JP3758157B2 - RF stage module - Google Patents

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種コンピュータ、その周辺装置、携帯電話などの移動体通信機に用いられ、これを相互に接続してデータ通信を行う周波数ホッピング方式使用するブルートゥース等のＲＦ回路に関し、特に高周波スイッチ回路とその周辺回路を複合一体化したＲＦ段モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
２．４ＧＨｚのＩＳＭ（Industrial, Scientific and Medical、産業、科学及び医療）帯域は、ＤＳＳＳ（Direct Sequence Spread Spectrum
ダイレクト・シーケンス・スペクトル拡散）、無線通信向けのもの等のＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠する無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）通信に利用されている。このような無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）と同じ２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯域を利用し、関連し合う電子機器との接続がケーブルを用いることなく実現でき極めて利便性の高い技術である近距離無線規格ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ^ＴＭ）が提案されている。
このブルートゥースは２．４ＧＨzの前記ＩＳＭ周波数帯を複数の無線チャンネルに分割して使用し、さらに各無線チャンネルを単位時間（１／１６００秒）ごとに分割してタイムスロットとし、使用する無線チャンネルをタイムスロットごとに切り替える耐ノイズ性に優れた周波数ホッピング方式が採用されている。送受信の切り替えは、ＰＨＳ（Personal
Handy Phone System）等と同様に時分割複信（ＴＤＤ;Time Division Duplex）方式が採用され、このＴＤＤ方式は送信と受信を同一のキャリア周波数とする方式である。
【０００３】
もともと、ブルートゥースはその利用が同一敷地内、同一建物内など比較的狭い地域として想定されているので、電波が到達するエリアは１０ｍ程度の距離範囲であり、送信時で３０ｍＷ、待機時では０．３ｍＷと省電力に設計されている。このようなブルートゥースのＲＦ回路の一例を図１に示す。このブルートゥースのＲＦ回路は、アンテナＡＮＴの後段に高周波フィルタ（ＦＩＬＴＥＲ）が配置され、アンテナから入放射する高周波信号は伝送すべき送受信信号に濾波される。その後段には送信回路ＴＸと前記アンテナＡＮＴとの接続、及び受信回路ＲＸと前記アンテナＡＮＴとの接続を切り替える高周波スイッチＳＷと、この高周波スイッチＳＷと前記送信回路間に配置される平衡−不平衡変換回路である第1のバルントランスＢａｌｕｎ１と、前記高周波スイッチと前記受信回路間に配置される第２のバルントランスＢａｌｕｎ２とを有する。前記高周波スイッチＳＷは、ブルートゥースの通信がＴＤＤ方式で行われること、送信時の電力が３０ｍＷと極めて省電力であることがら、ＧａＡｓスイッチが広く用いられている。スイッチ回路によりアンテナと受信回路間、送信回路とアンテナ間との接続が切換えられ、高周波信号はそれぞれの回路に適宜導かれる。
ＲＦＩＣのＲＦ段モジュール側の入出力部は雑音指数をさげ、受信感度を上げるように、それぞれ差動動作する様に２本の信号端子にて構成されている。そして前記ＲＦＩＣの入出力インピーダンスは５０Ω〜２００Ω程度であるため、各部品の特性インピーダンスが異なる場合には、インピーダンス変換回路も必要となり、スイッチ回路とＲＦＩＣとの間には平衡‐不平衡回路として前記バルントランスＢａｌｕｎ１，２が配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＲＦ段モジュールは、その無線システムのもつ利便性から、用いられる機器の小型軽量化されたデザイン等の市場要求に応じて、ＲＦ段モジュールも小型軽量化が求められ、また低価格化の要請も強い。前記ＲＦＩＣはパワーアンプ等の高周波デバイスを含み、これを駆動するのに従来は直流電圧供給手段からチョークコイルを介して直流電圧を供給していた。小型軽量化の要求に対して最近のＲＦ段モジュールにおいては、前記チョークコイルを含む回路部品の低減が求められていた。
また、ＲＦ段モジュールが用いられる機器は、携帯電話などに複合化されるようになってきている。無線ＬＡＮやブルートゥースが利用するＩＳＭ周波数帯域は、工作機械や電子レンジ等からの放射ノイズが多い帯域であることから、無線システムとして、もともと通信方式として耐ノイズ性に優れた周波数ホッピング方式が採用されている。しかしながら、他の通信機器、例えばＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）やＤＣＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）等の携帯電話の高周波信号がごく近傍に存在する場合には、その高周波信号がノイズとして作用し、前記周波数方式であっても少なからず影響を受けてしまう。他方、通信機器にとっても同様に、ブルートゥースの高周波信号がノイズとして作用する。このためアンテナから放射される帯域外の高周波信号は、ブルートゥースでは例えば２倍波で３０ｄＢ以上の減衰量が望まれている。
