JP2005064780A - 高周波スイッチ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数帯域を切り替えて使用しうる携帯電話などに用いられる高周波スイッチ回路において、静電気による破壊を避けて安全性と信頼性を容易に高める。
【解決手段】アンテナ端子ＡＮＴと接地との間にインダクタＬ１を設け、アンテナ端子ＡＮＴとスイッチユニット１との間に、通信使用周波数帯域のみを通過させるハイパスフィルタＨＰＦを設ける。これにより、人体など静電気が帯電した物体にアンテナが接触してアンテナ端子ＡＮＴに静電気が印加された場合、その静電気がインダクタＬ１を通じて放電されるとともに、その放電波形によって発生する高周波電圧がハイパスフィルタＨＰＦによって抑圧された状態でスイッチユニット１に印加される。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の周波数帯域を切り替えて使用しうる移動体通信装置、携帯電話などの無線通信機器に用いられる高周波スイッチ回路に関するものである。

従来この種の高周波スイッチ回路としては、ＧａＡｓ半導体からなるスイッチを用い、信号の送信時と受信時とで別個のダイプレクサに接続することにより、スイッチの必要個数を減らして小型化、低消費電力化を実現しようとするものがある（例えば、特許文献１参照）。

ところが、これでは、人体など静電気が帯電した物体にアンテナが接触した場合、高電圧（例えば、８〜１０ｋＶ）の静電気がアンテナを通じて高周波スイッチ回路に印加されるため、この静電気によって高周波スイッチ回路が破壊される事態を惹起し、高周波スイッチ回路の安全性や信頼性を損なう危険性があった。

そこで、こうした静電気による破壊を防ぐための対策が種々提示されている。例えば、特許文献２に開示されているように、アンテナ端子とグラウンド端子との間にインダクタを設け、その直流的短絡によって静電気を放電したり、特許文献３に開示されているとおり、複数の送信周波数帯域を分離するダイプレクサに所定のフィルタを組み込み、高周波成分を阻止したり、或いは、特許文献４に開示されているように、印加電圧をリミッタとして制限短絡するバリスタを用いたりするものがある。
特開２００１−１８５９０２号公報 特開２００１−４４８８３号公報 特開２００１−１８６０４７号公報 特開２００３−８７１５０号公報

しかし、これらの対策では、破壊防止効果が不十分となったり、他に重大な弊害を伴ったりする恐れがあるため、これを実行するのは困難であった。すなわち、第１の方法では、入力回路のリアクタンスにより、放電電流の立ち上がり波形から、無視できないほど過大な高周波電圧が発生し、必ずしも十分な破壊防止効果が得られない。また、第２の方法では、フィルタの回路構成がダイプレクサに性能的劣化を与えない範囲内に限られるため、必ずしも十分な破壊防止効果が得られない。さらに、第３の方法では、バリスタの部品価格が高価であることに加えて、バリスタを構成する専用の誘電体を用いなければならないことから、経済性に優れない。

本発明は、このような事情に鑑み、小型化、低消費電力化を実現しうるのは勿論のこと、静電気による破壊を避けて安全性および信頼性を容易に高めることが可能な高周波スイッチ回路を提供することを目的とする。

まず、本発明のうち請求項１に係る発明は、複数個の送信用スイッチング素子と複数個の受信用スイッチング素子とからなるスイッチユニットをアンテナ端子に接続し、前記各送信用スイッチング素子に１つ以上の送信回路部をそれぞれバンドパスフィルタを介して所定の送信周波数帯域に対応する形で接続し、前記各受信用スイッチング素子に１つ以上の受信回路部をそれぞれバンドパスフィルタを介して所定の受信周波数帯域に対応する形で接続し、送信時に前記各送信用スイッチング素子をオンするとともに、受信時に前記各受信用スイッチング素子をオンするように制御するスイッチ制御回路を設けた高周波スイッチ回路において、前記アンテナ端子と接地との間にインダクタを設け、前記アンテナ端子と前記スイッチユニットとの間に、前記各送信回路部の送信周波数帯域および前記各受信回路部の受信周波数帯域のみを通過させるハイパスフィルタを設けて構成される。

