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JP2021145288A - 高周波モジュールおよび通信装置 - Google Patents

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JP2021145288A
JP2021145288A JP2020044185A JP2020044185A JP2021145288A JP 2021145288 A JP2021145288 A JP 2021145288A JP 2020044185 A JP2020044185 A JP 2020044185A JP 2020044185 A JP2020044185 A JP 2020044185A JP 2021145288 A JP2021145288 A JP 2021145288A
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JP
Japan
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main surface
circuit
high frequency
frequency module
power amplifier
Prior art date
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Pending
Application number
JP2020044185A
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English (en)
Inventor
曜一 澤田
Yoichi Sawada
曜一 澤田
崇行 篠崎
Takayuki Shinozaki
崇行 篠崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Priority to CN202122859510.2U priority patent/CN216699995U/zh
Priority to CN202120503180.0U priority patent/CN214900861U/zh
Priority to DE202021101197.1U priority patent/DE202021101197U1/de
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Abstract

【課題】差動増幅型の電力増幅器を有し、伝送損失が低減された小型の高周波モジュールを提供する。【解決手段】高周波モジュール1は、互いに対向する主面91aおよび91bを有するモジュール基板91と、送信信号を増幅する電力増幅器10Aと、第1回路部品と、電力増幅器10Aを制御するPA制御回路80と、を備え、電力増幅器10AとPA制御回路80とは主面91a上で積層されており、第1回路部品は主面91bに配置されている。【選択図】図3A

Description

本発明は、高周波モジュールおよび通信装置に関する。
携帯電話などの移動体通信機器には、高周波送信信号を増幅する電力増幅器が搭載される。特許文献1には、送信信号を伝送するPA回路(送信増幅回路)と、受信信号を伝送するLNA回路(受信増幅回路)とを備えるフロントエンド回路(RFモジュール)が開示されている。送信増幅回路には電力増幅器の増幅特性を制御するPA制御部が配置され、受信増幅回路には低雑音増幅器の増幅特性を制御するLNA制御部が配置されている。
特開2018−137522号公報
しかしながら、特許文献1に開示されたRFモジュールでは、高出力の送信信号を出力する電力増幅器の発熱により、送信増幅回路において局所的に温度が上昇してしまい、電力増幅器とPA制御部との間で温度ムラが発生するため、電力増幅器の出力特性が劣化してしまうという問題が発生する。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、電力増幅器の出力特性の劣化が抑制された高周波モジュールおよび通信装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る高周波モジュールは、互いに対向する第1主面および第2主面を有するモジュール基板と、送信信号を増幅する電力増幅器と、第1回路部品と、前記電力増幅器を制御する制御回路と、を備え、前記電力増幅器と前記制御回路とは、前記第1主面上で積層されており、前記第1回路部品は、前記第2主面に配置されている。
本発明によれば、電力増幅器の出力特性の劣化が抑制された高周波モジュールおよび通信装置を提供することが可能となる。
実施の形態に係る高周波モジュールおよび通信装置の回路構成図である。 送信増幅回路の回路構成図である。 実施例1に係る高周波モジュールの平面構成概略図である。 実施例1に係る高周波モジュールの断面構成概略図である。 変形例1に係る出力トランスの断面構成概略図である。 変形例2に係る出力トランスの断面構成概略図である。 変形例3に係る出力トランスの断面構成概略図である。 変形例4に係る高周波モジュールの断面構成概略図である。 実施例2に係る高周波モジュールの平面構成概略図である。 実施例2に係る高周波モジュールの断面構成概略図である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施例及び変形例における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ又は大きさの比は、必ずしも厳密ではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
また、以下において、平行及び垂直等の要素間の関係性を示す用語、及び、矩形状等の要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する。
