JP2021190746A - 高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】送受信間のアイソレーションの劣化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、送信信号を増幅可能な電力増幅器11と、受信信号を増幅可能な低雑音増幅器21と、電力増幅器11の入力端子に接続され、主面91bに配置されたスイッチ33と、低雑音増幅器21の出力端子に接続され、主面91bに配置されたスイッチ34と、モジュール基板91を平面視した場合にスイッチ33とスイッチ34とで挟まれた主面91b上の領域に配置されたグランド端子150gと、を備える。【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には、高周波送信信号を増幅する電力増幅器が搭載される。特許文献1には、送信信号を伝送するPA回路(送信増幅回路)と、受信信号を伝送するLNA回路(受信増幅回路)とを備えるフロントエンド回路(RFモジュール)が開示されている。送信増幅回路には電力増幅器の増幅特性を制御するPA制御部が配置され、受信増幅回路には低雑音増幅器の増幅特性を制御するLNA制御部が配置されている。
しかしながら、特許文献1に開示されたRFモジュールにおいて、送信増幅回路と受信増幅回路とが電磁界結合し、送受信間のアイソレーションが劣化する場合がある。この場合、例えば、送信増幅回路を伝送する高出力の送信信号の高調波、または、当該送信信号と他の高周波信号との相互変調歪が、上記電磁界結合を介して受信増幅回路に流入し、当該受信増幅回路の受信感度が劣化する場合がある。
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、送受信間のアイソレーションの劣化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、送信信号を増幅可能な電力増幅器と、受信信号を増幅可能な低雑音増幅器と、前記電力増幅器の入力端子に接続され、前記第2主面に配置された第1スイッチと、前記低雑音増幅器の出力端子に接続され、前記第2主面に配置された第2スイッチと、前記モジュール基板を平面視した場合に前記第1スイッチと前記第2スイッチとで挟まれた前記第2主面上の領域に配置された第1グランド端子と、を備える。
また、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、送信信号を増幅可能な電力増幅器と、受信信号を増幅可能な低雑音増幅器と、前記電力増幅器の入力端子に接続され、前記第2主面に配置された第1スイッチと、前記低雑音増幅器の出力端子に接続され、前記第2主面に配置された第2スイッチと、を備え、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スイッチとで挟まれた前記第2主面上の領域には、第1導電部品が配置されている。
本発明によれば、送受信間のアイソレーションの劣化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。
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、いずれも包括的また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、構成要素の配置および接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施例およ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または大きさの比は、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または簡略化する場合がある。
また、以下において、平行および垂直等の要素間の関係性を示す用語、および、矩形状等の要素の形状を示す用語、ならびに、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およびCにおいて、「基板(または基板の主面)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複数の線分の少なくとも1つが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の主面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、「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、「送受信経路」とは、高周波送信信号および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。
(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および通信装置5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。
[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および通信装置5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31、32、33、34および35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31〜35の接続を切り替える。具体的には、RFIC3は、スイッチ31〜35を制御するためのディジタル制御信号をPA制御回路70に出力する。高周波モジュール1のPA制御回路70は、RFIC3から入力されたディジタル制御信号によって、スイッチ31〜35にディジタル制御信号を出力することで、スイッチ31〜35の接続および非接続を制御する。
