JP2012205207A - High frequency circuit, high frequency component, and communication apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯電話の通信システムやGPS、ブルートゥースや無線LAN等の受信回路部に用いられる高周波回路、高周波部品およびそれらを用いた高周波部品に関する。 The present invention relates to a high-frequency circuit, a high-frequency component, and a high-frequency component using them, which are used in a communication system of a mobile phone, a receiving circuit unit such as GPS, Bluetooth, and wireless LAN.
従来、通信衛星や地上基地局からのマイクロ波帯、準マイクロ波帯等の電波を受信する場合の高周波回路部は、図20に示す様に受信信号を増幅器LNAで増幅した後、帯域通過フィルタBPFを通して通過帯域外の妨害波(受信信号以外の信号)を除去する様に構成されていた。受信信号は送信信号と比べて微弱であり、例えば通信衛星からの電波は−100dBm以下に過ぎない。この為、妨害波の強電界域では増幅器が飽和してしまい、受信信号が正しく増幅されない場合がある。また増幅器が飽和しないまでも、受信信号の抑圧レベルが大きく安定した受信が困難である場合があった。 2. Description of the Related Art Conventionally, a high-frequency circuit unit for receiving radio waves such as microwave bands and quasi-microwave bands from communication satellites and ground base stations amplifies a received signal with an amplifier LNA as shown in FIG. It was configured to remove interference waves (signals other than the received signal) outside the passband through the BPF. The received signal is weak compared to the transmitted signal. For example, the radio wave from the communication satellite is only −100 dBm or less. For this reason, the amplifier is saturated in the strong electric field region of the interference wave, and the received signal may not be amplified correctly. Even if the amplifier does not saturate, it may be difficult to achieve stable reception with a large suppression level of the received signal.
そこで妨害波の強電界域においても安定した受信が可能となるように、増幅器の前段にも帯域通過フィルタを接続し、増幅器に入力される妨害波を減衰することが行なわれる。
帯域通過フィルタを増幅器の前段に接続した場合は、妨害波の減衰量を確保できるものの、一般的に帯域外の減衰量が大きい帯域通過フィルタは、挿入損失も大きくなる傾向があるため、この場合挿入損失が大きくなり受信感度が悪化するという問題があった。
Therefore, a band-pass filter is connected to the previous stage of the amplifier to attenuate the interference wave input to the amplifier so that stable reception of the interference wave is possible even in a strong electric field region.
If a band-pass filter is connected in front of the amplifier, it is possible to secure an attenuation amount of the interference wave, but in general, a band-pass filter having a large attenuation amount outside the band tends to increase the insertion loss. There was a problem that the insertion loss increased and the reception sensitivity deteriorated.
そのような問題に対して本発明者は、特許文献1において、増幅器の前段に接続される第1の帯域通過フィルタとして、通過帯域における挿入損失が、増幅器の後段に接続される第2の帯域通過フィルタよりも小さいものを用い、前記第2の帯域通過フィルタは、通過帯域外の周波数における減衰量が前記第1の帯域通過フィルタの減衰量よりも大きいものを用いることで、受信感度の向上と、通過帯域外での高減衰量の両方を得ることを提案している。
In order to solve such a problem, the present inventor disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示された高周波回路の場合には、挿入損失が小さい帯域通過フィルタでは、妨害波が十分に減衰されないまま増幅器に入力し、妨害波の強電界域において安定した受信が出来ないことが懸念された。また、増幅器の後段側に、相対的に挿入損失の大きな帯域通過フィルタを接続するため、所定の出力電力を得るには高いゲインとなる増幅器が必要であり、電力消費が増加するなどの問題もあった。
However, in the case of the high-frequency circuit disclosed in
そこで本発明は、NF(雑音指数)が小さく、受信感度の向上と、通過帯域外での高減衰量を得ながら、増幅器の後段に接続される帯域通過フィルタとして挿入損失が小さい帯域通過フィルタを用いることが出来、もって低消費電力の高周波回路を得ることを第1の目的とする。
また、増幅器の前後に帯域通過フィルタを接続する高周波回路を構成する高周波部品を小型化するとともに、その構成に起因する電気的特性の劣化を抑制できるようにすることを第2の目的とする。
更に、前記高周波回路や前記高周波部品を用いて、電気的特性に優れ、低消費電力化が可能であり、小型の通信装置を提供することを第3の目的とする。
Therefore, the present invention provides a bandpass filter having a small insertion loss as a bandpass filter connected to the subsequent stage of the amplifier while improving the reception sensitivity and obtaining a high attenuation outside the passband while having a small NF (noise figure). A first object is to obtain a high-frequency circuit that can be used and has low power consumption.
It is a second object of the present invention to reduce the size of the high-frequency components that constitute the high-frequency circuit that connects the band-pass filter before and after the amplifier and to suppress the deterioration of the electrical characteristics caused by the configuration.
It is a third object of the present invention to provide a small communication device that uses the high-frequency circuit or the high-frequency component and has excellent electrical characteristics and can reduce power consumption.
第1の発明は、増幅器と、前記増幅器の入力段に接続された第1の帯域通過フィルタと、前記増幅器の出力段に接続された第2の帯域通過フィルタとを備え、前記第1の帯域通過フィルタと前記第2の帯域通過フィルタのどちらか一方が、通過帯域の低周波数側に共振点を有する容量性の帯域通過フィルタであり、他方が通過帯域の高周波数側に共振点を有する誘導性の帯域通過フィルタであることを特徴とする高周波回路である。
増幅器として低雑音増幅器を使用すれば、高周波回路の雑音指数を抑えることが出来るので好ましい。
A first invention includes an amplifier, a first bandpass filter connected to an input stage of the amplifier, and a second bandpass filter connected to an output stage of the amplifier, and the first band One of the pass filter and the second band pass filter is a capacitive band pass filter having a resonance point on the low frequency side of the pass band, and the other is an induction having a resonance point on the high frequency side of the pass band. It is a high frequency circuit characterized by being a characteristic band pass filter.
It is preferable to use a low noise amplifier as the amplifier because the noise figure of the high frequency circuit can be suppressed.
容量性の帯域通過フィルタは、通過帯域の近傍において通過帯域外の低周波側が高周波側よりも減衰量を大きくすることができる。この為、通過帯域における帯域通過フィルタの挿入損失特性は、低周波側が高周波側よりも損失が大きくなる傾向にあるが、通過帯域の低周波数側と高周波数側のそれぞれにおいて減衰極が設けられ、もって帯域外減衰量が大きな帯域通過フィルタと比べて、損失を小さく構成することが出来る。
誘導性の帯域通過フィルタは通過帯域の近傍において、通過帯域外の高周波側が低周波側よりも減衰量を大きくすることができる。この為、通過帯域における帯域通過フィルタの挿入損失特性は、高周波側が低周波側よりも損失が大きくなる傾向にあるが、容量性の帯域通過フィルタと同様に、帯域外減衰量が大きな帯域通過フィルタと比べて、損失を小さく構成することが出来る。
The capacitive band pass filter can increase the attenuation on the low frequency side outside the pass band in the vicinity of the pass band than on the high frequency side. For this reason, the insertion loss characteristic of the bandpass filter in the passband tends to have a higher loss on the low frequency side than on the high frequency side, but attenuation poles are provided on each of the low frequency side and the high frequency side of the passband, Therefore, the loss can be reduced as compared with the band-pass filter having a large out-of-band attenuation.
The inductive bandpass filter can increase the amount of attenuation in the vicinity of the passband on the high frequency side outside the passband than on the low frequency side. For this reason, the insertion loss characteristics of the band-pass filter in the pass band tend to be larger on the high frequency side than on the low frequency side. However, like the capacitive band-pass filter, the band-pass filter has a large out-of-band attenuation. Compared with, it is possible to reduce the loss.
