JP3887805B2

JP3887805B2 - ダイオードスイッチ

Info

Publication number: JP3887805B2
Application number: JP07750997A
Authority: JP
Inventors: 茂釼持; 安英邑上; 剛志武田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JPH10276003A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチ回路に関わり、ディジタル携帯電話などの高周波回路において、信号の伝送経路を切り換えるための高周波スイッチ回路に適用されるダイオードスイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ディジタル携帯電話などのスイッチ回路は、図４に示すように、アンテナと受信回路との伝送経路および送信回路とアンテナとの伝送経路を切り換えるのに使用される。
【０００３】
また、このスイッチ回路としては、受信ダイバーシチ方式を採用している電話などにおいて、受信回路と第１のアンテナとの伝送経路および受信回路と第２のアンテナとの伝送経路を切り換えるのにも使用される。
また同様に、送信ダイバーシチ方式を採用している携帯電話用の基地局などの場合、送信回路と第１のアンテナとの伝送経路および送信回路と第２のアンテナとの伝送経路を切り換えるのに使用される。
【０００４】
また、このスイッチ回路は、車載用ブースターなどとの外部接続用端子を持つ携帯電話などの内部回路と上記端子への経路との切換や、携帯電話用の基地局などの複数チャネルの切換用としても用いられる。
【０００５】
以下、図５に示すスイッチ回路を用いて、詳細に説明する。
このスイッチ回路は、アンテナＡＮＴ、送信回路ＴＸ、受信回路ＲＸに接続される。送信回路ＴＸには、第１のコンデンサＣ１を介して第１のダイオードＤ１のアノードが接続され、第１のダイオードＤ１のカソードには、第３のコンデンサＣ３を介してアンテナＡＮＴに接続される。
アンテナＡＮＴには、第３のコンデンサＣ３、第２の伝送線路ＴＬ２、第４のコンデンサＣ４の直列回路を介して受信回路ＲＸに接続される。
また第１のダイオードＤ１のアノードは、第１の伝送線路ＴＬ１と第２のコンデンサＣ２の直列回路を介して接地される。さらに、第１の伝送線路ＴＬ１と第２のコンデンサＣ２の中間には、抵抗Ｒ１を介してコントロール回路ＶＣ１が接続される。
また第２の伝送線路ＴＬ２と第４のコンデンサＣ４の中間には、第２のダイオードＤ２のアノードが接続され、第２のダイオードＤ２のカソードは、第５のコンデンサＣ５を介して接地される。さらに、第２のダイオードＤ２のカソードと第５のコンデンサＣ５の中間には、抵抗Ｒ２を介してコントロール回路ＶＣ２が接続される。
ここで抵抗Ｒ１を介して接続されるコントロール回路ＶＣ１および抵抗Ｒ２を介して接続されるコントロール回路ＶＣ２は、スイッチ回路を切り換えるための回路である。
【０００６】
図５に示すスイッチ回路において、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴとを接続する場合、コントロール回路ＶＣ１から正の電圧が、コントロール回路ＶＣ２から０の電圧が与えられる。
コントロール回路ＶＣ１から与えられた正の電圧は、第１から第５までのコンデンサによって直流分がカットされ、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２を含む回路にのみ印加され、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２がＯＮ状態になる。第１のダイオードＤ１がＯＮ状態になることによって、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴと間の伝送経路のインピーダンスが低くなり接続される。一方ＯＮ状態になった第２のダイオードＤ２および第５のコンデンサによって、第２の伝送線路ＴＬ２が高周波的に接地されることにより共振して、第１のダイオードＤ１のカソードと第３のコンデンサＣ３と第２の伝送線路ＴＬ２との接続点から受信回路ＲＸ側を見たインピーダンスが非常に大きくなり、アンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとの伝送経路は接続されない。このとき、送信回路ＴＸからの送信信号が受信回路ＲＸに漏洩することなく、アンテナＡＮＴに伝送されることになる。
【０００７】