また、RFIC3は、高周波モジュール1が有する電力増幅器11の利得、電力増幅器11に供給される電源電圧Vccおよびバイアス電圧Vbias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、MIPIおよびGPIOなどのディジタル制御信号を高周波モジュール1の制御信号端子130に出力する。高周波モジュール1のPA制御回路70は、制御信号端子130を介して入力されたディジタル制御信号によって、電力増幅器11に制御信号、電源電圧Vccまたはバイアス電圧Vbiasを出力することで、電力増幅器11の利得を調整する。なお、電力増幅器11の利得を制御するディジタル制御信号をRFIC3から受ける制御信号端子と、電力増幅器11に供給される電源電圧Vccおよびバイアス電圧Vbiasを制御するディジタル制御信号をRFIC3から受ける制御信号端子とは、異なっていてもよい。また、制御部は、RFIC3の外部に設けられていてもよく、例えば、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、電力増幅器11と、低雑音増幅器21と、送信フィルタ61Tおよび62Tと、受信フィルタ61Rおよび62Rと、PA制御回路70と、整合回路51、52、53および54と、スイッチ31、32、33、34および35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。
電力増幅器11は、送信入力端子111および112から入力された通信バンドAおよび通信バンドBの送信信号を増幅可能な増幅回路である。なお、高周波モジュール1は、電力増幅器11の代わりに、通信バンドAの高周波信号を増幅する第1電力増幅器と、通信バンドBの高周波信号を増幅する第2電力増幅器とを備えてもよい。
PA制御回路70は、制御信号端子130を介して入力されたディジタル制御信号MIPIおよびGPIOなどによって、電力増幅器11が有する増幅素子の利得を調整する。PA制御回路70は、半導体IC(Integrated Circuit)で形成されていてもよい。半導体ICは、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)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。
低雑音増幅器21は、通信バンドAおよびBの高周波信号を低雑音で増幅可能であり、受信出力端子121および122へ出力する増幅器である。なお、高周波モジュール1は、複数の低雑音増幅器を備えていてもよい。例えば、高周波モジュール1は、通信バンドAの高周波信号を増幅する第1低雑音増幅器と、通信バンドBの高周波信号を増幅する第2低雑音増幅器とを備えてもよい。
電力増幅器11および低雑音増幅器21は、例えば、Si系のCMOS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。
送信フィルタ61Tは、送信入力端子111および112とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信経路ATに配置され、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、送信入力端子111および112とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信経路BTに配置され、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。
受信フィルタ61Rは、受信出力端子121および122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、受信出力端子121および122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。
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。デュプレクサ61は、通信バンドAの送信信号と受信信号とを、周波数分割複信(FDD:Frequency Division Duplex)方式で伝送する。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。デュプレクサ62は、通信バンドBの送信信号と受信信号とを、FDD方式で伝送する。
なお、デュプレクサ61および62のそれぞれは、複数の送信フィルタのみで構成されたマルチプレクサ、複数の受信フィルタのみで構成されたマルチプレクサ、複数のデュプレクサで構成されたマルチプレクサであってもよい。また、送信フィルタ61Tおよび受信フィルタ61Rは、デュプレクサ61を構成していなくてもよく、時分割複信(TDD:Time Division Duplex)方式で伝送する1つのフィルタであってもよい。この場合には、上記1つのフィルタの前段および後段の少なくとも一方に、送信および受信を切り替えるスイッチが配置される。また、同様に、送信フィルタ62Tおよび受信フィルタ62Rは、デュプレクサ62を構成していなくてもよく、TDD方式で伝送する1つのフィルタであってもよい。
整合回路51は、スイッチ35とデュプレクサ61とを結ぶ経路に配置され、スイッチ35およびアンテナ2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52は、スイッチ35とデュプレクサ62とを結ぶ経路に配置され、スイッチ35およびアンテナ2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53は、電力増幅器11とスイッチ31とを結ぶ送信経路に配置され、電力増幅器11とスイッチ31、デュプレクサ61および62とのインピーダンス整合をとる。整合回路54は、低雑音増幅器21とスイッチ32とを結ぶ受信経路に配置され、低雑音増幅器21とスイッチ32、デュプレクサ61および62とのインピーダンス整合をとる。
