专利名称：开关电路及其复合高频部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及可利用多个不同的通信系统的多频带移动电话用开关电路、以及采用该电路的复合高频部件。
背景技术：
近年来，移动电话等的移动机器显著普及，伴随该趋势的功能以及服务上的提高也越来越受到重视。作为移动无线通信系统，有欧洲普及的EGSM(Extended Global System for Mobile Communications增强型全球移动通信系统)方式及GSM 1800(Global System for MobileCommunications 1800全球移动通信系统1800)方式、美国普及的GSM1900(Global System for Mobile Communications 1900全球移动通信系统1900)方式、日本所采用的PDC(Personal Digital Cellular个人数字蜂窝)方式等。从提高使用者的便利性、有效活用通信设备这类观点出发，正在对可利用多个通信系统的双频带或者三频带之类的多频带移动电话进行开发。
多频带移动电话，用一台移动电话可利用多个通信系统。作为在这种移动电话中使用的高频部件，在WO 00/55983中公开有切换多个不同的通信系统的发送电路和接受电路的高频开关模块。该高频开关模块，具备通频带彼此不同的第1以及第2滤波电路；与第1滤波电路连接，切换通信系统A的发送电路和接收电路的开关电路；以及，与第2滤波电路连接，切换通信系统B及C的发送电路、通信系统B的接收电路、和通信系统C的接收电路的开关电路。
上述第1以及第2滤波电路，作为对通信系统A的发送接收信号和通信系统B及C的发送接收信号进行分波的电路发挥功能。上述开关电路，是以二极管和传送线路为主要元件的二极管开关，通过从控制电路对二极管施加电压控制为导通状态/关断状态，来选择多个通信系统A、B、C的任意一个，从而切换天线和通信系统A、B、C的发送电路及接收电路。
通信系统A、B、C，例如为GSM、DCS 1800及PCS。GSM对应上述EGSM、DCS 1800对应上述GSM 1800、PCS对应上述GSM 1900。表1表示各通信系统的发送频率和接收频率。
表1
如表1所示，与EGSM的发送频率相比，GSM 1800和GSM 1900的发送频率较为接近。因此，在高频电路中，能够将GSM 1800和GSM 1900的发送信号的路径共用化。在切换GSM 1800和GSM 1900的发送接收信号的情况下，可采用具备GSM 1800和GSM 1900的发送信号的公共端口、GSM 1800的接收端口以及GSM 1900的接收端口的1输入对3输出的开关电路。
作为1输入对3输出的开关电路，在WO 00/55983中公开了以二极管和传送线路为主要元件的二极管开关电路(图13)。该二极管开关电路，为将λ/4开关电路级联连接的结构，通过将提供给控制端子VC2、VC3的电压如表2所示那样进行控制，来选择GSM 1800/GSM 1900发送模式、GSM 1800接收模式以及GSM 1900接收模式。
表2
在GSM 1800的接收时，通过对控制端子VC2及VC3施加0电压，将二极管DP1、DP2、DD1及DD2控制为OFF(关断)状态。通过二极管DD1变为OFF状态，连接点IP2和GSM1800/GSM 1900发送电路之间的阻抗增大。此外，通过二极管DP1变为OFF状态，连接点IP3和GSM1900接收电路之间的阻抗变大。因此，通过两条传送线路Id3和Ip2，连接点IP2和GSM 1800接收电路被连接。
通常，传送线路Id3被设定共振频率处于GSM 1800及GSM 1900的发送信号的频率范围(1710MHz～1910MHz)内的这种线路长度，此外传送线路Ip2被设定共振频率处于GSM 1900的接收信号的频率范围(1930MHz～1990MHz)内的这种线路长度，各自的特性阻抗被设计为50Ω。