一方アンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとを接続する場合には、コントロール回路ＶＣ２から正または０の電圧が、コントロール回路ＶＣ１から０の電圧が与えられることにより、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２がＯＦＦ状態になる。第１のダイオードＤ１がＯＦＦ状態になることによって、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴと間の伝送経路のインピーダンスが高くなり接続されない。またＯＦＦ状態になった第２のダイオードＤ２によって、第２の伝送線路ＴＬ２を介してアンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとの伝送経路が接続される。このとき、アンテナＡＮＴからの受信信号が送信回路ＴＸに漏洩することなく、受信回路ＲＸに伝送されることになる。上述のようにして、コントロール回路ＶＣ１およびコントロール回路ＶＣ２から与えられる電圧をコントロールすることによって、スイッチ回路を切り換えて、送受信を行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、図５に示すような回路を有する従来のスイッチ回路の一例を示す分解斜視図である。このスイッチ回路は、積層素体を含み、第１の伝送線路ＴＬ１となる第１のライン電極３１および第２の伝送線路ＴＬ２となる第２のライン電極３２、誘電体を介して第１のライン電極３１および第２のライン電極３２を挟むように第１のアース電極４１および第２のアース電極１１や多数のランドが形成され、更に一番上の誘電体層５０には第１のダイオードＤ１をはじめとする表面実装部品が配置されている。
【０００９】
このスイッチ回路は、第１のライン電極３１および第２のライン電極３２として、送信信号や受信信号の波長の１／４の長さを持つ２本の伝送線路が必要であり、従来は特開平７−２０２５０２、７−２０２５０４等に開示されているように、積層素体内の同一の層上にそれぞれ形成されている。積層素体の誘電率にもよるが、上記伝送線路は数１０ｍｍ程度になるため、小型化に限界があった。
【００１０】
また特開平７−２０２５０３等に開示されているように、第１のライン電極および第２のライン電極を積層素体内の異なる層上に形成した場合、図７に示すように第１のライン電極３１および第２のライン電極１２とがお互いに干渉しないように、第１のライン電極３１を形成した誘電体層３０および第２のライン電極１２を形成した誘電体層１０の間にシールド電極２１が形成された誘電体層２０を設ける必要があり、全体として積層素体の層数を増加させ生産コストを増大させることになる。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、小型のダイオードスイッチを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の回路、第２の回路および第３の回路に接続され、前記第１の回路と前記第３の回路との接続、および前記第２の回路と前記第３の回路との接続を切り換えるためのダイオードスイッチであって、
前記第１の回路側にカソードが接続され、前記第３の回路側にアノードが接続される第１のダイオードと、前記第１のダイオードのカソード側を接地する第１の伝送線路と、前記第１の伝送線路と並列に接続するコンデンサと、前記第３の回路と前記第２の回路との間に接続される第２の伝送線路と、前記第２の伝送線路の前記第２の回路側にカソードが接続され、アノードがコンデンサを介して接地される第２のダイオードを具備し、前記第２のダイオードと前記コンデンサとの間にコントロール回路を接続するようになし、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとが前記第２の伝送線路を介して直列に接続されており、前記コントロール回路から与えられる正の電圧により前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとをＯＮ状態として、前記第１の回路と前記第３の回路とを接続するダイオードスイッチである。
【００１３】
また本発明は、前記第１の伝送線路に並列接続されるコンデンサを０．１〜１０ｐＦとするものである。
また本発明は、前記第２の伝送線路が積層素体内に形成されたスパイラル形状のライン電極で構成されているものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る一実施例のダイオードスイッチの等価回路図を図２に示す。
このダイードスイッチは、アンテナＡＮＴ、送信回路ＴＸ、受信回路ＲＸに接続されている。送信回路ＴＸには、コンデンサＣ１を介して第１のダイオードＤ１のカソードが接続され、第１のダイオードＤ１のアノードは、コンデンサＣ３を介してアンテナＡＮＴに接続される。アンテナＡＮＴには、コンデンサＣ３、第２の伝送線路Ｌ２、コンデンサＣ４の直列回路を介して受信回路ＲＸが接続される。