スイッチ33は、電力増幅器11の入力端子に接続された第1スイッチの一例であり、共通端子33a、選択端子33bおよび33cを有する。共通端子33aは電力増幅器11の入力端子に接続され、選択端子33bは送信入力端子111に接続され、選択端子33cは送信入力端子112に接続されている。この接続構成において、スイッチ33は、電力増幅器11と送信入力端子111との接続、および、電力増幅器11と送信入力端子112との接続、を切り替える。スイッチ33は、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチ回路で構成される。
送信入力端子111からは、例えば、通信バンドAの送信信号が入力され、送信入力端子112からは、例えば、通信バンドBの送信信号が入力される。また、送信入力端子111からは、例えば、第4世代移動通信システム(4G)における通信バンドAまたはBの送信信号が入力され、送信入力端子112からは、例えば、第5世代移動通信システム(5G)における通信バンドAまたはBの送信信号が入力されてもよい。
なお、スイッチ33は、共通端子が送信入力端子に接続され、一方の選択端子が通信バンドAの送信信号を増幅する第1電力増幅器に接続され、他方の選択端子が通信バンドBの送信信号を増幅する第2電力増幅器に接続された構成を有していてもよい。この場合には、送信入力端子からは、例えば、通信バンドAおよび通信バンドBの送信信号が入力される。また、送信入力端子からは、例えば、4Gにおける通信バンドAの送信信号と5Gにおける通信バンドBの送信信号とが入力されてもよい。
また、スイッチ33は、2つの共通端子と2つの選択端子とを有するDPDT(Double Pole Double Throw)型のスイッチ回路で構成されていてもよい。この場合には、送信入力端子111が一方の共通端子と接続され、送信入力端子112が他方の共通端子と接続される。また、一方の選択端子が通信バンドAの送信信号を増幅する第1電力増幅器に接続され、他方の選択端子が通信バンドBの送信信号を増幅する第2電力増幅器に接続される。この接続構成において、スイッチ33は、一方の共通端子と一方の選択端子との接続および一方の共通端子と他方の選択端子との接続を切り替え、また、他方の共通端子と一方の選択端子との接続および他方の共通端子と他方の選択端子との接続を切り替える。この場合には、例えば、送信入力端子111から通信バンドAの送信信号が入力され、送信入力端子112から通信バンドBの送信信号が入力される。また、例えば、送信入力端子111から4Gにおける通信バンドAおよび通信バンドBの送信信号が入力され、送信入力端子112から5Gにおける通信バンドAおよび通信バンドBの送信信号が入力されてもよい。
スイッチ34は、低雑音増幅器21の出力端子に接続された第2スイッチの一例であり、共通端子34a、選択端子34bおよび34cを有する。共通端子34aは低雑音増幅器21の出力端子に接続され、選択端子34bは受信出力端子121に接続され、選択端子34cは受信出力端子122に接続されている。この接続構成において、スイッチ34は、低雑音増幅器21と受信出力端子121との接続、および、低雑音増幅器21と受信出力端子122との接続、を切り替える。スイッチ34は、例えば、SPDT型のスイッチ回路で構成される。
受信出力端子121からは、例えば、通信バンドAの受信信号が出力され、受信出力端子122からは、例えば、通信バンドBの受信信号が出力される。また、受信出力端子121からは、例えば、4Gにおける通信バンドAまたはBの送信信号が入力され、受信出力端子122からは、例えば、5Gにおける通信バンドAまたはBの受信信号が出力されてもよい。
なお、スイッチ34は、共通端子が受信出力端子に接続され、一方の選択端子が通信バンドAの受信信号を増幅する第1低雑音増幅器に接続され、他方の選択端子が通信バンドBの受信信号を増幅する第2低雑音増幅器に接続された構成を有していてもよい。この場合には、受信出力端子からは、例えば、通信バンドAおよび通信バンドBの受信信号が出力される。また、受信出力端子からは、例えば、4Gにおける通信バンドAの受信信号と5Gにおける通信バンドBの受信信号とが出力されてもよい。
また、スイッチ34は、2つの共通端子と2つの選択端子とを有するDPDT型のスイッチ回路で構成されていてもよい。この場合には、受信出力端子121が一方の共通端子と接続され、受信出力端子122が他方の共通端子と接続される。また、一方の選択端子が通信バンドAの受信信号を増幅する第1低雑音増幅器に接続され、他方の選択端子が通信バンドBの受信信号を増幅する第2低雑音増幅器に接続される。この接続構成において、スイッチ34は、一方の共通端子と一方の選択端子との接続および一方の共通端子と他方の選択端子との接続を切り替え、また、他方の共通端子と一方の選択端子との接続および他方の共通端子と他方の選択端子との接続を切り替える。この場合には、例えば、受信出力端子121から通信バンドAの送信信号が出力され、受信出力端子122から通信バンドBの受信信号が入力される。また、例えば、受信出力端子121から4Gにおける通信バンドAおよび通信バンドBの受信信号が出力され、受信出力端子122から5Gにおける通信バンドAおよび通信バンドBの受信信号が入力されてもよい。
なお、スイッチ33および34が有する共通端子および選択端子の数は、高周波モジュール1が有する信号経路の数、および、RFIC3の出力端子の数に応じて、適宜設定される。
