CN1684366A - 天线开关电路以及使用它的复合高频部件及移动通信设备 - Google Patents

Abstract

在第一以及第二高频信号输入输出端子和天线之间分别连接第一以及第二直通侧场效应晶体管，将第一以及第二分流侧场效应晶体管的一端分别连接在第一以及第二高频信号输入输出端子上，在第一以及第二分流侧场效应晶体管的另一端和地之间连接由分流电容器和接合线组成的串联谐振电路。

Description

天线开关电路以及 使用它的复合高频部件及移动通信设备

技术领域

本发明涉及天线开关电路以及使用它的复合高频部件及移动通信设备。

背景技术

在便携电话的通信系统中，采用在欧洲主要使用的GSM(Global System fbrMobile Communication：全球移动通信系统)方式、DCS(Digital Cellular System：数字蜂窝系统)方式、在北美主要使用的PCS(Personal Communication Service：个人通信业务)方式等各种方式。

为了在世界上各种地区使用便携电话机，需要携带必要数量的对应于各种方式的便携电话机，或者携带对应于多种通信系统的1台多频带机。在后一种场合，为了能够在1台中利用多种通信系统，可以使用每种通信系统的部件构成便携电话机。但是，因为便携电话机的体积、重量与通信系统数成比例地同步增加，这样的便携电话机不适于携带使用。因此，需要应对多种系统的小型轻量的高频部件。

图4是表示在GaAs基板上构成的便携电话机的天线开关电路的一例的图。如图4所示，该天线开关电路具有SPDT(Single pole Dual Throw)结构，用于切换天线ANT和高频信号输入输出端子T1之间的信号路径和天线ANT和高频信号输入输出端子T2之间的信号路径这两个信号路径。为此，该天线开关电路由直通(through)侧场效应晶体管(Field Effect Transistor)QT1、QT2、分流(shunt)侧场效应晶体管QS1、QS2、分流电容器(shunt condenser)CS1、CS2构成。直通侧场效应晶体管QT1、QT2和分流侧场效应晶体管QS1、QS2根据施加在控制端子CT1、CT3、CT2、CT4上的控制信号控制导通与截止。

分流侧场效应晶体管QS1、QS2确保隔离而配置。

图5更详细地表示用图4的虚线围起来的部分。天线开关电路在图5中由直通侧场效应晶体管QT1、分流侧场效应晶体管QS1、和分流电容器CS1构成。直通侧场效应晶体管QT1和分流侧场效应晶体管QS1在图4中，分别作为一个场效应晶体管加以画出的，但是，实际上它们分别采用由多个场效应晶体管组成的串联连接电路构成。

例如，当从天线ANT到高频信号输入输出端子T1的信号路径导通时，在控制端子CT1上通过控制电路(未图示)施加受控的H电平的电压(例如Vctrl＝3V)。由此，直通侧场效应晶体管QT1导通。

另一方面，分流侧场效应晶体管QS1进行和直通侧场效应晶体管QT1相反的动作。例如，当从天线ANT到高频信号输入输出端子T1的信号路径导通时，在控制端子CT2上通过控制电路施加受控的L电平的电压(例如Vctrl＝0V)。由此，分流侧场效应晶体管QS1截止。

当从天线ANT到高频信号输入输出端子T1的信号路径被切断时，从控制电路向控制端子CT1施加L电平的电压，向控制端子CT2施加H电平的电压，由此，从天线ANT到高频信号输入输出端子T1的信号路径的隔离特性得到提高。

