JP2006073673A - High frequency module and wireless communication device - Google Patents
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Abstract
【課題】電力増幅器、方向性結合器、デュプレクサなどを一体化したマルチバンド用高周波モジュールの送信信号に含まれる高調波レベルを低減する。
【解決手段】多層基板２３の内層に該当する誘電体層に、各送信系の送信信号を増幅する電力増幅用半導体素子２４，２５に対応した第１の内部グランド導体層２９が形成されるとともに、分波回路３ａ，３ｂ，４ａ，４ｃに対応した第２の内部グランド導体層３０が形成され、前記第１の内部グランド導体層２９と第２の内部グランド導体層３０とは、互いに分離して設けられており、前記分離して設けられた各内部グランド導体層２９，３０を、共通グランド導体層４０に接続した。
【効果】内部グランド導体層を分離して設けることで、電力増幅用半導体素子２４，２５から発生する高調波が内部グランド導体層を伝搬するのを遮断する。
【選択図】 図４A harmonic level contained in a transmission signal of a multiband high-frequency module in which a power amplifier, a directional coupler, a duplexer, and the like are integrated is reduced.
A dielectric layer corresponding to an inner layer of a multilayer substrate is formed with a first internal ground conductor layer 29 corresponding to power amplification semiconductor elements 24 and 25 for amplifying transmission signals of respective transmission systems. The second internal ground conductor layer 30 corresponding to the demultiplexing circuits 3a, 3b, 4a, 4c is formed, and the first internal ground conductor layer 29 and the second internal ground conductor layer 30 are separated from each other. The internal ground conductor layers 29 and 30 provided separately are connected to the common ground conductor layer 40.
By separately providing the internal ground conductor layer, the harmonics generated from the power amplifying semiconductor elements 24 and 25 are blocked from propagating through the internal ground conductor layer.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、携帯電話機などの無線通信装置に用いられ、分波回路、電力増幅回路等により構成されるマルチバンド送受信用の高周波モジュール及びそれを搭載した携帯電話機などの無線通信装置に関するものである。 The present invention relates to a high-frequency module for multiband transmission / reception, which is used in a wireless communication device such as a mobile phone, and includes a demultiplexing circuit, a power amplifier circuit, and the like, and a wireless communication device such as a mobile phone equipped with the same .
近年、携帯電話機の普及が進みつつあり、携帯電話機の機能、サービスの向上が図られている。このような携帯電話機では送受信系の構成に必要な高周波信号処理回路を基板に搭載している。
従来の、高周波信号処理回路の一般的構成では、アンテナから入力された受信信号とアンテナに給電する送信信号とを切り替えるための送信用フィルタ素子及び受信用フィルタ素子を含むデュプレクサが設けられている。
In recent years, cellular phones have been widely used, and functions and services of cellular phones have been improved. In such a cellular phone, a high-frequency signal processing circuit necessary for the configuration of a transmission / reception system is mounted on a substrate.
In a conventional general configuration of a high-frequency signal processing circuit, a duplexer including a transmission filter element and a reception filter element for switching between a reception signal input from an antenna and a transmission signal fed to the antenna is provided.
アンテナから入ってきた無線信号は、直接又はデュプレクサの前段に設けられた回路を通ってデュプレクサに入力され、ここで受信信号が選択的に通過される。受信信号は、低雑音増幅器で増幅され、信号処理回路に供給される。
一方、送信信号は、所定の周波数帯域を通過させる高周波フィルタを通ってノイズを落とされ、電力増幅器に伝えられる。電力増幅器は、この送信信号を電力増幅し、出力整合回路を通して前記デュプレクサに供給する。
A radio signal entering from the antenna is input to the duplexer directly or through a circuit provided in front of the duplexer, and the received signal is selectively passed therethrough. The received signal is amplified by a low noise amplifier and supplied to a signal processing circuit.
On the other hand, the transmission signal is passed through a high-frequency filter that passes a predetermined frequency band, noise is reduced, and is transmitted to the power amplifier. The power amplifier amplifies the transmission signal and supplies it to the duplexer through an output matching circuit.
また、前記電力増幅器の出力信号強度をモニターするための方向性結合器が、前記出力整合回路に接続されている。
従来、前記デュプレクサ、電力増幅器、高周波フィルタなどは、それぞれ個別部品として製造され、基板の上面にディスクリートに搭載されていた。
しかし、それぞれ個別の部品を用いて基板に搭載すると、機器の大型化、高コスト化を招来することとなる。
A directional coupler for monitoring the output signal strength of the power amplifier is connected to the output matching circuit.
Conventionally, the duplexer, power amplifier, high frequency filter, and the like are each manufactured as individual components and discretely mounted on the upper surface of the substrate.
However, if each component is mounted on a substrate, the equipment will be increased in size and cost.
そこで、電力増幅器、方向性結合器、デュプレクサ、高周波フィルタなどを誘電体多層基板の上部に搭載し及び内部に形成して、高周波モジュールに一体構成することが行われている。
これにより、通信機器の小型軽量化、低コスト化を有利に展開することができる。
As a result, it is possible to advantageously develop a reduction in size and weight and cost of the communication device.
ところが、高周波モジュールにおいてモジュール化・小型化が進むにつれ、多層基板の表面又は内部に形成されるパターン数が増加し、近接することにより、パターン間の干渉が発生するという課題がある。
このため、多層基板内の誘電体層に、各素子間の干渉を防止するための内部グランド導体層を設けることが行われているが、この内部グランド導体層を通して、前記高調波歪みが他の送信系の信号線路に伝わっていくという現象が発生している。
However, as modularization and miniaturization of high-frequency modules progress, the number of patterns formed on the surface or inside of the multilayer substrate increases, and there is a problem that interference between patterns occurs due to proximity.
For this reason, an internal ground conductor layer for preventing interference between the elements is provided on the dielectric layer in the multilayer substrate. The harmonic distortion is transmitted through the internal ground conductor layer. The phenomenon of being transmitted to the signal line of the transmission system has occurred.
特に、電力増幅回路から発生した高調波歪みが、本来ならフィルタ回路を介して低減されてアンテナ端子に入る段階では非常に低いレベルとなっているはずであるが、フィルタ回路を介さずに直接アンテナ端子から出力され、あるいは別の送信系の信号線路と干渉してアンテナ端子から出力されることにより、高調波歪み率が悪化してしまうという問題があった。 In particular, the harmonic distortion generated from the power amplifier circuit should be reduced to a very low level at the stage of entering the antenna terminal if it was originally reduced through the filter circuit. There is a problem that the harmonic distortion rate is deteriorated by being output from the terminal or being output from the antenna terminal by interfering with a signal line of another transmission system.