スイッチ31は、整合回路53を介して電力増幅器11の出力端子に接続された第3スイッチであり、共通端子31a、選択端子31bおよび31cを有する。共通端子31aは、整合回路53を介して電力増幅器11の出力端子に接続されている。選択端子31bは送信フィルタ61Tに接続され、選択端子31cは送信フィルタ62Tに接続されている。この接続構成において、スイッチ31は、電力増幅器11と送信フィルタ61Tとの接続、および、電力増幅器11と送信フィルタ62Tとの接続、を切り替える。スイッチ31は、例えば、SPDT型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ32は、共通端子32a、選択端子32bおよび32cを有する。共通端子32aは、整合回路54を介して低雑音増幅器21の入力端子に接続されている。選択端子32bは受信フィルタ61Rに接続され、選択端子32cは受信フィルタ62Rに接続されている。この接続構成において、スイッチ32は、低雑音増幅器21と受信フィルタ61Rとの接続および非接続を切り替え、低雑音増幅器21と受信フィルタ62Rとの接続および非接続を切り替える。スイッチ32は、例えば、SPDT型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ35は、アンテナ接続端子100に接続された第4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と送信経路ATおよび受信経路ARとの接続、ならびに(2)アンテナ接続端子100と送信経路BTおよび受信経路BRとの接続、を切り替える。なお、スイッチ35は、上記(1)および(2)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。
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、通信バンドAおよびB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、通信バンドAおよびBを含む周波数範囲と異なる他の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。フィルタ60Lおよび60Hのそれぞれは、例えば、チップ状のインダクタおよびキャパシタの少なくとも一方で構成されたLCフィルタである。なお、通信バンドAおよびBを含む周波数範囲が上記他の周波数範囲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および62T、ならびに、受信フィルタ61Rおよび62R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、電力増幅器11とスイッチ33との間、および、低雑音増幅器21とスイッチ34との間に、整合回路が配置されていてもよい。
高周波モジュール1の構成において、スイッチ33、電力増幅器11、整合回路53、スイッチ31、送信フィルタ61T、整合回路51、およびスイッチ35、フィルタ60L、および送信経路AT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35、整合回路51、受信フィルタ61R、スイッチ32、整合回路54、低雑音増幅器21、スイッチ34、および受信経路AR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33、電力増幅器11、整合回路53、スイッチ31、送信フィルタ62T、整合回路52、スイッチ35、フィルタ60L、および送信経路BT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35、整合回路52、受信フィルタ62R、スイッチ32、整合回路54、低雑音増幅器21、スイッチ34、および受信経路BR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。
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のいずれかの高周波信号を、送信、受信、および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。さらに、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の高周波信号を、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も可能である。
なお、本発明に係る高周波モジュールでは、上記2つの送信回路および上記2つの受信回路がスイッチ35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2つの送信回路および上記2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、図1に示された回路において、電力増幅器11と、低雑音増幅器21と、スイッチ33および34と、を有していればよい。
また、低雑音増幅器21とスイッチ31〜35の少なくとも1つとは、1つの半導体ICに形成されていてもよい。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。
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、第1送信回路および第2送信回路と、第1受信回路および第2受信回路とが電磁界結合することが想定される。この場合、送信経路ATおよびBTを伝送する高出力の送信信号の高調波、または、当該送信信号と他の高周波信号との相互変調歪が、上記電磁界結合を介して受信経路ARおよびBRのいずれかに流入し、当該受信経路の受信感度が劣化するという問題が発生する。
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、上記電磁界結合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の上記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。
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、外部接続端子150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、電力増幅器11、デュプレクサ61および62、ならびに整合回路51、52、53および54は、モジュール基板91の主面91a(第1主面)に配置されている。一方、PA制御回路70、低雑音増幅器21、スイッチ31、32、33、34および35、ならびにダイプレクサは、モジュール基板91の主面91b(第2主面)に配置されている。
