JPWO2017204346A1 - 高周波フィルタ回路、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[1. 通信装置の回路構成]
図1は、実施の形態1に係る通信装置4の構成図である。同図に示すように、通信装置4は、アンテナ素子1と、高周波フロントエンド回路2と、RF信号処理回路(RFIC:Radio Frequency Integrated Circuit)3と、を備える。通信装置4は、例えば、マルチモード/マルチバンド対応の携帯電話である。アンテナ素子1、高周波フロントエンド回路2及びRFIC3は、例えば、当該携帯電話のフロントエンド部に配置される。
次に、高周波フロントエンド回路2の詳細な構成について説明する。
次に、フィルタ22Aの詳細な構成について、当該フィルタ22Aに要求される通過特性も含めて説明する。
以上のように構成されたフィルタ22Aの通過特性は、制御信号φS22にしたがってスイッチ22SWのオン及びオフが切り替えられることにより、第1通過特性と第2通過特性とが切り替えられる。そこで、以下、スイッチ22SWの状態と併せてフィルタ22Aの通過特性について、図5A〜図5Cを用いて説明する。
ここまで、周波数可変機能を有するフィルタの一例として、並列腕共振子22p1及び22p2のうち並列腕共振子22p2のみが周波数可変回路22Tと直列接続されることにより、通過帯域高域側の減衰スロープをシフトさせて通過帯域を切り替えるフィルタについて説明した。しかし、同様の技術は、通過帯域低域側の減衰スロープをシフトさせて通過帯域を切り替えるフィルタに適用することもできる。そこで、周波数可変機能を有するフィルタの変形例1として、このようなフィルタについて説明する。
また、周波数可変機能を有するフィルタは、通過帯域高域側及び通過帯域低域側の減衰スロープを共にシフトさせてもかまわない。そこで、そこで、周波数可変機能を有するフィルタの変形例2として、このようなフィルタについて説明する。
以上、本実施の形態ならびにその変形例1及び2に係るフィルタ22A、22D及び22E(高周波フィルタ回路)について、説明した。以下では、このようなフィルタ22A、22D及び22Eによって奏される効果について、本実施の形態の比較例と対比して説明する。
ここで、上述のような共振周波数及び反共振周波数が得られる原理について、共振子の等価回路モデルを用いたインピーダンス特性(共振特性)の解析(共振解析)により説明しておく。なお、以下では、共振子のQ値を等価する抵抗成分は省略し、理想的な共振子の等価回路を用いて原理を説明している。
まず、共振子単体の共振特性について説明する。
次に、共振子同士が並列接続された場合の特性について、等価回路モデルを用いて説明しておく。
次に、図12Bの構成において、共振子reso1にキャパシタが直列接続された場合の特性について、等価回路モデルを用いて説明しておく。すなわち、この構成では、共振子reso1とキャパシタとの直列回路に対して共振子reso2が並列接続されている。
次に、図12Cの構成において、共振子reso2にキャパシタが直列接続された場合の特性について、等価回路モデルを用いて説明しておく。すなわち、この構成では、共振子reso1とキャパシタCaとの直列回路に対して、共振子reso2とキャパシタとの直列回路が並列接続されている。
ここまで、共振子にキャパシタが接続された場合の特性について、等価回路モデルを用いて説明した。以下では、共振子にインダクタが接続された場合の特性について、等価回路モデルを用いて説明する。
次に、図12Dの構成において、キャパシタCa及びCbの各々がインダクタLa及びLbに置き換えられた場合(図12Fの構成を参照)の特性について、等価回路モデルを用いて説明しておく。すなわち、この構成では、共振子reso1とインダクタLaとの直列回路に対して、共振子reso2とインダクタLbとの直列回路が並列接続されている。
以上説明した共振解析に基づき、上述したフィルタ22A、22D、22E及び22Fにおいて、スイッチ22SWのオン及びオフの切り替えに応じて並列腕回路の共振周波数あるいは反共振周波数が切り替わることが説明される。
例えば、フィルタ22Aにおいて、スイッチ22SWがオンの場合、並列腕回路120Aは、並列腕共振子22p1と並列腕共振子22p2とが並列接続された構成となる。よって、この場合、並列腕回路120Aの共振周波数及び反共振周波数は、共振子reso1及びreso2が並列に接続された等価回路モデルにおけるfr_reso1>fr_reso2の場合と同様に説明される(図12B参照)。つまり、並列腕回路120Aにおける並列腕共振子22p1及び並列腕共振子22p2は、それぞれ、当該等価回路モデルにおいてfr_reso1>fr_reso2の場合の共振子reso2及び共振子reso1に相当する。具体的には、低周波数側の共振周波数frp1onは上記の式11によって説明され、高周波数側の共振周波数frp2onは上記の式13によって説明される。また、低周波数側の反共振周波数fap1onは上記の式15のfamLによって説明され、高周波数側の反共振周波数fap2onは上記の式15のfamHによって説明される。
