JP2010528498A - 共有アンテナを備える多帯域マルチスタンダード通信エンドデバイス用のフロントエンドモジュール - Google Patents

共有アンテナを備える多帯域マルチスタンダード通信エンドデバイス用のフロントエンドモジュール Download PDF

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Abstract

アンテナ経路(ANT)およびダイプレクサ(FW)を備えるフロントエンドモジュールが開示される。ダイプレクサはアンテナ経路、ならびに第1、第2および第3の信号経路(SP1、SP2、SP3)に接続される。第1の信号経路(SP1)は、異なる送信システムに割り当てられた少なくとも2つの第1の周波数帯の送受信器信号を送信するようになされる。第2の信号経路(SP2)は、異なる送信システムに割り当てられた少なくとも2つの第2の周波数帯の送受信器信号を送信するようになされる。第3の信号経路(SP3)は、第3の周波数帯の受信信号を送信するようになされる。
【選択図】図1

Description

フロントエンドモジュールは、例えば特許文献1から知られている。
独国特許出願公開第10352642号明細書
解決すべき1つの課題は、いくつかの無線帯でデータ送信を可能にするフロントエンドモジュールを開示することからなる。
アンテナ経路およびダイプレクサを備えるフロントエンドモジュールが開示される。ダイプレクサはアンテナ経路、ならびに第1、第2および第3の信号経路に接続される。第1の信号経路は、異なる送信システムに割り当てられた少なくとも2つの第1の周波数帯の送受信器信号を送信するようになされる。第2の信号経路は、異なる送信システムに割り当てられた少なくとも2つの第2の周波数帯の送受信器信号を送信するようになされる。第3の信号経路は、第3の周波数帯の受信信号を送信するようになされる。
好ましくは、第3の信号経路のパスバンドは第1の信号経路のパスバンドと第2の信号経路のパスバンドの間にある。例えば、第1の信号経路は824〜960MHzの間の周波数帯の信号を透過させ、第2の信号経路は1710〜2170MHzの間の周波数帯の信号を透過させ、第3の信号経路は1574.42〜1576.42MHzの間の周波数帯(GPS帯)の信号を透過させる。
1つの変形例では、ダイプレクサは第1の信号経路に接続されたローパスフィルタと第2の信号経路に接続されたハイパスフィルタとを含む。ハイパスフィルタとローパスフィルタとは電気的に相互接続されたキャパシタおよびインダクタによってそれぞれ実装されることができる。
ハイパスフィルタおよび/またはローパスフィルタの代わりに、広帯域バンドパスフィルタを用いることも原則として可能である。広帯域バンドパスフィルタは、例えば、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタを適切に相互接続することによって実装されることができる。
1つの変形例では、ダイプレクサは第3の信号経路に接続されたバンドパスフィルタを含み、また、好ましくは少なくとも1つのSAWフィルタまたはBAWフィルタを含む。
好ましくは、フロントエンドモジュールは支持基板と該基板に取り付けられた少なくとも1つのチップとを含む。1つの有利な変形例では、ダイプレクサは部分的に支持基板に実装され、部分的にチップに実装される。加えて、特に、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタを支持基板につくり、バンドパスフィルタをチップにまたは別々のチップにつくることができる。また、ローパスフィルタまたはハイパスフィルタの少なくとも1つの回路要素を基板の表面に取り付けることもできる。
1つの変形例では、フロントエンドモジュールは第1の信号経路を少なくとも4つの第1の部分経路に交互に接続する第1のスイッチを含む。少なくとも4つの第1の部分経路は少なくとも2つの受信経路、少なくとも1つの送信経路および少なくとも1つの送受信経路からなる。
