JP5024445B2 - 高周波部品及び通信装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電子・電気機器間で無線通信を行う装置に用いる小型化された高周波部品に関する。
現在、IEEE802.11規格に代表される無線LANによるデータ通信が広く利用されている。例えばパーソナルコンピュータ(PC)、プリンタ、ハードディスク、ブロードバンドルータ等のPC周辺機器、FAX、冷蔵庫、標準テレビ(SDTV)、高品位テレビ(HDTV)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話等の電子機器、自動車や航空機の無線通信手段では、無線データ伝送が行われている。またシングルバンド通信に加えてマルチバンド通信も普及しつつある。
無線LANを用いたマルチバンド通信装置に用いられる高周波回路は、通信周波数帯が異なる二つの通信システム(IEEE802.11aとIEEE802.11b及び/又はIEEE802.11g)で送受信が可能な1個のアンテナと、送信側回路、受信側回路との接続を切り替える高周波スイッチとを備える。無線装置の小型化及び高機能化に伴い、高周波部品にも機能の集積化が進んでいる。
国際公開第2006/003959号は、スイッチ回路、パワーアンプ回路等を有し、二つの通信システムに共用可能な高周波回路を有する高周波部品を開示している。この高周波部品は、スイッチ回路やパワーアンプ回路等の高周波信号処理回路を積層基板に搭載することにより小型化を図っているが、高集積化により積層基板内の電極パターン同士が近接し、干渉の問題が生じることが分った。例えば、裏面の送信ポート、受信ポート、電源ポート等に接続した電極パターンが複数の層に渡って形成されているため、小型化に伴いそれらの干渉が起こり易い。特にスイッチ回路等の高周波信号処理回路が増えると、その制御等に用いる多くの電源ラインが信号ラインの間に入り込み、干渉が顕著になる。
従って、本発明の目的は、電源ラインと信号ラインとの干渉を効果的に防止し、小型化を図ることができる高周波部品、及びかかる高周波部品を具備する通信装置を提供することである。
導体パターンを有する複数の誘電体層からなる積層基板に高周波信号処理回路を設けた本発明の高周波部品は、前記高周波信号処理回路は増幅回路及びスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路は、アンテナ端子と前記高周波信号の入力端子又は出力端子との接続を切り替え、前記入力端子、前記出力端子、前記アンテナ端子、前記増幅回路の電源端子及び前記スイッチ回路の電源端子を含む端子群が前記積層基板の一方の主面の外縁に沿って形成されており、前記増幅回路の電源端子及び前記スイッチ回路の電源端子は前記一方の主面の対向する２辺に配置されており、前記入力端子、前記出力端子及び前記アンテナ端子は他の対向する２辺に配置されていることを特徴とする。また本発明の他の高周波部品は、導体パターンを有する複数の誘電体層からなる矩形の積層基板に高周波信号処理回路を設けた高周波部品であって、前記高周波信号処理回路は増幅回路及びスイッチ回路を有し、前記スイッチ回路は、アンテナ端子と前記高周波信号の入力端子又は出力端子との接続を切り替え、前記入力端子、前記出力端子、前記アンテナ端子、前記増幅回路の電源端子及び前記スイッチ回路の電源端子を含む端子群が前記積層基板の一方の主面の外縁に沿って形成されており、前記増幅回路の電源端子及び前記スイッチ回路の電源端子は前記一方の主面の対向する２辺に配置されており、前記入力端子、前記出力端子及び前記アンテナ端子は、前記対向する２辺の端部と、他の対向する２辺とに配置されており、前記入力端子、前記出力端子及び前記アンテナ端子のうち前記対向する２辺の端部に配置された端子に隣接してダミー端子又はグランド端子が配置されており、もって前記対向する２辺の端部に配置された端子と前記電源端子とは前記ダミー端子又は前記グランド端子を介して配置されていることを特徴とする。
前記増幅回路は、前記入力端子に入力された送信信号を増幅する高周波増幅器回路及び前記アンテナ端子から入力された受信信号を増幅する低雑音増幅器回路を有し、前記高周波増幅器回路の電源端子と前記低雑音増幅器回路の電源端子とは互いに隣接していなくても良い。
前記スイッチ回路と前記入力端子の間に検波回路が配置され、前記スイッチ回路と前記出力端子の間に、バイパススイッチ回路が配置され、前記送信信号が流れる経路に配置された前記高周波増幅器回路及び前記検波回路の電源端子と、前記受信信号が流れる経路に配置された前記低雑音増幅器回路及び前記バイパススイッチ回路の電源端子とは互いに隣接していなくても良い。
