JP6460046B2 - スイッチモジュール、フロントエンドモジュールおよびスイッチモジュールの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信に用いられるスイッチモジュール、フロントエンドモジュールおよびスイッチモジュールの駆動方法に関する。

携帯電話は、国際ローミングおよび通信速度の向上などに対応すべく、１つの端末で複数の周波数および無線方式に対応することが求められている（マルチバンド化およびマルチモード化）。

特許文献１には、１つの共通端子と２以上の選択端子とを同時接続する１入力ｎ出力型のｓＰｎＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ ｎ Ｔｈｒｏｗ）のスイッチと、その後段に接続される可変インピーダンス調整回路と、さらにその後段に接続されるデュプレクサとを含むキャリアアグリゲーション（ＣＡ）対応のフロントエンド回路が開示されている。上記構成によれば、異なる周波数帯域を同時に使用する場合でも、他の回路への信号漏洩を防ぐことができるとしている。

特開２０１４−１７７５０号公報

しかしながら、マルチバンド化およびマルチモード化におけるあらゆる通信環境に対応するためには、ＣＡモードだけでなく、シングルバンドまたはシングルモードを通信として用いる、いわゆる非ＣＡモードの通信品質についても考慮しなければならない。特許文献１に記載されたフロントエンド回路では、ＣＡモードにて同時動作する２つの周波数帯域間でのインピーダンスを調整しており、非ＣＡモードにおけるインピーダンス調整については言及されていない。つまり、ＣＡモードで動作する場合の非ＣＡモード用の信号経路のインピーダンス調整、および、非ＣＡモードで動作する場合のＣＡモード用の信号経路のインピーダンス調整はなされていない。特に、ＣＡ対応のフロントエンド回路において非ＣＡモード動作させる場合、複数の信号経路がスイッチに接続されているため、スイッチ内部の寄生成分などによりインピーダンス不整合が発生し易い。このため、信号の損失が大きくなり、通過特性が劣化するという問題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、ＣＡモードおよび非ＣＡモードを選択可能なシステムにおいて信号の伝搬損失を低減できるスイッチモジュール、フロントエンドモジュールおよびスイッチモジュールの駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るスイッチモジュールは、無線通信用の第１周波数帯域と、当該第１周波数帯域と周波数帯域が異なる無線通信用の第２周波数帯域とを同時に用いるキャリアアグリゲーション（ＣＡ）モードと、前記第１周波数帯域および前記第２周波数帯域の一方のみを用いる非ＣＡモードとを選択することが可能なスイッチモジュールであって、前記第１周波数帯域の信号を伝搬させる第１信号経路と、前記第２周波数帯域の信号を伝搬させる第２信号経路と、前記第１周波数帯域の信号と前記第２周波数帯域の信号とを同時に伝搬させる第３信号経路と、アンテナ素子に接続された共通端子、前記第１信号経路の一端と接続された第１選択端子、前記第２信号経路の一端と接続された第２選択端子、および前記第３信号経路の一端と接続された第３選択端子を有し、前記共通端子と前記第１選択端子、前記第２選択端子および前記第３選択端子のいずれか１つとの接続を排他的に切り替えるスイッチ回路とを備え、前記スイッチ回路は、前記第１選択端子と接地端子との間に配置された第１可変整合回路、前記第２選択端子と接地端子との間に配置された第２可変整合回路、および前記第３選択端子と接地端子との間に配置された第３可変整合回路を含み、前記スイッチモジュールは、さらに、前記非ＣＡモードが選択された場合には、前記第３可変整合回路を可変調整する、または、前記ＣＡモードが選択された場合には、前記第１可変整合回路および前記第２可変整合回路の少なくとも一方を可変調整する可変調整部を備える。

これによれば、ＣＡモードと非ＣＡモードとで個別の信号経路を有する構成において、可変調整部は、無線通信に使用されている信号経路のインピーダンスを調整するだけでなく、無線通信に使用されていない信号経路のインピーダンスを調整する。よって、無線通信に使用されている信号経路と使用されていない信号経路との間のアイソレーションを向上させるとともに、無線通信に使用されている信号経路のインピーダンス不整合を抑制できる。

また、前記可変調整部は、前記非ＣＡモードのうち前記第１周波数帯域が選択された場合における前記第３可変整合回路のインピーダンスと、前記非ＣＡモードのうち前記第２周波数帯域が選択された場合における前記第３可変整合回路のインピーダンスとを異ならせてもよい。

これにより、非ＣＡモードが選択された場合であっても、選択される周波数帯域が異なる場合には、ＣＡモードで使用される信号経路のインピーダンスを異ならせる。よって、特に、非ＣＡモードにおけるインピーダンス整合を、選択される周波数帯域に応じて高精度に調整することが可能となる。

また、前記スイッチ回路は、さらに、前記第１選択端子と前記共通端子との導通および非導通を切り替える第１スイッチ素子と、前記第２選択端子と前記共通端子との導通および非導通を切り替える第２スイッチ素子と、前記第３選択端子と前記共通端子との導通および非導通を切り替える第３スイッチ素子とを備え、前記第３可変整合回路は、前記第３選択端子と接地端子との導通および非導通を切り替える第３シャントスイッチ素子であり、前記可変調整部は、前記非ＣＡモードのうち前記第１周波数帯域が選択された場合には、前記第３シャントスイッチ素子を非導通状態にし、前記非ＣＡモードのうち前記第２周波数帯域が選択された場合には、前記第３シャントスイッチ素子を導通状態としてもよい。