なお、図2Aには図示していないが、図1に示された送信経路ATおよびBT、ならびに、受信経路ARおよびBRを構成する配線は、モジュール基板91の内部、主面91aおよび91bに形成されている。また、上記配線は、両端が主面91a、91bおよび高周波モジュール1Aを構成する回路素子のいずれかに接合されたボンディングワイヤであってもよく、また、高周波モジュール1Aを構成する回路素子の表面に形成された端子、電極または配線であってもよい。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、モジュール基板91の主面91b(第2主面)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。図2Aの(b)に示すように、複数の外部接続端子150には、アンテナ接続端子100、送信入力端子111および112、受信出力端子121および122、ならびに制御信号端子130が含まれる。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たグランド端子150g(第1グランド端子または第2グランド端子)である。
本実施例では、図2Aの(b)に示すように、スイッチ33および34は主面91bに配置され、また、モジュール基板91を平面視した場合に、スイッチ33とスイッチ34とで挟まれた主面91b上の領域Pに、グランド端子150gが配置されている。
上記構成によれば、主面91b上において、スイッチ33とスイッチ34とはグランド端子150gを挟んで配置されている。これにより、スイッチ33およびスイッチ34から発生する電磁界をグランド端子150gで遮蔽できるので、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を抑制できる。よって、送信経路ATおよびBTを伝送する高出力の送信信号の高調波、または、当該送信信号と他の高周波信号との相互変調歪が、上記電磁界結合を介して受信経路ARおよびBRのいずれかに流入し、当該受信経路の受信感度が劣化することを抑制できる。
なお、本実施の形態において、モジュール基板91を平面視した場合におけるスイッチ33とスイッチ34とで挟まれた主面91b上の領域Pとは、モジュール基板91を平面視した場合に、スイッチ33とスイッチ34とを結ぶ線分と垂直に交差する直線のうち、スイッチ33に接触せずにスイッチ33と最も近い直線と、スイッチ34に接触せずにスイッチ34と最も近い直線と、で挟まれた主面91b上の領域であると定義される。
なお、グランド端子150gは、スイッチ33とスイッチ34との間に配置されていることが望ましい。これによれば、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を、効果的に抑制できる。
または、本実施例では、図2Aの(b)に示すように、スイッチ33および34は主面91bに配置され、また、モジュール基板91を平面視した場合に、スイッチ31が、スイッチ33とスイッチ34とで挟まれた主面91b上の領域Pに配置されている。
これによれば、主面91b上において、スイッチ33とスイッチ34とはスイッチ31を挟んで配置されている。スイッチ31は、第1導電部品の一例であり、電極および端子などの導電部材を有している。よって、スイッチ33およびスイッチ34から発生する電磁界をスイッチ31で遮蔽できるので、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を抑制できる。よって、送信経路ATおよびBTを伝送する高出力の送信信号の高調波、または、当該送信信号と他の高周波信号との相互変調歪が、上記電磁界結合を介して受信経路ARおよびBRのいずれかに流入し、当該受信経路の受信感度が劣化することを抑制できる。
なお、導電部品とは、信号取り出し電極などの導電部材を有している電子部品であり、例えば、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップインダクタ、フィルタ、スイッチ、ならびに、増幅器および制御回路などの能動素子、の少なくともいずれかである。
なお、スイッチ31は、スイッチ33とスイッチ34との間に配置されていることが望ましい。これによれば、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を、効果的に抑制できる。
また、領域Pに配置され、上記電磁界結合を抑制する第1導電部品は、PA制御回路70であってもよい。これにより、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を抑制できる。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、電力増幅器11が主面91aに配置され、低雑音増幅器21が主面91bに配置されている。これによれば、送信信号を増幅する電力増幅器11と、受信信号を増幅する低雑音増幅器21とが両面に振り分けて配置されるので、送受信間のアイソレーションを向上できる。
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。
電力増幅器11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、電力増幅器11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、電力増幅器11を主面91bに実装した場合、電力増幅器11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、電力増幅器11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、電力増幅器11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、電力増幅器11と外部接続端子150とを接続できる。よって、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、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1Aを提供することが可能となる。