この様な帯域通過フィルタを用いて構成された高周波回路は、大きな帯域外減衰量とともに、優れた受信感度が得られ、NFが小さく、消費電力が抑えられたものとなる。通過帯域近傍の低周波側に高電界の妨害波がある場合には、第1の帯域通過フィルタとして容量性の帯域通過フィルタを用い、第2の帯域通過フィルタとして誘導性の帯域通過フィルタを用いれば良い。また、通過帯域近傍の高周波側に高電界の妨害波がある場合には、第1の帯域通過フィルタとして誘導性の帯域通過フィルタを用い、第2の帯域通過フィルタとしって容量性の帯域通過フィルタを用いる。 A high-frequency circuit configured using such a band-pass filter has excellent reception sensitivity, small NF, and low power consumption, along with a large out-of-band attenuation. When there is a high-field interference wave near the passband, use a capacitive bandpass filter as the first bandpass filter and an inductive bandpass filter as the second bandpass filter. It ’s fine. Also, when there is a high electric field interference wave on the high frequency side near the pass band, an inductive band pass filter is used as the first band pass filter, and a capacitive band pass is used as the second band pass filter. Use a filter.
本発明においては、第1ポートと第2ポートを備える容量性の帯域通過フィルタを、第1ポート側の第1共振器と、第2ポート側の第3共振器と、それらの段間に配置された第2共振器とで、インターデジタル結合の共振器電極を有する3段の共振器で構成するのが好ましい。
また第1ポートと第2ポートを備える誘導性の帯域通過フィルタを、第1ポート側の第1共振器と、第2ポート側の第3共振器と、それらの段間に配置された第2共振器とでなる3段の共振器とし、前記第1共振器と前記第2共振器の共振器電極はインターデジタル結合し、前記第2共振器と前記第3共振器の共振器電極はコムライン結合する構成とするのが好ましい。
In the present invention, a capacitive bandpass filter having a first port and a second port is disposed between the first resonator on the first port side, the third resonator on the second port side, and the stages thereof. It is preferable that the second resonator is a three-stage resonator having an interdigitally coupled resonator electrode.
Also, an inductive bandpass filter having a first port and a second port is provided with a first resonator on the first port side, a third resonator on the second port side, and a second disposed between those stages. A three-stage resonator including a resonator, the resonator electrodes of the first resonator and the second resonator are interdigitally coupled, and the resonator electrodes of the second resonator and the third resonator are combs. It is preferable to adopt a configuration in which lines are connected.
第2の発明は、第1の発明の高周波回路を基板に構成したことを特徴とする高周波部品である。 The second invention is a high-frequency component characterized in that the high-frequency circuit of the first invention is configured on a substrate.
本発明においては前記基板を多層セラミック基板とするのが好ましい。
多層セラミック基板の内部には、異なる層に形成された複数のグランド電極と、前記グランド電極に挟まれた領域に、前記第1の帯域通過フィルタ及び前記第2の帯域通過フィルタを構成する共振器電極とコンデンサ電極のための電極パターンを有し、第1の帯域通過フィルタを構成する第1電極パターンと第2の帯域通過フィルタを構成する第2電極パターンとが積層方向に重なり合わない様に配置され、かつ異なるグランド電極を繋ぐ複数のビアホール群を介して異なる平面領域に形成されるのが好ましい。
In the present invention, the substrate is preferably a multilayer ceramic substrate.
A multilayer ceramic substrate includes a plurality of ground electrodes formed in different layers and a resonator constituting the first band-pass filter and the second band-pass filter in a region sandwiched between the ground electrodes. An electrode pattern for the electrode and the capacitor electrode is provided so that the first electrode pattern constituting the first bandpass filter and the second electrode pattern constituting the second bandpass filter do not overlap in the stacking direction. It is preferably formed in different planar regions via a plurality of via hole groups that are arranged and connect different ground electrodes.
第3の発明は、第1の発明の高周波回路を用いたことを特徴とする通信装置である。 A third invention is a communication apparatus using the high frequency circuit of the first invention.
第4の発明は、第2の発明の高周波部品を用いたことを特徴とする通信装置である。 A fourth invention is a communication apparatus using the high-frequency component of the second invention.
本発明によれば、NF(雑音指数)が小さく、受信感度の向上と、通過帯域外での高減衰量を得ながら、増幅器の後段に接続される帯域通過フィルタとして挿入損失が小さい帯域通過フィルタを用いることが出来、もって低消費電力の高周波回路を得ることができる。
また、増幅器の前後に帯域通過フィルタを接続する高周波回路を構成する高周波部品を小型化するとともに、その構成に起因する電気的特性の劣化を抑制できるようにすることが出来る。
更に、前記高周波回路や前記高周波部品を用いて、電気的特性に優れ、低消費電力化が可能であり、小型の通信装置を提供することが出来る。
According to the present invention, a band-pass filter having a small insertion loss as a band-pass filter connected to the subsequent stage of the amplifier while improving NF (noise figure), improving reception sensitivity, and obtaining a high attenuation outside the pass band. Therefore, a high-frequency circuit with low power consumption can be obtained.
In addition, it is possible to reduce the size of the high-frequency components that constitute the high-frequency circuit that connects the band pass filter before and after the amplifier, and to suppress the deterioration of the electrical characteristics due to the configuration.
Furthermore, by using the high-frequency circuit and the high-frequency component, it is possible to provide a small communication device that is excellent in electrical characteristics and can reduce power consumption.
本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例に係る高周波回路の回路構成を示すブロック図である。この高周波回路は、増幅器の前段に通過帯域の低周波数側に共振点を有する容量性の帯域通過フィルタを接続し、後段に通過帯域の高周波数側に共振点を有する誘導性の帯域通過フィルタを接続したものである。既に述べたが、増幅器の前段と後段にどの様な帯域通過フィルタを接続するかは、妨害波が通過帯域近傍の低周波側あるいは高周波側に有るのかによって設定され得る。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a high-frequency circuit according to an embodiment of the present invention. In this high-frequency circuit, a capacitive bandpass filter having a resonance point on the low frequency side of the passband is connected to the front stage of the amplifier, and an inductive bandpass filter having a resonance point on the high frequency side of the passband is connected to the subsequent stage. Connected. As already described, what kind of band pass filter is connected to the front stage and the rear stage of the amplifier can be set depending on whether the interference wave is on the low frequency side or the high frequency side near the pass band.
なお以下の説明を簡略なものとするため、通過周波数帯域fbを2.3GHz〜2.7GHz(無線通信仕様のWiBro;2.3GHz〜2.4GHz、WiMAX;2.495GHz〜2.690GHzを含む周波数帯)とし、高電界の妨害波を、GSM1800(1.71GHz〜1.88GHz)、GSM1900(1.85GHz〜1.99GHz)などの携帯電話の通信システムとして、妨害波が通過帯域近傍の低周波側に有る場合について説明するが、それに限定されることは無い。なお、WiBro、WiMAX、GSMは商標あるいは登録商標である。 In order to simplify the following description, the pass frequency band fb is 2.3 GHz to 2.7 GHz (including wireless communication specification WiBro; 2.3 GHz to 2.4 GHz, WiMAX; 2.495 GHz to 2.690 GHz. As a communication system for mobile phones such as GSM1800 (1.71 GHz to 1.88 GHz) and GSM1900 (1.85 GHz to 1.99 GHz), the interference wave is low in the vicinity of the passband. Although the case where it exists in the frequency side is demonstrated, it is not limited to it. WiBro, WiMAX, and GSM are trademarks or registered trademarks.
図2は、容量性の帯域通過フィルタとして構成された第1の帯域通過フィルタの減衰周波数特性図である。通過周波数帯域の低周波側の2.05GHz付近に、共振による減衰極Aを有し、妨害波の周波数帯域を含む周波数で−25dB以下の減衰を得て、妨害波による信号が増幅器へ入力するのを抑制する。 FIG. 2 is an attenuation frequency characteristic diagram of a first bandpass filter configured as a capacitive bandpass filter. In the vicinity of 2.05 GHz on the low frequency side of the pass frequency band, an attenuation pole A due to resonance is obtained, attenuation of −25 dB or less is obtained at a frequency including the frequency band of the interference wave, and the signal due to the interference wave is input to the amplifier. To suppress.