また、前記第２周波数帯域は、前記第１周波数帯域よりも高周波側に割り当てられた周波数帯域であってもよい。

これにより、非ＣＡモードのうち第２周波数帯域が選択された場合には、第３信号経路が第３シャントスイッチ素子によりシャントされるので、第３信号経路の一端側はショート状態となる。一方、非ＣＡモードのうち第１周波数帯域が選択された場合には、第３シャントスイッチ素子が非導通状態であるので、第３信号経路の一端側はオープン状態となる。これにより、使用している信号の通過帯域に応じて、使用されていない第３信号経路のインピーダンスを調整するので、第３信号経路との間のアイソレーションを向上させるとともに、無線通信に使用されている第１信号経路および第２信号経路のインピーダンス不整合を抑制できる。

また、前記第３信号経路は、前記第１周波数帯域を選択的に通過させる第１経路、および、前記第２周波数帯域を選択的に通過させる第２経路とを有し、前記第３信号経路の一端は、前記第１経路の一端と前記第２経路の一端とが接続された箇所であり、さらに、前記第１経路の他端と前記第１信号経路との導通および非導通を切り替える第４スイッチ素子と、前記第２経路の他端と前記第２信号経路との導通および非導通を切り替える第５スイッチ素子とを備え、前記可変調整部は、前記非ＣＡモードのうち前記第１周波数帯域が選択された場合には、前記第４スイッチ素子を非導通状態とし、前記非ＣＡモードのうち前記第２周波数帯域が選択された場合には、前記第５スイッチ素子を非導通状態としてもよい。

これにより、非ＣＡモードのうち第１周波数帯域が選択された場合には、第１信号経路に対して、容量性となる第４スイッチ素子を介し、第３信号経路の第１経路が負荷インピーダンスとなる。また、非ＣＡモードのうち第２周波数帯域が選択された場合には、第２信号経路に対して、容量性となる第５スイッチ素子を介し、第３信号経路の第２経路が負荷インピーダンスとなる。この場合、使用している信号の通過帯域に応じて、使用されていないが負荷となる第３信号経路のインピーダンスを調整しているので、第３信号経路との間のアイソレーションを向上させるとともに、無線通信に使用されている第１信号経路および第２信号経路のインピーダンス不整合を高度に抑制できる。

また、本発明の一態様は、上記のような特徴的な構成を備えたスイッチモジュールと、第１信号経路の他端、または、第２信号経路の他端に接続されたデュプレクサ素子とを備えるフロントエンドモジュールであってもよい。

さらに、デュプレクサ素子の送信側端子に接続されたパワーアンプ素子を備えてもよい。

さらに、デュプレクサ素子の受信側端子に接続された低雑音アンプ素子を備えてもよい。

これにより、ＣＡモードおよび非ＣＡモードを選択可能なシステムにおいて信号の伝搬損失を低減できるフロントエンドモジュールを提供できる。

また、本発明の一態様は、上記のような特徴的な構成を備えたスイッチモジュールまたはフロントエンドモジュールだけでなく、上記のような特徴的な構成をステップとしたスイッチモジュールの駆動方法であってもよい。

これにより、ＣＡモードおよび非ＣＡモードを選択可能なスイッチモジュールにおいて信号の伝搬損失を低減できる。

本発明に係るスイッチモジュールによれば、ＣＡモードおよび非ＣＡモードを選択可能なシステムにおいて、信号の伝搬損失を低減できる。

実施の形態に係るフロントエンドモジュールおよび周辺回路の回路構成図である。 実施の形態に係るスイッチモジュールにおいてＣＡモードが選択された場合の回路状態図である。 実施の形態に係るスイッチモジュールにおいて非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合の回路状態図である。 実施の形態に係るスイッチモジュールにおいて非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合の回路状態図である。 実施の形態に係るスイッチ回路の回路構成図である。 実施の形態に係るＣＡスイッチ回路の回路構成図である。 実施の形態に係るＣＡスイッチ回路の回路構成図である。 実施の形態に係るスイッチモジュールにおいて非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合の回路状態および等価回路を示す図である。 実施の形態に係るスイッチモジュールにおいて非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合の回路状態および等価回路を示す図である。 非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合の第３信号経路から第３選択端子を見た場合のインピーダンス状態を示すスミスチャートである。 非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合の第３信号経路から第３選択端子を見た場合のインピーダンス状態を示すスミスチャートである。 非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択され第３シャントスイッチ素子が導通状態である場合の第１信号経路の通過特性を示す図である。 非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択され第３シャントスイッチ素子が非導通状態である場合の第１信号経路の通過特性を示す図である。 非ＣＡモード（ハイバンド）が選択され第３シャントスイッチ素子が導通状態である場合の第２信号経路の通過特性を示す図である。 非ＣＡモード（ハイバンド）が選択され第３シャントスイッチ素子が非導通状態である場合の第２信号経路の通過特性を示す図である。 実施の形態の変形例に係るスイッチ回路の回路構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例およびその図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。

（実施の形態）
［１．１ フロントエンドモジュールの回路構成］
図１は、実施の形態に係るフロントエンドモジュール１および周辺回路の回路構成図である。同図には、実施の形態１に係るフロントエンドモジュール１と、アンテナ素子２と、ＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）３とが示されている。フロントエンドモジュール１、アンテナ素子２、およびＲＦ信号処理回路３は、例えば、マルチモード／マルチバンド対応の携帯電話のフロントエンド部に配置される。

フロントエンドモジュール１は、ローパスフィルタ１１と、スイッチモジュール１０と、デュプレクサ１２Ｍおよび１２Ｈと、低雑音アンプ１３Ｍおよび１３Ｈと、パワーアンプ１４Ｍおよび１４Ｈとを備える。

