JP2021048567A - 高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents

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崇行 篠崎
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Abstract

【課題】電力増幅器の不安定動作が抑制された高周波モジュールを提供する。【解決手段】高周波モジュール1は、互いに対向する主面91aおよび91bを有するモジュール基板91と、送信入力端子110と、アンテナ接続端子100と、送信電力増幅器11と、を備え、送信入力端子110と送信電力増幅器11とを結ぶ送信入力経路ABTに配置された第1回路部品の少なくとも1つは主面91aに実装されており、送信電力増幅器11の出力端子とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信出力経路ATまたはBTに配置された第2回路部品の少なくとも1つは主面91bに実装されている。【選択図】図2A

Description

本発明は、高周波モジュールおよび通信装置に関する。
携帯電話などの移動体通信機器では、特に、マルチバンド化の進展に伴い、高周波フロントエンド回路を構成する回路素子の配置構成が複雑化されている。
特許文献1には、複数の通信バンド(周波数帯域)によるキャリアアグリゲーション(CA)を実行すべく、2つの送信電力増幅器を有するフロントエンド回路の構成が開示されている。2つの送信電力増幅器の入力側には、2つのトランシーバ回路からの送信信号を当該2つの送信電力増幅器のいずれに入力するかを切り替えるスイッチが配置されている。これによれば、上記2つのトランシーバ回路から出力された2つの送信信号は、上記フロントエンド回路を経由して2つのアンテナから高アイソレーションで送信することが可能となる。
米国特許出願公開第2018/0131501号明細書
しかしながら、特許文献1に開示されたフロントエンド回路を、小型のフロントエンド回路として1つのモジュールで構成する場合、送信電力増幅器の入力側に配置された高周波部品(例えば上記スイッチ)と送信電力増幅器の出力側に配置された高周波部品とが電界結合、磁界結合、または電磁界結合することが想定される。この場合、送信電力増幅器において、高周波信号を伝達する不要なフィードバックループが形成されて送信電力増幅器が発振し、送信電力増幅器の動作が不安定になるという問題が発生する。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、送信電力増幅器の不安定動作が抑制された高周波モジュールおよび通信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る高周波モジュールは、互いに対向する第1主面および第2主面を有するモジュール基板と、送信入力端子と、アンテナ接続端子と、前記送信入力端子に接続された送信電力増幅器と、前記送信入力端子と前記送信電力増幅器の入力端子とを結ぶ信号経路である送信入力経路に配置された第1回路部品と、前記送信電力増幅器の出力端子と前記アンテナ接続端子とを結ぶ信号経路である送信出力経路に配置された第2回路部品と、を備え、前記第1回路部品の少なくとも1つは、前記第1主面に実装されており、前記第2回路部品の少なくとも1つは、前記第2主面に実装されている。
本発明によれば、電力増幅器の不安定動作が抑制された高周波モジュールおよび通信装置を提供することが可能となる。
実施の形態に係る高周波モジュールの回路構成図である。 実施例に係る高周波モジュールの平面構成概略図である。 実施例に係る高周波モジュールの断面構成概略図である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施例及び変形例における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
また、以下において、平行及び垂直等の要素間の関係性を示す用語、及び、矩形状等の要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する。
また、以下において、基板に実装されたA、B及びCにおいて、「基板(又は基板の主面)の平面視において、AとBとの間にCが配置されている」とは、基板の平面視においてA内の任意の点とB内の任意の点とを結ぶ直線がCの領域を通ることを意味する。また、基板の平面視とは、基板および基板に実装された回路素子を基板に平行な平面に正投影して見ることを意味する。
また、以下において、「送信経路」とは、高周波送信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。また、「送信入力経路」とは、送信電力増幅器の入力側において高周波送信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。また、「送信出力経路」とは、送信電力増幅器の出力側において高周波送信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。また、「受信経路」とは、高周波受信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。また、「信号経路」とは、高周波信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。
(実施の形態)
[1.高周波モジュール1および通信装置5の回路構成]
図1は、実施の形態に係る高周波モジュール1の回路構成図である。同図に示すように、通信装置5は、高周波モジュール1と、アンテナ2と、RF信号処理回路(RFIC)3と、ベースバンド信号処理回路(BBIC)4と、を備える。
RFIC3は、アンテナ2で送受信される高周波信号を処理するRF信号処理回路である。具体的には、RFIC3は、高周波モジュール1の受信経路を介して入力された受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号をBBIC4へ出力する。また、RFIC3は、BBIC4から入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された送信信号を、高周波モジュール1の送信経路に出力する。