そこで本発明は、電力増幅回路と分波回路との干渉を低減することにより、良好な送信スプリアス特性を実現できる小型、低コストな高周波モジュール及びそれを搭載した無線通信装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a small-sized and low-cost high-frequency module capable of realizing good transmission spurious characteristics by reducing interference between a power amplifier circuit and a demultiplexing circuit, and a wireless communication apparatus equipped with the same. And
本発明の高周波モジュールは、アンテナ端子に接続され、周波数帯又は通信方式の異なる複数の送信系／受信系を分ける分波回路と、各送信系の送信信号を増幅する電力増幅回路とを備え、前記多層基板の内層に該当する誘電体層に、前記電力増幅回路を構成する素子に対応した第１の内部グランド導体層が形成されるとともに、前記分波回路を構成する素子に対応した第２の内部グランド導体層が形成され、前記第１の内部グランド導体層と第２の内部グランド導体層とは、互いに分離して設けられており、前記分離して設けられた各内部グランド導体層を、いずれかの誘電体層に設けられた共通グランド導体層に接続してなるものである。 The high-frequency module of the present invention includes a branching circuit that is connected to an antenna terminal and divides a plurality of transmission systems / reception systems having different frequency bands or communication methods, and a power amplification circuit that amplifies a transmission signal of each transmission system, The dielectric layer corresponding to the inner layer of the multilayer substrate is formed with a first internal ground conductor layer corresponding to the element constituting the power amplifier circuit, and the second corresponding to the element constituting the branching circuit. The internal ground conductor layer is formed, and the first internal ground conductor layer and the second internal ground conductor layer are provided separately from each other, and the internal ground conductor layers provided separately are provided. These are connected to a common ground conductor layer provided on any one of the dielectric layers.
内部グランド導体層は、周波数が高くなると、理想的な接地層として働かず、面積の広い分布定数線路として働く可能性がある。そこで、本発明のように、電力増幅回路と分波回路とにそれぞれに対応した内部グランド導体層を分離して設けておけば、理想的な接地とはいかないまでも、送信系に不要な高調波歪みが伝播する経路を遮断することが可能となる。したがって、高周波モジュールの小型化を可能にしながら、高調波特性を満足することができる。 When the frequency increases, the internal ground conductor layer does not function as an ideal ground layer, and may function as a distributed constant line having a large area. Therefore, as in the present invention, if the internal ground conductor layers corresponding to the power amplifier circuit and the demultiplexing circuit are separately provided, even if the grounding is not ideal, it is unnecessary for the transmission system. It is possible to block the path through which wave distortion propagates. Therefore, the harmonic characteristics can be satisfied while enabling the high-frequency module to be miniaturized.
高周波モジュールの実装構造としては、前記第１の内部グランド導体層は、平面視して、前記電力増幅回路を構成する素子を含む領域に形成され、前記第２の内部グランド導体層は、平面視して、前記分波回路を構成する素子を含む領域に形成されている構造が好ましい。
前記電力増幅回路と前記分波回路との間に、送信電力を検出するための方向性結合器がさらに設けられている回路構成であっても、本発明の適用は可能である。この場合、前記第２の内部グランド導体層は、前記分波回路を構成する素子及び前記方向性結合器を構成する素子に対応して設けられる。
As a mounting structure of the high-frequency module, the first internal ground conductor layer is formed in a region including elements constituting the power amplifier circuit in a plan view, and the second internal ground conductor layer is a plan view. And the structure formed in the area | region containing the element which comprises the said branching circuit is preferable.
The present invention can be applied even to a circuit configuration in which a directional coupler for detecting transmission power is further provided between the power amplifier circuit and the branching circuit. In this case, the second internal ground conductor layer is provided corresponding to an element constituting the branching circuit and an element constituting the directional coupler.
前記高周波モジュールの実装構造としては、前記第１の内部グランド導体層は、平面視して、前記電力増幅回路を構成する素子を含む領域に形成され、前記第２の内部グランド導体層は、平面視して、前記分波回路及び前記方向性結合器を構成する素子を含む領域に形成されていることが好ましい。
前記共通グランド導体層は、誘電体層の最下面に設けられていると、理想的な接地層としての機能を発揮しやすい。
As a mounting structure of the high-frequency module, the first internal ground conductor layer is formed in a region including an element constituting the power amplifier circuit in plan view, and the second internal ground conductor layer is a plane. As viewed, it is preferably formed in a region including elements constituting the branching circuit and the directional coupler.
When the common ground conductor layer is provided on the lowermost surface of the dielectric layer, it can easily function as an ideal ground layer.
前記電力増幅回路は、通常、高周波増幅素子及び整合回路を含むので、第１の内部グランド導体層も、これらの高周波増幅素子及び整合回路に対応して設けることが望ましい。
前記分波回路は、周波数帯又は通信方式の異なる複数の送信系／受信系を周波数分離するデュプレクサである場合もあり、周波数帯又は通信方式の異なる複数の送信系／受信系を時間的に切り替えるスイッチ回路である場合もある。本明細書では、異なる通信系を、周波数で分離するデュプレクサ、時間的に分離するスイッチ回路を包括する概念として、「分波回路」という言葉を用いる。
Since the power amplifying circuit normally includes a high-frequency amplifying element and a matching circuit, it is desirable that the first internal ground conductor layer is also provided corresponding to the high-frequency amplifying element and the matching circuit.
The branching circuit may be a duplexer that frequency-separates a plurality of transmission systems / reception systems having different frequency bands or communication methods, and temporally switches between a plurality of transmission systems / reception systems having different frequency bands or communication methods. It may be a switch circuit. In this specification, the term “demultiplexing circuit” is used as a concept that includes a duplexer that separates different communication systems by frequency and a switch circuit that separates temporally.
また、本発明によれば、前記高周波回路モジュールを搭載することにより、通過帯域の異なる複数の送受信系の間で干渉の少ない、小型、低コストな無線通信装置を実現することができる。 In addition, according to the present invention, by mounting the high-frequency circuit module, it is possible to realize a small-sized and low-cost wireless communication apparatus with little interference between a plurality of transmission / reception systems having different pass bands.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、携帯電話機等の移動体無線通信装置に用いられる、ＣＤＭＡデュアルバンド方式の高周波信号処理部のブロック構成図を示す。
このＣＤＭＡデュアルバンド方式では、高周波信号処理部は、セルラー方式８００ＭＨｚ帯及びＰＣＳ(Personal Communication Services)方式１．９ＧＨｚ帯の周波数バンドを持った２つの送受信系と、ＧＰＳ(Global Positioning System)による測位機能を利用するためＧＰＳの受信バンド１．５ＧＨｚ帯を持った１つの受信系とから構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a CDMA dual-band high-frequency signal processing unit used in a mobile radio communication apparatus such as a mobile phone.
In this CDMA dual band system, the high-frequency signal processing unit has two transmission / reception systems having a frequency band of a cellular system 800 MHz band and a PCS (Personal Communication Services) system 1.9 GHz band, and a positioning function by GPS (Global Positioning System). In order to use this, it is composed of a single reception system having a GPS reception band of 1.5 GHz.
このような複数のバンド構成の高周波信号処理部を搭載した移動体無線通信装置においては、各部に対する小型化、軽量化の要求が強く、これらの要求を考慮して、高周波信号処理回路は、所望の特性が達成できる単位で高周波モジュール化されている。
すなわち、図１で実線２２で示したように、デュプレクサ２、デュプレクサの送受信用フィルタ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，１２を含む分波系回路、電力増幅器７，８、方向性結合器５，６などを含む送信系回路が、１つの基板に形成された１つの高周波モジュール２２を形成している。
In a mobile radio communication apparatus equipped with such a high-frequency signal processing unit having a plurality of bands, there is a strong demand for miniaturization and weight reduction for each unit, and considering these requirements, a high-frequency signal processing circuit is desired. It is a high-frequency module in a unit that can achieve these characteristics.