这样，通过切换向控制端子CT1、CT2的施加电压，从而切换直通侧场效应晶体管QT1以及分流侧场效应晶体管QS1的导通和截止，由此进行信号路径的切换。

场效应晶体管QT2以及场效应晶体管QS2也和上述同样。

图10表示在现有技术中高频信号输入输出端子T1和天线ANT之间的信号路径处于导通状态时的高频信号输入输出端子T1和高频信号输入输出端子T2之间的隔离特性。

专利文献1：特开平09-181588号公报

为确保隔离，分流电容器需要高频下的低阻抗。为此，希望分流电容器具有至少5pF或以上的电容。另外，为对应上述那样的多频带化，需要有路径数量那么多的分流电容器，在路径数增加的同时，分流电容器在基板上占据的面积增大。例如在对应双频带的SP4T(Single Pole 4 throw：单刀4掷)结构的天线开关电路的场合，需要4个分流电容器。另外，在对应三频带的SP5T(SinglePole 5 throw：单刀5掷)结构的天线开关电路的场合，需要5个分流电容器。因此，这样的结构妨碍便携电话机的小型化。

发明内容

本发明的目的是提供一种小型轻量的天线开关电路，其用于今后发展的便携电话机更加多频带化时亦可实现小型轻量的便携电话机。

再有，本发明的另一目的是确保多频带化时成为难点的隔离，并提供高性能的天线开关电路。

为解决上述课题，第一发明的天线开关电路具有第1～第n(n是大于等于2的正整数)高频信号输入输出端子、天线、分别连接在第1～第n高频信号输入输出端子和天线之间的第1～第n直通侧场效应晶体管、一端分别和第1～第n高频信号输入输出端子连接的第1～第n分流侧场效应晶体管、以及一端和第1～第n分流侧场效应晶体管的另一端共同连接而另一端对地连接的分流电容器和电感器组成的串联谐振电路。

根据这样的结构，第1～第n分流侧场效应晶体管的另一端之间彼此共同连接，进而通过由分流电容器以及电感器组成的串联谐振电路接地。由此，可以减少分流电容器的个数，并能够实现小型轻量化，因此，可以实现便携电话机的小型轻量化。

再有，因为用分流电容器以及电感器构成串联谐振电路，所以通过谐振可以使分流侧场效应晶体管和地之间的阻抗充分变小。由此，可以提高隔离特性。

在上述第一发明的天线开关电路中，优选把串联谐振电路的谐振频率设定在从第1～第n高频信号输入输出端子的任意一个或者从天线输入的高频信号的频率的±25％以内。

在上述本发明的天线开关电路中，电感器例如采用连接分流电容器和地之间的接合线构成。

作为其他的实施例，电感器由一端连接在分流电容器的接合线、以及连接接合线的另一端和地之间的布线构成。

也可以任意替换上述分流电容器、接合线以及布线的连接顺序。

另外，在上述第一发明的天线开关电路中，优选并联设置多个，例如两个串联谐振电路。

另外，分流电容器例如在GaAs基板上形成。

另外，布线例如在GaAs基板上形成。

另外，分流电容器也可以例如在叠层基板的内部形成。

另外，布线也可以例如在叠层基板的表层或内部形成。

另外，分流电容器也可以例如由芯片部件构成。

另外，也可以代替第1～第n直通侧场效应晶体管而使用第1～第n的多个直通侧场效应晶体管的串联连接电路，代替第1～第n分流侧场效应晶体管而使用第1～第n的多个分流侧场效应晶体管的串联连接电路，并且优选后者。

第二发明的复合高频部件，使用上述任意的天线开关电路构成。

第三发明的移动通信设备，使用上述任意的天线开关电路构成。

第四发明的移动通信设备，使用上述复合高频部件构成。

关于上述第2～第4发明，因为使用上述天线开关电路，所以可以得到和上述天线开关电路同样的作用效果。

如上所述，根据本发明，由于在便携电话机多频带化时，也提供小型轻量的天线开关电路，所以有助于实现小型轻量的对应于多频带的便携电话机。再有，通过在分流电路上设置串联谐振电路，可以实现比现有技术更高的隔离特性。另外，通过并联设置多个，例如两个串联谐振电路，可以采用更宽的频带实现较高的隔离特性，有助于设备的小型化和高性能化。

