JP2009531882A - マルチバンドおよびマルチモード方式の移動無線モジュール - Google Patents

マルチバンドおよびマルチモード方式の移動無線モジュール Download PDF

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Abstract

異なる移動無線システムの送信枝および/または受信枝SZ、EZの出力をアンテナANTへと選択的に接続する、マルチスイッチMSを主要素とする、移動無線装置のためのモジュールを提供する。モジュールは、マルチバンド方式、そしてオプションとして、さらにマルチモード方式に適しており、周波数複信移動無線システムの送信枝および受信枝の出力を少なくとも1対を供える。マルチスイッチの各出力とアンテナとの間では、整合素子が提供され、接続される枝の電気整合を可能とする。複信化処理は、個別の送信枝および受信フィルタを介して、またはスイッチ上で、送信枝および受信枝の個別の出力を介して行われる。
【選択図】図2

Description

移動体通信の分野において、より高い集積化にともない、小型化が進んでいる。例えば、将来の電話においては、移動体電話について、4バンドのGSM(Global System for Mobile Communications: 移動体通信のためのグローバルシステム)に加え、さらなる3バンドのWCDMA(Wideband Code Division Multiple Access: 広域帯符号分割多重接続)を設計する必要がある。さらに、WCDMAやGSMなどの異なる通信基準は、フロントエンド、および対応するRF集積回路(IC)について異なる構成を要する。
WCDMAはFDD(Frequency duplex:周波数複信)を用いており、送信と受信を同時に行うには、アンテナにデュプレクサを要する。GSMの場合、送受信トグルスイッチが1つあれば十分であり、これは、バンドトグルスイッチとしても用いることが可能である。
図1は、QB(4バンド)GSM/EDGEおよび、3バンドWCDMA用の、既知のマルチモードおよびマルチバンドフロントエンドの典型的な構成を示す。全ての要素は、移動体電話の回路基板上に離散して配置され、接続素子(coupling element)Mを介して、アンテナに接続される。当該接続素子は、最も単純な場合において、1対Nのスイッチである。図1から明確であるように、このタイプの構成では、GSMの受信(RX)パスおよび送信(TX)パスのみが適度に調整可能であり、最短パスで接続される。しかし、WCDMA用のパスを追加した途端に、デュプレクサ要素を配置する側をどちらにするか決めなければならなくなる。
図1では、デュプレクサはTX側に配置され、WCDMAの受信側(RFIC)に入るデュプレクサのRXゲートからのフィード線は他の信号線と交差するか、長くなりすぎてしまい、この結果、望ましくない信号の結合や、挿入損失(insertion loss)の増大を生じてしまう。
本発明の課題は、マルチバンドおよびマルチモードのフロントエンドに利用可能であり、より洗練され、コスト面で優位であり、さらに/または、フロントエンド内において、よりコンパクトな接続を可能とするモジュールを提供することである。
この課題は請求項1の特徴を備えたモジュールの発明によって達成される。発明の有利な構成は付加的な請求項から明らかになる。
本発明の実施の形態は、フロントエンド、即ち、アンテナ側、で利用可能な、移動無線機器のマルチバンド、マルチモード、またはマルチバンドおよびマルチモード方式を対象としたモジュールを提供する。モジュールの主要要素は、必要に応じて、異なる移動無線システムの送信枝および/または受信枝の1つまたは複数の出力をアンテナに接続する。出力は、よって、アンテナへの(Tx)信号を搬送するか、アンテナから遠ざかる(Rx)信号を搬送するかに関わらず、マルチスイッチの(外部)接続を意味する。ここでの少なくとも1つの移動無線システムは、送信枝と受信枝がアンテナに同時に接続され、同時に送受信を可能とする、周波数複信法を用いる。
提示されるモジュールにおいては、送信枝および受信枝を空間的に引き離した構成を備え、送信枝および受信枝を異なるスイッチ出力に個別に関連付ける。周波数複信(frequency duplex)法を用いる移動無線システムの稼動には、少なくとも1つのスイッチ位置がマルチスイッチに提供される。この位置は、第1の(即ち、周波数複信化された)移動無線システムの送信枝と受信枝とを同時にアンテナへ接続する。FDD複信化機能を可能にするため、複数の、好ましくは全ての接続可能な枝について、整合素子(matching element)がモジュール内に集積化される。対応するスイッチ位置における素子は、スイッチの出力において、枝に割り当て、あるいは接続され、したがって、さらに、このスイッチ位置において、アンテナに接続される。
本発明の実施の形態はデュプレクサの受信フィルタ(RXフィルタ)と送信フィルタ(TXフィルタ)とを、互いに分離された枝に構成し、少なくとも2つの異なる移動無線システムの全ての回路を中枢スイッチで結合する、するという発想に基づいている。さらなる枝は、複信化されていない、よって、個別に接続可能な、TDD複信化法(時分割複信)を用いる移動無線システムの送信枝および受信枝を備えてもよい。中枢マルチスイッチはTXフィルタを備える全ての送信枝をスイッチの片側に配置して、RXフィルタを備える全ての受信枝をスイッチのもう一方の側に配置する構成を提示する。これにより、送信枝と受信枝とを機能に応じて空間的に分離することができる。この結果、モジュール上、またはモジュールを備えるプリント回路基板上において、コンダクタの交差を完全に防ぐこと、および、全ての枝を”平行”に、ただしRX枝およびTX枝に別れるように伸ばすことが可能となる。このようにして、スイッチ出力と、信号処理IC(RF−IC)において対応する入力との間の接続は、その長さを最小限に抑えることができる。提案されるモジュールでは、RX枝およびTX枝の間で干渉するカプリングを生じることなく、モジュールの表面上、またはモジュールを構成するプリント回路基板上に、全ての枝とその構成要素とを配置することが可能となる。
送信枝および受信枝の、必要とされるあらゆる種の、互いに独立した、相互接続、そして、アンテナまたはアンテナ出力との接続は、少なくとも2つの異なる送信基準、例えば、既に述べたGSM基準、またはWCDMA移動無線システム、に準拠する、対応する枝を備える、多数の移動無線システム用にモジュールを設計することを可能とする。