1つの変形例では、フロントエンドモジュールは第2の信号経路を少なくとも4つの第2の部分経路に交互に接続する第2のスイッチを含む。少なくとも4つの第2の部分経路は少なくとも2つの受信経路、少なくとも1つの送信経路および少なくとも1つの送受信経路からなる。
好ましくは、スイッチは支持基板に取り付けられた少なくとも1つのチップに実装される。異なるスイッチは別々のチップにまたは1つの共通のチップに実装されることができる。
それぞれの送信経路は、例えばGSM1800とGSM1900、または、代わりに、GSM850とGSM900などの、少なくとも2つの異なる送信システムのデータ送信に適する。
好ましくは、受信フィルタが受信経路にそれぞれ配置され、送信フィルタが送信経路にそれぞれ配置され、受信フィルタが第3の信号経路に配置される。送信フィルタはローパスフィルタまたはバンドパスフィルタの形態として実装されることができる。好ましくは、受信フィルタはバンドパスフィルタからなる。バンドパスフィルタは、例えば、SAWフィルタまたはBAWフィルタの形態として実装されることができる。
1つの変形例では、デュプレクサが各送受信経路に配置される。各デュプレクサは送信フィルタおよび受信フィルタを含む。各デュプレクサは、ある変形例ではCDMAシステムに、別の変形例ではWCDMAシステムにそれぞれ用いられる。
受信フィルタおよび/または送信フィルタは、支持基板に取り付けられた少なくとも1つのチップに実装される。また、送信フィルタは支持基板に実装されることもできる。
1つの変形例では、低雑音増幅器が各受信経路にそれぞれ配置され、電力増幅器が各送信経路にそれぞれ配置される。低雑音増幅器は、支持基板に取り付けられてもよく、または送受信器チップと一体化されてもよい少なくとも1つのLNAチップに実装される。電力増幅器は、支持基板に取り付けられてもよく、または別々のハウジング内のモジュールの外に配置されてもよい少なくとも1つのPAチップに実装される。LNAは低雑音増幅器(Low Noise Amplifier)の略語であり、PAは電力増幅器(Power Amplifier)の略語である。原則として、LNAおよびPAを共通のチップに実装することも想到可能である。
開示されたフロントエンドモジュールおよびその有利な実施形態は、原寸通りではない概略図面を参照して以下に示される。
第1のフロントエンドモジュールの等価回路図である。 第2のフロントエンドモジュールの等価回路図である。 周波数モジュールの透視図である。
図1は、アンテナ経路ANTおよびアンテナ経路に接続されたダイプレクサFWを備えるフロントエンドモジュールを示す図である。ダイプレクサFWは第1の信号経路SP1、第2の信号経路SP2および第3の信号経路SP3を分離する役割を果たす。
ダイプレクサFWは第1の信号経路内に配置された第1のフィルタF10、第2の信号経路内に配置された第2のフィルタF20および第3の信号経路内に配置された第3のフィルタF30からなる。好ましくは第1のフィルタF10はローパスフィルタからなり、第2のフィルタF20はハイパスフィルタからなり、第3のフィルタF30はバンドパスフィルタからなる。フィルタF10、F20およびF30は互いに異なるパスバンドを有する。各フィルタは他のフィルタのパスバンドをブロックする。
ダイプレクサのそれぞれのフィルタは、第1の信号経路SP1が、例えば824〜960MHzの間の周波数帯の信号を透過させ、第2の信号経路SP2が1710〜2170MHzの間の周波数帯の信号を透過させ、第3の信号経路SP3が1574.42〜1576.42MHzの間のGPS帯の信号を透過させるように実装される。第1の実施形態では、第1および第2のフィルタF10、F20はコンダクタおよびキャパシタを用いて実装される。この場合、第3のフィルタF30はSAWフィルタまたはBAWフィルタの形態として実装される。
第1の信号経路SP1は、第1のスイッチS1によって、4つの第1の部分経路RX1、RX2、TX12およびTR3のうち1つに交互に導電的に接続される。第2の信号経路SP2は、第2のスイッチS2によって、4つの第2の部分経路RX5、RX6、TX56およびTR7のうち1つに交互に導電的に接続される。経路RXは受信経路であり、経路TXは送信経路であり、経路TRは送受信経路である。