【００１５】
また第１のダイオードＤ１のカソードには、第１の伝送線路Ｌ１とコンデンサＣ６が接続され、それらがコンデンサＣ２を介して接地される。さらに、第１の伝送線路Ｌ１とコンデンサＣ２の中間には、抵抗Ｒ１を介してコントロール回路ＶＣ１が接続される。
また第２の伝送線路Ｌ２とコンデンサＣ４の中間には、第２のダイオードＤ２のカソードが接続され、第２のダイオードＤ２のアノードは、コンデンサＣ５を介して接地される。さらに、第２のダイオードＤ２のアノードとコンデンサＣ５の中間には、抵抗Ｒ２を介してコントロール回路ＶＣ２が接続される。
ここで抵抗Ｒ１を介して接続されるコントロール回路ＶＣ１および抵抗Ｒ２を介して接続されるコントロール回路ＶＣ２は、スイッチ回路を切り換えるための回路である。
【００１６】
この実施例のスイッチ回路において、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴとを接続する場合、コントロール回路ＶＣ２から正の電圧が、コントロール回路ＶＣ１から０の電圧が与えられる。コントロール回路ＶＣ２から与えられた正の電圧は、第１から第５までのコンデンサによって直流分がカットされ、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２を含む回路にのみ印加され、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２がＯＮ状態になる。第１のダイオードＤ１がＯＮ状態になることによって、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴと間の伝送経路のインピーダンスが低くなり接続される。一方ＯＮ状態になった第２のダイオードＤ２および第５のコンデンサによって、第２の伝送線路Ｌ２が高周波的に接地されることにより共振して、第１のダイオードＤ１のアノードと第３のコンデンサＣ３と第２の伝送線路Ｌ２との接続点から受信回路ＲＸ側を見たインピーダンスが非常に大きくなり、アンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとの伝送経路は接続されない。このとき、送信回路ＴＸからの送信信号が受信回路ＲＸに漏洩することなく、アンテナＡＮＴに伝送されることになる。
【００１７】
一方アンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとを接続する場合には、コントロール回路ＶＣ１から正または０の電圧が、コントロール回路ＶＣ２から０の電圧が与えられることにより、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２がＯＦＦ状態になる。第１のダイオードＤ１がＯＦＦ状態になることによって、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴと間の伝送経路のインピーダンスが高くなり接続されない。またＯＦＦ状態になった第２のダイオードＤ２によって、第２の伝送線路Ｌ２を介してアンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとの伝送経路が接続される。このとき、アンテナＡＮＴからの受信信号が送信回路ＴＸに漏洩することなく、受信回路ＲＸに伝送されることになる。上述のようにして、コントロール回路ＶＣ１およびコントロール回路ＶＣ２から与えられる電圧をコントロールすることによって、スイッチ回路を切り換えて、送受信を行うことができる。
【００１８】
本発明は、従来例に比べ、ダイオードの接続方向が逆となっている。このことにより、挿入損失、アイソレーション特性が改善された。
【００１９】
本発明では、伝送線路の特性として、１／４λより短いときは、誘導性のインピーダンスをもち、１／４λ〜１／２λでは、容量性のインピーダンスをもち、更に１／２λ〜λでは誘導性のインピーダンスをもつという特性を利用している。このことから、伝送線路のライン長を１／４λより短くし、誘導性のインピーダンスをもたせ、これにコンデンサを接続することにより、共振現象を起こさせるものである。
この共振周波数ｆ０（例えば送信周波数）は次式で求められる。
【００２０】
【数１】

【００２１】
数１でＬは、伝送線路のラインの等価インダクタ、Ｃはコンデンサの容量である。
また、Ｌは、伝送線路のライン長をｌとした場合、次式で求められる。
【００２２】
【数２】

【００２３】
数２において、Ｚ０は、ラインの特性インピーダンスである。
これらの関係式から、伝送線路のライン長およびコンデンサ容量が決定される。
