JP3811365B2

JP3811365B2 - Front-end module for wireless communication device

Info

Publication number: JP3811365B2
Application number: JP2001087642A
Authority: JP
Inventors: 正己板倉; 厚味岡; 真佐樹原; 邦仁男五所
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2021-03-26
Also published as: JP2002290257A

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機、ＰＨＳ電話機（簡易型携帯電話機）、無線通信機能を有する携帯情報端末を含む各種無線通信装置に利用される無線通信装置用フロントエンドモジュールに関する。
【従来の技術】
以下、従来例について説明する。
(1) ：用語の定義
本明細書で使用する用語の定義は次の通りである。
ａ：ＰＡ（Power Amplifier ）は、パワーアンプ（電力増幅器）のことである。
ｂ：ＶＣＯ（Voltage-Controlled Oscillator ）は、電圧制御発振器のことである。
ｃ：ＬＮＡ（Low Noise Amplifier ）は、低雑音増幅器（ローノイズアンプ）のことである。
ｄ：ＲＦ（Radio Frequency ）は、高周波のことであり、「ＲＦ回路部」は高周波回路部のことである。
ｅ：無線通信装置は、携帯電話機、ＰＨＳ電話機、無線通信機能を有する携帯情報端末等を含む装置のことである。
ｆ：ＧＳＭ（The Global System For Mobiles ）は、ヨーロッパ標準のディジタル携帯電話システムの名称である。ＧＳＭでは、８チャンネルを多重化するＴＤＭＡ／ＴＤＤを用いている。また、ＧＳＭには、周波数９００ＭＨ_Zを使う「ＧＳＭ９００」、周波数１．８ＧＨ_Zを使う「ＧＳＭ１８００」、周波数１．９ＧＨ_Zを使う「ＧＳＭ１９００」がある。
ｇ：ＤＣＳ（Digital Cellular System ）は、自動車、携帯電話システム等に使用される通信方式の一種である。
ｈ：アンテナ出力等を示す「ｄＢｍtyp 」の「typ 」（ティピィカル）は標準の意味であり、例えば、３３ｄＢｍtyp は標準出力が３３ｄＢｍであることを意味する。
ｉ：ＡＰＣ（Auto Power Control）回路は、オートパワーコントロール回路のことである。
ｊ：ＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics）は、低温焼成セラミックのことである。
ｋ：ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit ）は、モノリシック・マイクロ波集積回路のことであり、マイクロ波領域の信号の増幅や変復調を行うものである。トランジスタの他、抵抗、コンデンサなどの素子を一体化して１個のＩＣチップに集積したものである。
ｌ：ＡＳＭはアンテナスイッチモジュールのことである。
ｍ：ＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics）は、低温焼成セラミックのことである。
ｎ：カプラ（Coupler ）は、入力信号を分波するもの（方向性結合器）である。
(2) ：従来例の具体的な説明
従来の携帯電話機のフロントエンド部に使用される部品（以下、パワーアンプ、アンテナスイッチ等のモジュールも含めて「部品」と記す）は、入出力が使用周波数帯域において、公称５０Ωまたは、要求の入出力抵抗値に調整され、主基板上で部品を接続することで、必要とする高周波特性を得ていた。
【発明が解決しようとする課題】
前記のような従来のものにおいては、次のような課題があった。
従来の公称５０Ωに入出力が調整されている部品同士を主基板上で接続する場合、マッチング不足により必要とする特性を得られないことがあった。その原因は、主基板上での伝送ラインの引回しにより位相がずれ、接続される部品間のインピーダンスが５０Ωからのずれが大きくなり、ミスマッチングを生じる為であり、主基板上での寄生容量やインダクタ成分により、部品の特性がミスマッチングを生じることにより発生していた。
これらの問題を対策するために、主基板上に部品間用のマッチング回路を設け、調整された部品を取り付けた後に、再度、基板上で調整が行われていた。
以上のように、個別の部品を主基板上で接続した場合、主基板の引回しによるマッチングずれや、主基板上での寄生成分の増加によるマッチングずれにより、挿入損失、出力電力、出力効率で特性劣化が生じ、主基板上での再調整を行う必要が発生し、主基板の設計時間の増大を発生していた。
特に、高電力を扱うパワーアンプとアンテナスイッチのマッチング状態によって、携帯電話機を含む無線通信装置の基本特性（通信時間等）が劣化するため、主基板上でのマッチング調整には特に注意を要していた。
本発明は、このような従来の課題を解決し、無線通信装置のフロントエンド部における主基板設計時の検討時間を短縮し、使用される部品を複合小型化し、主基板上での占有面積を縮小できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