1つの実施形態において、モジュールは、各スイッチの出力に接続可能な枝のそれぞれについて整合素子を提供する。これらの整合素子は、整合素子であっても、整合に利用可能なネットワークであってもよく、ときには、複雑なインピーダンスを伴う。整合素子は、FDDモードで複信化された移動無線システムの送信枝と受信枝との間で、望ましい相回転(phase rotation)を保証する機能を提供するようにしてもよい。簡素な整合システムは、電気的な距離が整合された線であっても、或いは、対応付けられた線路インダクタンス(line inductance)が整合素子として利用されている他の電気的な接続であってもよい。
本発明に係るモジュールにおいては、整合素子が2つの枝のそれぞれと対応付けられているため、前述のFDD移動無線システムにおける送信枝と受信枝との間の全体的な整合は、2つの枝の間で分けても、それらの2つの枝に対応付けられる整合素子の間で分けてもよい。
整合素子は、回路環境またはフィルタの標準インピーダンスに対して、インピーダンス整合を保証し、さらに、例えば、インピーダンス変換の実施を保証する。
整合素子を、スイッチの空間的な広がりのため、防ぎようのない寄生素子(parasitic element)の埋め合わせとして利用してもよい。
特別に構成された整合素子が、送信枝とスイッチ出力との間のモジュール内に提供される。整合素子は、送信フィルタの通過帯域外の信号を送信フィルタにおいて反射し、”原信号”と干渉することによって消滅するように、相回転の処理を実施する。この実施の形態は、ローパスフィルタとして構成された送信フィルタに好適である。
さらには、整合素子は、複数の枝がアンテナに同時に接続されるような特定のスイッチ位置において、対応する相互接続された枝における素子の相互干渉を抑制、あるいは避けることができるように構成されてもよい。これは、これらの整合素子を用いることで、適切な位相関係を調整することによって可能となる。このようにして、マルチプレクス動作が可能となる。
例えば、このようにすることによって、モジュール内に集積された整合素子を用いてトリプレクサの機能が実現できるように、第1の移動無線システムの2つの枝と、さらなる移動無線システムの少なくとも送信枝か受信枝のいずれかと、の両方を、アンテナに接続することが可能となる。更に高いマルチプレクシングが整合により可能となる。よって、5つの異なる枝、または5つのフィルタをともに、適切な整合により、相互に、そしてアンテナに接続する、5重化送信(quintplexer)システムが知られている。5重化送信システムは、本開示においても中枢マルチスイッチを、中枢および/または接続素子とすることで、実装可能である。
整合素子は、モジュール基板に部分的に、あるいは、完全に集積されることが好ましい。この目的のため、モジュール基板は絶縁中間層によって隔てられる複数の金属皮膜面を備える、多層構造を示す。金属皮膜面は、例えば、抵抗、位相線、キャパシタンス、またはインダクタンスといった、受動素子を形成するように構成される。
本発明のさらなる実施の形態は2つの送信枝または2つの受信枝、あるいは、異なる移動無線システムの送信枝と受信枝、または同じ移動無線システムの送信枝と受信枝を、スイッチ内においてしっかりと相互に接続し、これらの接続された2つの枝を一つのスイッチ位置によって、または個別のスイッチを切り替える(throw)ことにより、同時にアンテナに接続可能にする。これによっても、ダイプレクス送信方式またはダイプレクス受信方式、あるいは、複信(duplex)方式が可能となる。ここでは、固定配線が個々のスイッチの排除を可能とする。
スイッチを通過する固定配線を利用して、スイッチそれぞれのスイッチ位置により、当該異なる種のものであってもよい枝の、さらなる高いマルチプレクシングを実装することも可能となる。各出力に対応付けられ、よって各枝に対応付けられる整合素子の助けによって、近接した周波数帯域の、またはこれらの帯域に関連する、対応する送信枝または受信枝についても、干渉が生じることなくダイプレクス処理が可能となる。当然ながら、同様のことが、互いに離れた周波数帯域を備える枝にも当てはまる。
モジュールの実施の形態においては、FDDモードで複信化された移動無線システムの送信枝および受信枝の出力はしっかりと相互に接続される。よって、この接続を、そのスイッチのスイッチ位置にある、個々のスイッチの助けによって、アンテナに接続することが可能となる。したがって、個別のスイッチによって、送信枝と受信枝とを同時にアンテナに接続することが可能となる。
スイッチは、単一スイッチの機能を満たし、電気回路を開いたり閉じたりすることが可能な、スイッチトランジスタを備える半導体素子であってもよい。スイッチトランジスタはスイッチ線により制御される。ここでは、各トランジスタは異なるスイッチ線によって制御される。よって、モジュールは、スイッチトランジスタの数、よって、個々のスイッチの数、に対応するスイッチ線の数を提供する。
しかしながら、モジュールに復号器を備えることも可能である。復号器は、スイッチ線の数よりも少ない数の制御線によって制御される。制御線によって、スイッチ位置、またはスイッチ位置の組合せに対応するスイッチ符号が送信される。復号器では、符号が変換され、符号に対応するスイッチトランジスタ、または、それに対応するスイッチ線が制御される。
このようなトランジスタを備えるマルチスイッチは、シリコン、シリコンゲルマニウム、GaAs、またはSOI基板に、CMOS、バイポーラ、またはpHEMT技術によって形成されてもよい。しかしながら、スイッチ機能を機械的な方法で実装する微小電気機械システムまたはマイクロマシンシステム(MEMSシステム)としてスイッチを構成することも可能である。このようなMEMSスイッチは、例えば、可動の接触舌片(contact tongue)と固定のスイッチ接点との間の静電気引力によって適切なスイッチ接続が確立/解除される、キャパシタ原理に従って機能してもよい。
多層構造のモジュール基板を用いる場合、送信枝のフィルタをローパスフィルタとして構成し、基板にLCフィルタの形で集積してもよい。このために必用なL素子とC素子は、ここでは、適切に構成された金属皮膜面によってインダクタンスとキャパシタンスとして実装される。