図3は、第1の帯域通過フィルタの構成例を示す等価回路図である。第1の帯域通過フィルタは、端子(第1ポート)Pa1と、端子(第2ポート)Pa2と、第1〜第3共振器と、コンデンサCa4とを備えている。
各共振器はインダクタとキャパシタで構成され、第1ポートPa1に接続する第1共振器は、インダクタLa1とキャパシタCa1とを有し、第2共振器は、インダクタLa2とキャパシタCa2とを有し、第2ポートPa2接続する第3共振器は、インダクタLa3とキャパシタCa3とを有している。第2共振器は、第1共振器と第3共振器との段間に配置され、それぞれインダクタが近接して配置されて誘導性結合している。図中、誘導性結合については曲線Mを付して表している。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram illustrating a configuration example of the first bandpass filter. The first band pass filter includes a terminal (first port) Pa1, a terminal (second port) Pa2, first to third resonators, and a capacitor Ca4.
Each resonator includes an inductor and a capacitor. The first resonator connected to the first port Pa1 includes an inductor La1 and a capacitor Ca1, and the second resonator includes an inductor La2 and a capacitor Ca2. The third resonator connected to the second port Pa2 includes an inductor La3 and a capacitor Ca3. The second resonator is disposed between the stages of the first resonator and the third resonator, and the inductors are disposed close to each other and are inductively coupled. In the figure, inductive binding is represented by a curve M.
各共振器のインダクタを構成する共振器電極において、隣り合う共振器電極の短絡側が異なる方向となる様に配置されている。この様な配置によって共振器電極はインターデジタル結合しており、短絡側を同じ方向に配置するコムライン構造よりも、共振器電極間での結合が強まる。前記結合は誘導性結合と静電結合を含み、通過周波数帯域付近の周波数において、共振器電極の短絡側で生じる誘導性結合よりも開放側で生じる静電結合が強くなり、第1の帯域通過フィルタの通過周波数帯域における結合は容量性が支配的となり、通過周波数帯域の低周波側には、結合に基づく減衰極が形成される。減衰極Aの共振周波数は、誘導性結合Mと静電結合とキャパシタCa4とにより決定される。 In the resonator electrode constituting the inductor of each resonator, the short-circuit side of adjacent resonator electrodes is arranged in different directions. With such an arrangement, the resonator electrodes are interdigitally coupled, and the coupling between the resonator electrodes is stronger than the comb line structure in which the short-circuit side is arranged in the same direction. The coupling includes an inductive coupling and an electrostatic coupling, and the electrostatic coupling generated on the open side is stronger than the inductive coupling generated on the short-circuit side of the resonator electrode at a frequency in the vicinity of the pass frequency band, and the first band pass. The coupling in the pass frequency band of the filter is dominated by capacitance, and an attenuation pole based on the coupling is formed on the low frequency side of the pass frequency band. The resonance frequency of the attenuation pole A is determined by the inductive coupling M, the electrostatic coupling, and the capacitor Ca4.
図4は、誘導性の帯域通過フィルタとして構成された第2の帯域通過フィルタの減衰周波数特性図である。通過周波数帯域の高周波側の3.02GHz付近に、共振による減衰極Bを有し、WiMAXの他の周波数帯である3.3GHz〜3.8GHzの周波数帯域を含む周波数で−25dB以下の減衰を得て、不要な信号が増幅器へ入力するのを抑制する。 FIG. 4 is an attenuation frequency characteristic diagram of a second bandpass filter configured as an inductive bandpass filter. It has an attenuation pole B due to resonance in the vicinity of 3.02 GHz on the high frequency side of the pass frequency band, and attenuates −25 dB or less at a frequency including the frequency band of 3.3 GHz to 3.8 GHz which is another frequency band of WiMAX. As a result, unnecessary signals are prevented from being input to the amplifier.
図5は、第2の帯域通過フィルタの構成例を示す等価回路図である。第2の帯域通過フィルタは、端子(第1ポート)Pb1と、端子(第2ポート)Pb2と、第1〜第3共振器と、コンデンサCb4とを備えている。
各共振器はインダクタとキャパシタで構成され、第1ポートPb1に接続する第1共振器は、インダクタLb1キャパシタCb1とを有し、第2共振器は、インダクタLb2とキャパシタCb2とを有し、第2ポートPb2に接続する第3共振器は、インダクタLb3キャパシタCb3とを有している。
第2共振器は、第1共振器と第3共振器との段間に配置され、それぞれインダクタが近接して配置されて誘導性結合している。図中、第1の帯域通過フィルタの場合と同様に、誘導性結合については曲線Mを付して表している。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram illustrating a configuration example of the second bandpass filter. The second band pass filter includes a terminal (first port) Pb1, a terminal (second port) Pb2, first to third resonators, and a capacitor Cb4.
Each resonator includes an inductor and a capacitor. The first resonator connected to the first port Pb1 includes an inductor Lb1 and a capacitor Cb1, and the second resonator includes an inductor Lb2 and a capacitor Cb2. The third resonator connected to the 2-port Pb2 has an inductor Lb3 and a capacitor Cb3.
The second resonator is disposed between the stages of the first resonator and the third resonator, and the inductors are disposed close to each other and are inductively coupled. In the figure, as in the case of the first band pass filter, inductive coupling is represented by a curve M.
各共振器のインダクタを構成する共振器電極において、第1共振器の共振器電極と第2共振器の共振器電極とが、その共振器電極の短絡側が異なる方向となる様に配置されている。また、第2共振器の共振器電極と第3共振器の共振器電極とは、その共振器電極の短絡側が同じ方向となる様に配置されている。この様な配置によって、第1共振器と第2共振器の共振器電極がインターデジタル結合し、第2共振器と第3共振器の共振器電極がコムライン結合する。
この様な構成によって、通過周波数帯域付近の周波数において、共振器電極の短絡側で生じる誘導性結合を開放側で生じる静電結合よりも強くすることで、第2の帯域通過フィルタの通過周波数帯域における結合は誘導性が支配的となり、通過周波数帯域の高周波側には、結合に基づく減衰極が形成される。減衰極Bの共振周波数は、誘導性結合Mと静電結合とキャパシタCb4とにより決定される。なお、第2共振器を挟む他の共振器の回路構成が非対称であるものの、入出力ポートを入れ替えても電気的特性は同じであり、他の回路との接続方向は限定されない。
In the resonator electrode constituting the inductor of each resonator, the resonator electrode of the first resonator and the resonator electrode of the second resonator are arranged so that the short-circuit sides of the resonator electrodes are in different directions. . Further, the resonator electrode of the second resonator and the resonator electrode of the third resonator are arranged so that the short-circuit side of the resonator electrode is in the same direction. With such an arrangement, the resonator electrodes of the first resonator and the second resonator are interdigitally coupled, and the resonator electrodes of the second resonator and the third resonator are comb-line coupled.
With such a configuration, the inductive coupling generated on the short-circuit side of the resonator electrode is made stronger than the electrostatic coupling generated on the open side at a frequency near the pass frequency band, so that the pass frequency band of the second band-pass filter is obtained. Inductive coupling is dominant, and an attenuation pole based on coupling is formed on the high frequency side of the pass frequency band. The resonance frequency of the attenuation pole B is determined by the inductive coupling M, the electrostatic coupling, and the capacitor Cb4. Although the circuit configuration of other resonators sandwiching the second resonator is asymmetrical, the electrical characteristics are the same even if the input / output ports are switched, and the connection direction with other circuits is not limited.
この様な第1の帯域通過フィルタと第2の帯域通過フィルタを用いた高周波回路の構成例を、図6のブロック図に示す。入力ポートPr1と増幅器10との間には、第1の帯域通過フィルタ50aが接続され、出力ポートPr2と増幅器10との間には、第2の帯域通過フィルタ50bが接続される。第1の帯域通過フィルタ50aの構成は、図3で示した容量性の帯域通過フィルタと同じであり、第2の帯域通過フィルタ50bは、図5で示した誘導性の帯域通過フィルタと同じであり、その説明を省略する。
図中、増幅器と帯域通過フィルタ50a、50bとの間に接続されたインダクタ215は、整合回路を構成する。整合回路の構成によっては、当然にキャパシタを用いる場合もある。また、増幅器への電源経路や、そこに配置されるチョークコイル等は図示はぜずに、省略している。
A configuration example of a high-frequency circuit using such a first band-pass filter and a second band-pass filter is shown in the block diagram of FIG. A first
In the figure, an
この様な構成の高周波回路では、通過周波数帯域の挿入損失の増加を抑えながら、通過周波数帯域以外の信号を減衰することが出来る。このため、受信感度が向上し、NFが小さく、低消費電力となる。 In the high-frequency circuit having such a configuration, it is possible to attenuate signals outside the pass frequency band while suppressing an increase in insertion loss in the pass frequency band. For this reason, reception sensitivity is improved, NF is small, and power consumption is reduced.