本発明は前記の目的を達成するため、次のように構成した。
(1) ：高周波用パワーアンプ（ＰＡ）と、この高周波用パワーアンプで増幅された信号を分波する方向性結合器（カプラ）と、送受信信号の切替えを行うスイッチ及びフィルタを有するアンテナスイッチ（ＡＳＭ）とを備えた無線通信装置用フロントエンドモジュールであって、前記高周波用パワーアンプ、方向性結合器、アンテナスイッチを含む部品を多層基板に実装し一体化すると共に、前記部品を構成する素子の内、少なくとも、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子を前記多層基板に内蔵したことを特徴とする。
また、前記無線通信装置用フロントエンドモジュールにおいて、前記部品の他に、フロントエンド部を構成するＶＣＯ、整合回路、ＳＡＷフィルタを組み合わせ、前記多層基板に実装し一体化したことを特徴とする。
（作用）
前記無線通信装置のフロントエンドモジュールは、高周波用パワーアンプ、方向性結合器（カプラ）、アンテナスイッチを含む部品を多層基板に実装し一体化すると共に、前記部品を構成する素子の内、少なくとも、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子を多層基板に内蔵している。また、前記部品の他に、フロントエンド部を構成するＶＣＯ、整合回路、ＳＡＷフィルタを組み合わせ、多層基板に実装し一体化している。
従って、前記フロントエンドモジュールを使うことにより、主基板上でのパワーアンプとアンテナスイッチの接続の検討や、アンテナスイッチとＳＡＷフィルタの接続の検討時間を無くすことができる。また、マルチバンドに対応した部品を使うことにより、主基板の設計時間を短縮できる。
また、インダクタンス素子とキャパシタンス素子を多層基板の内部に組み込み、モジュール化することで小型化が可能となり、主基板上での占有面積を縮小することができる。また、多層基板の内層に、パワーアンプに使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子、及びアンテナスイッチに使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子を作り込む（内蔵する）ことにより、更なる小型化が達成できる。
以上のようにして、主基板のフロントエンド部における基板設計時間の短縮、小型化、高周波特性劣化の防止、マッチング用部品の削減が可能になる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
§１：携帯電話機のフロントエンド部の説明
ＧＳＭ携帯電話機に使用されている回路のブロック図を図１に示す。前記携帯電話機の主基板上で、ＧＳＭ携帯電話機の目的とする特性が得られるようにする為に、送信系のＰＡ２とＡＳＭ７の接続後のマッチング調整、及び受信系のＡＳＭ７とＳＡＷフィルタ（ＳＡＷ）１０の接続後のマッチング調整に検討時間を要する。
そこで、前記部品のブロックをまとめたジュールを使うことにより、主基板上でのＰＡ２とＡＳＭ７の接続の検討や、ＡＳＭ７とＳＡＷフィルタ１０の接続の検討時間を無くすことができる。前記部品の組み合わせは、（ＰＡ２＋カプラ４）、（ＰＡ２＋カプラ４＋ＡＳＭ７）、（ＰＡ２＋カプラ４＋ＡＳＭ７＋ＳＡＷ１０）、（ＡＳＭ７＋ＳＡＷ１０）などが考えられ、ＴｘＶＣＯ（送信系のＶＣＯ）１やＡＰＣ回路５を組み入れてもよい。
また、マルチバンド（ＧＳＭ／ＤＣＳ）対応の無線通信装置におけるフロントエンド部の場合であれば、送信、受信の経路が２倍、３倍になる為、より複雑な調整を必要とするが、マルチバンドに対応したモジュールを使うことにより、主基板の設計時間を短縮できる。
また、各部品を構成するインダクタンス素子とキャパシタンス素子を多層基板の内部に組み込み（内蔵し）モジュール化することで小型化が可能となり、主基板上での占有面積を縮小することができる。また、ＬＴＣＣ基板を用いて、内層にＰＡ２に使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子、ＡＳＭ７に使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子を作り込む（内蔵する）ことにより、更なる小型化が達成できる。
§２：具体的な説明
以下、図１に基づき、ＧＳＭ携帯電話機の例について具体的に説明する。図１において、ＴｘＶＣＯ１は送信系ＶＣＯであり、コントロール電圧により希望する発振周波数を得るものである。ＰＡ２は入力信号の電力増幅を行うもの（高周波増幅回路）である。ＡＰＣ回路５はＰＡ２の出力を安定化させるためのものである。
ＡＳＭ７はアンテナ８に接続され、送信と受信を切替えるスイッチ及びフィルタを有するアンテナスイッチモジュールである。ＳＡＷフィルタ１０は受信信号に含まれる帯域以外の信号を減衰させるためのフィルタである。
ＴｘＶＣＯ１、ＰＡ２、カプラ４、ＡＳＭ７、ＳＡＷフィルタ１０は、それぞれ入出力を５０Ωに調整してある。主基板上に各部品を実装する場合、構造の制約から伝送路を長くする場合があり、マッチングのずれが発生する。そのずれを補正するために、主基板上で各部品間にマッチング回路３、６、１１を設け、主基板の設計時に調整を必要としていた。
