯電話機1(図1)の受信回路(受信部35A/35B、復調部36A/36B)側へ受信信号をそれぞれ出力する受信出力端子RX1(EGSM用),RX2(GSM850用)、携帯電話機1の送信回路(変調部32A/32B、送信部33A/33B)からの送信信号が入力される送信入力端子TX1TX2(EGSM/GSM850共用(後述))とを有し、アンテナ側入出力部ANTに対する受信出力端子RX1,RX2と送信入力端子TX1TX2との接続を切り換えるものである。また、スイッチ回路42Bは高域側信号▲4▼の処理用であり、携帯電話機1(図1)の受信回路(受信部35C/35D、復調部36C/36D)側へ、受信信号をそれぞれ出力する受信出力端子RX3(PCS用),RX4(DCS用)と、携帯電話機1の送信回路(変調部32C/32D、送信部33C/33D)からの送信信号が入力される送信入力端子TX3TX4(PCS/DCS共用(後述))とを有し、アンテナ側入出力部ANTに対する受信出力端子RX3,RX4と送信入力端子TX3TX4との接続を切り換えるものである。
【0021】
低域側スイッチ回路42Aは、アンテナ側入出力部ANTと、受信出力端子RX1、受信出力端子RX2及び送信入力端子TX1TX2とをつなぐ各経路上にドレイン及びソースが接続されたGaAs系MESFET(あるいは複数のMESFETをモノリシック化した素子)よりなるTr1,Tr2,Tr3(本実施形態では、(株)SONY社のCXG1101TNが使用されている)がそれぞれ設けられ、それらトランジスタTr1,Tr2,Tr3のゲートにスイッチ制御用信号VC1,VC2,VC3が個別に入力される。VC1,VC2,VC3はいずれも二値の制御信号であり、送信接続モードでは、送信入力端子TX3TX4に対応したトランジスタTr3のみがONとなり、他はOFFとなるようにVC1,VC2,VC3の入力状態が制御される。また、送信接続モードでは、受信出力端子RX1及び受信出力端子RX2のいずれか一方に対応したトランジスタTr1又はトランジスタTr2が選択的にONとなり、他はOFFとなるようにVC1,VC2,VC3の入力状態が制御される。
【0022】
次に、高域側のスイッチ回路42Bは、PINダイオードスイッチとして構成されている。すなわち、受信出力端子Rx3(PCS用)と送信入力端子Tx3Tx4(PCS/DCS共用(後述))とのアンテナ側入出力部ANTへの接続を個別に切り替えるためのスイッチングダイオードD1,D3が,それぞれ対応する線路上に設けられている。これら線路には、スイッチングダイオードをD1,D3を独立して動作制御するために、該スイッチングダイオードD1,D3にそれぞれバイアス電圧を印加する、スイッチング制御端子VC4,VC6が分岐して設けられている。他方、受信出力端子Rx4(DCS用)の経路上には、上記スイッチングダイオードD1,D3と組み合わされる共振用ダイオードD2が設けられている。
【0023】
ダイオードD1〜D3はいずれもPINダイオードで構成され、順方向バイアス電圧の印加レベルにより、高周波可変抵抗素子として機能するものである。端子VC4及びVC6側に設けられたコイルL1,L3は、バイアス回路の一部をなすものであり、送信入力信号がVC1ないしVC3側に逆流することを阻止するチョークコイルである。コンデンサC1,C3もバイアス回路の一部をなすものであり、ノイズ除去の機能を果たす。さらに、アイソレーション特性を改善するために、スイッチングダイオードD1,D3には、これと並列にコイルL301,L302が接続されている。また、共振用ダイオードD2のカソード側に設けられたコンデンサC2もバイアス回路の一部をなすものであり、ノイズ除去の機能を果たす。また、共振用ダイオードD2のカソード側は、調整抵抗R1を介して接地されている。
【0024】
受信入力端子Rx3に信号出力する際には、端子VC4への順方向バイアス電圧を閾値以上に設定し、端子VC6への順方向バイアス電圧を閾値以下とする。これにより、スイッチングダイオードD1と共振用ダイオードD2とが共振結合して、受信入力端子Rx3の信号通過が許容される(すなわち、スイッチONとなる)。他方、送信入力端子Tx3Tx4は信号通過が遮断される(すなわち、スイッチOFFとなる)。また、送信入力端子Tx3Tx4へ信号入力する際には、端子VC6への順方向バイアス電圧を閾値以上に設定し、端子VC4への順方向バイアス電圧を閾値以下とする。これにより、スイッチングダイオードD3と共振用ダイオードD2とが共振結合して、送信入力端子Tx3Tx4の信号通過が許容され、受信入力端子Rx3の信号通過が遮断される。いずれの場合も、受信出力端子Rx4は、スイッチングダイオードD1ないしD3と共振用ダイオードD2との共振結合により信号通過が遮断された状態となる。一方、VC4,VC6がいずれも閾値以下となっている場合は、スイッチングダイオードD1,D3がいずれも高インピーダンスとなり、共振用ダイオードD2との共振結合も生じないので、受信出力端子Rx4の信号通過が許容される。