然而，通过仔细研究发现，在将上述开关电路以带状线(strip line)等形成在多层基板内的情况下，若令多层基板小型化、特别是薄化，即使令线路Id3及Ip2的特性阻抗为50Ω，因寄生电容等，GSM 1800的接收信号输出端口RX1、GSM 1900的接收信号输出端口RX2的阻抗会为70～80Ω左右、比50Ω大，其结果从输出端口RX1、RX2输出的接收信号的损失变大。该问题在WO 00/55983中没有被提出，也没有给出任何解决方法。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种为了切换两个通信系统的接收电路或者发送电路与天线侧电路之间的连接，级联连接两个1输入对两输出的开关电路的1输入3输出的开关电路。
本发明的另一目的在于，提供一种将上述开关电路形成于多层基板的低传送损耗的小型复合高频部件。
本发明的开关电路，切换两个通信系统的接收电路或发送电路与天线侧电路的连接，其特征在于，由具有开关元件的两个开关部构成，第1开关部，具备连接在所述天线侧电路上的第1端口；连接在第1及第2通信系统的发送电路上的第2端口；以及，与第2开关部相连接的第3端口，第2开关部，具备连接在所述第3端口上的第4端口；连接在所述第1通信系统的接收电路上的第5端口；以及，连接在所述第2通信系统的接收电路上的第6端口，在所述第1端口和所述第2端口之间配置第1开关元件，在所述第1端口和所述第3端口之间配置第1电感元件，在所述第3端口和地之间配置第2开关元件，在所述第4端口和所述第6端口之间配置第3开关元件，在所述第4端口和所述第5端口之间配置第2电感元件，在所述第5端口和地之间配置第4开关元件，所述第3端口和所述第4端口通过电容元件连接，形成所述第1电感元件的传送线路的特性阻抗，比形成所述第2电感元件的传送线路的特性阻抗小。
根据上述结构，能够调整第2开关部的第5端口和第6端口的阻抗，能够通过得到与各端口连接的接收电路的匹配，减小接收信号的传送损耗。
在叠层陶瓷板构成的多层基板内，将第1电感元件用带状线等的传送线路形成的情况下，优选通过传送线路和地之间的间隔及传送线路的宽度来调整特性阻抗。优选在令形成第1电感元件的传送线路为低于50Ω的特性电阻时，增加传送线路宽度。如果增加传送线路宽度，则传送线路的特性阻抗下降从而传送线路的电阻减小，进一步减小传送损耗。
在本发明的开关电路中，开关元件由半导体元件构成，例如为场效应型晶体管、双极晶体管、PIN二极管等。场效应晶体管，通过来自栅极的控制电压，对源极及漏极间的阻抗进行增减，来导通或者关断高频信号。PIN二极管，通过控制电压增减阳极及阴极间的阻抗，来导通或者关断高频信号。二者均通过改变阻抗来进行切换动作。
电感元件，例如为带状线电极或微型带状线电极等的传送线路、线圈、芯片电感线圈等。电容元件，例如为由电容电极构成的叠层电容器。这些元件根据需要可适当选择。
本发明的开关电路，优选由传送线路构成第1电感元件以及第2电感元件，并且令构成第1电感元件的传送线路的线路长度，为第1通信系统的发送信号波长(λ)的1/6～1/12，再有，比构成第2电感元件的传送线路的线路长度短。根据上述构成，能够减小传送线路的电阻，减小传送损耗。
本发明的开关电路中，优选在第1开关部和第2开关部之间、连接第3端口和第4端口的电容元件的电容为10pF以下。通过如此对电容元件的电容进行设定，也能调整第2开关部的第5端口及第6端口的阻抗。通过与第1电感元件的特性阻抗的调整相组合，能够使第5端口及第6端口中的阻抗的调整范围更大。
通过电容元件，还可以对形成第1电感元件的传送线路和形成第2电感元件的传送线路进行阻抗匹配，从而能够使第1开关部和第2开关部匹配良好地连接。电容元件的优选电容值为2～7pF。
