JP2006135835A - Electronic component for high frequency signal processing and wireless communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯電話機等の無線通信システムに使用され高周波の受信信号を周波数変換する高周波信号処理用半導体集積回路やバンドパスフィルタを組み込んだ電子部品に適用して有効な技術に関し、特にVCO(電圧制御発振回路)および該VCOからの局部発振信号とバンドパスフィルタを通した高周波受信信号とを合成して直接音声周波数帯の信号に変換するミキサを有するダイレクトダウンコンバージョン方式の高周波信号処理用半導体集積回路を組み込んだ高周波信号処理用電子部品(RFモジュール)に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a technology that is effective when applied to an electronic component incorporating a high-frequency signal processing semiconductor integrated circuit or a band-pass filter, which is used in a radio communication system such as a cellular phone and converts a high-frequency received signal. Voltage-controlled oscillation circuit) and a direct down-conversion high-frequency signal processing semiconductor having a mixer that synthesizes a local oscillation signal from the VCO and a high-frequency reception signal that has passed through a band-pass filter and directly converts the signal to a signal in the audio frequency band The present invention relates to a technique effective when applied to a high-frequency signal processing electronic component (RF module) incorporating an integrated circuit.
携帯電話機のような無線通信システム(移動体通信システム)においては、受信信号や送信信号に高周波の局部発振信号を合成して周波数のダウンコンバートやアップコンバートを行なったり、送信信号の変調や受信信号の復調を行なったりする半導体集積回路(以下、高周波信号処理用ICと称する)が用いられている。 In a wireless communication system (mobile communication system) such as a cellular phone, a received signal or a transmission signal is combined with a high-frequency local oscillation signal to down-convert or up-convert the frequency, or the transmission signal is modulated or received. A semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as a high-frequency signal processing IC) is used.
従来、かかる高周波信号処理用ICには、高周波受信信号を一旦中間周波数の信号に周波数変換した後、音声周波数帯の信号に変換するとともに音声周波数帯の送信信号を一旦中間周波数の信号に周波数変換した後、送信周波数の信号に周波数変換するスーパーヘテロダイン方式の高周波信号処理用IC(特許文献1)や、送信信号で中間周波数の発振信号を変調した後、送信用のVCOからのフィードバック信号とRF−VCOの発振信号とを合成して中間周波数の信号を生成してこの信号と変調後の信号の位相を比較して送信用VCOの発振制御信号を生成して制御するいわゆるオフセットPLL方式の高周波IC(特許文献2)がある。 Conventionally, in such a high frequency signal processing IC, a high frequency reception signal is once converted into an intermediate frequency signal, and then converted into an audio frequency band signal, and a transmission signal in the audio frequency band is once converted into an intermediate frequency signal. After that, a super-heterodyne high-frequency signal processing IC (Patent Document 1) that converts the frequency to a transmission frequency signal or after modulating an intermediate frequency oscillation signal with the transmission signal, a feedback signal from the VCO for transmission and the RF A so-called offset PLL type high frequency signal that generates an intermediate frequency signal by synthesizing the oscillation signal of the VCO and compares the phase of this signal with the modulated signal to generate and control an oscillation control signal of the transmission VCO. There is an IC (Patent Document 2).
スーパーヘテロダイン方式の高周波信号処理用ICやオフセットPLL方式の高周波信号処理用ICは、回路規模が大きくなるため、ICの小型化を図る上では不適当であり、ダイレクトコンバージョン方式が有効である。 The superheterodyne type high frequency signal processing IC and the offset PLL type high frequency signal processing IC are unsuitable for downsizing the IC because the circuit scale is large, and the direct conversion method is effective.
ところで、携帯電話機の分野においては、本体の小型化を図るためシステムを構成する電子部品に対する小型化や部品点数の削減の要求が高い。そのため、高周波信号処理用ICに送受信信号と合成される発振信号を発生するVCOを内蔵したり、高周波信号処理用ICや受信信号から不要波を除去するSAWフィルタのようなバンドパスフィルタおよびインピーダンス整合回路をセラミックのような絶縁基板上に実装した部品(一般にRFモジュールと呼ばれている)として提供する技術の開発が行なわれている。
モジュールの小型化を達成するには、モジュールを構成するIC(半導体集積回路)や素子などの部品の小型化が重要であることはもちろん、各部品間のスペースを少なくすることも大切である。ところが、部品間のスペースを少なくすればするほどモジュールの端子(パッド)とICチップのパッドとを結ぶ配線の間隔が狭くなり、信号の漏洩が生じ易くなるという問題がある。 In order to achieve miniaturization of the module, it is important not only to miniaturize parts such as IC (semiconductor integrated circuit) and elements constituting the module, but also to reduce the space between the parts. However, there is a problem that the smaller the space between the components, the narrower the interval between the wirings connecting the module terminals (pads) and the IC chip pads, and the more likely the signal leakage occurs.