BBIC4は、高周波モジュール1を伝送する高周波信号よりも低周波の中間周波数帯域を用いて信号処理する回路である。BBIC4で処理された信号は、例えば、画像表示のための画像信号として使用され、または、スピーカを介した通話のために音声信号として使用される。
また、RFIC3は、使用される通信バンド(周波数帯域)に基づいて、高周波モジュール1が有するスイッチ51、52、53、54、55および56の接続を制御する制御部としての機能も有する。具体的には、RFIC3は、制御信号(図示せず)により高周波モジュール1が有するスイッチ51〜56の接続を切り替える。なお、制御部は、RFIC3の外部に設けられていてもよく、例えば、高周波モジュール1またはBBIC4に設けられていてもよい。
アンテナ2は、高周波モジュール1のアンテナ接続端子100に接続され、高周波モジュール1から出力された高周波信号を放射し、また、外部からの高周波信号を受信して高周波モジュール1へ出力する。
なお、本実施の形態に係る通信装置5において、アンテナ2およびBBIC4は、必須の構成要素ではない。
次に、高周波モジュール1の詳細な構成について説明する。
図1に示すように、高周波モジュール1は、アンテナ接続端子100と、送信電力増幅器11および12と、受信低雑音増幅器21および22と、送信フィルタ61T、62T、63Tおよび64Tと、受信フィルタ61R、62R、63Rおよび64Rと、送信出力整合回路30と、受信入力整合回路40と、整合回路71、72、73および74と、スイッチ51、52、53、54、55および56と、ダイプレクサ60と、を備える。
アンテナ接続端子100は、アンテナ2に接続されるアンテナ共通端子である。
送信電力増幅器11は、送信入力端子110から入力された第1周波数帯域群に属する通信バンドA(第1通信バンド)および通信バンドB(第2通信バンド)の高周波信号を増幅する増幅器である。また、送信電力増幅器12は、送信入力端子110から入力された、第1周波数帯域群と周波数が異なる第2周波数帯域群に属する通信バンドCおよび通信バンドDの高周波信号を増幅する増幅器である。
受信低雑音増幅器21は、通信バンドAおよび通信バンドBの高周波信号を低雑音で増幅し、受信出力端子121へ出力する増幅器である。また、受信低雑音増幅器22は、通信バンドCおよび通信バンドDの高周波信号を低雑音で増幅し、受信出力端子122へ出力する増幅器である。
送信入力経路ABTは、送信入力経路の一例であり、通信バンドAおよびBの送信信号を伝送する。送信入力経路ABTの一端は送信入力端子110に接続され、送信入力経路ABTの他端は送信電力増幅器11の入力端子に接続されている。つまり、送信入力経路ABTは、送信入力端子110から入力された送信信号を送信電力増幅器11まで伝送する。送信入力経路CDTは、送信入力経路の一例であり、通信バンドCおよびDの送信信号を伝送する。送信入力経路CDTの一端は送信入力端子110に接続され、送信入力経路CDTの他端は送信電力増幅器12の入力端子に接続されている。つまり、送信入力経路CDTは、送信入力端子110から入力された送信信号を送信電力増幅器12まで伝送する。
送信出力経路ATは、第1送信出力経路の一例であり、通信バンドAの送信信号を伝送する。送信出力経路ATの一端は送信電力増幅器11の出力端子に接続され、送信出力経路ATの他端はアンテナ接続端子100に接続されている。送信出力経路BTは、第2送信出力経路の一例であり、通信バンドBの送信信号を伝送する。送信出力経路BTの一端は送信電力増幅器11の出力端子に接続され、送信出力経路BTの他端はアンテナ接続端子100に接続されている。送信出力経路CTは、第1送信出力経路の一例であり、通信バンドCの送信信号を伝送する。送信出力経路CTの一端は送信電力増幅器12の出力端子に接続され、送信出力経路CTの他端はアンテナ接続端子100に接続されている。送信出力経路DTは、第2送信出力経路の一例であり、通信バンドDの送信信号を伝送する。送信出力経路DTの一端は送信電力増幅器12の出力端子に接続され、送信出力経路DTの他端はアンテナ接続端子100に接続されている。
受信経路ARは、第1受信経路の一例であり、通信バンドAの受信信号を伝送する。受信経路ARの一端はアンテナ接続端子100に接続され、受信経路ARの他端は受信低雑音増幅器21に接続されている。受信経路BRは、第2受信経路の一例であり、通信バンドBの受信信号を伝送する。受信経路BRの一端はアンテナ接続端子100に接続され、受信経路BRの他端は受信低雑音増幅器21に接続されている。受信経路CRは、通信バンドCの受信信号を伝送する。受信経路CRの一端はアンテナ接続端子100に接続され、受信経路CRの他端は受信低雑音増幅器22に接続されている。受信経路DRは、通信バンドDの受信信号を伝送する。受信経路DRの一端はアンテナ接続端子100に接続され、受信経路DRの他端は受信低雑音増幅器22に接続されている。
送信フィルタ61Tは、送信電力増幅器11とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信出力経路ATに配置され、送信電力増幅器11で増幅された送信信号のうち、通信バンドAの送信帯域の送信信号を通過させる。また、送信フィルタ62Tは、送信電力増幅器11とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信出力経路BTに配置され、送信電力増幅器11で増幅された送信信号のうち、通信バンドBの送信帯域の送信信号を通過させる。また、送信フィルタ63Tは、送信電力増幅器12とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信出力経路CTに配置され、送信電力増幅器12で増幅された送信信号のうち、通信バンドCの送信帯域の送信信号を通過させる。また、送信フィルタ64Tは、送信電力増幅器12とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信出力経路DTに配置され、送信電力増幅器12で増幅された送信信号のうち、通信バンドDの送信帯域の送信信号を通過させる。
受信フィルタ61Rは、受信低雑音増幅器21とアンテナ接続端子100とを結ぶ受信経路ARに配置され、アンテナ接続端子100から入力された受信信号のうち、通信バンドAの受信帯域の受信信号を通過させる。また、受信フィルタ62Rは、受信低雑音増幅器21とアンテナ接続端子100とを結ぶ受信経路BRに配置され、アンテナ接続端子100から入力された受信信号のうち、通信バンドBの受信帯域の受信信号を通過させる。また、受信フィルタ63Rは、受信低雑音増幅器22とアンテナ接続端子100とを結ぶ受信経路CRに配置され、アンテナ接続端子100から入力された受信信号のうち、通信バンドCの受信帯域の受信信号を通過させる。また、受信フィルタ64Rは、受信低雑音増幅器22とアンテナ接続端子100とを結ぶ受信経路DRに配置され、アンテナ接続端子100から入力された受信信号のうち、通信バンドDの受信帯域の受信信号を通過させる。