また、例えば、フィルタ22Dにおいて、スイッチ22SWがオンの場合、並列腕回路120Dは、並列腕共振子22p1と並列腕共振子22p2とが並列接続された構成となる。よって、この場合、並列腕回路120Dの共振周波数及び反共振周波数は、共振子reso1及びreso2が並列に接続された等価回路モデルにおけるfr_reso1<fr_reso2の場合と同様に説明される(図12B参照)。つまり、並列腕回路120Dにおける並列腕共振子22p1及び並列腕共振子22p2は、それぞれ、当該等価回路モデルにおいてfr_reso1<fr_reso2の場合の共振子reso1及び共振子reso2に相当する。具体的には、低周波数側の共振周波数frp1onは上記の式7によって説明され、高周波数側の共振周波数frp2onは上記の式9によって説明される。また、低周波数側の反共振周波数fap1onは上記の式15のfamLによって説明され、高周波数側の反共振周波数fap2onは上記の式15のfamHによって説明される。
また、例えば、フィルタ22Eにおいて、スイッチ22SW1及び22SW2が共にオンの場合、並列腕回路120Eは、並列腕共振子22p1と並列腕共振子22p2とが並列接続された構成となる。よって、この場合、並列腕回路120Eの共振周波数及び反共振周波数は、共振子reso1及びreso2が並列に接続された等価回路モデルにおけるfr_reso1<fr_reso2の場合と同様に説明される(図12B参照)。つまり、並列腕回路120Eにおける並列腕共振子22p1及び並列腕共振子22p2は、それぞれ、当該等価回路モデルにおいてfr_reso1<fr_reso2の場合の共振子reso1及び共振子reso2に相当する。具体的には、低周波数側の共振周波数frp1onは上記の式7によって説明され、高周波数側の共振周波数frp2onは上記の式9によって説明される。また、低周波数側の反共振周波数fap1onは上記の式15のfamLによって説明され、高周波数側の反共振周波数fap2onは上記の式15のfamHによって説明される。
また、例えば、フィルタ22Fにおいて、スイッチ22SWがオンの場合、並列腕回路120Fは、並列腕共振子22p1と並列腕共振子22p2とが並列接続された構成となる。よって、この場合、並列腕回路120Fの共振周波数及び反共振周波数は、共振子reso1及びreso2が並列に接続された等価回路モデルにおけるfr_reso1>fr_reso2の場合と同様に説明される(図12B参照)。つまり、並列腕回路120Eにおける並列腕共振子22p1及び並列腕共振子22p2は、それぞれ、当該等価回路モデルにおいてfr_reso1<fr_reso2の場合の共振子reso1及び共振子reso2に相当する。具体的には、低周波数側の共振周波数frp1onは上記の式11によって説明され、高周波数側の共振周波数frp2onは上記の式13によって説明される。また、低周波数側の反共振周波数fap1onは上記の式15のfamLによって説明され、高周波数側の反共振周波数fap2onは上記の式15のfamHによって説明される。
また、例えば、フィルタ22Dにおいてキャパシタ22Cに代わりインダクタを設けた構成については、スイッチ22SWがオンの場合、並列腕回路の共振周波数及び反共振周波数は、共振子reso1及びreso2が並列に接続された等価回路モデルにおけるfr_reso1<fr_reso2の場合と同様に説明される(図12B参照)。つまり、当該並列腕回路における並列腕共振子22p1及び並列腕共振子22p2は、それぞれ、当該等価回路モデルにおいてfr_reso1<fr_reso2の場合の共振子reso1及び共振子reso2に相当する。よって、低周波数側の共振周波数frp1onは上記の式7によって説明され、高周波数側の共振周波数frp2onは上記の式9によって説明される。また、低周波数側の反共振周波数fap1onは上記の式15のfamLによって説明され、高周波数側の反共振周波数fap2onは上記の式15のfamHによって説明される。