That is, as indicated by the solid line 22 in FIG. 1, the duplexer 2 and the duplexer circuits including the duplexer transmission / reception filters 3a, 3b, 4a, 4b, and 12, the power amplifiers 7 and 8, the directional couplers 5 and 6 A transmission system circuit including the above forms one high-frequency module 22 formed on one substrate.
なお、高周波モジュールを、８００ＭＨｚ帯の高周波モジュールと、１．９ＧＨｚ帯の２つの高周波モジュールに分けるという実装方法も可能である。さらに低雑音増幅器ＬＮＡ１３，１４と受信用高周波フィルタ１５，１６を含んだ高周波モジュールとしてもよい。
以下、８００ＭＨｚ帯と、１．９ＧＨｚ帯の２つの周波数帯を含む高周波モジュール２２に基づいて説明する。
A mounting method is also possible in which the high-frequency module is divided into a high-frequency module of 800 MHz band and two high-frequency modules of 1.9 GHz band. Further, a high frequency module including the low noise amplifiers LNA 13 and 14 and the reception high frequency filters 15 and 16 may be used.
Hereinafter, description will be given based on the high-frequency module 22 including two frequency bands of 800 MHz band and 1.9 GHz band.
図１において、１はアンテナ、２は周波数帯を分けるための低域通過フィルタＬＰＦと高域通過フィルタＨＰＦとを含むデュプレクサ、３ａは１．９ＧＨｚ帯の送信系を分離する送信用フィルタ、３ｂは同受信系を分離する受信用フィルタ、４ａは８００ＭＨｚ帯の送信系を分離する送信用フィルタ、４ｂは同受信系を分離する受信用フィルタである。また、１２は前記デュプレクサ２から取り込まれるＧＰＳ信号を通過させるためのフィルタである。３ｃ，４ｃは、受信信号の位相を回転させるインピーダンス調整回路である。 In FIG. 1, 1 is an antenna, 2 is a duplexer including a low-pass filter LPF and a high-pass filter HPF for dividing a frequency band, 3a is a transmission filter for separating a transmission system in the 1.9 GHz band, and 3b is A reception filter for separating the reception system, 4a is a transmission filter for separating the transmission system in the 800 MHz band, and 4b is a reception filter for separating the reception system. Reference numeral 12 denotes a filter for passing a GPS signal taken from the duplexer 2. Reference numerals 3c and 4c denote impedance adjustment circuits that rotate the phase of the received signal.
なお、図１の回路例では、８００ＭＨｚ帯と、１．９ＧＨｚ帯とを分離するのにデュプレクサ２を使い、送信系／受信系を分離するのにフィルタ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを使っているが、送信系／受信系を分離するのに半導体素子を用いたスイッチ回路を使うこともでき、周波数帯を分離するのに半導体素子を用いたスイッチ回路を使うこともできる。
５，６は、送信電力をモニターするための方向性結合器である。７，８は、それぞれ８００MHｚ帯，１．９ＧＨｚ帯の送信信号を電力増幅する電力増幅器である。電力増幅器７，８は、送信信号を増幅する電力増幅用半導体素子２４，２５と、電力増幅用半導体素子２４，２５の出力側でインピーダンスマッチングをとる出力整合回路２６，２７とを含んでいる。前記電力増幅用半導体素子２４と出力整合回路２６とによって電力増幅器７を構成し、前記電力増幅用半導体素子２５と出力整合回路２７とによって電力増幅器８を構成している。
In the circuit example of FIG. 1, the duplexer 2 is used to separate the 800 MHz band and the 1.9 GHz band, and the filters 3a, 3b, 4a, and 4b are used to separate the transmission system / reception system. However, a switch circuit using a semiconductor element can be used to separate the transmission system / reception system, and a switch circuit using a semiconductor element can be used to separate the frequency band.
Reference numerals 5 and 6 denote directional couplers for monitoring transmission power. Reference numerals 7 and 8 denote power amplifiers that amplify the power of transmission signals in the 800 MHz band and the 1.9 GHz band, respectively. The power amplifiers 7 and 8 include power amplification semiconductor elements 24 and 25 that amplify transmission signals, and output matching circuits 26 and 27 that perform impedance matching on the output side of the power amplification semiconductor elements 24 and 25. The power amplification semiconductor element 24 and the output matching circuit 26 constitute a power amplifier 7, and the power amplification semiconductor element 25 and the output matching circuit 27 constitute a power amplifier 8.
９，１０は送信信号の１．９GHｚ帯、８００MHｚ帯の周波数帯のみ通過させる高周波フィルタＢＰＦである。
前記送信用フィルタ３ａ，４ａ及び受信用フィルタ３ｂ，４ｂ、高周波フィルタＢＰＦ９，１０は、例えばＳＡＷ(Surface Acoustic Wave)フィルタ素子で構成されるものである。ＳＡＷフィルタ素子の構造は限定されないが、好ましくは、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3結晶、６４°Ｙカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ3結晶、４５°Ｘカット−Ｚ伝搬のＬｉＢ4Ｏ7結晶などからなる基板上に、櫛歯状のＩＤＴ(Inter Digital Transducer)電極が形成されたものである。
Reference numerals 9 and 10 denote high-frequency filters BPF that pass only the 1.9 GHz and 800 MHz frequency bands of the transmission signal.
The transmission filters 3a, 4a, the reception filters 3b, 4b, and the high frequency filters BPF 9, 10 are composed of, for example, SAW (Surface Acoustic Wave) filter elements. The structure of the SAW filter element is not limited, but is preferably on a substrate made of 36 ° Y cut-X propagation LiTaO 3 crystal, 64 ° Y cut-X propagation LiNbO 3 crystal, 45 ° X cut-Z propagation LiB 4 O 7 crystal, or the like. Further, comb-shaped IDT (Inter Digital Transducer) electrodes are formed.
１７は送信信号処理回路を示し、１８は受信信号処理回路を示す。１９は、データ処理用のベースバンドＩＣ回路である。
以下、セルラー／ＰＣＳ送信系における信号の流れを説明する。送信信号処理回路１７から出力されるセルラー送信信号は、高周波フィルタＢＰＦ１０でノイズが削減され、電力増幅器８に入力される。送信信号処理回路１７から出力されるＰＣＳ送信信号は、高周波フィルタＢＰＦ９でノイズが削減され、電力増幅器７に入力される。
Reference numeral 17 denotes a transmission signal processing circuit, and reference numeral 18 denotes a reception signal processing circuit. Reference numeral 19 denotes a baseband IC circuit for data processing.
Hereinafter, a signal flow in the cellular / PCS transmission system will be described. The cellular transmission signal output from the transmission signal processing circuit 17 is reduced in noise by the high frequency filter BPF 10 and input to the power amplifier 8. The PCS transmission signal output from the transmission signal processing circuit 17 is reduced in noise by the high frequency filter BPF 9 and input to the power amplifier 7.
電力増幅器７，８は、それぞれ１．９GHｚ帯、８００MHｚ帯の周波数帯の送信信号を電力増幅する。増幅された送信信号は、方向性結合器５，６を通り、前記送信用フィルタ４ａ，３ａに入力される。
方向性結合器５，６は、電力増幅器７，８からの出力信号のレベルをモニタして、そのモニタ信号に基づいて電力増幅器７，８をオートパワーコントロールするためのものである。そのモニタ出力は、検波用回路１１に入力される。
The power amplifiers 7 and 8 amplify the transmission signals in the frequency bands of 1.9 GHz band and 800 MHz band, respectively. The amplified transmission signal passes through the directional couplers 5 and 6 and is input to the transmission filters 4a and 3a.
The directional couplers 5 and 6 are for monitoring the level of the output signals from the power amplifiers 7 and 8 and performing auto power control on the power amplifiers 7 and 8 based on the monitor signals. The monitor output is input to the detection circuit 11.
一方受信系は、受信用フィルタ３ｂ，４ｂで分離された受信信号を増幅する低雑音増幅器LNA１３，１４と、受信信号からノイズを除去する高周波フィルタ１５，１６とを備えている。高周波フィルタ１５，１６を通った受信信号は、受信信号処理回路１８に伝えられ信号処理される。また、前記ＧＰＳ用フィルタ１２で分離されたＧＰＳ信号は、受信信号処理回路１８に入力され信号処理される。 On the other hand, the reception system includes low noise amplifiers LNAs 13 and 14 for amplifying the reception signals separated by the reception filters 3b and 4b, and high frequency filters 15 and 16 for removing noise from the reception signals. The received signals that have passed through the high frequency filters 15 and 16 are transmitted to the received signal processing circuit 18 for signal processing. The GPS signal separated by the GPS filter 12 is input to the reception signal processing circuit 18 for signal processing.
図２は、高周波モジュールに含まれる電力増幅器７，８及び方向性結合器５，６の詳細な回路図である。作図の都合上、図１と違って、セルラー送受信系とＰＣＳ送受信系を上下逆にして描いている。
ＰＣＳ側の回路構成は、セルラー側の回路構成と同様であるから、セルラー側のみ説明し、ＰＣＳ側の説明は省略する。
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the power amplifiers 7 and 8 and the directional couplers 5 and 6 included in the high-frequency module. For the convenience of drawing, unlike FIG. 1, the cellular transmission / reception system and the PCS transmission / reception system are drawn upside down.
Since the circuit configuration on the PCS side is the same as the circuit configuration on the cellular side, only the cellular side will be described, and description on the PCS side will be omitted.
送信信号処理回路１７につながる高周波フィルタＢＰＦ１０は、電力増幅用半導体素子２５の前段に配置されいる。高周波フィルタＢＰＦ１０と電力増幅用半導体素子２５との間には直流分をカットするキャパシタＣＧ９が存在している。
電力増幅用半導体素子２５は、初段、中段、後段の３段の電力増幅用半導体素子より構成され、それぞれに対して電圧供給用バイアス線路ＬＧ９，ＬＧ８，ＬＧ７を介して電圧が供給され、この電圧源を利用して、セルラー端子に入力された入力信号の増幅が行われる。電圧供給用バイアス線路ＬＧ７，ＬＧ８，ＬＧ９を高周波に対して４分の１波長のスタブとして機能させることで、高周波信号が直流電圧源に流れ込まないようにしている。ＣＧ１２，ＣＧ１１，ＣＧ１０は、デカップリング用キャパシタである。
The high frequency filter BPF 10 connected to the transmission signal processing circuit 17 is disposed in front of the power amplification semiconductor element 25. Between the high frequency filter BPF10 and the power amplifying semiconductor element 25, there is a capacitor CG9 that cuts the DC component.
The power amplifying semiconductor element 25 is constituted by three stages of power amplifying semiconductor elements of an initial stage, a middle stage, and a subsequent stage, and a voltage is supplied to each via voltage supply bias lines LG9, LG8, LG7. The source is used to amplify the input signal input to the cellular terminal. By causing the voltage supply bias lines LG7, LG8, LG9 to function as quarter-wave stubs for high frequencies, high-frequency signals are prevented from flowing into the DC voltage source. CG12, CG11, and CG10 are decoupling capacitors.
出力整合回路２７は、分布定数線路ＬＧ６、キャパシタＣＧ６，７から構成される。これにより低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタは、電力増幅用半導体素子２５の出力インピーダンス（０．５〜２Ω程度）と方向性結合器６の入力インピーダンス（３０〜５０Ω程度）とのインピーダンス整合を行う。なお、出力整合回路２７の前段にオープンスタブを配置し、電力増幅用半導体素子２４から発生する不要信号を低減するという機能を付加してもよい。 The output matching circuit 27 includes a distributed constant line LG6 and capacitors CG6 and CG7. This constitutes a low-pass filter. This low-pass filter performs impedance matching between the output impedance (about 0.5 to 2Ω) of the power amplification semiconductor element 25 and the input impedance (about 30 to 50Ω) of the directional coupler 6. Note that an open stub may be disposed in front of the output matching circuit 27 to add a function of reducing unnecessary signals generated from the power amplification semiconductor element 24.
出力整合回路２７の出力側に挿入されたキャパシタＣＧ５は、方向性結合器６に対してＤＣ成分が流れ込むことを防ぐ機能をもつ。
方向性結合器６は分布定数線路ＬＧ４及びキャパシタＣＧ１３からなる低域通過フィルタを構成している。この低域通過フィルタにより、前記電力増幅用半導体素子２４から発生する不要信号を低減することができる。なお、方向性結合器６は、低域通過フィルタの機能を必ずしも持たせる必要はなく、キャパシタＣＧ１３を設けず高周波周波数を通過させるための分布定数線路ＬＧ４だけで構成しても良い。なお、方向性結合器６の後段にオープンスタブを付加し、前記電力増幅用半導体素子２５から発生する不要信号を低減するという機能を有してもよい。
The capacitor CG5 inserted on the output side of the output matching circuit 27 has a function of preventing a DC component from flowing into the directional coupler 6.
The directional coupler 6 constitutes a low-pass filter including a distributed constant line LG4 and a capacitor CG13. With this low-pass filter, unnecessary signals generated from the power amplification semiconductor element 24 can be reduced. Note that the directional coupler 6 does not necessarily have the function of a low-pass filter, and may be configured with only the distributed constant line LG4 for passing a high-frequency frequency without providing the capacitor CG13. Note that an open stub may be added after the directional coupler 6 to reduce unnecessary signals generated from the power amplification semiconductor element 25.
さらに、結合線路ＬＧ５を分布定数線路ＬＧ４に近接させて、容量結合、及び磁気結合を形成しており、これにより電力増幅用半導体素子２４から発生する出力の一部をモニタ信号として、検波用回路１１に出力する。結合線路ＬＧ５の送信用フィルタ４ａ側には、終端抵抗ＲＧ２が接続されている。検波用回路１１は、入力されたモニタ信号に応じて、制御信号を生成し、べースバンドＩＣ１９の自動電力制御回路に供給する回路である。 Further, the coupling line LG5 is brought close to the distributed constant line LG4 to form a capacitive coupling and a magnetic coupling, whereby a part of the output generated from the power amplifying semiconductor element 24 is used as a monitor signal to detect the detection circuit. 11 is output. A termination resistor RG2 is connected to the transmission line 4a side of the coupling line LG5. The detection circuit 11 is a circuit that generates a control signal in accordance with the input monitor signal and supplies the control signal to the automatic power control circuit of the baseband IC 19.