また、以下において、基板に実装されたA、B及びCにおいて、「基板(又は基板の主面)の平面視において、AとBとの間にCが配置されている」とは、基板の平面視においてA内の任意の点とB内の任意の点とを結ぶ複数の線分の少なくとも1つがCの領域を通ることを意味する。また、基板の平面視とは、基板および基板に実装された回路素子を基板の主面に平行な平面に正投影して見ることを意味する。
また、以下において、「送信経路」とは、高周波送信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。また、「受信経路」とは、高周波受信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。また、「送受信経路」とは、高周波送信信号および高周波受信信号が伝搬する配線、当該配線に直接接続された電極、および当該配線または当該電極に直接接続された端子等で構成された伝送線路であることを意味する。
また、以下において、「AとBとが接続されている」とは、AとBとが物理的に接続されている場合に適用されるだけでなく、AとBとが電気的に接続されている場合にも適用される。
(実施の形態)
[1.高周波モジュール1および通信装置5の回路構成]
図1は、実施の形態に係る高周波モジュール1および通信装置5の回路構成図である。同図に示すように、通信装置5は、高周波モジュール1と、アンテナ2と、RF信号処理回路(RFIC)3と、ベースバンド信号処理回路(BBIC)4と、を備える。
RFIC3は、アンテナ2で送受信される高周波信号を処理するRF信号処理回路である。具体的には、RFIC3は、高周波モジュール1の受信経路を介して入力された受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号をBBIC4へ出力する。また、RFIC3は、BBIC4から入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された送信信号を、高周波モジュール1の送信経路に出力する。
BBIC4は、高周波モジュール1を伝送する高周波信号よりも低周波の中間周波数帯域を用いて信号処理する回路である。BBIC4で処理された信号は、例えば、画像表示のための画像信号として使用され、または、スピーカを介した通話のために音声信号として使用される。
また、RFIC3は、使用される通信バンド(周波数帯域)に基づいて、高周波モジュール1が有するスイッチ51、52、53および54の接続を制御する制御部としての機能も有する。具体的には、RFIC3は、制御信号(図示せず)により高周波モジュール1が有するスイッチ51〜54の接続を切り替える。具体的には、RFIC3は、スイッチ51〜54を制御するためのディジタル制御信号をPA制御回路80に出力する。高周波モジュール1のPA制御回路80は、RFIC3から入力されたディジタル制御信号によって、スイッチ51〜54にディジタル制御信号を出力することで、スイッチ51〜54の接続および非接続を制御する。
また、RFIC3は、高周波モジュール1が有する送信増幅回路10の増幅素子11〜13の利得、増幅素子11〜13に供給される電源電圧Vccおよびバイアス電圧Vbiasを制御する制御部としての機能も有する。具体的には、RFIC3は、MIPIおよびGPIOなどのディジタル制御信号を高周波モジュール1の制御信号端子130に出力する。高周波モジュール1のPA制御回路80は、制御信号端子130を介して入力されたディジタル制御信号によって、増幅素子11〜13に制御信号、電源電圧Vccまたはバイアス電圧Vbiasを出力することで、増幅素子11〜13の利得を調整する。なお、増幅素子11〜13の利得を制御するディジタル制御信号をRFIC3から受ける制御信号端子と、増幅素子11〜13に供給される電源電圧Vccおよびバイアス電圧Vbiasを制御するディジタル制御信号をRFIC3から受ける制御信号端子とは、異なっていてもよい。また、制御部は、RFIC3の外部に設けられていてもよく、例えば、BBIC4に設けられていてもよい。
アンテナ2は、高周波モジュール1のアンテナ接続端子100に接続され、高周波モジュール1から出力された高周波信号を放射し、また、外部からの高周波信号を受信して高周波モジュール1へ出力する。
なお、本実施の形態に係る通信装置5において、アンテナ2およびBBIC4は、必須の構成要素ではない。
次に、高周波モジュール1の詳細な構成について説明する。
図1に示すように、高周波モジュール1は、アンテナ接続端子100と、送信増幅回路10と、低雑音増幅器20と、送信フィルタ30Tおよび40Tと、受信フィルタ30Rおよび40Rと、PA制御回路80と、整合回路61、62、63および64と、スイッチ51、52、53および54と、ダイプレクサ35と、を備える。
アンテナ接続端子100は、入出力端子の一例であり、アンテナ2に接続されるアンテナ共通端子である。
送信増幅回路10は、送信入力端子111および112から入力された通信バンドAおよび通信バンドBの送信信号を増幅する差動増幅型の増幅回路である。
PA制御回路80は、制御信号端子130を介して入力されたディジタル制御信号MIPIおよびGPIOなどによって、送信増幅回路10が有する増幅素子11〜13の利得を調整する。PA制御回路80は、半導体IC(Integrated Circuit)で形成されていてもよい。半導体ICは、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)で構成されている。具体的には、SOI(Silicon On Insulator)プロセスにより形成されている。これにより、半導体ICを安価に製造することが可能となる。なお、半導体ICは、GaAs、SiGeおよびGaNの少なくともいずれかで構成されていてもよい。これにより、高品質な増幅性能および雑音性能を有する高周波信号を出力することが可能となる。
低雑音増幅器20は、通信バンドAおよび通信バンドBの高周波信号を低雑音で増幅し、受信出力端子120へ出力する増幅器である。