ＧＳＭ携帯電話機ではＰＡ２からの出力が２Ｗにもなる。マッチングのずれが大きくなると、規定されている出力を得るために消費電流が大きくなり、バッテリの消耗が速くなり通話可能時間が少なくなってしまう。この問題を解決するために、最小限、図１のフロントエンドモジュール１３として示す部分の部品を多層基板に実装して一体化すると共に、前記部品を構成する素子の内、少なくとも、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子を前記多層基板に内蔵する。
また、前記フロントエンドモジュールにおいて、前記部品の他に、フロントエンド部を構成するＶＣＯ（ＴｘＶＣＯ１）、整合回路（マッチング回路３、６等）、ＳＡＷフィルタ１０を組み合わせ、前記多層基板に実装し一体化する。そして、このフロントエンドモジュールを主基板に組み込むことで、主基板の設計が容易に行えるようになる。
すなわち、前記フロントエンドモジュール１３には、少なくとも、ＰＡ２、カプラ４、ＡＳＭ７、マッチング回路３、６が多層基板に実装され一体化されると共に、前記部品を構成する素子の内、少なくとも、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子を前記多層基板に内蔵する。
勿論、前記モジュール１３に、前記部品の他、ＴｘＶＣＯ１、ＳＡＷフィルタ１０、ＡＰＣ回路５の各部品も多層基板に一緒に組み込むことにより、より容易に主基板の設計を行える。
§３：ＧＳＭ携帯電話機の一部詳細ブロック図の説明
ＧＳＭ携帯電話機の一部詳細ブロック図を図２に示す。図２に示す回路図は、一般的にＧＳＭ用の携帯電話機に使用される送信系の回路であり、前記フロントエンドモジュール１３の内部の回路に対応している。なお、図２において、Ｌ１〜Ｌ９はコイル（インダクタンス素子）、Ｃ１〜Ｃ１６はコンデンサ（キャパシタンス素子）、Ｒ１〜Ｒ２は抵抗、Ｔｒ１〜Ｔｒ３は増幅用のトランジスタ、Ｖｃｃは電源、ＩＮは入力端子、Ｒｘは受信側端子、ＡＮＴはアンテナ側端子、ＣＰ１はカプラ回路部を示す。
図２に示す回路では、ＰＡ２の入力（ＩＮ）に、０〜１０ｄＢｍの信号を入力することにより、アンテナ端（アンテナ８の端部）で３３ｄＢｍ（２Ｗ）_typを出力する。ＰＡ２の出力用ＤＣカットコンデンサＣ１０での出力インピーダンスは５０Ωに調整されている。アンテナ端で３３ｄＢｍtyp を得るためには、後段の損失を考慮し、前記コンデンサＣ１０端で３５ｄＢｍ以上の出力が要求される。
カプラ４を構成するカプラ回路部ＣＰ１でＰＡ出力電力をモニタするために電力を分配し、コンデンサＣ１１を介し検波部に出力する。カプラ回路部ＣＰ１出力は、マッチング回路（コイルＬ７とコンデンサＣ１２からなる回路）６を介してＡＳＭ７に入力される。
ＡＳＭ７では、Ｔｘ／Ｒｘ（送信／受信）切替スイッチの端子に電圧（３Ｖ程度）を印加し、ダイオードＤ１をオン状態にすることにより、送信電力をアンテナ端に供給し、送信される。カプラ４内のカプラ回路部ＣＰ１の入出力も５０Ωに調整されているが、主基板の設計により伝送線路が長すぎたり、浮遊容量が大きい場合、コンデンサＣ１０からカプラ回路部ＣＰ１間でミスマッチングが発生してしまう。
そこで、マッチング回路を追加することにより対策を行うことになる。マッチング回路（コイルＬ１０とコンデンサＣ１７からなる回路）３も同じ理由で必要になっていた。ＬＴＣＣ基板で前記回路をモジュール化すれば、コンデンサＣ１０からカプラ回路部ＣＰ１までを最短で接続でき、内層にＬＣ（Ｌ：インダクタンス、Ｃ：キャパシタンス）素子やＣＰ１を内蔵し、モジュールでの調整を行うため、マッチング回路３、６を削除でき、小型化が可能になる。
§４：デュアル用のフロントエンドモジュールの説明
デュアル用（ＧＳＭ／ＤＣＳバンド）のフロントエンドモジュールで、図２に示した回路を２系統実装したフロンドエンドモジュールの形状例を図３に示す。内層には、出力用マッチングＬＣ素子や、ＰＡ２とカプラ４間用のマッチング素子、ＡＳＭ７用のＬＣ素子を内蔵する。
また、このフロントエンドモジュールの表面には、ＰＡ２のＭＭＩＣ、高容量キャパシタ、ＡＳＭ７用のダイオード等が実装されている。なお、この例では、フロントエンドモジュールの外形寸法は、１３．５ｍｍ×１１．０ｍｍであり、前記モジュール化しない場合に比べて小型化されている。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。
無線通信装置のフロントエンドモジュールは、高周波用パワーアンプ、方向性結合器（カプラ）、アンテナスイッチを含む部品を多層基板に実装し一体化すると共に、前記部品を構成する素子の内、少なくとも、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子を多層基板に内蔵している。また、前記部品の他に、フロントエンド部を構成するＶＣＯ、整合回路、ＳＡＷフィルタを組み合わせ、多層基板に実装し一体化している。
従って、前記フロントエンドモジュールを使うことにより、主基板上でのパワーアンプとアンテナスイッチの接続の検討や、アンテナスイッチとＳＡＷフィルタの接続の検討時間を無くすことができる。また、マルチバンドに対応した部品を使うことにより、主基板の設計時間を短縮できる。