また、送信用フィルタ４ａの後段にオープンスタブを付加し、このオープンスタブによって、前記電力増幅用半導体素子２４から発生する不要信号を低減するという機能を有してもよい。
前記電力増幅用半導体素子２４は、ＧａＡｓトランジスタ、シリコン若しくはゲルマニウムトランジスタを含む半導体素子で形成されている。その構造は、限定されないが、好ましくは、小型化、高効率化を図るためにＧａＡｓＨＢＴ（ガリウム砒素ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ）構造又はＰ−ＨＥＭＴ構造である。
Further, an open stub may be added after the transmission filter 4a, and the open stub may have a function of reducing unnecessary signals generated from the power amplification semiconductor element 24.
The power amplification semiconductor element 24 is formed of a semiconductor element including a GaAs transistor, silicon, or germanium transistor. The structure is not limited, but is preferably a GaAsHBT (gallium arsenide heterojunction bipolar transistor) structure or a P-HEMT structure in order to reduce the size and increase the efficiency.
次に、高周波モジュール２２の素子構造を説明する。高周波モジュール２２は、同一寸法形状の複数の誘電体層が積層された多層基板構造を有している。
誘電体層は、ガラスエポキシ樹脂などの有機系誘電体基板に対して、銅箔などの導体によって配線導体層が形成されたもの、または、セラミック材料などの無機系誘電体基板に種々の配線導体層を誘電体基板と同時に焼成して形成されたものが用いられる。
Next, the element structure of the high frequency module 22 will be described. The high-frequency module 22 has a multilayer substrate structure in which a plurality of dielectric layers having the same size and shape are stacked.
The dielectric layer is formed by forming a wiring conductor layer with a conductor such as copper foil on an organic dielectric substrate such as glass epoxy resin, or various wiring conductors on an inorganic dielectric substrate such as a ceramic material. A layer formed by firing simultaneously with a dielectric substrate is used.
前記セラミック材料としては、（１）Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣを主成分とする焼成温度が１１００℃以上のセラミック材料、（２）金属酸化物による混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼成セラミック材料、（３）ガラス粉末、あるいはガラス粉末とセラミックフィラー粉末との混合物からなる１１００℃以下、特に１０５０℃以下で焼成される低温焼成セラミック材料の群から選ばれる少なくとも１種が選択される。 Examples of the ceramic material include (1) a ceramic material whose main component is Al 2 O 3 , AlN, Si 3 N 4 , and SiC having a firing temperature of 1100 ° C. or higher, and (2) 1100 ° C. or lower made of a mixture of metal oxides. A low-temperature fired ceramic material fired at 1050 ° C. or lower, (3) a group of low-temperature fired ceramic materials fired at 1100 ° C. or lower, particularly 1050 ° C. or lower, comprising glass powder or a mixture of glass powder and ceramic filler powder At least one selected from is selected.
前記（２）の混合物としては、ＢａＯ−ＴｉＯ2系、Ｃａ−ＴｉＯ2系、ＭｇＯ−ＴｉＯ2系等のセラミック材料が用いられ、これらのセラミック材料に、ＳｉＯ２、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｌｉ2Ｏ、Ｂ2Ｏ3等の助剤を適宜添加したものが用いられる。（３）のガラス組成物としては、少なくともＳｉＯ２を含み、Ａｌ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＰｂＯ、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物のうちの少なくとも１種以上を含有したものであって、具体的には、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＲＯ系、ＳｉＯ2−ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＲＯ系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3−ＲＯ系、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＲＯ系、さらにはこれらの系にＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｐｂ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2等を配合した組成物が挙げられる。また、ガラスとしては、焼成処理することによっても非晶質ガラスであるもの、また焼成処理によって、アルカリ金属シリケート、クォーツ、クリストバライト、コージェライト、ムライト、エンスタタイト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ディオプサイド、イルメナイト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶を少なくとも１種を析出する結晶化ガラスなどが用いられる。 As the mixture of (2), ceramic materials such as BaO—TiO 2 , Ca—TiO 2 , and MgO—TiO 2 are used. These ceramic materials include SiO 2 , Bi 2 O 3 , CuO, Li 2 O, which was added B 2 O aids such as 3 appropriately is used. The glass composition of (3) comprises at least SiO2, Al 2 O 3, B 2 O 3, ZnO, PbO, alkaline earth metal oxides, containing at least one or more of alkali metal oxides Specifically, SiO 2 —B 2 O 3 —RO system, SiO 2 —BaO—Al 2 O 3 —RO system, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —RO system, Examples include SiO 2 —Al 2 O 3 —RO systems, and compositions in which these systems are blended with ZnO, PbO, Pb, ZrO 2 , TiO 2 and the like. Further, as the glass, it is also an amorphous glass by firing treatment, and by firing treatment, alkali metal silicate, quartz, cristobalite, cordierite, mullite, enstatite, anorthite, serdian, spinel, garnite, Crystallized glass that precipitates at least one crystal of diopside, ilmenite, willemite, dolomite, petalite, and substituted derivatives thereof is used.
また、前記（３）におけるセラミックフィラーとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2（クォーツ、クリストバライト）、フォルステライト、コージェライト、ムライト、ＺｒＯ2、ムライト、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、マグネシア、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ、ＭｇＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3などのチタン酸塩の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、ガラス２０〜８０質量％、フィラー２０〜８０質量％の割合で混合されることが望ましい。 Further, as the ceramic filler in (3), Al 2 O 3 , SiO 2 (quartz, cristobalite), forsterite, cordierite, mullite, ZrO 2 , mullite, forsterite, enstatite, spinel, magnesia, AlN, Examples include at least one selected from the group consisting of titanates such as Si 3 N 4 , SiC, MgTiO 3 , and CaTiO 3 , and glass 20 to 80% by mass and filler 20 to 80% by mass. desirable.
一方、配線導体層は、誘電体基板と同時焼成して形成するために、誘電体基板を形成するセラミック材料の焼成温度に応じて種々組み合わせられ、例えば、セラミック材料が前記（１）の場合、タングステン、モリブデン、マンガン、銅の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする導体材料が好適に用いられる。また、低抵抗化のために、銅などとの混合物としてもよい。セラミック材料が前記（２）（３）の低温焼成セラミック材料を用いる場合、銅、銀、金、アルミニウムの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする低抵抗導体材料が用いられる。 On the other hand, since the wiring conductor layer is formed by simultaneous firing with the dielectric substrate, various combinations are made according to the firing temperature of the ceramic material forming the dielectric substrate. For example, when the ceramic material is (1), A conductor material mainly containing at least one selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, manganese, and copper is preferably used. Moreover, it is good also as a mixture with copper etc. for resistance reduction. When the ceramic material is the low-temperature fired ceramic material of (2) or (3) above, a low-resistance conductor material mainly containing at least one selected from the group consisting of copper, silver, gold, and aluminum is used.
誘電体基板は、誘電率を高くすることで、小さな面積でも充分な静電容量を得ることができるため、ストリップライン長を短縮して、全体構造の小型化に供することができる。また、配線や線路などを低損失の低抵抗導体によって形成できることから、前記（１）（２）の低温焼成セラミック材料によって形成することが望ましい。
この多層基板の具体的な製造方法を説明する。アルミナ、ムライト、フォルステライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラスなどをベースとして、公知の焼結助剤や高誘電率化に寄与するチタン酸塩などの化合物をこれに添加混合してセラミックグリーンシートを作成する。
Since the dielectric substrate can obtain a sufficient capacitance even in a small area by increasing the dielectric constant, the strip line length can be shortened and the entire structure can be miniaturized. Further, since the wiring, the line, and the like can be formed by a low-loss low-resistance conductor, it is desirable to form the low-temperature fired ceramic material of the above (1) and (2).
A specific method for manufacturing the multilayer substrate will be described. Based on alumina, mullite, forsterite, aluminum nitride, silicon nitride, glass, etc., ceramic green sheets are prepared by adding and mixing known sintering aids and compounds such as titanates that contribute to higher dielectric constants. create.
セラミックグリーンシートの表面に導体層を形成する。導体層の形成方法は、前記金属を含有する導体ペーストをセラミックグリーンシートの表面に塗布したり、金属箔を貼付したりする。
上述した各回路を構成する導体パターンをそれぞれ形成した後、導体パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層し、所要の圧力と温度の下で熱圧着し、焼成する。この場合、各誘電体層には、複数の層にわたって形成された回路を厚み方向に接続するために、貫通孔に導体ペーストが充填してなるビアホール導体が適宣形成される。
A conductor layer is formed on the surface of the ceramic green sheet. The conductor layer is formed by applying the metal-containing conductor paste to the surface of the ceramic green sheet or attaching a metal foil.
After forming the conductor patterns constituting each circuit described above, the ceramic green sheets on which the conductor patterns are formed are laminated, thermocompression-bonded under a required pressure and temperature, and fired. In this case, in each dielectric layer, in order to connect a circuit formed over a plurality of layers in the thickness direction, a via-hole conductor in which a through paste is filled with a conductive paste is appropriately formed.
そして、セラミックグリーンシートを、これらの導体層と同時焼結する。
図３は、セラミック多層基板に実装された本発明の高周波モジュール２２の概略平面図を示し、図４はこの高周波モジュールを構成するセラミック多層基板の断面模式図を示す。図５は、高周波モジュール２２の概略斜視図である。図６は、高周波モジュール２２の内層パターンを示す分解斜視図である。
And a ceramic green sheet is simultaneously sintered with these conductor layers.
FIG. 3 shows a schematic plan view of the high-frequency module 22 of the present invention mounted on a ceramic multilayer substrate, and FIG. 4 shows a schematic sectional view of the ceramic multilayer substrate constituting this high-frequency module. FIG. 5 is a schematic perspective view of the high-frequency module 22. FIG. 6 is an exploded perspective view showing an inner layer pattern of the high-frequency module 22.
多層基板２３の表層５２には、各種の導体パターン、各種チップ部品のほか、高周波フィルタＢＰＦ９，１０、送信用フィルタ３ａ，４ａ、受信用フィルタ３ｂ，４ｂ、並びに電力増幅器７，８の一部を構成する出力整合回路２６，２７及び電力増幅用半導体素子２４，２５などが搭載され、これらは半田などで誘電体層上の導体パターンに接合されている。これらの他、ＧＰＳ用のフィルタ１２、検波用回路１１なども搭載されている。 On the surface layer 52 of the multilayer substrate 23, in addition to various conductor patterns and various chip components, high-frequency filters BPF9 and 10, transmission filters 3a and 4a, reception filters 3b and 4b, and part of power amplifiers 7 and 8 are provided. The output matching circuits 26 and 27 and the power amplifying semiconductor elements 24 and 25 are mounted, and these are joined to the conductor pattern on the dielectric layer with solder or the like. In addition to these, a GPS filter 12, a detection circuit 11 and the like are also mounted.
４０は多層基板２３の最下面に設けられた裏面共通グランド導体層である。２８は、この高周波モジュール２２を移動体無線通信装置のマザーボードに搭載するときに用いられる、多層基板２３の最下面に設けられた接続端子である。
電力増幅用半導体素子２４，２５は、多層基板２３上の導体パターンとワイヤーボンディングで接続されている。電力増幅用半導体素子２４，２５の周囲には、同じく電力増幅器７，８の一部を構成する出力整合回路２６，２７がチップ部品や導体パターンで形成されている。
Reference numeral 40 denotes a back surface common ground conductor layer provided on the lowermost surface of the multilayer substrate 23. Reference numeral 28 denotes a connection terminal provided on the lowermost surface of the multilayer substrate 23, which is used when the high-frequency module 22 is mounted on the motherboard of the mobile radio communication device.
The power amplification semiconductor elements 24 and 25 are connected to the conductor pattern on the multilayer substrate 23 by wire bonding. Around the power amplifying semiconductor elements 24 and 25, output matching circuits 26 and 27 that are also part of the power amplifiers 7 and 8 are formed by chip parts or conductor patterns.
多層基板２３の内部には、方向性結合器５，６、インピーダンス調整回路３ｃ，４ｃを構成する分布定数線路、結合線路、分布型キャパシタ、抵抗などの導体パターンが、誘電体層中にそれぞれ形成されている。なお、方向性結合器５，６以外に、デュプレクサ２などを構成する受動素子も誘電体層中に形成されているが、図示していない。
そして、各誘電体層には複数の層にわたって、回路を縦に接続するため必要なビア導体ホール導体が形成されている。例えば、図４、図６における５０は、電力増幅用半導体素子２４，２５で発生する熱を裏面共通グランド導体層４０に逃がすため設けられた、誘電体層を上下に貫通するサーマルビア導体である。
Conductor patterns such as distributed constant lines, coupled lines, distributed capacitors, resistors, etc. constituting the directional couplers 5 and 6 and the impedance adjustment circuits 3c and 4c are formed in the dielectric layer inside the multilayer substrate 23, respectively. Has been. In addition to the directional couplers 5 and 6, passive elements constituting the duplexer 2 and the like are also formed in the dielectric layer, but are not shown.
In each dielectric layer, via conductor hole conductors necessary to connect circuits vertically are formed across a plurality of layers. For example, reference numeral 50 in FIGS. 4 and 6 denotes a thermal via conductor that vertically passes through the dielectric layer and is provided to release heat generated in the power amplifying semiconductor elements 24 and 25 to the back surface common ground conductor layer 40. .
また、多層基板２３の中間層には、内部グランド導体層２９，３０が設けられている。グランド導体層２９は、前記ビア５０と接続されており、ビア５０を通して裏面共通グランド導体層４０と接続されている。グランド導体層３０も、ビア５１を通して裏面共通グランド導体層４０と接続されている。
前記のような内部グランド導体層２９，３０を設けている理由を説明する。本発明の高周波モジュール２２は、誘電体多層基板を使用することにより、モジュールの小型化を行っているため、基板内部に多くの分布定数ストリップ線路が配置されている。ストリップ線路を単純に内層しているだけでは素子どうしのアイソレーション特性を満足できないため、通常基板のいずれかの内層にグランド導体層を設けて、多層基板内に配置されているストリップ線路同士が干渉しないように配慮している。
In addition, internal ground conductor layers 29 and 30 are provided in the intermediate layer of the multilayer substrate 23. The ground conductor layer 29 is connected to the via 50, and is connected to the back surface common ground conductor layer 40 through the via 50. The ground conductor layer 30 is also connected to the back surface common ground conductor layer 40 through the via 51.
The reason why the above-described internal ground conductor layers 29 and 30 are provided will be described. Since the high-frequency module 22 of the present invention uses a dielectric multilayer substrate to reduce the size of the module, many distributed constant strip lines are arranged inside the substrate. Since the isolation characteristics between elements cannot be satisfied by simply stripping the strip lines, a ground conductor layer is usually provided on one of the inner layers of the substrate, and the strip lines arranged in the multilayer substrate interfere with each other. We are careful not to.