モジュールは、受信枝とその中に配置された受信フィルタによって拡張することもできる。このとき、受信フィルタはSAW、またはBAWフィルタとして形成されることが好ましい。これらのフィルタの種類は両方とも、低い挿入損失(insertion loss)にて実装することができ、さらには、併合されたバラン機能を実現することができる。バラン機能は、アンテナ側からシングルエンドで受信枝へと印加された信号を、対称信号処理(symmetric signal processing)を利用して、対称信号として、直列接続されたRF−ICに配信または変換することを可能にする。別途のバラン機能は無用となる。
さらなる高い集積工程においては、モジュールは電力増幅器を備える。電力増幅器は、送信枝内、さらには、モジュール基板内、またはモジュール基板上に配置される。
より高い集積工程においては、さらなる構成ステップにおいて単一のトランシーバ素子として構成することができる、受信ICと送信ICを備えるモジュールが提供される。
必用に応じてモジュールは方向性結合器を備えてもよい。方向性結合器のそれぞれは、電力増幅器とFDD複信化された送信フィルタとの間に配置される。
モジュールは、現在運用される4つのGSM移動無線システムと少なくとも3つのWCDMA移動無線システムの送信枝と受信枝用に構成することができる。そして、必要に応じて、適切な送信フィルタと受信フィルタを備えることができる。
マルチスイッチ上の中央を伸びる個別の枝を有する、本発明に係るモジュールは、単純な方法で、結合(coupling)を増やすことなく、多数の枝をスイッチに接続することを可能とする。これは、モジュールが、異なる種類の枝のコンダクタ交差(conductor crossing)を防ぐ働きをするためである。本発明に係るモジュールによれば、枝の数が増えると、少なくとも受信側で処理できる、移動無線システムや他の無線基準も増加する。このような、受信のみに提供される、さらなる無線通信基準は、例えば、GPS,DMB、DVBHやその他のための受信枝である。
本発明の実施の形態によれば、異なるオペレーティングシステム、移動無線基準、そして、その他の通信基準に必用な枝の全てを個別にスイッチに接続することが可能であり、そして、それらを個別に接続できる可能性を備える。しかしながら、複雑さを軽減するため、さらなる2つ以上の枝、またはそれらが供えるフィルタなどの要素のみを組み合わせて、複数の移動無線システムに利用することが可能である。これは、受信枝に配置される受信フィルタに特に当てはまることであり、周波数帯域が重なる場合、異なる移動無線システムや移動無線基準の受信枝に対して、利用することができる。
以下に、実施形態および関連する図を参照して、本願発明の詳細について説明する。図面は、略図であり、本願発明の理解を深める役割を果たすものに過ぎない。
図1は、既知の技術において使用されている、移動無線装置内のフロントエンドの各要素の接続を示す図である。マルチスイッチMSが中枢要素であり、必要に応じてアンテナANTを、対応するフロントエンドの枝(branch)への入力となる1つまたは複数の出力に接続する。したがって、例えば、図において、マルチスイッチMSの下部に示される4つの出力は、4つのGSM移動無線システムの受信枝(reception branch)に割り当てられる。各受信枝には、受信フィルタEFG1からEFG4が配置される。枝は、トランシーバIC RFICの受信部に入力される。
図において、マルチスイッチMSの左側に、3つの出力が表示される。これらは、デュプレクサ DPW1、DPW2、DPW3にそれぞれが接続される、3つのWCDMA移動無線システムのために提供される。マルチスイッチMSの左側にある最も下の2つの出力は、それぞれつのGSM移動無線システムの送信枝(transmission branch)に導かれる。GSMシステムにおいては、送信枝と受信枝を空間的に引き離すことが可能であるが、WCDMAシステムのデュプレクサでは、送信パスと受信パスの分岐が生じ、それぞれは、対応する送信ICまたは受信ICに導かれるか、ここに示すように、2つの機能を組み合わせたトランシーバIC RFICに導かれる。これらのICは、すべての移動無線システムに必要な信号処理を実行するが、内部では、よりよい分断(decoupling)のために、受信部(受信IC)と送信部(送信IC)に別れている。分離された入力は、しかしながら、デュプレクサ上の分岐の結果として、対応する送信枝及び受信枝の交差を招き、したがって、結合(coupling)が増す。
図2は、新たに提案するモジュールのシンプルな実施の形態を示す概略図である。マルチスイッチMSは、必要に応じてアンテナANTを、異なる移動無線システムの送信枝や受信枝に接続される1つ以上の出力に接続する。マルチスイッチMSにおいては、適切なスイッチ位置において、アンテナと、接続された枝と、の間に直列接続される整合素子AEが集積される。したがって、例えば、第1の送信枝SZ1は、スイッチMSの出力AG1と接続される。この第1の送信枝は、第1の送信側の整合素子AE1Sを介して、アンテナに接続することができる。第1の受信枝EZ1は第2の出力AG2に接続可能であり、第1の受信枝EZ1は、受信側の整合素子AE1Eを介して、アンテナANTに接続可能である。
マルチスイッチはさらに少なくとも1組の出力AG3、AG4を提供する。AG3、AG4のそれぞれには、さらなる送信枝SZ2と、さらなる受信枝EZ2とが接続される。少なくとも1つの送信枝と受信枝との組が、送信信号と受信信号の複信化(duplexing)を必要とする、周波数複信法に基づいて動作する移動無線システムと、ここでは関連している。図1に示す既知の構成と比べて、本発明に係るスイッチは、送信枝および受信枝のための出力AGの、空間的な分離を、直接的に、マルチスイッチMSにおいて可能にする。これにより、異なる種別の枝の間で起こりうるカプリングの増大を招くことなく、対応する枝をその種別に応じて、個別に導くことが可能となる。
マルチスイッチを有するモジュールは、整合素子のそれぞれを介して、適切なスイッチ位置において、さらなる枝をアンテナANTに接続するための、さらなる出力を提供することが好ましい。GSMシステム、WCDMAシステム、或いは、その他の移動無線システムを送信枝と受信枝に対応づけることが可能である。しかし、片側においてのみ無線送信が行われ、1つの受信枝のみを要する、情報サービスや衛星ナビゲーションシステムのための出力と、当該出力に対応付けられる整合素子AEをマルチスイッチMS上に提供することも可能である。または、ラジオやテレビ受信のための受信枝を提供したり、あるいは、さらなるマルチメディアサービスをこれらの出力において提供することも可能である。