送信フィルタ30Tは、送信増幅回路10とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信経路ATに配置され、送信増幅回路10で増幅された送信信号のうち、通信バンドAの送信帯域の送信信号を通過させる。また、送信フィルタ40Tは、送信増幅回路10とアンテナ接続端子100とを結ぶ送信経路BTに配置され、送信増幅回路10で増幅された送信信号のうち、通信バンドBの送信帯域の送信信号を通過させる。
受信フィルタ30Rは、低雑音増幅器20とアンテナ接続端子100とを結ぶ受信経路ARに配置され、アンテナ接続端子100から入力された受信信号のうち、通信バンドAの受信帯域の受信信号を通過させる。また、受信フィルタ40Rは、低雑音増幅器20とアンテナ接続端子100とを結ぶ受信経路BRに配置され、アンテナ接続端子100から入力された受信信号のうち、通信バンドBの受信帯域の受信信号を通過させる。
送信フィルタ30Tおよび受信フィルタ30Rは、通信バンドAを通過帯域とするデュプレクサ30を構成している。デュプレクサ30は、通信バンドAの送信信号と受信信号とを、周波数分割複信(FDD:Frequency Division Duplex)方式で伝送する。また、送信フィルタ40Tおよび受信フィルタ40Rは、通信バンドBを通過帯域とするデュプレクサ40を構成している。デュプレクサ40は、通信バンドBの送信信号と受信信号とを、FDD方式で伝送する。
なお、デュプレクサ30および40のそれぞれは、複数の送信フィルタのみで構成されたマルチプレクサ、複数の受信フィルタのみで構成されたマルチプレクサ、複数のデュプレクサで構成されたマルチプレクサであってもよい。また、送信フィルタ30Tおよび受信フィルタ30Rは、デュプレクサ30を構成していなくてもよく、時分割複信(TDD:Time Division Duplex)方式で伝送するフィルタであってもよい。この場合には、送信フィルタ30Tおよび受信フィルタ30Rの前段および後段の少なくとも一方に、送信および受信を切り替えるスイッチが配置される。
整合回路61は、スイッチ53とデュプレクサ30とを結ぶ経路に配置され、ダイプレクサ35およびスイッチ53と、デュプレクサ30とのインピーダンス整合をとる。整合回路62は、スイッチ53とデュプレクサ40とを結ぶ経路に配置され、ダイプレクサ35およびスイッチ53と、デュプレクサ40とのインピーダンス整合をとる。
整合回路63は、送信増幅回路10と送信フィルタ30Tおよび40Tとを結ぶ送信経路に配置され、送信増幅回路10と送信フィルタ30Tおよび40Tとのインピーダンス整合をとる。整合回路64は、低雑音増幅器20と受信フィルタ30Rおよび40Rとを結ぶ受信経路に配置され、低雑音増幅器20と受信フィルタ30Rおよび40Rとのインピーダンス整合をとる。
スイッチ51は、第2スイッチの一例であり、共通端子、および2つの選択端子を有する。スイッチ51の共通端子は、整合回路63を介して送信増幅回路10の出力端子に接続されている。言い換えると、スイッチ51は、電力増幅器10A(図2参照)の出力端子側に配置された第2スイッチである。スイッチ51の一方の選択端子は送信フィルタ30Tに接続され、スイッチ51の他方の選択端子は送信フィルタ40Tに接続されている。この接続構成において、スイッチ51は、送信増幅回路10と送信フィルタ30Tとの接続、および、送信増幅回路10と送信フィルタ40Tとの接続、を切り替える。スイッチ51は、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ52は、共通端子および2つの選択端子を有する。スイッチ52の共通端子は、整合回路64を介して低雑音増幅器20の入力端子に接続されている。スイッチ52の一方の選択端子は受信フィルタ30Rに接続され、スイッチ52の他方の選択端子は受信フィルタ40Rに接続されている。この接続構成において、スイッチ52は、低雑音増幅器20と受信フィルタ30Rとの接続および非接続を切り替え、低雑音増幅器20と受信フィルタ40Rとの接続および非接続を切り替える。スイッチ52は、例えば、SPDT型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ53は、アンテナスイッチの一例であり、ダイプレクサ35を介してアンテナ接続端子100に接続され、(1)アンテナ接続端子100と送信経路ATおよび受信経路ARとの接続、ならびに(2)アンテナ接続端子100と送信経路BTおよび受信経路BRとの接続、を切り替える。なお、スイッチ53は、上記(1)および(2)の接続を同時に行うことが可能なマルチ接続型のスイッチ回路で構成される。
スイッチ54は、第1スイッチの一例であり、共通端子、および2つの選択端子を有する。スイッチ54の共通端子は、送信増幅回路10の入力端子に接続されている。言い換えると、スイッチ54は、電力増幅器10Aの入力端子側に配置された第1スイッチである。スイッチ54の一方の選択端子は送信入力端子111に接続され、スイッチ54の他方の選択端子は送信入力端子112に接続されている。この接続構成において、スイッチ54は、送信増幅回路10と送信入力端子111との接続、および、送信増幅回路10と送信入力端子112との接続、を切り替える。スイッチ51は、例えば、SPDT型のスイッチ回路で構成される。
この場合には、送信入力端子111からは、例えば、通信バンドAの送信信号が入力され、送信入力端子112からは、例えば、通信バンドBの送信信号が入力される。また、送信入力端子111からは、例えば、第4世代移動通信システム(4G)における通信バンドAまたはBの送信信号が入力され、送信入力端子112からは、例えば、第5世代移動通信システム(5G)における通信バンドAまたはBの送信信号が入力されてもよい。
なお、スイッチ54は、共通端子が送信入力端子に接続され、一方の選択端子が通信バンドAの送信信号を増幅する第1送信増幅回路に接続され、他方の選択端子が通信バンドBの送信信号を増幅する第2送信増幅回路に接続された構成を有していてもよい。