【0025】
図2の、端末受信帯抽出用バンドパスフィルタ回路40A(EGSM用:通過帯域880〜960MHz),40B(GSM850用:通過帯域824〜894MHz),40C(PCS用:通過帯域1850〜1990MHz),40D(DCS用:通過帯域1710〜1880MHz)は、受信出力端子RX1、RX2、RX3、RX4に接続され、本実施形態ではいずれも弾性表面波共振器を含んで構成された狭帯域フィルタ回路として構成されている。図5は、そのようなフィルタ回路の一例を示すもので、弾性表面波共振器としてインターディジタルトランスデューサ型(以下、IDT型略称する)共振器が使用されている。IDT共振器は、圧電性セラミック板上に形成された多数対のすだれ状電極の上を、反射・透過しながら伝播する弾性表面波による共振現象を利用するものであり、これを組み込んだ図5のバンドパスフィルタ回路は、その共振周波数の近傍に非常に鋭い狭帯域通過特性を示すものとなる。なお、弾性表面波共振器及びこれを含んだ図5のフィルタ回路自体は、文献(Proc. IEEE, 64, 5, p.685 (1976))により公知になっているので、これ以上の詳細な説明は省略する。なお、IDT型共振器に代えて、キャビティ型共振器を用いた狭帯域フィルタ回路を用いてもよい。
【0026】
なお、図3のスイッチ回路42A,42Bのうち、分波回路44の少なくとも高域側信号▲4▼の出力側に設けられたもの(42A)、本実施形態では高域側信号▲4▼と低域側信号▲2▼との双方の出力側に設けられたもの(42A,42B)の送信入力端子TX1TX2及びTX3TX4は、当該スイッチ回路42A,42Bが取り扱う2つの通信周波数帯において共用化される単一端子として構成されている。図1に示すように、各送信入力端子TX1TX2,TX3TX4への送信信号の入力は、高周波用ローノイズアンプ21,22を介してなされる。
【0027】
送信入力端子TX1TX2,TX3TX4には、それら2つの通信周波数の端末送信帯を包含する通過帯域を有する送信用ローパスフィルタ回路41A、41Bが接続されている。送信側信号の周波数は、周波数シンセサイザにより合成されるため基本的に帯域は狭く、携帯電話機1(図1)の内部的ないし外部的要因に基づくバックグラウンドノイズが除去できれば十分である。従って、図1の、受信側端子RX1〜RX4のように狭帯域のバンドパスフィルタ40A〜40Dを個別に設けなくとも、LCローパスフィルタ回路を用いれば、低レベルのバックグラウンドノイズ程度であれば十分に除去できる。さらに、LCローパスフィルタ回路の通過帯域は比較的広いので、図3のように、2つの通信周波数帯の送信入力端子を共用化して単一端子TX1TX2及び単一端子TX3TX4とし、バックグラウンドノイズ除去用の送信用ローパスフィルタ回路41A、41Bも共用化してしまえば、回路構成を大幅に簡略化できる利点が生ずる。本実施形態においては、送信用ローパスフィルタ回路41A,41Bは、それぞれコンデンサC101〜C103/201〜C203とコイルL101/L201により、分波回路44のローパスフィルタ回路45と同様に構成されている。
【0028】
図3の回路素子は、分波回路44をなすハイパスフィルタ回路46とローパスフィルタ回路45との構成部品、本実施形態では、さらに送信用ローパスフィルタ回路41A,41Bの構成部品が、図4に示すように、回路パターン53,54,55と誘電体層50とが積層された積層体80において、回路パターン53,54,55に組み込まれた形で内層されてなり、かつ、スイッチ回路をなす高周波用化合物半導体トランジスタ51が積層体の表面に実装された構造となっている(積層体に内層されたフィルタは、本実施形態では、いずれもLCフィルタにより構成されている)。これにより、高周波信号処理回路の大幅な小型化が可能となり、携帯電話機1(図1)内での占有スペースを大幅に削減することができる。
【0029】