前記スイッチ回路に接続される２つの電源端子は互いに隣接しており、前記バイパススイッチ回路に接続される２つの電源端子は互いに隣接していても良い。
前記一方の主面は前記電源ライン層の裏面に形成されており、前記電源ライン層と前記第二のグランド電極が形成された層とが互いに隣接していても良い。
これらの高周波部品において、前記主面の前記端子群の内側に一体の電極で構成された第一のグランド電極が配置されても良い。
上記の高周波部品において、前記増幅回路の電源端子に一端が接続された電源ラインと前記スイッチ回路の電源端子に一端が接続された電源ラインとが一つの誘電体層に形成されて電源ライン層をなし、前記第一のグランド電極は積層方向に前記電源ラインの少なくとも一部と重なり、前記電源ライン層に関して前記第一のグランド電極と反対側に第二のグランド電極が配置され、前記第二のグランド電極は積層方向に前記電源ラインの少なくとも一部と重なり、前記高周波信号処理回路は前記第二のグランド電極に関して前記電源ライン層と反対側に配置されていても良い。
複数の増幅回路に共通の電源端子を有するのが好ましい。この構成により、高周波部品の小型化を図ることができる。
前記増幅回路として低雑音増幅器回路を備え、1つの電源端子が前記スイッチ回路と前記低雑音増幅器回路に共用されているのが好ましい。この構成により、高周波部品を小型にするとともに、スイッチ回路と低雑音増幅器回路の動作の同期を図ることもできる。
本発明の通信装置は上記高周波部品を具備することを特徴とする。上記高周波部品を具備することにより、通信装置の小型化を図ることができる。
導体パターンを形成した複数の誘電体層を積層してなる積層基板に高周波信号処理回路を設けた本発明の高周波部品は、電源ラインと信号ラインのとの干渉が低減されており、高周波特性を劣化させることなく小型化できる。このような高周波部品を用いることにより、通信装置の小型化が図れる。
本発明の高周波部品は、導体パターンを形成した複数の誘電体層を積層してなる積層基板に高周波信号処理回路を設けたものである。高周波信号処理回路は、高周波信号の信号経路を切り替えるスイッチ回路、高周波信号を増幅する半導体素子を備えた増幅回路等である。スイッチ回路としてはGa-Asスイッチ等のFET(電界効果型トランジスタ)スイッチが好ましく、供給電源及び/又は制御電源を合計2つ以上有するのが好ましい。増幅回路は送信信号を増幅する高周波増幅器回路、受信信号を増幅する低雑音増幅器回路等であり、供給電源及び/又は制御電源を合計2つ以上有するのが好ましい。高周波増幅器回路は、出力電力をモニターする検波回路を有しても良い。検波回路の出力信号は直流電圧であるので、電源ラインと同様に扱うことができる。以下高周波増幅回路及び低雑音増幅回路を両方有する例を説明するが、勿論限定的ではない。
本発明の一実施形態による高周波部品は、図3に示す回路を構成する導体パターンを形成した20層の誘電体層からなる積層基板を具備する。図1は、上記積層基板のうち下側の3層に形成された電極パターン、及び1つの主面(裏面)の外縁に沿って高密度に配列された端子群(高周波信号の入力端子及び出力端子、並びに高周波信号処理回路の電源端子を含む)の配置を示す。裏面の端子は積層方向上から見たときの配置である。
図3に示す高周波信号処理回路は一送信一受信型のデュアルバンド無線LANフロントエンドモジュールであって、アンテナに接続されるアンテナ端子Ant1と、アンテナ端子Ant1に接続し、高周波信号の入力端子(送信端子)Tx1-1,Tx2-1と出力端子(受信端子)Rx1-1,Rx2-1との接続を切り替える第一のスイッチ回路SPDT1と、高周波信号の入力端子Tx1-1に入力された送信信号を増幅する第一の高周波増幅器回路PA1と入力端子Tx2-1に入力された送信信号を増幅する第二の高周波増幅器回路PA2と、アンテナ端子Ant1から入力された受信信号を増幅して出力端子Rx1-1又はRx2-1に出力する第一の低雑音増幅器回路LNA1とを具備する。第一のスイッチ回路SPDT1に第一の分波回路Dip1が接続している。第一の分波回路は低周波側フィルタ及び高周波側フィルタからなり、低周波側フィルタには順に、第一のローパスフィルタLPF1、第一の検波回路DET1、第一の高周波増幅器回路PA1、第一のバンドパスフィルタBPF1、第一の平衡-不平衡変換回路BAL1及び入力端子Tx1-1が接続しており、高周波側フィルタには順に、第二のローパスフィルタLPF2、第二の検波回路DET2、第二の高周波増幅器回路PA2、第二のバンドパスフィルタBPF2、第二の平衡-不平衡変換回路BAL2及び入力端子Tx2-1が接続している。第一のスイッチ回路SPDT1に、第一の低雑音増幅器回路LNA1及び第一のバイパススイッチ回路BypSW1からなる並列回路を介して、第二の分波回路Dip2が接続している。第二の分波回路は低周波側フィルタ及び高周波側フィルタからなり、低周波側フィルタには順に、第3のバンドパスフィルタBPF3及び出力端子Rx1-1が接続しており、高周波側フィルタには順に、第4のバンドパスフィルタBPF4及び出力端子Rx2-1が接続している。