本発明者らは、VCOを内蔵した高周波信号処理用ICとSAWフィルタおよびインピーダンス整合回路をセラミック基板上に実装したRFモジュールを提供すべく設計および試作を行ない、GSM(Global System for Mobile Communication)の規格で規定されているAMサプレッション特性について評価を行なった。AMサプレッション特性は、希望波を受信しているときに妨害波が強制入力された場合に、妨害波によって希望波が聞こえにくくなる度合いを示す指標である。 The present inventors have designed and prototyped to provide an RF module in which a high frequency signal processing IC with a built-in VCO, a SAW filter, and an impedance matching circuit are mounted on a ceramic substrate. The GSM (Global System for Mobile Communication) The AM suppression characteristics defined in the standard were evaluated. The AM suppression characteristic is an index indicating the degree of difficulty in hearing a desired wave due to the jamming wave when the jamming wave is forcibly input while receiving the desired wave.
本発明者らが試作したRFモジュールは、モジュールを構成する高周波信号処理用IC単独ではAMサプレッション特性が規格を満たしていても、これを実装したモジュールはAMサプレッション特性が規格を満たさなくなるという課題があることが分かった。そこで、その原因を究明すべく種々の実験を行なった。その結果、入力信号に含まれる妨害波がミキサやVCOなどの電源ラインを回り込んで発振信号側に漏洩するため、AMサプレッション特性が劣化していることを見出した。 The RF module prototyped by the present inventors has a problem that the AM suppression characteristic does not satisfy the standard even if the high frequency signal processing IC constituting the module alone satisfies the AM suppression characteristic. I found out. Therefore, various experiments were conducted to investigate the cause. As a result, it has been found that the AM suppression characteristic is deteriorated because the interference wave included in the input signal goes around the power source line such as the mixer or the VCO and leaks to the oscillation signal side.
この発明の目的は、妨害波の漏洩によるAMサプレッション特性の劣化を防止することができるようにした高周波電力増幅用電子部品(RFモジュール)を提供することにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
An object of the present invention is to provide a high-frequency power amplification electronic component (RF module) capable of preventing deterioration of AM suppression characteristics due to leakage of interference waves.
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、受信信号から不要波を除去するSAWフィルタのようなバンドパスフィルタとインピーダンス整合回路並びに受信信号と合成される局部発振信号を発生する発振回路(VCO)および該発振回路からの信号とバンドパスフィルタを通過した受信信号とを合成して周波数変換(ダウンコンバート)するミキサを内蔵した高周波信号処理用ICを絶縁基板上に実装した高周波信号処理用電子部品(RFモジュール)において、少なくともミキサ回路に電源電圧を供給する電源ラインもしくはグランドラインの途中および発振回路の電源ラインもしくはグランドラインの途中にインダクタンス成分を有する素子を挿入するようにしたものである。また、高周波信号処理用ICが、発振回路とミキサとの間に発振信号を分周した信号を増幅するバッファを有する場合、ミキサの電源ラインもしくはグランドラインの途中およびバッファの電源ラインもしくはグランドラインの途中にインダクタンス成分を有する素子を介在させるようにしても良い。
Outlines of representative ones of the inventions disclosed in the present application will be described as follows.
That is, a band-pass filter such as a SAW filter that removes unwanted waves from the received signal, an impedance matching circuit, an oscillation circuit (VCO) that generates a local oscillation signal combined with the received signal, and a signal from the oscillation circuit and the band-pass In a high-frequency signal processing electronic component (RF module) in which a high-frequency signal processing IC having a built-in mixer that synthesizes the received signal that has passed through the filter and performs frequency conversion (down-conversion) is mounted on an insulating substrate, at least the mixer circuit An element having an inductance component is inserted in the middle of the power supply line or ground line for supplying the power supply voltage and in the middle of the power supply line or ground line of the oscillation circuit. Further, when the high-frequency signal processing IC has a buffer for amplifying the signal obtained by dividing the oscillation signal between the oscillation circuit and the mixer, the mixer power supply line or ground line and the buffer power supply line or ground line You may make it interpose the element which has an inductance component in the middle.
上記した手段によれば、信号入力端子側に妨害波が強制入力された場合に妨害波がミキサやVCOなどの電源ラインを回り込んで局部発振信号の入力パス側に漏洩するのをインダクタンス成分を有する素子によって抑制することができ、これによってGSM規格で規定されているAMサプレッション特性の劣化を防止することができる。 According to the above-described means, when an interference wave is forcibly input to the signal input terminal side, the interference component wraps around the power source line such as a mixer or VCO and leaks to the input path side of the local oscillation signal. This can be suppressed by the element having the same, and this can prevent the deterioration of the AM suppression characteristic defined in the GSM standard.