そこで、図４、図６に示すように、アイソレーション対策として干渉防止用の内部グランド導体層２９，３０を設けている。
もし、最下層の裏面共通グランド導体層４０のような広い面積が確保でき、かつ多量のビアが裏面共通グランド導体層４０に接続できれば、内部グランド導体層も裏面共通グランド導体層４０と同様に理想接地とみなせるが、通常、誘電体層内は、ストリップ線路などの分布定数線路が至るところに配置されているため、希望どおりに内部グランド導体層の面積及びビア本数が確保できない場合が生じる。その場合には、周波数によっては内部グランド導体層が接地状態ではなく、ストリップ線路として機能する可能性がある。
Therefore, as shown in FIGS. 4 and 6, internal ground conductor layers 29 and 30 for preventing interference are provided as a countermeasure against isolation.
If a large area such as the lowermost backside common ground conductor layer 40 can be secured and a large number of vias can be connected to the backside common ground conductor layer 40, the internal ground conductor layer is ideal as well as the rear common ground conductor layer 40. Although it can be regarded as ground, normally, a distributed constant line such as a strip line is disposed everywhere in the dielectric layer, so that the area of the internal ground conductor layer and the number of vias may not be ensured as desired. In that case, depending on the frequency, the internal ground conductor layer may function as a strip line instead of being grounded.
特に、小型・高密度の高周波モジュールの場合は、内部グランド導体層が分離されずに接続されていた場合に次のような問題が生ずる。
電力増幅器７，８で生成される送信用高周波信号は、原理的には、表層に実装されている高周波フィルタＢＰＦ９，１０、送信用フィルタ３ａ，４ａ、若しくは受信用フィルタ３ｂ，４ｂ、又は内層に形成されている方向性結合器５，６（方向性結合器５，６は、前述したようにフィルタとして機能する）を通過して不要な周波数成分が低減された状態でＡＮＴ端子１に達する。このため、電力増幅器７，８で発生した高調波歪みは、それぞれのフィルタ特性により、ＡＮＴ端子１に達する段階では抑制される
しかし実際には、一部の送信用高周波信号は内部グランド導体層を伝播して、ＡＮＴ端子１に到達し、アンテナから放射されてしまう。あるいは、他の通信方式の回路、例えばセルラー送受信系ならばＰＣＳ送受信系の回路、あるいはＰＣＳ送受信系ならばセルラー送受信系の回路を経由してＡＮＴ端子１に到達し、アンテナから放射されてしまう。この結果的、送信スプリアス特性が悪化することになる。
In particular, in the case of a small and high-density high-frequency module, the following problems occur when the internal ground conductor layers are connected without being separated.
In principle, the transmission high-frequency signals generated by the power amplifiers 7 and 8 are applied to the high-frequency filters BPF 9 and 10, the transmission filters 3 a and 4 a, or the reception filters 3 b and 4 b mounted on the surface layer, or the inner layer. It passes through the formed directional couplers 5 and 6 (the directional couplers 5 and 6 function as a filter as described above) and reaches the ANT terminal 1 in a state where unnecessary frequency components are reduced. For this reason, the harmonic distortion generated in the power amplifiers 7 and 8 is suppressed at the stage of reaching the ANT terminal 1 due to the respective filter characteristics. In practice, however, some high-frequency signals for transmission are transmitted through the internal ground conductor layer. Propagation reaches the ANT terminal 1 and is radiated from the antenna. Alternatively, it reaches the ANT terminal 1 via a circuit of another communication system, for example, a PCS transmission / reception system circuit for a cellular transmission / reception system, or a cellular transmission / reception system circuit for a PCS transmission / reception system, and is radiated from an antenna. As a result, transmission spurious characteristics are deteriorated.
そこで、本発明においては、図６に示すように、２９，３０に示す内部グランド導体層間において、一定の幅をもったスリット３１を設け、内部グランド導体層を分離することでこの問題を解決した。
内部グランド導体層を分離する箇所は、大電力を発生させる電力増幅器と、それ以外のフィルタや方向性結合器などの受動回路との間とする。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 6, the slit 31 having a certain width is provided between the internal ground conductor layers 29 and 30, and this problem is solved by separating the internal ground conductor layers. .
The location where the internal ground conductor layer is separated is between a power amplifier that generates high power and other passive circuits such as filters and directional couplers.
本実施例の場合は、電力増幅器７，８及びその整合回路２６，２７の下にグランド導体層２９が配置されており、方向性結合器５，６、送信用フィルタ３ａ，４ａ、受信用フィルタ３ｂ，４ｂの下にグランド導体層３０が配置されている。
そして、内部グランド導体層２９，３０間において、一定の幅をもったスリット３１を形成している。
In the present embodiment, a ground conductor layer 29 is disposed under the power amplifiers 7 and 8 and their matching circuits 26 and 27, and the directional couplers 5 and 6, transmission filters 3a and 4a, and reception filters. A ground conductor layer 30 is disposed below 3b and 4b.
A slit 31 having a certain width is formed between the internal ground conductor layers 29 and 30.
このスリット３１の好ましい最小間隔は、内部グランド導体層２９，３０間の実質的な電磁結合を分断できる間隔であることが必要である。その好ましい最小間隔は、周波数や、誘電体基板の誘電率に応じて異なる。経験的には、例えば、周波数が０．８ＧＨｚで、誘電率が９．４のセラミック多層基板を用いる場合、少なくとも１００ミクロン以上確保しておいた方がよい。 The preferable minimum interval of the slits 31 needs to be an interval at which substantial electromagnetic coupling between the internal ground conductor layers 29 and 30 can be broken. The preferable minimum interval varies depending on the frequency and the dielectric constant of the dielectric substrate. Empirically, for example, when a ceramic multilayer substrate having a frequency of 0.8 GHz and a dielectric constant of 9.4 is used, it is better to secure at least 100 microns or more.
このようなスリット３１で分離されたグランド導体層２９，３０を形成することで、内部グランド導体層を介して高周波信号が伝播する現象を低減することができる。その結果、高周波モジュールの出力端子における高調波信号レベルを低減でき、高周波モジュールの送信スプリアス特性を改善できる。
なお、方向性結合器５，６を用いないような回路構成であれば、内部グランド導体層２９．３０を、ＳＡＷフィルタ３ａ、４ａ、３ｂ、４ｂの下層及び電力増幅器７，８の下層にそれぞれ配置し、内部グランド導体層３０と、内部グランド導体層２９とを分離すればよい。
By forming the ground conductor layers 29 and 30 separated by the slits 31 as described above, it is possible to reduce the phenomenon that a high-frequency signal propagates through the internal ground conductor layer. As a result, the harmonic signal level at the output terminal of the high frequency module can be reduced, and the transmission spurious characteristics of the high frequency module can be improved.
If the circuit configuration is such that the directional couplers 5 and 6 are not used, the internal ground conductor layer 29.30 is placed under the SAW filters 3a, 4a, 3b, and 4b and under the power amplifiers 7 and 8, respectively. The internal ground conductor layer 30 and the internal ground conductor layer 29 may be separated from each other.