上記構成により、フロントエンドモジュール１は、キャリアアグリゲーション（ＣＡ：Ｃａｒｒｉｅｒ Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）モードおよび非ＣＡモードを択一的に選択することが可能な無線通信用の高周波フロントエンド回路として機能する。

［１．２ スイッチモジュールの回路構成］
スイッチモジュール１０は、複数の周波数帯域から選択された１以上の周波数帯域の信号を伝搬する信号経路とアンテナ素子２との接続を切り替える高周波スイッチモジュールである。スイッチモジュール１０には、マルチモード／マルチバンドに対応すべく、複数の周波数帯域を搬送波として無線信号を送受信するための信号経路が複数設けられている。スイッチモジュール１０は、スイッチ回路２０と、第１信号経路２３Ｍと、第２信号経路２３Ｈと、第３信号経路２３Ｂと、ローパスフィルタ２１Ｍと、ハイパスフィルタ２１Ｈと、ＣＡスイッチ回路２２Ｍおよび２２Ｈと、可変調整部２５とを備える。

第１信号経路２３Ｍは、第１周波数帯域の周波数分割複信（ＦＤＤ）信号を選択的に伝搬させる。第１周波数帯域は、例えば、ＬＴＥ規格のＢａｎｄ４（送信帯域：１７１０−１７５５ＭＨｚ、受信帯域：２１１０−２１５５ＭＨｚ）が例示される。

第２信号経路２３Ｈは、第１周波数帯域よりも高周波側である第２周波数帯域のＦＤＤ信号を選択的に伝搬させる。第２周波数帯域は、例えば、ＬＴＥ規格のＢａｎｄ７（送信帯域：２５００−２５７０ＭＨｚ、受信帯域：２６２０−２６９０ＭＨｚ）が例示される。

第３信号経路２３Ｂは、第１周波数帯域のＦＤＤ信号および第２周波数帯域のＦＤＤ信号を同時に伝搬させる。第３信号経路２３Ｂは、第１周波数帯域のＦＤＤ信号を選択的に伝搬させる第１経路２３Ｂ１と、第２周波数帯域のＦＤＤ信号を選択的に伝搬させる第２経路２３Ｂ２とを有している。第１経路２３Ｂ１には、ローパスフィルタ２１ＭおよびＣＡスイッチ回路２２Ｍが配置され、第２経路２３Ｂ２には、ハイパスフィルタ２１ＨおよびＣＡスイッチ回路２２Ｈが配置されている。

なお、第１信号経路２３Ｍ、第２信号経路２３Ｈおよび第３信号経路２３Ｂを伝搬させる信号は、ＦＤＤ方式に限られず他の分割複信方式であってもよい。この場合には、第１信号経路２３Ｍおよび第２信号経路２３Ｈに接続されるデュプレクサ１２Ｍおよび１２Ｈは、高周波スイッチなどであってもよい。

スイッチ回路２０は、ローパスフィルタ１１を介してアンテナ素子２に接続された共通端子２０ｃ、第１信号経路２３Ｍの一端と接続された第１選択端子２０ｓ１、第２信号経路２３Ｈの一端と接続された第２選択端子２０ｓ２、および第３信号経路２３Ｂの一端と接続された第３選択端子２０ｓ３を有する。スイッチ回路２０は、共通端子２０ｃと第１選択端子２０ｓ１、第２選択端子２０ｓ２、および第３選択端子２０ｓ３のいずれか１つとの接続を排他的に切り替えることにより、アンテナ素子２と第１信号経路２３Ｍ、第２信号経路２３Ｈ、および第３信号経路２３Ｂのうちの１つとの接続を切り替える。

なお、第３選択端子２０ｓ３は、第３信号経路２３Ｂの一端と接続されているが、より具体的には、第３選択端子２０ｓ３は、第１経路２３Ｂ１の一端および第２経路２３Ｂ２の一端と接続されている。また、第１経路２３Ｂ１の他端は、ＣＡスイッチ回路２２Ｍを介して第１信号経路２３Ｍと接続されている。また、第２経路２３Ｂ２の他端は、ＣＡスイッチ回路２２Ｈを介して第２信号経路２３Ｈと接続されている。

可変調整部２５は、ＣＡモードおよび非ＣＡモードの選択情報に基づいて、スイッチ回路２０、ＣＡスイッチ回路２２ＭおよびＣＡスイッチ回路２２Ｈの回路状態を調整する制御部である。可変調整部２５は、例えば、フロントエンドモジュール１に後続するＲＦ信号処理回路３、または、スイッチ回路２０から上記選択情報を取得することが可能である。可変調整部２５の動作については、後述する。

ここで、本実施の形態に係るフロントエンドモジュール１は、通信品質の向上を目的として、異なる周波数帯域を同時に使用する、いわゆるキャリアアグリゲーション（ＣＡ）方式が採用される。ただし、ＣＡ方式が採用されるシステムでは、電波利用状況により、１つの周波数帯域のみを選択して使用する非ＣＡモードと、異なる周波数帯域を同時に使用するＣＡモードとが設定されている。

図２Ａは、実施の形態に係るスイッチモジュール１０においてＣＡモードが選択された場合の回路状態図である。同図に示すように、本実施の形態に係るスイッチモジュール１０においてＣＡモードが選択された場合には、スイッチ回路２０により、第３信号経路２３Ｂがアンテナ素子２と接続される。一方、第１信号経路２３Ｍおよび第２信号経路２３Ｈは、アンテナ素子２と非接続となっている。この接続態様により、ＣＡモードでは、第１周波数帯域の信号が第１経路２３Ｂ１を伝搬し、これと同時に、第２周波数帯域の信号が第２経路２３Ｂ２を伝搬する。

