JP3834565B2 - 無線周波数切換装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線周波数切り換え装置に関し、特に、異なる伝送規格(GSM、DCS、PCS、WCDMAなど)の下で動作する無線通信システム端末(例えば移動式電話)に組み込まれたそのような装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
端末(例えば移動式電話)が異なる伝送規格で動作するように設計される場合、各規格専用の受信および／または送信チャネルを選択的に切り換えることができるようにするため、アンテナ切換装置がアンテナに必要となる。
【０００３】
当業者に周知のように現時点においては、従来の無線周波数切換装置は、PINダイオードベースである。いわばダイオードがＰ+領域およびＮ+領域ならびにそれら領域の間に配置された真性半導体材領域によって形成され、線バイプレクサ（line biplexer）および1/4波長伝送線に基づいている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そのような装置は、特に多数の高品質インダクタ(１つの５極切換装置につき７個)および多数のコンデンサを必要とするので、サイズの観点から欠点を持つ。この点は、当然のことながら、最終製品のコストを非常に高くする。本発明は、この問題に解決手段を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの目的は、特に単純で廉価な、すなわちコンパクトで製造コストの安い無線周波数切換装置を作成することである。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、無線周波数チャンネルの１つが選択される時、選択されたチャンネルにおけるエネルギーの損失を最小限度に減少させるため、非常に良好な無線周波数絶縁性を有する切換装置を提案することである。
【０００７】
本発明が提供する無線周波数切換装置は、１つの入出力端子に共に接続された第１の無線周波数チャネルおよび第２の無線周波数チャネル、および、切換制御信号に応答して該無線周波数チャネルの１つを選択することができる切換制御手段を少なくとも備える。
【０００８】
本発明の１つの側面によれば、該切換手段は、各無線周波数チャネルに接続された制御モジュールを備える。該制御モジュールのそれぞれは、その陰極が前記入出力端子に接続されたPINダイオード、および、そのベースが前記切換制御信号を受け取るように設計された入力制御部に接続され制御トランジスタを含む。更に、この制御トランジスタのシンクがPINダイオードの陽極に接続され、このシンクは、該制御トランジスタのPN 接合の陽極の共通ノードを形成する。
【０００９】
本発明の更なる側面によれば、該制御トランジスタはラテラルPNPトランジスタである。
【００１０】
本発明の無線周波数切換装置は、実際には、入出力端子に接続された２つ以上の無線周波数チャネルを備える。そのようにして、該装置は、従来技術の同等の装置よりもコンパクトで廉価な５極装置を実現する５個の無線周波数チャネルを備えることができる。
【００１１】
本発明の無線周波数切換装置は１つの集積回路の形態で製作されるという利点を有する。
【００１２】
無線通信の適用分野においては、入出力端子は、無線周波数アンテナを持ち、無線周波数チャネルは送信専用チャネルおよび受信専用チャネルを持つ。
【００１３】
複数の伝送規格に対応することができるように、本発明の無線周波数切換装置は、異なる周波数を持つ異なる伝送規格にそれぞれ対応する複数チャネルを備える。それらチャネルは、例えば、GSM受信および送信専用のチャネルおよび／またはWCDMA受信および送信専用チャネルである。
【００１４】
本発明は、また、前述のような無線周波数切換装置を備えた、無線通信システムにおける遠隔端末、例えば移動式電話を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１において、参照符号DCMは、例えばGSM、DCSまたはPCS規格に従って動作することができる移動式電話の無線周波数レベルに組み込まれる無線周波数切換装置を表す。
【００１６】
このDCM切換装置は、１つのアンテナANTと共に、以下のような５つの無線周波数チャネルを備える。
【００１７】
・GSM規格を使用する送信チャネルのためのTXGSM
・GSM規格を使用する受信チャネルのためのRXGSM
・DCSまたはPCS規格を使用する送信チャネルのためのTXDCS／PCS
・DCS規格を使用する受信チャネルのためのRXDCS
・PCS規格を使用する受信チャネルのためのRXPCS
図１は、２重の円によってこれらの無線周波数チャンネルの概要を示している。これらチャネルには、例えばRXGSMに対してS1のように、参照符号が付けられている。
【００１８】
伝統的に、これらのチャネルの各々は、特に、周波数交差、低干渉増幅器および制御された利得レベルを含むと共に、チャネル復号、チャネル符号化、ソース復号およびソース符号化の処理のような基本バンド処理を実行することができるプロセッサを特に備えた電話のデジタル処理レベルに接続されたアナログ／デジタルおよびデジタル／アナログ変換器レベルを含む。
【００１９】
更に、DCM装置は、切換制御信号に応答してこれら無線周波数チャネルの１つを選択することができるようにするため、移動電話のプロセッサによって制御されることができる切換手段を有する。
【００２０】