また、図示していないが、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を平面視した場合に、スイッチ34とスイッチ35とで挟まれた主面91b上の領域に、グランド端子150gが配置されていてもよい。
上記構成によれば、主面91b上において、スイッチ34とスイッチ35とはグランド端子150gを挟んで配置される。これにより、スイッチ34およびスイッチ35から発生する電磁界をグランド端子150gで遮蔽できるので、スイッチ34とスイッチ35との電磁界結合を抑制できる。よって、高出力の送信信号が、例えば、受信経路ARに配置された受信フィルタ61Rおよび低雑音増幅器21を経由せずに、また、受信経路BRに配置された受信フィルタ62Rおよび低雑音増幅器21を経由せずに、上記電磁界結合を介してRFIC3に流入することを抑制できる。
また、図2Aの(b)に示すように、モジュール基板91を平面視した場合に、スイッチ34とスイッチ35とで挟まれた主面91b上の領域に、ダイプレクサ60が配置されていてもよい。ダイプレクサ60は、第2導電部品の一例であり、電極および端子などの導電部材を有している。これにより、スイッチ34およびスイッチ35から発生する電磁界をダイプレクサ60で遮蔽できるので、スイッチ34とスイッチ35との電磁界結合を抑制できる。
なお、スイッチ34とスイッチ35とで挟まれた上記領域に配置される第2導電部品は、ダイプレクサ60に限られず、スイッチ31、32、33、PA制御回路70、送信フィルタ61Tおよび62T、ならびに、受信フィルタ61Rおよび62Rの少なくとも1つであってもよい。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、図2Aの(b)に示すように、モジュール基板91を平面視した場合に、スイッチ33とスイッチ35とで挟まれた主面91b上の領域Pに、グランド端子150gが配置されていてもよい。
上記構成によれば、主面91b上において、スイッチ33とスイッチ35とはグランド端子150gを挟んで配置されている。これにより、スイッチ33およびスイッチ35から発生する電磁界をグランド端子150gで遮蔽できるので、スイッチ33とスイッチ35との電磁界結合を抑制できる。よって、高出力の送信信号、高調波、または、当該送信信号と他の高周波信号との相互変調歪が、例えば送信経路ATに配置されたスイッチ31および送信フィルタ61Tを経由せずに、上記電磁界結合を介して受信経路ARおよびBRのいずれかに流入し、当該受信経路の受信感度が劣化することを抑制できる。
また、図2Aの(b)に示すように、モジュール基板91を平面視した場合に、スイッチ33とスイッチ35とで挟まれた主面91b上の領域Pに、スイッチ31、32、およびPA制御回路70の少なくとも1つ(第3導電部品)が配置されていてもよい。また、図示していないが、送信フィルタ61Tおよび62T、ならびに、受信フィルタ61Rおよび62Rの少なくとも1つが主面91bに配置され、当該少なくとも1つが、モジュール基板91を平面視した場合に、スイッチ33とスイッチ35とで挟まれた主面91b上の領域Pに配置されていてもよい。これにより、受信経路の受信感度が劣化することを抑制できる。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、主面91aおよび91bのうち、外部基板と対向する主面91bには、低背化が困難な電力増幅器11が配置されず、低背化が容易な低雑音増幅器21、PA制御回路70、スイッチ31〜35、およびダイプレクサ60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、図2Aの(b)に示すように、低雑音増幅器21およびスイッチ34は、半導体IC80に含まれていてもよい。これにより、高周波モジュール1Aの小型化を促進できる。また、半導体IC80は、スイッチ31、32、33、および35の少なくとも1つをさらに含んでもよい。
なお、本実施の形態に係る高周波モジュール1において、電力増幅器11、デュプレクサ61、62、および整合回路51〜54の少なくとも1つが主面91bに配置され、PA制御回路70、低雑音増幅器21、スイッチ31、32、35、およびダイプレクサ60の少なくとも1つが主面91aに配置されていてもよい。
なお、外部接続端子150(およびグランド端子150g)は、図2Aおよび図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、図2Cに示された、変形例に係る高周波モジュール1Bのように、外部接続端子150(およびグランド端子150g)は、主面91b上に形成されたバンプ電極160(およびグランド端子160g)であってもよい。この場合には、主面91b側の樹脂部材93はなくてもよい。
また、本実施の形態に係る高周波モジュール1において、外部接続端子150は、主面91aに配置されていてもよい。
[3.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、送信信号を増幅可能な電力増幅器11と、受信信号を増幅可能な低雑音増幅器21と、電力増幅器11の入力端子に接続され、主面91bに配置されたスイッチ33と、低雑音増幅器21の出力端子に接続され、主面91bに配置されたスイッチ34と、モジュール基板91を平面視した場合にスイッチ33とスイッチ34とで挟まれた主面91b上の領域に配置されたグランド端子150gと、を備える。