しかしながら前記スイッチ回路としてＧａＡｓスイッチを用いる場合には、広帯域な挿入損失で帯域外の減衰量も小さいといった特性から、アンテナトップに配置される高周波フィルタは、その帯域外減衰量の大きなものが必要とされるが、大きな帯域外減衰量を得ようとすれば、フィルタを構成する回路素子を増やさざるを得ず、挿入損失が劣化し、形状も大きくせざるを得ず、更なるＲＦ段モジュールの小型化には限界があった。また無線ＬＡＮやブルートゥースは、携帯電話やノート型コンピュータのように、バッテリーで駆動させる機器において使用される場合が多い。この為更なる低消費電力化も望まれているが、前記の理由から困難な状況にあった。そこで本発明の目的は、部品点数を削減し、高調波の減衰特性に優れ、かつた低消費電力である小型のＲＦ段モジュールを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送信回路とアンテナとの接続、および受信回路と前記アンテナとの接続を制御するスイッチ回路と、前記スイッチ回路と前記送信回路との間に配置される第１の平衡−不平衡回路を具備し、 前記第１の平衡−不平衡回路は、第1の伝送線路と、この第1の伝送線路と電磁結合する第２の伝送線路と第３の伝送線路を備え、前記第１の伝送線路は、一端が不平衡端に接続され、他端が接地又は開放端となり、前記第２の伝送線路は、一端が接地され、他端が第１の平衡端に接続され、前記第３の伝送線路は、一端が接地され、他端が第２の平衡端に接続されたバルントランスであって、前記バルントランスの第２、第３の伝送線路の一端同士が、電圧供給端に接続し、前記電圧供給端はコンデンサを介して接地され、パワーアンプを備えたＲＦＩＣの送信出力平衡端子と前記バルントランスの第１、第２の平衡端とが接続してなり、受信回路とアンテナとが接続される受信時には、前記電圧供給端に直流電圧を印加せず、送信回路とアンテナとが接続される送信時には、前記電圧供給端に直流電圧を印加して、第２、第３の伝送線路を介して第１及び第２の平衡端子から直流電圧をＲＦＩＣへ出力することを特徴とするＲＦ回路である。
本発明においては、更に前記スイッチ回路と前記受信回路との間に配置される第２の平衡−不平衡回路を具備し、前記第２の平衡−不平衡回路は、第４の伝送線路と、この第４の伝送線路と電磁結合する第５の伝送線路と第６の伝送線路を備え、前記第４の伝送線路は、一端が不平衡端に接続され、他端が接地又は開放端となり、前記第５の伝送線路は、一端が接地され、他端が第３の平衡端に接続され、前記第６の伝送線路は、一端が接地され、他端が第４の平衡端に接続されるバルントランスとするのが好ましい。
本発明のＲＦ回路では、前記コンデンサのホット側から前記第２、第３の伝送線路に直流電圧を供給し、第１及び第２の平衡端子から直流電圧を出力するようになした。この直流電圧により、ＲＦＩＣのパワーアンプを動作させている。
また、アンテナとスイッチ回路との間に、フィルタ回路を配置するのが好ましい。さらに、送信回路からアンテナの間に、前記送信回路からの高周波信号からの高周波信号に含まれる他の無線通信システム周波数帯の周波数成分を選択的に減衰させるように、インダクタとコンデンサとの直列共振回路により減衰極を形成するのが好ましい。そして、前記スイッチ回路と、前記第１、第２の平衡−不平衡回路とを複数の誘電体層を積層してなる積層体に一体化するのが好ましく、さらに誘電体アンテナを具備し、該誘電体アンテナを前記積層体に一体化してもよい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明について、以下詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係るＲＦ段モジュールの回路ブロックの一例であり、図２乃至５は前記ＲＦ段モジュールに用いるバルントランスＢａｌｕｎ１、２の等価回路である。
このＲＦ段モジュールは、不要な高周波信号を減衰させる高周波フィルタ（ＦＩＬＴＥＲ）と、送信信号と受信信号を切り換える高周波スイッチ（ＳＷ）、平衡−不平衡変換回路としてのバルントランスＢａｌｕｎ１、Ｂａｌｕｎ２を備える。
図２に送信側に用いるバルントランスの一例を示す。送信側（ＴＸ）のバルントランスＢａｌｕｎ１は、第1の伝送線路Ｌ１とこの第1の伝送線路Ｌ１と電磁結合する第２の伝送線路Ｌ２と第３の伝送線路Ｌ３を備え、前記第1の伝送線路Ｌ１は一端が不平衡端１０１に接続され他端が接地され、第２の伝送線路Ｌ２は一端が接地され他端が第1の平衡端１０２に接続され、第３の伝送線路Ｌ３は一端が接地され他端が第２の平衡端１０３に接続される。前記第１の平衡−不平衡回路を構成するバルントランスの前記第１、第２の伝送線路の一端同士が接続してコンデンサＣ１を介して接地されるとともに、前記コンデンサのホット側から第２の伝送線路Ｌ２と第３の伝送線路Ｌ３に直流電圧を供給できるように電圧供給端Ｖｄｄが形成されている。
この電圧供給端Ｖｄｄからみて、前記第２の伝送線路Ｌ２と前記第３の伝送線路Ｌ３はほぼ等しい線路長を有しおり、前記電圧供給端Ｖｄｄから直流電圧が供給されると、第２の伝送線路Ｌ２と前記第３の伝送線路Ｌ３には、ほぼ同じ大きさの電流が逆方向に流れ、第1の平衡端１０２と第2の平衡端１０３には略等しい直流電圧が出力される。前記第1の平衡端１０２と第２の平衡端１０３はＲＦＩＣの送信側出力部に接続されており、電圧供給端Ｖｄｄから直流電圧を印加した場合にＲＦＩＣの送信出力部の２本の平衡端子に、同時にほぼ等しい直流電圧を印加できる。このため従来必要であったチョークコイルを準備する必要がない。本発明のＲＦ段モジュールによれば、従来電圧供給のために必要であった複数のディスクリート部品を削減することが出来るため、ＲＦ段モジュールを小型かつ軽量化出来、価格も低廉化出来る。また、前記コンデンサＣ１は第1の平衡端１０２と第2の平衡端１０３に入力される高周波信号の位相差を調整するように機能させることも出来る。
【０００７】
図３はバルントランスの他の例を示す等価回路であり、このバルントランスの場合は、前記第1の伝送線路は一端が不平衡端に接続され他端が開放端となり、第２の伝送線路は一端が接地され他端が第1の平衡端に接続され、第３の伝送線路は一端が接地され、他端が第２の平衡端に接続される。この場合も前記第１の平衡−不平衡回路を構成するバルントランスの前記第１、第２の伝送線路の一端同士が接続しコンデンサＣ１を介して接地されるとともに、前記コンデンサのホット側から直流電圧を供給できるように電圧供給端Ｖｄｄが形成されており、図２に開示したバルントランスと同様に第２の伝送線路Ｌ２と前記第３の伝送線路Ｌ３には、ほぼ同じ大きさの電流が逆方向に流れ、第1の平衡端１０２と第2の平衡端１０３には略等しい直流電圧が出力される。したがって別途チョークコイルを準備する必要がなく、従来電圧供給のために必要であった複数のディスクリート部品を削減することが出来るため、ＲＦ段モジュールを小型かつ軽量化出来、価格も低廉なものに出来る。また、このバルントランスは図１４に示すように、２．４ＧＨｚの２倍波帯域で減衰極をもつ。バルントランス単体でも不要な高周波信号を減衰させることができ、前段に配置される高周波フィルタに求められる帯域外減衰量、特に通過帯域よりも高周波側の減衰量は、それほど大きなものを用いなくてもよい。この為、高周波フィルタを少ない回路素子で構成出来るので小型化でき、また低挿入損失となるので低消費電力化も実現することができる。それほど大きな帯域外減衰量が必要とされない場合に、前記高周波フィルタとして積層ＬＣフィルタ、弾性表面波フィルタを用いることができ、これらは共に安価に構成できるので、その結果としてＲＦ段モジュールも安価に提供することが出来る。