図２Ｂは、実施の形態に係るスイッチモジュール１０において非ＣＡモードの第１周波数帯域（ミドルバンド）が選択された場合の回路状態図である。同図に示すように、本実施の形態に係るスイッチモジュール１０において非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合には、スイッチ回路２０により、第１信号経路２３Ｍがアンテナ素子２と接続される。一方、第２信号経路２３Ｈおよび第３信号経路２３Ｂは、アンテナ素子２と非接続となっている。この接続態様により、非ＣＡモード（ミドルバンド）では、第１周波数帯域の信号が第１信号経路２３Ｍを伝搬する。

図２Ｃは、実施の形態に係るスイッチモジュール１０において非ＣＡモードの第２周波数帯域（ハイバンド）が選択された場合の回路状態図である。同図に示すように、本実施の形態に係るスイッチモジュール１０において非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合には、スイッチ回路２０により、第２信号経路２３Ｈがアンテナ素子２と接続される。一方、第１信号経路２３Ｍおよび第３信号経路２３Ｂは、アンテナ素子２と非接続となっている。この接続態様により、非ＣＡモード（ハイバンド）では、第２周波数帯域の信号が第２信号経路２３Ｈを伝搬する。

［１．３ スイッチ素子の回路構成］
ここで、本実施の形態に係るスイッチ回路２０、ならびに、ＣＡスイッチ回路２２Ｍおよび２２Ｈの回路構成について説明する。

図３Ａは、実施の形態に係るスイッチ回路２０の回路構成図である。同図に示すように、スイッチ回路２０は、６つのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２０１Ｍ、２０１Ｂ、２０１Ｈ、２０２Ｍ、２０２Ｂおよび２０２Ｈで構成されている。上記各ＦＥＴは、ゲートに供給される制御信号により、ソース−ドレイン間が導通状態または非導通状態へと遷移する。

なお、可変調整部２５は、上記６つのＦＥＴのゲートに制御信号を供給することにより、スイッチ回路２０の回路状態を調整する。

ＦＥＴ２０１Ｍおよび２０２Ｍは、第１信号経路２３Ｍとアンテナ素子２との接続状態を可変させるスイッチ素子である。ＦＥＴ２０１Ｍは、共通端子２０ｃと第１選択端子２０ｓ１との導通および非導通を切り替える第１スイッチ素子であり、ＦＥＴ２０２Ｍは、第１選択端子２０ｓ１と接地端子との導通および非導通を切り替える第１シャントスイッチ素子である。

ＦＥＴ２０１Ｈおよび２０２Ｈは、第２信号経路２３Ｈとアンテナ素子２との接続状態を可変させるスイッチ素子である。ＦＥＴ２０１Ｈは、共通端子２０ｃと第２選択端子２０ｓ２との導通および非導通を切り替える第２スイッチ素子であり、ＦＥＴ２０２Ｈは、第２選択端子２０ｓ２と接地端子との導通および非導通を切り替える第２シャントスイッチ素子である。

ＦＥＴ２０１Ｂおよび２０２Ｂは、第３信号経路２３Ｂとアンテナ素子２との接続状態を可変させるスイッチ素子である。ＦＥＴ２０１Ｂは、共通端子２０ｃと第３選択端子２０ｓ３との導通および非導通を切り替える第３スイッチ素子であり、ＦＥＴ２０２Ｂは、第３選択端子２０ｓ３と接地端子との導通および非導通を切り替える第３シャントスイッチ素子である。

なお、第１スイッチ素子、第２スイッチ素子、及び第３スイッチ素子は、共通端子と第１選択端子、第２選択端子及び第３選択端子との間にそれぞれシリーズ接続されているシリーズスイッチ素子である。

スイッチ回路２０の上記構成において、例えば、共通端子２０ｃと第１選択端子２０ｓ１とを接続する場合、つまり、非ＣＡモードの第１信号経路２３Ｍを選択する場合、ＦＥＴ２０１Ｍを導通状態とし、ＦＥＴ２０２Ｍを非導通状態とする。また、ＦＥＴ２０１Ｂおよび２０１Ｈを非導通状態とする。このため、共通端子２０ｃから見て第２信号経路および第３信号経路はオープン状態となる。これにより、共通端子２０ｃと第２選択端子２０ｓ２とのアイソレーション、共通端子２０ｃと第３選択端子２０ｓ３とのアイソレーションが所定のレベルに確保される。また、共通端子２０ｃと第２選択端子２０ｓ２とを接続する場合、および、共通端子２０ｃと第３選択端子２０ｓ３とを接続する場合においても、上述した場合と同様にしてＦＥＴの導通状態を設定することが可能となる。

図３Ｂは、実施の形態に係るＣＡスイッチ回路２２Ｍの回路構成図である。同図に示すように、ＣＡスイッチ回路２２Ｍは、ＦＥＴ２２１Ｍで構成されている。ＦＥＴ２２１Ｍは、ゲートに供給される制御信号により、ソース−ドレイン間が導通状態または非導通状態へと遷移する。ＣＡスイッチ回路２２Ｍは、ＣＡモードで選択される第３信号経路２３Ｂの第１経路２３Ｂ１に配置され、第１経路２３Ｂ１の他端と第１信号経路２３Ｍとの導通および非導通を切り替える第４スイッチ素子である。

図３Ｃは、実施の形態に係るＣＡスイッチ回路２２Ｈの回路構成図である。同図に示すように、ＣＡスイッチ回路２２Ｈは、ＦＥＴ２２１Ｈで構成されている。ＦＥＴ２２１Ｈは、ゲートに供給される制御信号により、ソース−ドレイン間が導通状態または非導通状態へと遷移する。ＣＡスイッチ回路２２Ｈは、ＣＡモードで選択される第３信号経路２３Ｂの第２経路２３Ｂ２に配置され、第２経路２３Ｂ２の他端と第２信号経路２３Ｈとの導通および非導通を切り替える第５スイッチ素子である。