ここで、本発明を適用すると好適なRFモジュールは、VCOからの局部発振信号とバンドパスフィルタを通した高周波受信信号とを合成して直接音声周波数帯の信号に変換するミキサを有するダイレクトコンバージョン方式の高周波信号処理用ICを組み込んだRFモジュールである。スーパーヘテロダイン方式やオフセットPLL方式の高周波信号処理用ICは、複数のVCOやループフィルタを必要としていてチップサイズが大きいとともに外付け素子数も多いためモジュールが比較的大きくなるのに対して、ダイレクトコンバージョン方式の高周波信号処理用ICを組み込んだRFモジュールは小型化が容易であり、それによってモジュール基板上の素子や配線の密度が高くなって信号の漏洩が生じ易くなるからである。 Here, an RF module suitable for application of the present invention is a direct conversion system having a mixer that synthesizes a local oscillation signal from a VCO and a high-frequency received signal that has passed through a band-pass filter and directly converts the signal into a signal in the audio frequency band. RF module incorporating a high frequency signal processing IC. Super heterodyne and offset PLL high frequency signal processing ICs require multiple VCOs and loop filters, have a large chip size and a large number of external elements. This is because an RF module incorporating a high-frequency signal processing IC of this type can be easily reduced in size, thereby increasing the density of elements and wiring on the module substrate and causing signal leakage.
さらに、本発明を適用すると好適なRFモジュールは、高周波信号処理用ICが内部回路に応じて複数の電源パッドを有し、バンドパスフィルタや高周波信号処理用ICが実装される絶縁基板が、各々表面もしくは表裏に配線となる導電パターンが形成された複数の基板を積層した多層基板により構成されているモジュールである。多層基板を用いることによりモジュールの小型化が容易となる一方、多層基板を用いると複数の電源パッドを有する高周波信号処理用IC内の各回路に電源電圧を供給する電源ラインの間隔が狭くなり、本発明が解決しようとする妨害波の漏洩が生じ易くなるからである。 Furthermore, an RF module suitable for application of the present invention is such that the high frequency signal processing IC has a plurality of power supply pads according to the internal circuit, and the insulating substrate on which the band pass filter and the high frequency signal processing IC are mounted, This is a module composed of a multilayer substrate in which a plurality of substrates on which conductive patterns to be wirings are formed on the front surface or the front and back are laminated. The use of the multilayer substrate facilitates the miniaturization of the module, while the use of the multilayer substrate reduces the interval between the power supply lines that supply the power supply voltage to each circuit in the high frequency signal processing IC having a plurality of power supply pads. This is because the leakage of the interference wave to be solved by the present invention is likely to occur.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本発明に従うと、妨害波の漏洩によるAMサプレッション特性の劣化を防止することができるようにした高周波電力増幅用電子部品(RFモジュール)を実現することができる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
That is, according to the present invention, it is possible to realize a high-frequency power amplification electronic component (RF module) that can prevent deterioration of AM suppression characteristics due to leakage of interference waves.
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明を適用した高周波電力増幅用電子部品(RFモジュール)並びにそれを用いた無線通信システムの構成例を示すブロック図である。なお、本明細書においては、表面や内部にプリント配線が施されたセラミック基板のような絶縁基板に複数の半導体チップとディスクリート部品が実装されて上記プリント配線やボンディングワイヤで各部品が所定の役割を果たすように結合されることであたかも一つの電子部品として扱えるように構成されたものをモジュールと称する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a high frequency power amplification electronic component (RF module) to which the present invention is applied and a radio communication system using the same. In this specification, a plurality of semiconductor chips and discrete components are mounted on an insulating substrate such as a ceramic substrate with printed wiring on the surface or inside, and each component has a predetermined role in the printed wiring or bonding wire. A module that can be handled as one electronic component is called a module.