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、送信信号を増幅可能な電力増幅器11と、受信信号を増幅可能な低雑音増幅器21と、電力増幅器11の入力端子に接続され、主面91bに配置されたスイッチ33と、低雑音増幅器21の出力端子に接続され、主面91bに配置されたスイッチ34と、モジュール基板91を平面視した場合にスイッチ33とスイッチ34とで挟まれた主面91b上の領域に配置されたグランド端子150gと、を備える。
これによれば、スイッチ33およびスイッチ34から発生する電磁界をグランド端子150gで遮蔽できるので、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を抑制できる。よって、送信経路ATおよびBTを伝送する高出力の送信信号の高調波、または、当該送信信号と他の高周波信号との相互変調歪が、上記電磁界結合を介して受信経路ARおよびBRのいずれかに流入し、当該受信経路の受信感度が劣化することを抑制できる。
また、高周波モジュール1において、グランド端子150gは、スイッチ33とスイッチ34との間に配置されていてもよい。
これによれば、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を、効果的に抑制できる。
また、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、送信信号を増幅可能な電力増幅器11と、受信信号を増幅可能な低雑音増幅器21と、電力増幅器11の入力端子に接続され、主面91bに配置されたスイッチ33と、低雑音増幅器21の出力端子に接続され、主面91bに配置されたスイッチ34と、を備え、モジュール基板91を平面視した場合、スイッチ33とスイッチ34とで挟まれた主面91b上の領域には、第1導電部品が配置されている。
これによれば、スイッチ33およびスイッチ34から発生する電磁界を第1導電部品で遮蔽できるので、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を抑制できる。よって、送信経路ATおよびBTを伝送する高出力の送信信号の高調波、または、当該送信信号と他の高周波信号との相互変調歪が、上記電磁界結合を介して受信経路ARおよびBRのいずれかに流入し、当該受信経路の受信感度が劣化することを抑制できる。
また、高周波モジュール1において、第1導電部品は、スイッチ33とスイッチ34との間に配置されていてもよい。
これによれば、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を、効果的に抑制できる。
また、高周波モジュール1において、第1導電部品は、電力増幅器11の出力端子に接続されたスイッチ31であってもよい。
これによれば、スイッチ33およびスイッチ34から発生する電磁界をスイッチ31で遮蔽できるので、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を抑制できる。
また、高周波モジュール1において、第1導電部品は、電力増幅器11を制御するPA制御回路70であってもよい。
これによれば、スイッチ33およびスイッチ34から発生する電磁界をPA制御回路70で遮蔽できるので、スイッチ33とスイッチ34との電磁界結合を抑制できる。
また、高周波モジュール1は、さらに、主面91bに配置された複数の外部接続端子150を備えてもよい。
また、高周波モジュール1において、電力増幅器11は主面91aに配置され、低雑音増幅器21は主面91bに配置されていてもよい。
これによれば、送信信号を増幅する電力増幅器11と、受信信号を増幅する低雑音増幅器21とが両面に振り分けられて配置されるので、送受信間のアイソレーションを向上できる。
また、高周波モジュール1は、さらに、アンテナ接続端子100と、アンテナ接続端子100に接続されたスイッチ35と、を備え、モジュール基板91を平面視した場合にスイッチ34とスイッチ35とで挟まれた主面91b上の領域に配置されたグランド端子150gと、を備えてもよい。
これによれば、スイッチ34およびスイッチ35から発生する電磁界をグランド端子150gで遮蔽できるので、スイッチ34とスイッチ35との電磁界結合を抑制できる。よって、高出力の送信信号が、例えば、受信経路ARに配置された受信フィルタ61Rおよび低雑音増幅器21を経由せずに、また、受信経路BRに配置された受信フィルタ62Rおよび低雑音増幅器21を経由せずに、上記電磁界結合を介してRFIC3に流入することを抑制できる。
また、高周波モジュール1において、モジュール基板91を平面視した場合、スイッチ34とスイッチ35とで挟まれた主面91b上の領域には、第2導電部品が配置されていてもよい。
これによれば、スイッチ34およびスイッチ35から発生する電磁界を第2導電部品で遮蔽できるので、スイッチ34とスイッチ35との電磁界結合を抑制できる。
また、高周波モジュール1において、第2導電部品は、スイッチ35に接続されたダイプレクサ60であってもよい。
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、送受信間のアイソレーションの劣化が抑制された通信装置5を提供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、実施例および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、実施例および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態、実施例および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、実施例および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。