この場合には、送信入力端子111からは、例えば、通信バンドAおよび通信バンドBの送信信号が入力される。また、送信入力端子112からは、例えば、4Gにおける通信バンドAの送信信号と5Gにおける通信バンドBの送信信号とが入力されてもよい。
また、スイッチ54は、2つの共通端子と2つの選択端子とを有するDPDT(Double Pole Double Throw)型のスイッチ回路で構成されていてもよい。この場合には、送信入力端子111が一方の共通端子と接続され、送信入力端子112が他方の共通端子と接続される。また、一方の共通端子が通信バンドAの送信信号を増幅する第1送信増幅回路に接続され、他方の共通端子が通信バンドBの送信信号を増幅する第2送信増幅回路に接続される。この接続構成において、スイッチ54は、一方の共通端子と一方の選択端子との接続および一方の共通端子と他方の選択端子との接続を切り替え、また、他方の共通端子と一方の選択端子との接続および他方の共通端子と他方の選択端子との接続を切り替える。
この場合には、例えば、送信入力端子111から通信バンドAの送信信号が入力され、送信入力端子112から通信バンドBの送信信号が入力される。また、例えば、送信入力端子111から4Gにおける通信バンドAおよび通信バンドBの送信信号が入力され、送信入力端子112から5Gにおける通信バンドAおよび通信バンドBの送信信号が入力されてもよい。
ダイプレクサ35は、マルチプレクサの一例であり、フィルタ35Lおよび35Hで構成されている。フィルタ35Lは、通信バンドAおよびBを含む周波数範囲を通過帯域とするフィルタであり、フィルタ35Hは、通信バンドAおよびBを含む周波数範囲と異なる他の周波数範囲を通過帯域とするフィルタである。フィルタ35Lの一方の端子とフィルタ35Hの一方の端子とは、アンテナ接続端子100に共通接続されている。フィルタ35Lおよび35Hのそれぞれは、例えば、チップ状のインダクタおよびキャパシタの少なくとも一方で構成されたLCフィルタである。なお、通信バンドAおよびBを含む周波数範囲が上記他の周波数範囲より低周波数側に位置する場合には、フィルタ35Lはローパスフィルタであってもよく、また、フィルタ35Hはハイパスフィルタであってもよい。
なお、上記の送信フィルタ30T、40T、受信フィルタ30R、および40Rは、例えば、SAW(Surface Acoustic Wave)を用いた弾性波フィルタ、BAW(Bulk Acoustic Wave)を用いた弾性波フィルタ、LC共振フィルタ、および誘電体フィルタのいずれかであってもよく、さらには、これらには限定されない。
また、整合回路61〜64は、本発明に係る高周波モジュールに必須の構成要素ではない。
高周波モジュール1の構成において、送信増幅回路10、整合回路63、スイッチ51、送信フィルタ30T、整合回路61、スイッチ53、およびフィルタ35Lは、アンテナ接続端子100に向けて通信バンドAの送信信号を伝送する第1送信回路を構成する。また、フィルタ35L、スイッチ53、整合回路61、受信フィルタ30R、スイッチ52、整合回路64、および低雑音増幅器20は、アンテナ2からアンテナ接続端子100を介して通信バンドAの受信信号を伝送する第1受信回路を構成する。
また、送信増幅回路10、整合回路63、スイッチ51、送信フィルタ40T、整合回路62、スイッチ53、およびフィルタ35Lは、アンテナ接続端子100に向けて通信バンドBの送信信号を伝送する第2送信回路を構成する。また、フィルタ35L、スイッチ53、整合回路62、受信フィルタ40R、スイッチ52、整合回路64、および低雑音増幅器20は、アンテナ2からアンテナ接続端子100を介して通信バンドBの受信信号を伝送する第2受信回路を構成する。
上記回路構成によれば、高周波モジュール1は、通信バンドAおよび通信バンドBのいずれかの高周波信号を、送信、受信、および送受信の少なくともいずれかで実行することが可能である。さらに、高周波モジュール1は、通信バンドAおよび通信バンドBの高周波信号を、同時送信、同時受信、および同時送受信の少なくともいずれかで実行することも可能である。
なお、本発明に係る高周波モジュールでは、上記2つの送信回路および上記2つの受信回路がスイッチ53を介してアンテナ接続端子100に接続されていなくてもよく、上記2つの送信回路および上記2つの受信回路が、異なる端子を介してアンテナ2に接続されていてもよい。また、本発明に係る高周波モジュールは、第1送信回路および第2送信回路の少なくとも1つを有していればよい。
また、本発明に係る高周波モジュールにおいて、第1送信回路は、送信増幅回路10と、送信フィルタ30T、スイッチ51、53、整合回路61および63の少なくとも1つと、を有していればよい。また、第2送信回路は、送信増幅回路10と、送信フィルタ40T、スイッチ51、53、整合回路62および63の少なくとも1つと、を有していればよい。
また、低雑音増幅器20およびスイッチ51〜54は、1つの半導体ICに形成されていてもよい。半導体ICは、例えば、CMOSで構成されている。具体的には、SOIプロセスにより形成されている。これにより、半導体ICを安価に製造することが可能となる。なお、半導体ICは、GaAs、SiGeおよびGaNの少なくともいずれかで構成されていてもよい。これにより、高品質な増幅性能および雑音性能を有する高周波信号を出力することが可能となる。
図2は、実施の形態に係る送信増幅回路10の回路構成図である。同図に示すように、送信増幅回路10は、入力端子115および出力端子116と、増幅素子12(第1増幅素子)および13(第2増幅素子)と、増幅素子11(第3増幅素子)と、段間トランス(変圧器)14と、キャパシタ16と、出力トランス(バラン:非平衡−平衡変換素子)15と、を有している。
段間トランス14は、一次側コイル14aと二次側コイル14bとで構成されている。