1つの変形例では、受信経路RX1はGSM850無線帯に割り当てられ、受信経路RX2はGSM900無線帯に割り当てられ、送信経路TX12はGSM850およびGSM900無線帯に割り当てられる。送受信経路TR3はCDMA850無線帯に割り当てられる。送受信経路TR3はデュプレクサによって送信経路TX3と受信経路RX3とに分離される。デュプレクサは受信フィルタF31と送信フィルタF32とからなる。受信フィルタF31は受信経路RX3に配置され、送信フィルタF32は送信経路TX3に配置される。
1つの変形例では、第2の信号経路SP2の受信経路RX5はGSM1800無線帯に割り当てられ、受信経路RX6はGSM1900無線帯に割り当てられ、送信経路TX56はGSM1800およびGSM1900無線帯に割り当てられる。送受信経路TR3はCDMA1900無線帯に割り当てられる。送受信経路TR7はデュプレクサによって送信経路TX7および受信経路RX7に分割される。デュプレクサは受信フィルタF71と送信フィルタF72とからなる。受信フィルタF71は受信経路RX7に配置され、送信フィルタF72は送信経路TX7に配置される。
第1の信号経路SP1は、第1の実施例では4つの切り替え可能な出力(SP4T)を含むマルチパススイッチS1の入力に接続される。第1の実施例では、第2の信号経路SP2はまた別の四方向スイッチS2の入力にも接続される。第3の信号経路SP3は受信経路RX4として設けられ、この信号経路はGPSシステム用の受信接続を形成し、図面に記載されていないGPS受信器の前置増幅器LNA4に接続される。
第1のスイッチの4つの出力はGSM850用の受信フィルタF1、GSM900用の受信フィルタF2、GSM850/900用のローパス送信フィルタF12、およびCDMA850用のデュプレクサの入力に接続される。
したがって、GSM850およびGSM900用の受信フィルタF1、F2の出力は、それぞれGSM850およびGSM900用の前置増幅器に接続される。これらの前置増幅器は図1には記されていない。それらは、例えばミキサー、VCO、他のシステムの前置増幅器などの、受信回路の他のアセンブリをもまた含み得る、例えば集積回路(RF−IC)に配置される。GSM850/900用のローパス送信フィルタF12はGSM850/900用の送信増幅器PA12の出力に接続される。デュプレクサF31、F32の受信出力はCDMA850システム用の前置増幅器LNA3に接続される。このデュプレクサの送信出力はCDMA850用の送信増幅器PA3の出力に接続される。
第2のスイッチS2の4つの出力は同様に部分経路に接続され、部分経路にはGSM1800、GSM1900およびCDMA1900システム用のフィルタF5、F6、F56、F71、F72、前置増幅器LNA7、LNA8および送信増幅器PA56、PA7、PA8が配置される。
CDMA850システムにおける移動通信用に、デュプレクサ入力に接続された送受信経路TR3が起動される。すなわち、スイッチS1によって信号経路SP1に導電的に接続される。GPS信号は第3の信号経路SP3においてもなお同時に受信されることが可能である。これはCDMA1900システムにおける通信にも同様に当てはまり、この場合、第2のスイッチS2は送受信経路TR7を信号経路SP2に接続するために用いられる。
GSM850無線帯における移動通信用に、第1のスイッチS1が、GSM850規格に用いられるTDD方式に従って、GSM850用の受信フィルタF1の入力とGSM850/900用のローパス送信フィルタF12の出力との間を交互に切り替える。TDDは時間分割多重アクセス(Time Division Multiple Access)の略語であり、タイムスロットごとに送信信号または受信信号を送ることを意味する。このことはGSM900における通信にも同様に当てはまる。また、このことはGSM1800およびGSM1900における通信にも同様に当てはまり、この場合、第2のスイッチS2が用いられる。