図1の無線通信システムは、信号電波を送受信するアンテナANTと、送信と受信を切り替えるスイッチ110および送信信号を電力増幅してアンテナへ出力する高周波電力増幅器(パワーアンプ)120を含むフロントエンドモジュール100と、受信信号をダウンコンバートしたり送信信号をアップコンバートしたりする高周波信号処理用IC210を有するRFモジュール200と、送信信号および受信信号のベースバンド処理を行なうベースバンド回路300とから構成されている。ベースバンド回路300はマイクロプロセッサやDPSなどを含み1個あるいは数個のICで構成され、フロントエンドモジュール100やRFモジュール200を制御する機能も有するようにされる。
The wireless communication system of FIG. 1 includes a
RFモジュール200は、絶縁基板上に、上記高周波信号処理用IC210の他、受信信号から不要波を除去するバンドパスフィルタ221を構成する素子、バンドパスフィルタ221と高周波信号処理用IC210との間のインピーダンス整合を行なうインピーダンス整合回路222を構成する素子、送信信号から高調波成分を除去するバンドパスフィルタ261を構成する素子、バンドパスフィルタ261とパワーアンプ120との間のインピーダンス整合を行なうインピーダンス整合回路262を構成する素子が実装されている。
The
特に制限されるものでないが、この実施例のRFモジュールでは、受信側のバンドパスフィルタ221はSAWフィルタにより構成され、送信側のバンドパスフィルタ261は容量素子と抵抗素子とで構成されている。また、インピーダンス整合回路222,262は、ディスクリート部品からなる容量素子やインダクタンス素子により構成され、それらの素子が半田付け等により絶縁基板上に実装されている。インピーダンス整合回路222,262は、基板表面に形成されたマイクロストリップラインなどからなる伝送線路と該伝送線路の所定の箇所と接地点との間に接続された容量素子とから構成することも可能である。また、容量素子は、基板が複数の誘電体板を積層してなる多層構造をなす場合、いずれかの誘電体板の表裏に形成された導体層を電極とする内挿容量を用いて構成することができる。
Although not particularly limited, in the RF module of this embodiment, the reception-
高周波信号処理用IC210は、受信系回路230と、送信系回路240と、送受信系に共通の制御系回路250とで構成される。特に制限されるものでないが、この実施例の高周波信号処理用IC210の受信系回路230は、GSM規格の周波数帯の受信信号を直接音声周波数帯の信号にダウンコンバートするダイレクトコンバージョン方式の回路とされている。送信系回路240も音声周波数帯の送信信号を直接最終搬送波の送信周波数の信号にアップコンバートするダイレクトコンバージョン方式とされている。
The high-frequency
受信系回路230は、受信信号を増幅するロウノイズアンプ(LNA)231や、該ロウノイズアンプ231で増幅された受信信号に分周回路254で生成された直交信号をミキシングすることで復調およびダウンコンバートを行なうミキサMIX1,MIX2からなる復調&周波数変換回路232、復調されたI,Q信号をそれぞれ増幅してベースバンド回路300へ出力する高利得増幅回路233a,233b、増幅された信号から不要波を除去するロウパスフィルタLPF1,LPF2などから構成される。ミキサMIX1,MIX2は、受信信号の周波数をf0、分周回路254側からの信号φLの周波数をf0Lとおくと、周波数差f0−f0Lに相当する周波数成分が最も大きな信号を出力する。本実施例では、数GHzの受信信号に対して周波数差f0−f0Lが数10〜数100kHzになるように局部発振回路(RFVCO)252の発振周波数が設定されるため、f0≒f0Lである。
この実施例の高周波信号処理用ICにおいては、局部発振回路(RFVCO)252により生成された発振信号を送受信で共有するように構成されている。
The
The high-frequency signal processing IC of this embodiment is configured to share the oscillation signal generated by the local oscillation circuit (RFVCO) 252 for transmission and reception.
制御系回路250には、チップ内部の制御信号を生成する制御回路251、ミキサMIX1,MIX2において受信信号と合成される信号及びミキサMIX3,MIX4において送信される信号と合成される信号を生成する局部発振回路252、局部発振回路252とともにPLL回路を構成するRFシンセサイザ253、局部発振回路252からの信号を分周しつつ90°位相をシフトした信号を生成する分周回路254,255、分周された信号を増幅してミキサMIX1,MIX2へ供給するバッファ256などが含まれる。局部発振回路252は、送信に必要な3296〜3820MHzの発振信号と受信に必要な3476〜3980MHzの発振信号φRFを生成可能なVCO(電圧制御発振回路)により構成されている。
The
送信系回路240は、ベースバンド回路300から供給されるI信号とQ信号をそれぞれ減衰するアッネータもしくは増幅するアンプからなる入力回路241a,241b、減衰もしくは増幅されたI信号およびQ信号から高調波成分を除去するロウパスフィルタLPF3,LPF4からなるフィルタ部242と、フィルタリングされたI信号およびQ信号と分周回路255からの互いに位相が90°異なる直交信号とを合成して直交変調とアップコンバートを同時に行なうミキサMIX3,MIX4からなる変調&周波数変換部243と、変調された信号を増幅して出力する増幅部244、ベースバンド回路300から供給される出力レベル制御信号Vcontとパワーアンプ120から供給される出力検出信号Vdetとから増幅部244の利得を制御する利得制御回路245などから構成される。
The
変調&周波数変換部243の後段の増幅部244は、GMSK変調を行なうGSMモード用のリミッタ機能を有するリミッタアンプLIMと、8−PSK変調を行なうEDGEモード用の利得可変アンプVGAとが設けられている。リミッタアンプLIMと利得可変アンプVGAのいずれを選択するかの指定は、ベースバンド回路300からの指令に応じて制御回路251から出力される選択モードを示す制御信号S1によって行なわれる。具体的には、GMSK変調モードの際には、制御信号S1によりリミッタアンプLIMが選択され、8−PSK変調モードの送信の際には、利得可変アンプVGAが選択される。特に制限されるものでないが、これらの制御信号S1はフロントエンドモジュール100へも供給されて、パワーアンプ120のバイアス点等を設定するのにも使用される。
The amplifying