例えば、抵抗器55(図3の抵抗R1など)を回路に組み込む場合は、図6に示すように、蛇行した細長い導電体層パターンにより形成できる。コンデンサ54は、図7に示すように、誘電体層50を間に挟む形で対向する電極板54a,54bにより形成できる。さらに、コイル53は、複数の誘電体層50にまたがる巻線パターン53aを層間ビア59により接続する形で形成できる。他方、誘電体層50は、例えばホウケイ酸塩鉛ガラスとアルミナからなるガラスセラミック等のセラミックで構成される。積層体80は、誘電体層50の原料となるセラミックグリーンシート上に、導電性ペーストを用いて回路パターンを厚膜印刷し、積層して焼成する方法により製造される。
【0030】
また、本実施形態では、図5に示すように、ハイパスフィルタ回路46あるいはローパスフィルタ回路45,41A,41Bに含まれるコイル53の、積層体80の積層方向における少なくとも片側、本実施形態では両側に、当該コイル53と対向する電極板56が設けられている。そして、それらコイル53と電極板56との間に位置する誘電体層50に、ハイパスフィルタ回路46あるいはローパスフィルタ回路45,41A,41Bの構成要素をなすコンデンサ54が組み込まれている。近年、高周波スイッチ用の積層体80は、部品規格統合の一環としてインピーダンスの統一化が進められており、積層体80全体のインピーダンスレベルを、ある指定値(例えば50Ω)に合わせ込むことが義務付けられるようになってきている。しかしながら、回路パターンの線幅や、作りこまれた素子あるいは接地用電極板などの位置関係によっては寄生キャパシタンスが生じ、インピーダンスの増加を生ずることがある。特に、導電体の分布面積が大きくなりがちなコイル53と接地用等に用いられる大面積の電極板56との間には、高容量の寄生キャパシタンスが生じやすい。従って、上記のインピーダンスを指定値に合わせるには、寄生キャパシタンスを小さくするために、コイル53と電極板56との距離を一定以上に大きく設定すること(例えば150μm以上)が必要となる。この場合、そのままではコイル53と電極板56との間の誘電体層50がデッドスペースとなり、積層体80のサイズが大きくなってしまう問題がある。これは、近年小型化の傾向が著しい携帯電話機の分野では明らかに不利である。そこで、ハイパスフィルタ回路46あるいはローパスフィルタ回路45,41A,41Bのうちの少なくともいずれかの構成要素をなすコンデンサ54を該誘電体層50内に組み込めば、デッドスペースの発生が解消され、積層体80のコンパクト化を図ることができる。
【0031】
上記図3の高周波信号処理回路2及びこれを用いたクワッドバンド型携帯電話機1(図1)によると、低域側スイッチ回路42Aのスイッチ素子を高周波用化合物半導体トランジスタTr1〜Tr3にて構成し、高域側スイッチ回路のスイッチ素子をPINダイオードD1,D3にて構成した。高周波用化合物半導体トランジスタは高周波数帯の広い周波数領域で良好なアイソレーション特性を確保でき、また、PINダイオードスイッチ回路では必須だった並列共振子や、バイアス回路形成用の周辺コンデンサやコイルも不要である。従って、低域側スイッチ回路42Aの構成が大幅に簡略化され、また、周波数が低いため(1GHz未満)、大型化を余儀なくされていたコイルの外付けや基板への内層も必要でなくなるので、低域側スイッチ回路42Aのコンパクト化を図ることができる。他方、高域側スイッチ回路42Bは、信号周波数が高いため(1.5GHz超過)、導通時のインピーダンスが低い高周波用化合物半導体トランジスタをスイッチング素子に用いると、消費電力が増大し、またスイッチ部の発熱も生じやすい。しかし、本実施形態では、その高域側スイッチ回路42BをPINダイオードスイッチ回路として構成することで、消費電力の低減と発熱の抑制を図ることが可能となる。また、高価な高周波用化合物半導体トランジスタの使用を低域側スイッチ回路42Aに留めることで、高周波信号処理回路2の全体を安価に構成することができる。
【0032】
なお、以上説明した実施形態は、クワッドバンド型携帯電話機への適用例にして示したが、トリプルバンド型携帯電話機など、バンド数の異なる他の携帯電話にももちろん適用可能である。また、高周波用化合物半導体トランジスタは、上記実施形態ではMESFETを使用したが、当然、HEMTやHBTにより構成してもよく、また、これらトランジスタを線路や他のデバイスと共に半導体基板(例えばGaAs基板)上に集積した高周波ICとしてスイッチ回路を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の無線電話端末の一実施形態を示す携帯電話機の全体構成を示すブロック図。
【図2】その高周波信号処理回路のブロック図。
【図3】図2の高周波信号処理回路の詳細を示す回路図。
【図4】積層体の構造の一例を示す断面模式図。
【図5】弾性表面波共振器を含んで構成された狭帯域フィルタ回路の一例を示す図。