また、例えば、フィルタ22Eにおいてキャパシタ22C1及び22C2に代わりインダクタを設けた構成については、スイッチ22SW1及び22SW2がオンの場合、並列腕回路の共振周波数及び反共振周波数は、共振子reso1及びreso2が並列に接続された等価回路モデルにおけるfr_reso1<fr_reso2の場合と同様に説明される(図12B参照)。つまり、当該並列腕回路における並列腕共振子22p1及び並列腕共振子22p2は、それぞれ、当該等価回路モデルにおいてfr_reso1<fr_reso2の場合の共振子reso1及び共振子reso2に相当する。よって、低周波数側の共振周波数frp1onは上記の式7によって説明され、高周波数側の共振周波数frp2onは上記の式9によって説明される。また、低周波数側の反共振周波数fap1onは上記の式15のfamLによって説明され、高周波数側の反共振周波数fap2onは上記の式15のfamHによって説明される。
また、上記説明した弾性波共振子構造を有する直列腕共振子22sと並列腕共振子22p1及び22p2は、直列腕共振子22sの比帯域幅が並列腕共振子22p1及び22p2(第1並列腕共振子及び第2並列腕共振子)のうち少なくとも1つの並列腕共振子の比帯域幅がよりも狭くてもよい。ここで、比帯域幅とは、共振子について、反共振周波数faと共振周波数frとの周波数差fa−frを当該共振周波数frで除した値(fa−fr)/fr(またはその百分率)として定義される。
上記実施の形態1では、1つの直列腕回路と1つの並列腕回路とで構成されるラダー型のフィルタ構造を例に説明した。しかし、同様の技術は、1以上の直列腕回路と複数の並列腕回路とで構成されるラダー型のフィルタ構造についても適用することもできる。そこで、本実施の形態では、このようなフィルタ構造を有するフィルタについて説明する。
上記実施の形態1及び2では、ラダー型のフィルタ構造を例に説明した。しかし、同様の技術は、縦結合型のフィルタ構造を有するフィルタについても適用することもできる。そこで、本実施の形態では、このようなフィルタ構造を有するフィルタについて説明する。
上記実施の形態1〜3に係る高周波フィルタ回路は、複数の高周波フィルタ回路を有するマルチプレクサの少なくとも1つの高周波フィルタ回路に適用することができる。そこで、本実施の形態では、このようなマルチプレクサについて、実施の形態1〜3に係る高周波フィルタ回路を送信側フィルタ及び受信側フィルタに適用したデュプレクサを例に説明する。
以上の実施の形態1〜4で説明した高周波フィルタ回路及びマルチプレクサは、実施の形態1に係る高周波フロントエンド回路2よりも、さらに使用バンド数が多いシステムに対応する高周波フロントエンド回路に適用することもできる。そこで、本実施の形態では、このような高周波フロントエンド回路について説明する。
以上、本発明の実施の形態に係る高周波フィルタ回路、マルチプレクサ及び高周波フロントエンド回路について、実施の形態1〜5及び変形例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。上記実施の形態及び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、本発明に係る高周波フィルタ回路、マルチプレクサ及び高周波フロントエンド回路を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
2、2L 高周波フロントエンド回路
3 RFIC(RF信号処理回路)
4 通信装置
10、10D、10E 第1回路
20、20D、20E 第2回路
22A、22B、22D〜22H フィルタ(高周波フィルタ回路)
22C、22C1、22C2、221C1、221C2、222C1、222C2、223C キャパシタ(インピーダンス素子)
22J デュプレクサ
22L インダクタ(インピーダンス素子)
22m 入出力端子(第1入出力端子)
22n 入出力端子(第2入出力端子)
22p1、22p2、221p1、221p2、222p1、222p2、223p 並列腕共振子
22SW、22SW1、22SW2、221SW1、221SW2、222SW1、222SW2、223SW スイッチ(スイッチ素子)
22s、221s〜224s 直列腕共振子
22T、22Ta、22Tb 周波数可変回路
24、241、242 送信増幅回路
26、261、262 受信増幅回路
101 圧電性を有する基板
103、104 保護層
110 アンテナ共通端子
120、Rx、Rx1、Rx2 受信端子
120A、120D〜120F、120Z、121G〜123G 並列腕回路
121 IDT電極
121a、121b 櫛形電極
121f 電極指
122 Ksaw調整膜
130、Tx、Tx1、Tx2 送信端子
210 スイッチ群
211、212、213、214、215 金属膜
220 フィルタ群
231、232 送信側スイッチ(スイッチ回路)
251〜253 受信側スイッチ(スイッチ回路)