また、インダクタンス素子とキャパシタンス素子を多層基板の内部に組み込み（内蔵し）、モジュール化することで、小型化が可能となり主基板上での占有面積を縮小することができる。また、多層基板の内層に、パワーアンプに使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子、及びアンテナスイッチに使うインダクタンス素子とキャパシタンス素子を作り込む（内蔵する）ことにより、更なる小型化が達成できる。
以上のようにして、主基板のフロントエンド部における基板設計時間の短縮、小型化、高周波特性劣化の防止、マッチング用部品の削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるＧＳＭ携帯電話機のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるＧＳＭ携帯電話機の一部詳細ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるデュアルモード用のモジュールを示す図である。
【符号の説明】
１送信系ＶＣＯ
２ＰＡ（パワーアンプ）
３マッチング回路
４カプラ（方向性結合器）
５ＡＰＣ回路（オートパワーコントロール回路）
６マッチング回路
７ＡＳＭ（アンテナスイッチモジュール）
８アンテナ
９マッチング回路
１０ＳＡＷフィルタ
１１マッチング回路
１２ＬＮＡ（ローノイズアンプ）
１３フロントエンドモジュール
Ｌ１〜Ｌ９コイル（インダクタンス素子）
Ｃ１〜Ｃ１６コンデンサ（キャパシタンス素子）
Ｒ１〜Ｒ２抵抗
Ｔｒ１〜Ｔｒ３増幅用のトランジスタ
Ｖｃｃ電源
ＩＮ入力端子
Ｒｘ受信側端子
ＡＮＴアンテナ側端子
ＣＰ１カプラ回路部BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a front end module for a wireless communication device used for various wireless communication devices including a mobile phone, a PHS phone (simple mobile phone), and a portable information terminal having a wireless communication function.
[Prior art]
A conventional example will be described below.
(1): Definition of terms The terms used in this specification are defined as follows.
a: PA (Power Amplifier) is a power amplifier.
b: VCO (Voltage-Controlled Oscillator) is a voltage controlled oscillator.
c: LNA (Low Noise Amplifier) is a low noise amplifier.
d: RF (Radio Frequency) is a high frequency, and "RF circuit part" is a high frequency circuit part.
e: The wireless communication device is a device including a mobile phone, a PHS phone, a portable information terminal having a wireless communication function, and the like.
f: GSM (The Global System For Mobiles) is the name of a European standard digital cellular phone system. GSM uses TDMA / TDD that multiplexes 8 channels. In addition, the GSM, use a frequency 900MH _Z "GSM900", use the frequency 1.8GH _Z "GSM1800", use the frequency 1.9GH _Z there is a "GSM1900".
g: DCS (Digital Cellular System) is a type of communication system used in automobiles, mobile phone systems, and the like.
h: “typ” (typical) of “dBmtyp” indicating the antenna output or the like has a standard meaning, for example, 33 dBmtyp means that the standard output is 33 dBm.
i: APC (Auto Power Control) circuit is an auto power control circuit.