増幅素子11の入力端子は入力端子115に接続され、増幅素子11の出力端子は段間トランス14の非平衡端子に接続されている。段間トランス14の一方の平衡端子は増幅素子12の入力端子に接続されており、段間トランス14の他方の平衡端子は増幅素子13の入力端子に接続されている。
入力端子115から入力された高周波信号は、増幅素子11にバイアス電圧Vcc1が印加された状態で増幅素子11にて増幅される。増幅された高周波信号は、段間トランス14により非平衡−平衡変換される。このとき、段間トランス14の一方の平衡端子から非反転入力信号が出力され、段間トランス14の他方の平衡端子から反転入力信号が出力される。
出力トランス15は、一次側コイル(第1コイル)15aと二次側コイル(第2コイル)15bとで構成されている。一次側コイル15aの一端は増幅素子12の出力端子に接続されており、一次側コイル15aの他端は増幅素子13の出力端子に接続されている。また、一次側コイル15aの中点にはバイアス電圧Vcc2が供給される。二次側コイル15bの一端は出力端子116に接続され、二次側コイル15bの他端はグランドに接続されている。言い換えると、出力トランス15は、増幅素子12の出力端子および増幅素子13の出力端子と、出力端子116との間に接続されている。
キャパシタ16は、増幅素子12の出力端子と増幅素子13の出力端子との間に接続されている。
増幅素子12にて増幅された非反転入力信号と、増幅素子13にて増幅された反転入力信号とは、逆位相を維持したまま、出力トランス15およびキャパシタ16にてインピーダンス変換される。つまり、出力端子116における電力増幅器10Aの出力インピーダンスは、出力トランス15およびキャパシタ16により、図1に示された、整合回路63、スイッチ51、送信フィルタ30Tおよび40Tの入力インピーダンスとインピーダンス整合される。なお、出力端子116と二次側コイル15bとを結ぶ経路とグランドとの間に接続された容量素子も、上記インピーダンス整合に寄与している。なお、上記容量素子は、出力端子116と二次側コイル15bとを結ぶ経路に直列配置されていてもよいし、また、上記容量素子はなくてもよい。
ここで、増幅素子11〜13、段間トランス14、およびキャパシタ16は、電力増幅器10Aを形成している。特に、増幅素子11〜13および段間トランス14は、1チップ化、または、同一基板上に実装など、一体形成される場合が多い。これに対して、出力トランス15は、高出力の送信信号に対応して高いQ値を必要とするため、増幅素子11〜13および段間トランス14などとは、一体形成されない。つまり、送信増幅回路10を構成する回路部品のうち、出力トランス15を除く回路部品が、電力増幅器10Aを構成している。
なお、増幅素子11およびキャパシタ16は、電力増幅器10Aに含まれなくてもよい。
送信増幅回路10の回路構成によれば、増幅素子12および13が反転位相にて動作する。このとき、増幅素子12および13の基本波での電流が反転位相、つまり逆方向に流れるため、増幅素子12および13から略等距離に配置されたグランド配線および電源配線へは基本波の電流は流れなくなる。このため、上記配線への不要な電流の流れこみが無視できるので、従来の送信増幅回路に見られる電力利得(パワーゲイン)の低下を抑制することが可能となる。また、増幅素子12および13で増幅された非反転信号と反転信号とが合成されるので、両信号に同様に重畳されたノイズ成分を相殺でき、例えば高調波成分などの不要波を低減できる。
なお、増幅素子11は送信増幅回路10に必須の構成要素ではない。また、非平衡入力信号を、非反転入力信号および反転入力信号に変換する手段は、段間トランス14に限られない。また、キャパシタ16は、インピーダンス整合において必須の構成要素ではない。
また、増幅素子11〜13および低雑音増幅器20は、例えば、Si系のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)またはGaAsを材料とした、電界効果型トランジスタ(FET)またはヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)などで構成されている。
なお、送信増幅回路10は、差動増幅型の電力増幅器10Aで構成されず、非平衡信号を入力信号とし、非平衡信号を出力信号とする、いわゆるシングルエンド型の増幅素子で構成された増幅器であってもよい。
ここで、高周波モジュール1において、高出力の送信信号を出力する増幅素子12および13の発熱により送信増幅回路10において局所的に温度が上昇してしまい、送信増幅回路10とPA制御回路80との間で温度ムラが発生する。増幅素子12および13の増幅特性は温度依存性を有し、PA制御回路80からも温度補償された制御信号を出力する必要がある。しかしながら、送信増幅回路10とPA制御回路80との間で温度ムラが発生すると、増幅素子12および13の増幅特性が最適化されず、送信増幅回路10の出力特性が劣化してしまうという問題が発生する。
これに対して、本実施の形態に係る高周波モジュール1では、送信増幅回路10の出力特性の劣化が抑制された構成を有している。
また、上記高周波モジュール1を、1つの実装基板上に実装する場合、送信増幅回路10を構成する回路素子(増幅素子11〜13、段間トランス14、出力トランス15、キャパシタ16)の点数が多いため、高周波モジュール1が大型化してしまう。また、小型化すべく高密度実装すると、増幅素子12および13から出力された高出力の送信信号が、高周波モジュール1を構成する回路部品に干渉し、高周波モジュール1から出力される高周波信号の信号品質が劣化するという問題が発生する。
以下では、送信増幅回路10の出力特性の劣化が抑制された小型の高周波モジュール1の構成について説明する。
[2.実施例1に係る高周波モジュール1Aの回路素子配置構成]