本発明では、種々検討した結果、コンデンサ容量が０．１〜１０ｐＦであることが望ましいことがわかった。更に好ましくは、０．５〜５．０ｐＦである。
また、伝送線路のライン長は、上記のとおり、コンデンサ容量との関係で決まるが、本発明によれば、従来の１／４λの長さに対して、７０％以下の長さで構成する事ができた。
また、５０％以下でも可能であった。
従って、スペースを必要とする伝送線路の長さを短くできる事により、ダイオードスイッチの小型化が可能である。
【００２４】
また本発明では、伝送線路をスパイラル形状としている。この伝送線路がミアンダ形状とスパイラル形状では、次のような違いがある。
まず、ミアンダ形状の場合、隣り合う伝送線路の電流の向きが逆方向となる。このため、近接する伝送線路の間の磁界は弱め合い、伝送線路は、あたかも短くなったかのように見える。また、狭いスペースの中で、伝送線路の長さを長くしようとすると、この隣り合う伝送線路の間の距離が短くなり、磁界の弱め合いが増すため、一定のスペースが必要である。
【００２５】
これに対し、スパイラル形状の場合、隣り合う伝送線路の電流の向きは同方向となる。このため、近接する伝送線路の間の磁界は強め合い、伝送線路はあたかも長くなったように見える。また、このスパイラル形状の伝送線路の場合、隣り合う伝送線路の間の距離を短くしても問題ない。
このように、伝送線路をスパイラル形状とすると、伝送線路は長くなったように見えるため、実際のライン長を短くすることができる。
【００２６】
このように、伝送線路として、スパイラル形状を用いることも小型化に寄与している。このスパイラル形状としては、１〜５ターンであることが好ましい。また、本発明のスパイラル形状によれば、１／４λの伝送線路を形成するのに、その９割程度の長さで、構成することができた。
【００２７】
また本発明では、伝送線路とコンデンサとの並列回路は、コンデンサを介して接地されている。これにより、高周波はコンデンサを通過し、Ｒ１は見えなくなる。よって、共振周波数帯域以外の周波数の信号は、この回路に流れ込み、ＡＮＴ側に通過せず、共振周波数帯域を選択的にＡＮＴ側に透過させることができる。
【００２８】
以下、実施例に従い本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
図１に本発明に係る一実施例の斜視図を示す。このダイオードスイッチ６００は、積層素体６０１、２つのダイオードが内蔵された半導体素子６０２、及びチップコンデンサ６０７からなる。尚、この半導体素子は、２つのダイオードをそれぞれ配設しても良い。このダイオードスイッチの等価回路図は図２に示すとおりである。この図２において、破線で囲った部分が図１に示すダイオードスイッチであり、他の回路定数は、このダイオードスイッチが搭載される回路基板上に構成すれば良い。また、チップコンデンサ６０７等は、この積層素体中に形成することもできる。
もちろん、図６に示す従来技術のように、積層素体上に上記以外の回路素子を搭載するように構成することもできるし、コンデンサを内蔵する構成とすることもできる。
【００２９】
この積層素体６０１の内部構造を図３に示す。下層の誘電体層１００には、第１のアース電極１０１が形成され、側面に臨む所定の引き出し電極が形成されている。
【００３０】
誘電体層１００の上には、いくつかのダミー層が配置され、伝送線路を構成する２つの誘電体層１０２、１０３が積層される。図２の回路図における伝送線路Ｌ１は、誘電体層１０３のライン電極１０４と誘電体層１０２のライン電極１０５とを接続して構成される。この２つのライン電極の接続は、スルーホール電極１０６を介して行われている。そして、各誘電体層の側面に臨む引き出し電極がそれぞれ形成されている。
【００３１】
また図２の回路図における伝送線路Ｌ２は、誘電体層１０３のライン電極１０７と誘電体層１０２のライン電極１０８とを接続して構成される。この２つのライン電極の接続は、スルーホール電極１０９を介して行われている。そして、各誘電体層の側面に臨む引き出し電極がそれぞれ形成されている。
【００３２】
そして、いくつかのダミー層を介して、第２のアース電極１１１が形成された誘電体層１１０が積層される。
【００３３】
そして、最上層の誘電体層１１２の上面には、パターン電極が形成されている。
このパターン電極は、第１のアース電極１０１及び第２のアース電極１１１と接続されるパターン電極１１３、１１４、１１５と、第１の伝送線路Ｌ１を構成するライン電極１０４と接続されるパターン電極１１６と、同じく第１の伝送線路Ｌ１を構成するライン電極１０５と接続されるパターン電極１１７と、第２の伝送線路Ｌ２を構成するライン電極１０８と接続されるパターン電極１１８と、同じく第２の伝送線路Ｌ２を構成するライン電極１０７と接続されるパターン電極１１９と、ダイオードが接続されるパターン電極１２０とを有する。