送信フィルタ61Tおよび受信フィルタ61Rは、通信バンドAを通過帯域とするデュプレクサ61を構成している。また、送信フィルタ62Tおよび受信フィルタ62Rは、通信バンドBを通過帯域とするデュプレクサ62を構成している。また、送信フィルタ63Tおよび受信フィルタ63Rは、通信バンドCを通過帯域とするデュプレクサ63を構成している。また、送信フィルタ64Tおよび受信フィルタ64Rは、通信バンドDを通過帯域とするデュプレクサ64を構成している。
送信出力整合回路30は、整合回路31および32を有する。整合回路31は、送信電力増幅器11と送信フィルタ61Tおよび62Tとを結ぶ送信出力経路に配置され、送信電力増幅器11と送信フィルタ61Tおよび62Tとのインピーダンス整合をとる。整合回路32は、送信電力増幅器12と送信フィルタ63Tおよび64Tとを結ぶ送信出力経路に配置され、送信電力増幅器12と送信フィルタ63Tおよび64Tとのインピーダンス整合をとる。
受信入力整合回路40は、整合回路41および42を有する。整合回路41は、受信低雑音増幅器21と受信フィルタ61Rおよび62Rとを結ぶ受信経路に配置され、受信低雑音増幅器21と受信フィルタ61Rおよび62Rとのインピーダンス整合をとる。整合回路42は、受信低雑音増幅器22と受信フィルタ63Rおよび64Rとを結ぶ受信経路に配置され、受信低雑音増幅器22と受信フィルタ63Rおよび64Rとのインピーダンス整合をとる。
スイッチ56は、第1スイッチの一例であり、共通端子、および2つの選択端子を有する。スイッチ56の共通端子は、送信入力端子110に接続されている。スイッチ56の一方の選択端子は送信入力経路ABTを経由して送信電力増幅器11の入力端子に接続され、スイッチ56の他方の選択端子は送信入力経路CDTを経由して送信電力増幅器12の入力端子に接続されている。この接続構成において、スイッチ56は、共通端子と一方の選択端子との接続、および、共通端子と他方の選択端子との接続、を切り替える。つまり、スイッチ56は、送信入力端子110と送信電力増幅器11および12とを結ぶ送信入力経路ABTおよびCDTに配置され、送信入力端子110と送信電力増幅器11との接続、および、送信入力端子110と送信電力増幅器12との接続、を切り替える。スイッチ56は、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチ回路で構成される。なお、スイッチ56は、共通端子と一方の選択端子との接続、および、共通端子と他方の選択端子との接続、を同時に行うことが可能なマルチ接続型のスイッチ回路であってもよい。
スイッチ51は、第2スイッチの一例であり、共通端子、および2つの選択端子を有する。スイッチ51の共通端子は、整合回路31を介して送信電力増幅器11の出力端子に接続されている。スイッチ51の一方の選択端子は送信出力経路ATを経由して送信フィルタ61Tに接続され、スイッチ51の他方の選択端子は送信出力経路BTを経由して送信フィルタ62Tに接続されている。この接続構成において、スイッチ51は、共通端子と一方の選択端子との接続、および、共通端子と他方の選択端子との接続、を切り替える。つまり、スイッチ51は、送信電力増幅器11とアンテナ接続端子100との間であって、通信バンドAの送信信号を伝送する送信出力経路ATと送信電力増幅器11との接続、および、通信バンドBの送信信号を伝送する送信出力経路BTと送信電力増幅器11との接続、を切り替える。スイッチ51は、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ52は、第2スイッチの一例であり、共通端子、および2つの選択端子を有する。スイッチ52の共通端子は、整合回路32を介して送信電力増幅器12の出力端子に接続されている。スイッチ52の一方の選択端子は送信出力経路CTを経由して送信フィルタ63Tに接続され、スイッチ52の他方の選択端子は送信出力経路DTを経由して送信フィルタ64Tに接続されている。この接続構成において、スイッチ52は、共通端子と一方の選択端子との接続、および、共通端子と他方の選択端子との接続、を切り替える。つまり、スイッチ52は、送信電力増幅器12とアンテナ接続端子100との間であって、通信バンドCの送信信号を伝送する送信出力経路CTと送信電力増幅器12との接続、および、通信バンドDの送信信号を伝送する送信出力経路DTと送信電力増幅器12との接続、を切り替える。
スイッチ53は、共通端子、および2つの選択端子を有する。スイッチ53の共通端子は、整合回路41を介して受信低雑音増幅器21の入力端子に接続されている。スイッチ53の一方の選択端子は受信経路ARに配置された受信フィルタ61Rに接続され、スイッチ53の他方の選択端子は受信経路BRに配置された受信フィルタ62Rに接続されている。この接続構成において、スイッチ53は、共通端子と一方の選択端子との接続、および、共通端子と他方の選択端子との接続、を切り替える。つまり、スイッチ53は、受信低雑音増幅器21と受信経路ARとの接続、および、受信低雑音増幅器21と受信経路BRとの接続、を切り替える。スイッチ53は、例えば、SPDT型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ54は、共通端子、および2つの選択端子を有する。スイッチ54の共通端子は、整合回路42を介して受信低雑音増幅器22の入力端子に接続されている。スイッチ54の一方の選択端子は受信経路CRに配置された受信フィルタ63Rに接続され、スイッチ54の他方の選択端子は受信経路DRに配置された受信フィルタ64Rに接続されている。この接続構成において、スイッチ54は、共通端子と一方の選択端子との接続、および、共通端子と他方の選択端子との接続、を切り替える。つまり、スイッチ54は、受信低雑音増幅器22と受信経路CRとの接続、および、受信低雑音増幅器22と受信経路DRとの接続、を切り替える。スイッチ54は、例えば、SPDT型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ55は、アンテナスイッチの一例であり、ダイプレクサ60を介してアンテナ接続端子100に接続され、(1)アンテナ接続端子100と送信出力経路ATおよび受信経路ARとの接続、(2)アンテナ接続端子100と送信出力経路BTおよび受信経路BRとの接続、(3)アンテナ接続端子100と送信出力経路CTおよび受信経路CRとの接続、ならびに(4)アンテナ接続端子100と送信出力経路DTおよび受信経路DRとの接続、を切り替える。なお、スイッチ55は、上記(1)〜(4)のうちの2以上の接続を同時に行うことが可能なマルチ接続型のスイッチ回路で構成される。