250 縦結合共振器
ANT アンテナ端子
reso 弾性表面波共振子
reso1、reso2 共振子
また、例えば、フィルタ22Fにおいて、スイッチ22SWがオンの場合、並列腕回路120Fは、並列腕共振子22p1と並列腕共振子22p2とが並列接続された構成となる。よって、この場合、並列腕回路120Fの共振周波数及び反共振周波数は、共振子reso1及びreso2が並列に接続された等価回路モデルにおけるfr_reso1>fr_reso2の場合と同様に説明される(図12B参照)。つまり、並列腕回路120Fにおける並列腕共振子22p1及び並列腕共振子22p2は、それぞれ、当該等価回路モデルにおいてfr_reso1<fr_reso2の場合の共振子reso1及び共振子reso2に相当する。具体的には、低周波数側の共振周波数frp1onは上記の式11によって説明され、高周波数側の共振周波数frp2onは上記の式13によって説明される。また、低周波数側の反共振周波数fap1onは上記の式15のfamLによって説明され、高周波数側の反共振周波数fap2onは上記の式15のfamHによって説明される。
Claims (21)
- 第1入出力端子と第2入出力端子との間に接続された直列腕回路と、
前記第1入出力端子と前記第2入出力端子とを結ぶ経路上のノードとグランドに接続された並列腕回路と、
を備え、
前記並列腕回路は、
第1並列腕共振子を有する第1回路と、
前記第1回路に並列接続され、かつ、第2並列腕共振子を有する、第2回路と、
を有し、
前記第1回路及び前記第2回路の少なくとも一方の回路は、さらに、
前記一方の回路における前記第1並列腕共振子または前記第2並列腕共振子に直列接続され、かつ、互いに並列接続されたインピーダンス素子及びスイッチ素子を有する周波数可変回路を有し、
前記第2並列腕共振子は、
前記第1並列腕共振子の共振周波数と異なる共振周波数と、
前記第1並列腕共振子の反共振周波数と異なる反共振周波数と、
を有する、
高周波フィルタ回路。 - 前記並列腕回路は、少なくとも2つの共振周波数と少なくとも2つの反共振周波数を有し、
前記周波数可変回路は、前記スイッチ素子の導通及び非導通の切り替えによって、前記並列腕回路における前記少なくとも2つの共振周波数のうちの少なくとも1つの共振周波数と、前記少なくとも2つの反共振周波数のうち少なくとも1つの反共振周波数とを、共に、低周波数側または高周波数側にシフトさせる、
請求項1に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記第1並列腕共振子の共振周波数は、前記第2並列腕共振子の共振周波数より低く、
前記第1並列腕共振子の反共振周波数は、前記第2並列腕共振子の反共振周波数より低く、
前記第1回路は前記周波数可変回路を有さず、前記第2回路は前記周波数可変回路を有する、
請求項1または2に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記第1並列腕共振子の共振周波数は、前記第2並列腕共振子の共振周波数より低く、
前記第1並列腕共振子の反共振周波数は、前記第2並列腕共振子の反共振周波数より低く、
前記第1回路は前記周波数可変回路を有し、前記第2回路は前記周波数可変回路を有さない、
請求項1または2に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記第1並列腕共振子の共振周波数は、前記第2並列腕共振子の共振周波数より低く、
前記第1並列腕共振子の反共振周波数は、前記第2並列腕共振子の反共振周波数より低く、
前記第1回路及び前記第2回路の各々が、前記周波数可変回路を有する、
請求項1または2に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記第1回路が有する前記周波数可変回路の前記スイッチ素子、及び、前記第2回路が有する前記周波数可変回路の前記スイッチ素子は、共に導通、または、共に非導通となるように切り替えられ、
前記第1回路が有する前記周波数可変回路及び前記第2回路が有する前記周波数可変回路は、各々の前記スイッチ素子の導通及び非導通の切り替えによって、前記並列腕回路における前記少なくとも2つの共振周波数と前記少なくとも2つの反共振周波数とを、共に、低周波数側または高周波数側にシフトさせる、
請求項5に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記インピーダンス素子は、キャパシタである、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の高周波フィルタ回路。 - 少なくとも2つの前記並列腕回路と、
少なくとも1つの前記直列腕回路と、