【０００８】
受信側（ＲＸ）に用いられるバルントランスＢａｌｕｎ２の一例を図４、５に示す。例えば図４のバルントランスＢａｌｕｎ２は、第４の伝送線路Ｌ４とこの第４の伝送線路Ｌ４と電磁結合する第５の伝送線路Ｌ５と第６の伝送線路Ｌ６を備え、前記第４の伝送線路Ｌ４は一端が不平衡端１０５に接続され他端が接地され、第５の伝送線路Ｌ５は一端が接地され他端が第３の平衡端１０６に接続され、第６の伝送線路Ｌ６は一端が接地され他端が第４の平衡端１０７に接続される。前記第１の平衡−不平衡回路を構成するバルントランスの前記第５、第６の伝送線路の一端同士が接続して接地される。
その基本的な回路構成は送信側（ＴＸ）に用いられるバルントランスＢａｌｕｎ１と比較し、電圧供給端Ｖｄｄを有さない点以外は同じである。図５に示したバルントランスＢａｌｕｎ２も同様であり、その説明を省く。
【０００９】
図６、７は、図１に示すＲＦ段モジュールを構成する高周波スイッチ（ＳＷ）の等価回路である。例えば図６に示すダイオードスイッチは、ダイオードＤ１、Ｄ２と、伝送線路Ｌ１０、Ｌ１１及びコンデンサＣ１０を主要素子として構成される。また図７に示すＧａＡｓスイッチは、電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４、コンデンサＣ１１、抵抗Ｒ１、Ｒ２を主要素子として構成される。これらの高周波スイッチではＤＣカット用のコンデンサが必要に応じて配置される。
【００１０】
図８乃至１０は、図１に示すＲＦ段モジュールを構成する高周波フィルタ（ＦＩＬＴＥＲ）の等価回路である。例えば図８の帯域通過フィルタは、コンデンサＣ１００〜Ｃ１０６と、伝送線路Ｌ１００，Ｌ１０１を主要素子として構成される。また図９示す低域通過フィルタは、コンデンサＣ１１０〜Ｃ１１２と伝送線路Ｌ１１０を主要素子として構成される。図１０に示す低域通過フィルタは、コンデンサＣ１１０〜Ｃ１１２と伝送線路Ｌ１１０、Ｌ１１１を主要素子として構成されるこの低域通過フィルタは伝送線路Ｌ１１１とコンデンサＣ１１２を有し、この直列共振回路はグランドに接続される。この直列共振回路の伝送線路Ｌ１１１のインダクタとコンデンサＣ１１２の適宜選定することにより、他の通信機器の高周波信号を選択的に減衰することが出来る。また、前記直列共振回路は信号経路に直列に配置されていないので、本来通過させるべき高周波信号の挿入損失特性を損なうことがない。
【００１１】
図１１乃至１３は、他の回路ブロックのＲＦ段モジュールである。例えば図１１に回路ブロックとして示すＲＦ段モジュールは、アンテナ（ＡＮＴ）と高周波スイッチ（ＳＷ）間に配置される高周波フィルタ（ＦＩＬＴＥＲ）を低域通過フィルタとし、前記高周波スイッチＳＷと受信側（ＲＸ）のバルントランスＢａｌｕｎ２との間に高周波フィルタ（ＦＩＬＴＥＲ）を配置して構成される。このように構成すれば、アンテナ（ＡＮＴ）と高周波スイッチ（ＳＷ）間に配置される高周波フィルタの帯域内挿入損失を、図１に示すように前記高周波フィルタを帯域通過フィルタのみで構成する場合よりも小さくすることができる、送信側（ＴＸ）の挿入損失を図１の回路ブロックに示すＲＦ段モジュールより小さくすることができる。また、高周波スイッチＳＷと受信側（ＲＸ）のバルントランスＢａｌｕｎ２との間に配置される高周波フィルタ（ＦＩＬＴＥＲ）も、前記低域通過フィルタにより、高周波フィルタに求められる帯域外減衰量、特に通過帯域よりも高周波側の減衰量は、それほど大きなものを用いなくてもよい。この為、高周波フィルタを少ない回路素子で構成出来るので小型化でき、そして低消費電力化も実現することができる。また図１２に示す回路ブロックのように、高周波スイッチＳＷと送信側（ＴＸ）のバルントランスＢａｌｕｎ１との間に高周波フィルタ（ＦＩＬＴＥＲ）を配置し、これを低域通過フィルタとしても良く、この場合には送信側（ＴＸ）の挿入損失を図１の回路ブロックに示すＲＦ段モジュールよりも小さくすることが出来る。
図１３は、受信側（ＲＸ）の平衡−不平衡変換回路として入力が平衡端で、出力が平衡端の弾性表面波フィルタを用いて構成したＲＦ段モジュールである。この場合には、平衡−不平衡変換回路と高周波フィルタを一つの弾性表面波フィルタで構成できるので、ＲＦ段モジュールを小型化することが出来る。
【００１２】
図８に示すバンドパスフィルタをアンテナと高周波スイッチとの間に配置し、図６に示すダイオードスイッチを前記高周波スイッチとし、送信側の平衡−不平衡変換回路を図３に示すバルントランスとし、受信側の平衡−不平衡変換回路を図５に示すバルントランスとして図１に示すＲＦ段モジュールを構成した。
このＲＦ段モジュールは、送信時にはダイオードスイッチの制御端子ＶＣ１に正の電圧が与えられ、ダイオードＤ１，Ｄ２をＯＮ状態にするとともに、送信側のバルントランスＢａｌｕｎ１の電圧供給端Ｖｄｄから直流電圧が印加される。また受信時にはダイオードスイッチの制御端子ＶＣ１に０の電圧を与え、ダイオードＤ１，Ｄ２をＯＦＦ状態にするとともに、送信側のバルントランスＢａｌｕｎ１の電圧供給端Ｖｄｄに直流電圧を印加しないように制御される。このように制御することで、ＲＦ段モジュールを省電力なものとしている。
【００１３】
このＲＦ段モジュールでは、前記フィルタ、スイッチ回路、バルントランスの伝送線路やコンデンサを誘電体からなる積層体に内蔵するようにし、積層体に内蔵出来なかった受動素子や、ダイオード、ＧａＡｓＦＥＴ、ＲＦＩＣ等の能動素子を前記積層体に搭載するように構成することで、図１５に示す小型のＲＦ段モジュール２００を構成することが出来た。前記誘電体は、例えばＡｌ_２Ｏ_３を主成分としＳｉＯ_２、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＰｂＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏを副成分として含む、比誘電率が８の低温焼成が可能なセラミック誘電体材料を用い、これをドクターブレード法などの公知のシート成形方法によって、厚さが３０μｍ〜２００μｍのグリーンシートとし、そのグリーンシート上にＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷して高周波フィルタやバルントランス、高周波スイッチを構成する伝送線路、コンデンサやグランド電極を構成する電極パターンを形成し、それを適宜積層し、一体焼成して構成される。さらに、前記積層体に誘電体アンテナを積層して構成するなどして一体的に構成することも出来るし、面実装タイプの誘電体アンテナを前記積層体に実装してもよい。