本発明の高周波回路は、絶縁体層と導体パターンとを含む積層体と、その表面に搭載された増幅器用半導体素子やチップ部品とで構成された高周波部品とするのが好ましい。
絶縁体層としては、誘電体セラミックス、樹脂、樹脂とセラミックとの複合材を用いることが可能である。積層体化は公知の工法を用いて行なわれ、例えば誘電体セラミックスを用いる場合にはLTCC(低温同時焼成セラミック)技術や、HTCC(高温同時焼成セラミック)技術により、樹脂等ではビルドアップ技術による。
The high-frequency circuit of the present invention is preferably a high-frequency component composed of a laminate including an insulator layer and a conductor pattern, and an amplifier semiconductor element and a chip component mounted on the surface.
As the insulator layer, dielectric ceramics, resin, or a composite material of resin and ceramic can be used. Laminating is performed using a known method. For example, when dielectric ceramics are used, LTCC (low temperature co-fired ceramic) technology or HTCC (high temperature co-fired ceramic) technology is used.
LTCC技術であれば、積層体は、例えば絶縁体層として、1000℃以下の低温で焼結可能なセラミック誘電体からなり、AgやCu等の導電ペーストを印刷して所定の導体パターンを形成した厚さ10〜200μmの複数のセラミックグリーンシートを用い、これを積層し、一体的に焼結することにより形成され、多層セラミック基板として構成される。
低温で焼結可能なセラミック誘電体としては、例えばAl,Si及びSrを主成分として、Ti,Bi,Cu,Mn,Na,K等を副成分とするセラミックス、Al,Mg,Si及びGdを含むセラミックス、Al,Si,Zr及びMgを含むセラミックスが挙げられる。
In the case of LTCC technology, the laminated body is made of a ceramic dielectric that can be sintered at a low temperature of 1000 ° C. or lower, for example, as an insulator layer, and a predetermined conductive pattern is formed by printing a conductive paste such as Ag or Cu. A plurality of ceramic green sheets having a thickness of 10 to 200 μm are used, laminated and integrally sintered to form a multilayer ceramic substrate.
Examples of ceramic dielectrics that can be sintered at low temperatures include ceramics having Al, Si, and Sr as main components and Ti, Bi, Cu, Mn, Na, K, etc. as auxiliary components, Al, Mg, Si, and Gd. And ceramics containing Al, Si, Zr and Mg.
図7は高周波部品の構成例を示す外観斜視図である。積層体100は、増幅器用半導体素子10やチップ部品210を実装する上面と、端子電極等(図示せず)が形成された下面を有する。積層体100の上面側の内層には、異なる層に形成された複数のグランド電極と、前記グランド電極に挟まれた領域に、前記第1の帯域通過フィルタ及び前記第2の帯域通過フィルタを構成する共振器電極とコンデンサ電極のための電極パターンが構成されるのが好ましい。そして、第1の帯域通過フィルタを構成する第1電極パターンと、第2の帯域通過フィルタを構成する第2電極パターンとが積層方向に重なり合わない様に配置され、かつ異なるグランド電極を繋ぐ複数のビアホール群を介して異なる平面領域に形成されるのが好ましい。
FIG. 7 is an external perspective view showing a configuration example of the high-frequency component. The
この様な高周波回路や高周波部品は、無線通信装置の高周波回路部に用いられる。図8及び図9は高周波回路部の構成例を示す回路ブロックである。
図8の高周波回路ブロックでは、高周波回路1の入力ポートPr1に高周波スイッチ回路40が接続される。図中、高周波スイッチ回路40としてSPDT(Single Pole Double Throw)スイッチを示すがこれに限定されない。SPnT(nは3以上の自然数)スイッチや、DP3T(Double Pole Three Throw)スイッチなどの多極多投のスイッチを用いる場合もある。
Such a high-frequency circuit and a high-frequency component are used in a high-frequency circuit unit of a wireless communication device. 8 and 9 are circuit blocks showing a configuration example of the high-frequency circuit unit.
In the high frequency circuit block of FIG. 8, a high
高周波回路部において、高周波スイッチ回路40のポートPu1側のポートPo1にはアンテナが接続される。高周波回路1は高周波スイッチ回路40ポートPu2に接続される。高周波スイッチ回路40のポートPu3には送信回路や他の受信回路が接続される。
高周波回路部が受信動作する場合に、高周波スイッチ回路40を通じて、アンテナに入射する妨害波を含む信号が高周波回路1の入力ポートPr1に現れて高周波回路1に入力する。高周波回路1を通過して出力ポートPr2に現れる信号は、通過周波数帯域外の信号が減衰され、通過周波数帯域内の信号が正しく増幅されたものとなる。出力ポートPr2側には、ベースバンド部からの信号を送信信号へ変換し、受信信号をベースバンド部で処理できる周波数へと変換するRFIC(Radio−Frequency Integrated Circuit)が接続される。RFICに入力する信号は、通過周波数帯域外の信号が十分に減衰されたものであるので、RFICが誤動作するのを防ぐことが出来る。また、高周波回路1の挿入損失が小さいので、増幅に必要な電力消費を抑えることが出来、特には無線通信装置の動作電力をバッテリーで供給する場合には、バッテリー消費を抑えることが出来る。
高周波スイッチ回路40に換えて、分波回路を用いることも可能である。
In the high frequency circuit section, an antenna is connected to the port Po1 on the port Pu1 side of the high
When the high-frequency circuit unit performs a reception operation, a signal including an interference wave incident on the antenna appears at the input port Pr1 of the high-
Instead of the high-
高周波回路1と並列にフィルタ回路90を接続した高周波回路部を図9に示す。フィルタ回路90は、高周波回路1の第1の帯域通過フィルタ50aとは、通過帯域が異なるフィルタであって、帯域通過フィルタ、高域通過フィルタ、低域通過フィルタのいずれかとするのが好ましい。この様な構成によれば、高周波スイッチ回路40を用いる事無く、信号を分波することが出来る。
FIG. 9 shows a high-frequency circuit unit in which a
図10は本発明の一実施例に係る高周波部品の斜視図である。この高周波部品は、WiMAX用の無線通信装置の高周波回路部に用いられるものであり、複数のフィルタとバランを備えるとともに、高周波増幅器、ローノイズアンプ、高周波スイッチを多層セラミック基板に実装して一体化したものである。 FIG. 10 is a perspective view of a high-frequency component according to an embodiment of the present invention. This high-frequency component is used in a high-frequency circuit section of a wireless communication device for WiMAX, and includes a plurality of filters and a balun, and a high-frequency amplifier, a low-noise amplifier, and a high-frequency switch are mounted and integrated on a multilayer ceramic substrate. Is.