1つの有利な変形例では、単一のアンテナ経路、すなわちダイバーシティのないアンテナがフロントエンドモジュールに設けられる。そのようなフロントエンドモジュールの利点は、すべての必要とされる無線通信システムがサポートされ、第3の信号経路が常に受信待ち状態にあり、全体で1つのアンテナのみが用いられるという点にみられる。
好ましくは、ダイプレクサFWは図3に記載される支持基板TSに部分的に一体化される。
好ましくは、支持基板TSは少なくとも2つの誘電層と、これらの誘電層と交互に配置されるメタライゼーション面とを含む。好ましくは、誘電層はセラミック材料を含有する。その結果、支持基板は一般性を失うことなく多層セラミックとして以下に言及される。誘電層は、しかしながら、他のいかなる電気絶縁材料、特に有機材料を含んでもよく、妥当な場合は、もっぱらそのような材料を含んでもよい。
メタライゼーション面はストリップ導電体または導電面を形成するように構成される。細長く、場合によっては曲がったストリップ導電体が少なくとも1つのインダクタを実装するのに適しており、導電面が少なくとも1つのキャパシタを実装するのに適している。このことは、特に、送信フィルタF12、F56およびフィルタF10、F20を実装することを可能にする。
好ましくは、フロントエンドモジュールは以下の基本部分を含む。すなわち、ダイプレクサ、スイッチ、受信フィルタ、送信フィルタ、RF−IC、送信増幅器などである。フロントエンドモジュールの基本部分は、好ましくはSMD互換可能なコンパクトな構成要素へと組み込まれる。SMDは表面実装部品(Surface Mounted Device)の略語である。
第1の好ましい実施例(離散法)では、ダイプレクサにおいて、例えばフィルタF10、F20用に必要とされるインダクタとキャパシタは、多層セラミックに一体化される。好ましくは音波で動作する第3の信号経路SP3のフィルタF30が、パッケージ化されたSMD素子またはベアダイの形態で多層セラミックの表面に取り付けられる。この多層セラミックは、妥当な場合は、パッケージ化されたスイッチングチップ、送信および受信フィルタの支持体の役割を果たし、携帯電話の回路板にはんだ付けされることができ、フロントエンドモジュールと他のスイッチングブロックとの間の電気接続が回路板に生じる。
図3に記載された第2の実施例では、ダイプレクサのインダクタおよびキャパシタ、ローパス送信フィルタF12、F56および図面に記載されなくてもよいアダプタ素子が、多層セラミックに一体化される。アダプタ素子は、例えば、それぞれの信号経路の入力インピーダンスまたは出力インピーダンスを所定のインピーダンスレベルに適応させるための役割を果たす。
ダイプレクサの第3の信号経路用のフィルタF30は、2つのマルチパススイッチS1、S2および4つの受信フィルタF1、F2、F5、F6が多層セラミックの上側に取り付けられる。この実施形態では、好ましくは、受信フィルタがSAWフィルタまたはBAWフィルタの形態でも実装される。この実施形態の変形例では、2つのスイッチS1、S2は、パッケージ化されたSMD構成要素、ワイヤ接続されたベアダイ、またはフリップチップ構成要素の形態としてそれぞれ実装される。
図3に記載された変形例では、受信フィルタF1、F2は共通チップCH2に実装される。受信フィルタF5、F6は共通チップCH3に実装される。第3の信号経路SP3に配置された受信フィルタF4はチップCH1に実装される。好ましくはスイッチS1およびS2は一緒にパッケージ化され、チップCH4に実装される。
チップCH5およびCH6はフロントエンドモジュールの他の構成要素、特にESD保護構成要素および/または、例えばインダクタおよびキャパシタなどの4線式ネットワークの素子を含む。チップに実装されるインダクタは特に高い品質を特徴とする。チップに実装されるキャパシタは特に高い容量を特徴とする。
第3の実施形態(一体化されたデュプレクサを有するフロントエンドモジュール)では、デュプレクサはまたモジュールと一体化される。この場合、デュプレクサは音響チップまたはいくつかの音響チップを含み、妥当な場合は、好ましくは多層セラミックに一体化されたアダプタ素子を含む。チップはパッケージ化された構成要素またはベアダイの形態で、またはフリップチップまたはワイヤボンディングの技術に従って支持基板に取り付けられることができる。