また、本発明のうち請求項２に係る発明は、上記ハイパスフィルタが、アンテナ端子とスイッチユニットとの間に介装された直流阻止用のキャパシタを含むようにして構成される。

また、本発明のうち請求項３に係る発明は、複数個の送信用スイッチング素子と複数個の受信用スイッチング素子とからなるスイッチユニットをアンテナ端子に接続し、前記各送信用スイッチング素子に１つ以上の送信回路部をそれぞれバンドパスフィルタを介して所定の送信周波数帯域に対応する形で接続し、前記各受信用スイッチング素子に１つ以上の受信回路部をそれぞれバンドパスフィルタを介して所定の受信周波数帯域に対応する形で接続し、送信時に前記各送信用スイッチング素子をオンするとともに、受信時に前記各受信用スイッチング素子をオンするように制御するスイッチ制御回路を設けた高周波スイッチ回路において、前記アンテナ端子と前記スイッチユニットとの間に、前記各送信回路部の送信周波数帯域および前記各受信回路部の受信周波数帯域において共振する共振手段を設けて、これらの送信周波数帯域および受信周波数帯域に対しては当該共振手段のインピーダンスを高くしてアンテナインピーダンスの整合を維持するとともに、それ以外の周波数帯域に対しては当該共振手段のインピーダンスを低くして静電気を放電するようにして構成される。

さらに、本発明のうち請求項４に係る発明は、上記共振手段として、ストリップラインで構成したインダクタにキャパシタが組み合わされた共振回路群を採用して構成される。

本発明のうち請求項１に係る発明によれば、スイッチユニットが周波数帯域ではなく送受信の別によって回路を分離するため、送受信で使う周波数帯域の数が増えても、異なる周波数の回路を共用する構成でスイッチの個数の増加を抑制しうると同時に、回路構成を単純化することが可能となるので、高周波スイッチ回路の小型化、低消費電力化を実現することができる。しかも、人体など静電気が帯電した物体にアンテナが接触してアンテナ端子に静電気が印加された場合、その静電気がインダクタを通じて放電されるとともに、その放電波形によって発生する高周波電圧がハイパスフィルタによって抑圧された状態でスイッチユニットに印加されることから、静電気による高周波スイッチ回路の破壊を避けて安全性および信頼性を容易に高めることができる。

また、本発明のうち請求項２に係る発明によれば、静電気の直流成分がスイッチユニット側に印加されるのを抑制する回路を簡易に構成できるため、上述した効果が顕著なものとなる。

また、本発明のうち請求項３に係る発明によれば、スイッチユニットが周波数帯域ではなく送受信の別によって回路を分離するため、送受信で使う周波数帯域の数が増えてもスイッチの必要個数の増加を抑制しうると同時に、回路構成を単純化することが可能となるので、高周波スイッチ回路の小型化、低消費電力化を実現することができる。しかも、人体など静電気が帯電した物体にアンテナが接触してアンテナ端子に静電気が印加された場合、その静電気が放電されることから、静電気による高周波スイッチ回路の破壊を避けて安全性および信頼性を容易に高めることができる。

さらに、本発明のうち請求項４に係る発明によれば、共振手段を簡易な構造で構成することができるので、高周波スイッチ回路の小型化をさらに進めることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る高周波スイッチ回路の第１の実施形態を示す回路図である。

この高周波スイッチ回路では、図１に示すように、アンテナ端子ＡＮＴに静電気放電回路６を介してスイッチユニット１が接続されており、スイッチユニット１は２組（４個）の送信用スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４と２組（４個）の受信用スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８とから構成されている。なお、これらの送信用スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４、受信用スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８はいずれもＧａＡｓ半導体から構成されている。