整合回路71は、スイッチ55とデュプレクサ61とを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ55と、デュプレクサ61とのインピーダンス整合をとる。整合回路72は、スイッチ55とデュプレクサ62とを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ55と、デュプレクサ62とのインピーダンス整合をとる。整合回路73は、スイッチ55とデュプレクサ63とを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ55と、デュプレクサ63とのインピーダンス整合をとる。整合回路74は、スイッチ55とデュプレクサ64とを結ぶ経路に配置され、アンテナ2およびスイッチ55と、デュプレクサ64とのインピーダンス整合をとる。
ダイプレクサ60は、マルチプレクサの一例であり、フィルタ60Lおよび60Hで構成されている。フィルタ60Lは、第1周波数帯域群および第2周波数帯域群を含む周波数範囲を通過帯域とするフィルタであり、フィルタ60Hは、第1周波数帯域群および第2周波数帯域群と周波数が異なる他の周波数帯域群を含む周波数範囲を通過帯域とするフィルタである。フィルタ60Lの一方の端子とフィルタ60Hの一方の端子とは、アンテナ接続端子100に共通接続されている。なお、第1周波数帯域群および第2周波数帯域群が上記他の周波数帯域群より低周波数側に位置する場合には、フィルタ60Lはローパスフィルタであってもよく、また、フィルタ60Hはハイパスフィルタであってもよい。
なお、上記の送信フィルタ61T〜64T、受信フィルタ61R〜64R、フィルタ60Lおよび60Hは、例えば、SAW(Surface Acoustic Wave)を用いた弾性波フィルタ、BAW(Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波フィルタ、LC共振フィルタ、および誘電体フィルタのいずれかであってもよく、さらには、これらには限定されない。
また、送信電力増幅器11および12、ならびに、受信低雑音増幅器21および22は、例えば、Si系のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)またはGaAsを材料とした、電界効果型トランジスタ(FET)またはヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)などで構成されている。
また、受信低雑音増幅器21および22、ならびに、スイッチ53、54および55は、1つの半導体IC(Integrated Circuit)に形成されていてもよい。さらに、上記半導体ICは、さらに、送信電力増幅器11および12、ならびに、スイッチ51、52および56を含んでいてもよい。半導体ICは、例えば、CMOSで構成されている。具体的には、SOI(Silicon On Insulator)プロセスにより形成されている。これにより、半導体ICを安価に製造することが可能となる。なお、半導体ICは、GaAs、SiGeおよびGaNの少なくともいずれかで構成されていてもよい。これにより、高品質な増幅性能および雑音性能を有する高周波信号を出力することが可能となる。
上記高周波モジュール1の構成において、スイッチ56、送信電力増幅器11、整合回路31、スイッチ51、送信フィルタ61T、整合回路71、スイッチ55、およびフィルタ60Lは、アンテナ接続端子100に向けて通信バンドAの送信信号を伝送する第1送信回路を構成する。また、フィルタ60L、スイッチ55、整合回路71、受信フィルタ61R、スイッチ53、整合回路41、および受信低雑音増幅器21は、アンテナ2からアンテナ接続端子100を介して通信バンドAの受信信号を伝送する第1受信回路を構成する。
また、スイッチ56、送信電力増幅器11、整合回路31、スイッチ51、送信フィルタ62T、整合回路72、スイッチ55、およびフィルタ60Lは、アンテナ接続端子100に向けて通信バンドBの送信信号を伝送する第2送信回路を構成する。また、フィルタ60L、スイッチ55、整合回路72、受信フィルタ62R、スイッチ53、整合回路41、および受信低雑音増幅器21は、アンテナ2からアンテナ接続端子100を介して通信バンドBの受信信号を伝送する第2受信回路を構成する。
また、スイッチ56、送信電力増幅器12、整合回路32、スイッチ52、送信フィルタ63T、整合回路73、スイッチ55、およびフィルタ60Lは、アンテナ接続端子100に向けて通信バンドCの送信信号を伝送する第3送信回路を構成する。また、フィルタ60L、スイッチ55、整合回路73、受信フィルタ63R、スイッチ54、整合回路42、および受信低雑音増幅器22は、アンテナ2からアンテナ接続端子100を介して通信バンドCの受信信号を伝送する第3受信回路を構成する。
また、スイッチ56、送信電力増幅器12、整合回路32、スイッチ52、送信フィルタ64T、整合回路74、スイッチ55、およびフィルタ60Lは、アンテナ接続端子100に向けて通信バンドDの送信信号を伝送する第4送信回路を構成する。また、フィルタ60L、スイッチ55、整合回路74、受信フィルタ64R、スイッチ54、整合回路42、および受信低雑音増幅器22は、アンテナ2からアンテナ接続端子100を介して通信バンドDの受信信号を伝送する第4受信回路を構成する。
上記回路構成によれば、高周波モジュール1は、通信バンドAおよび通信バンドBのいずれかの通信バンドの高周波信号と、通信バンドCおよび通信バンドDのいずれかの通信バンドの高周波信号とを、同時送信、同時受信、および同時送受信の少なくともいずれかで実行することが可能である。
なお、本発明に係る高周波モジュールでは、上記4つの送信回路および上記4つの受信回路がスイッチ55を介してアンテナ接続端子100に接続されていなくてもよく、上記4つの送信回路および上記4つの受信回路が、異なる端子を介してアンテナ2に接続されていてもよい。また、本発明に係る高周波モジュールは、第1送信回路を少なくとも有していればよい。
また、本発明に係る高周波モジュールにおいて、第1送信回路は、送信電力増幅器11、スイッチ56、および、送信出力経路ATに配置された少なくとも1つの回路部品を有していればよい。
ここで、上記高周波モジュール1を構成する各回路素子を、小型のフロントエンド回路として1つのモジュール基板に実装する場合、モジュール基板表面の回路部品レイアウト面積を小さくすることが必要となる。この場合、例えば、送信電力増幅器11および12の入力側に配置された高周波部品(例えばスイッチ56)と送信電力増幅器11および12の出力側に配置された回路部品とが電界結合、磁界結合、または電磁界結合することが想定される。この場合、送信電力増幅器11の入出力間および送信電力増幅器12の入出力間において、高周波信号を伝達する不要なフィードバックループが形成されて送信電力増幅器11および12が発振し、送信電力増幅器11および12の動作が不安定になるという問題が発生することが想定される。
これに対して、本実施の形態に係る高周波モジュール1では、送信電力増幅器11および12の入力側に配置された回路部品と送信電力増幅器11および12の出力側に配置された回路部品とが電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制する構成を有している。以下では、本実施の形態に係る高周波モジュール1の電界結合、磁界結合、または電磁界結合を抑制する構成について説明する。
[2.実施例に係る高周波モジュール1Aの回路素子配置構成]
図2Aは、実施例に係る高周波モジュール1Aの平面構成概略図である。また、図2Bは、実施例に係る高周波モジュール1Aの断面構成概略図であり、具体的には、図2AのIIB−IIB線における断面図である。なお、図2Aの(a)には、モジュール基板91の互いに対向する主面91aおよび91bのうち、主面91aをz軸正方向側から見た場合の回路素子の配置図が示されている。一方、図2Aの(b)には、主面91bをz軸正方向側から見た場合の回路素子の配置を透視した図が示されている。
実施例に係る高周波モジュール1Aは、実施の形態に係る高周波モジュール1を構成する各回路素子の配置構成を具体的に示したものである。
図2Aおよび図2Bに示すように、本実施例に係る高周波モジュール1Aは、図1に示された回路構成に加えて、さらに、モジュール基板91と、樹脂部材92および93と、を有している。
モジュール基板91は、互いに対向する主面91a(第1主面)および主面91b(第2主面)を有し、上記送信回路および上記受信回路を実装する基板である。モジュール基板91としては、例えば、複数の誘電体層の積層構造を有する低温同時焼成セラミックス(Low Temperature Co−fired Ceramics:LTCC)基板、高温同時焼成セラミックス(High Temperature Co−fired Ceramics:HTCC)基板、部品内蔵基板、再配線層(Redistribution Layer:RDL)を有する基板、または、プリント基板等が用いられる。
樹脂部材92は、モジュール基板91の主面91aに配置され、上記送信回路の一部、上記受信回路の一部、およびモジュール基板91の主面91aを覆っており、上記送信回路および上記受信回路を構成する回路素子の機械強度および耐湿性などの信頼性を確保する機能を有している。樹脂部材93は、モジュール基板91の主面91bに配置され、上記送信回路の一部、上記受信回路の一部、およびモジュール基板91の主面91bを覆っており、上記送信回路および上記受信回路を構成する回路素子の機械強度および耐湿性などの信頼性を確保する機能を有している。なお、樹脂部材92および93は、本発明に係る高周波モジュールに必須の構成要素ではない。
図2Aおよび図2Bに示すように、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、送信電力増幅器11および12、デュプレクサ61〜64、スイッチ56、整合回路31、32、41および42、ならびにダイプレクサ60は、モジュール基板91の主面91aに表面実装されている。一方、受信低雑音増幅器21および22、ならびにスイッチ51、52、53、54および55は、モジュール基板91の主面91bに表面実装されている。なお、整合回路71〜74は、図2Aおよび図2Bには図示されていないが、モジュール基板91の主面91aおよび91bのいずれに表面実装されていてもよいし、またモジュール基板91に内蔵されていてもよい。
本実施例では、スイッチ56は、送信入力経路ABTおよびCDTに配置された第1回路部品であり、主面91aに実装されている。一方、スイッチ51、52および55は、送信出力経路AT〜DTに配置された第2回路部品であり、主面91bに実装されている。
上記構成によれば、モジュール基板91の主面91a上に送信入力経路ABTおよびCDTに配置された第1回路部品が配置され、主面91b上に送信出力経路AT〜DTに配置された第2回路部品が配置されている。つまり、第1回路部品と第2回路部品とが、モジュール基板91を挟んで配置されている。これにより、送信電力増幅器11および12の入力側に配置された第1回路部品と送信電力増幅器11および12の出力側に配置された第2回路部品とが電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制できる。このため、送信電力増幅器11の入出力間および送信電力増幅器12の入出力間において、高周波信号を伝達する不要なフィードバックループが形成されて送信電力増幅器11および12が発振することを抑制できる。よって、送信電力増幅器11および12の不安定動作を抑制することが可能となる。
なお、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、スイッチ56が主面91aに実装され、スイッチ51、52および55が主面91bに実装された構成を有しているが、これに限られない。
本発明に係る高周波モジュールは、主面91aに第1回路部品が実装され、主面91bに、以下に列挙された回路部品の少なくとも1つ(第2回路部品)が実装されていればよい。すなわち、第2回路部品としては、
(1)整合回路31、32、71、72、73または74、
(2)スイッチ51または52、
(3)送信フィルタ61T〜64Tのいずれか、または、デュプレクサ61〜64のいずれか、
(4)ダイプレクサ60、および、
(6)スイッチ55、
の少なくとも1つであればよい。
これによれば、第1回路部品と、上記(1)〜(6)の第2回路部とが、同一の主面に配置された構成を有する高周波モジュールに比べて、送信電力増幅器11の入出力間および送信電力増幅器12の入出力間において、高周波信号を伝達する不要なフィードバックループが形成されて送信電力増幅器11および12が発振することを抑制できる。よって、送信電力増幅器11および12の不安定動作を抑制することが可能となる。
なお、モジュール基板91は、複数の誘電体層が積層された多層構造を有し、当該複数の誘電体層の少なくとも1つには、グランド電極パターンが形成されていることが望ましい。これにより、モジュール基板91の電磁界遮蔽機能が更に向上する。
また、特に、第1回路部品としてはスイッチ56であり、第2回路部品としてはスイッチ51または52であることが望ましい。
これにより、送信電力増幅器11および12の入力端子に最近接するスイッチ56と送信電力増幅器11および12の出力端子に最近接するスイッチ51または52とが電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制できる。このため、送信電力増幅器11の入出力間および送信電力増幅器12の入出力間において、高周波信号を伝達する不要なフィードバックループが形成されて送信電力増幅器11および12が発振することを最も効果的に抑制できる。よって、送信電力増幅器11および12の不安定動作を効果的に抑制することが可能となる。
また、図2Aに示すように、モジュール基板を平面視した場合、スイッチ56とスイッチ51または52とは重複していないことが望ましい。
これにより、スイッチ56とスイッチ51または52とが、モジュール基板91を挟んで配置されるだけでなく、スイッチ56とスイッチ51または52との距離を大きく確保できる。これにより、送信電力増幅器11および12の送信入力経路と送信出力経路とのアイソレーションがより一層向上するので、送信電力増幅器11および12の不安定動作をより一層抑制することが可能となる。
また、特に、第1回路部品としてはスイッチ56であり、第2回路部品としてはスイッチ55であることが望ましい。
これにより、通信バンドA〜Dのいずれかの送信信号が送信経路AT〜DTのいずれかを伝送する際に、スイッチ56とスイッチ55とが電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制できる。このため、通信バンドA〜Dのいずれかの送信信号またはその高調波が、送信経路上の回路部品を経由せずに、受信経路AR〜DRのいずれかに流入し受信感度を低下させることを抑制できる。また、送信出力経路AT〜DTのいずれかを伝送する高出力の送信信号に当該送信信号の高調波が重畳することで、高周波モジュール1Aから出力される送信信号の信号品質が劣化することを抑制できる。
また、図2Aに示すように、モジュール基板を平面視した場合、スイッチ56とスイッチ55とは重複していないことが望ましい。
これにより、スイッチ56とスイッチ55とが、モジュール基板91を挟んで配置されるだけでなく、スイッチ56とスイッチ55との距離を大きく確保できる。これにより、受信経路における受信感度を低下、および、高周波モジュール1Aから出力される送信信号の信号品質が劣化をより一層抑制できる。
なお、モジュール基板91は、複数の誘電体層が積層された多層構造を有し、当該複数の誘電体層の少なくとも1つには、グランド電極パターンが形成されていることが望ましい。これにより、モジュール基板91の電磁界遮蔽機能が向上する。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、モジュール基板91の主面91b側に、複数の外部接続端子150が配置されている。高周波モジュール1Aは、高周波モジュール1Aのz軸負方向側に配置される外部基板と、複数の外部接続端子150を経由して、電気信号のやりとりを行う。また、複数の外部接続端子150のいくつかは、外部基板のグランド電位に設定される。主面91aおよび91bのうち、外部基板と対向する主面91bには、低背化が困難な送信電力増幅器11および12が配置されず、低背化が容易な受信低雑音増幅器21および22、ならびに、スイッチ51〜55が配置されているので、高周波モジュール1A全体を低背化することが可能となる。また、受信回路の受信感度に大きく影響する受信低雑音増幅器21および22の周囲に、グランド電極として適用される外部接続端子150が複数配置されるので、受信回路の受信感度の劣化を抑制できる。
なお、外部接続端子150は、図2Aおよび2Bに示すように、樹脂部材93をz軸方向に貫通する柱状電極であってもよいし、また、主面91b上に形成されたバンプ電極であってもよい。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、送信電力増幅器11および12は、主面91aに実装されている。
送信電力増幅器11および12は、高周波モジュール1Aが有する回路部品のなかで発熱量が大きい部品である。高周波モジュール1Aの放熱性を向上させるには、送信電力増幅器11および12の発熱を、小さな熱抵抗を有する放熱経路で外部基板に放熱することが重要である。仮に、送信電力増幅器11および12を主面91bに実装した場合、送信電力増幅器11および12に接続される電極配線は主面91b上に配置される。このため、放熱経路としては、主面91b上の(xy平面方向に沿う)平面配線パターンのみを経由した放熱経路を含むこととなる。上記平面配線パターンは、金属薄膜で形成されるため熱抵抗が大きい。このため、送信電力増幅器11および12を主面91b上に配置した場合には、放熱性が低下してしまう。
これに対して、送信電力増幅器11および12を主面91aに実装した場合、主面91aと主面91bとの間を貫通する貫通電極を介して、送信電力増幅器11および12と外部接続端子150とを接続できる。よって、送信電力増幅器11および12の放熱経路として、モジュール基板91内の配線のうち熱抵抗の大きいxy平面方向に沿う平面配線パターンのみを経由した放熱経路を排除できる。よって、送信電力増幅器11および12からの外部基板への放熱性が向上した小型の高周波モジュール1Aを提供することが可能となる。
また、モジュール基板91を平面視した場合に、主面91bに実装されたスイッチ53および54と、主面91aに実装された送信電力増幅器11および12とは重複しないことが望ましい。
これにより、受信経路に配置されたスイッチ53および54と送信電力増幅器11および12とが、モジュール基板91を挟んで配置されるだけでなく、スイッチ53および54と送信電力増幅器11および12との距離を大きく確保できる。これにより、送信回路と受信回路とのアイソレーションがより一層向上するので、送信信号、高調波、および相互変調歪の不要波が受信経路に流入し、受信感度を低下させてしまうことを抑制できる。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aに示すように、モジュール基板91を平面視した場合に、主面91aに実装された整合回路41のインダクタと主面91bに実装されたスイッチ53とは重複していることが望ましい。これにより、整合回路41のインダクタとスイッチ53とがモジュール基板91を介して対向しているので、整合回路41のインダクタとスイッチ53とを結ぶ配線長を短くできる。また、主面91aに実装された整合回路42のインダクタと主面91bに実装されたスイッチ54とは重複していることが望ましい。これにより、整合回路42のインダクタとスイッチ54とがモジュール基板91を介して対向しているので、整合回路42のインダクタとスイッチ54とを結ぶ配線長を短くできる。よって、受信経路における伝送損失を低減できる。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aに示すように、モジュール基板91を平面視した場合に、主面91aに実装されたデュプレクサ61(または受信フィルタ61R)および62(または受信フィルタ62R)の少なくとも一方と、主面91bに実装されたスイッチ53とは重複していることが望ましい。これにより、デュプレクサ61および62の少なくとも一方とスイッチ53とがモジュール基板91を介して対向しているので、デュプレクサ61および62の少なくとも一方とスイッチ53とを結ぶ配線長を短くできる。また、主面91aに実装されたデュプレクサ63(または受信フィルタ63R)および64(または受信フィルタ64R)の少なくとも一方と、主面91bに実装されたスイッチ54とは重複していることが望ましい。これにより、デュプレクサ63および64の少なくとも一方とスイッチ54とがモジュール基板91を介して対向しているので、デュプレクサ63および64の少なくとも一方とスイッチ54とを結ぶ配線長を短くできる。よって、受信経路における伝送損失を低減できる。
さらに、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、モジュール基板91を平面視した場合、ダイプレクサ60とスイッチ55とは重複している。本実施例では、スイッチ55とダイプレクサ60とは、主面91aと主面91bとの間を貫通するビア導体91vで接続されている。
これにより、ダイプレクサ60とスイッチ55とがモジュール基板91を介して対向しているので、ダイプレクサ60とスイッチ55とを結ぶ配線長を短くできる。よって、高周波モジュール1Aにおける送信経路および受信経路の双方における伝送損失を低減できる。
なお、受信低雑音増幅器21および22、ならびにスイッチ53、54および55は、1つの半導体IC10に内蔵されていてもよい。これにより、主面91b側のz軸方向の高さを低減でき、また主面91bの部品実装面積を小さくできる。よって、高周波モジュール1Aを小型化できる。さらに、半導体IC10は、スイッチ51および52を含んでもよい。
[4.効果など]
以上、本実施の形態に係る高周波モジュール1は、互いに対向する主面91aおよび91bを有するモジュール基板91と、送信入力端子110と、アンテナ接続端子100と、送信電力増幅器11と、を備え、送信入力端子110と送信電力増幅器11の入力端子とを結ぶ送信入力経路ABTに配置された第1回路部品の少なくとも1つは主面91aに実装されており、送信電力増幅器11の出力端子とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信出力経路ATまたはBTに配置された第2回路部品の少なくとも1つは主面91bに実装されている。
これにより、送信電力増幅器11の入力側に配置された第1回路部品と送信電力増幅器11の出力側に配置された第2回路部品とが電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制できる。このため、送信電力増幅器11の入出力間において、高周波信号を伝達する不要なフィードバックループが形成されて送信電力増幅器11が発振することを抑制できる。よって、送信電力増幅器11の不安定動作を抑制することが可能となる。
また、第1回路部品の上記少なくとも1つはスイッチ56であり、第2回路部品の上記少なくとも1つはスイッチ51であってもよい。
これにより、送信電力増幅器11の入力端子に最近接するスイッチ56と送信電力増幅器11の出力端子に最近接するスイッチ51とが電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制できる。このため、送信電力増幅器11の入出力間において、高周波信号を伝達する不要なフィードバックループが形成されて送信電力増幅器11が発振することを最も効果的に抑制できる。よって、送信電力増幅器11の不安定動作を効果的に抑制することが可能となる。
また、モジュール基板91を平面視した場合、スイッチ56とスイッチ51とは重複していないことが望ましい。
これにより、スイッチ56とスイッチ51とが、モジュール基板91を挟んで配置されるだけでなく、スイッチ56とスイッチ51との距離を大きく確保できる。これにより、送信電力増幅器11の送信入力経路と送信出力経路とのアイソレーションがより一層向上するので、送信電力増幅器11の不安定動作をより一層抑制することが可能となる。
また、第1回路部品の上記少なくとも1つはスイッチ56であり、第2回路部品の上記少なくとも1つはスイッチ55であってもよい。
これにより、通信バンドA〜Dのいずれかの送信信号が送信出力経路AT〜DTのいずれかを伝送する際に、スイッチ56とスイッチ55とが電界結合、磁界結合、または電磁界結合することを抑制できる。このため、通信バンドA〜Dのいずれかの送信信号またはその高調波が、送信経路上の回路部品を経由せずに、受信経路AR〜DRのいずれかに流入し受信感度を低下させることを抑制できる。また、送信出力経路AT〜DTのいずれかを伝送する高出力の送信信号に当該送信信号の高調波が重畳することで、高周波モジュール1から出力される送信信号の信号品質が劣化することを抑制できる。