j: LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) is a low-temperature fired ceramic.
k: MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) is a monolithic microwave integrated circuit and performs amplification and modulation / demodulation of signals in the microwave region. In addition to transistors, elements such as resistors and capacitors are integrated and integrated on one IC chip.
l: ASM is an antenna switch module.
m: LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) is a low-temperature fired ceramic.
n: Coupler (Coupler) demultiplexes an input signal (directional coupler).
(2): Specific explanation of conventional example Input / output is used for parts used in the front end of conventional mobile phones (hereinafter referred to as "parts" including modules such as power amplifiers and antenna switches). In the frequency band, it was adjusted to a nominal 50Ω or a required input / output resistance value, and required high frequency characteristics were obtained by connecting components on the main board.
[Problems to be solved by the invention]
The conventional apparatus as described above has the following problems.
In the case where conventional components whose input and output are adjusted to 50Ω nominal are connected on the main board, required characteristics may not be obtained due to insufficient matching. This is because the phase shifts due to transmission line routing on the main board, and the impedance between connected components increases from 50Ω, resulting in mismatching, and parasitic capacitance on the main board. This is caused by mismatching of the component characteristics due to the inductor component.
In order to solve these problems, a matching circuit for parts is provided on the main board, and after the adjusted parts are attached, the adjustment is performed again on the board.
As described above, when individual components are connected on the main board, the insertion loss, output power, and output efficiency are reduced due to matching deviation due to routing of the main board and matching deviation due to increased parasitic components on the main board. Due to the deterioration of the characteristics, it becomes necessary to readjust on the main board, which increases the design time of the main board.