ここで、送信用スイッチング素子Ｓ１の後段にはバンドパスフィルタ２１を介してＧＳＭ８００ＭＨｚ用の送信回路部４１が接続されており、送信用スイッチング素子Ｓ１とバンドパスフィルタ２１とを結ぶ信号ラインは送信用スイッチング素子Ｓ２を介して接地している。また、送信用スイッチング素子Ｓ３の後段にはバンドパスフィルタ２２を介してＤＣＳ１．８ＧＨｚおよびＰＣＳ１．９ＧＨｚ用の送信回路部４２が接続されており、送信用スイッチング素子Ｓ３とバンドパスフィルタ２２とを結ぶ信号ラインは送信用スイッチング素子Ｓ４を介して接地している。一方、受信用スイッチング素子Ｓ５の後段にはＳＡＷバンドパスフィルタ３１を介してＤＣＳ１．８ＧＨｚ用の受信回路部５１が接続されており、受信用スイッチング素子Ｓ５とＳＡＷバンドパスフィルタ３１とを結ぶ信号ラインは受信用スイッチング素子Ｓ６を介して接地している。また、受信用スイッチング素子Ｓ７の後段には整合回路３４が接続されており、受信用スイッチング素子Ｓ７と整合回路３４とを結ぶ信号ラインは受信用スイッチング素子Ｓ８を介して接地している。さらに、整合回路３４には、ＳＡＷバンドパスフィルタ３２を介してＧＳＭ８００ＭＨｚ用の受信回路部５２が接続されているとともに、ＳＡＷバンドパスフィルタ３３を介してＰＣＳ１．９ＧＨｚ用の受信回路部５３が接続されている。

また、この高周波スイッチ回路にはスイッチ制御回路７が組み込まれており、ＧＳＭ８００ＭＨｚ送信時には、送信用スイッチング素子Ｓ１をオンするとともに、送信用スイッチング素子Ｓ２をオフし、ＤＣＳ１．８ＧＨｚまたはＰＣＳ１．９ＧＨｚ送信時には、送信用スイッチング素子Ｓ３をオンするとともに、送信用スイッチング素子Ｓ４をオフする。一方、ＤＣＳ１．８ＧＨｚ受信時には、受信用スイッチング素子Ｓ５をオンするとともに、受信用スイッチング素子Ｓ６をオフし、ＧＳＭ８００ＭＨｚまたはＰＣＳ１．９ＧＨｚ受信時には、受信用スイッチング素子Ｓ７をオンするとともに、受信用スイッチング素子Ｓ８をオフする。

そして、静電気放電回路６は、図２に示すように、インダクタＬ１およびハイパスフィルタＨＰＦから構成されており、インダクタＬ１はアンテナ端子ＡＮＴと接地との間に介装されている。このインダクタＬ１のリアクタンス分は、アンテナ回路インピーダンスに並列接続されることによっても機能的影響を与えない範囲であり、発生周波数を低下させ、かつハイパスフィルタＨＰＦのフィルタ効果を増すため、アンテナ回路公称インピーダンスに対して約３倍以上のものである。例えば、通信使用周波数のうち最も低いのを８００ＭＨｚとし、アンテナ回路インピーダンスを５０Ωとすると、その３倍のリアクタンスとなるインダクタンスは３０ｎＨとなるので、インダクタＬ１のインダクタンスを３０ｎＨ以上とする。

また、図４に示すスイッチ閉時のハイパスフィルタ部のインピーダンス整合図で、ハイパスフィルタＨＰＦは、アンテナ端子ＡＮＴとスイッチユニット１との間に直列接続された２個の直流阻止用のキャパシタ（コンデンサ）Ｃ１、Ｃ２にインダクタＬ２を組み合わせて構成されており、その通過帯域は送信回路部４１、４２の送信周波数帯域および受信回路部５１、５２、５３の受信周波数帯域となっている。ここで、２個のキャパシタＣ１、Ｃ２は、静電気の直流成分がスイッチユニット１に印加されない機能を共用することができる。

したがって、この高周波スイッチ回路においては、スイッチユニット１が周波数帯域ではなく送受信の別によって回路を分離するため、図１に示すように、整合回路３４によって２つのＳＡＷバンドパスフィルタ３２、３３の共通回路化が容易になり、スイッチの個数の増加を抑制しうると同時に、回路構成を単純化することが可能となる。その結果、高周波スイッチ回路の小型化、低消費電力化を実現することができる。