図1に示すように、高周波信号の入力端子及び出力端子(アンテナ端子とともにRFと表記する)、及び高周波信号処理回路の電源端子Vtx1、Vrx1、Vcc、Vab、Vgb、Vpd、VccL、VbL1、Vby1を含む端子群が積層基板の裏面に形成されている。NCはダミー端子である。なお検波回路DET1、DET2の検波出力端子Vpdは直流信号ラインに係るため、便宜上電源端子に含めている。電源端子Vtx1,Vrx1は、第一のスイッチ回路SPDT1を制御する端子である。例えばVtx1に3 V、Vrx1に0 Vを印加すると、第一のスイッチ回路SPDT1は第一のアンテナ端子Ant1と高周波信号の入力端子Tx1-1,Tx2-1とを接続するように制御される。またVtx1に0 V、Vrx1に3 Vを印加すると、第一のスイッチ回路SPDT1は第一のアンテナ端子Ant1と高周波信号の出力端子Rx1-1,Rx2-1とを接続するように制御される。
電源端子Vccは、第一の高周波増幅器回路PA1と第二の高周波増幅器回路PA2の共通の電源端子である。一つの電源端子を複数の増幅回路に共用することにより、端子数が低減し、高周波部品の小型化が図られる。電源端子Vgbは、第一の高周波増幅器回路PA1のON/OFFを制御する電源端子である。例えば電源端子Vccに3.3 Vの電圧を印加した状態でVgbに2.8 Vの電圧を印加すると、第一の高周波増幅器回路PA1はON状態となり、入力された高周波信号を増幅する。電源端子Vabは、第二の高周波増幅器回路PA2のON/OFFを制御する電源端子である。例えば電源端子Vccに3.3 Vの電圧を印加した状態でVabに2.8 Vの電圧を印加すると、第二の高周波増幅器回路PA2はON状態となり、入力された高周波信号を増幅する。
電源端子VccLは、第一の低雑音増幅器回路LNA1の供給電源端子である。電源端子VbL1は、第一の低雑音増幅器回路LNA1のON/OFFを制御する電源端子と、第一のバイパススイッチ回路BypSW1を制御する電源端子に共通の端子である。スイッチ回路とそれに接続する低雑音増幅器回路に共通の電源端子を有するため、端子数が低減し、高周波部品の小型化が図られる。また電源端子Vby1も第一のバイパススイッチ回路BypSW1を制御する端子である。例えば、VbL1に3 Vを印加し、Vby1に0 Vを印加すると、第一のバイパススイッチ回路BypSW1は、第一の低雑音増幅回路LNA1の入力側と第一のスイッチ回路SPDT1を接続し、第一の低雑音増幅器回路LNA1の出力側と第二の分波回路Dip2を接続するように制御される。この時、VccLに3 Vの電圧が印加されている状態であれば、第一の低雑音増幅器回路LNA1はON状態となり、入力された高周波信号を増幅する。またVbL1に0 Vを印加し、Vby1に3 Vを印加すると、第一のバイパススイッチ回路BypSW1は、第一の低雑音増幅回路LNA1を通過せずに第一のスイッチ回路SPDT1と第二の分波回路Dip2を接続するように制御される。この時、VccLに3 Vの電圧が印加されている状態でも、第一の低雑音増幅器回路LNA1に接続したVbL1に0 Vが印加されているので、第一の低雑音増幅回路LNA1はOFF状態である。
一つの誘電体層DL1には、増幅回路電源端子Vabに一端が接続した電源ラインlvabと、スイッチ回路の電源端子Vrx1に一端が接続した電源ラインlvrx1と、スイッチ回路の電源端子Vtx1に一端が接続した電源ラインlvtx1が形成されている。電源ラインlvrx1及びlvtx1は、第二のグランド電極GND2に関して電源ライン層と反対側の層DL3に設けられた第一のライン部(DL3でlvrx1及びlvtx1と表示)と、電源ライン層に形成され、ビア電極を介して第一のライン部の両端に接続された二本の第二のライン部とを有する。同様に、検波出力端子Vpdに一端が接続した直流信号ラインlvpdも第二のグランド電極GND2に関して電源ライン層と反対側の層DL3に設けられた第一のライン部と、電源ライン層に形成され、ビア電極を介して第一のライン部の両端に接続された二本の第二のライン部とを有する。接続された第一のライン部と第二のライン部は一本の電源ラインを構成する。従って、誘電体層DL1上の電源ライン層は3本の電源ラインを有する。なお、検波出力端子Vpdに一端が接続した直流信号ラインlvpdも便宜上電源ラインに含めると、誘電体層DL1上の電源ライン層は4本の電源ラインを有することになる。
電源ラインlvtx1は、積層方向から見て、第一のライン部で電源ライン層の電源ラインlvtx1及びlvpdと交差している。また電源ラインlvpdは、積層方向から見て、第一のライン部で電源ライン層の電源ラインlvabと交差している。電源ラインが交差する部分だけ第二のグランド電極に関して電源ライン層と反対側に設け、その両側の部分は電源ライン層に設けることにより、接地容量電極等の他の電極との干渉を抑制できる。かかる構成は電源ライン同士を交差させる必要がある場合に好適である。この場合、第一のライン部に関して、第二のグランド電極と反対側に第一のライン部と重なるように第三のグランド電極を設けるのが好ましい。例えば、DL3に隣接する層DL4(図示せず)に第二のグランド電極と同様な広いグランド電極を設ければよい。図1のようにグランド電極に挟まれた層DL3に高周波処理回路の接地容量の電極パターンを設ければ、高周波部品の小型化が可能である。
裏面には上記電源ラインの少なくとも一部と積層方向に重なる第一のグランド電極GND1が配置されており、上の誘電体層DL2には上記電源ラインの少なくとも一部と積層方向に重なる第二のグランド電極GND2が配置されている。この例では、第一及び第二のグランド電極GND1,GND2は実質的に電源ライン層全体を覆っている。第一のスイッチ回路SPDT1、第一及び第二の高周波増幅器回路PA1,PA2、低雑音増幅器回路LNA1等の高周波信号処理回路は、第二のグランド電極GND2に関して電源ライン層と反対側の誘電体層DL3より上に配置されている。高周波信号ラインはビア電極を介して第二のグランド電極GND2より上の導体パターンと接続している。従って、ビア電極に関係する電極(ビア電極の形成に付随して設けられる周囲の電極等)を除き、高周波信号ラインは電源ライン層には設けられていない。電源端子の一部はそのままビア電極を介して高周波信号処理回路と接続している。このように電源ライン層を高周波信号ラインを形成した他の層を介さずに一対のグランド電極で挟むことにより、電源ラインの配置の自由度が高くなるだけでなく、電源ラインと信号ラインとの干渉を抑制することができ、もって高周波部品の小型化に寄与する。
上述のように、電源ライン層には高周波信号処理回路の供給電源ライン及び制御電源ラインと、検波出力端子の直流信号ラインとが形成されている。電源端子Vrx1、Vtx1、Vab、Vpdに一端が接続した電源ラインlvrx1、lvtx1、lvab、lvpdは、電源ライン層で屈曲しながら電源端子から遠ざかり、他端は上記電源端子から離隔したビア電極を介して上層の高周波信号処理回路と接続する。その結果、電源ラインの他端の間隔は、電源端子と信号の入出力端子との間隔より大きくできる。なお必要に応じて、第二のグランド電極GND2より上の高周波信号処理回路まで電源ラインを延長しても良い。
電源ライン層内で自在に配置できる電源ラインによりチョークコイルを形成すると、高周波信号処理回路の前段で電源ラインから高周波ノイズを除去することができる。ビア電極は、第二のグランド電極GND2の切り欠き部及び空隙部に形成する。第二のグランド電極GND2の切り欠き部及び空隙部と積層方向に重なる誘電体層DL1の部分の裏面には、外部との干渉を防ぐ観点から、第一のグランド電極GND1が形成されているのが好ましい。
電源端子と信号端子との干渉を防止するため、端子RF及び電源端子は、グランド端子G、ダミー端子NC等の他の端子を介して配置されている。また裏面には端子群の内側に大面積の矩形の第一のグランド電極GND1が形成されている。第一のグランド電極GND1と端子群との間隔は端子間隔とほぼ同じである。第一のグランド電極GND1は積層基板中に形成しても良いが、端子群を設けた裏面に設けると高周波部品の低背化が実現できる。また一部の電源端子Vab、Vpd、Vtx1、Vrx1は第二のグランド電極GND2と積層方向に重なるので、これらの電源端子と第二のグランド電極GND2より上の高周波信号処理回路との干渉が抑えられる。
信号端子及び信号ラインとの干渉を抑制するには電源端子をまとめて配置するのが好ましいので、一部の電源端子Vtx1、Vrx1は隣接している。また電源端子群は矩形の裏面の対向辺(図1では上下の辺)に配置されている。これにより、入力端子、出力端子及びアンテナ端子等の高周波信号端子を他の対向辺(図1では左右の辺)にまとめて配置することができ、電源端子群と高周波信号端子との干渉が抑制される。従来の高周波部品では電源端子群をまとめて配置すると、表層に実装する素子の配線と高周波信号の配線とが入り組んだ構造となり、電源ラインと高周波信号ラインとのアイソレーションを犠牲にするか、高周波部品の大きさを犠牲にするしかなかった。これに対して、電源ライン層がグランド電極に挟まれた構造を用いることにより、電源端子をまとめて配置しつつ、電源ラインと高周波信号ラインとのアイソレーションを十分に確保することができる。
隣接する電源端子の間隔より電源ラインの他端の間隔を大きくすることができる。また電源ラインの一端と他端とが異なる辺に近接する構造も可能であり、大規模な電源ラインの引き回しが可能になる。その結果、電源ラインと高周波信号ラインとのアイソレーション及び高周波部品の小型化を両立することできる。
図1に示すように、電源ライン層を二本の対角線で四つの三角形状の領域に分割すると、電源ラインlvpdは四つの領域に跨がり、電源ラインlvab及びlvrx1は三つの領域に跨がり、電源ラインlvtx1は二つの領域に跨がる。スイッチ回路及び増幅回路は実装面全体に配置されることが多いため、電源端子からスイッチ回路及び増幅回路の接続端子が大きく離れていることがある。この場合、高周波信号ラインを形成した誘電体層に電源ラインを構成すると、高周波信号ラインと電源ラインとの干渉が起こり、それを避けようとすると高周波部品が大型化してしまう。これに対して、図1に示すように、電源ライン層を対角線で四分割してなる三角形状領域の二つ以上に跨がるように電源ラインが大きく引き回わされる場合、裏面の一辺に配置された電源端子に接続された電源ラインは他辺付近まで延びることができ、もって電源端子を一辺にまとめて配置しても、電源ラインの配置の自由度は著しく高い。その結果、高周波部品を大型化することなく高周波信号ラインと電源ラインとの干渉を防止することができる。少なくとも一つの電源ラインが四分割された三角形状領域の三つ以上の領域に跨がって延びる構成はより好ましい。
誘電体層DL1上では、電源端子Vabに一端が接続した増幅回路の電源ラインlvabと、電源端子Vtx1に一端が接続したスイッチ回路の電源ラインlvtx1との間に、ビア電極(小さい丸で示す)が配置されている。ビア電極は第一及び第二のグランド電極GND1,GND2に接続しており、増幅回路の電源ラインとスイッチ回路の電源ラインとの間の干渉を抑制する。
図2に示す本発明の他の実施形態による高周波部品は、図4に示す高周波回路を構成する導体パターンを形成した24枚の誘電体層からなる積層基板を具備する。図2は下側の3層に形成された電極パターン及び裏面に形成された端子を示す。裏面の端子は、積層方向上から見たときの配置である。
図4に示す高周波回路は、図3に示す高周波回路に受信経路として副高周波回路(以下「第二の副高周波回路」という)を付加した一送信二受信型のデュアルバンド無線LANフロントエンドモジュールである。第二の副高周波回路以外の部分(以下「第一の副高周波回路」という)の構成は図3に示すものと同じであるので、説明を省略する。第二の副高周波回路は、第一の副高周波回路の第一のアンテナとは別の第二のアンテナに接続する第二のアンテナ端子Ant2と、第二のアンテナ端子Ant2から入力された受信信号を増幅して出力端子Rx1-2又はRx2-2に出力する第二の低雑音増幅器回路LNA2とを備える。アンテナ端子Ant2には第二のスイッチ回路SPDT2が接続し、第二の低雑音増幅器回路LNA2と第二のバイパススイッチ回路BypSW2との並列回路を介して第3の分波回路Dip3が接続している。第3の分波回路は低周波側フィルタと高周波側フィルタからなり、低周波側フィルタには順に第5のバンドパスフィルタBPF5及び出力端子Rx1-2が接続し、高周波側フィルタには順に第6のバンドパスフィルタBPF6及び出力端子Rx2-2が接続している。第二のスイッチ回路SPDT2の別の端子に入出力端子TxRxが接続している。
図2に示すように、高周波信号の入力端子及び出力端子(アンテナ端子とともにRFと表記する)、及び高周波信号処理回路の電源端子Vtx1、Vrx1、Vcc、Vab、Vgb、Vpd、VccL、VbL1、Vby1、Vtx2、Vrx2、VbL2、Vby2を含む端子群が積層基板の裏面に形成されている。電源端子Vtx1、Vrx1、Vcc、Vab、Vgb、Vpd、VbL1、Vby1は図3に示すものと同じであるので、説明を省略する。電源端子Vtx2及びVrx2は第二のスイッチ回路SPDT2を制御する電源端子である。例えばVtx2に3 Vを印加し、Vrx2に0 Vを印加すると、第二のスイッチ回路SPDT2は、第二のアンテナ端子Ant2と高周波信号の入出力端子TxRxとの間を接続するように制御される。またVtx2に0 Vを印加し、Vrx2に3 Vを印加すると、第二のスイッチ回路SPDT2は、第二のアンテナ端子Ant2と高周波信号の出力端子Rx1-2及びRx2-2との間を接続するように制御される。
電源端子VccLは、第一の低雑音増幅器回路LNA1と第二の低雑音増幅器回路LNA2に共通の供給電源端子である。電源端子VbL2は、第二の低雑音増幅器回路LNA2のON/OFFを制御する電源端子と第二のバイパススイッチ回路BypSW2を制御する電源端子に共通の端子である。電源端子Vby2も第二のバイパススイッチ回路BypSW2を制御する電源端子である。例えばVbL2に3 Vを印加し、Vby2に0 Vを印加すると、第二のバイパススイッチ回路BypSW2は、第二の低雑音増幅回路LNA2の入力側と第二のスイッチ回路SPDT2を接続し、第二の低雑音増幅器回路LNA2の出力側と第3の分波回路Dip3を接続するように制御される。この時、VccLに3 Vの電圧が印加されている状態であれば、第二の低雑音増幅器回路LNA2はON状態となり、入力された高周波信号を増幅する。またVbL2に0Vを印加し、Vby2に3 Vを印加すると、第二のバイパススイッチ回路BypSW2は、第二の低雑音増幅回路LNA2を通過せずに第二のスイッチ回路SPDT2と第3の分波回路Dip3を接続するように制御される。この時、VccLに3 Vの電圧が印加されていても、第二の低雑音増幅器回路LNA2の制御電圧端子に接続されるVbL2に0 Vが印加されるので、第二の低雑音増幅回路LNA2はOFF状態である。電源端子をスイッチ回路と低雑音増幅器回路に共用することにより、端子数が低減し、スイッチ回路と低雑音増幅器回路の制御が簡単となる。
電源端子Vrx1、Vtx1、Vrx2、Vtx2、Vcc、Vab、VccL、Vpd、Vby1、VbL1及びVby2に一端が接続した電源ラインlvrx1、lvtx1、lvrx2、lvtx2、lvcc、lvab、lvccL、lvpd1、lvby1、lvbL1及びlvby2は、一つの誘電体層DL1に形成されて電源ライン層をなしている。積層基板の裏面には積層方向に電源ラインの少なくとも一部と重なる第一のグランド電極GND1が配置され、誘電体層DL1より上の誘電体層DL2(積層方向裏面と反対側)には積層方向に電源ラインの少なくとも一部と重なる第二のグランド電極GND2が配置されている。スイッチ回路SPDT1,SPDT2、高周波増幅器回路PA1,PA2、低雑音増幅器回路LNA1,LNA2等の高周波信号処理回路は、誘電体層DL3より上の層(第二のグランド電極GND2を挟んで電源ライン層と反対側)に配置されている。
第一及び第二の低雑音増幅器回路LNA1,LNA2は、電源端子VccLに接続した電源ラインlvccLを共用しているので、電源ライン数の低減による高周波部品の小型化と、干渉抑制に寄与している。第一の低雑音増幅器回路LNA1と第一のバイパススイッチ回路BypSW1は、電源端子VbL1に接続した電源ラインlvbL1を共用している。共用された電源ラインは電源ライン層又は第二のグランド電極より上の層で分岐しても良い。図2及び4に示す実施形態では、低雑音増幅器回路と電源端子を共用するスイッチ回路がバイパススイッチ回路であるが、アンテナ端子Ant1に接続して送受信を切り替えるスイッチ回路SPDT1と低雑音増幅器回路LNA1が電源端子を共用しても良い。同様にアンテナ端子Ant2に接続して送受信を切り替えるスイッチ回路SPDT2と低雑音増幅器回路LNA2が電源端子を共用しても良い。
電源端子Vrx1等に一端が接続した電源ラインlvrx1等は、電源ライン層で屈曲しながら電源端子から遠ざかり、他端は上記電源端子から離隔したビア電極を介して上層の高周波信号処理回路と接続する。図1に示す実施形態と同様に、増幅回路の電源端子とスイッチ回路の電源端子の一部VccL、Vrx1、Vtx1、Vrx2、Vtx2、Vcc及びVabは隣接している。また電源端子群は矩形の裏面の対向辺(図2では上下の辺)に配置されている。これにより、入力端子、出力端子及びアンテナ端子等の高周波信号端子を他の対向辺(図2では左右の辺)にまとめて配置することができ、電源端子群と高周波信号端子との干渉が抑制される。
誘電体層DL1上では、異なるスイッチ回路の電源ラインlvtx1,lvrx2の間等に、ビア電極(小さい丸で示す)が配置されている。ビア電極は第一及び第二のグランド電極GND1,GND2に接続しており、増幅回路の電源ラインとスイッチ回路の電源ラインとの間の干渉を抑制する。電源ライン及び電源端子の配置の効果は図1に示す実施形態と同じである。
図2及び4に示す実施形態では、高周波増幅器回路、低雑音増幅器回路及びスイッチ回路に接続する11種(11本)の電源ラインが電源ライン層を構成する。一部の電源ラインは裏面の一辺の長さの半分以上も延在する。電源ライン層により、多数の電源ラインの配線の自由度を確保している。図1の場合と同様に、複数の電源ラインは、電源ライン層を対角線で四分割してなる三角形状領域の二つ以上に跨がる。具体的には、電源ラインlvrx1は三つの三角形状領域に跨がり、電源ラインlvtx1、lvrx2、lvtx2、lvccL及びlvpd1は二つの三角形状領域に跨がる。
図5は本発明の参考形態による高周波部品を示す。この高周波部品は、図１及び図3に示す実施形態と同じ高周波回路を有する一送信一受信型のデュアルバンド無線LANフロントエンドモジュールである。図5は下側の3層に形成された電極パターン及び裏面に形成された端子を示す。裏面の端子は、積層方向上から見たときの配置である。
電源端子Vrx1、Vtx1、Vcc、Vab、Vgb、VccL及びVbL1、並びに検波出力端子Vpdに一端が接続した電源ラインlvrx1、lvtx1、lvcc、lvab、lvgb、lvccL及びlvbL1、並びに直流信号ラインlvpdは、一つの誘電体層DL1に形成されて電源ライン層をなしている。図1の場合と同様に、複数の電源ラインは、電源ライン層を対角線で四分割してなる三角形状領域の二つ以上に跨がる。具体的には、電源ラインlvbL1は三つの領域に跨がり、電源ラインlvab、lvgb及びlvtx1は二つの領域に跨がる。
図5に示す参考形態は、電源ライン層に高周波信号の入力端子又は出力端子に接続した信号ライン1btx、1brx及び1arxが形成されている点で、第一の実施形態と異なる。これらの信号ラインは積層方向に第一のグランド電極GND1とは重ならない領域に形成されている。この構成では、電源ラインの他端が集中する領域(第一のグランド電極GND1と重なる)から信号ラインが離れているので、信号ラインと電源ラインとの干渉を防ぐことができる。しかし、信号ラインと電源ラインとの干渉を確実に防ぐには、電源ライン層に電源ラインのみ形成する方が有利である。
本発明の高周波部品は、積層基板(セラミック積層基板を用いた部品)により構成される。例えば1000℃以下の低温で焼結可能なセラミック誘電体材料LTCC(Low-Temperature-Co-Fired Ceramics)からなる厚さ10〜200μmの各グリーンシートに、低抵抗率のAg,Cu等の導電ペーストを印刷して、上記高周波回路を構成する電極パターンを形成し、それらを一体的に積層し、焼結することにより製造することができる。セラミック誘電体材料としては、例えば(a) Al、Si及びSrを主成分とし、Ti、Bi、Cu、Mn、Na、K等を副成分とする組成、(b) Al、Si及びSrを主成分とし、Ca、Pb、Na、K等を副成分とする組成、(c) Al、Mg、Si及びGdを含む組成、又は(d) Al、Si、Zr及びMgを含む組成を有するのが好ましい。セラミック誘電体の誘電率は5〜15程度が好ましい。セラミック誘電体材料の他に、樹脂又は樹脂/セラミック誘電体粉末の複合材を用いても良い。HTCC(高温同時焼成セラミック)技術により、アルミナを主体とするセラミック誘電体材料からなる基板に、タングステン、モリブデン等の高温焼結可能な金属パターンを形成し、一体的に焼結することができる。
セラミック積層基板でフロントエンドモジュール等の高周波部品を構成する場合、各層にインダクタンス素子、容量素子、電源ライン及びグランド電極用の電極パターン、並びにビア電極を形成する。主に分波回路、バンドパスフィルタ回路、ローパスフィルタ回路、平衡-不平衡変換回路をセラミック積層基板の内部に構成する。またセラミック積層基板の上面に、単極双投型スイッチ(SPDTスイッチ又はダイオードスイッチ)、高周波増幅器回路PA、低雑音増幅器回路LNA用の半導体素子、チップコンデンサ、チップ抵抗、チップインダクタ等を搭載し、ワイヤボンド、LGA、BGA等でセラミック積層基板内の電極パターンに接続する。
Agの電極パターンを形成した複数のセラミックスグリーンシートを積層一体化し、約900℃で焼成して積層基板を作製し、その積層基板の上にスイッチ回路用半導体素子、高周波増幅器回路用半導体素子、低雑音増幅器用半導体素子、チップコンデンサ、チップ抵抗及びチップインダクタを搭載し、図1に示す実施形態の高周波部品(7 mm×7 mm×1.4 mmの寸法を有する)を得た。この高周波部品は、電源ライン層を設けずに電源ラインを配線した高周波部品に比べて、25%小型化された。また電源ラインとRF回路の干渉が少なくなり、フロントエンドモジュールの特性が向上した。
本発明の高周波部品は、多くの信号ライン及び電源ラインを必要するMIMO(Mu1ti-Input, Mu1ti-Output)型の無線通信装置に好適である。MIMO型は一送信二受信型のようなSIMO(Sing1e-Input, Mu1ti-Output)型を含む。上記高周波部品は通信装置の小型化及び低コスト化に寄与する。また上記高周波部品は、無線通信機能を備えた携帯機器、パーソナルコンピュータ等に広く用いることができる。