図11は高周波部品の回路構成を示すブロック図である。DP3Tの高周波スイッチ回路40により第1の受信経路と第1のアンテナとの接続/切断、第2の受信経路と第2のアンテナとの接続/切断を行なうとともに、送信信号の経路と、第1のアンテナ及び第2のアンテナとの間の接続/切断を切替え、送信タイバーシチが可能な構成としている。
FIG. 11 is a block diagram showing the circuit configuration of the high-frequency component. The DP3T high-
高周波スイッチ回路40のポートPu2aと接続する受信信号の第1の経路には、第1の帯域通過フィルタ50aと、低雑音増幅器10と、第2の帯域通過フィルタ50bとでなる高周波回路1と、バラン60を備える。ポートPu2bと接続する受信信号の第2の経路には、第1の帯域通過フィルタ55aと、低雑音増幅器15と、第2の帯域通過フィルタ55bとでなる高周波回路1と、バラン65を備える。ポートPu3と接続する送信信号の経路には、低域通過フィルタ80と、高周波増幅器20と、バラン70が設けられている。ポートPu1aはポートANT1を介して第1のアンテナと接続し、ポートPu1bはポートANT2を介して第2のアンテナと接続する。
In the first path of the reception signal connected to the port Pu2a of the high
高周波スイッチ回路40、高周波増幅器20、低雑音増幅器10、15を構成するそれぞれの半導体素子や、DCカットコンデンサや整合回路など一部の回路素子等のチップ部品が、多層セラミック基板100上に実装され、ボンディングワイヤBW等の接続手段で適宜接続された後、樹脂200で封止されている。
Chip components such as respective semiconductor elements constituting the high-
高周波部品の底面には複数の端子電極が形成されている。下面中央の領域にはビアホールを通じて内層のグランド電極と繋がるグランド電極GND設けられ、安定したグランド電位を与えるとともに、回路基板との接続強度を向上している。
各端子電極は、グランド電極GNDの周囲であって各側面側に形成されており、第1側面側にはグランド端子G、第1のアンテナ端子ANT1、第2のアンテナ端子ANT2、電源端子V、非接続端子NCが形成されている。第1側面と隣り合う図下側の第2側面側には、電源端子V、非接続端子NCが形成され、第2側面と対向する図上側の第3側面側には電源端子Vが形成されている。第1側面とグランド電極GNDを介して対向する第4側面側には、バラン60の出力平衡端子RX1−,RX1+、バラン65の出力平衡端子RX2−,RX2+、バラン70の入力平衡端子TX1−,TX1+、グランド端子G、電源端子Vが形成されている。各端子電極に付与した符号の一部は図11に示した回路ブロック図のポートと対応する。
図11に示されない符号として非接続端子NCと電源端子Vがある。非接続端子NCとは、多層セラミック基板内の回路との接続を有さない浮き端子である。また電源端子Vには、高周波スイッチ回路、高周波増幅器、低雑音増幅器を動作させる為に電圧が与えられるが、図においては区別せずに示している。
A plurality of terminal electrodes are formed on the bottom surface of the high-frequency component. A ground electrode GND connected to the inner-layer ground electrode through a via hole is provided in the center of the lower surface to provide a stable ground potential and improve the connection strength with the circuit board.
Each terminal electrode is formed on each side surface around the ground electrode GND, and on the first side surface side, the ground terminal G, the first antenna terminal ANT1, the second antenna terminal ANT2, the power supply terminal V, A non-connection terminal NC is formed. A power supply terminal V and a non-connecting terminal NC are formed on the second side surface on the lower side of the drawing adjacent to the first side surface, and a power supply terminal V is formed on the third side surface of the upper side of the drawing facing the second side surface. ing. On the fourth side facing the first side through the ground electrode GND, output balanced terminals RX1-, RX1 + of the
Reference numerals not shown in FIG. 11 include a non-connection terminal NC and a power supply terminal V. The non-connecting terminal NC is a floating terminal that has no connection with a circuit in the multilayer ceramic substrate. A voltage is applied to the power supply terminal V in order to operate the high-frequency switch circuit, the high-frequency amplifier, and the low-noise amplifier, but these are not distinguished in the figure.
図12〜図15は多層セラミック基板の一部についての内部構造を示す分解斜視図である。以下これらの図を用いて高周波部品の構造例を詳細に説明する。図示したのは受信信号の第1の経路に当たる部分であって、第1の帯域通過フィルタ50aの回路構成は図3で示したものと同じであり、第2の帯域通過フィルタ50bの回路構成は図5で示したものと同じである。また、それらの電気的特性の特徴もまた同様のであるので、その説明を省く。
12 to 15 are exploded perspective views showing the internal structure of a part of the multilayer ceramic substrate. Hereinafter, a structural example of the high-frequency component will be described in detail with reference to these drawings. What is shown is a portion corresponding to the first path of the received signal. The circuit configuration of the
図12〜図15においてS1〜S11は、チップ部品等が実装される上面から1層目から複数層の誘電体層の上面を示す。
なお図中、各層に形成された回路素子用の電極パターン間の電気的接続や、放熱に利用するためのビアホールを黒く示している。第1及び第2の帯域通過フィルタを構成する電極パターンに付した符号は等価回路と対応する。複数の層に亘って形成され接続されたビアホールには同じ符号を付している。また、各層の厚みは図面には反映されて無く、説明に必要としない層についもて一部省略している。
12 to 15, S <b> 1 to S <b> 11 indicate the top surfaces of the first to the plurality of dielectric layers from the top surface on which the chip components and the like are mounted.
In the figure, via holes for use in electrical connection between circuit element electrode patterns formed in each layer and heat dissipation are shown in black. Reference numerals assigned to the electrode patterns constituting the first and second bandpass filters correspond to equivalent circuits. Via holes formed and connected across a plurality of layers are denoted by the same reference numerals. In addition, the thickness of each layer is not reflected in the drawing, and some layers that are not necessary for the description are omitted.
層S1の上面には、半導体素子やリアクタンス素子などのチップ部品が実装される実装電極やワイボンディングの為の電極が形成されている。端子Pd1には低雑音増幅器10用の半導体素子が実装され、端子Pd2には高周波スイッチ回路40用の半導体素子が実装され、端子Pd3には高周波増幅器20用の半導体素子が実装される。
低雑音増幅器10用の半導体素子のポートPu2a(図示せず)はボンディングワイヤによって、電極パターンlp1の一端側と接続され、他端側に形成されたSh1と、更にその下層側に形成されたビアホールSh1を介して層S9に形成されたキャパシタ用の電極パターンCinと接続する。電極パターンCinは、層S8に形成されたキャパシタ用の電極パターンCa1と層S10に形成されたキャパシタ用の電極パターンCa1と対応して、信号経路に直列に接続した結合キャパシタを形成する。この結合キャパシタは、高周波スイッチ回路からのDC電流を遮断するために用いられる。
On the upper surface of the layer S1, mounting electrodes on which chip components such as semiconductor elements and reactance elements are mounted and electrodes for wi-bonding are formed. A semiconductor element for the
A port Pu2a (not shown) of the semiconductor element for the
電極パターンCa1と電極パターンCa1とは、ビアホールSh2を介して接続されるとともに、層S7と層S11に形成されたグランド電極GNDと対向してキャパシタCa1を形成する。各グランド電極GNDは、省略されている部分も含めて、略全面に形成されている。 The electrode pattern Ca1 and the electrode pattern Ca1 are connected via the via hole Sh2, and form a capacitor Ca1 facing the ground electrode GND formed in the layers S7 and S11. Each ground electrode GND is formed on substantially the entire surface including the omitted portion.
層S8の電極パターンCa1は、ビアホールSh3を介して層S9のキャパシタ用電極Ca4と接続される。キャパシタ用電極Ca4は、後述する層S8、S10に形成されたキャパシタ用電極Ca3と対向してキャパシタCa4を構成する。
更に上層のビアホールSh4を介して、層S5、S6に形成され多層セラミック基板の一辺に沿って伸びる帯状の共振器電極La1の一端側に接続する。共振器電極La1の他端側は、ビアホールSh5とその下層側のビアホールSh5を介して層S7のグランド電極GNDと接続する。更に上層側のビアホールSh5を介して、層S2のグランド電極GNDとも接続する。各共振器電極La1は並列接続されてインダクタLa1を形成し、キャパシタCa1とで第1共振器を構成する。共振器電極を並列接続することで抵抗を減じて共振器の性能を向上させることが出来る。
The electrode pattern Ca1 of the layer S8 is connected to the capacitor electrode Ca4 of the layer S9 through the via hole Sh3. Capacitor electrode Ca4 constitutes capacitor Ca4 so as to face capacitor electrode Ca3 formed in layers S8 and S10 described later.
Furthermore, it is connected to one end side of a strip-shaped resonator electrode La1 formed in the layers S5 and S6 and extending along one side of the multilayer ceramic substrate through an upper via hole Sh4. The other end of the resonator electrode La1 is connected to the ground electrode GND of the layer S7 via the via hole Sh5 and the via hole Sh5 on the lower layer side. Further, it is also connected to the ground electrode GND of the layer S2 via the upper layer via hole Sh5. Each resonator electrode La1 is connected in parallel to form an inductor La1, and the capacitor Ca1 forms a first resonator. By connecting the resonator electrodes in parallel, the resistance can be reduced and the performance of the resonator can be improved.