本发明的复合高频部件，其特征在于，构成所述开关电路的开关元件、电容元件以及电感元件，搭载或者内置于叠层多个陶瓷板构成的多层基板，并通过形成于所述多层基板的通孔或连接线路等的连接机构连接。
在本发明的复合高频部件中，优选在形成所述开关电路的第1电感元件的传送线路的至少一部分中，线路宽度比形成第2电感元件的传送线路更宽，从而令特性阻抗比第2电感元件小。此外，优选将构成第1电感元件及第2电感元件的传送线路的至少一部分，形成在多层基板上形成的地电极所夹持的区域中。
图1是表示具有本发明一个实施例下的开关电路的高频电路的框图。
图2是表示本发明的一个实施例下的开关电路的等效电路的图。
图3是表示本发明的另一个实施例下的开关电路中使用的开关部的等效电路的图。
图4是表示本发明的另一个实施例下的开关电路中使用的开关部的等效电路的图。
图5是表示本发明的一个实施例下的开关电路的GSM 1800接收时的传送特性的曲线图。
图6是表示本发明的另一个实施例下的开关电路的等效电路的图。
图7是表示具有本发明的一个实施例下的开关电路的高频电路的另一例的框图。
图8是表示具有本发明的一个实施例下的开关电路的高频电路的另一例的框图。
图9是具有本发明的一个实施例下的开关电路的复合高频部件的平面图。
图10是表示图9的复合高频部件中使用的多层基板的立体图。
图11是表示构成图9的复合高频部件中使用的多层基板的薄板的分解平面图。
图12是表示图9的复合高频部件的等效电路的图。
图13是表示现有的开关电路的等效电路的图。
具体实施例方式电路构成图1表示包含本发明一个实施例下的开关电路10的高频电路部，图2表示上述开关电路10的等价电路。为了以下说明的简略化，在多个通信系统中，令第1通信系统f1为GSM 1800(发送频率1710～1785MHZ、接收频率1805～1880MHZ)，令第2通信系统f2为GSM 1900(发送频率1850～1910MHZ、接收频率1930～1990MHZ)，但当然本发明不限于此。
该开关电路10，具有开关元件、阻抗元件以及电容元件，由第1开关部100和第2开关部105构成。第1开关部100，具备与天线侧电路连接的第1端口100a；与GSM 1800及GSM 1900的发送电路连接的第2端口100b；以及，与第2开关部105连接的第3端口100c。此外，第2开关部105，具备通过第1开关部100和电容元件CP连接的第4端口105a；与GSM 1800的接收电路连接的第5端口105b；以及，与GSM 1900的接收电路连接的第6端口105c。
第2开关部105，具备作为设置在第4端口105a和第5端口105b之间的第2阻抗元件的传送线路lp2；作为设置在第5端口105b和地之间的第4开关元件的二极管DP2；配置在第4端口DP2和地之间的电容器CP1；作为配置在第4端口105a和上述第6端口105c之间的第3开关元件的二极管DP1；以及，设置在第6端口105c和地之间的传送线路lp1或者电感线圈。在二极管DP2和电容器CP1之间，通过电感线圈LP以及电阻RP1连接控制电路VC3。传送线路lp2与外部电路的特性阻抗共计设定为50Ω。
第2开关部105的前段，配置有用于切换GSM 1800/GSM 1900的发送电路TX1、TX2和第2开关部105的第1开关部100。第1开关部100，以两个二极管DD1、DD2以及传送线路ld2、ld3(或者用电感线圈代替传送线路ld2)为主要元件。
第1端口100a和第2端口100b之间配置二极管DD1作为第1开关元件，二极管DD1的阳极与第1端口100a连接，在其阴极一侧上配置接地的传送线路ld2。第1端口100a和第3端口100c之间连接传送线路ld3作为第1阻抗元件，在第3端口100c一侧配置有通过电容器cd4接地的第2开关元件的二极管DD2。此外，在二极管DD2和电容器cd4之间，通过电感线圈LD及电阻RD连接控制电路VC2。