また、ベースバンド回路300からは高周波信号処理用IC210の利得制御回路245に対して、利得可変アンプVGAのゲインを制御する制御電圧Vcontが供給される。GSMの規格では、送信信号の出力電力が、所定のタイムマスク内に収まらなければならないことが規定されている。この実施例の無線通信システムでは、制御電圧Vcontで利得可変アンプVGAのゲインを制御することでタイムマスク内での出力レベルの立ち上げ、立ち下げを実現するように構成されている。
The
なお、本実施例の高周波信号処理用IC210は、制御回路251にレジスタが設けられ、このレジスタはベースバンド回路300からの信号に基づいて設定が行なわれるように構成されている。具体的には、ベースバンド回路300から高周波信号処理用IC210に対して同期用のクロック信号CLKと、データ信号DATAと、制御信号としてのロードイネーブル信号LEとが供給されており、制御回路251は、ロードイネーブル信号LEが有効レベルにアサートされると、ベースバンド回路300から伝送されて来るデータ信号DATAをクロック信号CLKに同期して順次取り込んで、上記レジスタにセットする。特に制限されるものでないが、データ信号DATAはシリアルで伝送される。
In the high-frequency
図2は、本発明を適用したRFモジュール200の受信系回路230の第1の実施例の要部を示す。
この実施例では、高周波信号処理用IC210のチップ上において、周波数変換回路232(ミキサMIX1,2)の電源電圧端子T1と局部発振回路252の電源電圧端子T2とが別個の端子として設けられている。また、この高周波信号処理用IC210が実装されたセラミック基板211上においても、周波数変換回路232用の電源パッドP1と局部発振回路252の電源パッドP2とが別個のパッドとして設けられ、それぞれ別個の電源ライン212a,212bにてT1とP1およびT2とP2が接続されてモジュール外部から印加される電源電圧VccがP1からT1、P2からT2へ供給されるように構成されている。そして、これらの電源ライン212a,212bの途中にはそれぞれインダクタL1,L2が挿入されている。インダクタL1,L2の最適なインダクタンス値は、数nH〜10数nHである。
FIG. 2 shows a main part of a first embodiment of the receiving
In this embodiment, on the chip of the high-frequency
インダクタL1,L2が挿入されていないモジュールにおいては、ロウノイズアンプ(LNA)231側から周波数変換回路232へ、図3(A)のように周波数foの希望波W0とともに該希望波から±6MHz離れた周波数fb1及びfb2を有し希望波よりも強度の大きな妨害波Wbが入力された場合、妨害波の周波数成分は周波数変換回路232の電源ライン212aを通って、該電源ライン212aと局部発振回路252の電源ライン212bとの間のカップリング容量Cs−電源ライン212b−分周回路254−バッファ256のパスを通って周波数foLの局部発振信号φLに重畳されて、図3(B)のように、比較的大きな強度の周波数fbL1,fbL2の妨害波のリーク成分(スプリアス信号)が周波数変換回路232に入力され、周波数変換回路232の出力に妨害波の成分が現われてしまう。
In a module in which the inductors L1 and L2 are not inserted, the low-noise amplifier (LNA) 231 side moves from the desired wave to the
これに対し、電源ライン212a,212bの途中にインダクタL1,L2を挿入した実施例のモジュールにおいては、ロウノイズアンプ231側から周波数変換回路232へ、周波数foの希望波W0とともに図3(A)のような周波数fb1及びfb2の妨害波Wbが入力された場合、妨害波のリーク成分は電源ライン212a,212bの途中のインダクタL1,L2によって減衰されて、図3(C)のように比較的小さな強度の周波数fbL1’,fbL2’ の妨害波のリーク成分(スプリアス信号)として、周波数foLの局部発振信号φLに重畳されて周波数変換回路232に入力されるに過ぎないため、周波数変換回路232の出力に妨害波の成分がほとんど現われないようになる。そのため、GSMの規格で規定されているAMサプレッション特性の劣化が減少されるようになる。
On the other hand, in the module of the embodiment in which the inductors L1 and L2 are inserted in the middle of the
図4には、本発明を適用したRFモジュール210の受信系回路230の第2の実施例の要部を示す。
図2の実施例では、周波数変換回路232(ミキサMIX1,2)と局部発振回路252にそれぞれ電源電圧Vccを供給する電源ライン212a,212bの途中にそれぞれインダクタL1,L2が挿入されているのに対し、図4の実施例においては、周波数変換回路232と局部発振回路252の他にバッファ256もその電源電圧端子が別個の端子T3として設けられ、この端子T3には局部発振回路252と共通の電源電圧パッドP2に別個の電源ライン212cによって接続されてモジュール外部から印加される電源電圧Vccが供給されるように構成されている。そして、この実施例では、周波数変換回路232とバッファ256にそれぞれ電源電圧Vccを供給する電源ライン212aと212cの途中にそれぞれインダクタL1,L2が挿入されている。
FIG. 4 shows a main part of a second embodiment of the receiving
In the embodiment of FIG. 2, the inductors L1 and L2 are inserted in the middle of the
高周波信号処理用IC210のチップに設けられる電源電圧端子の配置やモジュール基板上の電源パッドの配置および電源ライン212a,212b,212cのレイアウトの仕方によっては、電源ライン212aと212cの途中にそれぞれインダクタL1,L2を挿入した方が妨害波によるスプリアスを減少させることができる場合がある。よって、そのような場合には、図4の実施例を適用するのが望ましい。
Depending on the arrangement of the power supply voltage terminals provided on the chip of the high-frequency
図5には、本発明を適用したRFモジュール210の受信系回路230の第3の実施例の要部を示す。
この実施例は、モジュール外部から基板上のグランドパッドP3,P4に印加される接地電位GNDを、周波数変換回路232(ミキサMIX1,2)と局部発振回路252に供給するグランドライン213a,213bの途中にそれぞれインダクタL1,L2を挿入するようにしたものである。高周波信号処理用IC210のチップに設けられる電源電圧端子の配置やモジュール基板上の電源パッドの配置および電源ライン212a,212b,212cのレイアウトの仕方によっては、グランドライン213a,213bの途中にそれぞれインダクタL1,L2を挿入した方が妨害波によるスプリアスを減少させることができる場合がある。よって、そのような場合には、図5の実施例を適用するのが望ましい。
FIG. 5 shows a main part of a third embodiment of the receiving
In this embodiment, the ground potential GND applied to the ground pads P3 and P4 on the substrate from the outside of the module is midway along the