インダクタLa1の共振器電極La1と同じ層上に、それぞれと隣り合って並んで位置する共振器電極La2が形成される。共振器電極La2の一端は、ビアホールSh4と隣り合うビアホールSh6と、その上下に繋がるビアホールSh6を介して、層S2及び層S7のグランド電極GNDと接続する。
共振器電極La2の他端側はビアホールSh7を介して、キャパシタ用電極Ca2(層S8)、Ca2(層S10)と接続する。各キャパシタ用電極Ca2は、層S7、S9、S11のグランド電極GNDと対向して、キャパシタCa2を形成する。
共振器電極La2で形成されたインダクタLa2とキャパシタCa2とで、第2共振器を構成する。
On the same layer as the resonator electrode La1 of the inductor La1, the resonator electrode La2 positioned adjacent to each other is formed. One end of the resonator electrode La2 is connected to the ground electrode GND of the layer S2 and the layer S7 via the via hole Sh6 adjacent to the via hole Sh4 and the via hole Sh6 connected to the upper and lower sides thereof.
The other end of the resonator electrode La2 is connected to the capacitor electrodes Ca2 (layer S8) and Ca2 (layer S10) through the via hole Sh7. Each capacitor electrode Ca2 faces the ground electrode GND of the layers S7, S9, and S11 to form a capacitor Ca2.
The inductor La2 formed by the resonator electrode La2 and the capacitor Ca2 constitute a second resonator.
インダクタLa2の共振器電極と同じ層上に、それぞれと隣り合って並んで位置する共振器電極La3が形成される。共振器電極La3の一端は、ビアホールSh6と隣り合うビアホールSh8と、その下層側に繋がるビアホールSh8を介して、キャパシタ用電極Ca3(層S8)と接続する。キャパシタ用電極Ca3はビアホールSh9を介してキャパシタ用電極Ca3(層S10)と接続する。各キャパシタ用電極Ca3は、層S7、S9、S11のグランド電極GNDと対向して、キャパシタCa3を形成する。また、キャパシタ用電極Ca3は、その上層のビアホールSh11を介して、層S1の上面に形成された端子Pd4と接続する。
共振器電極La3の他端側はビアホールSh10と、その下に繋がるビアホールSh10を介して、層S2及び層S7のグランド電極GNDと接続する。
共振器電極La3で形成されたインダクタLa3とキャパシタCa3とで、第3共振器を構成する。
On the same layer as the resonator electrode of the inductor La2, the resonator electrode La3 positioned adjacent to each other is formed. One end of the resonator electrode La3 is connected to the capacitor electrode Ca3 (layer S8) via the via hole Sh8 adjacent to the via hole Sh6 and the via hole Sh8 connected to the lower layer side thereof. Capacitor electrode Ca3 is connected to capacitor electrode Ca3 (layer S10) through via hole Sh9. Each capacitor electrode Ca3 is opposed to the ground electrode GND of the layers S7, S9, and S11 to form a capacitor Ca3. Further, the capacitor electrode Ca3 is connected to a terminal Pd4 formed on the upper surface of the layer S1 through the upper via hole Sh11.
The other end side of the resonator electrode La3 is connected to the ground electrode GND of the layer S2 and the layer S7 via the via hole Sh10 and the via hole Sh10 connected therebelow.
The inductor La3 formed by the resonator electrode La3 and the capacitor Ca3 constitute a third resonator.
隣り合う共振器電極の短絡側が逆方向となる様に配置される構成によって、第2共振器の共振用電極La2は、第1共振器の共振用電極La1と、第3共振器の共振用電極La3とにインターデジタル結合する。
隣り合う共振用電極の間隔によって誘導性結合を調整することが出来る。また静電結合は共振用電極の開放端側の間隔によって調整することが出来る。
本実施例においては、第1共振器の共振用電極La1と、第3共振器の共振用電極La3の開放端側は、それぞれ層S8、S10に形成されたキャパシタ電極Ca1、Ca3と接続する。キャパシタ電極Ca1とCa3とが層S8上で近接して配置され、キャパシタ電極Ca1とCa3とが層S10上で近接して配置されて結合を強めている。
この様な構成によって、第1の帯域通過フィルタ50aは、共振器電極の短絡側で生じる誘導性結合よりも開放側で生じる静電結合が強くなり、通過帯域の低周波数側に共振点を有する容量性の帯域通過フィルタとなる。
本実施例においては各共振器の共振器電極は略平行の関係に配置されるが、結合の調整やインピーダンスの調整のために平行としない場合もある。例えば開放端側の静電結合を強めようとすれば、開放端側の共振器電極間隔を狭く、短絡側を広く構成したり、共振器電極の幅を部分的に異ならせて調整したりすることも可能である。
By arranging the short-circuit side of adjacent resonator electrodes in the opposite direction, the resonance electrode La2 of the second resonator includes the resonance electrode La1 of the first resonator and the resonance electrode of the third resonator. Interdigitally coupled to La3.
The inductive coupling can be adjusted by the interval between the adjacent resonance electrodes. The electrostatic coupling can be adjusted by the distance on the open end side of the resonance electrode.
In this embodiment, the open ends of the resonance electrode La1 of the first resonator and the resonance electrode La3 of the third resonator are connected to the capacitor electrodes Ca1 and Ca3 formed on the layers S8 and S10, respectively. Capacitor electrodes Ca1 and Ca3 are arranged close to each other on the layer S8, and capacitor electrodes Ca1 and Ca3 are arranged close to each other on the layer S10 to strengthen the coupling.
With such a configuration, the first band-
In this embodiment, the resonator electrodes of the resonators are arranged in a substantially parallel relationship, but may not be parallel for adjustment of coupling and impedance. For example, if the electrostatic coupling on the open end side is to be strengthened, the gap between the resonator electrodes on the open end side is narrowed, the short circuit side is widened, or the width of the resonator electrode is partially adjusted to be adjusted. It is also possible.
層S1の端子Pd4に入力側の整合回路を構成するインダクタが接続される。そして、ボンディングワイヤを介して、端子Pd1に搭載された低雑音増幅器10の入力ポートと接続される。低雑音増幅器10の出力ポートは、ボンディングワイヤと入力側の整合回路を構成するインダクタを介して端子Pd5と接続される。
An inductor constituting the input-side matching circuit is connected to the terminal Pd4 of the layer S1. And it connects with the input port of the
端子Pd5に形成されたビアホールSh12は、その下層側に形成されたビアホールSh13を介して層S8に形成されたキャパシタ用の電極パターンCb1と接続する。電極パターンCb1はビアホールSh14を通じて、層S9に形成されたキャパシタ用の電極パターンCb4と層S10に形成されたキャパシタ用の電極パターンCb1と接続する。キャパシタ用の電極パターンCb4は、後述する層S8に形成されたキャパシタ用の電極パターンCb3と対向して、キャパシタCb4を構成する。ここで、第1の帯域通過フィルタのキャパシタCa4に対して、第2の帯域通過フィルタのキャパシタCb4の容量値が、相対的に小さくなる様に構成される。
層S8に形成された電極パターンCb1は、層S7、S9に形成されたグランド電極GNDと対向し、層S10に形成された電極パターンCb1は、層S9、S11に形成されたグランド電極GNDと対向してキャパシタCb1を形成する。
The via hole Sh12 formed in the terminal Pd5 is connected to the capacitor electrode pattern Cb1 formed in the layer S8 through the via hole Sh13 formed in the lower layer side. The electrode pattern Cb1 is connected to the capacitor electrode pattern Cb4 formed in the layer S9 and the capacitor electrode pattern Cb1 formed in the layer S10 through the via hole Sh14. The capacitor electrode pattern Cb4 is opposed to a capacitor electrode pattern Cb3 formed in a layer S8, which will be described later, and constitutes a capacitor Cb4. Here, the capacitance value of the capacitor Cb4 of the second band pass filter is configured to be relatively small with respect to the capacitor Ca4 of the first band pass filter.