In particular, since the basic characteristics (communication time, etc.) of wireless communication devices including mobile phones deteriorate due to the matching state between the power amplifier that handles high power and the antenna switch, special attention must be paid to matching adjustment on the main board. It was.
The present invention solves such a conventional problem, shortens the examination time at the time of designing the main board in the front end portion of the wireless communication apparatus, downsizes the parts to be used, and reduces the occupied area on the main board. The purpose is to enable reduction.
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
(1): a high-frequency power amplifier (PA), a directional coupler (coupler) for demultiplexing a signal amplified by the high-frequency power amplifier, an antenna switch having a switch and a filter for switching transmission and reception signals ( And a component including the high-frequency power amplifier, the directional coupler, and the antenna switch are mounted and integrated on a multi-layer substrate, and an element constituting the component Among them, at least a capacitance element and an inductance element are incorporated in the multilayer substrate.
In the front end module for a wireless communication apparatus, a VCO, a matching circuit, and a SAW filter constituting the front end portion are combined in addition to the components, and are mounted and integrated on the multilayer board.
(Function)
The front-end module of the wireless communication device includes a component including a high-frequency power amplifier, a directional coupler (coupler), and an antenna switch mounted on and integrated with a multilayer substrate, and at least, among the elements constituting the component, A capacitance element and an inductance element are built in the multilayer substrate. In addition to the above components, a VCO, a matching circuit, and a SAW filter that constitute the front end portion are combined and mounted on a multilayer board and integrated.
Therefore, by using the front end module, it is possible to eliminate the examination time for the connection between the power amplifier and the antenna switch on the main board and the examination time for the connection between the antenna switch and the SAW filter. In addition, the design time of the main board can be shortened by using parts corresponding to multiband.
Further, by incorporating an inductance element and a capacitance element into the multilayer substrate and modularizing it, the size can be reduced, and the occupied area on the main substrate can be reduced. Further, further miniaturization can be achieved by forming (incorporating) an inductance element and a capacitance element used for the power amplifier and an inductance element and a capacitance element used for the antenna switch in the inner layer of the multilayer substrate.
As described above, it is possible to shorten the board design time in the front end portion of the main board, reduce the size, prevent the deterioration of high frequency characteristics, and reduce the number of matching parts.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
§1: Explanation of front end of mobile phone FIG. 1 shows a block diagram of a circuit used in a GSM mobile phone. In order to obtain the desired characteristics of the GSM mobile phone on the main board of the mobile phone, matching adjustment after connection of the transmission system PA2 and ASM7, and the reception system ASM7 and SAW filter (SAW) Consideration time is required for matching adjustment after 10 connections.
Therefore, by using a module in which the blocks of the parts are combined, it is possible to eliminate the examination time for the connection between the PA 2 and the ASM 7 on the main board and the examination time for the connection between the ASM 7 and the SAW filter 10. (PA2 + coupler 4), (PA2 + coupler 4 + ASM7), (PA2 + coupler 4 + ASM7 + SAW10), (ASM7 + SAW10), and the like may be considered, and the TxVCO (transmission system VCO) 1 and the APC circuit 5 may be incorporated.
Further, in the case of a front end unit in a multiband (GSM / DCS) compatible wireless communication device, the transmission and reception paths are doubled and tripled, which requires more complicated adjustment. By using the module corresponding to the band, the design time of the main board can be shortened.
Further, by incorporating (incorporating) an inductance element and a capacitance element constituting each component into a multilayer substrate to make a module, it is possible to reduce the size, and the occupied area on the main substrate can be reduced. Further, by using the LTCC substrate, an inductance element and a capacitance element used for PA2 and an inductance element and a capacitance element used for ASM7 are formed (incorporated) in the inner layer, so that further miniaturization can be achieved.
§2: Specific description Hereinafter, an example of a GSM mobile phone will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 1, TxVCO1 is a transmission system VCO, which obtains a desired oscillation frequency by a control voltage. PA2 performs power amplification of the input signal (high frequency amplifier circuit). The APC circuit 5 is for stabilizing the output of PA2.