【図6】積層体における抵抗器の形成態様を示す模式図。
【図7】同じくコンデンサの形成態様を示す模式図。
【図8】同じくコイルの形成態様を示す模式図。
【符号の説明】
1 デジタル携帯電話機(無線電話端末)
2 高周波信号処理回路
32A〜32D 変調部(送信回路)
33A〜33D 送信部(送信回路)
35A〜35D 受信部(受信回路)
36A〜36D 復調部(受信回路)
39 アンテナ
40A,40B,40C,40D 端末受信帯抽出用バンドパスフィルタ回路
41A,41B 送信用ローパスフィルタ
42A 低域側スイッチ回路
D1,D2,D3 PINダイオード
42B 高域側スイッチ回路
Tr1〜Tr3,51 GaAs系MESFET(高周波用化合物半導体トランジスタ)
44 分波回路
45 ローパスフィルタ回路
46 ハイパスフィルタ回路
53,54,55 回路パターン
80 積層体
RX1〜RX4 受信出力端子
TX1TX2,TX3TX4 送信入力端子
ANT アンテナ側入出力端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency signal processing circuit used for a wireless telephone terminal and a wireless telephone terminal using the same. The wireless telephone terminal to which the present invention is applied means any device that performs two-way communication using a wireless telephone network, and has a general meaning such as a mobile phone or a PHS (Personal Handy phone System). Wireless telephones, of course, portable terminal devices such as telephones with built-in terminal functions and portable computers with telephone line connection functions, modems for wireless telephone line connection, and portable computers with such modems. Is also included as a concept.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-165274
[Patent Document 2]
JP 2001-185902 A
[0003]
In the above-described wireless telephone terminal, for example, a digital cellular phone, a high-frequency switch is used to switch between the connection between the antenna and the transmission circuit and the connection between the antenna and the reception circuit. In particular, in recent years, the number of spreads of digital mobile phones has rapidly increased, and new types of communication standards have been set and adopted one after another. With the increase in the number of subscriber lines, the frequency of radio waves to be used has been expanded from the initial several hundred MHz band to the GHz band, and various communication wave number bands (bands) are allocated according to communication systems. .