附图说明

图1是表示根据本发明第一实施例的SPDT结构的天线开关电路的电路图。

图2是表示根据本发明第二实施例的SPDT结构的天线开关电路的电路图。

图3是表示根据本发明的第三实施例的SPDT结构的天线开关电路的电路图。

图4是表示现有技术的SPDT结构的天线开关电路的电路图。

图5是详细表示图4中用虚线围起来的部分的电路图。

图6是表示使分流电容器通用化后的天线开关电路的等效电路图。

图7是表示本发明第一实施例的天线开关电路中的隔离特性的特性图。

图8是表示本发明第二实施例的天线开关电路中的隔离特性的特性图。

图9是表示本发明第三实施例的天线开关电路中的隔离特性的特性图。

图10是表示现有技术的天线开关电路中的隔离特性的特性图。

具体实施方式

下面使用附图详细说明涉及本发明的小型轻量的天线开关电路的实施例。

(第一实施例)

图6表示使分流电容器通用化后的天线开关电路的等效电路图。在图6中，分流侧场效应晶体管QS1和QS2连接在同一个分流电容器CS1的上部电极，亦即一端。分流电容器CS1的下部电极，即另一端接地。

但是，取现有技术的分流电容器CS1的电容为C、本实施例的分流电容器CS1的电容为C’，设C＝C’，则从高频信号输入输出端子T1输入的信号通过共同的分流电容器CS1的上部电极向高频信号输入输出端子T2泄漏，隔离特性和现有技术相比变差。为此，需要把分流电容器CS1的接地侧变为更低的阻抗。

图1是表示涉及本发明的便携电话机的天线开关电路的第一实施例的结构的电路图。在图1中，分流侧场效应晶体管QS1以及QS2连接在同一个分流电容器CS1的上部电极，通过分流电容器CS1和接合线WB1接地。因为接合线WB1被视为等效的电感器，所以分流电容器CS1和接合线WB1构成串联谐振电路。

在该实施例的天线开关电路中，至少直通侧场效应晶体管QT1以及QT2和分流侧场效应晶体管QS1以及QS2在GaAs基板上形成。分流电容器CS1可以在GaAs基板上形成，也可以在叠层基板(LTCC：Low Temperature Co-firedCeramics)的内部形成，再有也可以作为外接芯片部件形成。直通侧场效应晶体管QT1以及QT2和图4的现有技术相同。另外，直通侧场效应晶体管QT1以及QT2和分流侧场效应晶体管QS1以及QS2的开关动作，因为和图4的现有技术相同，所以省略说明。

适当选择分流电容器CS1和接合线WB1的值，并进行设定以便对输入到高频信号输入输出端子T1的信号的频率具有衰减量，由此可以提高隔离特性。例如，设从高频信号输入输出端子T1输入的信号的频率为f1，对高频信号输入输出端子T1和天线ANT之间的信号路径处于导通的状态进行说明。在高频信号输入输出端子T1和天线ANT之间的信号路径处于导通状态时，直通侧场效应晶体管QT1和分流侧场效应晶体管QS2处于导通状态，直通侧场效应晶体管QT2和分流侧场效应晶体管QS1处于截止状态。

从高频信号输入输出端子T1输入的频率为f1的信号从天线ANT输出。另一方面，直通侧场效应晶体管QT2处于截止状态，但是由于寄生电容等的影响会发生一些信号的泄漏。为把这一泄漏泄放到地上，分流侧场效应晶体管QS2处于导通状态。此时，通过取由分流电容器CS1和接合线WB1构成的串联谐振电路的谐振频率为f1，从而提高高频信号输入输出端子T1和高频信号输入输出端子T2之间的隔离特性。

接着，说明串联谐振频率。设分流电容器CS1的电容为C、接合线WB1的电感成分为L，则谐振频率f1用下式表示。

f1＝1/{2π(LC)^1/2}         (1)