最も単純なモジュールであるMD1は、各出力に対応付けられた整合素子を含むスイッチMSを備える。さらなる集積ステップでは、モジュールMD2は送信枝を構成しても良く、とくに、送信枝の中に配置される送信フィルタを構成するようにしてもよい。例えば、さらに高い集積度を有するモジュールMD3は、送信枝のほかに、受信枝または、当該受信枝の中に配置される受信フィルタを構成することができる。送信枝および受信枝、そして、これに伴い、対応するモジュールMD内、において、対応する増幅器や方向性結合器(directional coupler)を集積することもできる。
図3は、提案するモジュールを用いて実現可能なフロントエンドの構成として可能なものを示す。マルチスイッチMSは、その左側に、5つの送信枝のための5つの出力AGを提供する。5つの出力AGは、互いに独立してアンテナANTに接続されても、複数個ずつアンテナANTに接続されてもよい。アンテナと対応する出力との間に配置される整合素子AEは、各出力と対応する。
右側には、受信枝のための10の出力AG6からAG15が配置される。これにより、対応する、相互に独立であってもよい送信枝を、独立に、或いは複数個ずつアンテナに接続することができる。受信側では、整合素子AEeが、各出力に対応付けられる。受信側では、統合された各移動無線システムについて、個別の出力と、特殊な、個別の受信枝が提供される。したがって、例えば、最初の3つの受信側出力(上部右の図に示される)は、3つの移動無線システムのための、周波数複信法によって複信化された3つの受信枝に接続される。受信枝は、例えば、WCDMA 850、1900、2100用である。さらに、異なるGSM移動無線システム、この場合、GSM 850、GSM 900、GSM 1800、GSM 1900、のために、4つの受信枝が提供される。各前述の受信枝は、ここでは、例えば、SAWフィルタ、またはBAWとして構成されるバンドパスフィルタを備える。
他の実際に提示される出力は、GPS信号のための、受信枝に接続される。受信枝には、バンドパスフィルタも配置される。マルチメディアの受信用に、例えば、DMB用に、さらなる出力が、受信枝に接続される。DMBは、移動通信機器のためのデジタル映像基準である。マルチスイッチMSの右側の最も下部に示される、さらなる出力AG16は、移動無線システム、情報サービス、ナビゲーションサービス、またはマルチメディアサービス用の望ましい他の受信枝に接続することができる。
処理する移動無線基準の数に応じた数で提供される受信枝に引き換え、複数の送信枝は、要素を組み合わせて利用することが出来る。したがって、特に移動無線システムは、近い送信バンド、例えば、共通の送信フィルタを備えるように構成することができる。共通の送信フィルタは、例えば、低域を通すように、一般的には構成される。送信フィルタとしては、対応するバンド幅を備えるバンドパスフィルタも適している。
図3において、例えば、GSM 850およびGSM 900のためのGSM送信枝は、共通枝SZ4に集積され、共通の送信フィルタを用いる。共通の送信フィルタは、対応する整合素子を介して、マルチスイッチMSの一意の出力に接続される。GSM 1800およびGSM 1900のための、近接したGSM送信バンドは、共通枝SZ5、および、該共通枝SZ5内に配置される共通の送信フィルタを、ローパスフィルタとして用いることができ、マルチスイッチMSの共通出力に接続することができる。
図に示される、さらなる3つの送信枝、SZ1からSZ3のそれぞれは、周波数複信移動無線システムのうちのいずれか、特にWCDMAシステム、に対応付けられる。例えば、WCDMA850(SZ1)、WCDMA1900(SZ2)、そしてWCDMA2100(SZ3)である。ここで、各システムは、自システム用の送信フィルタを要する。これらのシステムが要する複信機能は、送信フィルタとしてバンドパスフィルタを必要とし、対応するRXフィルタへの位相および/またはインピーダンス整合を要するためである。さらに、周波数複信機能を受信フィルタにおいても実現するには、同じシステムの適切な送信バンド用にカスタマイズされた整合素子が利用される。これにより、適切なインピーダンスよび位相整合が送信フィルタおよび受信フィルタの間で保証される。個別の枝に対する整合素子のモジュール分割の結果、互いから全く分離した枝を作ることができる。
図4は、例えば、図3に示されるようなマルチスイッチモジュールを有するフロントエンドの全体構成を示す。さらに、この図では、送信枝および受信枝の全体が、これらに対応づけられている要素とともに示される。全ての枝は、対応する送信ICまたは受信ICに、即ち、図4に示されるように、共通のトランシーバIC RFICに接続される。この統合された送信および受信要素は、空間的に離れて実現される送信機能および受信機能と、対応する入力とを備える。本発明に係るモジュールによれば、機能に応じて、トランシーバICの対応する側に存在する、対応する入力の上を交差することなく、互いに離れた枝を実現することができる。
上述した入力側のフィルタのほかに、ここでの送信枝、少なくとも周波数複信WCDMAシステム移動無線システム用のものは、双方向結合器RKW、低ノイズ送信増幅器PAW、そして第2の送信フィルタSFWをそれぞれ備える。第1の送信フィルタが十分な品質を提供する場合、第2の送信フィルタSFWを省いてもよい。受信枝においては、受信増幅器LNAおよび、オプションである第2の受信フィルタEFWが、各周波数複信WCDMA移動無線システムに対して提供される。GSMシステム用の受信枝は、対応するRF半導体要素、例えば、GSM RX信号の増幅を行うことができる、一体化されたトランシーバRFICに直接入力してもよい。低ノイズ増幅器LNAが統合されたレシーバおよび/またはトランシーバICにおいては、第2の受信フィルタを、ICから伸びるさらなる回路ループ(circuit loop)に配置してもよい。