また、グランド導体層２９，３０を、ＳＡＷフィルタ３ａ、４ａ、３ｂ、４ｂの下層であって、かつ方向性結合器５，６を構成している伝送線路の上層に設けても、本発明の適用は可能である。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の各形態に限定されるものではない。例えば、図３，４では、多層基板２３の表面に出力整合回路２６，２７、方向性結合器５，６、及び送信用フィルタ３ａ，４ａを実装している例で説明したが、２つ以上のバンドを扱う高周波モジュールの場合、これらの受動素子の少なくとも一部の素子を多層基板２３の中に内装することもできる。これにより、マルチバンドの高周波モジュール全体として小型化が実現可能となる。また、実施例においてはセルラーＣＤＭＡ／ＰＣＳのマルチバンド高周波モジュールを説明したが、通過帯域や通信方式はこれらに限定されるわけではない。例えばＧＳＭ方式(Global System for Mobile communication)８００ＭＨｚと、ＤＣＳ方式(Digital Cellular System)１．８ＧＨｚとのデュアルバンドモジュールであってもよい。また、ＧＳＭ／ＤＣＳ／ＰＣＤなどトリプル又はそれ以上のバンド数を扱う高周波モジュールであってもよい。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
The ground conductor layers 29 and 30 may be provided in the lower layer of the SAW filters 3a, 4a, 3b, and 4b and in the upper layer of the transmission line constituting the directional couplers 5 and 6. Application is possible.
While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above embodiments. For example, in FIGS. 3 and 4, the output matching circuits 26 and 27, the directional couplers 5 and 6, and the transmission filters 3 a and 4 a are mounted on the surface of the multilayer substrate 23. In the case of a high-frequency module that handles these bands, at least a part of these passive elements can be incorporated in the multilayer substrate 23. This makes it possible to reduce the size of the multiband high-frequency module as a whole. In the embodiments, the cellular CDMA / PCS multiband high-frequency module has been described. However, the passband and communication method are not limited to these. For example, a dual band module of GSM (Global System for Mobile communication) 800 MHz and DCS (Digital Cellular System) 1.8 GHz may be used. Moreover, the high frequency module which handles the number of triple or more bands, such as GSM / DCS / PCD, may be sufficient. In addition, various modifications can be made within the scope of the present invention.
本発明者は、実際に図３〜図６の形態の高周波モジュールを作製し、送信スプリアス特性を測定した。その結果、内部グランド導体層にスリット３１を設けない形態と比較して、８００ＭＨｚ帯で、２倍波が約−２４ｄＢｍから約−３２ｄＢｍへ、１．９ＧＨｚ帯で、２倍波が約−３０ｄＢｍから約−３８ｄＢｍへと改善した。その時のスリット幅は１００ミクロンであり、誘電率９．４の低温焼成セラミック基板により構成された高周波モジュールであった。 The inventor actually manufactured the high-frequency module of the form shown in FIGS. 3 to 6 and measured the transmission spurious characteristics. As a result, compared with the configuration in which the slit 31 is not provided in the internal ground conductor layer, the second harmonic is about -24 dBm to about -32 dBm in the 800 MHz band, and the second harmonic is about -30 dBm in the 1.9 GHz band. It improved to about -38 dBm. The slit width at that time was 100 microns, and the high-frequency module was constituted by a low-temperature fired ceramic substrate having a dielectric constant of 9.4.
１ アンテナ
２ デュプレクサ
３ａ，３ａ 送信用フィルタ
４ａ，４ｂ 受信用フィルタ
５，６ 方向性結合器
７，８ 電力増幅器
９，１０ 高周波フィルタ
１１ 検波回路
１２ 受信用フィルタ
１３，１４ 低雑音増幅器ＬＮＡ
１５，１６ 受信用フィルタ
１７ 送信信号処理回路ＲＦＩＣ
１８ 受信信号処理回路ＲＦＩＣ
１９ ベースバンドＩＣ
２２ 高周波モジュール
２３ 多層基板
２４，２５ 電力増幅用半導体素子
２６，２７ 出力整合回路
２８ 裏面端子
２９，３０ 内部グランド導体層
３１ スリット
４０ 裏面共通グランド導体層
５０ サーマルビア
５１ 接地ビア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna 2 Duplexer 3a, 3a Transmission filter 4a, 4b Reception filter 5, 6 Directional coupler 7, 8 Power amplifier 9, 10 High frequency filter 11 Detection circuit 12 Reception filter 13, 14 Low noise amplifier LNA
15, 16 Reception filter 17 Transmission signal processing circuit RFIC
18 Received signal processing circuit RFIC
19 Baseband IC
22 High Frequency Module 23 Multilayer Substrate 24, 25 Power Amplifying Semiconductor Element 26, 27 Output Matching Circuit 28 Back Terminal 29, 30 Internal Ground Conductor Layer 31 Slit 40 Back Common Ground Conductor Layer 50 Thermal Via 51 Ground Via
Claims (9)
アンテナ端子に接続され、周波数帯又は通信方式の異なる複数の送信系／受信系を分ける分波回路と、
各送信系の送信信号を増幅する電力増幅回路とを備え、
前記多層基板の内層に該当する誘電体層に、前記電力増幅回路を構成する素子に対応した第１の内部グランド導体層が形成されるとともに、前記分波回路を構成する素子に対応した第２の内部グランド導体層が形成され、
前記第１の内部グランド導体層と第２の内部グランド導体層とは、互いに分離して設けられており、
前記分離して設けられた各内部グランド導体層を、いずれかの誘電体層に設けられた共通グランド導体層に接続してなる高周波モジュール。 A high-frequency module mounted on the surface and inside of a multilayer substrate in which a plurality of dielectric layers are laminated,
A branching circuit that is connected to the antenna terminal and separates a plurality of transmission systems / reception systems having different frequency bands or communication methods;
A power amplification circuit for amplifying the transmission signal of each transmission system,
The dielectric layer corresponding to the inner layer of the multilayer substrate is formed with a first internal ground conductor layer corresponding to the element constituting the power amplifier circuit, and the second corresponding to the element constituting the branching circuit. An internal ground conductor layer is formed,
The first internal ground conductor layer and the second internal ground conductor layer are provided separately from each other,
A high-frequency module formed by connecting each of the separately provided internal ground conductor layers to a common ground conductor layer provided in any one of the dielectric layers.
前記第２の内部グランド導体層は、平面視して、前記分波回路を構成する素子を含む領域に形成されている請求項１記載の高周波モジュール。 The first internal ground conductor layer is formed in a region including elements constituting the power amplifier circuit in plan view,
2. The high-frequency module according to claim 1, wherein the second internal ground conductor layer is formed in a region including an element constituting the branching circuit in a plan view.
前記第２の内部グランド導体層は、前記分波回路を構成する素子及び前記方向性結合器を構成する素子に対応して設けられている請求項１記載の高周波モジュール。 A directional coupler for detecting transmission power is further provided between the power amplifier circuit and the branching circuit,
2. The high-frequency module according to claim 1, wherein the second internal ground conductor layer is provided corresponding to an element constituting the branching circuit and an element constituting the directional coupler.
前記第２の内部グランド導体層は、平面視して、前記分波回路及び前記方向性結合器を構成する素子を含む領域に形成されている請求項３記載の高周波モジュール。 The first internal ground conductor layer is formed in a region including elements constituting the power amplifier circuit in plan view,
4. The high-frequency module according to claim 3, wherein the second internal ground conductor layer is formed in a region including elements constituting the branching circuit and the directional coupler in a plan view.
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