なお、図2の実施例と図5の実施例の両方を適用するようにしてもよく、それによって一層スプリアスを減らすことができる。ただし、そのようにすると、モジュール基板上に実装すべき部品点数が増加し、モジュールの小型化が困難になるので、両方を適用することによる効果が一方のみ適用する場合の効果に比べて顕著でない場合には、いずれか一方の実施例のみ適用するのが望ましい。 Note that both the embodiment of FIG. 2 and the embodiment of FIG. 5 may be applied, thereby further reducing spurious. However, doing so increases the number of components to be mounted on the module substrate and makes it difficult to reduce the size of the module, so the effect of applying both is not as significant as the effect of applying only one of them. In some cases, it is desirable to apply only one of the embodiments.
図6には、第1の実施例のRFモジュール210のデバイス構造の具体例を示す。なお、図6は実施例のRFモジュールの構造を正確に表わしたものではなく、その概略が分かるように一部の部品や配線などを省略した構造図として表わしたものである。
FIG. 6 shows a specific example of the device structure of the
図6に示されているように、本実施例のモジュールの基板は、アルミナなどのセラミック板からなる複数の誘電体層211を積層して一体化した構造にされている。各誘電体層211の表面または裏面には、所定のパターンに形成し表面に金メッキを施した銅などの導電材料からなる導体層212が設けられている。基板の表面にメッシュが付されているパターン212a〜212d等も導体層からなる電源ラインを構成する導電パターンや信号伝送路としてのマイクロストリップラインである。また、各誘電体層211には、各誘電体層211の表裏の導電パターン同士を接続するためにスルーホールと呼ばれる孔が設けられ、この孔内には導電材料が充填されてビア213が形成されている。
As shown in FIG. 6, the substrate of the module of the present embodiment has a structure in which a plurality of
図6の実施例のモジュールでは、例えば6枚の誘電体層211が積層されており、1番下の誘電体層の裏面には信号入出力パッドとなる導体層や電源パッドとなる導体層212pおよびグランド層となる導体層212gが形成され、モジュール外部から電源電圧Vccや接地電位GNDが印加可能にされている。信号入出力パッドとなる導体層や電源パッドとなる導体層212pは、1番下の誘電体層の裏面の周縁に沿って所定のピッチで複数個形成され、これらのパッド以外の領域にグランド層となる導体層212gがほぼ全面的に形成されている。
In the module of the embodiment of FIG. 6, for example, six
そして、上記電源パッドとグランド層に印加された電源電圧Vccや接地電位GNDはそれよりも上層の誘電体層に形成されたビア213および導体層からなる導電パターン212を介して最上層の誘電体層の表面に形成された導電パターン212a,212b,212gまで引き出されるようにされている。
The power supply voltage Vcc and the ground potential GND applied to the power supply pad and the ground layer are the uppermost dielectric through the via 213 formed in the upper dielectric layer and the
第1層目の誘電体層211上には、ボンディング部を有する導電パターン212e,212fが前記導電パターン212a,212bと所定の間隔をおいて形成され、導電パターン212aと212eとの間および212bと212fとの間にそれぞれディスクリート部品からなるインダクタンス素子214a,214bが電気的に接続された状態で実装されている。ここで、上記ボンディング部および導電パターン212a,212bは電源ノードと見ることができる。これとともに、基板の一部には1層目から3層目の誘電体層211にかけて凹部が形成され、この凹部内には前記高周波信号処理用IC210が形成された半導体チップ210’が実装され、該半導体チップ210’の上面の外部端子(パッド)と誘電体層211表面の導電パターン212e,212fのパッド部とがボンディングワイヤ215a,215bにより電気的に接続されている。
On the
さらに、第1層目の誘電体層211上には、半導体チップ210’を囲むようにグランドラインとなる導電パターン212gが形成されるとともに、半導体チップ210’には接地電位を与えるための外部端子が複数個形成され、それらの外部端子と誘電体層211上の導電パターン212gとが複数のボンディングワイヤ215c,215d,215e等により電気的に接続されている。また、第1層目の誘電体層211の表面には、図1に示されているインピーダンス整合回路222を構成するマイクロストリップラインとなる導電パターン212h,212i……形成されているとともに、インピーダンス整合回路222やバンドパスフィルタ261を構成する容量素子やインダクタンス素子などのディスクリート部品216a,216b,216c,……およびSAWフィルタ素子221等が実装されている。
Further, a
なお、インピーダンス整合回路222を構成する容量はディスクリート部品でも良いが、いずれかの層の誘電体層211の表裏に互いに対向するように形成された導電パターンにより内挿容量として構成するようにしてもよい。また、実施例では、妨害波のリークを減らすためディスクリート部品からなるインダクタンス素子214a,214bが接続されていると説明したが、ディスクリート部品の代わりにいずれかの層の誘電体層211の表面または裏面に形成された渦巻状の配線パターンからなる内挿のインダクタンス素子を用いるようにしても良いし、フェライトビーズと呼ばれる素子などインダクタンス成分を有する他の素子を用いるようにしても良い。
The capacitor constituting the
フェライトビーズは、フェライト素子の中に通電用の内部電極を埋め込んだ構造をしており、フェライトが磁性体として働くことで高周波電流成分を吸収する素子である。本発明者らが試作したモジュールでは、インダクタンス素子を用いた場合よりもフェライトビーズを用いた場合の方が、AMサプレッション特性は良好であった。 The ferrite bead has a structure in which a current-carrying internal electrode is embedded in a ferrite element, and is an element that absorbs a high-frequency current component when the ferrite acts as a magnetic substance. In the module prototyped by the present inventors, AM suppression characteristics were better when ferrite beads were used than when inductance elements were used.