[0004]
The communication system of the digital mobile phone is different depending on the communication company or country or region. Naturally, it is inconvenient for a user who frequently travels back and forth between regions with different communication systems to carry around a number of telephones corresponding to each system. Since different communication systems may coexist, there is also a desire for the same user to use different communication systems to take advantage of each communication system. Therefore, in order to meet such needs, multi-band telephones capable of handling a plurality of transmission / reception systems of different bands with one telephone have been developed and are becoming widespread (
[0005]
In such a multi-band telephone, a demultiplexing circuit (diplexer) for separating a received signal into a high-frequency signal and a low-frequency signal is provided, and the demultiplexed high-frequency signal and low-frequency signal are separated from each other. Transmission and reception are switched in a time-division manner by independent switch circuits. For example, GSM (Global System for Mobile Communication) is one of the mobile phone standards adopted worldwide. This system was initially generalized in Europe, but in recent years the area of use has been greatly expanded, and various types of GSM systems having different frequency bands and names have been found in various regions. GSM850 is used in North America, and EGSM (Extended Global System for Mobile Communication: GSM900) is used in Europe, Southeast Asia, the Middle East, China, South America, and Africa. In Europe and North America, DCS (Digital Cellular System: GSM1800) and PCS (Personal Communications Service: GSM1900) having similar communication systems but different communication frequency bands are also used. In a multi-band telephone, for example, GSM850 or EGSM is treated as a lower frequency band, and DCS or PCS is treated as a higher frequency band, whereas the latter is a high frequency band exceeding 1.5 GHz. The former is a relatively low frequency band below 1 GHz.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, a switch circuit using a PIN diode has been used for an antenna switch of a mobile phone. In high-frequency switching using a PIN diode, the fact that the PIN diode is in a low-impedance state when the control voltage is forward-biased and is in a high-impedance state equivalent to a small-capacity capacitor when the control voltage is reverse-biased is used. . For this reason, a coil and a capacitor forming a part of the bias circuit are required around the PIN diode, and there is a disadvantage that the circuit becomes complicated. In particular, a switch circuit that handles low-frequency signals needs to use a high-inductance coil as a coil used in a bias circuit, and the coil size must be large. In this case, when the coil is externally attached, the number of components increases, and when the coil is internally provided, the space occupied by the coil is large, and the size of the substrate is increased. In the highly competitive mobile phone arena, however, these are a significant cost disadvantage. In addition, if a large coil is internally formed in a substrate, problems such as easy pickup of noise and easy occurrence of parasitic capacitance with other conductor layers are likely to occur, so that design restrictions are also increased. .
[0007]
An object of the present invention is to provide a switch circuit that can effectively reduce the size of a switch circuit when switching a received signal into a high-band signal and a low-band signal by using a branching circuit. Another object of the present invention is to provide a high-frequency signal processing circuit which is small in size and can be constructed at a low cost, and a wireless telephone terminal using the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
A high-frequency signal processing circuit according to the present invention is a high-frequency signal processing circuit used for a wireless telephone terminal that can be switched between a plurality of communication frequency bands.
An antenna-side input / output terminal that is used by being connected to an antenna and is used for input / output of a reception signal and a transmission signal,
A branching circuit that is connected to the antenna-side input / output terminal and separates a reception signal received via the antenna into a high-frequency signal and a low-frequency signal;
A reception output terminal that is provided to handle the high-frequency side signal and outputs a demultiplexed reception signal belonging to the frequency band of the high-frequency side signal from the demultiplexing circuit to the reception circuit side of the radio telephone terminal; A transmission input terminal to which a transmission output signal belonging to the frequency band of the high-frequency side signal from the transmission circuit is input, and the connection between the reception output terminal and the transmission input terminal to the antenna-side input / output terminal is switched, and A high side switch circuit using a PIN diode as a switch element for performing
A reception output terminal that is provided to handle the low-frequency side signal and that outputs a demultiplexed reception signal belonging to the frequency band of the low-frequency side signal from the demultiplexing circuit to the reception circuit side of the radio telephone terminal; A transmission input terminal to which a transmission output signal belonging to the frequency band of the low-frequency side signal from the transmission circuit is provided, and the connection between the reception output terminal and the transmission input terminal with respect to the antenna-side input / output terminal is switched. And a low-frequency side switch circuit using a high-frequency compound semiconductor transistor as a switching element to be performed.