第4の実施形態では、CDMAおよびWCDMA受信帯用の前置増幅器LNA3、LNA7などもまたモジュールの部品を形成する。前置増幅器はまた、支持基板TSに取り付けられる少なくとも1つのチップにも実装される。
第5の実施形態では、4つのGSMおよび2つのCDMAシステムではなく、4つのGSMおよび3つのWCDMAシステム(WCDMA850、WCDMA1900、WCDMA2100)がサポートされる。これは、例えば、図2に示されるようにSP4TからSP5Tへのハイパス経路に配置されたスイッチS2の順序を変更することによって実装される。ハイパスフィルタF20のパスバンドは1710MHzから2170MHzの周波数帯にある。
対応してスイッチの順序が改められるならば、より大きい、またはより小さい数のGSM、CDMAおよびWCDMAシステムもまたサポートすることが可能である。フロントエンドモジュールは、原則として、いかなる送信帯用につくることもできる。
第6の実施形態では、デュプレクサ受信経路が対応する周波数帯に利用可能ならば、1つまたはそれ以上のGSM受信フィルタF1、F2、F5、F6が省かれることができる。例えば、WCDMA1900用のデュプレクサが回路内にも存在する場合は、GSM1900帯に割り当てられた受信フィルタF6を省くことができる。図2に記載の変形例では、WCDMA1900用のデュプレクサが受信フィルタF81および送信フィルタF82を用いて実装される。この場合、共通の前置増幅器がGSM1900とWCDMA1900の通信の受信のために用いられる。
第7の実施形態では、デュプレクサの受信フィルタは微分(差分)出力を備える。他の受信フィルタまたは送信フィルタは微分出力または入力をそれぞれ含んでもよい。
シングルエンド信号経路と微分信号経路の間の移行はバラン(balun)によってなされることができる。バランは上記フィルタのひとつに一体化されることができる。バランの機能は、例えば、それぞれの受信フィルタの出力またはそれぞれの送信フィルタの入力におけるDSMトラックによって実装される。構成要素が分離してモジュールの上側にはんだ付けされたバランや、構成要素が多層セラミックに一体化されたバランも、また考慮されることができる。
ANT アンテナ経路
CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6 チップ
FW ダイプレクサ
F10、F20、F30 ダイプレクサのフィルタ
F1、F2、F31、F4 受信フィルタ
F32、F72、F82 受信フィルタ
F5、F6、F71、F81 受信フィルタ
F12 送信フィルタ
RX1、RX2、RX3、RX4 受信経路
RX5、RX6、RX7、RX8 受信経路
SP1 第1の信号経路
SP2 第2の信号経路
SP3 第3の信号経路
TS 支持基板
TR3 送受信経路
TR7、TR8 送受信経路
TX12、TX3、TX56、TX7、TX8 送信経路

Claims (17)

  1. フロントエンドモジュールであって、
    アンテナ経路(ANT)を備え、
    アンテナ経路、ならびに第1、第2および第3の信号経路(SP1、SP2、SP3)に接続されたダイプレクサ(FW)を備え、
    第1の信号経路(SP1)が、異なる送信システムに割り当てられた少なくとも2つの第1の周波数帯の送受信器信号を送信するようになされ、
    第2の信号経路(SP2)が、異なる送信システムに割り当てられた少なくとも2つの第2の周波数帯の送受信器信号を送信するようになされ、
    第3の信号経路(SP3)が、第3の周波数帯の受信信号を送信するようになされる、フロントエンドモジュール。
  2. 第3の信号経路(SP3)のパスバンドが、第1および第2の信号経路(SP1、SP2)のパスバンドの間にある、請求項1に記載のフロントエンドモジュール。
  3. ダイプレクサ(FW)が、第1の信号経路(SP1)に接続されたローパスフィルタ(F10)および第2の信号経路(SP2)に接続されたハイパスフィルタ(F20)を含む、請求項1または2に記載のフロントエンドモジュール。