【００３４】
この積層体は、誘電体材料を用い、ドクターブレードでシート成形し、このシート上にＡｇ電極をスクリーン印刷してパターン電極を形成し、これを積層して、圧着し、一体で焼成されたものである。そして、焼成後側面の端子電極６０３、６０４、６０５、６０６を形成した。
そして、２つのダイオードが内蔵された半導体素子６０２の端子がそれぞれパターン電極１１７、１１８、１１９、１２０に接続され、チップコンデンサ６０７がパターン電極１１６、１１７に接続される。
【００３５】
この実施例では、第１の伝送線路Ｌ１と並行にコンデンサＣ６が接続されている。この第１の伝送線路にコンデンサを並行に接続することにより、第１の伝送線路のライン長を極めて短くできた。
この実施例では、１．９ＧＨｚ帯用のダイオードスイッチを構成し、第１の伝送線路のライン長を約９ｍｍとし、コンデンサの容量を０．５ｐＦとして構成出来た。このライン長は、従来の１／４λとすれば、１４ｍｍとなるものであり、本発明により、約６４％に短縮できた。尚、誘電体の誘電率は、約８である。
【００３６】
次に、第１の伝送線路は同一とし、第２の伝送線路のライン長を変更して、８００ＭＨｚ帯用のダイオードスイッチを構成した。このとき、第１の伝送線路のライン長を約９ｍｍとし、コンデンサの容量を４ｐＦとして構成出来た。このライン長は、従来の１／４λとすれば、３３ｍｍとなるものであり、本発明により、約２７％に短縮できた。尚、誘電体の誘電率は、約８である。
このように、本発明によれば、伝送線路のライン長を従来の７０％以下、更には、５０％以下にも設定可能なものであり、ダイオードスイッチの小型化が可能であることは、容易に理解出来る。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の伝送線路および第２の伝送線路をそれぞれ積層素体内に形成し、その第１の伝送線路にコンデンサを平行に接続することにより、第１の伝送線路のライン長を極端に短くすることが可能となり、小型のダイオードスイッチをを構成出来る。これにより、スイッチ回路を装着する携帯電話あるいは高周波回路の小型化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例の斜視図である。
【図２】図１に示す実施例を用いたスイッチ回路の等価回路図である。
【図３】図１に示す本発明に係る実施例の積層素体の分解斜視図である。
【図４】スイッチ回路の機能を示す図である。
【図５】従来のスイッチ回路の回路図である。
【図６】従来の技術を示す分解斜視図である。
【図７】従来の他の技術を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１００、１０２、１０３、１１０、１１２誘電体層
１０１第１のアース電極
１０４、１０５、１０７、１０８ライン電極
１０６、１０９スルーホール電極
１１１第２のアース電極
１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０パターン電極
６００ダイオードスイッチ
６０１積層素体
６０２半導体素子
６０３、６０４、６０５、６０６端子電極
６０７チップコンデンサ

Claims

第１の回路、第２の回路および第３の回路に接続され、前記第１の回路と前記第３の回路との接続、および前記第２の回路と前記第３の回路との接続を切り換えるためのダイオードスイッチであって、
前記第１の回路側にカソードが接続され、前記第３の回路側にアノードが接続される第１のダイオードと、前記第１のダイオードのカソード側を接地する第１の伝送線路と、前記第１の伝送線路と並列に接続するコンデンサと、前記第３の回路と前記第２の回路との間に接続される第２の伝送線路と、前記第２の伝送線路の前記第２の回路側にカソードが接続され、アノードがコンデンサを介して接地される第２のダイオードを具備し、前記第２のダイオードと前記コンデンサとの間にコントロール回路を接続するようになし、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとが前記第２の伝送線路を介して直列に接続されており、前記コントロール回路から与えられる正の電圧により前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとをＯＮ状態として、前記第１の回路と前記第３の回路とを接続することを特徴とするダイオードスイッチ。
前記第１の伝送線路に並列接続されるコンデンサが０．１〜１０ｐＦであることを特徴とする請求項１記載のダイオードスイッチ。
前記第２の伝送線路が積層素体内に形成されたスパイラル形状のライン電極で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイオードスイッチ。