KR102516508B1 - 고주파 모듈 및 통신 장치 - Google Patents

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사토시 고토
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

고주파 모듈(1)은 서로 대향하는 주면(91a 및 91b)을 갖는 모듈 기판(91)과, 전력 증폭기(10)와, 제 1 회로 부품을 구비하고, 전력 증폭기(10)는 증폭 소자(12 및 13)와, 1차측 코일(15a) 및 2차측 코일(15b)을 갖는 출력 트랜스(15)를 갖고, 1차측 코일(15a)의 일단은 증폭 소자(12)의 출력 단자에 접속되고, 1차측 코일(15a)의 타단은 증폭 소자(13)의 출력 단자에 접속되고, 2차측 코일(15b)의 일단은 전력 증폭기(10A)의 출력 단자에 접속되어 있으며, 증폭 소자(12 및 13)는 주면(91a)에 배치되어 있으며, 제 1 회로 부품은 주면(91b)에 배치되어 있다.

Description

고주파 모듈 및 통신 장치{RADIO FREQUENCY MODULE AND COMMUNICATION DEVICE}
본 발명은 고주파 모듈 및 통신 장치에 관한 것이다.
휴대전화 등의 이동체 통신 기기에는 고주파 송신 신호를 증폭하는 전력 증폭기가 탑재된다.
특허문헌 1에는 비반전 입력 신호가 입력되는 제 1 트랜지스터와, 반전 입력 신호가 입력되는 제 2 트랜지스터와, 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터의 출력 단자측에 배치된 트랜스포머(이하, 트랜스라고 기재한다)로 구성된 차동 증폭형의 전력 증폭기가 개시되어 있다. 트랜스는 자기적으로 결합한 2개의 1차측 코일과, 1개의 2차측 코일로 구성되어 있다. 2개의 1차측 코일은 서로 병렬 접속되고, 각각이 2차측 코일과 자기적으로 결합함으로써 Q팩터를 저하시키는 일 없이 1차측 코일의 입력 임피던스를 저감할 수 있다. 이것에 의해 전력 이득(파워 게인)을 향상시키는 것이 가능해진다.
일본 특허공개 2010-118916호 공보
그러나 특허문헌 1에 개시된 차동 증폭형의 전력 증폭기를 1개의 고주파 모듈로 구성할 경우 전력 증폭기를 구성하는 회로 소자 수가 많기 때문에 고주파 모듈이 대형화되어 버린다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 차동 증폭형의 전력 증폭기를 갖는 소형의 고주파 모듈 및 그것을 구비한 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일실시형태에 의한 고주파 모듈은 서로 대향하는 제 1 주면 및 제 2 주면을 갖는 모듈 기판과, 송신 신호를 증폭하는 전력 증폭기와, 제 1 회로 부품을 구비하고, 상기 전력 증폭기는 제 1 증폭 소자 및 제 2 증폭 소자와, 제 1 코일 및 제 2 코일을 갖는 제 1 트랜스와, 제 3 코일 및 제 4 코일을 갖는 제 2 트랜스를 갖고, 상기 제 2 코일의 일단은 상기 제 1 증폭 소자의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 2 코일의 타단은 상기 제 2 증폭 소자의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 3 코일의 일단은 상기 제 1 증폭 소자의 출력 단자에 접속되고, 상기 제 3 코일의 타단은 상기 제 2 증폭 소자의 출력 단자에 접속되고, 상기 제 4 코일의 일단은 상기 전력 증폭기의 출력 단자에 접속되어 있으며, 상기 제 1 증폭 소자 및 상기 제 2 증폭 소자는 상기 제 1 주면에 배치되어 있으며, 상기 제 1 회로 부품은 상기 제 2 주면에 배치되어 있다.
본 발명에 의하면 차동 증폭형의 전력 증폭기를 갖는 소형의 고주파 모듈 및 통신 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 실시형태에 의한 고주파 모듈 및 통신 장치의 회로 구성도이다.
도 2a는 차동 증폭형의 전력 증폭기의 회로 구성도의 제 1 예이다.
도 2b는 차동 증폭형의 전력 증폭기의 회로 구성도의 제 2 예이다.
도 3a는 실시예 1에 의한 고주파 모듈의 평면 구성 개략도이다.
도 3b는 실시예 1에 의한 고주파 모듈의 단면 구성 개략도이다.
도 4a는 변형예 1에 의한 출력 트랜스의 단면 구성 개략도이다.
도 4b는 변형예 2에 의한 출력 트랜스의 단면 구성 개략도이다.
도 4c는 변형예 3에 의한 출력 트랜스의 단면 구성 개략도이다.
도 5는 변형예 4에 의한 고주파 모듈의 단면 구성 개략도이다.
도 6a는 실시예 2에 의한 고주파 모듈의 평면 구성 개략도이다.
도 6b는 실시예 2에 의한 고주파 모듈의 단면 구성 개략도이다.
도 7a는 실시예 3에 의한 고주파 모듈의 평면 구성 개략도이다.
도 7b는 실시예 3에 의한 고주파 모듈의 단면 구성 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 실시형태는 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시형태에서 나타내어지는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태 등은 일례이며, 본 발명을 한정하는 주지는 아니다. 이하의 실시예 및 변형예에 있어서의 구성 요소 중 독립 청구항에 기재되어 있지 않은 구성 요소에 대해서는 임의의 구성 요소로서 설명된다. 또한, 도면에 나타내어지는 구성 요소의 크기 또는 크기의 비는 반드시 엄밀하지는 않다. 각 도면에 있어서 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화하는 경우가 있다.
또한, 이하에 있어서 평행 및 수직 등의 요소 간의 관계성을 나타내는 용어 및 직사각형상 등의 요소의 형상을 나타내는 용어 및 수치 범위는 엄격한 의미만을 나타내는 것은 아니고, 실질적으로 동등한 범위, 예를 들면 수% 정도의 차이도 포함하는 것을 의미한다.
또한, 이하에 있어서 기판에 실장된 A, B, 및 C에 있어서 「기판(또는 기판의 주면)의 평면으로부터 볼 때에 있어서 A와 B 사이에 C가 배치되어 있다」란 기판의 평면으로부터 볼 때에 있어서 A 내의 임의의 점과 B 내의 임의의 점을 연결하는 복수의 선분 중 적어도 1개가 C의 영역을 지나는 것을 의미한다. 또한, 기판의 평면으로부터 볼 때란 기판 및 기판에 실장된 회로 소자를 기판의 주면에 평행한 평면으로 정투영해서 보는 것을 의미한다.
또한, 이하에 있어서 「송신 경로」란 고주파 송신 신호가 전파하는 배선, 상기 배선에 직접 접속된 전극, 및 상기 배선 또는 상기 전극에 직접 접속된 단자 등으로 구성된 전송 선로인 것을 의미한다. 또한, 「수신 경로」란 고주파 수신 신호가 전파하는 배선, 상기 배선에 직접 접속된 전극, 및 상기 배선 또는 상기 전극에 직접 접속된 단자 등으로 구성된 전송 선로인 것을 의미한다. 또한, 「송수신 경로」란 고주파 송신 신호 및 고주파 수신 신호가 전파하는 배선, 상기 배선에 직접 접속된 전극, 및 상기 배선 또는 상기 전극에 직접 접속된 단자 등으로 구성된 전송 선로인 것을 의미한다.
또한, 이하에 있어서 「A와 B가 접속되어 있다」란 A와 B가 물리적으로 접속되어 있을 경우에 적용될 뿐만 아니라 A와 B가 전기적으로 접속되어 있을 경우에도 적용된다.
(실시형태)
[1. 고주파 모듈(1) 및 통신 장치(5)의 회로 구성]
도 1은 실시형태에 의한 고주파 모듈(1) 및 통신 장치(5)의 회로 구성도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이 통신 장치(5)는 고주파 모듈(1)과, 안테나(2)와, RF 신호 처리 회로(RFIC)(3)와, 베이스밴드 신호 처리 회로(BBIC)(4)를 구비한다.
RFIC(3)는 안테나(2)에서 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로이다. 구체적으로는 RFIC(3)는 고주파 모듈(1)의 수신 경로를 통해 입력된 수신 신호를 다운 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리해서 생성된 수신 신호를 BBIC(4)로 출력한다. 또한, RFIC(3)는 BBIC(4)로부터 입력된 송신 신호를 업 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리해서 생성된 송신 신호를 고주파 모듈(1)의 송신 경로에 출력한다.
BBIC(4)는 고주파 모듈(1)을 전송하는 고주파 신호보다 저주파의 중간 주파수 대역을 사용해서 신호 처리하는 회로이다. BBIC(4)에서 처리된 신호는, 예를 들면 화상 표시를 위한 화상 신호로서 사용되고, 또는 스피커를 통한 통화를 위해 음성 신호로서 사용된다.
또한, RFIC(3)는 사용되는 통신 밴드(주파수 대역)에 의거하여 고주파 모듈(1)이 갖는 스위치(51, 52, 및 53)의 접속을 제어하는 제어부로서의 기능도 갖는다. 구체적으로는 RFIC(3)는 제어 신호(도시하지 않음)에 의해 고주파 모듈(1)이 갖는 스위치(51~53)의 접속을 스위칭한다. 구체적으로는 RFIC(3)는 스위치(51~53)를 제어하기 위한 디지털 제어 신호를 PA 제어 회로(80)에 출력한다. 고주파 모듈(1)의 PA 제어 회로(80)는 RFIC(3)로부터 입력된 디지털 제어 신호에 의해 스위치(51~53)에 디지털 제어 신호를 출력함으로써 스위치(51~53)의 접속 및 비접속을 제어한다.
또한, RFIC(3)는 고주파 모듈(1)이 갖는 전력 증폭기(10)의 이득, 전력 증폭기(10)에 공급되는 전원 전압(Vcc) 및 바이어스 전압(Vbias)을 제어하는 제어부로서의 기능도 갖는다. 구체적으로는 RFIC(3)는 MIPI 및 GPIO 등의 디지털 제어 신호를 고주파 모듈(1)의 제어 신호 단자(130)에 출력한다. 고주파 모듈(1)의 PA 제어 회로(80)는 제어 신호 단자(130)를 통해 입력된 디지털 제어 신호에 의해 전력 증폭기(10)에 제어 신호, 전원 전압(Vcc) 또는 바이어스 전압(Vbias)을 출력함으로써 전력 증폭기(10)의 이득을 조정한다. 또한, 전력 증폭기(10)의 이득을 제어하는 디지털 제어 신호를 RFIC(3)로부터 받는 제어 신호 단자와, 전력 증폭기(10)에 공급되는 전원 전압(Vcc) 및 바이어스 전압(Vbias)을 제어하는 디지털 제어 신호를 RFIC(3)로부터 받는 제어 신호 단자는 상이해도 좋다. 또한, 제어부는 RFIC(3)의 외부에 형성되어 있어도 좋고, 예를 들면 BBIC(4)에 형성되어 있어도 좋다.
안테나(2)는 고주파 모듈(1)의 안테나 접속 단자(100)에 접속되고, 고주파 모듈(1)로부터 출력된 고주파 신호를 방사하고, 또한 외부로부터의 고주파 신호를 수신해서 고주파 모듈(1)로 출력한다.
또한, 본 실시형태에 의한 통신 장치(5)에 있어서 안테나(2) 및 BBIC(4)는 필수적인 구성 요소는 아니다.
이어서, 고주파 모듈(1)의 상세한 구성에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이 고주파 모듈(1)은 안테나 접속 단자(100)와, 전력 증폭기(10)와, 저잡음 증폭기(20)와, 송신 필터(30T 및 40T)와, 수신 필터(30R 및 40R)와, PA 제어 회로(80)와, 정합 회로(61, 62, 및 63)와, 스위치(51, 52, 및 53)와, 다이플렉서(35)를 구비한다.
안테나 접속 단자(100)는 입출력 단자의 일례이며, 안테나(2)에 접속되는 안테나 공통 단자이다.
전력 증폭기(10)는 송신 입력 단자(110)로부터 입력된 통신 밴드 A 및 통신 밴드 B의 고주파 신호를 증폭하는 차동 증폭형의 증폭 회로이다.
PA 제어 회로(80)는 제어 신호 단자(130)를 통해 입력된 디지털 제어 신호 MIPI 및 GPIO 등에 의해 전력 증폭기(10)의 이득을 조정한다. PA 제어 회로(80)는 반도체 IC(Integrated Circuit)로 형성되어 있어도 좋다. 반도체 IC는, 예를 들면 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)로 구성되어 있다. 구체적으로는 SOI(Silicon On Insulator) 프로세스에 의해 형성되어 있다. 이것에 의해 반도체 IC를 저렴하게 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 반도체 IC는 GaAs, SiGe, 및 GaN 중 적어도 어느 하나로 구성되어 있어도 좋다. 이것에 의해 고품질인 증폭 성능 및 잡음 성능을 갖는 고주파 신호를 출력하는 것이 가능해진다.
저잡음 증폭기(20)는 통신 밴드 A 및 통신 밴드 B의 고주파 신호를 저잡음으로 증폭하고, 수신 출력 단자(120)로 출력하는 증폭기이다.
송신 필터(30T)는 전력 증폭기(10)와 안테나 접속 단자(100)를 연결하는 송신 경로(AT)에 배치되고, 전력 증폭기(10)에서 증폭된 송신 신호 중 통신 밴드 A의 송신 대역의 송신 신호를 통과시킨다. 또한, 송신 필터(40T)는 전력 증폭기(10)와 안테나 접속 단자(100)를 연결하는 송신 경로(BT)에 배치되고, 전력 증폭기(10)에서 증폭된 송신 신호 중 통신 밴드 B의 송신 대역의 송신 신호를 통과시킨다.
수신 필터(30R)는 저잡음 증폭기(20)와 안테나 접속 단자(100)를 연결하는 수신 경로(AR)에 배치되고, 안테나 접속 단자(100)로부터 입력된 수신 신호 중 통신 밴드 A의 수신 대역의 수신 신호를 통과시킨다. 또한, 수신 필터(40R)는 저잡음 증폭기(20)와 안테나 접속 단자(100)를 연결하는 수신 경로(BR)에 배치되고, 안테나 접속 단자(100)로부터 입력된 수신 신호 중 통신 밴드 B의 수신 대역의 수신 신호를 통과시킨다.
송신 필터(30T) 및 수신 필터(30R)는 통신 밴드 A를 통과 대역으로 하는 듀플렉서(30)를 구성하고 있다. 듀플렉서(30)는 통신 밴드 A의 송신 신호와 수신 신호를 주파수 분할 복신(FDD: Frequency Division Duplex) 방식으로 전송한다. 또한, 송신 필터(40T) 및 수신 필터(40R)는 통신 밴드 B를 통과 대역으로 하는 듀플렉서(40)를 구성하고 있다. 듀플렉서(40)는 통신 밴드 B의 송신 신호와 수신 신호를 FDD 방식으로 전송한다.
또한, 듀플렉서(30 및 40) 각각은 복수의 송신 필터만으로 구성된 멀티플렉서, 복수의 수신 필터만으로 구성된 멀티플렉서, 복수의 듀플렉서로 구성된 멀티플렉서이어도 좋다. 또한, 송신 필터(30T) 및 수신 필터(30R)는 듀플렉서(30)를 구성하고 있지 않아도 좋고, 시분할 복신(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 전송하는 필터이어도 좋다. 이 경우에는 송신 필터(30T) 및 수신 필터(30R)의 전단 및 후단 중 적어도 일방에 송신 및 수신을 스위칭하는 스위치가 배치된다.
정합 회로(61)는 스위치(53)와 듀플렉서(30)를 연결하는 경로에 배치되고, 다이플렉서(35) 및 스위치(53)와, 듀플렉서(30)의 임피던스 정합을 취한다. 정합 회로(62)는 스위치(53)와 듀플렉서(40)를 연결하는 경로에 배치되고, 다이플렉서(35) 및 스위치(53)와, 듀플렉서(40)의 임피던스 정합을 취한다.
정합 회로(63)는 저잡음 증폭기(20)와 수신 필터(30R 및 40R)를 연결하는 수신 경로에 배치되고, 저잡음 증폭기(20)와 수신 필터(30R 및 40R)의 임피던스 정합을 취한다.
또한, 전력 증폭기(10)와 송신 필터(30T 및 40T)를 연결하는 송신 경로에 전력 증폭기(10)와 송신 필터(30T 및 40T)의 임피던스 정합을 취하는 정합 회로가 배치되어 있어도 좋다.
스위치(51)는 공통 단자 및 2개의 선택 단자를 갖는다. 스위치(51)의 공통 단자는 전력 증폭기(10)의 출력 단자에 접속되어 있다. 스위치(51)의 일방의 선택 단자는 송신 필터(30T)에 접속되고, 스위치(51)의 타방의 선택 단자는 송신 필터(40T)에 접속되어 있다. 이 접속 구성에 있어서 스위치(51)는 전력 증폭기(10)와 송신 필터(30T)의 접속 및 전력 증폭기(10)와 송신 필터(40T)의 접속을 스위칭한다. 스위치(51)는, 예를 들면 SPDT(Single Pole Double Throw)형의 스위치 회로로 구성된다.
스위치(52)는 공통 단자 및 2개의 선택 단자를 갖는다. 스위치(52)의 공통 단자는 정합 회로(63)를 통해 저잡음 증폭기(20)의 입력 단자에 접속되어 있다. 스위치(52)의 일방의 선택 단자는 수신 필터(30R)에 접속되고, 스위치(52)의 타방의 선택 단자는 수신 필터(40R)에 접속되어 있다. 이 접속 구성에 있어서 스위치(52)는 저잡음 증폭기(20)와 수신 필터(30R)의 접속 및 비접속을 스위칭하고, 저잡음 증폭기(20)와 수신 필터(40R)의 접속 및 비접속을 스위칭한다. 스위치(52)는, 예를 들면 SPDT형의 스위치 회로로 구성된다.
스위치(53)는 안테나 스위치의 일례이며, 다이플렉서(35)를 통해 안테나 접속 단자(100)에 접속되고, (1) 안테나 접속 단자(100)와 송신 경로(AT) 및 수신 경로(AR)의 접속 및 (2) 안테나 접속 단자(100)와 송신 경로(BT) 및 수신 경로(BR)의 접속을 스위칭한다. 또한, 스위치(53)는 상기 (1) 및 (2)의 접속을 동시에 행하는 것이 가능한 멀티 접속형의 스위치 회로로 구성된다.
다이플렉서(35)는 멀티플렉서의 일례이며, 필터(35L 및 35H)로 구성되어 있다. 필터(35L)는 통신 밴드 A 및 B를 포함하는 주파수 범위를 통과 대역으로 하는 필터이며, 필터(35H)는 통신 밴드 A 및 B를 포함하는 주파수 범위와 상이한 다른 주파수 범위를 통과 대역으로 하는 필터이다. 필터(35L)의 일방의 단자와 필터(35H)의 일방의 단자는 안테나 접속 단자(100)에 공통 접속되어 있다. 필터(35L 및 35H) 각각은, 예를 들면 칩형상의 인덕터 및 커패시터 중 적어도 일방으로 구성된 LC 필터이다. 또한, 통신 밴드 A 및 B를 포함하는 주파수 범위가 상기 다른 주파수 범위보다 저주파수측에 위치할 경우에는 필터(35L)는 로우 패스 필터이어도 좋고, 또한 필터(35H)는 하이 패스 필터이어도 좋다.
또한, 상기 송신 필터(30T, 40T), 수신 필터(30R 및 40R)는, 예를 들면 SAW(Surface Acoustic Wave)를 사용한 탄성파 필터, BAW(Bulk Acoustic Wave)를 사용한 탄성파 필터, LC 공진 필터, 및 유전체 필터 중 어느 하나이어도 좋고, 또한 이들에는 한정되지 않는다.
또한, 정합 회로(61~63)는 본 발명에 의한 고주파 모듈에 필수적인 구성 요소는 아니다.
고주파 모듈(1)의 구성에 있어서 전력 증폭기(10), 스위치(51), 송신 필터(30T), 정합 회로(61), 스위치(53), 및 필터(35L)는 안테나 접속 단자(100)를 향해서 통신 밴드 A의 송신 신호를 전송하는 제 1 송신 회로를 구성한다. 또한, 필터(35L), 스위치(53), 정합 회로(61), 수신 필터(30R), 스위치(52), 정합 회로(63), 및 저잡음 증폭기(20)는 안테나(2)로부터 안테나 접속 단자(100)를 통해 통신 밴드 A의 수신 신호를 전송하는 제 1 수신 회로를 구성한다.
또한, 전력 증폭기(10), 스위치(51), 송신 필터(40T), 정합 회로(62), 스위치(53), 및 필터(35L)는 안테나 접속 단자(100)를 향해서 통신 밴드 B의 송신 신호를 전송하는 제 2 송신 회로를 구성한다. 또한, 필터(35L), 스위치(53), 정합 회로(62), 수신 필터(40R), 스위치(52), 정합 회로(63), 및 저잡음 증폭기(20)는 안테나(2)로부터 안테나 접속 단자(100)를 통해 통신 밴드 B의 수신 신호를 전송하는 제 2 수신 회로를 구성한다.
상기 회로 구성에 의하면 고주파 모듈(1)은 통신 밴드 A 및 통신 밴드 B 중 어느 하나의 고주파 신호를 송신, 수신, 및 송수신 중 적어도 어느 하나로 실행하는 것이 가능하다. 또한, 고주파 모듈(1)은 통신 밴드 A 및 통신 밴드 B의 고주파 신호를 동시 송신, 동시 수신, 및 동시 송수신 중 적어도 어느 하나로 실행하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 고주파 모듈에서는 상기 2개의 송신 회로 및 상기 2개의 수신 회로가 스위치(53)를 통해 안테나 접속 단자(100)에 접속되어 있지 않아도 좋고, 상기 2개의 송신 회로 및 상기 2개의 수신 회로가 상이한 단자를 통해 안테나(2)에 접속되어 있어도 좋다. 또한, 본 발명에 의한 고주파 모듈은 제 1 송신 회로 및 제 2 송신 회로 중 적어도 1개를 갖고 있으면 좋다.
또한, 본 발명에 의한 고주파 모듈에 있어서 제 1 송신 회로는 전력 증폭기(10)와, 송신 필터(30T), 스위치(51, 53), 및 정합 회로(61) 중 적어도 1개를 갖고 있으면 좋다. 또한, 제 2 송신 회로는 전력 증폭기(10)와, 송신 필터(40T), 스위치(51, 53), 및 정합 회로(62) 중 적어도 1개를 갖고 있으면 좋다.
또한, 저잡음 증폭기(20) 및 스위치(51~53)는 1개의 반도체 IC로 형성되어 있어도 좋다. 반도체 IC는, 예를 들면 CMOS로 구성되어 있다. 구체적으로는 SOI 프로세스에 의해 형성되어 있다. 이것에 의해 반도체 IC를 저렴하게 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 반도체 IC는 GaAs, SiGe, 및 GaN 중 적어도 어느 하나로 구성되어 있어도 좋다. 이것에 의해 고품질인 증폭 성능 및 잡음 성능을 갖는 고주파 신호를 출력하는 것이 가능해진다.
도 2a는 실시형태에 의한 전력 증폭기의 제 1 예(전력 증폭기(10))의 회로 구성도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이 전력 증폭기(10)는 입력 단자(115) 및 출력 단자(116)와, 증폭 소자(12)(제 1 증폭 소자) 및 증폭 소자(13)(제 2 증폭 소자)와, 증폭 소자(11)(제 3 증폭 소자)와, 단간 트랜스(변압기)(14)와, 커패시터(16)와, 출력 트랜스(발룬: 비평형-평형 변환 소자)(15)를 갖고 있다.
단간 트랜스(14)는 제 1 트랜스의 일례이며, 1차측 코일(제 1 코일)(14a)과 2차측 코일(제 2 코일)(14b)로 구성되어 있다.
증폭 소자(11)는 단간 트랜스(14)와 접속되어 있으며, 입력 단자(115)와 증폭 소자(12 및 13) 사이에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는 증폭 소자(11)의 입력 단자는 입력 단자(115)에 접속되고, 증폭 소자(11)의 출력 단자는 단간 트랜스(14)의 1차측 코일(14a)(제 1 코일)의 일단(비평형 단자)에 접속되어 있다. 또한, 단간 트랜스(14)의 2차측 코일(14b)(제 2 코일)의 일단(평형 단자)은 증폭 소자(12)의 입력 단자에 접속되어 있으며, 2차측 코일(14b)(제 2 코일)의 타단(평형 단자)은 증폭 소자(13)의 입력 단자에 접속되어 있다. 즉, 증폭 소자(11)는 증폭 소자(12 및 13)의 전단에 배치되고, 단간 트랜스(14)와 접속되어 있으며, 전단 증폭 회로(10F)를 구성하고 있다.
입력 단자(115)로부터 입력된 고주파 신호는 증폭 소자(11)에 바이어스 전압(Vcc1)이 인가된 상태로 증폭 소자(11)에 의해 증폭된다. 증폭된 고주파 신호는 단간 트랜스(14)에 의해 비평형-평형 변환된다. 이때 2차측 코일(14b)의 일단(평형 단자)으로부터 비반전 입력 신호가 출력되고, 2차측 코일(14b)의 타단(평형 단자)으로부터 반전 입력 신호가 출력된다.
출력 트랜스(15)는 제 2 트랜스의 일례이며, 1차측 코일(제 3 코일)(15a)과 2차측 코일(제 4 코일)(15b)로 구성되어 있다. 1차측 코일(15a)의 일단(평형 단자)은 증폭 소자(12)의 출력 단자에 접속되어 있으며, 1차측 코일(15a)의 타단(평형 단자)은 증폭 소자(13)의 출력 단자에 접속되어 있다. 또한, 1차측 코일(15a)의 중점에는 바이어스 전압(Vcc2)이 공급된다. 2차측 코일(15b)의 일단(비평형 단자)은 출력 단자(116)에 접속되고, 2차측 코일(15b)의 타단은 그라운드에 접속되어 있다. 바꿔 말하면 출력 트랜스(15)는 증폭 소자(12)의 출력 단자 및 증폭 소자(13)의 출력 단자와, 출력 단자(116) 사이에 접속되어 있다.
커패시터(16)는 증폭 소자(12)의 출력 단자와 증폭 소자(13)의 출력 단자 사이에 접속되어 있다.
증폭 소자(12)에 의해 증폭된 비반전 입력 신호와, 증폭 소자(13)에 의해 증폭된 반전 입력 신호는 역위상을 유지한 채 출력 트랜스(15) 및 커패시터(16)에 의해 임피던스 변환된다. 즉, 출력 단자(116)에 있어서의 전력 증폭기(10)의 출력 임피던스는 출력 트랜스(15) 및 커패시터(16)에 의해 도 1에 나타내어진 스위치(51), 송신 필터(30T 및 40T)의 입력 임피던스와 임피던스 정합된다. 또한, 출력 단자(116)와 2차측 코일(15b)을 연결하는 경로와 그라운드 사이에 접속된 용량 소자도 상기 임피던스 정합에 기여하고 있다. 또한, 상기 용량 소자는 출력 단자(116)와 2차측 코일(15b)을 연결하는 경로에 직렬 배치되어 있어도 좋고, 또한 상기 용량 소자는 없어도 좋다.
여기에서 증폭 소자(12 및 13)는 차동 증폭 회로(10R)를 구성하고 있다. 증폭 소자(12 및 13)는 1칩화 또는 동일 기판 상에 실장 등 일체 형성되는 경우가 많다. 이것에 대하여 출력 트랜스(15)는 고출력의 송신 신호에 대응해서 높은 Q값을 필요로 하기 때문에 증폭 소자(12 및 13) 등과는 일체 형성되지 않는다.
전력 증폭기(10)의 회로 구성에 의하면 증폭 소자(12 및 13)가 반전 위상에 의해 동작한다. 이때 증폭 소자(12 및 13)의 기본파에서의 전류가 반전 위상, 즉 역방향으로 흐르기 때문에 증폭 소자(12 및 13)로부터 대략 등거리에 배치된 그라운드 배선 및 전원 배선으로는 기본파의 전류는 흐르지 않게 된다. 이것 때문에 상기 배선으로의 불필요한 전류의 유입을 무시할 수 있으므로 종래의 전력 증폭기에 보이는 전력 이득(파워 게인)의 저하를 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 증폭 소자(12 및 13)에서 증폭된 비반전 신호와 반전 신호가 합성되므로 양 신호에 마찬가지로 중첩된 노이즈 성분을 상쇄할 수 있고, 예를 들면 고조파 성분 등의 불필요파를 저감할 수 있다.
또한, 증폭 소자(11)는 전력 증폭기(10)에 필수적인 구성 요소는 아니다. 또한, 비평형 입력 신호를 비반전 입력 신호 및 반전 입력 신호로 변환하는 수단은 단간 트랜스(14)에 한정되지 않는다. 또한, 커패시터(16)는 임피던스 정합에 있어서 필수적인 구성 요소는 아니다.
또한, 증폭 소자(11~13) 및 저잡음 증폭기(20)는, 예를 들면 Si계의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 GaAs를 재료로 한 전계 효과형 트랜지스터(FET) 또는 헤테로 바이폴러 트랜지스터(HBT) 등으로 구성되어 있다.
또한, 전단 증폭 회로(10F)는 단간 트랜스(14)의 후단에 배치되어 있어도 좋다.
도 2b는 실시형태에 의한 전력 증폭기의 제 2 예(전력 증폭기(10X))의 회로 구성도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이 전력 증폭기(10X)는 입력 단자(115) 및 출력 단자(116)와, 증폭 소자(12b)(제 1 증폭 소자) 및 증폭 소자(13b)(제 2 증폭 소자)와, 증폭 소자(12a)(제 3 증폭 소자) 및 증폭 소자(13a)(제 3 증폭 소자)와, 단간 트랜스(변압기)(14)와, 커패시터(16)와, 출력 트랜스(발룬: 비평형-평형 변환 소자)(15)를 갖고 있다.
여기에서 제 2 예의 전력 증폭기(10X)는 제 1 예의 전력 증폭기(10)와 비교해서 전단 증폭 회로(10F)의 구성 및 배치 위치가 상이하다. 이하, 제 2 예의 전력 증폭기(10X)의 회로 구성에 대해서 제 1 예의 전력 증폭기(10)의 회로 구성과 동일한 점은 설명을 생략하고, 상이한 점을 중심으로 설명한다.
증폭 소자(12a)는 단간 트랜스(14)와 접속되어 있으며, 입력 단자(115)와 증폭 소자(12b) 사이에 배치되어 있다. 또한, 증폭 소자(13a)는 단간 트랜스(14)와 접속되어 있으며, 입력 단자(115)와 증폭 소자(13b) 사이에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는 단간 트랜스(14)의 2차측 코일(14b)(제 2 코일)의 일단(평형 단자)은 증폭 소자(12a)를 통해 증폭 소자(12b)의 입력 단자에 접속되어 있으며, 2차측 코일(14b)(제 2 코일)의 타단(평형 단자)은 증폭 소자(13a)를 통해 증폭 소자(13b)의 입력 단자에 접속되어 있다. 즉, 증폭 소자(12a 및 13a)는 증폭 소자(12b 및 13b)의 전단에 배치되고, 단간 트랜스(14)와 접속되어 있으며, 전단 증폭 회로(10F)를 구성하고 있다.
입력 단자(115)로부터 입력된 고주파 신호는 단간 트랜스(14)에 의해 비평형-평형 변환되고, 2차측 코일(14b)의 일단 및 타단으로부터 각각 비반전 입력 신호 및 반전 입력 신호가 출력된다. 2차측 코일(14b)의 일단으로부터 출력된 비반전 입력 신호는 증폭 소자(12a 및 12b)에서 증폭된다. 2차측 코일(14b)의 타단으로부터 출력된 반전 입력 신호는 증폭 소자(13a 및 13b)에서 증폭된다.
출력 트랜스(15)는 제 2 트랜스의 일례이며, 1차측 코일(제 3 코일)(15a)과 2차측 코일(제 4 코일)(15b)로 구성되어 있다. 1차측 코일(15a)의 일단(평형 단자)은 증폭 소자(12b)의 출력 단자에 접속되어 있으며, 1차측 코일(15a)의 타단(평형 단자)은 증폭 소자(13b)의 출력 단자에 접속되어 있다. 또한, 1차측 코일(15a)의 중점에는 바이어스 전압(Vcc2)이 공급된다. 2차측 코일(15b)의 일단(비평형 단자)은 출력 단자(116)에 접속되고, 2차측 코일(15b)의 타단은 그라운드에 접속되어 있다. 바꿔 말하면 출력 트랜스(15)는 증폭 소자(12b)의 출력 단자 및 증폭 소자(13b)의 출력 단자와, 출력 단자(116) 사이에 접속되어 있다.
커패시터(16)는 증폭 소자(12b)의 출력 단자와 증폭 소자(13b)의 출력 단자 사이에 접속되어 있다.
증폭 소자(12a 및 12b)에 의해 증폭된 비반전 입력 신호와, 증폭 소자(13a 및 13b)에 의해 증폭된 반전 입력 신호는 역위상을 유지한 채 출력 트랜스(15) 및 커패시터(16)에 의해 임피던스 변환된다. 즉, 출력 단자(116)에 있어서의 전력 증폭기(10X)의 출력 임피던스는 출력 트랜스(15) 및 커패시터(16)에 의해 도 1에 나타내어진 스위치(51), 송신 필터(30T 및 40T)의 입력 임피던스와 임피던스 정합된다. 또한, 출력 단자(116)와 2차측 코일(15b)을 연결하는 경로와 그라운드 사이에 접속된 용량 소자도 상기 임피던스 정합에 기여하고 있다. 또한, 상기 용량 소자는 출력 단자(116)와 2차측 코일(15b)을 연결하는 경로에 직렬 배치되어 있어도 좋고, 또한 상기 용량 소자는 없어도 좋다.
여기에서 증폭 소자(12b 및 13b)는 차동 증폭 회로(10R)를 구성하고 있다. 증폭 소자(12b 및 13b)는 1칩화 또는 동일 기판 상에 실장 등 일체 형성되는 경우가 많다. 이것에 대하여 출력 트랜스(15)는 고출력의 송신 신호에 대응해서 높은 Q값을 필요로 하기 때문에 증폭 소자(12 및 13) 등과는 일체 형성되지 않는다.
전력 증폭기(10X)의 회로 구성에 의하면 증폭 소자(12b 및 13b)가 반전 위상에 의해 동작한다. 이때 증폭 소자(12b 및 13b)의 기본파에서의 전류가 반전 위상, 즉 역방향으로 흐르기 때문에 증폭 소자(12b 및 13b)로부터 대략 등거리에 배치된 그라운드 배선 및 전원 배선으로는 기본파의 전류는 흐르지 않게 된다. 이것 때문에 상기 배선으로의 불필요한 전류의 유입을 무시할 수 있으므로 종래의 전력 증폭기에 보이는 전력 이득(파워 게인)의 저하를 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 증폭 소자(12b 및 13b)에서 증폭된 비반전 신호와 반전 신호가 합성되므로 양 신호에 마찬가지로 중첩된 노이즈 성분을 상쇄할 수 있고, 예를 들면 고조파 성분 등의 불필요파를 저감할 수 있다.
여기에서 상기 고주파 모듈(1)을 1개의 실장 기판 상에 실장할 경우 전력 증폭기(10)(또는 전력 증폭기(10X))를 구성하는 회로 소자(증폭 소자(11~13), 단간 트랜스(14), 출력 트랜스(15), 커패시터(16))의 점수가 많기 때문에 고주파 모듈(1)이 대형화되어 버린다. 또한, 소형화하기 위해 고밀도 실장하면 전력 증폭기(10)(또는 전력 증폭기(10X))로부터 출력된 고출력의 송신 신호가 고주파 모듈(1)을 구성하는 회로 부품에 간섭하고, 고주파 모듈(1)로부터 출력되는 고주파 신호의 신호 품질이 열화된다는 문제가 발생한다.
이것에 대하여 본 실시형태에 의한 고주파 모듈(1)에서는 고주파 모듈(1)로부터 출력되는 고주파 신호의 신호 품질의 열화를 억제하면서 고주파 모듈(1)을 소형화하는 구성을 갖고 있다. 이하에서는 신호 품질의 열화 억제와 소형화를 양립시킨 고주파 모듈(1)의 구성에 대해서 설명한다.
[2. 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)의 회로 소자 배치 구성]
도 3a는 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)의 평면 구성 개략도이다. 또한, 도 3b는 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)의 단면 구성 개략도이며, 구체적으로는 도 3a의 IIIB-IIIB선에 있어서의 단면도이다. 또한, 도 3a의 (a)에는 모듈 기판(91)의 서로 대향하는 주면(91a 및 91b) 중 주면(91a)을 z축 +방향측으로부터 보았을 경우의 회로 소자의 배치도가 나타내어져 있다. 한편, 도 3a의 (b)에는 주면(91b)을 z축 +방향측으로부터 보았을 경우의 회로 소자의 배치를 투시한 도면이 나타내어져 있다. 또한, 도 3a에는 모듈 기판(91) 내에 형성된 출력 트랜스(15)가 파선으로 나타내어져 있다.
실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)은 실시형태에 의한 고주파 모듈(1)을 구성하는 각 회로 소자의 배치 구성을 구체적으로 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1A)은 도 1에 나타내어진 회로 구성에 추가하여 모듈 기판(91)과, 수지 부재(92 및 93)와, 외부 접속 단자(150)를 갖고 있다.
모듈 기판(91)은 서로 대향하는 주면(91a)(제 1 주면) 및 주면(91b)(제 2 주면)을 갖고, 상기 송신 회로 및 상기 수신 회로를 실장하는 기판이다. 모듈 기판(91)으로서는, 예를 들면 복수의 유전체층의 적층 구조를 갖는 저온 동시 소성 세라믹스(Low Temperature Co-fired Ceramics: LTCC) 기판, 고온 동시 소성 세라믹스(High Temperature Co-fired Ceramics: HTCC) 기판, 부품 내장 기판, 재배선층(Redistribution Layer: RDL)을 갖는 기판 또는 프린트 기판 등이 사용된다.
수지 부재(92)는 모듈 기판(91)의 주면(91a)에 배치되고, 상기 송신 회로의 일부, 상기 수신 회로의 일부, 및 모듈 기판(91)의 주면(91a)을 덮고 있으며, 상기 송신 회로 및 상기 수신 회로를 구성하는 회로 소자의 기계 강도 및 내습성 등의 신뢰성을 확보하는 기능을 갖고 있다. 수지 부재(93)는 모듈 기판(91)의 주면(91b)에 배치되고, 상기 송신 회로의 일부, 상기 수신 회로의 일부, 및 모듈 기판(91)의 주면(91b)을 덮고 있으며, 상기 송신 회로 및 상기 수신 회로를 구성하는 회로 소자의 기계 강도 및 내습성 등의 신뢰성을 확보하는 기능을 갖고 있다. 또한, 수지 부재(92 및 93)는 본 발명에 의한 고주파 모듈에 필수적인 구성 요소는 아니다.
도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1A)에서는 전단 증폭 회로(10F), 차동 증폭 회로(10R), 단간 트랜스(14), 듀플렉서(30, 40), 정합 회로(61, 62, 63), 및 스위치(53)는 모듈 기판(91)의 주면(91a)(제 1 주면)에 배치되어 있다. 한편, PA 제어 회로(80), 저잡음 증폭기(20), 스위치(51, 52), 및 다이플렉서(35)는 모듈 기판(91)의 주면(91b)(제 2 주면)에 배치되어 있다. 또한, 출력 트랜스(15)는 모듈 기판(91)의 내부에 배치되어 있다.
즉, 본 실시예에서는 차동 증폭 회로(10R)(증폭 소자(12 및 13))는 주면(91a)(제 1 주면)에 실장되어 있다. 한편, 저잡음 증폭기(20)는 제 1 회로 부품이며, 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되어 있다.
또한, 듀플렉서(30, 40), 스위치(53), 정합 회로(61, 62, 및 63)는 주면(91a)(제 1 주면)에 실장되어 있지만 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되어 있어도 좋다. 또한, 스위치(51, 52) 및 다이플렉서(35)는 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되어 있지만 주면(91a)(제 1 주면)에 실장되어 있어도 좋다. 또한, 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되는 제 1 회로 부품은 저잡음 증폭기(20)가 아니어도 좋고, 듀플렉서(30, 40), 정합 회로(61~63), PA 제어 회로(80), 스위치(51~53), 및 다이플렉서(35) 중 어느 하나이어도 좋다.
전력 증폭기(10)는 적어도 증폭 소자(12, 13), 단간 트랜스(14) 및 출력 트랜스(15)를 갖고, 부품 점수가 많아져 실장 면적이 커지기 때문에 고주파 모듈이 대형화되는 경향이 있다.
이것에 대하여 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1A)의 상기 구성에 의하면 전력 증폭기(10)의 증폭 소자(12 및 13)와, 저잡음 증폭기(20)가 모듈 기판(91)의 양면에 나누어 배치되므로 송수신 간의 아이솔레이션을 확보하면서 고주파 모듈(1A)을 소형화할 수 있다. 또한, 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(20)가 대전력의 송신 신호를 출력하는 증폭 소자(12 및 13)로부터의 간섭을 받는 것이 억제되므로 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 모듈 기판(91)은 복수의 유전체층이 적층된 다층 구조를 갖고, 상기 복수의 유전체층 중 적어도 1개에는 그라운드 전극 패턴이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해 모듈 기판(91)의 전자계 차폐 기능이 향상된다.
또한, 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1A)에서는 전단 증폭 회로(10F), 차동 증폭 회로(10R), 및 단간 트랜스(14)는 1개의 반도체 IC(75)에 포함되어 있으며, 반도체 IC(75)는 주면(91a)(제 1 주면)에 배치되어 있다.
이것에 의해 전력 증폭기(10)를 소형화할 수 있으므로 고주파 모듈(1A)을 보다 한층 소형화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1A)에서는 모듈 기판(91)의 주면(91b)측에 복수의 외부 접속 단자(150)가 배치되어 있다. 고주파 모듈(1A)은 고주파 모듈(1A)의 z축 -방향측에 배치되는 외부 기판과, 복수의 외부 접속 단자(150)를 경유해서 전기 신호의 주고 받기를 행한다. 도 3a의 (b)에 나타내는 바와 같이 복수의 외부 접속 단자에는 안테나 접속 단자(100), 송신 입력 단자(110), 및 수신 출력 단자(120)가 포함된다. 또한, 복수의 외부 접속 단자(150)의 몇 가지는 외부 기판의 그라운드 전위로 설정된다. 주면(91a 및 91b) 중 외부 기판과 대향하는 주면(91b)에는 저배화가 곤란한 전단 증폭 회로(10F) 및 차동 증폭 회로(10R)가 배치되지 않고, 저배화가 용이한 저잡음 증폭기(20)가 배치되어 있으므로 고주파 모듈(1A) 전체를 저배화하는 것이 가능해진다. 또한, 수신 회로의 수신 감도에 크게 영향을 주는 저잡음 증폭기(20)의 주위에 그라운드 전극으로서 적용되는 외부 접속 단자(150)가 복수 배치되므로 수신 회로의 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 도 3a의 (b)에 나타내는 바와 같이 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 PA 제어 회로(80)와 저잡음 증폭기(20) 사이에 복수의 외부 접속 단자(150) 중 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이것에 의해 저잡음 증폭기(20)와 PA 제어 회로(80) 사이에 그라운드 전극으로서 적용되는 외부 접속 단자(150)가 배치되므로 수신 감도의 열화를 보다 한층 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서 정합 회로(63)는 적어도 인덕터를 갖고, 상기 인덕터는 주면(91a)에 배치되어 있다.
이것에 의해 수신 회로의 수신 감도에 크게 영향을 주는 상기 인덕터와 PA 제어 회로(80)가 모듈 기판(91)을 사이에 두고 배치되므로 PA 제어 회로(80)에 접속된 디지털 제어 배선과 상기 인덕터가 전자계 결합하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 디지털 노이즈에 의한 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 차동 증폭 회로(10R)는 고주파 모듈(1A)이 갖는 회로 부품 중에서 발열량이 큰 부품이다. 고주파 모듈(1A)의 방열성을 향상시키기 위해서는 차동 증폭 회로(10R)의 발열을 작은 열저항을 갖는 방열 경로에서 외부 기판에 방열하는 것이 중요하다. 만약, 차동 증폭 회로(10R)를 주면(91b)에 실장했을 경우 차동 증폭 회로(10R)에 접속되는 전극 배선은 주면(91b) 상에 배치된다. 이것 때문에 방열 경로로서는 주면(91b) 상의 (xy 평면 방향을 따르는)평면 배선 패턴만을 경유한 방열 경로를 포함하는 것이 된다. 상기 평면 배선 패턴은 금속 박막으로 형성되기 때문에 열저항이 크다. 이것 때문에 차동 증폭 회로(10R)를 주면(91b) 상에 배치했을 경우에는 방열성이 저하되어 버린다.
이것에 대하여 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1A)은 도 3b에 나타내는 바와 같이 주면(91a)에 의해 차동 증폭 회로(10R)의 그라운드 전극에 접속되고, 주면(91a)으로부터 주면(91b)에 이르는 방열용 비아 도체(95V)를 더 구비한다. 또한, 방열용 비아 도체(95V)는 주면(91b)에 의해 복수의 외부 접속 단자(150) 중 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)와 접속되어 있다.
이것에 의하면 차동 증폭 회로(10R)를 주면(91a)에 실장했을 경우 방열용 비아 도체(95V)를 통해 차동 증폭 회로(10R)와 외부 접속 단자(150)를 접속할 수 있다. 따라서, 차동 증폭 회로(10R)의 방열 경로로서 모듈 기판(91) 내의 배선 중 열저항이 큰 xy 평면 방향을 따르는 평면 배선 패턴만을 경유한 방열 경로를 배제할 수 있다. 따라서, 차동 증폭 회로(10R)로부터의 외부 기판으로의 방열성이 향상된 소형의 고주파 모듈(1A)을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 저잡음 증폭기(20), 스위치(51 및 52)는 1개의 반도체 IC(70)에 포함되어 있어도 좋다. 이것에 의해 고주파 모듈(1A)을 소형화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1A)에서는 출력 트랜스(15)는 모듈 기판(91)에 내장 형성되어 있다.
여기에서 도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)와 저잡음 증폭기(20) 사이에 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)가 배치되어 있다.
이것에 의해 고출력의 송신 신호를 전송하는 출력 트랜스(15)와 수신 신호를 전송하는 저잡음 증폭기(20)가 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)에 의해 격리되므로 송수신 간의 아이솔레이션이 강화된다.
여기에서 도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)의 형성 영역과 중복되는 주면(91a) 상의 영역 및 주면(91b) 상의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않은 것이 바람직하다.
출력 트랜스(15)는 차동 증폭 회로(10R)에서 증폭된 고출력의 송신 신호를 전송하기 때문에 출력 트랜스(15)를 구성하는 인덕터의 Q값은 높은 것이 바람직하다. 상기 평면으로부터 볼 때에서 출력 트랜스(15)와 중복되는 영역에 회로 부품이 있으면 상기 인덕터가 형성하는 전자계가 상기 회로 부품에 의해 영향을 받아 상기 인덕터의 Q값이 저하되고, 출력 트랜스(15)로부터 출력되는 송신 신호의 전력이 저하된다. 이것에 대하여 상기 구성에 의하면 전력 증폭기(10)의 증폭 성능의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서 출력 트랜스(15)는 주면(91a)과 주면(91b) 사이의 모듈 기판(91)의 내부이며, 주면(91b)에 가까이 형성되어 있다. 이 경우에는 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)의 형성 영역과 중복되는 주면(91b)의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않고, 출력 트랜스(15)의 형성 영역과 중복되는 주면(91a)의 영역에는 회로 부품(도시하지 않음)은 배치되어 있어도 좋다.
이 경우이어도 출력 트랜스(15)에 의해 근접하는 주면(91b)의 상기 영역에 회로 부품이 배치되어 있지 않으므로 출력 트랜스(15)의 인덕터의 Q값이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
도 4a는 변형예 1에 의한 고주파 모듈(1E)에 있어서의 출력 트랜스(15)의 배치를 나타내는 단면 구성 개략도이다. 동 도면에는 변형예 1에 의한 고주파 모듈(1E)의 단면 구성 중 출력 트랜스(15)의 배치가 기재되어 있다. 또한, 고주파 모듈(1E)이 구비하는 출력 트랜스(15) 이외의 회로 부품의 배치 구성은 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)과 동일하다. 고주파 모듈(1E)에 있어서 출력 트랜스(15)는 주면(91a)과 주면(91b) 사이의 모듈 기판(91)의 내부이며, 주면(91a)에 가까이 형성되어 있다. 이 경우에는 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)의 형성 영역과 중복되는 주면(91a)의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않고, 출력 트랜스(15)의 형성 영역과 중복되는 주면(91b)의 영역에는 회로 부품(도시하지 않음)은 배치되어 있어도 좋다.
이 경우이어도 출력 트랜스(15)에 의해 근접하는 주면(91a)의 상기 영역에 회로 부품이 배치되어 있지 않으므로 출력 트랜스(15)의 인덕터의 Q값이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
도 4b는 변형예 2에 의한 고주파 모듈(1F)에 있어서의 출력 트랜스(15)의 배치를 나타내는 단면 구성 개략도이다. 동 도면에는 변형예 2에 의한 고주파 모듈(1F)의 단면 구성 중 출력 트랜스(15)의 배치가 기재되어 있다. 또한, 고주파 모듈(1F)이 구비하는 출력 트랜스(15) 이외의 회로 부품의 배치 구성은 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)과 동일하다. 고주파 모듈(1F)에 있어서 출력 트랜스(15)는 주면(91b)에 배치되어 있다. 이 경우에는 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)의 형성 영역과 중복되는 주면(91a)의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않은 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면 주면(91a)의 상기 영역에 회로 부품이 배치되어 있지 않으므로 출력 트랜스(15)의 인덕터의 Q값이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
도 4c는 변형예 3에 의한 고주파 모듈(1G)에 있어서의 출력 트랜스(15)의 배치를 나타내는 단면 구성 개략도이다. 동 도면에는 변형예 3에 의한 고주파 모듈(1G)의 단면 구성 중 출력 트랜스(15)의 배치가 기재되어 있다. 또한, 고주파 모듈(1G)이 구비하는 출력 트랜스(15) 이외의 회로 부품의 배치 구성은 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)과 동일하다. 고주파 모듈(1G)에 있어서 출력 트랜스(15)는 주면(91a)에 배치되어 있다. 이 경우에는 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)의 형성 영역과 중복되는 주면(91b)의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않은 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면 주면(91b)의 상기 영역에 회로 부품이 배치되어 있지 않으므로 출력 트랜스(15)의 인덕터의 Q값이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 고주파 모듈(1A, 1E, 1F, 및 1G)에 있어서 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우 출력 트랜스(15)의 형성 영역과 겹치는 영역에는 그라운드 전극 패턴은 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다. 이것에 의하면 출력 트랜스(15)와 그라운드 전극의 거리를 크게 확보하는 것이 가능해지기 때문에 출력 트랜스(15)를 구성하는 인덕터의 높은 Q값을 유지할 수 있다.
또한, 출력 트랜스(15)의 형성 영역이란 이하와 같이 정의된다. 출력 트랜스(15)의 형성 영역은 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우 1차측 코일의 형성 영역과 2차측 코일의 형성 영역을 포함하는 최소 영역이다.
여기에서 2차측 코일(15b)은 1차측 코일(15a)을 따라 형성되고, 1차측 코일(15a)과의 제 1 거리가 대략 일정한 구간에 배치된 배선 도체라고 정의된다. 이때 상기 구간의 양측에 위치하는 배선 도체는 1차측 코일(15a)과의 거리가 제 1 거리보다 큰 제 2 거리이며, 2차측 코일(15b)의 일단 및 타단은 배선 도체의 1차측 코일(15a)까지의 거리가 제 1 거리로부터 제 2 거리로 변화되는 지점이다. 또한, 1차측 코일(15a)은 2차측 코일(15b)을 따라 형성되고, 2차측 코일(15b)과의 제 1 거리가 대략 일정한 구간에 배치된 배선 도체라고 정의된다. 이때 상기 구간의 양측에 위치하는 배선 도체는 2차측 코일(15b)과의 거리가 제 1 거리보다 큰 제 2 거리이며, 1차측 코일(15a)의 일단 및 타단은 배선 도체의 2차측 코일(15b)까지의 거리가 제 1 거리로부터 제 2 거리로 변화되는 지점이다.
또는 2차측 코일(15b)은 1차측 코일(15a)을 따라 형성되고, 선폭이 대략 일정한 제 1 폭을 갖는 제 1 구간에 배치된 배선 도체라고 정의된다. 또한, 1차측 코일(15a)은 2차측 코일(15b)을 따라 형성되고, 선폭이 대략 일정한 제 1 폭을 갖는 제 1 구간에 배치된 배선 도체라고 정의된다.
또는 2차측 코일(15b)은 1차측 코일(15a)을 따라 형성되고, 막두께가 대략 일정한 제 1 막두께를 갖는 제 1 구간에 배치된 배선 도체라고 정의된다. 또한, 1차측 코일(15a)은 2차측 코일(15b)을 따라 형성되고, 막두께가 대략 일정한 제 1 막두께를 갖는 제 1 구간에 배치된 배선 도체라고 정의된다.
또는 2차측 코일(15b)은 1차측 코일(15a)을 따라 형성되고, 1차측 코일(15a)과의 결합도가 대략 일정한 제 1 결합도를 갖는 제 1 구간에 배치된 배선 도체라고 정의된다. 또한, 1차측 코일(15a)은 2차측 코일(15b)을 따라 형성되고, 2차측 코일(15b)과의 결합도가 대략 일정한 제 1 결합도를 갖는 제 1 구간에 배치된 배선 도체라고 정의된다.
또한, 외부 접속 단자(150)는 도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이 수지 부재(93)를 z축 방향으로 관통하는 기둥형상 전극이어도 좋고, 또한 도 5에 나타내어진 변형예 4에 의한 고주파 모듈(1B)과 같이 외부 접속 단자(150)는 주면(91b) 상에 형성된 범프 전극(160)이어도 좋다. 이 경우에는 주면(91b)측의 수지 부재(93)는 없어도 좋다.
또한, 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)에 있어서 외부 접속 단자(150)는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 변형예 4에 의한 고주파 모듈(1B)에 있어서 범프 전극(160)은 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다.
[3. 실시예 2에 의한 고주파 모듈(1C)의 회로 소자 배치 구성]
도 6a는 실시예 2에 의한 고주파 모듈(1C)의 평면 구성 개략도이다. 또한, 도 6b는 실시예 2에 의한 고주파 모듈(1C)의 단면 구성 개략도이며, 구체적으로는 도 6a의 VIB-VIB선에 있어서의 단면도이다. 또한, 도 6a의 (a)에는 모듈 기판(91)의 서로 대향하는 주면(91a 및 91b) 중 주면(91a)을 z축 +방향측으로부터 보았을 경우의 회로 소자의 배치도가 나타내어져 있다. 한편, 도 6a의 (b)에는 주면(91b)을 z축 +방향측으로부터 보았을 경우의 회로 소자의 배치를 투시한 도면이 나타내어져 있다. 또한, 도 6a에는 모듈 기판(91) 내에 형성된 단간 트랜스(14) 및 출력 트랜스(15)가 파선으로 나타내어져 있다.
실시예 2에 의한 고주파 모듈(1C)은 실시형태에 의한 고주파 모듈(1)을 구성하는 각 회로 소자의 배치 구성을 구체적으로 나타낸 것이다.
본 실시예에 의한 고주파 모듈(1C)은 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)과 비교해서 고주파 모듈(1C)을 구성하는 회로 부품의 배치 구성만이 상이하다. 이하, 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1C)에 대해서 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)과 동일한 점은 설명을 생략하고, 상이한 점을 중심으로 설명한다.
도 6a 및 도 6b에 나타내는 바와 같이 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1C)에서는 전단 증폭 회로(10F), 차동 증폭 회로(10R), 듀플렉서(30, 40), 정합 회로(61, 62, 63), 및 스위치(53)는 모듈 기판(91)의 주면(91a)(제 1 주면)에 배치되어 있다. 한편, PA 제어 회로(80), 저잡음 증폭기(20), 스위치(51, 52), 및 다이플렉서(35)는 모듈 기판(91)의 주면(91b)(제 2 주면)에 배치되어 있다. 또한, 단간 트랜스(14) 및 출력 트랜스(15)는 모듈 기판(91)의 내부에 배치되어 있다.
즉, 본 실시예에서는 차동 증폭 회로(10R)(증폭 소자(12 및 13))는 주면(91a)(제 1 주면)에 실장되어 있다. 한편, 저잡음 증폭기(20)는 제 1 회로 부품이며, 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되어 있다. 또한, 단간 트랜스(14)는 모듈 기판(91)의 내부에 배치되어 있다.
또한, 듀플렉서(30, 40), 스위치(53), 정합 회로(61, 62, 및 63)는 주면(91a)(제 1 주면)에 실장되어 있지만 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되어 있어도 좋다. 또한, 스위치(51, 52) 및 다이플렉서(35)는 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되어 있지만 주면(91a)(제 1 주면)에 실장되어 있어도 좋다. 또한, 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되는 제 1 회로 부품은 저잡음 증폭기(20)가 아니어도 좋고, 듀플렉서(30, 40), 정합 회로(61~63), PA 제어 회로(80), 스위치(51~53), 및 다이플렉서(35) 중 어느 하나이어도 좋다.
전력 증폭기(10)는 적어도 증폭 소자(12, 13), 단간 트랜스(14) 및 출력 트랜스(15)를 갖고, 부품 점수가 많아져 실장 면적이 커지기 때문에 고주파 모듈이 대형화되는 경향이 있다.
이것에 대하여 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1C)의 상기 구성에 의하면 전력 증폭기(10)의 증폭 소자(12 및 13)와 저잡음 증폭기(20)가 모듈 기판(91)의 양면에 나누어 배치되므로 송수신 간의 아이솔레이션을 확보하면서 고주파 모듈(1C)을 소형화할 수 있다. 또한, 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(20)가 대전력의 송신 신호를 출력하는 증폭 소자(12 및 13)로부터의 간섭을 받는 것이 억제되므로 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1C)에서는 전단 증폭 회로(10F) 및 차동 증폭 회로(10R)는 1개의 반도체 IC(76)에 포함되어 있으며, 반도체 IC(76)는 주면(91a)(제 1 주면)에 배치되어 있다. 이것에 의해 전력 증폭기(10)를 소형화할 수 있으므로 고주파 모듈(1C)을 보다 한층 소형화할 수 있다.
또한, 도 6a 및 도 6b에 나타내는 바와 같이 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 전단 증폭 회로(10F)와 단간 트랜스(14)는 적어도 일부가 겹쳐 있는 것이 바람직하다. 이것에 의하면 증폭 소자(11)와 단간 트랜스(14)의 접속 배선을 짧게 할 수 있으므로 송신 신호의 전송 손실을 저감하면서 고주파 모듈(1C)을 소형화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1C)에서는 모듈 기판(91)의 주면(91b)측에 복수의 외부 접속 단자(150)가 배치되어 있다. 도 6b에 나타내는 바와 같이 고주파 모듈(1C)은 주면(91a)에 의해 차동 증폭 회로(10R)의 그라운드 전극에 접속되고, 주면(91a)으로부터 주면(91b)에 이르는 방열용 비아 도체(95V)를 더 구비한다. 또한, 방열용 비아 도체(95V)는 주면(91b)에 의해 복수의 외부 접속 단자(150) 중 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)(제 1 외부 접속 단자)와 접속되어 있다.
이것에 의하면 차동 증폭 회로(10R)를 주면(91a)에 실장했을 경우 방열용 비아 도체(95V)를 통해 차동 증폭 회로(10R)와 외부 접속 단자(150)를 접속할 수 있다. 따라서, 차동 증폭 회로(10R)의 방열 경로로서 모듈 기판(91) 내의 배선 중 열저항이 큰 xy 평면 방향을 따르는 평면 배선 패턴만을 경유한 방열 경로를 배제할 수 있다. 따라서, 차동 증폭 회로(10R)로부터의 외부 기판으로의 방열성이 향상된 소형의 고주파 모듈(1C)을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 도 6b에 나타내는 바와 같이 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 방열용 비아 도체(95V)에 접속된 외부 접속 단자(150)(제 1 외부 접속 단자)는 단간 트랜스(14)와 저잡음 증폭기(20) 사이에 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의해 단간 트랜스(14)와 저잡음 증폭기(20)가 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)에서 격리되므로 송수신 간의 아이솔레이션이 강화된다.
또한, 실시예 2에 의한 고주파 모듈(1C)에 있어서 외부 접속 단자(150)는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다.
[4. 실시예 3에 의한 고주파 모듈(1D)의 회로 소자 배치 구성]
도 7a는 실시예 3에 의한 고주파 모듈(1D)의 평면 구성 개략도이다. 또한, 도 7b는 실시예 3에 의한 고주파 모듈(1D)의 단면 구성 개략도이며, 구체적으로는 도 7a의 VII-VII선에 있어서의 단면도이다. 또한, 도 7a의 (a)에는 모듈 기판(91)의 서로 대향하는 주면(91a 및 91b) 중 주면(91a)을 z축 +방향측으로부터 보았을 경우의 회로 소자의 배치도가 나타내어져 있다. 한편, 도 7a의 (b)에는 주면(91b)을 z축 +방향측으로부터 보았을 경우의 회로 소자의 배치를 투시한 도면이 나타내어져 있다. 또한, 도 7a에는 모듈 기판(91) 내에 형성된 출력 트랜스(15)가 파선으로 나타내어져 있다.
실시예 3에 의한 고주파 모듈(1D)은 실시형태에 의한 고주파 모듈(1)을 구성하는 각 회로 소자의 배치 구성을 구체적으로 나타낸 것이다.
본 실시예에 의한 고주파 모듈(1D)은 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)과 비교해서 고주파 모듈(1D)을 구성하는 회로 부품의 배치 구성만이 상이하다. 이하, 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1D)에 대해서 실시예 1에 의한 고주파 모듈(1A)과 동일한 점은 설명을 생략하고, 상이한 점을 중심으로 설명한다.
도 7a 및 도 7b에 나타내는 바와 같이 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1D)에서는 전단 증폭 회로(10F), 차동 증폭 회로(10R), PA 제어 회로(80), 듀플렉서(30, 40), 정합 회로(61, 62, 63), 및 스위치(53)는 모듈 기판(91)의 주면(91a)(제 1 주면)에 배치되어 있다. 한편, 단간 트랜스(14), 저잡음 증폭기(20), 스위치(51, 52), 및 다이플렉서(35)는 모듈 기판(91)의 주면(91b)(제 2 주면)에 배치되어 있다. 또한, 출력 트랜스(15)는 모듈 기판(91)의 내부에 배치되어 있다.
즉, 본 실시예에서는 차동 증폭 회로(10R)(증폭 소자(12 및 13))는 주면(91a)(제 1 주면)에 실장되어 있다. 한편, 저잡음 증폭기(20)는 제 1 회로 부품이며, 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되어 있다. 또한, 단간 트랜스(14)는 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되어 있다.
또한, 듀플렉서(30, 40), 스위치(53), 정합 회로(61, 62, 및 63)는 주면(91a)(제 1 주면)에 실장되어 있지만 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되어 있어도 좋다. 또한, 스위치(51, 52) 및 다이플렉서(35)는 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되어 있지만 주면(91a)(제 1 주면)에 실장되어 있어도 좋다. 또한, 주면(91b)(제 2 주면)에 실장되는 제 1 회로 부품은 저잡음 증폭기(20)가 아니어도 좋고, 듀플렉서(30, 40), 정합 회로(61~63), PA 제어 회로(80), 스위치(51~53), 및 다이플렉서(35) 중 어느 하나이어도 좋다.
전력 증폭기(10)는 적어도 증폭 소자(12, 13), 단간 트랜스(14) 및 출력 트랜스(15)를 갖고, 부품 점수가 많아져 실장 면적이 커지기 때문에 고주파 모듈이 대형화되는 경향이 있다.
이것에 대하여 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1D)의 상기 구성에 의하면 전력 증폭기(10)의 증폭 소자(12 및 13)와 저잡음 증폭기(20)가 모듈 기판(91)의 양면에 나누어 배치되므로 송수신 간의 아이솔레이션을 확보하면서 고주파 모듈(1A)을 소형화할 수 있다. 또한, 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(20)가 대전력의 송신 신호를 출력하는 증폭 소자(12 및 13)로부터의 간섭을 받는 것이 억제되므로 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1D)에서는 전단 증폭 회로(10F) 및 차동 증폭 회로(10R)는 1개의 반도체 IC(76)에 포함되어 있으며, 반도체 IC(76)는 주면(91a)(제 1 주면)에 배치되어 있다. 이것에 의해 전력 증폭기(10)를 소형화할 수 있으므로 고주파 모듈(1D)을 보다 한층 소형화할 수 있다.
또한, 도 7a 및 도 7b에 나타내는 바와 같이 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 전단 증폭 회로(10F)와 단간 트랜스(14)는 적어도 일부가 겹쳐 있는 것이 바람직하다. 이것에 의하면 증폭 소자(11)와 단간 트랜스(14)의 접속 배선을 짧게 할 수 있으므로 송신 신호의 전송 손실을 저감하면서 고주파 모듈(1D)을 소형화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 고주파 모듈(1D)에서는 모듈 기판(91)의 주면(91b)측에 복수의 외부 접속 단자(150)가 배치되어 있다. 도 7b에 나타내는 바와 같이 고주파 모듈(1D)은 주면(91a)에 의해 차동 증폭 회로(10R)의 그라운드 전극에 접속되고, 주면(91a)으로부터 주면(91b)에 이르는 방열용 비아 도체(95V)를 더 구비한다. 또한, 방열용 비아 도체(95V)는 주면(91b)에 의해 복수의 외부 접속 단자(150) 중 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)(제 1 외부 접속 단자)와 접속되어 있다.
이것에 의하면 차동 증폭 회로(10R)로부터의 외부 기판으로의 방열성이 향상된 소형의 고주파 모듈(1D)을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 도 7b에 나타내는 바와 같이 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 방열용 비아 도체(95V)에 접속된 외부 접속 단자(150)(제 1 외부 접속 단자)는 단간 트랜스(14)와 저잡음 증폭기(20) 사이에 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의해 단간 트랜스(14)와 저잡음 증폭기(20)가 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)에서 격리되므로 송수신 간의 아이솔레이션이 강화된다.
또한, 도 7a에 나타내는 바와 같이 본 실시예에서는 PA 제어 회로(80)는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다. 이것에 의하면 전력 증폭기(10)의 입력측에 접속되는 PA 제어 회로(80)와, 전력 증폭기(10)의 출력측에 접속되는 출력 트랜스(15)가 동일 주면에 배치되어 있지 않으므로 전력 증폭기(10)의 입출력 간에 있어서 발진 현상을 일으키는 피드백 루프의 발생을 억제할 수 있으므로 전력 증폭기(10)를 안정 동작할 수 있다.
또한, 실시예 3에 의한 고주파 모듈(1D)에 있어서 외부 접속 단자(150)는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다.
[5. 효과 등]
이상, 본 실시형태에 의한 고주파 모듈(1)은 서로 대향하는 주면(91a 및 91b)을 갖는 모듈 기판(91)과, 송신 신호를 증폭하는 전력 증폭기(10)와, 제 1 회로 부품을 구비하고, 전력 증폭기(10)는 증폭 소자(12 및 13)와, 1차측 코일(14a) 및 2차측 코일(14b)을 갖는 단간 트랜스(14)와, 1차측 코일(15a) 및 2차측 코일(15b)을 갖는 출력 트랜스(15)를 갖고, 2차측 코일(14b)의 일단은 증폭 소자(12)의 입력 단자에 접속되고, 2차측 코일(14b)의 타단은 증폭 소자(13)의 입력 단자에 접속되고, 1차측 코일(15a)의 일단은 증폭 소자(12)의 출력 단자에 접속되고, 1차측 코일(15a)의 타단은 증폭 소자(13)의 출력 단자에 접속되고, 2차측 코일(15b)의 일단은 전력 증폭기(10)의 출력 단자에 접속되어 있으며, 증폭 소자(12 및 13)는 주면(91a)에 배치되어 있으며, 제 1 회로 부품은 주면(91b)에 배치되어 있다.
이것에 의해 전력 증폭기(10)의 증폭 소자(12 및 13)와 제 1 회로 부품이 양면 실장되므로 차동 증폭형의 전력 증폭기(10)를 갖는 소형의 고주파 모듈(1)을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 고주파 모듈(1)에 있어서 제 1 회로 부품은 주면(91b)에 배치된 저잡음 증폭기(20)이어도 좋다.
이것에 의하면 전력 증폭기(10)의 증폭 소자(12 및 13)와, 저잡음 증폭기(20)가 모듈 기판(91)의 양면에 나누어 배치되므로 송수신 간의 아이솔레이션을 확보하면서 고주파 모듈(1)을 소형화할 수 있다. 또한, 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(20)가 대전력의 송신 신호를 출력하는 증폭 소자(12 및 13)로부터의 간섭을 받는 것이 억제되므로 수신 감도의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 고주파 모듈(1A)에 있어서 증폭 소자(12, 13) 및 단간 트랜스(14)는 1개의 반도체 IC(75)에 포함되어 있으며, 반도체 IC(75)는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의해 전력 증폭기(10)를 소형화할 수 있으므로 고주파 모듈(1A)을 보다 한층 소형화할 수 있다.
또한, 고주파 모듈(1D)에 있어서 전력 증폭기(10)는 또한 증폭 소자(12 및 13)의 전단에 배치되고, 단간 트랜스(14)와 접속된 증폭 소자(11)를 갖고, 단간 트랜스(14)는 주면(91b)에 배치되어 있으며, 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 증폭 소자(11)와 단간 트랜스(14)는 적어도 일부가 겹쳐 있어도 좋다.
이것에 의하면 증폭 소자(11)와 단간 트랜스(14)의 접속 배선을 짧게 할 수 있으므로 송신 신호의 전송 손실을 저감하면서 고주파 모듈(1D)을 소형화할 수 있다.
또한, 고주파 모듈(1C)에 있어서 전력 증폭기(10)는 또한 증폭 소자(12) 및 증폭 소자(13)의 전단에 배치되고, 단간 트랜스(14)와 접속된 증폭 소자(11)를 갖고, 단간 트랜스(14)는 주면(91a)과 주면(91b) 사이의 모듈 기판(91)의 내부에 형성되어 있으며, 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 증폭 소자(11)와 단간 트랜스(14)는 적어도 일부가 겹쳐 있어도 좋다.
이것에 의하면 증폭 소자(11)와 단간 트랜스(14)의 접속 배선을 짧게 할 수 있으므로 송신 신호의 전송 손실을 저감하면서 고주파 모듈(1C)을 소형화할 수 있다.
또한, 고주파 모듈(1)은 또한 주면(91b)에 배치된 복수의 외부 접속 단자(150)와, 증폭 소자(12 및 13)의 그라운드 전극에 접속되고, 주면(91a)으로부터 주면(91b)에 이르는 방열용 비아 도체(95V)를 구비하고, 방열용 비아 도체(95V)는 주면(91b)에 의해 복수의 외부 접속 단자(150) 중 그라운드 전위로 설정된 제 1 외부 접속 단자와 접속되어 있어도 좋다.
이것에 의하면 차동 증폭 회로(10R)를 주면(91a)에 실장했을 경우 방열용 비아 도체(95V)를 통해 차동 증폭 회로(10R)와 외부 접속 단자(150)를 접속할 수 있다. 따라서, 차동 증폭 회로(10R)의 방열 경로로서 모듈 기판(91) 내의 배선 중 열저항이 큰 xy 평면 방향을 따르는 평면 배선 패턴만을 경유한 방열 경로를 배제할 수 있다. 따라서, 차동 증폭 회로(10R)로부터의 외부 기판으로의 방열성이 향상된 소형의 고주파 모듈(1)을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 고주파 모듈(1C 및 1D)에 있어서 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 제 1 외부 접속 단자는 단간 트랜스(14)와 저잡음 증폭기(20) 사이에 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의해 단간 트랜스(14)와 저잡음 증폭기(20)가 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)에서 격리되므로 송수신 간의 아이솔레이션이 강화된다.
또한, 고주파 모듈(1G)에 있어서 출력 트랜스(15)는 주면(91a)에 배치되고, 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)와 중복되는 주면(91b) 상의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않은 것이 바람직하다.
이것에 의하면 주면(91b)의 상기 영역에 회로 부품이 배치되어 있지 않으므로 출력 트랜스(15)의 인덕터의 Q값이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 고주파 모듈(1F)에 있어서 출력 트랜스(15)는 주면(91b)에 배치되고, 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)와 중복되는 주면(91a) 상의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않은 것이 바람직하다.
이것에 의하면 주면(91a)의 상기 영역에 회로 부품이 배치되어 있지 않으므로 출력 트랜스(15)의 인덕터의 Q값이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 고주파 모듈(1A 및 1E)에 있어서 출력 트랜스(15)는 주면(91a)과 주면(91b) 사이의 모듈 기판(91)의 내부에 형성되어 있으며, 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)와 중복되는 주면(91a) 상의 영역 및 주면(91b) 상의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않은 것이 바람직하다.
이것에 의하면 주면(91a) 및 주면(91b)의 상기 영역에 회로 부품이 배치되어 있지 않으므로 출력 트랜스(15)의 인덕터의 Q값이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 고주파 모듈(1A 및 1E)에 있어서 출력 트랜스(15)는 주면(91a)과 주면(91b) 사이의 모듈 기판(91)의 내부이며, 주면(91a) 및 주면(91b)의 일방에 가까이 형성되어 있으며, 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)와 중복되는 주면(91a) 및 주면(91b)의 일방의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않고, 주면(91a) 및 주면(91b)의 타방에는 회로 부품은 배치되어 있어도 좋다.
이 경우이어도 출력 트랜스(15)에 의해 근접하는 주면(91a)의 상기 영역에 회로 부품이 배치되어 있지 않으므로 출력 트랜스(15)의 인덕터의 Q값이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 고주파 모듈(1)에 있어서 모듈 기판(91)을 평면으로부터 봤을 경우에 출력 트랜스(15)와 저잡음 증폭기(20) 사이에 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)가 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의해 고출력의 송신 신호를 전송하는 출력 트랜스(15)와 수신 신호를 전송하는 저잡음 증폭기(20)가 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자(150)에 의해 격리되므로 송수신 간의 아이솔레이션이 강화된다.
또한, 고주파 모듈(1D)은 전력 증폭기(10)를 제어하는 PA 제어 회로(80)를 더 구비하고, PA 제어 회로(80)는 주면(91a)에 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의하면 전력 증폭기(10)의 입력측에 접속되는 PA 제어 회로(80)와, 전력 증폭기(10)의 출력측에 접속되는 출력 트랜스(15)가 동일 주면에 배치되지 않고 떨어져 있으므로 전력 증폭기(10)의 입출력 간의 피드백 루프에 있어서의 발진 감소를 억제할 수 있다. 따라서, 전력 증폭기(10)를 안정 동작할 수 있다.
또한, 통신 장치(5)는 안테나(2)와, 안테나(2)에서 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RFIC(3)와, 안테나(2)와 RFIC(3) 사이에서 고주파 신호를 전송하는 고주파 모듈(1)을 구비한다.
이것에 의해 차동 증폭형의 전력 증폭기를 갖는 소형의 통신 장치(5)를 제공하는 것이 가능해진다.
(그 밖의 실시형태 등)
이상, 본 발명의 실시형태에 의한 고주파 모듈 및 통신 장치에 대해서 실시형태, 실시예 및 변형예를 들어 설명했지만 본 발명에 의한 고주파 모듈 및 통신 장치는 상기 실시형태, 실시예 및 변형예에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태, 실시예 및 변형예에 있어서의 임의의 구성 요소를 조합해서 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태, 실시예 및 변형예에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각나는 각종 변형을 실시해서 얻어지는 변형예나, 상기 고주파 모듈 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
예를 들면, 상기 실시형태, 실시예 및 변형예에 의한 고주파 모듈 및 통신 장치에 있어서 도면에 개시된 각 회로 소자 및 신호 경로를 접속하는 경로 사이에 다른 회로 소자 및 배선 등이 삽입되어 있어도 좋다.
본 발명은 멀티 밴드 대응의 프런트엔드부에 배치되는 고주파 모듈로서 휴대전화 등의 통신 기기에 널리 이용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 서로 대향하는 제 1 주면 및 제 2 주면을 갖는 모듈 기판과,
    송신 신호를 증폭하는 전력 증폭기와,
    제 1 회로 부품을 구비하고,
    상기 전력 증폭기는,
    제 1 증폭 소자 및 제 2 증폭 소자와,
    제 1 코일 및 제 2 코일을 갖는 제 1 트랜스와,
    제 3 코일 및 제 4 코일을 갖는 제 2 트랜스를 갖고,
    상기 제 2 코일의 일단은 상기 제 1 증폭 소자의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 2 코일의 타단은 상기 제 2 증폭 소자의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 3 코일의 일단은 상기 제 1 증폭 소자의 출력 단자에 접속되고, 상기 제 3 코일의 타단은 상기 제 2 증폭 소자의 출력 단자에 접속되고, 상기 제 4 코일의 일단은 상기 전력 증폭기의 출력 단자에 접속되어 있으며,
    상기 제 1 증폭 소자 및 상기 제 2 증폭 소자는 상기 제 1 주면에 배치되어 있으며,
    상기 제 1 회로 부품은 상기 제 2 주면에 배치되어 있고,
    상기 전력 증폭기는 또한,
    상기 제 1 증폭 소자 및 상기 제 2 증폭 소자의 전단에 배치되고, 상기 제 1 트랜스와 접속된 제 3 증폭 소자를 갖고,
    상기 제 1 트랜스는 상기 제 2 주면 또는 상기 모듈 기판의 내부에 배치되어 있으며,
    상기 모듈 기판을 평면으로부터 봤을 경우에 상기 제 3 증폭 소자와 상기 제 1 트랜스는 적어도 일부가 겹쳐 있는 고주파 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회로 부품은 상기 제 2 주면에 배치된 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기인 고주파 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 증폭 소자, 상기 제 2 증폭 소자, 및 상기 제 1 트랜스는 1개의 반도체 IC에 포함되어 있으며,
    상기 반도체 IC는 상기 제 1 주면에 배치되어 있는 고주파 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜스는 상기 제 2 주면에 배치되어 있는 고주파 모듈.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜스는 상기 제 1 주면과 상기 제 2 주면 사이의 상기 모듈 기판의 내부에 형성되어 있는 고주파 모듈.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 주면에 배치된 복수의 외부 접속 단자와,
    상기 제 1 증폭 소자 및 상기 제 2 증폭 소자의 그라운드 전극에 접속되고, 상기 제 1 주면으로부터 상기 제 2 주면에 이르는 방열용 비아 도체를 더 구비하고,
    상기 방열용 비아 도체는 상기 제 2 주면에 의해 상기 복수의 외부 접속 단자 중 그라운드 전위로 설정된 제 1 외부 접속 단자와 접속되어 있는 고주파 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모듈 기판을 평면으로부터 봤을 경우에 상기 제 1 외부 접속 단자는 상기 제 1 트랜스와 상기 저잡음 증폭기 사이에 배치되어 있는 고주파 모듈.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜스는 상기 제 1 주면에 배치되고,
    상기 모듈 기판을 평면으로부터 봤을 경우에 상기 제 2 트랜스와 중복되는 상기 제 2 주면 상의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않은 고주파 모듈.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜스는 상기 제 2 주면에 배치되고,
    상기 모듈 기판을 평면으로부터 봤을 경우에 상기 제 2 트랜스와 중복되는 상기 제 1 주면 상의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않은 고주파 모듈.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜스는 상기 제 1 주면과 상기 제 2 주면 사이의 상기 모듈 기판의 내부에 형성되어 있으며,
    상기 모듈 기판을 평면으로부터 봤을 경우에 상기 제 2 트랜스와 중복되는 상기 제 1 주면 상의 영역 및 상기 제 2 주면 상의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않은 고주파 모듈.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜스는 상기 제 1 주면과 상기 제 2 주면 사이의 상기 모듈 기판의 내부이며, 상기 제 1 주면 및 상기 제 2 주면 중 일방에 더 가까이 형성되어 있으며,
    상기 모듈 기판을 평면으로부터 봤을 경우에 상기 제 2 트랜스와 중복되는 상기 제 1 주면 및 상기 제 2 주면의 상기 일방의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있지 않고,
    상기 모듈 기판을 평면으로부터 봤을 경우에 상기 제 2 트랜스와 중복되는 상기 제 1 주면 및 상기 제 2 주면의 타방의 영역에는 회로 부품은 배치되어 있는 고주파 모듈.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 모듈 기판을 평면으로부터 봤을 경우에 상기 제 2 트랜스와 상기 저잡음 증폭기 사이에 그라운드 전위로 설정된 외부 접속 단자가 배치되어 있는 고주파 모듈.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력 증폭기를 제어하는 제어 회로를 더 구비하고,
    상기 제어 회로는 상기 제 1 주면에 배치되어 있는 고주파 모듈.
  14. 안테나와,
    상기 안테나에서 송수신되는 고주파 신호를 처리하는 RF 신호 처리 회로와,
    상기 안테나와 상기 RF 신호 처리 회로 사이에서 상기 고주파 신호를 전송하는 제 1 항에 기재된 고주파 모듈을 구비하는 통신 장치.
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