また、図３のスイッチ開時動作図に示すように、アンテナ端子ＡＮＴとスイッチユニット１との間には静電気放電回路６が介装されているので、人体など静電気が帯電した物体にアンテナが接触してアンテナ端子ＡＮＴに静電気が印加された場合、その静電気がインダクタＬ１を通じて放電されるとともに、その放電波形によって発生する高周波電圧がハイパスフィルタＨＰＦによって抑圧された状態でスイッチユニット１に印加される。

なお、上述の実施形態においては、ＧＳＭ８００ＭＨｚ、ＤＣＳ１．８ＧＨｚおよびＰＣＳ１．９ＧＨｚのトリプルバンド対応型の高周波スイッチ回路について説明したが、例えばＧＳＭ８００ＭＨｚとＤＣＳ１．８ＧＨｚのデュアルバンドの場合、ＳＡＷバンドパスフィルタ３３、整合回路３４および受信回路部５３を省くことにより、高周波スイッチ回路の小型化、低消費電力化をさらに進めることができる。

また、上述の実施形態では、図２に示すように、定Ｋ、Ｔ形のハイパスフィルタＨＰＦを備えた静電気放電回路６を採用した高周波スイッチ回路について説明したが、定Ｋ、Ｔ形以外のハイパスフィルタＨＰＦを採用してもよい。

また、上述の実施形態では、インダクタＬ１およびハイパスフィルタＨＰＦからなる静電気放電回路６を採用した高周波スイッチ回路について説明したが、図５に示すように、これとは別の回路構成からなる静電気放電回路６を代用することも可能である。

すなわち、この高周波スイッチ回路は、静電気放電回路６の回路構成を除き、上述の実施形態（図２参照）と同じ構成を有しており、静電気放電回路６は、図５に示すように、共振回路群および直流阻止用のキャパシタＣ５から構成されている。この共振回路群は、インダクタＬ３およびキャパシタＣ３を並列接続した並列共振回路と、インダクタＬ４およびキャパシタＣ４を並列接続した並列共振回路とが直列接続された構造を有しており、送信回路部４１、４２の送信周波数帯域および受信回路部５１、５２、５３の受信周波数帯域において共振するように設定されている。また、キャパシタＣ５はアンテナ端子ＡＮＴとスイッチユニット１との間に介装されている。

したがって、図６に示すように、通信使用周波数帯域に対しては、共振回路群のインピーダンスが高くなり、アンテナインピーダンスの整合が維持される（アンテナインピーダンスの整合に影響しない）とともに、それ以外の周波数帯域に対しては、共振回路群のインピーダンスが低くなり、静電気などのノイズが放電されることになる。さらに、アンテナ端子ＡＮＴとスイッチユニット１との間にキャパシタＣ５が介装されているので、静電気の直流成分がスイッチユニット１側に印加される事態は発生しない。その結果、人体など静電気が帯電した物体にアンテナが接触してアンテナ端子ＡＮＴに静電気が印加された場合、その静電気が共振回路群を介して放電されることから、静電気による高周波スイッチ回路の破壊を避けて安全性および信頼性を容易に高めることができる。

また、上述の実施形態では、インダクタＬ３、Ｌ４とキャパシタＣ３、Ｃ４とを並列接続した２個の並列共振回路が直列接続された共振回路群を共振手段として用いた場合について説明したが、この共振回路群においては、その並列共振回路の接続方法を必ずしも直列とする必要はなく、通信使用周波数帯域に対してインピーダンスを上げてアンテナインピーダンスの整合を維持するとともに、それ以外の周波数帯域に対してインピーダンスを下げて静電気を放電することができる限り、いかなる接続方法で並列共振回路を接続しても構わない。