このような制御可能な切換手段は、各無線周波数チャネルに対する制御モジュールを含む。
【００２１】
具体的に述べれば、各制御モジュール、例えばRXGSM無線周波数モジュールに接続された制御モジュールは、その陰極がアンテナANTに接続されたPINダイオードDPN1を含む。このPINダイオードの陽極は、コンデンサを経由して無線周波数チャネルの端子S1に接続されている。
【００２２】
PINダイオードは、当業者に周知のように、真性半導体材を取り囲む領域Ｐ+および領域Ｎ+によって形成されたコンポーネントである。そのようなダイオードが直接的に極性を与えられると、荷電キャリヤが真性領域に出現し、その後この真性領域は伝導性を帯びる。しかしながら、ダイオードが逆極性を与えられると、荷電キャリヤは真性領域から消え、真性領域は抵抗性を維持する。低い周波数においては、PINダイオードは、極性電流に依存する可変抵抗のように動作する。本実施形態においては、PINダイオードの限界周波数は、種々の伝送規格において使用されている周波数より非常に低く選択される。
【００２３】
このDPN1ダイオードに加えて、RXGSMチャネル上にある制御モジュールは、制御トランジスタQ1を含む。このトランジスタは、この場合、PNP型ラテラル・トランジスタである。
【００２４】
トランジスタQ1のシンクは、ショック・インダクタL1を経由してダイオードDPN1の陽極に接続される。ショック・インダクタL1の役割は、電流DCを通過させ、高周波電流に抵抗することを可能にすることである。トランジスタQ1のシンクは、更に、別のコンデンサを経由して、接地されている。
【００２５】
トランジスタQ1のエミッタは、電源電圧Vddに接続され、ベースは、論理的切換制御信号を受け取るように設計された入力制御EC1に接続される。
【００２６】
最後に２つの極性抵抗器RP10およびRP11が、Q1トランジスタの極性を与える。
【００２７】
その他の無線周波数チャネルに接続されたその他の制御モジュールも、上述の制御モジュールと同等である。
【００２８】
切換モジュールとは別に、CMモジュールも、参照符号Q6を付されたNPNトランジスタを備えている。このトランジスタのシンクはアンテナに接続し、トランスミッタは接地されている。このトランジスタQ6のベースは、送信／受信切換信号を受け取るように設計された別の制御入力EC6に接続されている。
【００２９】
Q6トランジスタは、電源として動作して電流を制限する。例えば、受信モードにおいて約300mAおよび送信モードにおいて約4mAにする。
【００３０】
従って、送信／受信切換信号は、受信モードより高い電流を送信モードに与えるために、２つの値をとることができる信号である。例として上述した電流値は、受信モードにおいて、受信器の電源消費が過大とならず、しかも、PINダイオードの抵抗を低振幅RF信号のため十分に低く維持するような値である。
【００３１】
例えばTXGSM無線周波数チャネルが選択される場合、つまり送信チャネルをGSM規格の専用とする場合、電話プロセッサは、EC4制御入力に切換制御信号として"０"の論理値を適用し、EC1、EC2、EC3、EC5制御入力に論理値"１"を適用する。
【００３２】
これにより、Q4トランジスタでは電流が流れ、DC電流は、電源Vddから、Q4トランジスタ、L4インダクタ、DPN4ダイオードおよびQ6トランジスタを流れ、接地される。
【００３３】
DPN4ダイオードは、低い抵抗の状態にある一方、他のPINダイオードのすべては高い抵抗状態にあり、従って、その他の周波数チャンネルを絶縁する。
【００３４】
更にこの構成において、EC6入力に供給される切換信号は、低い論理状態にあって、高い電流(例えば4mA)の導通を許容する。
【００３５】
選択されてない他のチャネルを良好に絶縁することは特に重要である。従って、例えば１つの送信方式が選択される時、その他のチャンネルはすべて並列的にそれぞれ高い絶縁モードにおかれる。この絶縁のどれが劣化しても、選択されたチャネルのエネルギーの損失に対して直接的な影響がある。
【００３６】
例えば、GSMチャネルが選択される時、アンテナのコネクタにおけるピーク／ピーク電圧は、GSM電力が約36dBmの場合、+/-15Vである。選択されてないチャネルのPINダイオードの陰極はこの信号を検知できるとき、対応する制御トランジスタが同じ方向に極性を与えられた等価ダイオードを持つ場合、PINダイオードを通して電流リークが発生する可能性がある。この例でPINダイオードは、DPN1、DPN2、DPN3およびDPN5である。電流リークが発生するのは、NPN型トランジスタ、または集積回路の一部に静電破壊保護ダイオード(ESD保護)を含むPNP型制御トランジスタの場合である。
【００３７】
この場合絶縁は非常に低くなり、その結果選択された送信チャネルにおける損失は約6dBとなる。これは許容されない。
【００３８】
この問題は、選択されてないPINダイオードの各々の陽極に、ピーク電圧(‐１５V)に等しい負電圧を適用してダイオードに逆極性が与えることで解決できる。しかしながら、そのような解決手段は移動電話においては可能でない。なぜなら、移動電話では、電源電圧Vddは、典型的には2.7Vと、非常に低いからである。
【００３９】
本発明は、PINダイオードを制御トランジスタと組み合わせることによってこの問題を解決する。制御トランジスタのシンクは、このPINダイオードの陽極に接続され、２つのPN 接合の陽極の共通ノードを形成する。
【００４０】
そのようなトランジスタを作成するための１つの解決手法は、図２にその構造が示されているようなPNPラテラル・トランジスタを使用するものである。