図7には、本発明の実施例を適用したモジュールと適用しないモジュールのAMサプレッション特性を示す。なお、図7において、符号Aはインダクタンス素子として一般的なチョークコイルを使用した場合のAMサプレッション特性、符号Bはインダクタンス素子としてフェライトビーズを使用した場合のAMサプレッション特性、符号Cはインダクタンス素子を使用しなかった場合すなわち電源ラインやグランドラインの途中にインダクタンス素子を挿入しなかった場合のAMサプレッション特性をそれぞれ示す。図7より、実施例を適用することによって、AMサプレッション特性をGSMの規格で規定されている20%以下に抑えることができることが分かる。 FIG. 7 shows AM suppression characteristics of a module to which the embodiment of the present invention is applied and a module to which the embodiment is not applied. In FIG. 7, symbol A is an AM suppression characteristic when a general choke coil is used as an inductance element, symbol B is an AM suppression characteristic when a ferrite bead is used as an inductance element, and symbol C is an inductance element. The AM suppression characteristics in the case where no inductance element is inserted in the middle of the power line or the ground line are shown. FIG. 7 shows that by applying the embodiment, the AM suppression characteristic can be suppressed to 20% or less defined by the GSM standard.
第2および第3の実施例のRFモジュール210のデバイス構造は、誘電体層211の表面に形成される導電パターン212のレイアウトやインダクタンス素子213a,213bを実装する位置が若干異なるのみで、基本的には図6と同じであるので、具体的な構造と説明は省略する。
The device structure of the
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施例では、ミキサとVCOに電源電圧を供給する電源ラインもしくはミキサと発振信号用のバッファに電源電圧を供給する電源ラインの途中またはミキサとVCOに接地電位を供給するグランドラインの途中にインダクタンス素子を挿入して妨害波のリークを遮断するようにした場合を説明したが、モジュールの小型化を優先する場合には、ミキサとVCOと発振信号用のバッファに電源電圧または接地電位を供給する電源ラインまたはグランドラインのいずれかひとつの途中にインダクタンス素子を挿入するようにしても良い。 The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor. For example, in the above-described embodiment, the power supply line for supplying the power supply voltage to the mixer and the VCO, the power supply line for supplying the power supply voltage to the mixer and the buffer for the oscillation signal, or the ground line for supplying the ground potential to the mixer and the VCO. In the above description, an inductance element is inserted to block leakage of interfering waves. However, when priority is given to downsizing the module, a power supply voltage or ground potential is applied to the mixer, the VCO, and the oscillation signal buffer. You may make it insert an inductance element in the middle of any one of the power supply line or ground line to supply.
その場合、インダクタンス素子を挿入することによって妨害波のリークを最も有効に遮断できる箇所を測定によって調べて決定すると良い。因みに本発明者が試作したRFモジュールでは、妨害波のリークが大きかったのは、VCO,ミキサ,バッファの順であったが、この順番はモジュールの基板に形成する電源パッドの位置や電源電圧を供給する導電パターンのレイアウトの仕方によって変わると考えられるので、インダクタンス素子を挿入する最も有効な位置はデバイスの構造によって異なる。 In that case, it is preferable to determine by measuring the location where the leakage of the interference wave can be cut off most effectively by inserting the inductance element. By the way, in the RF module prototyped by the present inventor, the leakage of the interference wave was large in the order of the VCO, the mixer, and the buffer. This order was determined based on the position of the power supply pad formed on the module substrate and the power supply voltage. Since it is considered that it varies depending on the layout of the conductive pattern to be supplied, the most effective position for inserting the inductance element varies depending on the structure of the device.