The electrode pattern Cb1 formed on the layer S8 faces the ground electrode GND formed on the layers S7 and S9, and the electrode pattern Cb1 formed on the layer S10 faces the ground electrode GND formed on the layers S9 and S11. Thus, the capacitor Cb1 is formed.
層S8に形成された電極パターンCb1と重なる上層に、ビアホールSh15が形成され、層S5、S6に形成され多層セラミック基板の一辺に沿って伸びる帯状の共振器電極Lb1の一端側に接続する。共振器電極Lb1の他端側は、ビアホールSh16とその下層側のビアホールSh16を介して、層S7、S9のキャパシタ用の電極パターンGNDと接続する。更に上層側のビアホールSh16を介して、層S2のグランド電極GNDとも接続する。共振器電極Lb1は並列接続されてインダクタLb1を形成し、キャパシタCb1とで第1共振器を構成する。 A via hole Sh15 is formed in an upper layer overlapping the electrode pattern Cb1 formed in the layer S8, and is connected to one end side of the band-shaped resonator electrode Lb1 formed in the layers S5 and S6 and extending along one side of the multilayer ceramic substrate. The other end side of the resonator electrode Lb1 is connected to the capacitor electrode pattern GND of the layers S7 and S9 through the via hole Sh16 and the via hole Sh16 on the lower layer side. Further, it is also connected to the ground electrode GND of the layer S2 via the upper layer via hole Sh16. The resonator electrode Lb1 is connected in parallel to form an inductor Lb1, and the capacitor Cb1 forms a first resonator.
インダクタLb1の共振器電極Lb1と同じ層上に、それぞれと隣り合って並んで位置する共振器電極Lb2が形成される。共振器電極Lb2の一端は、ビアホールSh16と隣り合うビアホールSh18と、その下に繋がるビアホールSh18を介して、層S8のキャパシタ用の電極パターンCb2と接続する。電極パターンCb2はビアホールSh22を介して、層S10のキャパシタ用の電極パターンCb2と接続する。層S8に形成された電極パターンCb2は層S7、S9のグランド電極GNDと、層S10に形成された電極パターンCb2は層S9、S11のグランド電極GNDと対向して、キャパシタCb2を構成する。
共振器電極Lb2の他端側はビアホールSh17を介して、キャパシタ層S2、S7のグランド電極と接続する。
共振器電極Lb2で形成されたインダクタLb2とキャパシタCb2とで、第2共振器を構成する。
On the same layer as the resonator electrode Lb1 of the inductor Lb1, the resonator electrode Lb2 positioned next to each other is formed. One end of the resonator electrode Lb2 is connected to the capacitor electrode pattern Cb2 of the layer S8 through a via hole Sh18 adjacent to the via hole Sh16 and a via hole Sh18 connected therebelow. The electrode pattern Cb2 is connected to the capacitor electrode pattern Cb2 of the layer S10 through the via hole Sh22. The electrode pattern Cb2 formed on the layer S8 constitutes the capacitor Cb2 so as to face the ground electrode GND on the layers S7 and S9 and the electrode pattern Cb2 formed on the layer S10 face the ground electrode GND on the layers S9 and S11.
The other end side of the resonator electrode Lb2 is connected to the ground electrodes of the capacitor layers S2 and S7 through the via hole Sh17.
The inductor Lb2 formed by the resonator electrode Lb2 and the capacitor Cb2 constitute a second resonator.
インダクタLb2の各共振器電極Lb2と同じ層上に、それぞれと隣り合って並んで位置する共振器電極Lb3が形成される。共振器電極Lb3の一端は、ビアホールSh18と隣り合うビアホールSh20と、その下層側に繋がるビアホールSh20を介して、キャパシタ用電極Cb3(層S8)と接続する。キャパシタ用電極Cb3はビアホールSh23を介してキャパシタ用電極Cb3(層S10)と接続する。
各キャパシタ用電極Cb3は、層S7、S9、S11のグランド電極GNDと対向して、キャパシタCb3を形成する。また、キャパシタ用電極Cb3は、その上層のビアホールSh21を介して、層S3の上面に形成されたバラン60用の電極パターンBa1と接続する。なお、電極パターンBa1、Bb1、Bb2はバラン60用の電極パターンである。
共振器電極Lb3の他端側はビアホールSh19を介して、層S2及び層S7のグランド電極GNDと接続する。
共振器電極Lb3で形成されたインダクタLb3とキャパシタCb3とで、第3共振器を構成する。
On the same layer as each resonator electrode Lb2 of the inductor Lb2, the resonator electrode Lb3 positioned adjacent to each other is formed. One end of the resonator electrode Lb3 is connected to the capacitor electrode Cb3 (layer S8) via the via hole Sh20 adjacent to the via hole Sh18 and the via hole Sh20 connected to the lower layer side thereof. The capacitor electrode Cb3 is connected to the capacitor electrode Cb3 (layer S10) through the via hole Sh23.
Each capacitor electrode Cb3 is opposed to the ground electrode GND of the layers S7, S9, and S11 to form a capacitor Cb3. The capacitor electrode Cb3 is connected to the electrode pattern Ba1 for the
The other end side of the resonator electrode Lb3 is connected to the ground electrode GND of the layer S2 and the layer S7 through the via hole Sh19.
The inductor Lb3 formed by the resonator electrode Lb3 and the capacitor Cb3 constitute a third resonator.
第2の帯域通過フィルタ50bは、第1共振器と、第2及び第3共振器とが、短絡方向において逆方向となる様に配置される構成となっている。なお第2及び第3共振器とは短絡方向が同方向となる構成である。
第1共振器の各共振用電極Lb1は、第2共振器の各共振用電極Lb2とインターデジタル結合し、第2共振器の各共振用電極Lb2は第3共振器の各共振用電極Lb3とコムライン結合する。
隣り合う共振用電極の間隔によって誘導性結合を調整することが出来る。また静電結合は共振用電極の開放端側の間隔によって調整することが出来る。本実施例においては各共振器の共振器電極は略平行の関係に配置されるが、各共振器電極の幅を異ならせ、その幅は第1共振器の共振器電極、第3共振器の共振器電極、第2共振器の共振器電極の順に広い。また、共振器電極間の間隔を第2共振器の共振器電極と第1共振器の共振器電極との間隔を、第2共振器の共振器電極と第3共振器の共振器電極との間隔よりも狭めている。
The second
Each resonance electrode Lb1 of the first resonator is interdigitally coupled to each resonance electrode Lb2 of the second resonator, and each resonance electrode Lb2 of the second resonator is connected to each resonance electrode Lb3 of the third resonator. Comline joins.
The inductive coupling can be adjusted by the interval between the adjacent resonance electrodes. The electrostatic coupling can be adjusted by the distance on the open end side of the resonance electrode. In this embodiment, the resonator electrodes of the resonators are arranged in a substantially parallel relationship, but the widths of the resonator electrodes are made different, and the widths of the resonator electrodes of the first resonator and the third resonator are different. The width of the resonator electrode and the resonator electrode of the second resonator are increased in this order. Further, the interval between the resonator electrodes is defined as the interval between the resonator electrode of the second resonator and the resonator electrode of the first resonator, and the distance between the resonator electrode of the second resonator and the resonator electrode of the third resonator. It is narrower than the interval.