[0009]
Further, the wireless telephone terminal of the present invention includes the high-frequency signal processing circuit of the present invention,
An antenna connected to an antenna-side input / output terminal of the high-frequency signal processing circuit;
A terminal reception band extraction bandpass filter circuit and a reception circuit individually connected to a plurality of reception output terminals,
A transmission circuit connected to the transmission input terminal;
It is characterized by having.
[0010]
In the present invention, the switch element of the high-frequency side switch circuit that handles the high-frequency side signal among the high-frequency side signal and the low-frequency side signal separated by the demultiplexing circuit is configured by a PIN diode, The switching element of the low-frequency side switching circuit that handles signals is configured by a compound semiconductor transistor for frequency. High-frequency compound semiconductor transistors can secure good isolation characteristics over a wide frequency range in the high-frequency band, and do not require parallel resonators, which are essential for PIN diode switch circuits, and peripheral capacitors and coils for forming bias circuits. is there. Therefore, the configuration of the low-frequency side switch circuit is greatly simplified, and since the frequency is low (for example, less than 1 GHz), the external mounting of the coil and the inner layer on the substrate, which have been forced to be large, are not required. The size of the side switch circuit can be reduced. On the other hand, since the high-frequency side switch circuit has a high signal frequency (for example, less than 1 GHz), when a high-frequency compound semiconductor transistor having a low impedance at the time of conduction is used for the switching element, power consumption increases and heat generation of the switch part also increases. Because it is likely to occur, heat dissipation measures may need to be strengthened. Therefore, by configuring the high-frequency side switch circuit as a PIN diode switch circuit, it is possible to reduce power consumption and suppress heat generation. In addition, by using expensive high-frequency compound semiconductor transistors in the low-frequency side switch circuit, the entire high-frequency signal processing circuit can be configured at low cost.
[0011]
The high-frequency compound semiconductor transistor can be specifically composed of a compound semiconductor field-effect transistor. For example, GaAs-based field-effect transistors include GaAs-based MESFETs (Metal-Semiconductor Field Effect Transistors) and HEMTs (High-Electron Mobility Transistors). When used, both low noise and high gain of a high frequency transmission / reception signal to be passed when ON is conducted can be achieved, and the isolation characteristics when OFF is cut off are extremely high. A GaAs-based MESFET is easy to integrate a plurality of elements by a monolithic IC process (for example, MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit), and is also effective for miniaturization of a circuit. On the other hand, a GaAs-based HEMT is a GaAs-based compound semiconductor (AlGaAs). , And InGaAs), a kind of field-effect transistor using a quantum two-dimensional electron gas layer formed by a heterojunction as a current channel, and having extremely high electron mobility. (E.g., a noise figure at 12 GHz: 0.41 dB, gain: 13 dB), and an HBT (Heterobipolar Transistor) as another device. To be possible.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating an electrical configuration of a quad-band digital mobile phone (hereinafter, also simply referred to as a mobile phone), which is an example of a wireless telephone terminal that handles a plurality of frequency bands. The
[0013]
The input /
[0014]
The components other than the high-frequency
[0015]
The high-frequency
[0016]
Next, FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the high-frequency
[0017]
The high band side signal {circle around (4)} is extracted and demultiplexed by the high
[0018]
FIG. 3 is a circuit diagram showing details of the high-frequency
[0019]
On the other hand, the high-
[0020]
Each of the
[0021]
The low band
[0022]
Next, the high frequency
[0023]
Each of the diodes D1 to D3 is formed of a PIN diode, and functions as a high-frequency variable resistance element according to the applied level of a forward bias voltage. The coils L1 and L3 provided on the terminals VC4 and VC6 form a part of a bias circuit, and are choke coils for preventing a transmission input signal from flowing back to the VC1 to VC3. The capacitors C1 and C3 also form part of a bias circuit, and perform a function of removing noise. Further, in order to improve the isolation characteristics, coils L301 and L302 are connected in parallel with the switching diodes D1 and D3. The capacitor C2 provided on the cathode side of the resonance diode D2 also forms a part of the bias circuit, and performs a function of removing noise. The cathode side of the resonance diode D2 is grounded via the adjustment resistor R1.