また、妨害波のリーク遮断を優先する場合には、ミキサとVCOと発振信号のバッファに電源電圧を供給する電源ラインまたはグランドラインの途中あるいは電源ラインの途中およびグランドラインの途中の両方にインダクタンス素子を挿入するようにしても良い。さらに、実施例では、電源ラインの途中に挿入するインダクタンス素子(214a,214b)を第1層目の誘電体層211の表面に所定の間隔をおいて形成された導電パターン間に実装しているが、実装位置はそれに限定されるものでなく、モジュールの電源パッドと回路の電源端子との途中であればどこであってもよい。
In addition, when priority is given to blocking of interference wave leakage, an inductance element is provided in the middle of the power supply line or ground line for supplying the power supply voltage to the mixer, the VCO, and the oscillation signal buffer, or in the middle of the power supply line and the ground line. May be inserted. Further, in the embodiment, the inductance elements (214a, 214b) to be inserted in the middle of the power supply line are mounted between the conductive patterns formed on the surface of the
さらに、実施例においては、モジュールの基板として多層基板を用いたものを説明したが、単層の基板を用いる場合であっても配線のピッチが狭かったり部品の実装密度が高い場合には本発明を適用すると有効であると考えられる。 Further, in the embodiments, the case where a multilayer substrate is used as the module substrate has been described. However, even when a single-layer substrate is used, the present invention can be used when the wiring pitch is narrow or the component mounting density is high. Is considered effective.
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるGSMの信号の送受信が可能な無線通信システムを構成するRFモジュールに適用した場合を説明したが、本発明はそれに限定されるものでなく、例えば900MHz帯のGSMと1800MHz帯のDCS(Digital Cellular System)のような2つの周波数帯の信号を扱えるデュアルバンド方式、さらには、900MHz帯のGSMやDCSの他に例えば850MHz帯のGSMや1900MHz帯のPCS(Personal Communication System)の信号を扱えるクォッドバンド方式に対応できる携帯電話機や無線LANなどの無線通信システムを構成するRFモジュールに利用することができる。 In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to an RF module constituting a wireless communication system capable of transmitting and receiving GSM signals, which are the fields of use behind the invention, has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, dual band systems capable of handling signals in two frequency bands such as 900 MHz band GSM and 1800 MHz band DCS (Digital Cellular System), and in addition to 900 MHz band GSM and DCS, For example, the present invention can be used for an RF module constituting a wireless communication system such as a mobile phone and a wireless LAN capable of handling a quad band system capable of handling 850 MHz band GSM and 1900 MHz PCS (Personal Communication System) signals.
100 フロントエンド・モジュール
120 高周波電力増幅回路
200 RFモジュール
210 高周波信号処理用IC
222 インピーダンス整合回路
230 受信系回路
231 ロウノイズアンプ
232 アップコンバート用周波数変換回路
233 高利得増幅回路
240 送信系回路
241 入力回路(アッテネータもしくはアンプ)
243 ダウンコンバート用周波数変換回路
244 増幅部
245 利得制御回路
250 制御系回路
252 局部発振回路
256 バッファ
262 インピーダンス整合回路
300 ベースバンド回路(ベースバンドLSI)
MIX ミキサ
LPF ロウパスフィルタ
100 Front-
222
243 Frequency conversion circuit for down-
MIX mixer LPF low pass filter
Claims (14)
前記多層誘電体基板に設けられた第1の電源パッドから前記周波数変換回路に電源電圧を供給する電源供給経路の途中および前記多層誘電体基板に設けられた第2の電源パッドから前記発振回路に電源電圧を供給する電源供給経路の途中の少なくとも一方にインダクタンス素子が介在されていることを特徴とする高周波信号処理用電子部品。 High-frequency signal processing semiconductor incorporating an oscillation circuit for generating an oscillation signal to be combined with a reception signal, and a frequency conversion circuit for combining the signal from the oscillation circuit and the reception signal and converting the signal to a signal in a baseband frequency band An electronic component for high-frequency signal processing in which an integrated circuit is mounted on a multilayer dielectric substrate,
In the middle of a power supply path for supplying a power supply voltage from the first power supply pad provided on the multilayer dielectric substrate to the frequency conversion circuit and from the second power supply pad provided on the multilayer dielectric substrate to the oscillation circuit An electronic component for high-frequency signal processing, wherein an inductance element is interposed at least in the middle of a power supply path for supplying a power supply voltage.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004324712A JP2006135835A (en) | 2004-11-09 | 2004-11-09 | Electronic component for high frequency signal processing and wireless communication system |
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JP2009038802A (en) * | 2007-08-02 | 2009-02-19 | Sirific Wireless Corp | Wireless system having high spectral purity |
JP2020010125A (en) * | 2018-07-05 | 2020-01-16 | 株式会社デンソーテン | Matching circuit board and radar device |
-
2004
- 2004-11-09 JP JP2004324712A patent/JP2006135835A/en not_active Withdrawn
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