【００４１】
この場合、このトランジスタは、Ｎ+ドーピング埋め込み層CEによってＰドーピング基板ＳＢから切り離されたＮドーピング・ケージングCSの内部にある。このＣＥ層は、Ｎ+ウェルを介してベースと接触している。
【００４２】
トランジスタの活動領域を形成するケージングCSは、CISラテラル絶縁ケージングによって基板SBの残り部分から絶縁されている。Ｐ+ウェルにより基板に極性が与えられる。
【００４３】
最後に、Ｐ+ドーピングされ、対応する接触部に接続されたシンクおよびトランジスタ・トランスミッタ領域もまたCSケージングの内部に収納されている。
【００４４】
このラテラル・トランジスタQ1の電気的等価回路が図３に示されている。図３において、トランジスタQ1は、ラテラル・トランジスタを表し、Q20およびQ30トランジスタはPNP型寄生トランジスタを表す。
【００４５】
図４に更なる詳細を示すが、Q1トランジスタは、Q1トランジスタの PN(ダイオード)J1シンク／ベース接合の陽極と、寄生トランジスタQ30の PN(J30)接合の間の共通ノードを形成する。これら種々の交差が図５に示されている。
【００４６】
従って、PINダイオードDPN1の陽極、Q1トランジスタの等価ダイオードの陽極(すなわちJ1およびJ30ダイオードの陽極)が共に接続されているので、制御トランジスタQ1が抑止される時のDPN1ダイオードの陰極への電圧の印加に関係なく、電流がDPNダイオードを通過する可能性はない。
【００４７】
従ってDPN1ダイオードは、逆極性状態のままとなり、高い抵抗値を維持する。このように、高電力においてさえ、絶縁は影響を受けないことが分かる。従って、選択された活動チャネルにおけるエネルギー損失は0.5dB以下にとどまる。これは許容され得る。
【００４８】
当然のことながら、DPN1ダイオードおよびQ1トランジスタについて上記適用された論理は、選択されてないチャネルのPINダイオードおよび対応する制御トランジスタにも適用される。
【００４９】
陰極が共に接続され、PNPラテラル・トランジスタによって直列に制御されるPINダイオードを組み合わせることによって、バイプレクサおよび1/4波長伝送線を使用しないようにすることができる。つまり図１に示されるように、５極無線周波数切換装置により、７個の高品質インダクタおよび１５個のコンデンサを節約できるので、受動素子を大幅に節約する。
【００５０】
更に、本発明の装置は、良好なレベルの性能を維持するため高い負電源電圧の使用を省略することを可能にする。
【００５１】
最後に、共通陰極を含むPINダイオードの使用によって、PINダイオードの回路基板への組み込みが可能となるので、回路基盤のサイズが減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無線周波数切換装置の１つの実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明の装置を制御するトランジスタを表すブロック図。
【図３】図２のトランジスタの等価回路を表すブロック図。
【図４】本発明に従った装置制御モジュールの細部を示すブロック図。
【図５】本発明に従った装置制御モジュールの別の部分図。
【符号の説明】
ANT アンテナ
DCM 無線周波数切換装置
DPNi ダイオード
ECi 制御入力
Li インダクタ
Qi 制御トランジスタ
Vdd 電源電圧

Claims (8)

  1. １つの入出力端子に共に接続された少なくとも第１および第２の無線周波数チャネルと切換制御信号に応答して該無線周波数チャネルの１つを選択することができる切換制御手段とを備えた無線周波数切換装置であって、
    前記切換制御手段は、前記無線周波数チャネルの各々に接続された制御モジュールを備え、
    該制御モジュールの各々は、PINダイオードと制御トランジスタとを含み、
    前記PINダイオードの陰極は前記入出力端子に接続され、
    前記制御トランジスタのベースは前記切換制御信号を受け取るように設計された入力制御部に接続され、前記制御トランジスタのシンクは前記PINダイオードの陽極に接続され、 PN 接合の陽極の共通ノードを形成している無線周波数切換装置。
  2. 制御トランジスタがラテラルPNPトランジスタである、請求項１に記載の無線周波数切換装置。
  3. 前記入出力端子に接続された２つ以上の無線周波数チャネルを備える、請求項１または請求項２に記載の無線周波数切換装置。
  4. １つの集積回路の形態で製作される、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の無線周波数切換装置。
  5. 前記入出力端子が無線周波数アンテナを含み、前記複数無線周波数チャネルが送信専用チャネルおよび受信専用チャネルを有する、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の無線周波数切換装置。
  6. 異なる周波数を持つ異なる伝送規格にそれぞれ対応する複数チャネルを備えた、請求項５に記載の無線周波数切換装置。
  7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の無線周波数切換装置を備えた、無線通信システムにおける遠隔端末。
  8. 移動式電話である、請求項７に記載の遠隔端末。
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