满足该条件时，串联谐振电路在串联谐振频率下成为极低的阻抗。例如，设f1＝3GHz，则有L＝1nH、C＝2.8pF。这样，通过适当选择电感成分L、电容C的值，可以提高对于任意频率的隔离。电感成分L和电容C的值是任意的。但是，如果电容C的取值较大，则芯片面积增大，不适合小型化。因此，在该例中设定为小于等于5pF。

另一方面，因为接合线WB1的电感成分一般为0.5nH～1.5nH左右，所以在这里取1nH。串联谐振电路的分流电容器CS1和成为电感的接合线WB1的连接顺序是任意的，哪种顺序都表示同样的特性。因此，例如在GaAs基板上除了场效应晶体管QT1、QT2、QS1、QS2之外，还形成分流电容器时，分流侧场效应晶体管QS1、QS2顺次经由分流电容器CS1和接合线WB1接地。另一方面，当分流电容器CS1在叠层基板(LTCC：Low Temperature Co-firedCeramics)内部形成或者作为外接部件形成时，分流侧场效应晶体管QS1、QS2顺次经由接合线WB1、分流电容器CS1接地。

根据该实施例，可以仅用1个分流电容器CS1构成现有技术中由两个分流电容器CS1、CS2构成的图4所示的SPDT结构的开关，有助于便携电话机的小型化。再有，通过采用串联谐振电路结构，可以实现高隔离特性。

图7表示出本实施例中在高频信号输入输出端子T1和天线ANT之间的信号路径处于导通状态时的高频信号输入输出端子T1和高频信号输入输出端子T2之间的隔离特性。

(第二实施例)

图2是表示涉及本发明的天线开关电路的第二实施例的结构的电路图。在图2中，分流侧场效应晶体管QS1以及QS2连接在同一个分流电容器CS1的上部电极上，通过分流电容器CS1和接合线WB1以及布线WL1接地。因为接合线WB1以及布线WL1被等效地视为电感器，所以分流电容器CS1和接合线WB1和布线WL1构成串联谐振电路。

在该实施例的天线开关电路中，在GaAs基板上至少形成分流侧场效应晶体管QS1以及QS2和直通侧场效应晶体管QT1以及QT2。分流电容器CS1可以在GaAs基板上形成，也可以在叠层基板(LTCC：Low Temperature Co-firedCeramics)的内部形成，再有也可以作为外接芯片部件形成。布线WL1既可以形成在GaAs基板上，也可以形成在叠层基板上。直通侧场效应晶体管QT1以及QT2和图4的现有技术相同。另外，关于直通侧场效应晶体管QT1以及QT2和分流侧场效应晶体管QS1以及QS2的开关动作，因为和图4的现有技术相同，所以省略说明。

在第一实施例所示的结构中，为了进行设定以便在比较低的频率例如2GHz下具有衰减极限，即使由接合线WB1产生的电感L为1.5nH，电容C也必须为4.2pF。为此，分流电容器CS1的大小变成和现有技术(5pF)大体相等。

为了即使对于更低的频率也不使面积增大而提高隔离特性，在本第二实施例中，除了接合线WB1的电感成分之外，还使用由布线WL1产生的电感成分。

在该结构中，为提高2GHz的隔离特性，如果取分流电容器CS1的电容C为3pF，则接合线WB1的电感成分和布线WL1的电感成分的和需要2.1nH。

如上所述，接合线WB1的电感成分一般为0.5nH～1.5nH左右。因此，利用能够以比电容器小的面积构成的布线WL1的电感成分来补充不足的电感成分1.6nH～0.6nH。通过上述结构，可以实现2GHz的衰减极限。