例えば、図７に示すように、インダクタＬ４とキャパシタＣ６とを並列接続した並列共振回路にインダクタＬ３を直列接続し、これにキャパシタＣ７を並列接続することも可能である。このとき、２個のインダクタＬ３、Ｌ４を１つのストリップラインで構成し、このストリップラインの途中（所要の配分位置）でキャパシタＣ６を接続するようにしてもよい。このようにすれば、共振手段を簡易な構造で構成することができる。

本発明に係る高周波スイッチ回路の第１の実施形態を示す回路図である。 図１に示す高周波スイッチ回路の具体例を示す回路図である。 図１に示す高周波スイッチ回路のスイッチ開状態のときの等価回路示す回路図である。 図１に示す高周波スイッチ回路のスイッチ閉状態のときの等価回路示す回路図である。 本発明に係る高周波スイッチ回路の第２の実施形態を示す回路図である。 図５に示す高周波スイッチ回路のスイッチ閉状態のときの等価回路示す回路図である。 本発明に係る高周波スイッチ回路の第３の実施形態を示す回路図である。

符号の説明

１……スイッチユニット
７……スイッチ制御回路
２１、２２……バンドパスフィルタ
３１、３２、３３……ＳＡＷバンドパスフィルタ（バンドパスフィルタ）
４１、４２……送信回路部
５１、５２、５３……受信回路部
ＡＮＴ……アンテナ端子
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５……キャパシタ
ＨＰＦ……ハイパスフィルタ
Ｌ１……インダクタ
Ｓ１〜Ｓ４……送信用スイッチング素子
Ｓ５〜Ｓ８……受信用スイッチング素子

Claims (4)

1. 複数個の送信用スイッチング素子と複数個の受信用スイッチング素子とからなるスイッチユニットをアンテナ端子に接続し、
   前記各送信用スイッチング素子に１つ以上の送信回路部をそれぞれバンドパスフィルタを介して所定の送信周波数帯域に対応する形で接続し、
   前記各受信用スイッチング素子に１つ以上の受信回路部をそれぞれバンドパスフィルタを介して所定の受信周波数帯域に対応する形で接続し、
   送信時に前記各送信用スイッチング素子をオンするとともに、受信時に前記各受信用スイッチング素子をオンするように制御するスイッチ制御回路を設けた高周波スイッチ回路において、
   前記アンテナ端子と接地との間にインダクタを設け、
   前記アンテナ端子と前記スイッチユニットとの間に、前記各送信回路部の送信周波数帯域および前記各受信回路部の受信周波数帯域のみを通過させるハイパスフィルタを設けたことを特徴とする高周波スイッチ回路。
2. ハイパスフィルタが、アンテナ端子とスイッチユニットとの間に介装された直流阻止用のキャパシタを含むことを特徴とする請求項１に記載の高周波スイッチ回路。
3. 複数個の送信用スイッチング素子と複数個の受信用スイッチング素子とからなるスイッチユニットをアンテナ端子に接続し、
   前記各送信用スイッチング素子に１つ以上の送信回路部をそれぞれバンドパスフィルタを介して所定の送信周波数帯域に対応する形で接続し、
   前記各受信用スイッチング素子に１つ以上の受信回路部をそれぞれバンドパスフィルタを介して所定の受信周波数帯域に対応する形で接続し、
   送信時に前記各送信用スイッチング素子をオンするとともに、受信時に前記各受信用スイッチング素子をオンするように制御するスイッチ制御回路を設けた高周波スイッチ回路において、
   前記アンテナ端子と前記スイッチユニットとの間に、前記各送信回路部の送信周波数帯域および前記各受信回路部の受信周波数帯域において共振する共振手段を設けて、これらの送信周波数帯域および受信周波数帯域に対しては当該共振手段のインピーダンスを高くしてアンテナインピーダンスの整合を維持するとともに、それ以外の周波数帯域に対しては当該共振手段のインピーダンスを低くして静電気を放電するようにしたことを特徴とする高周波スイッチ回路。
4. 共振手段として、ストリップラインで構成したインダクタにキャパシタが組み合わされた共振回路群を採用したことを特徴とする請求項３に記載の高周波スイッチ回路。

Images