また、前記積層体をＨＴＣＣ（高温同時焼成セラミック）技術を用いて、誘電体をＡｌ_２Ｏ_３とし伝送線路等をタングステンやモリブデンとして構成してもよいし、基板に回路素子を実装して構成することも出来る。
【００１４】
本発明のジュールとしては、上述したような様々な回路ブロックのＲＦ段モジュールがあるが、前記の如く、前記電圧供給端Ｖｄｄから直流電圧を供給し、第２の伝送線路Ｌ２と前記第３の伝送線路Ｌ３に、ほぼ同じ大きさの電流が逆方向に流れるようにし、第1の平衡端１０２と第2の平衡端１０３には略等しい直流電圧が出力するように構成してあれば本発明の範囲内といえる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、部品点数を削減し、高調波の減衰特性に優れ、かつ低消費電力の小型のＲＦ段モジュールを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係るＲＦ段モジュールの回路ブロック図である。
【図２】 本発明のＲＦ段モジュールの送信側に用いるバルントランスの一例を示す等価回路図である。
【図３】 本発明のＲＦ段モジュールの送信側に用いるバルントランスの他の例を示す等価回路図である。
【図４】 本発明のＲＦ段モジュールの受信側に用いるバルントランスの一例を示す等価回路図である。
【図５】 本発明のＲＦ段モジュールの受信側に用いるバルントランスの他の例を示す等価回路図である。
【図６】 本発明のＲＦ段モジュールに用いる高周波スイッチの一例を示す等価回路図である。
【図７】 本発明のＲＦ段モジュールに用いる高周波スイッチの他の例を示す等価回路図である。
【図８】 本発明のＲＦ段モジュールに用いる高周波フィルタの一例を示す等価回路図である。
【図９】 本発明のＲＦ段モジュールに用いる高周波フィルタの他の例を示す等価回路図である。
【図１０】 本発明のＲＦ段モジュールに用いる高周波フィルタの他の例を示す等価回路図である。
【図１１】 本発明の他の実施例に係るＲＦ段モジュールの回路ブロック図である。
【図１２】 本発明の他の実施例に係るＲＦ段モジュールの回路ブロック図である。
【図１３】 本発明の他の実施例に係るＲＦ段モジュールの回路ブロック図である。
【図１４】 本発明のＲＦ段モジュールに用いるバルントランスの挿入損失特性の一例を示す特性図である。
【図１５】 本発明の一実施例に係るＲＦ段モジュールの斜視図である。
【符号の説明】
Ｌ１ 第1の伝送線路
Ｌ２ 第２の伝送線路
Ｌ３ 第３の伝送線路
Ｃ１ コンデンサ
１０１ 不平衡端
１０２ 第1の平衡端
１０３ 第２の平衡端
Ｖｄｄ 電圧供給端[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an RF circuit such as Bluetooth that is used in various computers, peripheral devices thereof, mobile communication devices such as mobile phones, and uses a frequency hopping method in which data communication is performed by connecting them to each other. The present invention relates to an RF stage module in which a peripheral circuit and its peripheral circuits are integrated.
[0002]
[Prior art]
The 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) band is the DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).
It is used for wireless LAN (WLAN) communication conforming to the IEEE802.11 standard such as those for direct sequence spread spectrum) and wireless communication. Using the same 2.4 GHz ISM band as such wireless LAN (WLAN), connection with related electronic devices can be realized without using a cable, and this is a very convenient technology. Bluetooth ^™ ) has been proposed.
This Bluetooth uses the 2.4 GHz ISM frequency band divided into a plurality of radio channels, and further divides each radio channel every unit time (1/1600 seconds) into a time slot. A frequency hopping method with excellent noise resistance that is switched at each time slot is adopted. To switch between sending and receiving, PHS (Personal