  4. ダイプレクサ(FW)が、第3の信号経路(SP3)に接続されたバンドパスフィルタ(F30)を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のフロントエンドモジュール。
  5. ハイパスフィルタ(F20)およびローパスフィルタ(F10)が、電気的に相互接続されたキャパシタおよびインダクタを用いてそれぞれ実装され、
    バンドパスフィルタ(F30)が、音波で動作する構造物構成要素を用いて実装される、請求項3および4に記載のフロントエンドモジュール。
  6. 支持基板(TS)および該基板上に配置された少なくとも1つのチップ(CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6)を備え、
    ダイプレクサ(FW)が、部分的に支持基板に実装され、部分的に該チップの少なくとも1つに実装される、請求項1から5のいずれか一項に記載のフロントエンドモジュール。
  7. 第1の信号経路(SP1)を少なくとも4つの第1の部分経路(RX1、RX2、TX12、TR3)に交互に接続する第1のスイッチ(S1)を備える、請求項1から6のいずれか一項に記載のフロントエンドモジュール。
  8. 少なくとも4つの第1の部分経路(RX1、RX2、TX12、TR3)が少なくとも2つの受信経路(RX1、RX2)、少なくとも1つの送信経路(TX12)および少なくとも1つの送受信経路(TR3)からなる、請求項7に記載のフロントエンドモジュール。
  9. 第2の信号経路(SP2)を少なくとも4つの第2の部分経路(RX5、RX6、TX56、TR7、TR8)に交互に接続する第2のスイッチ(S2)を備える、請求項7または8に記載のフロントエンドモジュール。
  10. 少なくとも4つの第2の部分経路(RX5、RX6、TX56、TR7、TR8)が少なくとも2つの受信経路(RX5、RX6)、少なくとも1つの送信経路(TX56)および少なくとも1つの送受信経路(TR7、TR8)からなる、請求項9に記載のフロントエンドモジュール。
  11. 送信経路(TX12、TX56)が、少なくとも2つの異なる送信システムのデータを送信するようになされる、請求項8または10に記載のフロントエンドモジュール。
  12. 受信フィルタ(F1、F2、F5、F6)が、受信経路(RX1、RX2、RX3、RX4、RX5、RX6、RX7、RX8)にそれぞれ配置され、
    送信フィルタ(F12、F56)が、送信経路(TX12、TX56)にそれぞれ配置され、
    受信フィルタ(F4)が、第3の信号経路(SP3)に配置される、請求項8から11のいずれか一項に記載のフロントエンドモジュール。
  13. 受信フィルタ(F1、F2、F4、F5、F6)および送信フィルタ(TX12、TX56)が、支持基板(TS)に取り付けられた少なくとも1つのチップに実装される、請求項12に記載のフロントエンドモジュール。
  14. デュプレクサが送受信経路(TR3、TR7、TR8)にそれぞれ配置される、請求項8から13のいずれか一項に記載のフロントエンドモジュール。
  15. デュプレクサが、支持基板(TS)に取り付けられたチップに実装される、請求項14に記載のフロントエンドモジュール。
  16. スイッチ(S1、S2)が、支持基板(TS)に取り付けられた少なくとも1つのチップ(CH4)に実装される、請求項7から15のいずれか一項に記載のフロントエンドモジュール。
  17. 前置増幅器(LNA3、LNA4、LNA7、LNA8)が、受信経路(RX1、RX2、RX3、RX4、RX5、RX6、RX7、RX8)にそれぞれ配置され、電力増幅器(PA12、PA3、PA7、PA8)が、送信経路(TX12、TX3、TX56、TX7、TX8)にそれぞれ配置され、
    前置増幅器が、支持基板(TS)に取り付けられた少なくとも1つのLNAチップに実装され、
    電力増幅器が、支持基板(TS)に取り付けられた少なくとも1つのPAチップに実装される、請求項8から16のいずれか一項に記載のフロントエンドモジュール。
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