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、実施例および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、実施例および変形例に限定されるものではない。上記実施の形態、実施例および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、実施例および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、実施例および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、1B 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
11 電力増幅器
21 低雑音増幅器
31、32、33、34、35 スイッチ
31a、32a、33a、34a、35a 共通端子
31b、31c、32b、32c、33b、33c、34b、34c、35b、35c 選択端子
51、52、53、54 整合回路
60 ダイプレクサ
60H、60L フィルタ
61、62 デュプレクサ
61R、62R 受信フィルタ
61T、62T 送信フィルタ
70 PA制御回路
80 半導体IC
91 モジュール基板
91a、91b 主面
100 アンテナ接続端子
111、112 送信入力端子
121、122 受信出力端子
130 制御信号端子
150 外部接続端子
150g、160g グランド端子
160 バンプ電極
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
11 電力増幅器
21 低雑音増幅器
31、32、33、34、35 スイッチ
31a、32a、33a、34a、35a 共通端子
31b、31c、32b、32c、33b、33c、34b、34c、35b、35c 選択端子
51、52、53、54 整合回路
60 ダイプレクサ
60H、60L フィルタ
61、62 デュプレクサ
61R、62R 受信フィルタ
61T、62T 送信フィルタ
70 PA制御回路
80 半導体IC
91 モジュール基板
91a、91b 主面
100 アンテナ接続端子
111、112 送信入力端子
121、122 受信出力端子
130 制御信号端子
150 外部接続端子
150g、160g グランド端子
160 バンプ電極
Claims (12)
- 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、
送信信号を増幅可能な電力増幅器と、
受信信号を増幅可能な低雑音増幅器と、
前記電力増幅器の入力端子に接続され、前記第2主面に配置された第1スイッチと、
前記低雑音増幅器の出力端子に接続され、前記第2主面に配置された第2スイッチと、
前記モジュール基板を平面視した場合に前記第1スイッチと前記第2スイッチとで挟まれた前記第2主面上の領域に配置された第1グランド端子と、を備える、
高周波モジュール。 - 前記第1グランド端子は、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの間に配置されている、
請求項1に記載の高周波モジュール。 - 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、
送信信号を増幅可能な電力増幅器と、
受信信号を増幅可能な低雑音増幅器と、
前記電力増幅器の入力端子に接続され、前記第2主面に配置された第1スイッチと、
前記低雑音増幅器の出力端子に接続され、前記第2主面に配置された第2スイッチと、を備え、
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スイッチとで挟まれた前記第2主面上の領域には、第1導電部品が配置されている、
高周波モジュール。 - 前記第1導電部品は、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの間に配置されている、
請求項3に記載の高周波モジュール。 - 前記第1導電部品は、前記電力増幅器の出力端子に接続された第3スイッチである、
請求項3または4に記載の高周波モジュール。 - 前記第1導電部品は、前記電力増幅器を制御する制御回路である、
請求項3または4に記載の高周波モジュール。 - さらに、前記第2主面に配置された複数の外部接続端子を備える、
請求項3〜6のいずれか1項に記載の高周波モジュール。 - 前記電力増幅器は、前記第1主面に配置され、
前記低雑音増幅器は、前記第2主面に配置されている、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の高周波モジュール。 - さらに、
アンテナ接続端子と、
前記アンテナ接続端子に接続された第4スイッチと、を備え、
前記モジュール基板を平面視した場合に前記第2スイッチと前記第4スイッチとで挟まれた前記第2主面上の領域に配置された第2グランド端子と、を備える、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の高周波モジュール。 - 前記モジュール基板を平面視した場合、前記第2スイッチと前記第4スイッチとで挟まれた前記第2主面上の領域には、第2導電部品が配置されている、
請求項9に記載の高周波モジュール。 - 前記第2導電部品は、前記第4スイッチに接続されたフィルタである、
請求項10に記載の高周波モジュール。 - 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1〜11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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- 2021-03-15 KR KR1020210033115A patent/KR102455844B1/ko active IP Right Grant
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