A time division duplex (TDD) method is adopted as in the case of Handy Phone System), and this TDD method is a method in which transmission and reception are the same carrier frequency.
[0003]
Originally, the use of Bluetooth is assumed to be a relatively small area such as in the same premises and in the same building, so the area where radio waves reach is a distance range of about 10 m, 30 mW at the time of transmission, and 0. Designed to save power with 3mW. An example of such a Bluetooth RF circuit is shown in FIG. In this Bluetooth RF circuit, a high-frequency filter (FILTER) is disposed after the antenna ANT, and a high-frequency signal entering and radiating from the antenna is filtered into a transmission / reception signal to be transmitted. In the subsequent stage, a high-frequency switch SW for switching the connection between the transmission circuit TX and the antenna ANT and the connection between the reception circuit RX and the antenna ANT, and a balanced-unbalanced arrangement arranged between the high-frequency switch SW and the transmission circuit. A first balun transformer Balun1 which is a conversion circuit, and a second balun transformer Balun2 disposed between the high frequency switch and the receiving circuit are included. As the high-frequency switch SW, a GaAs switch is widely used because Bluetooth communication is performed by the TDD system and power during transmission is extremely low, 30 mW. The switch circuit switches the connection between the antenna and the reception circuit and between the transmission circuit and the antenna, and the high frequency signal is appropriately guided to each circuit.
The input / output unit on the RF stage module side of the RFIC is configured with two signal terminals so as to perform differential operations so as to reduce the noise figure and increase the receiving sensitivity. Since the input / output impedance of the RFIC is about 50Ω to 200Ω, an impedance conversion circuit is also required when the characteristic impedance of each component is different, and a balanced-unbalanced circuit is provided between the switch circuit and the RFIC. Balun transformers Balun 1 and 2 are arranged.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the convenience of the wireless system, the RF stage module is required to be smaller and lighter in accordance with the market demands such as the smaller and lighter design of the equipment used, and the price is reduced. The request is also strong. The RFIC includes a high frequency device such as a power amplifier, and conventionally, a DC voltage is supplied from a DC voltage supply means via a choke coil to drive the RFIC. In response to the demand for reduction in size and weight, recent RF stage modules have been required to reduce circuit components including the choke coil.