本実施例においては、第1共振器の共振用電極Lb1と、第3共振器の共振用電極Lb3の開放端側は、それぞれ層S8、S10に形成されたキャパシタ電極Cb1、Cb3と接続する。キャパシタ電極Cb1とCb3とは層S8上で近接して配置されるが、キャパシタ電極Cb1とCb3とは層S10上で離間して配置されており、第1の帯域通過フィルタ50aよりも、共振器電極の開放端側の静電結合を弱めている。また、第1〜第2共振器の共振器電極の結合をインターデジタル結合とコムライン結合の両方を利用する構成によって、第2の帯域通過フィルタ50bは、共振器電極の短絡側で生じる誘導性結合が開放側で生じる静電結合よりも強くなり、通過帯域の高周波数側に共振点を有する誘導性の帯域通過フィルタとなる。
In the present embodiment, the open ends of the resonance electrode Lb1 of the first resonator and the resonance electrode Lb3 of the third resonator are connected to the capacitor electrodes Cb1 and Cb3 formed in the layers S8 and S10, respectively. The capacitor electrodes Cb1 and Cb3 are arranged close to each other on the layer S8, but the capacitor electrodes Cb1 and Cb3 are arranged apart from each other on the layer S10, and are more resonators than the first
多層セラミック基板には複数のグランド電極GNDが形成され、異なる層に形成されたグランド電極GNDの間は、複数のビアホールで接続されている。グランド電極GNDを繋ぐビアホールの一部は、縦列配置されたビアホールでなるビアホール群Shとして構成される。本実施例ではビアホール群Shを層S2〜S10に形成する。ビアホール群Shは層S2〜S10を縦貫するものや、グランド電極GNDが形成された層で位置を変えるものがある。各層に形成されるビアホール群Shを、それぞれ層S3、S8、S10に破線で囲んで示した。なお符号SBとしたビアホール群は送信信号の経路に配置された高周波増幅器のためのサーマルビアで有る。このサーマルビア群SBもまた複数のグランド電極GNDを繋ぐものであるので、ビアホール群Shと同様の機能を発揮する。 A plurality of ground electrodes GND are formed on the multilayer ceramic substrate, and the ground electrodes GND formed in different layers are connected by a plurality of via holes. A part of the via hole connecting the ground electrode GND is configured as a via hole group Sh including a via hole arranged in a column. In this embodiment, the via hole group Sh is formed in the layers S2 to S10. There are a via hole group Sh that passes through the layers S2 to S10 and a via hole group Sh that changes the position in the layer in which the ground electrode GND is formed. The via hole group Sh formed in each layer is shown by surrounding the layers S3, S8 and S10 with broken lines. The via hole group denoted by reference numeral SB is a thermal via for a high-frequency amplifier arranged in the path of the transmission signal. Since the thermal via group SB also connects the plurality of ground electrodes GND, the same function as the via hole group Sh is exhibited.
ビアホール群Shは、各層に設けられた第1の帯域通過フィルタ、第2.の帯域通過フィルタ、バランを構成する電極パターンを異なる領域α、β、γ(層S3に例示)に分離する。また、少なくとも一対のグランド電極GNDに挟まれた層では、各回路の電極パターンが積層方向に重ならずに配置される。この様な構成によって、異なる回路間で電磁気的な結合を減じている。他の回路との干渉が減じられるので、第1の帯域通過フィルタ、第2の帯域通過フィルタは、その機能を減ずる事無く発揮することが出来る。 The via hole group Sh includes a first band-pass filter provided in each layer, a second. The band pass filter and the electrode pattern constituting the balun are separated into different regions α, β, γ (illustrated in the layer S3). In at least a layer sandwiched between the pair of ground electrodes GND, the electrode patterns of the respective circuits are arranged without overlapping in the stacking direction. Such a configuration reduces electromagnetic coupling between different circuits. Since interference with other circuits is reduced, the first band-pass filter and the second band-pass filter can perform without reducing their functions.
得られた高周波部品の電気的特性をネットワークアナライザやノイズソールを用いて評価を行った。
図16はアンテナポートANT1とローノイズアンプ10の間に接続された帯域通過フィルタ50aの特性である。図17はローノイズアンプ10とバラン回路60の間に接続された帯域通過フィルタ50bの特性である。帯域通過フィルタ50aは通過帯域の低域側に減衰極があり、帯域通過フィルタ50bでは通過帯域の高域側の減衰極を設けている。
帯域通過フィルタ50aは1GHz付近で60dB、2GHz付近で40dB程度の大きな減衰量を持つため、アンテナから入力されるGSM信号やWCDMA信号といった不要信号を大きく減衰させることができ、これら不要信号によるローノイズアンプの飽和を防ぐことが可能となる。
帯域通過フィルタ50bは3.3GHz付近で25dB、4.6GHzで35dB程度の大きな減衰量をもつため、ローノイズアンプ10を通過した信号は、これらにより3.3GHz帯の不要信号や、通過帯の2倍高調波信号を大きく減衰させることができ、RFICの誤動作を防ぐことができる。
The electrical characteristics of the obtained high-frequency components were evaluated using a network analyzer and noise sole.
FIG. 16 shows the characteristics of the band-
The band-
Since the
図18は、図11で示された回路ブロックを有する高周波部品において、図16と図17の信号特性を持つ帯域通過フィルタを接続した場合のアンテナポートANT1と受信ポートRX1−、RX1+間における信号特性である。通過帯域では12dBのゲインを確保し、かつ不要帯域では40dB以上の大きな減衰量を確保している。
また図19にはこの回路の雑音指数を示す。ゲインと減衰量を確保しつつ、雑音指数は3.5dB程度でありこの回路で構成された高周波部品を用いることにより、消費電力を抑えつつ高品質な通信をすることが可能である。
18 shows signal characteristics between the antenna port ANT1 and the reception ports RX1- and RX1 + when the band-pass filter having the signal characteristics shown in FIGS. 16 and 17 is connected in the high-frequency component having the circuit block shown in FIG. It is. A gain of 12 dB is secured in the pass band, and a large attenuation of 40 dB or more is secured in the unnecessary band.
FIG. 19 shows the noise figure of this circuit. While ensuring the gain and attenuation, the noise figure is about 3.5 dB. By using a high-frequency component constituted by this circuit, it is possible to perform high-quality communication while suppressing power consumption.
本発明によれば、通過帯域外での高減衰量を得ながら、NFが小さく、低消費電力の高周波回路を得ることができる。さらに高周波回路を積層型の高周波部品として構成することで小型化するとともに、その構成に起因する電気的特性の劣化を抑制できるようにすることできる。更に、前記高周波回路や前記高周波部品を用いて、電気的特性に優れ、低消費電力化が可能であり、小型の通信機器を提供することが出来る。 According to the present invention, a high frequency circuit with low NF and low power consumption can be obtained while obtaining a high attenuation outside the passband. Furthermore, it is possible to reduce the size by configuring the high-frequency circuit as a multilayer high-frequency component, and to suppress deterioration of electrical characteristics due to the configuration. Furthermore, by using the high-frequency circuit and the high-frequency component, it is possible to provide a small-sized communication device that has excellent electrical characteristics and can reduce power consumption.
1 高周波回路
10 低雑音増幅器
40 高周波スイッチ回路
50a 第1の帯域通過フィルタ
50b 第2の帯域通過フィルタ
60 バラン
90 フィルタ回路
100 多層セラミック基板
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の帯域通過フィルタと前記第2の帯域通過フィルタのどちらか一方が、通過帯域の低周波数側に共振点を有する容量性の帯域通過フィルタであり、他方が通過帯域の高周波数側に共振点を有する誘導性の帯域通過フィルタであることを特徴とする高周波回路。 An amplifier, a first bandpass filter connected to the input stage of the amplifier, and a second bandpass filter connected to the output stage of the amplifier;
Either the first bandpass filter or the second bandpass filter is a capacitive bandpass filter having a resonance point on the low frequency side of the passband, and the other is on the high frequency side of the passband. A high-frequency circuit, which is an inductive band-pass filter having a resonance point.
前記誘導性の帯域通過フィルタは第1ポートと第2ポートを有し、第1ポート側の第1共振器と、第2ポート側の第3共振器と、それらの段間に配置された第3共振器とで3段の共振器で構成され、前記第4共振器と前記第5共振器の共振器電極はインターデジタル結合し、前記第2共振器と前記第3共振器の共振器電極はコムライン結合することを特徴とする請求項1に記載の高周波回路。 The capacitive bandpass filter has a first port and a second port, and is disposed between the first resonator on the first port side, the third resonator on the second port side, and the stages thereof. The second resonator is composed of a three-stage resonator having an interdigitally coupled resonator electrode,
The inductive bandpass filter has a first port and a second port, a first resonator on the first port side, a third resonator on the second port side, and a first resonator disposed between these stages. The three resonators are constituted by three-stage resonators, the resonator electrodes of the fourth resonator and the fifth resonator are interdigitally coupled, and the resonator electrodes of the second resonator and the third resonator are coupled. The high-frequency circuit according to claim 1, wherein comb lines are coupled.
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