図3Aは、実施例1に係る高周波モジュール1Aの平面構成概略図である。また、図3Bは、実施例1に係る高周波モジュール1Aの断面構成概略図であり、具体的には、図3AのIIIB−IIIB線における断面図である。なお、図3Aの(a)には、モジュール基板91の互いに対向する主面91aおよび91bのうち、主面91aをz軸正方向側から見た場合の回路素子の配置図が示されている。一方、図3Aの(b)には、主面91bをz軸正方向側から見た場合の回路素子の配置を透視した図が示されている。また、図3Aには、モジュール基板91内に形成された出力トランス15が破線で示されている。
実施例1に係る高周波モジュール1Aは、実施の形態に係る高周波モジュール1を構成する各回路素子の配置構成を具体的に示したものである。
図3Aおよび図3Bに示すように、本実施例に係る高周波モジュール1Aは、図1に示された回路構成に加えて、さらに、モジュール基板91と、樹脂部材92および93と、外部接続端子150と、を有している。
モジュール基板91は、互いに対向する主面91a(第1主面)および主面91b(第2主面)を有し、上記送信回路および上記受信回路を実装する基板である。モジュール基板91としては、例えば、複数の誘電体層の積層構造を有する低温同時焼成セラミックス(Low Temperature Co−fired Ceramics:LTCC)基板、高温同時焼成セラミックス(High Temperature Co−fired Ceramics:HTCC)基板、部品内蔵基板、再配線層(Redistribution Layer:RDL)を有する基板、または、プリント基板等が用いられる。
樹脂部材92は、モジュール基板91の主面91aに配置され、上記送信回路の一部、上記受信回路の一部、およびモジュール基板91の主面91aを覆っており、上記送信回路および上記受信回路を構成する回路素子の機械強度および耐湿性などの信頼性を確保する機能を有している。樹脂部材93は、モジュール基板91の主面91bに配置され、上記送信回路の一部、上記受信回路の一部、およびモジュール基板91の主面91bを覆っており、上記送信回路および上記受信回路を構成する回路素子の機械強度および耐湿性などの信頼性を確保する機能を有している。なお、樹脂部材92および93は、本発明に係る高周波モジュールに必須の構成要素ではない。
図3Aおよび図3Bに示すように、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、電力増幅器10A、PA制御回路80、スイッチ54、デュプレクサ30、40、整合回路61〜64、およびダイプレクサ35は、モジュール基板91の主面91a(第1主面)に配置されている。一方、低雑音増幅器20、スイッチ51〜53は、モジュール基板91の主面91b(第2主面)に配置されている。また、出力トランス15は、モジュール基板91の内部に配置されている。さらに、PA制御回路80およびスイッチ54を含む半導体IC70と電力増幅器10Aとは、主面91a上で積層されている。
すなわち、本実施例では、電力増幅器10AとPA制御回路80とは、主面91a(第1主面)上で積層されている。一方、低雑音増幅器20は、第1回路部品であり、主面91b(第2主面)に実装されている。
なお、デュプレクサ30、40、スイッチ54、整合回路61〜64、ダイプレクサ35は、主面91a(第1主面)に実装されているが、主面91b(第2主面)に実装されていてもよい。また、スイッチ51〜53は、主面91b(第2主面)に実装されているが、主面91a(第1主面)に実装されていてもよい。また、主面91bに配置される第1回路部品は、低雑音増幅器20でなくてもよく、その他の回路部品であってもよい。
上記構成によれば、高出力の送信信号を出力し発熱量の多い電力増幅器10Aと、PA制御回路80とが積層されているので、電力増幅器10AとPA制御回路80との間での温度差を低減できる。このため、電力増幅器10AとPA制御回路80とが同じ温度環境下に配置されるので、PA制御回路80の制御により動作する増幅素子12および13の応答精度を高めることができる。これにより、増幅素子12および13の増幅特性をPA制御回路80により高精度に制御できるので、当該増幅特性を最適化できる。よって、送信増幅回路10の出力特性の劣化を抑制できる。
また、送信増幅回路10は、少なくとも増幅素子12、13、段間トランス14および出力トランス15を有し、部品点数が多くなり実装面積が大きくなるため、高周波モジュールが大型化する傾向にある。
これに対して、本実施例に係る高周波モジュール1Aの上記構成によれば、送信増幅回路10の電力増幅器10Aと第1回路部品とがモジュール基板91の両面に振り分けて配置されるので、高周波モジュール1Aを小型化できる。
また、本実施例のように、第1回路部品が低雑音増幅器20である場合には、送信信号を増幅する電力増幅器10Aと、受信信号を増幅する低雑音増幅器20とが両面に振り分けて配置されるので、送受信間のアイソレーションを向上できる。また、低雑音増幅器20とPA制御回路80とが、モジュール基板91を挟んで配置されるので、PA制御回路80に入出力される制御信号からのディジタルノイズによる受信感度の劣化を抑制できる。
なお、モジュール基板91は、複数の誘電体層が積層された多層構造を有し、当該複数の誘電体層の少なくとも1つには、グランド電極パターンが形成されていることが望ましい。これにより、モジュール基板91の電磁界遮蔽機能が向上する。
また、本実施例では、電力増幅器10Aが主面91a上に直接配置され、PA制御回路80が、電力増幅器10A上に配置されている。つまり、モジュール基板91、電力増幅器10A、およびPA制御回路80は、この順で積層されている。
これによれば、電力増幅器10Aの発熱をモジュール基板91側に拡散し易いので、高周波モジュール1Aの放熱性が向上する。また、PA制御回路80が電力増幅器10Aからの熱ダメージを受けることを抑制できる。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、PA制御回路80およびスイッチ54は、1つの半導体IC70に含まれており、半導体IC70は、主面91a(第1主面)に配置されている。