In addition, devices using the RF stage module have been combined into mobile phones and the like. The ISM frequency band used by wireless LAN and Bluetooth is a band that has a lot of radiation noise from machine tools, microwave ovens, etc., so a frequency hopping method with excellent noise resistance was originally adopted as a wireless system. ing. However, other communication devices such as PCS (Personal
When a high-frequency signal of a mobile phone such as a communication service (DCS) or a digital cellular system (DCS) is present in the vicinity, the high-frequency signal acts as noise, and even the above-described frequency system is affected to some extent. . On the other hand, Bluetooth high-frequency signals also act as noise for communication devices. For this reason, the high frequency signal out of the band radiated from the antenna is desired to be attenuated by 30 dB or more, for example, at a second harmonic in Bluetooth.
However, when a GaAs switch is used as the switch circuit, a high-frequency filter disposed on the antenna top needs to have a large out-of-band attenuation because of the characteristics of a wide band insertion loss and a small out-of-band attenuation. However, if a large out-of-band attenuation is to be obtained, the number of circuit elements constituting the filter has to be increased, the insertion loss has deteriorated, and the shape has to be increased. There was a limit to downsizing. Wireless LAN and Bluetooth are often used in devices that are driven by a battery, such as mobile phones and notebook computers. For this reason, further reduction in power consumption is desired, but it has been difficult for the above reasons. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a small RF stage module with a reduced number of parts, excellent harmonic attenuation characteristics, and low power consumption.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, transmission circuit and connected to the antenna, and a switch circuit for controlling the connection between the receiving circuit and the antenna, the first balanced disposed between the switch circuit and the transmission circuit - unbalanced circuit The first balanced-unbalanced circuit includes a first transmission line, a second transmission line electromagnetically coupled to the first transmission line, and a third transmission line. transmission line has one end connected to the unbalanced end, the other end is the ground or an open end, said second transmission line, one end of which is grounded, the other end is connected to the first balanced terminal, the third the transmission line, one end of which is grounded, the other end a connected balun transformer to the second balanced terminal, a second of said balun transformer, one ends of the third transmission line, connected to a voltage supply terminal The voltage supply terminal is grounded via a capacitor and is equipped with a power amplifier. The RFIC transmission output balanced terminal is connected to the first and second balanced ends of the balun transformer, and a DC voltage is not applied to the voltage supply end during reception when the receiving circuit and the antenna are connected. At the time of transmission in which the transmission circuit and the antenna are connected, a DC voltage is applied to the voltage supply terminal, and the DC voltage is supplied from the first and second balanced terminals to the RFIC via the second and third transmission lines. An RF circuit is characterized in that it outputs.
In the present invention, further the second balanced disposed between the switch circuit and said receiving circuit - comprising a unbalanced circuit, the second balanced - unbalanced circuit includes a fourth transmission line, including the fourth fifth transmission line and the sixth transmission line of the transmission line and the electromagnetic coupling, said fourth transmission line has one end connected to the unbalanced end, the other end is the ground or an open end, said fifth transmission line has one end grounded and the other end is connected to the third balanced terminal, the sixth transmission line has one end grounded and the other end connected to the fourth balanced terminal A balun transformer is preferred.
In the RF circuit of the present invention, a DC voltage is supplied to the second and third transmission lines from the hot side of the capacitor, and a DC voltage is output from the first and second balanced terminals. The RFIC power amplifier is operated by this DC voltage.
In addition, a filter circuit is preferably disposed between the antenna and the switch circuit. Further, the series resonance of the inductor and the capacitor is performed between the transmission circuit and the antenna so as to selectively attenuate the frequency component of another radio communication system frequency band included in the high frequency signal from the high frequency signal from the transmission circuit. The attenuation pole is preferably formed by a circuit. Preferably, the switch circuit and the first and second balanced-unbalanced circuits are integrated into a laminate formed by laminating a plurality of dielectric layers, and further provided with a dielectric antenna, A dielectric antenna may be integrated into the laminate.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below. FIG. 1 is an example of a circuit block of an RF stage module according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 5 are equivalent circuits of balun transformers Balun 1 and 2 used in the RF stage module.
This RF stage module includes a high-frequency filter (FILTER) that attenuates unnecessary high-frequency signals, a high-frequency switch (SW) that switches between a transmission signal and a reception signal, and balun transformers Balun1 and Balun2 as balanced-unbalanced conversion circuits.
FIG. 2 shows an example of a balun transformer used on the transmission side. The transmission side (TX) balun transformer Balun1 includes a first transmission line L1, a second transmission line L2 and a third transmission line L3 electromagnetically coupled to the first transmission line L1, and the first transmission line L1. The line L1 has one end connected to the unbalanced end 101 and the other end grounded, the second transmission line L2 has one end grounded and the other end connected to the first balanced end 102, and the third transmission line L3 has one end Is grounded and the other end is connected to the second balanced end 103. One ends of the first and second transmission lines of the balun transformer constituting the first balanced-unbalanced circuit are connected to each other and grounded via the capacitor C1, and the second side is connected to the second side from the hot side of the capacitor. A voltage supply terminal Vdd is formed so that a DC voltage can be supplied to the transmission line L2 and the third transmission line L3.