传送线路Ld3的特性阻抗，比传送线路lp2的特性阻抗低，设定为35～45Ω。第1开关部100和第2开关部105，通过电容元件CP被匹配着连接。构成第1电感元件的传送线路，具有GSM 1800的发送信号波长(λ)的1/6～1/12的线路长度，比构成第2电感元件的传送线路短。
用于使开关电路动作的控制电路VC2、VC3的控制逻辑，与表2所示的内容相同。通过从控制电路施加电压将开关元件为导通状态/关断状态，能够对GSM 1800/GSM 1900发送模式、GSM 1800接收模式或者GSM 1900接收模式进行选择。以下详细说明开关电路的动作。(A)GSM 1800接收模式在连接GSM 1800的接收电路RX1和天线侧电路ANT的情况下，来自控制电路VC2及VC3的电压为0，二极管DP1、DP2、DD1、DD2处于OFF状态。因二极管DD1处于OFF状态，第1端口100a和第2端口100b之间的阻抗变大。此外，因二极管DP1处于OFF状态，第4端口105a和第6端口105c之间的阻抗变大。其结果，从天线入射的GSM 1800的接收信号，不会漏泄到GSM 1800/GSM 1900的发送电路TX1、TX2以及GSM 1900的接收电路RX2中，通过传送线路Id3、lp2低损耗地传送给GSM 1800的接收电路RX1。
(B)GSM 1900接收模式在连接GSM 1900的接收电路RX2和天线侧电路ANT的情况下，令控制电路VC2的电压为0，从控制电路VC3供给正电压。从控制电路VC3供给的正电压，被电容器C20、C21、CP1、CP除去直流分量，施加在包括二极管DP1、DP2的第2开关部105上。其结果，二极管DP1及DP2处于ON状态。二极管DP1处于ON状态后，第4端口105a和第6端口105c之间的阻抗降低。此外通过成为ON状态的二极管DP2及电容器CP1传送线路lp2高频地接地，以GSM 1900的接收信号频带共振，从第4端口105a看第5端口105b的阻抗，在GSM 1900的接收信号频带变得非常大。再有，因二极管DD1处于OFF状态，第1端口100a和第2端口100b之间的阻抗变大。其结果，入射到天线中的GSM 1900的接收信号不会漏泄于GSM 1800/GSM 1900的发送电路TX1、TX2以及GSM1800的接收电路RX1中，低损耗地传送给GSM 1900的接收电路RX2。(C)GSM 1800/GSM 1900的发送模式在连接GSM 1800及GSM 1900的发送电路TX1、TX2和天线侧电路ANT的情况下，令控制电路VC3的电压为0，从控制电路VC2供给正电压。从控制电路VC2供给的正电压，被C1、C2、cd4、CP的电容器除去直流分量，施加在包括二极管DD1、DD2的第1开关部100上。其结果，二极管DD1及DD2处于ON状态。二极管DD1处于ON状态后，第2端口100b和第1端口100a之间的阻抗变小。此外通过处于ON状态的二极管DD2及电容器cd4传送线路ld3高频接地，从而进行共振，从第1端口100a看第3端口100c的阻抗变大。从GSM 1800及GSM 1900的发送电路发送来的发送信号，不会漏泄于接收电路侧，通过第2滤波电路发送给天线端子。还有，由于若传送线路ld3的线路长度较短，则不会看到从第1端口100a看第3端口100c的阻抗充分变大，发送信号会漏泄于接收电路侧，因此优选传送线路ld3的线路长度为λ/12以上。
图6表示的是，在第2开关部中GSM 1800以及GSM 1900的接收电路和第5端口及第6端口之间的连接关系与第1实施例相反的情况的等价电路。表3表示该情况下的控制逻辑。
表3