これにより、送信増幅回路10と、送信増幅回路10に接続されるPA制御回路80およびスイッチ54とが積層されるので、高周波モジュール1Aを、より一層小型化できる。
なお、半導体IC70は、スイッチ54に代えて、スイッチ51を含んでもよい。また、半導体IC70は、スイッチ51および54の双方を含んでもよい。
また、本実施例では、図3Bに示すように、半導体IC70の上面(図3Bにおけるz軸正方向側の面)に形成された入出力電極と、電力増幅器10Aの上面(図3Bにおけるz軸正方向側の面)に形成された入出力電極とは、モジュール基板91を経由せずにボンディングワイヤにより直接接続されている。具体的には、半導体IC70のPA制御回路80に形成された電極(第1入出力電極)と、電力増幅器10Aに形成された電極(第2入出力電極)とは、モジュール基板91を経由せずにボンディングワイヤにより直接接続されている。
これによれば、PA制御回路80と電力増幅器10Aとを接続する制御配線を短くできるので、当該制御配線からのノイズの発生を抑制できる。
なお、PA制御回路80の電極と電力増幅器10Aの電極とを直接接続する制御配線は、ボンディングワイヤに限られず、半導体IC70の側面に形成された側面配線であってもよく、また、半導体IC70の内部において主面91aの法線方向に延設されたビア導体であってもよい。
なお、電力増幅器10Aの増幅素子12および13はGaAsを材料とし、半導体IC70はSiを材料としていてもよい。この場合には、GaAsよりもSiのほうが熱伝導率が高いため、まず、電力増幅器10Aでの局所的な発熱は半導体IC70に伝導し、電力増幅器10Aおよび半導体IC70の積層体全体に熱拡散する。この全体的な熱拡散の後に、電力増幅器10Aを介してモジュール基板91へ放熱されるので放熱効率が向上する。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、モジュール基板91の主面91b側に、複数の外部接続端子150が配置されている。高周波モジュール1Aは、高周波モジュール1Aのz軸負方向側に配置される外部基板と、複数の外部接続端子150を経由して、電気信号のやりとりを行う。図3Aの(b)に示すように、複数の外部接続端子には、アンテナ接続端子100、送信入力端子111、112、および受信出力端子120が含まれる。また、複数の外部接続端子150のいくつかは、外部基板のグランド電位に設定される。主面91aおよび91bのうち、外部基板と対向する主面91bには、低背化が困難な電力増幅器10Aが配置されず、低背化が容易な低雑音増幅器20が配置されているので、高周波モジュール1A全体を低背化することが可能となる。また、受信回路の受信感度に大きく影響する低雑音増幅器20の周囲に、グランド電極として適用される外部接続端子150が複数配置されるので、受信回路の受信感度の劣化を抑制できる。
また、電力増幅器10Aは、高周波モジュール1Aが有する回路部品のなかで発熱量が大きい部品である。高周波モジュール1Aの放熱性を向上させるには、電力増幅器10Aの発熱を、小さな熱抵抗を有する放熱経路で外部基板に放熱することが重要である。仮に、電力増幅器10Aを主面91bに実装した場合、電力増幅器10Aに接続される電極配線は主面91b上に配置される。このため、放熱経路としては、主面91b上の(xy平面方向に沿う)平面配線パターンのみを経由した放熱経路を含むこととなる。上記平面配線パターンは、金属薄膜で形成されるため熱抵抗が大きい。このため、電力増幅器10Aを主面91b上に配置した場合には、放熱性が低下してしまう。
これに対して、本実施例に係る高周波モジュール1Aは、図3Bに示すように、主面91aにて電力増幅器10Aのグランド電極に接続され、主面91aから主面91bに到る放熱用ビア導体95Vをさらに備える。また、放熱用ビア導体95Vは、主面91bにて複数の外部接続端子150のうちグランド電位に設定された外部接続端子150と接続されている。
これによれば、電力増幅器10Aを主面91aに実装した場合、放熱用ビア導体95Vを介して、電力増幅器10Aと外部接続端子150とを接続できる。よって、電力増幅器10Aの放熱経路として、モジュール基板91内の配線のうち熱抵抗の大きいxy平面方向に沿う平面配線パターンのみを経由した放熱経路を排除できる。よって、電力増幅器10Aからの外部基板への放熱性が向上した小型の高周波モジュール1Aを提供することが可能となる。
なお、低雑音増幅器20、スイッチ51〜53は、1つの半導体ICに含まれていてもよい。これにより、高周波モジュール1Aを小型化できる。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Aでは、出力トランス15は、モジュール基板91に内蔵形成されている。
ここで、図3Aおよび図3Bに示すように、モジュール基板91を平面視した場合に、出力トランス15と低雑音増幅器20との間に、グランド電位に設定された外部接続端子150が配置されている。
これにより、高出力の送信信号を伝送する出力トランス15と受信信号を伝送する低雑音増幅器20とが、グランド電位に設定された外部接続端子150により隔離されるので、送受信間のアイソレーションが強化される。
また、図3Aおよび図3Bに示すように、モジュール基板91を平面視した場合に、出力トランス15の形成領域と重複する主面91a上の領域および主面91b上の領域には、回路部品は配置されていないことが望ましい。
出力トランス15は、電力増幅器10Aで増幅された高出力の送信信号を伝送するため、出力トランス15を構成するインダクタのQ値は高いことが望ましい。上記平面視で出力トランス15と重複する領域に回路部品があると、上記インダクタが形成する電磁界が当該回路部品により影響されて当該インダクタのQ値が低下し、出力トランス15から出力される送信信号の電力が低下する。これに対して、上記構成によれば、送信増幅回路10の増幅性能の低下を抑制できる。