When viewed from the voltage supply terminal Vdd, the second transmission line L2 and the third transmission line L3 have substantially the same line length, and when a DC voltage is supplied from the voltage supply terminal Vdd, the second transmission line L2 Currents of substantially the same magnitude flow in opposite directions in the line L2 and the third transmission line L3, and substantially equal DC voltages are output to the first balanced end 102 and the second balanced end 103. The first balanced end 102 and the second balanced end 103 are connected to an RFIC transmission side output unit, and when a DC voltage is applied from the voltage supply end Vdd, two balanced terminals of the RFIC transmission output unit In addition, substantially the same DC voltage can be applied simultaneously. For this reason, it is not necessary to prepare the choke coil which was conventionally required. According to the RF stage module of the present invention, it is possible to reduce a plurality of discrete parts that have been conventionally required for voltage supply. Therefore, the RF stage module can be reduced in size and weight, and the price can be reduced. The capacitor C1 can also function to adjust the phase difference between the high-frequency signals input to the first balanced end 102 and the second balanced end 103.
[0007]
FIG. 3 is an equivalent circuit showing another example of a balun transformer. In this balun transformer, one end of the first transmission line is connected to an unbalanced end and the other end is an open end. One end is grounded and the other end is connected to the first balanced end. The third transmission line has one end grounded and the other end connected to the second balanced end. Also in this case, one ends of the first and second transmission lines of the balun transformer constituting the first balanced-unbalanced circuit are connected to each other and grounded via the capacitor C1, and direct current is applied from the hot side of the capacitor. A voltage supply terminal Vdd is formed so that a voltage can be supplied. Similar to the balun transformer disclosed in FIG. 2, the second transmission line L2 and the third transmission line L3 have substantially the same current. Flowing in the opposite direction, substantially equal DC voltages are output to the first balanced end 102 and the second balanced end 103. Therefore, there is no need to prepare a separate choke coil, and it is possible to reduce a plurality of discrete parts that have been necessary for voltage supply in the past. Therefore, the RF stage module can be reduced in size and weight, and the price can be reduced. . Further, this balun transformer has an attenuation pole in the second harmonic band of 2.4 GHz as shown in FIG. The balun transformer alone can attenuate unnecessary high-frequency signals, and the out-of-band attenuation required for the high-frequency filter arranged in the previous stage, especially the attenuation on the high-frequency side of the passband, does not need to be so large. Good. For this reason, since the high frequency filter can be configured with a small number of circuit elements, the size can be reduced, and the power consumption can be reduced because of the low insertion loss. When such a large amount of out-of-band attenuation is not required, a laminated LC filter and a surface acoustic wave filter can be used as the high-frequency filter, and these can be configured at low cost, and as a result, the RF stage module is also provided at low cost. I can do it.
[0008]
An example of the balun transformer Balun2 used on the receiving side (RX) is shown in FIGS. For example, the balun transformer Balun2 of FIG. 4 includes a fourth transmission line L4, a fifth transmission line L5 and a sixth transmission line L6 that are electromagnetically coupled to the fourth transmission line L4, and the fourth transmission line L4. Has one end connected to the unbalanced end 105 and the other end grounded, the fifth transmission line L5 has one end grounded and the other end connected to the third balanced end 106, and the sixth transmission line L6 has one end grounded. The other end is connected to the fourth balanced end 107. One ends of the fifth and sixth transmission lines of the balun transformer constituting the first balanced-unbalanced circuit are connected to each other and grounded.
The basic circuit configuration is the same as that of the balun transformer Balun 1 used on the transmission side (TX) except that it does not have the voltage supply terminal Vdd. The same applies to the balun transformer Balun2 shown in FIG.
[0009]
6 and 7 are equivalent circuits of the high frequency switch (SW) constituting the RF stage module shown in FIG. For example, the diode switch shown in FIG. 6 includes diodes D1 and D2, transmission lines L10 and L11, and a capacitor C10 as main elements. Further, the GaAs switch shown in FIG. 7 includes field effect transistors FET1 to FET4, a capacitor C11, and resistors R1 and R2 as main elements. In these high-frequency switches, a DC cut capacitor is disposed as necessary.
[0010]
8 to 10 are equivalent circuits of a high frequency filter (FILTER) constituting the RF stage module shown in FIG. For example, the bandpass filter of FIG. 8 includes capacitors C100 to C106 and transmission lines L100 and L101 as main elements. Further, the low-pass filter shown in FIG. 9 includes capacitors C110 to C112 and a transmission line L110 as main elements. The low-pass filter shown in FIG. 10 includes capacitors C110 to C112 and transmission lines L110 and L111 as main elements. The low-pass filter includes a transmission line L111 and a capacitor C112, and the series resonant circuit is connected to the ground. Connected. By appropriately selecting the inductor and capacitor C112 of the transmission line L111 of this series resonant circuit, the high frequency signal of other communication devices can be selectively attenuated. Further, since the series resonant circuit is not arranged in series in the signal path, the insertion loss characteristic of the high-frequency signal that should be passed through is not impaired.