[0024]
Receive input terminal R x3 When a signal is output to the terminal VC4, the forward bias voltage to the terminal VC4 is set to a threshold or more, and the forward bias voltage to the terminal VC6 is set to a threshold or less. As a result, the switching diode D1 and the resonance diode D2 are resonantly coupled, and the reception input terminal R x3 Is allowed (that is, the switch is turned ON). On the other hand, the transmission input terminal T x3 T x4 Is interrupted (that is, the switch is turned off). Also, the transmission input terminal T x3 T x4 When a signal is input to the terminal VC6, the forward bias voltage to the terminal VC6 is set to a threshold or more, and the forward bias voltage to the terminal VC4 is set to a threshold or less. As a result, the switching diode D3 and the resonance diode D2 are resonantly coupled, and the transmission input terminal T x3 T x4 Is allowed to pass through, and the reception input terminal R x3 Signal is blocked. In any case, the reception output terminal R x4 Is in a state where signal passage is blocked by the resonance coupling between the switching diodes D1 to D3 and the resonance diode D2. On the other hand, when both VC4 and VC6 are equal to or lower than the threshold value, the switching diodes D1 and D3 both have high impedance, and no resonance coupling with the resonance diode D2 occurs. x4 Is allowed to pass through.
[0025]
2, the terminal reception band extraction band-
[0026]
Note that, of the
[0027]
Transmission input terminal T X1 T X2 , T X3 T X4 Are connected to transmission low-
[0028]
The circuit elements shown in FIG. 3 are components of a high-
[0029]
For example, when the resistor 55 (such as the resistor R1 in FIG. 3) is incorporated in a circuit, it can be formed by a meandering elongated conductor layer pattern as shown in FIG. As shown in FIG. 7, the
[0030]
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, at least one side of the
[0031]
According to the high-frequency
[0032]
Although the embodiment described above has been described as an example of application to a quad-band mobile phone, it is of course applicable to other mobile phones having different numbers of bands, such as a triple-band mobile phone. Further, although the MESFET is used as the high-frequency compound semiconductor transistor in the above-described embodiment, it is needless to say that the transistor may be constituted by HEMT or HBT, and these transistors may be formed on a semiconductor substrate (for example, a GaAs substrate) together with lines and other devices. The switch circuit may be configured as a high-frequency IC integrated in the IC.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a mobile phone showing one embodiment of a wireless telephone terminal of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of the high-frequency signal processing circuit.
FIG. 3 is a circuit diagram showing details of the high-frequency signal processing circuit of FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the structure of a laminate.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a narrow-band filter circuit including a surface acoustic wave resonator.
FIG. 6 is a schematic view showing a state in which a resistor is formed in a laminate.
FIG. 7 is a schematic view showing a manner of forming a capacitor.
FIG. 8 is a schematic view showing a manner of forming a coil.