なお、可変調整部２５は、ＦＥＴ２２１ＭおよびＦＥＴ２２１Ｈのゲートに制御信号を供給することにより、ＣＡスイッチ回路２２ＭおよびＣＡスイッチ回路２２Ｈの回路状態を調整する。

以下、上述した構成を有するスイッチモジュール１０の回路状態の遷移について詳細に説明する。

［１．４ 非ＣＡモード（ミドルバンド）選択時のスイッチモジュールの回路状態］
図４は、実施の形態に係るスイッチモジュールにおいて非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合の回路状態および等価回路を示す図である。なお、図４に示された回路では、可変調整部２５、第２経路２３Ｂ２および第２信号経路２３Ｈの表示を省略している。

図４の上段に示すように、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合、可変調整部２５（図示せず）は、スイッチ回路２０のＦＥＴ２０１Ｍを導通状態（ＯＮ）とし、ＦＥＴ２０２Ｍを非導通状態（ＯＦＦ）とする。これにより、アンテナ素子２と第１信号経路２３Ｍとが接続される。さらに、可変調整部２５は、スイッチ回路２０のＦＥＴ２０１Ｂを非導通状態（ＯＦＦ）とし、ＦＥＴ２０２Ｂを非導通状態（ＯＦＦ）とする。これにより、アンテナ素子２と第３信号経路２３Ｂとが非接続となる。また、可変調整部２５は、ＣＡスイッチ回路２２Ｍを非導通状態（ＯＦＦ）とする。これにより、第１信号経路２３Ｍと第１経路２３Ｂ１とが非接続となる。また、可変調整部２５は、ＦＥＴ２０１Ｈを非導通状態（ＯＦＦ）とする（図示せず）。これにより、アンテナ素子２と第２信号経路２３Ｈとが非接続となる。

図４の下段には、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合の等価回路が示されている。ＦＥＴ２０１ＢおよびＦＥＴ２２１Ｍが非導通状態となっているため、第３信号経路２３Ｂと第１信号経路２３Ｍとは、直流的に遮断された状態となっている。しかし、非導通状態のＦＥＴ２０１ＢおよびＦＥＴ２２１Ｍは、等価回路としては容量とみなされるため、第３信号経路２３Ｂと第１信号経路２３Ｍとは、高周波的には容量を介して接続された状態となっている。この場合、第１信号経路２３Ｍにおける第１周波数帯域の信号通過特性は、ＦＥＴ２２１Ｍを介して接続される第３信号経路２３Ｂのインピーダンスの影響を受ける。

図６Ａは、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合の第３信号経路２３Ｂから第３選択端子２０ｓ３を見た場合のインピーダンス状態を示すスミスチャートである。同図に示すように、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合では、ＦＥＴ２０１ＢおよびＦＥＴ２０２Ｂは非導通状態となっているため、第３信号経路２３Ｂから第３選択端子２０ｓ３を見た場合の、第１周波数帯域におけるインピーダンスは、∞（無限大）に近い（オープン）状態となっている。

図７Ａは、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択されＦＥＴ２０２Ｂが導通状態である場合の第１信号経路２３Ｍの通過特性を示す図である。また、図７Ｂは、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択されＦＥＴ２０２Ｂが非導通状態である場合の第１信号経路２３Ｍの通過特性を示す図である。なお、図７Ａおよび図７Ｂに示された縦軸は、アンテナ素子２とローパスフィルタ１１との接続端子から第１信号経路２３Ｍの他端までの第１信号経路２３Ｍにおける挿入損失を表している。

図７Ａにおいて、ＦＥＴ２０２Ｂが導通状態である場合には、第１周波数帯域（２ＧＨｚ近辺）において、挿入損失を悪化させるノッチが観察される。これに対して、図７Ｂのように、ＦＥＴ２０２Ｂが非導通状態である場合には、第１周波数帯域（２ＧＨｚ近辺）において、上記ノッチが消失している。つまり、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択される場合には、ＦＥＴ２０２Ｂを非導通状態とすることにより、第１信号経路２３Ｍにおける第１周波数帯域（ミドルバンド）の通過特性が良化する。

［１．５ 非ＣＡモード（ハイバンド）選択時のスイッチモジュールの回路状態］
図５は、実施の形態に係るスイッチモジュールにおいて非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合の回路状態および等価回路を示す図である。なお、図５に示された回路では、可変調整部２５、第１経路２３Ｂ１および第１信号経路２３Ｍの表示を省略している。

図５の上段に示すように、非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合、可変調整部２５（図示せず）は、スイッチ回路２０のＦＥＴ２０１Ｈを導通状態（ＯＮ）とし、ＦＥＴ２０２Ｈを非導通状態（ＯＦＦ）とする。これにより、アンテナ素子２と第２信号経路２３Ｈとが接続される。さらに、可変調整部２５は、スイッチ回路２０のＦＥＴ２０１Ｂを非導通状態（ＯＦＦ）とし、ＦＥＴ２０２Ｂを導通状態（ＯＮ）とする。これにより、アンテナ素子２と第３信号経路２３Ｂとが非接続となる。また、可変調整部２５は、ＣＡスイッチ回路２２Ｈを非導通状態（ＯＦＦ）とする。これにより、第２信号経路２３Ｈと第２経路２３Ｂ２とが非接続となる。また、可変調整部２５は、ＦＥＴ２０１Ｍを非導通状態（ＯＦＦ）とする（図示せず）。これにより、アンテナ素子２と第１信号経路２３Ｍとが非接続となる。

図５の下段には、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合の等価回路が示されている。ＦＥＴ２０１ＢおよびＦＥＴ２２１Ｈが非導通状態となっているため、第３信号経路２３Ｂと第２信号経路２３Ｈとは、直流的に遮断された状態となっている。しかし、非導通状態のＦＥＴ２０１ＢおよびＦＥＴ２２１Ｈは、等価回路としては容量とみなされるため、第３信号経路２３Ｂと第２信号経路２３Ｈとは、高周波的には容量を介して接続された状態となっている。この場合、第２信号経路２３Ｈにおける第２周波数帯域の信号通過特性は、ＦＥＴ２２１Ｈを介して接続される第３信号経路２３Ｂのインピーダンスの影響を受ける。

図６Ｂは、非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合の第３信号経路２３Ｂから第３選択端子２０ｓ３を見た場合のインピーダンス状態を示すスミスチャートである。同図に示すように、非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合では、ＦＥＴ２０１Ｂは非導通状態でありＦＥＴ２０２Ｂは導通状態となっているため、第３信号経路２３Ｂから第３選択端子２０ｓ３を見た場合の、第２周波数帯域におけるインピーダンスは、０に近い（ショート）状態となっている。

図８Ａは、非ＣＡモード（ハイバンド）が選択されＦＥＴ２０２Ｂが導通状態である場合の第２信号経路２３Ｈの通過特性を示す図である。また、図８Ｂは、非ＣＡモード（ハイバンド）が選択されＦＥＴ２０２Ｂが非導通状態である場合の第２信号経路２３Ｈの通過特性を示す図である。なお、図８Ａおよび図８Ｂに示された縦軸は、アンテナ素子２とローパスフィルタ１１との接続端子から第２信号経路２３Ｈの他端までの第２信号経路２３Ｈにおける挿入損失を表している。

図８Ｂにおいて、ＦＥＴ２０２Ｂが非導通状態である場合には、第２周波数帯域（２．７ＧＨｚ近辺）において、挿入損失を悪化させるノッチが観察される。これに対して、図８Ａのように、ＦＥＴ２０２Ｂが導通状態である場合には、第２周波数帯域（２．７ＧＨｚ近辺）において、上記ノッチが消失している。つまり、非ＣＡモード（ハイバンド）が選択される場合には、ＦＥＴ２０２Ｂを導通状態とすることにより、第２信号経路２３Ｈにおける第２周波数帯域（ハイバンド）の通過特性が良化する。

［１．６ 可変調整部のスイッチ駆動］
上述した非ＣＡモード（ミドルバンド）選択時の第１信号経路２３Ｍにおける第１周波数帯域の通過特性、および、非ＣＡモード（ハイバンド）選択時の第２信号経路２３Ｈにおける第２周波数帯域の通過特性より、可変調整部２５は、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合には、選択されていない第３信号経路２３Ｂの一端に接続されたＦＥＴ２０２Ｂを非導通状態とする。一方、非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合には、選択されていない第３信号経路２３Ｂに接続されたＦＥＴ２０２Ｂを導通状態とする。つまり、非ＣＡモードが選択された場合であっても、選択される周波数帯域が異なる場合には、ＣＡモード用の第３信号経路の回路状態を異ならせる。より具体的には、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合には、第３信号経路２３Ｂの一端をオープン状態にし、非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合には、第３信号経路２３Ｂの一端をショート状態にする。

これにより、使用されていない第３信号経路のインピーダンスが、使用している信号経路の通過帯域に応じて個別に調整されるので、使用中の信号経路と第３信号経路との間のアイソレーションを向上させるとともに、無線通信に使用されている第１信号経路および第２信号経路のインピーダンス不整合を高度に抑制できる。

なお、本実施の形態では、第１経路２３Ｂ１に、第１経路２３Ｂ１の他端と第１信号経路２３Ｍとの導通および非導通を切り替えるＦＥＴ２２１Ｍが配置され、第２経路２３Ｂ２に、第２経路２３Ｂ２の他端と第２信号経路２３Ｈとの導通および非導通を切り替えるＦＥＴ２２１Ｈが配置されている。この構成において、可変調整部２５は、非ＣＡモード（ミドルバンド）が選択された場合には、ＦＥＴ２２１Ｍを非導通状態とし、非ＣＡモード（ハイバンド）が選択された場合には、ＦＥＴ２２１Ｈを非導通状態とする。

非ＣＡモードのうち第１周波数帯域が選択された場合には、第１信号経路２３Ｍに対して、容量性となるＦＥＴ２２１Ｍを介し第１経路２３Ｂ１が負荷インピーダンスとなる。また、非ＣＡモードのうち第２周波数帯域が選択された場合には、第２信号経路に対して、容量性となるＦＥＴ２２１Ｈを介し第２経路２３Ｂ２が負荷インピーダンスとなる。この場合、使用されていないが負荷となる第３信号経路のインピーダンスを、使用している信号の通過帯域に応じて個別に調整しているので、第３信号経路との間のアイソレーションを向上させるとともに、無線通信に使用されている第１信号経路および第２信号経路のインピーダンス不整合を高度に抑制できる。

なお、本実施の形態では、スイッチ回路２０は、各選択端子と接地端子とを接続するＦＥＴ２０２Ｍ、２０２Ｂおよび２０２Ｈを備えるが、各選択端子と接地端子との間に配置される構成は、ＦＥＴに限られない。

図９は、実施の形態の変形例に係るスイッチ回路１２０の回路構成図である。図９に示すように、各選択端子と接地端子との間には、各信号経路から各選択端子を見た場合のインピーダンスを可変させるための可変整合回路が配置されていてもよい。つまり、スイッチ回路２０は、第１選択端子２０ｓ１と接地端子との間に配置された第１可変整合回路３０２Ｍ、第２選択端子２０ｓ２と接地端子との間に配置された第２可変整合回路３０２Ｈ、および第３選択端子２０ｓ３と接地端子との間に配置された第３可変整合回路３０２Ｂを含んでもよい。この場合、スイッチ回路２０は、各信号経路から各選択端子を見た場合の複素インピーダンスを、オープン状態およびショート状態の２状態だけでなく、オープン状態とショート状態との間で細かく調整することが可能となる。

すなわち、可変調整部２５は、非ＣＡモードが選択された場合には、第３可変整合回路を可変調整してもよい。

なお、本発明に係るスイッチモジュールは、非ＣＡモードが選択された場合のインピーダンス整合をとるばかりでなく、ＣＡモードが選択された場合のインピーダンス整合をとる場合にも適用できる。つまり、可変調整部２５は、ＣＡモードが選択された場合には、第１可変整合回路および第２可変整合回路の少なくとも一方を可変調整し、非ＣＡモードが選択された場合には、第３可変整合回路を可変調整する。

これによれば、本実施の形態に係るスイッチモジュール１０のように、ＣＡモードと非ＣＡモードとで個別の信号経路を有する構成において、可変調整部２５は、無線通信に使用されている信号経路のインピーダンスを調整するだけでなく、無線通信に使用されていない信号経路のインピーダンスを調整する。よって、無線通信に使用されている信号経路と使用されていない信号経路との間のアイソレーションを向上させるとともに、無線通信に使用されている信号経路のインピーダンス不整合を抑制できる。

また、可変調整部２５は、非ＣＡモードのうち第１周波数帯域が選択された場合における第３可変整合回路のインピーダンスと、非ＣＡモードのうち第２周波数帯域が選択された場合における第３可変整合回路のインピーダンスとを異ならせてもよい。

これにより、非ＣＡモードが選択された場合であっても、選択される周波数帯域が異なる場合には、ＣＡモードで使用される信号経路のインピーダンスを異ならせる。よって、特に、非ＣＡモードにおけるインピーダンス整合を、選択される周波数帯域に応じて高精度に調整することが可能となる。

（その他の実施の形態など）
以上、本発明の実施の形態に係るスイッチモジュールおよびその駆動方法ついて、実施の形態およびその変形例を挙げて説明したが、本発明のスイッチモジュールおよびその駆動方法は、上記実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。上記実施の形態およびその変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態およびその変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示のスイッチモジュールを内蔵した各種機器も本発明に含まれる。

例えば、本発明の一態様は、上記のような特徴的な構成を備えたスイッチモジュール１０と、第１信号経路２３Ｍの他端、または、第２信号経路２３Ｈの他端に接続されたデュプレクサ１２Ｍまたは１２Ｈとを備えるフロントエンドモジュール１であってもよい。

さらに、フロントエンドモジュール１は、上記デュプレクサの送信側端子に接続されたパワーアンプ１４Ｍまたは１４Ｈを備えてもよい。

また、さらに、フロントエンドモジュール１は、上記デュプレクサの受信側端子に接続された低雑音アンプ１３Ｍまたは１３Ｈを備えてもよい。

上記フロントエンドモジュール１の構成により、ＣＡモードおよび非ＣＡモードを選択可能なシステムにおいて信号の伝搬損失を低減できるフロントエンドモジュールを提供できる。

なお、上記実施の形態において、可変調整部２５はスイッチモジュール１０の構成要素としたが、可変調整部２５は、スイッチモジュール１０が備えずフロントエンドモジュール１が備えるものであってもよい。この場合には、実施の形態に係るスイッチモジュール１０が奏する効果を、フロントエンドモジュールが奏することとなる。

なお、本発明に係る可変調整部２５は、集積回路であるＩＣ、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）として実現されてもよい。また、集積回路化の手法は、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。

また、上記実施の形態およびその変形例に係るスイッチモジュール、フロントエンドモジュール、およびスイッチモジュールにおいて、図面に開示された各回路素子および信号経路を接続する経路の間に別の高周波回路素子および配線などが挿入されていてもよい。

本発明は、キャリアアグリゲーション方式を採用するマルチバンド／マルチモード対応のスイッチモジュールとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。

１ フロントエンドモジュール
２ アンテナ素子
３ ＲＦ信号処理回路
１０ スイッチモジュール
１１、２１Ｍ ローパスフィルタ
１２Ｈ、１２Ｍ デュプレクサ
１３Ｈ、１３Ｍ 低雑音アンプ
１４Ｈ、１４Ｍ パワーアンプ
２０、１２０ スイッチ回路
２０ｃ 共通端子
２０ｓ１ 第１選択端子
２０ｓ２ 第２選択端子
２０ｓ３ 第３選択端子
２１Ｈ ハイパスフィルタ
２２Ｈ、２２Ｍ ＣＡスイッチ回路
２３Ｂ 第３信号経路
２３Ｂ１ 第１経路
２３Ｂ２ 第２経路
２３Ｈ 第２信号経路
２３Ｍ 第１信号経路
２５ 可変調整部
２０１Ｂ、２０１Ｈ、２０１Ｍ、２０２Ｂ、２０２Ｈ、２０２Ｍ、２２１Ｈ、２２１Ｍ
ＦＥＴ
３０２Ｂ 第３可変整合回路
３０２Ｈ 第２可変整合回路
３０２Ｍ 第１可変整合回路

Claims (9)