で構成されるラダー型のフィルタ構造を有する、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記直列腕回路は、直列腕共振子を備え、
前記第1並列腕共振子の共振周波数は、前記直列腕回路の共振周波数よりも低く、
前記第2並列腕共振子の共振周波数は、前記直列腕回路の共振周波数よりも高い、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の高周波フィルタ回路。 - 共振子について、反共振周波数と共振周波数との周波数差を当該共振周波数で除した値を比帯域幅と定義した場合に、
前記直列腕共振子の比帯域幅は、前記第1並列腕共振子及び前記第2並列腕共振子のうち少なくとも1つの並列腕共振子の比帯域幅より狭い、
請求項9に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記高周波フィルタ回路は、少なくとも一部に圧電性を有する基板上に形成された複数の電極指からなるIDT電極を有する複数の弾性表面波共振子によって構成され、
前記複数の弾性表面波共振子のうち少なくとも1つの前記直列腕共振子には、前記IDT電極と前記基板との間に、前記比帯域幅を調整する第1調整膜が形成されている、
請求項10に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記高周波フィルタ回路は、少なくとも一部に圧電性を有する基板上に形成された複数の電極指からなるIDT電極を有する複数の弾性表面波共振子によって構成され、
前記複数の弾性表面波共振子のうち少なくとも1つの前記直列腕共振子の前記IDT電極は、前記比帯域幅を調整する第2調整膜によって覆われている、
請求項10に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記直列腕回路は、前記第1入出力端子と前記第2入出力端子との間に配置された縦結合共振器を備える、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記第1並列腕共振子及び前記第2並列腕共振子のそれぞれは、弾性波共振子であり、
前記弾性波共振子は、弾性表面波共振子、または、バルク弾性波共振子である、
請求項1〜10及び13のいずれか1項に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記スイッチ素子は、GaAsもしくはCMOSからなるFETスイッチ、または、ダイオードスイッチである、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の高周波フィルタ回路。 - 前記インピーダンス素子は、可変キャパシタまたは可変インダクタである、
請求項1〜15のいずれか1項に記載の高周波フィルタ回路。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の高周波フィルタ回路を含む複数の高周波フィルタ回路を備える、
マルチプレクサ。 - 前記複数の高周波フィルタ回路は、前記周波数可変回路を有さない高周波フィルタ回路を含み、
前記周波数可変回路を有さない高周波フィルタ回路は、弾性波共振子で構成されており、
共振子について、反共振周波数と共振周波数との周波数差を当該共振周波数で除した値を比帯域幅と定義した場合に、
前記第1並列腕共振子及び前記第2並列腕共振子の少なくとも1つの並列腕共振子の比帯域幅は、前記周波数可変回路を有さない高周波フィルタ回路を構成する前記弾性波共振子の比帯域幅より広い、
請求項17に記載のマルチプレクサ。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の高周波フィルタ回路を含む複数の高周波フィルタ回路と、
前記複数の高周波フィルタ回路の前段または後段に設けられ、前記複数の高周波フィルタ回路と個別に接続された複数の選択端子、及び、前記複数の選択端子と選択的に接続される共通端子を有するスイッチ回路と、を備える、
高周波フロントエンド回路。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の高周波フィルタ回路と、
前記スイッチ素子の導通及び非導通を制御する制御部と、を備える、
高周波フロントエンド回路。 - アンテナ素子で送受信される高周波信号を処理するRF信号処理回路と、
前記アンテナ素子と前記RF信号処理回路との間で前記高周波信号を伝達する請求項19または20に記載の高周波フロントエンド回路と、を備える、
通信装置。
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