JP3922134B2

JP3922134B2 - 高周波デバイス

Info

Publication number: JP3922134B2
Application number: JP2002231397A
Authority: JP
Inventors: 竜也井上; 英晃徳永
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2004072584A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話などの移動体通信機器に用いるものであり、特にアンテナ端子から侵入する静電気からフィルタなどの高周波部品を保護することのできる高周波デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、携帯電話などの移動体通信機器においては、アンテナ端子から侵入する静電気によって、内部の電気回路を破壊する危険があることが認識されている。静電気は、１ナノ秒以下の速度でかつ数百〜数キロボルトという高電圧がかかるからである。
【０００３】
そこで、特開２００１−１２７６６３号公報においては、図７に示されるように、アンテナ端子１とスイッチ回路２との間にコンデンサとインダクタとからなるハイパスフィルタ３を接続し、回路２の保護を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
携帯電話などの移動体通信機器においては、年々小型化が進み、中に収納される高周波デバイスも小型化が求められている。
【０００５】
上記ハイパスフィルタ３において、通過帯域外減衰量を大きくしようとすると、コンデンサとインダクタとを多段に接続しなければならない。また、多段に接続すると、挿入損失が大きくなるだけでなく高周波デバイスも大きくなってしまう。従って、限られた大きさの中では、ある程度の特性しか得られない。
【０００６】
しかしながら、静電気のような信号通過帯域近傍の周波数の高電圧雑音が侵入すると、このハイパスフィルタ３を通過し、アンテナ端子１に接続した回路２に侵入して破壊してしまう恐れがある。
【０００７】
そこで本発明は、たとえ静電気のような信号通過帯域に近い周波数の高電圧雑音が侵入したとしても、アンテナ端子の後に接続された回路を保護することのできる高周波デバイスを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、アンテナ端子と、前記アンテナ端子に信号ラインにより接続したスイッチと、前記スイッチに接続した一つ以上のフィルタと、一端が前記信号ラインに接続し他端がグランドに接続する並列に配置したバリスタとインダクタとを備え、前記バリスタの静電容量は１０ｐＦ以下であり、前記インダクタのインダクタンスは５０ｎＨ以下である高周波デバイスであり、アンテナから侵入した静電気をインダクタにより、グランドにバイパスさせると同時に、インダクタで除去しきれない立ち上がりの高周波成分をバリスタによって吸収することにより、フィルタを含む回路を保護することができる。また、特に、バリスタの静電容量を１０ｐＦ以下とし、インダクタのインダクタンスを５０ｎＨ以下とすることにより、信号通過帯域の挿入損失を大きくすることなく、より確実に回路を保護することができる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、バリスタとインダクタの両方の機能を有する一つの素子を用いるものであり、部品点数の削減、実装面積の低減および実装コストの低減ができ、各種移動体通信機器への使用範囲を広げることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、高周波デバイスの各種機能を設けた積層セラミック回路基板の内部にインダクタ機能およびバリスタ機能を設けたものであり、小型化、低背化することができ、各種移動体通信機器への使用範囲を広げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明について説明する。
【００１６】
図１は、実施の形態１における高周波デバイスのブロック回路図であり、例えば欧州携帯電話規格のＧＳＭ携帯電話におけるアンテナ共用器として用いることができる。図１において、１０はアンテナ端子、１１はアンテナ端子１０に接続したスイッチであり、送信側と受信側に信号を切り替える役目を持つ。スイッチ１１は半導体スイッチから構成されており、スイッチ１１は送信側端子３１と、ＳＡＷフィルタ１２および受信側端子３２が接続されている。
【００１７】