The ASM 7 is an antenna switch module connected to the antenna 8 and having a switch and a filter for switching between transmission and reception. The SAW filter 10 is a filter for attenuating signals outside the band included in the received signal.
The TxVCO1, PA2, coupler 4, ASM7, and SAW filter 10 have their input / output adjusted to 50Ω. When each component is mounted on the main board, the transmission path may be lengthened due to structural restrictions, and matching shift occurs. In order to correct the deviation, matching circuits 3, 6, and 11 are provided between the components on the main board, and adjustment is required when designing the main board.
In the GSM mobile phone, the output from PA2 is 2W. If the matching deviation increases, the current consumption increases in order to obtain the prescribed output, the battery is consumed quickly, and the callable time is reduced. In order to solve this problem, at least the components shown as the front end module 13 in FIG. 1 are mounted and integrated on a multilayer substrate, and at least capacitance elements and inductances among the elements constituting the components are included. The element is built in the multilayer substrate.
In the front end module, in addition to the above components, a VCO (TxVCO1), a matching circuit (matching circuits 3, 6, etc.) and a SAW filter 10 constituting the front end portion are combined and mounted on the multilayer substrate and integrated. To do. Then, by incorporating the front end module into the main board, the main board can be easily designed.
That is, at least the PA 2, the coupler 4, the ASM 7, and the matching circuits 3 and 6 are mounted and integrated on the multilayer substrate in the front end module 13, and at least the capacitance element and the elements constituting the components are included in the front end module 13. An inductance element is built in the multilayer substrate.
Of course, in addition to the above components, the TxVCO 1, the SAW filter 10, and the APC circuit 5 are also incorporated in the module 13 together with the multilayer substrate, whereby the main substrate can be designed more easily.
§3: Description of a partial detailed block diagram of a GSM mobile phone FIG. 2 shows a partial detailed block diagram of a GSM mobile phone. The circuit diagram shown in FIG. 2 is a transmission system circuit generally used for a mobile phone for GSM, and corresponds to the circuit inside the front end module 13. In FIG. 2, L1 to L9 are coils (inductance elements), C1 to C16 are capacitors (capacitance elements), R1 to R2 are resistors, Tr1 to Tr3 are amplification transistors, Vcc is a power supply, IN is an input terminal, Rx is a receiving side terminal, ANT is an antenna side terminal, and CP1 is a coupler circuit unit.
In the circuit shown in FIG. 2, by inputting a signal of 0 to 10 dBm to the input (IN) of PA2, 33 dBm (2 W) _typ is output at the antenna end (end of the antenna 8). The output impedance of the output DC cut capacitor C10 of PA2 is adjusted to 50Ω. In order to obtain 33 dBmtyp at the antenna end, an output of 35 dBm or more is required at the capacitor C10 end in consideration of the loss in the subsequent stage.
The coupler circuit unit CP1 constituting the coupler 4 distributes the power to monitor the PA output power and outputs it to the detection unit via the capacitor C11. The coupler circuit CP1 output is input to the ASM 7 via a matching circuit (a circuit composed of a coil L7 and a capacitor C12) 6.
In ASM7, a voltage (about 3V) is applied to the terminal of the Tx / Rx (transmission / reception) changeover switch, and the diode D1 is turned on, whereby transmission power is supplied to the antenna end and transmitted. The input / output of the coupler circuit portion CP1 in the coupler 4 is also adjusted to 50Ω. However, if the transmission line is too long due to the design of the main board or the stray capacitance is large, mismatching occurs between the capacitor C10 and the coupler circuit portion CP1. Will occur.
Therefore, measures are taken by adding a matching circuit. The matching circuit (circuit consisting of the coil L10 and the capacitor C17) 3 is also required for the same reason. If the circuit is modularized by the LTCC substrate, the capacitor C10 and the coupler circuit portion CP1 can be connected in the shortest time, and an LC (L: inductance, C: capacitance) element or CP1 is built in the inner layer, and adjustment is performed by the module. Therefore, the matching circuits 3 and 6 can be deleted, and the size can be reduced.
§4: Description of Dual Front End Module FIG. 3 shows an example of the shape of a front end module for dual (GSM / DCS band), in which two circuits shown in FIG. 2 are mounted. In the inner layer, an output matching LC element, a matching element for PA2 and coupler 4 and an LC element for ASM7 are incorporated.
On the surface of the front end module, a PA2 MMIC, a high-capacitance capacitor, a diode for ASM7, and the like are mounted. In this example, the outer dimension of the front end module is 13.5 mm × 11.0 mm, which is smaller than the case where it is not modularized.
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
A front-end module of a wireless communication apparatus is configured by mounting and integrating components including a high-frequency power amplifier, a directional coupler (coupler), and an antenna switch on a multilayer substrate, and at least a capacitance among elements constituting the component. The element and the inductance element are built in the multilayer substrate. In addition to the above components, a VCO, a matching circuit, and a SAW filter that constitute the front end portion are combined and mounted on a multilayer board and integrated.
Therefore, by using the front end module, it is possible to eliminate the examination time for the connection between the power amplifier and the antenna switch on the main board and the examination time for the connection between the antenna switch and the SAW filter. In addition, the design time of the main board can be shortened by using parts corresponding to multiband.
Further, by incorporating (incorporating) the inductance element and the capacitance element into the multilayer substrate and modularizing it, the size can be reduced and the occupied area on the main substrate can be reduced. Further, further miniaturization can be achieved by forming (incorporating) an inductance element and a capacitance element used for the power amplifier and an inductance element and a capacitance element used for the antenna switch in the inner layer of the multilayer substrate.
As described above, it is possible to shorten the board design time in the front end portion of the main board, reduce the size, prevent the deterioration of high frequency characteristics, and reduce the number of matching parts.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a GSM mobile phone according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial detailed block diagram of the GSM mobile phone in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a dual mode module according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Transmission VCO
2 PA (Power Amplifier)
3 Matching circuit 4 Coupler (directional coupler)
5 APC circuit (auto power control circuit)
6 Matching circuit 7 ASM (antenna switch module)
8 Antenna 9 Matching Circuit 10 SAW Filter 11 Matching Circuit 12 LNA (Low Noise Amplifier)
13 Front-end modules L1 to L9 Coils (inductance elements)
C1 to C16 capacitors (capacitance elements)
R1 to R2 Resistance Tr1 to Tr3 Amplifying transistor Vcc Power supply IN Input terminal Rx Reception side terminal ANT Antenna side terminal CP1 Coupler circuit section

Claims

A high-frequency power amplifier, a directional coupler for demultiplexing the signal amplified by the high-frequency power amplifier, a switch for switching transmission and reception signals, and an antenna switch having a filter , and
A matching circuit including a capacitance element and an inductance element for correcting a shift in matching between circuits between the high-frequency power amplifier and the directional coupler and between the directional coupler and the antenna switch, respectively. A front-end module for a wireless communication device comprising:
The high-frequency power amplifier, the directional coupler, the antenna switch , and the components including the two matching circuits are mounted and integrated on a multilayer substrate,
Among the elements constituting the component, at least a part of each of the capacitance element and the inductance element constituting the power amplifier, a part of each of the capacitance element and the inductance element constituting the two matching circuits, and the antenna switch A part of each of the capacitance element and the inductance element that constitutes
Other elements other than the above, such as an IC element constituting the high-frequency power amplifier, a high-capacitance capacitor, and an element constituting an antenna switch are mounted on the surface of the multilayer board, A front-end module for a wireless communication device, characterized in that the front-end module is connected to a wireless communication device.

In addition to the components, the power amplifier input connected to the transmission system side VCO, matching circuits of the connected reception system on the output side of the antenna switch, connected to the output side of the matching circuit of the reception system 2. The front end module for a wireless communication apparatus according to claim 1, wherein a SAW filter is combined and mounted on the multilayer substrate.