図には、GSM移動無線システムの受信枝の、さらなる実施の形態、即ち、受信フィルタに統合されたBALUN機能、が示される。アンテナに到着する非対称(シングルエンド)信号は受信フィルタにおいて、BALUN機能によって、受信フィルタの出力に印加される、2つの互いに対称的な信号に変換される。この信号は、これにより、トランシーバIC RFIC内の対称的に機能する増幅器に印加することができる。対称増幅器は、非対称に動作する増幅器と比べて、技術的な利点を有するため、この構成は特に好まれる。BALUN機能を備える受信フィルタは、BALUNを追加することなく、対称増幅器の利用を可能とする。
図5において、マルチスイッチMSの概略図は、マルチスイッチMS内にどのように異なる接続を実装可能であるかを示す。これまで、図3および図4のそれぞれに示してきた、本発明に係るマルチスイッチに類似するように、周波数複信移動無線システムのそれぞれにおいて、スイッチの上部3つの出力は、送信側(左)と受信側(右)に割り当てられる。これは、送信と受信とが同時に行われることを必要とし、同時に送信と受信を行うことは、移動無線システムに対応づけられた送信枝と受信枝とがアンテナに同時に接続される場合にのみ、可能となる。したがって、マルチスイッチMSにおいて、最初の3つの周波数複信システムの送信枝および受信枝のペアについては、対応するペアのアンテナへの同時接続を可能とするスイッチ位置のみを認める。マルチスイッチにおいて、例えば、アンテナ出力と、WCDMAシステム用の、送信枝および受信枝の3つのペアと、を含む部分は、所謂3対3スイッチ(three-on-three switches)として構成されてもよい。
残りの出力、あるいは、時間遅延の送信および受信(TDD(時分割複信)法)を備える未接続の移動無線システムについては、ある時点において、送信枝および受信枝のうちのいずれかから選択された1つの枝をアンテナに接続してもよい。この目的のために、アンテナを、図5に示される残りの6つの出力のいずれかに必要に応じて接続する、例えば、SP6Tスイッチが適当である。これらの出力は、ここでは、2つの送信枝と4つの受信枝とに接続される。
図6は送信枝および受信枝に接続されるマルチスイッチMSを示す。送信枝および受信枝の12の出力のそれぞれは互いに独立してアンテナANTに接続可能である。スイッチの制御はスイッチ線(switching line)SLを介して行われる。個別に制御される出力のそれぞれには、異なるスイッチ線SLが提供される。各スイッチ線は、適切なスイッチ信号を1つのスイッチに与えることで、1つの、トランジスタTとして構成されるスイッチを、オンまたはオフに切り替えることができる。この結果、各出力を個別に、またはグループごとに、別々に、そして独立して、制御することが可能となる。これにより、スイッチ位置の様々な組合せが可能となるが、周波数複信移動無線システムにおいては、無論、対応する送信枝および受信枝の同時接続が理にかなっている。図においては、例えば、最も上の送信枝SZ1と受信枝EZ1とのペアがアンテナANTに接続されている。係る実施の形態においては、SP12Tスイッチを用いてもよい。
マルチスイッチMSに集積して、または、マルチスイッチMSに接続する別個の要素として、復号器(decoder)を提供してもよい。復号器は、実際には、マルチスイッチMSを、スイッチ線の数に比べて、少ない数の制御線で制御するために、より少ない数の可能なスイッチの組合せを用いる。特定の制御の組合せに相当する符号が、制御線を介して送信される。復号器はこれらの符号を復号し、望まれるスイッチ位置の組合せに相当する、適切な信号をスイッチ線に与える。図7においては、例えば、このような復号器DCの構成を概略的に示す。図の下部において、独立して働く12の独立したスイッチに対応する数のスイッチ線SLが提供される。復号器DCの右側には、スイッチ線の数より少ない、制御線STLが示される。図6のSP12Tスイッチについては、12のスイッチ線SLは、(周波数複信法による)3つの移動無線システムに対して、送信枝および受信枝のペアスイッチング(paired switching)が可能なように、例えば、たった4つの制御線STLで操作することが出来る。残りの6つの出力については、個別にのみ制御することができる。このような復号器の、1つの可能な、シンプルな論理回路を以下の表に示す。
Figure 2009531882
C1からC4は4つの制御線の信号の占有状態を示し、列T1からT12は対応する個別のスイッチ(例えば、個別のトランジスタ)に与えられ、スイッチ線を介して送信されるスイッチ信号を示す。示される4つの制御線を用いて、最大16の異なるスイッチの組合せが生成される。より多い数のスイッチの組合せには、より多い数のスイッチ線が必要である。例えば、32のスイッチの組合せには5つの制御線が、または、64のスイッチの組合せには、6つの制御線が必要である。
図8は、マルチスイッチMSを備えるモジュールについてのさらなる実施形態を示す。これは、図5に示される構成と類似して形成されるが、周波数複信移動無線システムの各送信枝および受信枝のペアに加えて、GSMシステムの受信枝を同時にアンテナに接続できる可能性を広げる。提示されるスイッチ位置において、3つの枝は互いに個別に操作させることが可能であるため、システムはトリプレクサとして機能する。これは、対応する整合素子AEを介した位相訂正整合(phase correct matching)を要するが、その一方では、GSMシステムにおいて、乱されることのない複信機能、およびこれと並行して、乱されることのない受信機能を可能とする。このようにして、周波数複信移動無線システムにおける呼接続(call connection)の監視と並行して、見込まれる着呼についてGSMチャネルを監視することが可能となる。さらに、複数のGSM受信枝において、時間的に遅延された、しかし、継続的に交代される同時個別(simultaneous respectively)監視が可能なように、動作中に、GSMシステムの個別に切り替え可能な受信枝の各スイッチを、定期的に切り替えることができる。
さらに、受信枝EZ4からEZ7の受信フィルタEF4からEF7には統合されたBALUN機能が提供されおり、Rx信号の対称増幅器における対称処理を可能とする。
図9は、さらなる単純化において、複数の送信枝と、それとは別の複数の受信枝を相互に接続し、これらを共通出力を介してマルチスイッチMSへ接続する、スイッチモジュールを示す。SZ1からSZ5の合計5つの送信枝と、EZ1からEZ5の5つの受信枝とが提供される。第4の送信枝SZ4は、移動無線システムGSM850とGSM900との共通の送信枝として構成される。同様に、第5の送信枝SZ5はGSM1800とGSM1900の2つの近接したRXバンドのための共通の送信枝として構成される。第4および第5の送信枝SZ4およびSZ5用の送信フィルタはそれぞれローパスフィルタとして構成される。