图3以及图4均表示能够应于第1开关部100及第2开关部105的其他例中的等效电路。图3表示采用二极管作为开关元件的等效电路，图4表示采用晶体管作为开关元件的等效电路。另外，不论哪幅图中，标记的符号都与第1开关部相同。
该开关电路，也与所述开关电路相同，可通过施加在控制端子VC2上的电压切换信号路径。再有，晶体管FET1、FET2为耗尽型和增强型时，控制逻辑不同。在用表2的控制逻辑使其动作的情况下，采用向栅极端子施加电压后源极—漏极间形成低阻抗的增强型。在具有这种开关电路的情况下，也能得到与上述相同的效果。
叠层结构图7表示的是，使用3个通信系统的复合高频部件(多频带天线开关模块)，是除了本发明的开关电路10、15之外，还在多层基板上集成分波电路300及低通滤波器或高通滤波器等滤波电路120、125、130、135、140的复合高频部件。图9是其平面图，图10是表示该多层基板部分的立体图，图11是表示构成图10的多层基板的各层的结构的展开图，图12是复合高频部件的等效电路。
在本实施例中，将开关电路10的电感元件、电容元件以及开关元件，与构成由图7所示的高频电路的第1及第2滤波电路200、210构成的分波电路300、低通滤波电路120、125以及开关电路15的电感元件、电容元件以及开关元件一起设置于多层基板中。其他的滤波电路130、135、140，作为SAW滤波器或FBAR滤波器安装在上述多层基板中。
在多层基板内构成传送线路作为电感元件，并且将作为开关元件的二极管、和无法内置于叠层体内的高容量电容器，作为芯片电容器搭载在叠层体上，构成单芯片化的三频带用的复合高频部件。
构成此复合高频部件的多层基板，由可低温烧成的陶瓷电介质材料构成，并通过制成厚度为40μm～200μm的印刷电路基板，在各印刷电路基板上印刷以Ag为主体的导电膏(paste)，来形成期望的电极图案，再通过将具有期望的电极图案的多个印刷电路基板叠层一体化并进行烧成，来进行制造。优选构成传送线路的线电极的宽度大部分为100μm～400μm。作为可低温烧成的陶瓷电介质材料，例如可举出(a)以Al2O3作为主成分，以SiO2、SrO、CaO、PbO、Na2O及K3O的至少一种为副成分的材料；(b)以l2O3作为主成分，以MgO、SiO2及GdO的至少一种为副成分的材料；以及，(c)以Al2O3、SiO2、SrO、Bi2O3、TiO2为主成分的材料等。
将叠层的印刷电路基板一体化压制，并以约900℃的温度进行烧成，得到例如外形尺寸为6.7mm×5.0mm×1.0mm的多层基板。在该多层基板的侧面上形成端子电极。再有，端子电极也可形成于底面，形成位置能够适当选择。
图11表示多层基板的内部结构。图11中的各部的符号，与图12的等效电路中的对应部件的符号一致。构成本发明的开关电路10的电感元件的第1传送线路ld3以及第2传送线路lp2，在形成于第10层的地电极G和形成于第15层的地电极G夹着的区域上，与构成开关电路10的其他传送线路lp1、ld2以及构成SPDT的开关电路15的传送线路lg2、lg3一起形成。构成第1传送线路ld3以及第2传送线路lp2的电极图案，分别形成于第12层到第14层，通过通孔(图中用黑点表示)连接。各传送线路按照彼此在叠层方向上不重叠的方式，形成在水平方向的不同区域中。根据上述结构，可防止构成其他电路元件的电极图案或各传送线路间的互相的干扰，提高绝缘特性。此外，通过用螺旋形状构成各传送线路，可使线路长度更短。
令构成第1传送线路ld3的电极图案比构成第2传送线路lp2的电极图案更宽，第1传送线路ld3的特性阻抗比第2传送线路lp2的特性阻抗更低，再用连接第1开关部100和第2开关部105的电容元件CP进行阻抗匹配，使得GSM 1800的接收信号输出端口RX1、GSM 1900的接收信号输出端口RX2的阻抗基本为50Ω。
在本实施例中，令第1传送线路ld3的宽度为0.25mm(第2传送线路lp2的宽度的约2倍)，令ld3的特性阻抗比lp2的特性阻抗低。此外，令电容元件CP为3pF。