Claims (11)
- 導体パターンを有する複数の誘電体層からなる矩形の積層基板に高周波信号処理回路を設けた高周波部品であって、
前記高周波信号処理回路は増幅回路及びスイッチ回路を有し、
前記スイッチ回路は、アンテナ端子と前記高周波信号の入力端子又は出力端子との接続を切り替え、
前記入力端子、前記出力端子、前記アンテナ端子、前記増幅回路の電源端子及び前記スイッチ回路の電源端子を含む端子群が前記積層基板の一方の主面の外縁に沿って形成されており、
前記増幅回路の電源端子及び前記スイッチ回路の電源端子は前記一方の主面の対向する２辺に配置されており、
前記入力端子、前記出力端子及び前記アンテナ端子は他の対向する２辺に配置されていることを特徴とする高周波部品。 - 導体パターンを有する複数の誘電体層からなる矩形の積層基板に高周波信号処理回路を設けた高周波部品であって、
前記高周波信号処理回路は増幅回路及びスイッチ回路を有し、
前記スイッチ回路は、アンテナ端子と前記高周波信号の入力端子又は出力端子との接続を切り替え、
前記入力端子、前記出力端子、前記アンテナ端子、前記増幅回路の電源端子及び前記スイッチ回路の電源端子を含む端子群が前記積層基板の一方の主面の外縁に沿って形成されており、
前記増幅回路の電源端子及び前記スイッチ回路の電源端子は前記一方の主面の対向する２辺に配置されており、
前記入力端子、前記出力端子及び前記アンテナ端子は、前記対向する２辺の端部と、他の対向する２辺とに配置されており、
前記入力端子、前記出力端子及び前記アンテナ端子のうち前記対向する２辺の端部に配置された端子に隣接してダミー端子又はグランド端子が配置されており、もって前記対向する２辺の端部に配置された端子と前記電源端子とは前記ダミー端子又は前記グランド端子を介して配置されていることを特徴とする高周波部品。 - 請求項１又は２に記載の高周波部品において、
前記増幅回路は、前記入力端子に入力された送信信号を増幅する高周波増幅器回路及び前記アンテナ端子から入力された受信信号を増幅する低雑音増幅器回路を有し、
前記高周波増幅器回路の電源端子と前記低雑音増幅器回路の電源端子とは互いに隣接していないことを特徴とする高周波部品。 - 請求項３に記載の高周波部品において、
前記スイッチ回路と前記入力端子の間に検波回路が配置され、
前記スイッチ回路と前記出力端子の間にバイパススイッチ回路が配置され、
前記送信信号が流れる経路に配置された前記高周波増幅器回路及び前記検波回路の電源端子と、前記受信信号が流れる経路に配置された前記低雑音増幅器回路及び前記バイパススイッチ回路の電源端子とは互いに隣接していないことを特徴とする高周波部品。 - 請求項４に記載の高周波部品において、
前記スイッチ回路に接続される２つの電源端子は互いに隣接しており、前記バイパススイッチ回路に接続される２つの電源端子は互いに隣接していることを特徴とする高周波部品。 - 請求項３〜５のいずれかに記載の高周波部品において、
１つの電源端子が前記スイッチ回路と前記低雑音増幅器回路に共用されていることを特徴とする高周波部品。 - 請求項１〜６のいずれかに記載の高周波部品において、複数の増幅回路に共通の電源端子を有することを特徴とする高周波部品。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の高周波部品において、
前記主面の前記端子群の内側に一体の電極で構成された第一のグランド電極が配置されていることを特徴とする高周波部品。 - 請求項８に記載の高周波部品において、
前記増幅回路の電源端子に一端が接続された電源ラインと前記スイッチ回路の電源端子に一端が接続された電源ラインとが一つの誘電体層に形成されて電源ライン層をなし、
前記第一のグランド電極は積層方向に前記電源ラインの少なくとも一部と重なり、
前記電源ライン層に関して前記第一のグランド電極と反対側に第二のグランド電極が配置され、前記第二のグランド電極は積層方向に前記電源ラインの少なくとも一部と重なり、
前記高周波信号処理回路は前記第二のグランド電極に関して前記電源ライン層と反対側に配置されていることを特徴とする高周波部品。 - 請求項９に記載の高周波部品において、
前記一方の主面は前記電源ライン層の裏面に形成されており、前記電源ライン層と前記第二のグランド電極が形成された層とが互いに隣接していることを特徴とする高周波部品。 - 請求項１〜１０のいずれかに記載の高周波部品を具備することを特徴とする通信装置。
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