[0011]
11 to 13 show RF stage modules of other circuit blocks. For example, an RF stage module shown as a circuit block in FIG. 11 uses a high-frequency filter (FILTER) disposed between an antenna (ANT) and a high-frequency switch (SW) as a low-pass filter, and the high-frequency switch SW and the receiving side (RX). A high-frequency filter (FILTER) is arranged between the balun transformer Balun 2 of the above. If comprised in this way, the insertion loss of the high frequency filter arrange | positioned between an antenna (ANT) and a high frequency switch (SW) will be compared with the case where the said high frequency filter is comprised only with a band pass filter, as shown in FIG. The insertion loss on the transmission side (TX) can be made smaller than that of the RF stage module shown in the circuit block of FIG. Further, the high-frequency filter (FILTER) disposed between the high-frequency switch SW and the receiving side (RX) balun transformer Balun2 is also made of the low-pass filter by the out-of-band attenuation required for the high-frequency filter, particularly from the pass band. However, the attenuation amount on the high frequency side may not be so large. For this reason, the high-frequency filter can be configured with a small number of circuit elements, so that it can be miniaturized and low power consumption can be realized. Further, as in the circuit block shown in FIG. 12, a high frequency filter (FILTER) may be arranged between the high frequency switch SW and the transmission side (TX) balun transformer Balun1, and this may be used as a low-pass filter. The insertion loss on the transmission side (TX) can be made smaller than that of the RF stage module shown in the circuit block of FIG.
FIG. 13 shows an RF stage module configured as a reception-side (RX) balanced-unbalanced conversion circuit using a surface acoustic wave filter having an input at the balanced end and an output at the balanced end. In this case, the balanced-unbalanced conversion circuit and the high-frequency filter can be constituted by a single surface acoustic wave filter, so that the RF stage module can be reduced in size.
[0012]
The band-pass filter shown in FIG. 8 is arranged between the antenna and the high-frequency switch, the diode switch shown in FIG. 6 is the high-frequency switch, the transmission-side balanced-unbalanced conversion circuit is the balun transformer shown in FIG. The RF stage module shown in FIG. 1 is configured with the balun transformer shown in FIG. 5 as the balanced-unbalanced conversion circuit on the side.
In this RF stage module, a positive voltage is applied to the control terminal VC1 of the diode switch during transmission, the diodes D1 and D2 are turned on, and a DC voltage is applied from the voltage supply terminal Vdd of the balun transformer Balun1 on the transmission side. The Further, at the time of reception, a voltage of 0 is applied to the control terminal VC1 of the diode switch to turn off the diodes D1 and D2, and control is performed so that no DC voltage is applied to the voltage supply terminal Vdd of the balun transformer Balun1 on the transmission side. By controlling in this way, the RF stage module is made power-saving.
[0013]
In this RF stage module, the filter, the switch circuit, the transmission line of the balun transformer and the capacitor are incorporated in a laminate made of a dielectric, and passive elements, diodes, GaAsFET, RFIC, etc. that could not be incorporated in the laminate A small RF stage module 200 shown in FIG. 15 could be configured by mounting the active element on the laminate. The dielectric is, for example, a ceramic dielectric capable of low-temperature firing having a relative dielectric constant of 8 and containing SiO ₂ , SrO, CaO, PbO, Na ₂ O, and K ₂ O as subcomponents, with Al ₂ O ₃ as a main component. Using a material, this is formed into a green sheet having a thickness of 30 μm to 200 μm by a known sheet forming method such as a doctor blade method, and a conductive paste such as Ag or Cu is printed on the green sheet, and then a high frequency filter or a balun transformer is used. In addition, the transmission line constituting the high-frequency switch, the electrode pattern constituting the capacitor and the ground electrode are formed, and these are appropriately laminated and integrally fired. Furthermore, it can be configured integrally by stacking a dielectric antenna on the laminate, or a surface mount type dielectric antenna may be mounted on the laminate.
Further, the laminated body may be formed by using HTCC (high temperature co-fired ceramic) technology, the dielectric may be Al ₂ O ₃ and the transmission line may be tungsten or molybdenum, or the circuit element may be mounted on the substrate. You can also
[0014]
As the module of the present invention, there are RF stage modules of various circuit blocks as described above. As described above, a DC voltage is supplied from the voltage supply terminal Vdd, and the second transmission line L2 and the third transmission line L3 are supplied. If the transmission line L3 is configured so that substantially the same current flows in the opposite direction and substantially equal DC voltages are output to the first balanced end 102 and the second balanced end 103, the present invention. It can be said that it is within the range.
[0015]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a small RF stage module with a reduced number of parts, excellent harmonic attenuation characteristics, and low power consumption.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram of an RF stage module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing an example of a balun transformer used on the transmission side of the RF stage module of the present invention.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing another example of a balun transformer used on the transmission side of the RF stage module of the present invention.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing an example of a balun transformer used on the receiving side of the RF stage module of the present invention.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing another example of a balun transformer used on the receiving side of the RF stage module of the present invention.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing an example of a high-frequency switch used in the RF stage module of the present invention.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing another example of the high-frequency switch used in the RF stage module of the present invention.
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing an example of a high-frequency filter used in the RF stage module of the present invention.
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram showing another example of the high-frequency filter used in the RF stage module of the present invention.
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram showing another example of the high-frequency filter used in the RF stage module of the present invention.
FIG. 11 is a circuit block diagram of an RF stage module according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a circuit block diagram of an RF stage module according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a circuit block diagram of an RF stage module according to another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing an example of insertion loss characteristics of a balun transformer used in the RF stage module of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view of an RF stage module according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
L1 first transmission line L2 second transmission line L3 third transmission line C1 capacitor 101 unbalanced end 102 first balanced end 103 second balanced end Vdd voltage supply end