さらに、アンテナ端子１０とスイッチ１１の信号ラインと並列に３ｐＦの静電容量を有するバリスタ２１と１８ｎＨのインダクタンスを有するインダクタ２２が接続されている。このバリスタ２１とインダクタ２２の他端側はグランド端子２３に接続されている。
【００１８】
バリスタ２１は静電容量が１０ｐＦ以下でできるだけ小さい方が静電気除去効果を小さくせずに、通過帯域の挿入損失の増大を防ぐことができる。１０ｐＦより大きいと通過帯域の挿入損失を小さくすることが困難であるので好ましくない。またできるだけ小さい方が良いのであるが、１ｐＦ以下であるとバリスタ２１自身の静電気耐量が小さくなり回路保護効果の持続性が落ちるので好ましくない。従って、２〜５ｐＦのものを用いることが好ましい。
【００１９】
また、インダクタ２２のインダクタンスは５０ｎＨ以下とすることにより、静電気除去効果は大きくなる。５０ｎＨを越えると、インダクタを通過する高周波成分が増えるので好ましくない。また、信号通過帯域の挿入損失を小さくできるので３ｎＨ以上とすることが好ましい。
【００２０】
このような構成の高周波デバイスにより、信号通過帯域の挿入損失を大きくすることなく、ＳＡＷフィルタ１２を保護することができる。
【００２１】
本実施の形態の高周波デバイスの比較のために、図４に示すようにハイパスフィルタ５０を使用した高周波デバイスを準備する。他の構成は図１と同様である。図４において、ハイパスフィルタ５０は、信号通過帯域の挿入損失を考慮すると、インダクタ５１のインダクタンスを１００ｎＨ程度に、コンデンサ５２の静電容量を３３ｐＦ程度にする必要がある。しかし、静電気がアンテナ端子１０から侵入した場合、通過帯域に近い高周波の高電圧成分を十分に除去できない。また、これより小さなインダクタンスのインダクタを用いると通過帯域の挿入損失が大きくなる。さらに、コンデンサの静電容量が３３ｐＦと大きいため、通過帯域に近い高周波成分を除去することができない。
【００２２】
図５、図６に本実施の形態の高周波デバイスと比較例の高周波デバイスに対し、８ｋＶの静電気をアンテナ端子１０に接触放電した時、スイッチ１１以降の回路にかかる電圧を示す。
【００２３】
本実施の形態の高周波デバイスにおいては、図５に示すように、数ナノ秒の間に２４０Ｖ程度の電圧しかかからないが、比較例の高周波デバイスにおいては、図６に示すように数ナノ秒の間に９５０Ｖ程度の電圧がかかっている。
【００２４】
本実施の形態の高周波デバイスは、比較例の高周波デバイスと比較すると、加わる電圧は１／４程度となり、十分な電圧降下が行われていることがわかる。
【００２５】
つまり、アンテナ端子１０とスイッチ１１の信号ラインと並列にバリスタ２１とインダクタ２２を接続することで、通過帯域の挿入損失を大きくすることなしに、静電気などの高電圧雑音をインダクタ２２によってグランド端子２３にバイパスさせると同時に、インダクタ２２で除去しきれない立ち上がりの高周波成分をバリスタ２１によって吸収することでスイッチ１１およびＳＡＷフィルタ１２に高電圧がかからず、必要な信号のみを送信することができる。
【００２６】
従って、高電圧雑音により悪影響を受ける可能性の高いスイッチ１１とＳＡＷフィルタ１２を確実に保護し、優れた信頼性を有する高周波デバイスを得ることができるのである。
【００２７】
（実施の形態２）
以下、本実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項１，２について説明する。
【００２８】
図２に本実施の形態２における高周波デバイスの断面図を示す。その構成回路は実施の形態１で示したものと同様であるので説明を省略する。
【００２９】
図２において、４０は積層セラミック基板であり、セラミック層４１と導体パターン４２を交互に積層することにより、内部及び外周面にアンテナ端子１０、送信側端子３１および受信側端子３２や各素子と端子を繋ぐ回路（図示せず）を形成している。そしてこの積層セラミック基板４０の表面には、ＧａＡｓフィールドエフェクトトランジスタ（以下ＦＥＴ）で構成されたスイッチ１１、ＳＡＷフィルタ１２、バリスタ２１およびインダクタ２２を実装し、図１に示す回路を実現している。
【００３０】
従って、実施の形態１と比較すると、高周波デバイスを一体化することで小型化ができ、移動体通信機器への適用範囲が広がることとなる。
【００３１】
なお、バリスタ２１とインダクタ２２は、セラミック層と導電体層とを積層して一体形成し、一つの素子とすることで、高電圧雑音からの保護効果は同様にしたまま、部品点数の削減、実装コストの低減ができる。
【００３２】
（実施の形態３）
以下、本実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項３に記載の発明について説明する。