また、モジュール基板91を平面視した場合、スイッチ56とスイッチ55とは重複していないことが望ましい。
これにより、スイッチ56とスイッチ55とが、モジュール基板91を挟んで配置されるだけでなく、スイッチ56とスイッチ55との距離を大きく確保できる。これにより、受信経路における受信感度を低下、および、高周波モジュール1から出力される送信信号の信号品質が劣化をより一層抑制できる。
また、さらに、外部接続端子150を備え、外部接続端子150は主面91bに配置されており、送信電力増幅器11は主面91bに実装されていてもよい。
これにより、送信電力増幅器11の放熱経路として、モジュール基板91内の配線のうち熱抵抗の大きい平面配線パターンのみを経由した放熱経路を排除できる。よって、送信電力増幅器11からの外部基板への放熱性が向上した小型の高周波モジュール1を提供することが可能となる。
また、通信装置5は、アンテナ2と、アンテナ2で送受信される高周波信号を処理するRFIC3と、アンテナ2とRFIC3との間で高周波信号を伝送する高周波モジュール1と、を備える。
これにより、送信電力増幅器11の不安定動作を抑制することが可能となる。
(その他の実施の形態など)
以上、本発明の実施の形態に係る高周波モジュールおよび通信装置について、実施の形態およびその変形例を挙げて説明したが、本発明に係る高周波モジュールおよび通信装置は、上記実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。上記実施の形態およびその変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態およびその変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、上記高周波モジュールおよび通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
例えば、上記実施の形態およびその変形例に係る高周波モジュールおよび通信装置において、図面に開示された各回路素子および信号経路を接続する経路の間に、別の回路素子および配線などが挿入されていてもよい。
本発明は、マルチバンド対応のフロントエンド部に配置される高周波モジュールとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
1、1A 高周波モジュール
2 アンテナ
3 RF信号処理回路(RFIC)
4 ベースバンド信号処理回路(BBIC)
5 通信装置
10 半導体IC
11、12 送信電力増幅器
21、22 受信低雑音増幅器
30 送信出力整合回路
31、32、41、42、71、72、73、74 整合回路
40 受信入力整合回路
51、52、53、54、55、56 スイッチ
60 ダイプレクサ
60H、60L フィルタ
61、62、63、64 デュプレクサ
61R、62R、63R、64R 受信フィルタ
61T、62T、63T、64T 送信フィルタ
91 モジュール基板
91a、91b 主面
91v ビア導体
92、93 樹脂部材
100 アンテナ接続端子
110 送信入力端子
121、122 受信出力端子
150 外部接続端子

Claims (7)

  1. 互いに対向する第1主面および第2主面を有するモジュール基板と、
    送信入力端子と、
    アンテナ接続端子と、
    前記送信入力端子に接続された送信電力増幅器と、
    前記送信入力端子と前記送信電力増幅器の入力端子とを結ぶ信号経路である送信入力経路に配置された第1回路部品と、
    前記送信電力増幅器の出力端子と前記アンテナ接続端子とを結ぶ信号経路である送信出力経路に配置された第2回路部品と、を備え、
    前記第1回路部品の少なくとも1つは、前記第1主面に実装されており、
    前記第2回路部品の少なくとも1つは、前記第2主面に実装されている、
    高周波モジュール。
  2. 前記第1回路部品の前記少なくとも1つは、前記送信入力端子と前記送信電力増幅器との間に配置され、前記送信入力端子と前記送信電力増幅器との接続および非接続を切り替える第1スイッチであり、
    前記第2回路部品の前記少なくとも1つは、前記送信電力増幅器の出力端子と、前記送信電力増幅器と前記アンテナ接続端子との間であって第1通信バンドの送信信号を伝送する第1送信出力経路、および、前記送信電力増幅器と前記アンテナ接続端子との間であって第2通信バンドの送信信号を伝送する第2送信出力経路との間に配置され、前記送信電力増幅器と前記第1送信出力経路との接続、および、前記送信電力増幅器と前記第2送信出力経路との接続、を切り替える第2スイッチである、
    請求項1に記載の高周波モジュール。
  3. 前記モジュール基板を平面視した場合、前記第1スイッチと前記第2スイッチとは重複していない、
    請求項2に記載の高周波モジュール。
  4. 前記第1回路部品の前記少なくとも1つは、前記送信入力端子と前記送信電力増幅器との間に配置され、前記送信入力端子と前記送信電力増幅器との接続および非接続を切り替える第1スイッチであり、
    前記第2回路部品の前記少なくとも1つは、前記送信電力増幅器と前記アンテナ接続端子との間であって第1通信バンドの送信信号を伝送する第1送信出力経路と前記アンテナ接続端子との接続、および、前記送信電力増幅器と前記アンテナ接続端子との間であって第2通信バンドの送信信号を伝送する第2送信出力経路と前記アンテナ接続端子との接続、を切り替えるアンテナスイッチである、
    請求項1に記載の高周波モジュール。
  5. 前記モジュール基板を平面視した場合、前記第1スイッチと前記アンテナスイッチとは重複していない、
    請求項4に記載の高周波モジュール。
  6. さらに、外部接続端子を備え、
    前記外部接続端子は、前記第1主面に配置されており、
    前記送信電力増幅器は、前記第2主面に実装されている、
    請求項2〜5のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  7. アンテナと、
    前記アンテナで送受信される高周波信号を処理するRF信号処理回路と、
    前記アンテナと前記RF信号処理回路との間で前記高周波信号を伝送する請求項1〜6のいずれか1項に記載の高周波モジュールと、を備える、
    通信装置。
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