图5表示GSM 1800接收模式时的插入损耗。(a)表示ld3和lp2的特性阻抗均大致为50Ω的情况，(b)表示传送线路ld3的特性阻抗比传送线路lp2的特性阻抗(大致50Ω)低的情况。可知通过本实施例插入损耗改善约0.2dB。GSM 1900接收模式时的插入损耗也改善约0.2dB。通过如此构成，可得到绝缘特性及传送损耗特性出色的复合高频部件。
以上虽然对开关电路的具体例进行了详细说明，但本发明的开关电路不限于此，在不超出本发明的思想的范围内可进行各种变更。此外，本发明的开关电路中所使用的通信方式，也不限于上述实施例所示的内容。例如，在GSM 850(发送频率824MHz～849MHz，接收频率869MHz～894MHz)及EGSM(发送频率880MHz～915MHz，接收频率925MHz～960MHz)的组合的情况下也可应用，此外，也可应用于例如使用图8所示的4个不同通信系统的高频电路块。
权利要求
1.一种开关电路，切换两个通信系统的接收电路或发送电路与天线侧电路的连接，其特征在于，由具有开关元件的两个开关部构成，第1开关部，具备连接在所述天线侧电路上的第1端口；连接在第1及第2通信系统的发送电路上的第2端口；以及，与第2开关部相连接的第3端口，第2开关部，具备连接在所述第3端口上的第4端口；连接在所述第1通信系统的接收电路上的第5端口；以及，连接在所述第2通信系统的接收电路上的第6端口，在所述第1端口和所述第2端口之间配置第1开关元件，在所述第1端口和所述第3端口之间配置第1电感元件，在所述第3端口和地之间配置第2开关元件，在所述第4端口和所述第6端口之间配置第3开关元件，在所述第4端口和所述第5端口之间配置第2电感元件，在所述第5端口和地之间配置第4开关元件，所述第3端口和所述第4端口通过电容元件连接，形成所述第1电感元件的传送线路的特性阻抗，比形成所述第2电感元件的传送线路的特性阻抗小。
2.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，构成所述第1电感元件的传送线路的线路长度，是第1通信系统的发送信号波长(λ)的λ/6～λ/12，比构成所述第2电感元件的传送线路的线路长度短。
3.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，连接所述第3端口和所述第4端口的电容元件的电容为10pF以下。
4.一种复合高频部件，具备权利要求1～3的任一项所述的开关电路，其特征在于，所述开关元件、所述电容元件以及所述电感元件，搭载或者内置于叠层多个陶瓷板构成的多层基板，并由形成于所述多层基板的连接机构连接。
5.根据权利要求4所述的复合高频部件，其特征在于，形成所述开关电路的第1电感元件的传送线路的至少一部分与形成第2电感元件的传送线路相比，线路宽度更宽。
6.根据权利要求4或5所述的复合高频部件，其特征在于，构成所述第1电感元件及所述第2电感元件的传送线路的至少一部分，形成在被所述多层基板上形成的地电极夹持的区域中。
全文摘要
一种开关电路，切换两个通信系统的接收电路或发送电路与天线侧电路之间的连接，其特征在于由具有两个开关元件的第1开关部及第2开关部构成，第1开关部中，在与天线侧电路连接的端口和连接第2开关部的端口之间配置第1电感元件，第2开关部中，在与第1开关部连接的端口和与第1通信系统的接收电路连接的端口之间配置第2电感元件，形成第1电感元件的传送线路的特性阻抗，比形成第2电感元件的传送线路的特性阻抗低。
文档编号H04B1/40GK1751449SQ20048000430
公开日2006年3月22日 申请日期2004年2月13日 优先权日2003年2月14日
发明者釰持茂, 渡边光弘, 但井裕之 申请人:日立金属株式会社