1. 無線通信用の第１周波数帯域と、当該第１周波数帯域と周波数帯域が異なる無線通信用の第２周波数帯域とを同時に用いるキャリアアグリゲーション（ＣＡ）モードと、前記第１周波数帯域および前記第２周波数帯域の一方のみを用いる非ＣＡモードとを選択することが可能なスイッチモジュールであって、
   前記第１周波数帯域の信号を伝搬させる第１信号経路と、
   前記第２周波数帯域の信号を伝搬させる第２信号経路と、
   前記第１周波数帯域の信号と前記第２周波数帯域の信号とを同時に伝搬させる第３信号経路と、
   アンテナ素子に接続された共通端子、前記第１信号経路の一端と接続された第１選択端子、前記第２信号経路の一端と接続された第２選択端子、および前記第３信号経路の一端と接続された第３選択端子を有し、前記共通端子と前記第１選択端子、前記第２選択端子および前記第３選択端子のいずれか１つとの接続を排他的に切り替えるスイッチ回路とを備え、
   前記スイッチ回路は、前記第１選択端子と接地端子との間に配置された第１可変整合回路、前記第２選択端子と接地端子との間に配置された第２可変整合回路、および前記第３選択端子と接地端子との間に配置された第３可変整合回路を含み、
   前記スイッチモジュールは、さらに、
   前記非ＣＡモードが選択された場合には、前記第３可変整合回路を可変調整する、または、前記ＣＡモードが選択された場合には、前記第１可変整合回路および前記第２可変整合回路の少なくとも一方を可変調整する可変調整部を備える
   スイッチモジュール。
2. 前記可変調整部は、
   前記非ＣＡモードのうち前記第１周波数帯域が選択された場合における前記第３可変整合回路のインピーダンスと、前記非ＣＡモードのうち前記第２周波数帯域が選択された場合における前記第３可変整合回路のインピーダンスとを異ならせる
   請求項１に記載のスイッチモジュール。
3. 前記スイッチ回路は、さらに、
   前記第１選択端子と前記共通端子との導通および非導通を切り替える第１スイッチ素子と、
   前記第２選択端子と前記共通端子との導通および非導通を切り替える第２スイッチ素子と、
   前記第３選択端子と前記共通端子との導通および非導通を切り替える第３スイッチ素子とを備え、
   前記第３可変整合回路は、前記第３選択端子と接地端子との導通および非導通を切り替える第３シャントスイッチ素子であり、
   前記可変調整部は、
   前記非ＣＡモードのうち前記第１周波数帯域が選択された場合には、前記第３シャントスイッチ素子を非導通状態にし、前記非ＣＡモードのうち前記第２周波数帯域が選択された場合には、前記第３シャントスイッチ素子を導通状態にする
   請求項２に記載のスイッチモジュール。
4. 前記第２周波数帯域は、前記第１周波数帯域よりも高周波側に割り当てられた周波数帯域である
   請求項３に記載のスイッチモジュール。
5. 前記第３信号経路は、前記第１周波数帯域を選択的に通過させる第１経路、および、前記第２周波数帯域を選択的に通過させる第２経路とを有し、
   前記第３信号経路の一端は、前記第１経路の一端と前記第２経路の一端とが接続された箇所であり、
   さらに、
   前記第１経路の他端と前記第１信号経路との導通および非導通を切り替える第４スイッチ素子と、
   前記第２経路の他端と前記第２信号経路との導通および非導通を切り替える第５スイッチ素子とを備え、
   前記可変調整部は、
   前記非ＣＡモードのうち前記第１周波数帯域が選択された場合には、前記第４スイッチ素子を非導通状態とし、
   前記非ＣＡモードのうち前記第２周波数帯域が選択された場合には、前記第５スイッチ素子を非導通状態とする
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のスイッチモジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のスイッチモジュールと、
   前記第１信号経路の他端、または、前記第２信号経路の他端に接続されたデュプレクサ素子とを備える
   フロントエンドモジュール。
7. さらに、
   前記デュプレクサ素子の送信側端子に接続されたパワーアンプ素子を備える
   請求項６に記載のフロントエンドモジュール。
8. さらに、
   前記デュプレクサ素子の受信側端子に接続された低雑音アンプ素子を備える
   請求項６または７に記載のフロントエンドモジュール。
9. 無線通信用の第１周波数帯域と、当該第１周波数帯域と周波数帯域が異なる無線通信用の第２周波数帯域とを同時に用いるキャリアアグリゲーション（ＣＡ）モードと、前記第１周波数帯域および前記第２周波数帯域の一方のみを用いる非ＣＡモードとを選択するスイッチモジュールの駆動方法であって、
   前記スイッチモジュールは、
   前記第１周波数帯域の信号を伝搬させる第１信号経路と、
   前記第２周波数帯域の信号を伝搬させる第２信号経路と、
   前記第１周波数帯域の信号と前記第２周波数帯域の信号とを同時に伝搬させる第３信号経路と、
   アンテナ素子に接続された共通端子、前記第１信号経路の一端と接続された第１選択端子、前記第２信号経路の一端と接続された第２選択端子、および前記第３信号経路の一端と接続された第３選択端子を有し、前記共通端子と前記第１選択端子、前記第２選択端子および前記第３選択端子のいずれか１つとの接続を排他的に切り替えるスイッチ回路とを備え、
   前記スイッチ回路は、前記第１選択端子と接地端子との間に配置された第１可変整合回路、前記第２選択端子と接地端子との間に配置された第２可変整合回路、および前記第３選択端子と接地端子との間に配置された第３可変整合回路を含み、
   前記ＣＡモードが選択された場合には、前記第１可変整合回路および前記第２可変整合回路の少なくとも一方を可変調整し、または、前記非ＣＡモードが選択された場合には、前記第３可変整合回路を可変調整する
   スイッチモジュールの駆動方法。

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