近接するRX周波数バンドを備える2つの移動無線システム用に、モジュールは共通の受信枝を用いることもできる。図9に示す実施の形態においては、第1の受信枝EZ1は、例えば、WCDMA850およびGSM850の受信用に構成される。第2の受信枝EZ2は、WCDM1900およびGSM1900用に同時に共通受信するように構成されている。残りの3つの受信枝EZ3からEZ5は、それぞれ1つの移動システム、例えば、WCDMA2100(EZ3)、GSM900(EZ4)、およびGSM1800(EZ5)用に、構成される。
マルチスイッチMSは、SP10Tスイッチとして形成し、10のスイッチ線を用いて操作するようにしてもよい。図示されるように、スイッチはWCDMAシステムにおける周波数複信接続と、GSMシステムにおける受信を同時に維持することを可能とする。GSMシステムの呼出においては、当該システムの送信枝と受信枝との間でスイッチすることができる。この処理においては、WCDMAの枝はアンテナANTにスイッチMSを介して接続されても、されなくてもよい。
適切な整合素子AEによる、相互に、そしてアンテナに接続された異なる枝の適切な整合のほかに、本実施の形態においては、トランシーバIC RFICは示される構成を裏付けるように設計されている。図9による実施の形態においては、送信および/または受信フィルタは、マルチスイッチとともにモジュールに統合しても、あるいは別々に離して構成してもよい。同様のことが、ここに、そして、図に提示される構成および実施の形態に対して適用される。
図13に示される実施の形態は、受信側と送信側の両方において、同じ時間における2つの枝(RxまたはTx)に対して1つの増幅器の利用を可能にし、それらを2つの異なる、または1つの共通の、送信または受信フィルタに適用することを可能にする。例えば、さらなる組合せに関する開示は、受信増幅器LNA1,2を示す。これは、2つの移動無線システム用の受信枝として共通利用され、EF1とEF2の2つの受信フィルタに接続される。2つの受信フィルタのそれぞれは、スイッチMSを介して、個別にアンテナに接続できる。よって、2つの受信フィルタEF1およびEF2を備える2つの枝は共通の増幅器を利用することが出来る。2つの近接する周波数バンドを備える移動無線システムに対しては、共通の増幅器を問題なく利用することができる。これは、適切なブロードバンドの増幅器が利用可能であることを想定すれば、周波数の意味において、より離れて配置される移動無線システムについても可能である。
図11は、図9に示すモジュールと同様に形成されたスイッチモジュールのさらなる構成を示す。ただし、図9と比較して、ここでのマルチスイッチMSは9つの個別のスイッチのみを備える。スイッチは、9つのスイッチ線によって操作可能であり、合計10の送信または受信枝との接続を確立できる。受信枝のうちの2つ(図においては、右下に示される、例えば、2つの受信枝EZ4およびEZ5)は、しかしながら、マルチスイッチ内で強固に互いに接続されており、これらはともに、1つのスイッチ処理または1つのスイッチによってアンテナに接続される。ただし、接続された受信枝のそれぞれについて整合素子がマルチスイッチ内に集積される。このスイッチ位置を介して、2つの接続された受信枝EZ4とEZ5について、受信側のダイプレクサ(diplexer)機能を得ることが出来る。これは、整合素子AEの利用による適切な整合によって、異なる移動無線システム、例えば、GSM900およびGSM1800の受信枝の、周波数の意味で互いに遠く離れた2つの周波数バンドについても可能である。これとは独立に、あるいは、これに加え、周波数複信移動無線システムのRx枝およびTx枝はマルチスイッチを通る固定した接続を提供することができる。この接続は、単独のスイッチの利用によりアンテナに接続可能であり、複信方式を保証する。
マルチスイッチを通る同様の固定接続は、異なる移動無線システムの切り替え可能な送信枝および受信枝を、ともに接続することができ、1つの共通した独立スイッチを介してアンテナに接続することもできる。このような固定配線は、マルチスイッチを介して強固に接続される2つ以上の枝を備え、これらの2つ以上の枝が1つの共通の独立したスイッチを用いてアンテナに接続される、より質の高いマルチプレクサを実装することができる。これにより、この目的に必要なマルチスイッチを簡素化することができる。
図10はスイッチモジュールの実施の形態を示す。これは、図6の実施の形態と同様に割り当てられた数に対応する送信枝および受信枝を提供する。しかしながら、図6と比較すると、示されるスイッチモジュールは簡素化されており、スイッチの数が2つ少ない。互いに離れたGSM移動無線システムの2つの受信枝は、ここでは、図11と同様のデュプレクサとして設計される。よって10のスイッチ線によって制御されるSP10Tスイッチを利用することができる。
図2乃至図11に示されるマルチスイッチにおける全ての個々のスイッチは、スイッチ線に与えられた信号の機能として、電流を通すか遮断し、スイッチをオンまたはオフに設定する、個別のトランジスタとして設計してもよい。このようなトランジスタは、バイポーラCMOS技術、あるいは、pHEMT(p−高電子移動度トランジスタ)素子によって実装してもよい。スイッチは、シリコン、シリコンゲルマニウム、SOI、またはガリウムヒ素などの基板、またはヘテロ接合基板に形成してもよい。あるいは、各個々のスイッチは、マイクロマシン(microelectromechanical)回路素子(MEMSスイッチ)として構成されても良い。
図12は、モジュールの素子を、多層膜基板(multiple layer substrate)SU上に配置する方法、および、互いに接続する方法のさらなる可能性について示す。例えば、図12Aは、回路素子SBEの1つ以上のトランジスタまたはMEMSスイッチが適用され、例えば、基板に接着された構成を示す。回路素子は、結合線(bond wire)BDを介して、基板SUの上部の、対応する接点に接続される。多層膜基板自体においては、対応する接続が形成され、さらには受動素子が集積される。受動素子は、個別に、または組み合わせて、マルチスイッチの、対応する整合素子を構成する。送信フィルタSFおよび受信フィルタEFは基板SUの同じ平面に配置してもよく、基板SUに、例えば、フリップチップマウンティングによって接続されてもよい。フィルタを結合線を介して基板に、そして、回路素子に接続することも可能である。
