JP3922135B2 - 高周波デバイス - Google Patents

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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ダイプレクサと、前記ダイプレクサに接続したスイッチと、前記スイッチに接続した複数のフィルタと、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/DCSデュアルバンド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に接続したダイプレクサであり、GSM帯とDCS帯の周波数成分を分波・合成する。図1において点線で囲んだ部分の上側は、GSM帯の周波数成分を取り扱う回路(図1中A)、下側はDCS帯の周波数成分を取り扱う回路(図1中B)である。それぞれの回路において、ダイプレクサ11に送、受信を切り分けるスイッチ12,13を接続し、このスイッチ12,13には送信信号の高調波成分を除去するローパスフィルタ(以下LPFとする)16,17及び、それぞれの帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタとしてSAWフィルタ14,15が接続されている。そして各フィルタ14,15,16,17には端子31,32,33,34が接続されている。またスイッチ12,13は半導体素子であるダイオードを用いて形成したものである。
【0017】
さらに、アンテナ端子10とダイプレクサ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が配置されている。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14,15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、ダイプレクサ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とダイプレクサ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ダイプレクサ11以降の回路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12,13とSAWフィルタ14,15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、ダイプレクサ11、スイッチ12,13(ダイオード除く)、LPF16,17、端子31,32,33,34を形成している(図示せず)。そしてこの積層セラミック基板40の表面はダイオード36、SAWフィルタ37、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。なお、SAWフィルタ37は、一つのパッケージ内にSAWフィルタ14,15を設けたものである。
【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、ダイプレクサ11、スイッチ12,13(ダイオード除く)、LPF16,17、端子31,32,33,34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、ダイオード36、SAWフィルタ37を実装し、図1に示す回路を実現している。
【0036】
なお、SAWフィルタ37は、一つのパッケージ内にSAWフィルタ14,15を設けたものである。
【0037】
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。
【0038】
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とダイプレクサ11との間に設けたが、SAWフィルタ14,15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14,15だけでなく、スイッチ12,13を構成するダイオード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。
【0039】
また、上記各実施の形態においては、GSM/DCSデュアルバンド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、シングルバンド、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。
【0040】
また、上記各実施の形態においては、SAWフィルタ14,15を用いたものを例に説明したが、フィルタは一方もしくは両方が誘電体フィルタなど他の方式のフィルタであっても構わないし、スイッチ12,13に使用する半導体素子としてダイオードを用いたものを例に説明したが、GaAsフィールドエフェクトトランジスタなどでも構わない。
【0041】
【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 ダイプレクサ
12 スイッチ
13 スイッチ
14 SAWフィルタ
15 SAWフィルタ
16 LPF
17 LPF
21 バリスタ
22 インダクタ
23 グランド端子
31 端子
32 端子
33 端子
34 端子
36 ダイオード
37 SAWフィルタ
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 (3)

  1. 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ダイプレクサと、前記ダイプレクサに接続したスイッチと、前記スイッチに接続した複数のフィルタと、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。
  2. 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。
  3. 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。
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