这样，通过用布线WL1的电感成分来补充接合线WB1的电感成分的不足数量，从而可以对于希望的频率设定衰减极限。

在串联谐振电路中，分流电容器、构成电感器的接合线、以及构成电感器的布线的连接顺序是任意的，哪一种情形都表示同样的特性。因此，例如在GaAs基板上只形成分流电容器CS1时，分流侧场效应晶体管QS1、QS2顺次经由分流电容器CS1、接合线WB1、继而经由在LTCC的表层或内部形成的布线WL1接地。另外，在GaAs基板上，除了场效应晶体管QT1、QT2、QS1、QS2之外，还形成分流电容器CS1以及布线WL1时，分流侧场效应晶体管QS1、QS2顺次经由分流电容器CS1、布线WL1、接合线WB1接地。

另外，当在GaAs基板上除了场效应晶体管QT1、QT2、QS1、QS2之外，只形成布线WL1时，分流侧场效应晶体管QS1、QS2顺次经由布线WL1、接合线WB1、形成在LTCC内部的分流电容器CS1接地。

另外，当在GaAs基板上除了场效应晶体管QT1、QT2、QS1、QS2之外，什么都不形成的场合，分流侧场效应晶体管QS1、QS2顺次经由接合线WB1、在LTCC的表层或内部形成的布线WL1、在LTCC内部形成的分流电容器CS1接地。或者顺次经由接合线WB1、在LTCC内部形成的分流电容器CS1、在LTCC的表层或内部形成的布线WL1接地。在GaAs基板上不形成分流电容器CS1的场合，即使用芯片部件构成分流电容器CS1也同样。

根据本实施例，可以用1个分流电容器CS1实现在现有技术中用两个分流电容器CS1、CS2构成的图4所示的SPDT结构的开关，有助于便携电话机的小型化。进而，通过采用使用了布线WL1的电感器的串联谐振电路结构，可以在更低频率下实现较高的隔离特性。

在图8的本实施例中，表示高频信号输入输出端子T1和天线ANT之间的信号路径处于导通状态时的高频信号输入输出端子T1和高频信号输入输出端子T2之间的隔离特性。

(第三实施例)

图3是表示涉及本发明的天线开关电路的第三实施例的结构的电路图。该实施例中，并联设置两个在第一、第二实施例中已说明的串联谐振电路。亦即，分流侧场效应晶体管QS1、QS2通过两个并联的串联谐振电路SR1、SR2接地。上述两个串联谐振电路SR1、SR2的衰减极限共同设定为2GHz。

通过将这两个串联谐振电路SR1、SR2的常数设定为相同的值，可以确保宽频带的隔离。由此，例如可以利用GSM频带(900MHz)、PCS频带(1900MHz)或者DCS频带(1800MHz)的双频率实现高隔离特性。亦即，通过并联设置具有同样衰减极限的两个串联谐振电路SR1、SR2，可以扩宽极限的频带，确保宽频带的隔离。

此外，并联设置3个或3个以上的串联谐振电路时，可以在更宽频带上确保高隔离。其代价为串联谐振电路所占的面积变大。兼顾必要的隔离值，来确定串联谐振电路的数目。

另外，如公式(1)所示，随着频率变低，电感成分L、电容C的值变大，不能忽视电感L、电容C在基板上所占的面积，并且妨碍小型化。但是，通过使用两个串联谐振电路SR1、SR2，可以在宽频带中确保隔离。因此，即使把衰减极限的中心设定为比希望的频率高的频率，也可以提高在希望的频率下的隔离特性。

通过该实施例，可以用两个分流电容器实现在现有技术中由n个分流电容器构成的SPnT结构的开关，有助于便携电话机的小型化。进而，通过构成两个串联谐振电路，可以在更宽的频带上实现高隔离特性。

在图9的本实施例中，表示高频信号输入输出端子T1和天线ANT之间的信号路径处于导通状态时的高频信号输入输出端子T1和高频信号输入输出端子T2之间的隔离特性。

此外，在表示上述本发明的第一～第三实施例的隔离特性的图7～图9中，通过串联谐振电路构成的衰减极限，在希望频率的25％左右的宽度中可以确保30dB。亦即，如果能够在距希望的频率的中心±25％的范围内构成衰减极限，则可以确保充分的隔离。此外，所谓希望的频率，是指在本天线开关电路中成为路径切换对象的高频信号的频率，是从第一或者第二高频信号输入输出端子T1、T2或者天线ANT输入的高频信号的频率。

因此，可以实现即使由于制造偏差成品率也不会降低的具有高隔离特性的天线开关电路。

另外，在本发明的第一～第三实施例中表示了SPDT结构的天线开关电路，但是即使输入输出端子数是任意的SPnT结构的天线开关电路。也可同样适用本发明，并且随着路径数增加，电容器所占面积的降低效果越大。另外，即使在各直通侧场效应晶体管QT1以及直通侧场效应晶体管QT2分别用多个场效应晶体管的串联连接电路构成、各分流侧场效应晶体管QS1以及分流侧场效应晶体管QS2分别由多个场效应晶体管的串联连接电路构成的场合，也可以得到同样的效果。

另外，使用上述各实施例的天线开关电路构成的复合高频部件可以得到和上述天线开关电路同样的作用效果。另外，使用了上述天线开关电路或者上述复合高频部件的移动通信设备也可以得到和上述天线开关电路同样的作用效果。

涉及本发明的天线开关电路，具有使便携电话机的小型轻量化成为可能、并可以确保便携电话机多频道化时的隔离效果，作为多频带结构的便携电话机的天线开关电路等十分有用。

Claims (15)

1.一种天线开关电路，具有：

第1～第n高频信号输入输出端子，其中n是大于等于2的正整数；

天线；

分别连接在所述第1～第n高频信号输入输出端子和所述天线之间的第1～第n直通侧场效应晶体管；

一端分别和第1～第n高频信号输入输出端子连接的第1～第n分流侧场效应晶体管；以及

一端和所述第1～第n分流侧场效应晶体管的另一端共同连接而另一端对地连接的分流电容器以及电感器组成的串联谐振电路。

2.权利要求1所述的天线开关电路，其中，把所述串联谐振电路的谐振频率设定在从所述第1～第n高频信号输入输出端子中任意一个或者从所述天线输入的高频信号频率的±25％以内。

3.权利要求1所述的天线开关电路，其中，所述电感器由连接所述分流电容器和所述地之间的接合线构成。

4.权利要求1所述的天线开关电路，其中，所述电感器由一端连接在所述分流电容器的接合线、以及连接所述接合线的另一端与所述地之间的布线构成。

5.权利要求4所述的天线开关电路，其中，任意替换所述分流电容器和所述接合线以及所述布线的连接顺序。

6.权利要求1所述的天线开关电路，其中，并联设置有多个所述串联谐振电路。

7.权利要求1所述的天线开关电路，其中，所述分流电容器在GaAs基板上形成。

8.权利要求4所述的天线开关电路，其中，所述布线在GaAs基板上形成。

9.权利要求1所述的天线开关电路，其中，所述分流电容器在叠层基板的内部形成。

10.权利要求4所述的天线开关电路，其中，所述布线在叠层基板的表层或内部形成。

11.权利要求1所述的天线开关电路，其中，所述分流电容器由芯片部件构成。

12.权利要求1所述的天线开关电路，其中，代替所述第1～第n直通侧场效应晶体管而使用第1～第n的多个直通侧场效应晶体管的串联连接电路，代替所述第1～第n分流侧场效应晶体管而使用第1～第n的多个分流侧场效应晶体管的串联连接电路。

13.一种复合高频部件，其使用了权利要求1～12之中任意一项所述的天线开关电路。

14.一种移动通信设备，其使用了权利要求1～12之中任意一项所述的天线开关电路。

15.一种移动通信设备，其使用了权利要求13所述的复合高频部件。

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