図12Bは、スイッチ素子SBEが、結合線による接触を排除するために、フリップチップ構成によりマウントされた実施の形態を示す。送信および受信フィルタSF,EFにフリップチップ構成を適用してもよい。
図12Cは、スイッチ素子SBEが送信および受信フィルタSF,EFに面した基板の側に配置された実施の形態を示す。フリップチップマウンティング技術は、電子的および機械的な並列接続を可能とする。さらに、回路素子SBEは、他の素子同様に、基板SUの凹所(recess)に組み込んで、基板上に構成してもよい。
モジュールの基板SUは、有機誘電層の間に、構造化された金属皮膜面(metallization plane)を、スイッチ処理のために提供する、積層体(laminate)であってもよい。基板SUは、LTCCセラミック、HTCCセラミック、またはガラスから形成されてもよい。ただし、それぞれは、対応する有機誘電層によって互いに分離された複数の金属皮膜面を有する多層膜構成を備える。多層膜基板においては、全ての整合素子は、線、インダクタンス、キャパシタとして形成されてもよい。ただし、整合素子、または整合素子の一部を基板表面上に離散した(discrete)要素素子として配置することも可能である。
電子的に接触する素子を備えるモジュールであって、当該素子をマウントされたモジュールは、モジュールの生産において、溶射法(spraying)または、キャステイング(casting)によって作成してもよい。
或いは、または、さらには、モジュールはシールドする筐体(housing)を備えるように提供してもよい。しかしながら、送信枝と受信枝との間にさらなる電磁シールドを提供するために、モジュール上に送信枝と受信枝のために個別の遮蔽物を配置することも可能である。
モジュールをスイッチング環境に接続する、特に、移動無線装置の基板上にマウント可能な、モジュールの外部接続は、LGA(ランドグリッドアレイ)または、BGA(ボールグリッドアレイ)として形成してもよい。モジュールの接点パッドをキャスタレーション(castellation)として形成してもよい。
送信および受信フィルタ、整合素子、回路素子、または各トランジスタ回路のいずれもが、SMT技術、フリップチップ技術を用いて配置されてもよい。あるいは、基板の上または下にベアダイ要素として構成してもよい。図12Cに示すように、個別の、あるいは、複数の素子は、所謂キャビティ(cavity)内の、基板内の対応する凹所に埋め込まれてもよい。
本発明によるモジュールは、既に述べたように、異なる追加要素を基板上に、または基板内に構成する、複数の集積化ステップを備えてもよい。最も集積化の高いステップでは、送信および受信IC、またはトランシーバIC用の半導体素子を基板上にさらに適用してもよい。
本発明は、図に示された実施の形態の例に限定されるものではない。本発明の範囲は、対応する移動通信、または他の無線通信または、情報システムへの、異なる枝の割り当てに応じて、マルチスイッチMSに接続される枝の数が、さらに変更されたモジュールも含む。送信または受信枝の共通利用、または、異なる枝の共通のスイッチング、および、その結果得られる、複雑さが軽減されたスイッチを考慮して、枝の数の変更は、簡素化された構成を様々に組合せて行われる。マルチスイッチは、スイッチングに必要な全てのトランジスタが集積された回路素子を備えてもよい。マルチスイッチは、複数のトランジスタ素子を備えてもよい。このうちの、2つ以上のトランジスタ素子に、回路機能および回路の組合せとが割り当てられていてもよい。
既知のフロントエンドにおける素子の接続を示す図である。 本発明に係るモジュールの概略を示す図である。 本発明に係るモジュールを備えるフロントエンドとして可能な構成の概略を示す図である。 マルチスイッチモジュールを備えるフロントエンドの全構成を示す図である。 細分化されたマルチスイッチを示す図である。 スイッチ線を備えるさらなるマルチスイッチを示す図である。 復号器の構成を示す図である。 細分化されたマルチスイッチを備えるモジュールの他の実施の形態を示す図である。 互いに結合された、複数の送信枝と、これとは独立した複数の受信枝と、を備える単純化されたスイッチモジュールを示す図である。 個々のスイッチの数を減らしたスイッチモジュールを示す図である。 スイッチモジュールのさらなる構成を示す図である。 全体として、モジュールの素子の基板SU上における、いくつかの可能な配置を示す。 全体として、モジュールの素子の基板SU上における、いくつかの可能な配置を示す。 全体として、モジュールの素子の基板SU上における、いくつかの可能な配置を示す。 2つの枝によって用いられる共通の増幅器を備えるスイッチモジュールを示す図である。
符号の説明
MS マルチスイッチ
EFG GSM受信フィルタ
EFW WCDMA受信フィルタ
DPW WCDMA用デュプレクサ
PAW WCDMA用送信側増幅器
PAG GSM用送信側増幅器
LNAW WCDMA用低ノイズ受信側増幅器
RKW WCDMA用方向性結合器
WCDMA TX 送信IC上のWCDMA用入力
GSM TX 送信IC上のGSM用入力
GSM RX 受信IC上のGSM用入力
WCDMA RX 受信IC上のWCDMA用入力
RF IC 共通送信受信IC
SZ1−SZ5 送信枝
EZ1−EZ6 受信枝
AE1S 第1の整合素子(送信枝)
AE2E 第2の整合素子(受信枝)
AG マルチスイッチMSの出力
MD1−MD4 個別に集積されたモジュール
ANT アンテナ
STL 制御線
SL 回路線
DC 復号器
T1−T12 例えば、トランジスタといった個々のスイッチ
SF 送信フィルタ
EF 受信フィルタ
BD 結合線
SU 基板
SBE 回路素子
LNA1,2 共通送信増幅器

Claims (20)

  1. 移動無線装置のモジュールであって、
    前記モジュールは、
    必要に応じて、異なる移動無線システムの送信枝および/または受信枝の出力をアンテナに接続するマルチスイッチ、
    FDDモードで複信化される第1の移動無線システムの送信枝のための第1の出力、
    前記第1の移動無線システムの受信枝のための第2の出力、
    前記第1の移動無線システムとは異なる、第2の移動無線システムの送信枝のための第3の出力、
    前記第2の移動無線システムの受信枝のための第4の出力、
    を備え、
    前記マルチスイッチは、前記第1の移動無線システムの送信枝と受信枝とを同時にアンテナに接続するスイッチ位置を有し、整合素子は、前記第1の移動無線システムの送信枝と受信枝に配置されるフィルタのFDD複信化方式を保証するためモジュールに集積され、前記スイッチ位置において、対応する枝に接続される、
    ことを特徴とするモジュール。
  2. FDDモードにおいて複信化される少なくとも2つの移動無線システムの送枝信および受信枝を備える、
    ことを特徴とする請求項1に記載のモジュール。
  3. 少なくとも1つのさらなる移動無線システムにおける送信枝と受信枝のそれぞれについて、少なくともさらなる2つの出力がマルチスイッチ上に提供され、少なくとも2つの移動無線システムが、少なくとも2つの異なる送信基準に準拠する、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のモジュール。
  4. 前記送信枝の出力は互いに近接して配置されるが、前記受信枝の出力からは空間的に離散される、
    こと特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のモジュール。
  5. 前記出力に接続可能な各枝について、整合素子が前記モジュール内に集積され、前記整合素子は、位相線、インダクタンス、キャパシタンス、インピーダンス整合ネットワーク、またはインピーダンス変換要素を備える、
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のモジュール。
  6. スイッチ位置が前記マルチスイッチ内に提供され、前記スイッチ位置は、前記第1の移動無線システムの送信枝および受信枝を、さらなる移動無線システムの少なくとも1つの送信枝または受信枝とともにアンテナに接続し、これにより、集積された整合素子を介したマルチプレクス機能を可能とする、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のモジュール。
  7. 前記マルチスイッチは、複数の金属皮膜面を有する、多層構造のモジュール基板上にマウントされ、前記金属皮膜面は、レジスタンス、位相線、キャパシタンス、および/またはインダクタンスのうちから選択される受動素子を備える、リレーによって構成される、
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のモジュール。
  8. 2つの受信枝の出力は、ダイプレクサ受信動作が可能なように、前記マルチスイッチの1つの側面において互いに接続される、
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のモジュール。
  9. FDDモードで複信化される移動無線システムの送信枝および受信枝の出力が互いに一体的に接続されており、2つの枝は、前記マルチスイッチのスイッチ位置において、当該接続を介して、前記アンテナに、同時に、そして、ともに接続される、
    ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のモジュール。
  10. 前記マルチスイッチは、各々がスイッチ線によって制御可能な、スイッチングトランジスタ、または、その他のスイッチング手段を備える、
    こと特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のモジュール。
  11. 前記モジュールは、スイッチ線の数より少ない複数の制御線によって制御される復号器を備え、
    前記復号器は制御線を介して送信された符号をスイッチ位置の組合せに変換する、
    ことを特徴とする請求項10に記載のモジュール。
  12. 前記マルチスイッチは、pHEMT、バイポーラまたはCMOS技術によるMEMSスイッチ、または半導体回路要素を備える、特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のモジュール。
  13. 前記モジュールは、当該モジュール基板内に、LCフィルタとして集積された送信フィルタを内部に配置した、様々な移動無線システムの送信枝を備える、
    ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載のモジュール。
  14. 前記モジュールは、その内部に受信フィルタを有する、様々な移動無線システムの受信枝を備え、前記受信フィルタはSAWまたはBAWフィルタとして構成される、
    ことを特徴とする請求項13に記載のモジュール。
  15. 前記モジュールは、送信枝に電力増幅器を備える、
    ことを特徴とする請求項13または14に記載のモジュール。
  16. 前記モジュールは、受信ICおよび送信ICを備える、
    ことを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載のモジュール。
  17. 前記モジュールは、方向性結合器が電力増幅器とFDD複信化送信フィルタとの間に配置される、
    ことを特徴とする請求項15または16に記載のモジュール。
  18. 4つのGSM移動無線システムと、少なくとも3つのWCDMA移動無線システムの送信枝および受信枝が、前記モジュール上で、対応する送信および受信フィルタを備えるよう構成される、
    ことを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載のモジュール。
  19. 前記マルチスイッチは、必要に応じて、異なる移動無線システムの送信枝および/または受信枝の出力を第1の、または他のアンテナに接続する、
    ことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載のモジュール。
  20. 同じ周波数帯域で機能する、2つの異なる移動無線システムに利用可能な、受信フィルタを内部に構成する受信枝を提供する、
    ことを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1項に記載のモジュール。
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