[Explanation of symbols]
1. Digital mobile phones (wireless telephone terminals)
2 High frequency signal processing circuit
32A to 32D modulation unit (transmission circuit)
33A to 33D transmission unit (transmission circuit)
35A to 35D receiving unit (receiving circuit)
36A to 36D demodulation unit (receiving circuit)
39 antenna
40A, 40B, 40C, 40D Band-pass filter circuit for terminal reception band extraction
41A, 41B Low-pass filter for transmission
42A low frequency side switch circuit
D1, D2, D3 PIN diode
42B high frequency side switch circuit
Tr1 to Tr3, 51 GaAs MESFET (high frequency compound semiconductor transistor)
44 demultiplexing circuit
45 Low-pass filter circuit
46 High-pass filter circuit
53,54,55 circuit pattern
80 laminate
R X1 ~ R X4 Receive output terminal
T X1 T X2 , T X3 T X4 Transmission input terminal
ANT antenna input / output terminal
Claims (4)
アンテナに接続して使用され、受信信号と送信信号との入出力に共用されるアンテナ側入出力端子と、
前記アンテナ側入出力端子につながり、前記アンテナを介して受信する受信信号を、高域側信号と低域側信号とに分離する分波回路と、
前記高域側信号を取り扱うために設けられ、前記分波回路からの、前記高域側信号の周波数帯に属する分波受信信号を前記無線電話端末の受信回路側へ出力する受信出力端子と、前記無線電話端末の送信回路からの前記高域側信号の周波数帯に属する送信出力信号が入力される送信入力端子とを備え、それら受信出力端子と送信入力端子との前記アンテナ側入出力端子に対する接続を切り換えるとともに、当該切り替えを行なうスイッチ素子としてPINダイオードを用いる高域側スイッチ回路と、
前記低域側信号を取り扱うために設けられ、前記分波回路からの、前記低域側信号の周波数帯に属する分波受信信号を前記無線電話端末の受信回路側へ出力する受信出力端子と、前記無線電話端末の送信回路からの前記低域側信号の周波数帯に属する送信出力信号が入力される送信入力端子を備え、それら受信出力端子と送信入力端子との前記アンテナ側入出力端子に対する接続を切り替えるとともに、当該切り替えを行なうスイッチ素子として高周波用化合物半導体トランジスタを用いる低域側スイッチ回路と、
を有したことを特徴とする高周波信号処理回路。A high-frequency signal processing circuit used in a wireless telephone terminal switchable between a plurality of communication frequency bands,
An antenna-side input / output terminal that is used by being connected to an antenna and is used for input / output of a reception signal and a transmission signal,
A branching circuit that is connected to the antenna-side input / output terminal and separates a reception signal received via the antenna into a high-frequency signal and a low-frequency signal,
A reception output terminal that is provided for handling the high-frequency side signal, and that outputs a demultiplexed reception signal belonging to a frequency band of the high-frequency side signal from the demultiplexing circuit to a reception circuit side of the wireless telephone terminal. A transmission input terminal to which a transmission output signal belonging to a frequency band of the high-frequency side signal from the transmission circuit of the radio telephone terminal is input, and the reception output terminal and the transmission input terminal of the antenna side input / output terminal A high-frequency side switch circuit that switches a connection and uses a PIN diode as a switch element for performing the switching;
A reception output terminal that is provided for handling the low-frequency signal and that outputs a demultiplexed reception signal belonging to a frequency band of the low-frequency signal from the demultiplexing circuit to a reception circuit side of the wireless telephone terminal; A transmission input terminal to which a transmission output signal belonging to a frequency band of the low-frequency side signal from the transmission circuit of the wireless telephone terminal is input, and connection of the reception output terminal and the transmission input terminal to the antenna-side input / output terminal And a low-frequency switch circuit using a high-frequency compound semiconductor transistor as a switch element for performing the switching,
A high-frequency signal processing circuit comprising:
該高周波信号処理回路の前記アンテナ側入出力端子に接続されるアンテナと、
前記複数の受信出力端子に個別に接続された端末受信帯抽出用バンドパスフィルタ回路及び前記受信回路と、
前記送信入力端子に接続される送信回路と、
を備えたことを特徴とする無線電話端末。A high-frequency signal processing circuit according to any one of claims 1 to 3,
An antenna connected to the antenna-side input / output terminal of the high-frequency signal processing circuit;
A terminal reception band extraction band-pass filter circuit and the reception circuit individually connected to the plurality of reception output terminals,
A transmission circuit connected to the transmission input terminal;
A wireless telephone terminal comprising:
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JP2006128881A (en) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Kyocera Corp | Diplexer |
US7499678B2 (en) | 2004-12-27 | 2009-03-03 | Hitachi Media Electronics Co., Ltd. | Antenna sharing device and wireless communication terminal using the same |
-
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- 2002-12-10 JP JP2002358016A patent/JP2004193858A/en active Pending
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