【００３３】
図３は、本実施の形態３における高周波デバイスの断面図である。その構成回路は実施の形態１，２で示したものと同様であるので説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態３と実施の形態２との相違点は、バリスタ２１およびインダクタ２２の形状である。
【００３５】
本実施の形態３においては、図３に示すように、セラミック層４１と導体パターン４２とを積層した積層セラミック基板４０の内部及び外周面にアンテナ端子１０、送信側端子３１、受信側端子３２および各素子と端子を繋ぐ回路（図示せず）を形成している。また、積層セラミック基板４０を形成する際、インダクタ２２を形成するとともに、バリスタ材料で形成したセラミック層４４と内部電極４５も同時に積層することにより、バリスタ２１も内部に形成している。そしてこの積層セラミック基板４０の表面には、ＦＥＴスイッチ１１およびＳＡＷフィルタ１２を実装し、図１に示す回路を実現している。
【００３６】
従って、実施の形態２と比較すると、高周波デバイスを小型化することができ、移動体通信機器への適用を広げることができるのはもちろん、積層セラミック基板４０を形成した後、わざわざバリスタとインダクタを実装する必要が無いので生産性に優れたものとなる。
【００３７】
なお、上記実施の形態１〜３においては、バリスタ２１とインダクタ２２はアンテナ端子１０とスイッチ１１との間に設けたが、ＳＡＷフィルタ１２とアンテナ端子１０との間に並列にかつ一端がグランド端子２３に接続されるように形成すれば構わない。しかしながら、上記実施の形態に示すように回路的に見てアンテナ端子１０に近い位置にバリスタ２１とインダクタ２２を接続することにより、ＳＡＷフィルタだけでなく、スイッチ１１を含む回路の保護を確実に行うことができるので望ましい。
【００３８】
また、上記各実施の形態においては、ＧＳＭシステムへの応用を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＰＤＣやＡＭＰＳシステムでも、デュアルバンド、トリプルバンドであっても、アンテナ端子１０から侵入する高電圧雑音に対する対策の必要なものについては、アンテナ端子１０とこのアンテナ端子１０に接続する回路との間に並列にバリスタ２１およびインダクタ２２を接続し、その一端をグランド端子２３に接続することにより同様の効果が得られるものである。
【００３９】
また、上記各実施の形態においては、スイッチ１１はＦＥＴを例に説明したが、ピンダイオードなどを用いて構成したスイッチを用いても構わない。またＳＡＷフィルタ１２は受信側のみに構成されたものを例に説明したが、送信側にもあって構わないし、精度を上げるため、複数のフィルタがあっても構わないし、その種類もＳＡＷフィルタ１２を例に説明したが、それ以外のフィルタ、例えば誘電体フィルタであっても構わない。
【００４０】
【発明の効果】
以上本発明によると、信号通過帯域に近い周波数の高電圧雑音がアンテナ端子から侵入したとしても、後に接続された回路を確実に保護することのできる高周波デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１〜３における高周波デバイスの回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態２における高周波デバイスの断面図
【図３】本発明の実施の形態３における高周波デバイスの断面図
【図４】比較のための高周波デバイスの回路図
【図５】本発明の実施の形態１における高周波デバイスの静電気除去特性を示すグラフ
【図６】図７に示す高周波デバイスの静電気除去特性を示すグラフ
【図７】従来の高周波デバイスの回路図
【符号の説明】
１０アンテナ端子
１１スイッチ
１２ＳＡＷフィルタ
２１バリスタ
２２インダクタ
２３グランド端子
３１送信側端子
３２受信側端子
４０積層セラミック基板
４１セラミック層
４２導体パターン
４４セラミック層
４５内部電極
５０ハイパスフィルタ
５１インダクタ
５２コンデンサ

Claims

アンテナ端子と、前記アンテナ端子に信号ラインにより接続したスイッチと、前記スイッチに接続した一つ以上のフィルタと、一端が前記信号ラインに接続し他端がグランドに接続する並列に配置したバリスタとインダクタとを備え、前記バリスタの静電容量は１０ｐＦ以下であり、前記インダクタのインダクタンスは５０ｎＨ以下である高周波デバイス。
バリスタとインダクタは、一体化された素子である請求項１に記載の高周波デバイス。
アンテナ端子、バリスタ、インダクタは、導電体層とセラミック層とを積層した積層セラミック回路基板で構成する請求項１に記載の高周波デバイス。