なお、本実施例において、出力トランス15は、主面91aと主面91bとの間のモジュール基板91の内部であって主面91bに近く形成されている。この場合には、モジュール基板91を平面視した場合に、出力トランス15の形成領域と重複する主面91bの領域には回路部品は配置されておらず、出力トランス15の形成領域と重複する主面91aの領域には回路部品(図示せず)は配置されていてもよい。
この場合であっても、出力トランス15により近接する主面91bの上記領域に回路部品が配置されていないので、出力トランス15のインダクタのQ値が低下することを抑制できる。
図4Aは、変形例1に係る高周波モジュール1Dにおける出力トランス15の配置を示す断面構成概略図である。同図には、変形例1に係る高周波モジュール1Dの断面構成のうち、出力トランス15の配置が記載されている。なお、高周波モジュール1Dが備える出力トランス15以外の回路部品の配置構成は、実施例1に係る高周波モジュール1Aと同じである。高周波モジュール1Dにおいて、出力トランス15は、主面91aと主面91bとの間のモジュール基板91の内部であって主面91aに近く形成されている。この場合には、モジュール基板91を平面視した場合に、出力トランス15の形成領域と重複する主面91aの領域には回路部品は配置されておらず、出力トランス15の形成領域と重複する主面91bの領域には回路部品(図示せず)は配置されていてもよい。
この場合であっても、出力トランス15により近接する主面91aの上記領域に回路部品が配置されていないので、出力トランス15のインダクタのQ値が低下することを抑制できる。
図4Bは、変形例2に係る高周波モジュール1Eにおける出力トランス15の配置を示す断面構成概略図である。同図には、変形例2に係る高周波モジュール1Eの断面構成のうち、出力トランス15の配置が記載されている。なお、高周波モジュール1Eが備える出力トランス15以外の回路部品の配置構成は、実施例1に係る高周波モジュール1Aと同じである。高周波モジュール1Eにおいて、出力トランス15は、主面91bに配置されている。この場合には、モジュール基板91を平面視した場合に、出力トランス15の形成領域と重複する主面91aの領域には回路部品は配置されていないことが望ましい。
この構成によれば、主面91aの上記領域に回路部品が配置されていないので、出力トランス15のインダクタのQ値が低下することを抑制できる。
図4Cは、変形例3に係る高周波モジュール1Fにおける出力トランス15の配置を示す断面構成概略図である。同図には、変形例3に係る高周波モジュール1Fの断面構成のうち、出力トランス15の配置が記載されている。なお、高周波モジュール1Fが備える出力トランス15以外の回路部品の配置構成は、実施例1に係る高周波モジュール1Aと同じである。高周波モジュール1Fにおいて、出力トランス15は、主面91aに配置されている。この場合には、モジュール基板91を平面視した場合に、出力トランス15の形成領域と重複する主面91bの領域には回路部品は配置されていないことが望ましい。
この構成によれば、主面91bの上記領域に回路部品が配置されていないので、出力トランス15のインダクタのQ値が低下することを抑制できる。
さらに、高周波モジュール1A、1D、1E、および1Fにおいて、モジュール基板91を平面視した場合、出力トランス15の形成領域と重なる領域には、グランド電極パターンは形成されていないことが望ましい。これによれば、出力トランス15とグランド電極との距離を大きく確保することが可能となるため、出力トランス15の高Q値を維持できる。
なお、出力トランス15の形成領域とは、以下のように定義される。出力トランス15の形成領域は、モジュール基板91を平面視した場合、一次側コイルの形成領域と二次側コイルの形成領域とを包含する最小領域である。
ここで、二次側コイル15bは、一次側コイル15aに沿って設けられ、一次側コイル15aとの第1距離が略一定の区間に配置された配線導体と定義される。このとき、上記区間の両側に位置する配線導体は、一次側コイル15aとの距離が第1距離よりも大きい第2距離であり、二次側コイル15bの一端および他端は、配線導体の一次側コイル15aまでの距離が第1距離から第2距離へ変化する地点である。また、一次側コイル15aは、二次側コイル15bに沿って設けられ、二次側コイル15bとの第1距離が略一定の区間に配置された配線導体と定義される。このとき、上記区間の両側に位置する配線導体は、二次側コイル15bとの距離が第1距離よりも大きい第2距離であり、一次側コイル15aの一端および他端は、配線導体の二次側コイル15bまでの距離が第1距離から第2距離へ変化する地点である。
あるいは、二次側コイル15bは、一次側コイル15aに沿って設けられ、線幅が略一定の第1幅を有する第1区間に配置された配線導体と定義される。また、一次側コイル15aは、二次側コイル15bに沿って設けられ、線幅が略一定の第1幅を有する第1区間に配置された配線導体と定義される。
あるいは、二次側コイル15bは、一次側コイル15aに沿って設けられ、膜厚が略一定の第1膜厚を有する第1区間に配置された配線導体と定義される。また、一次側コイル15aは、二次側コイル15bに沿って設けられ、膜厚が略一定の第1膜厚を有する第1区間に配置された配線導体と定義される。
あるいは、二次側コイル15bは、一次側コイル15aに沿って設けられ、一次側コイル15aとの結合度が略一定の第1結合度を有する第1区間に配置された配線導体と定義される。また、一次側コイル15aは、二次側コイル15bに沿って設けられ、二次側コイル15bとの結合度が略一定の第1結合度を有する第1区間に配置された配線導体と定義される。
なお、外部接続端子150は、図3Aおよび図3Bに示すように、樹脂部材93をz軸方向に貫通する柱状電極であってもよいし、また、図5に示された、変形例4に係る高周波モジュール1Bのように、外部接続端子150は、主面91b上に形成されたバンプ電極160であってもよい。この場合には、主面91b側の樹脂部材93はなくてもよい。
また、実施例1に係る高周波モジュール1Aにおいて、外部接続端子150は、主面91aに配置されていてもよい。また、変形例4に係る高周波モジュール1Bにおいて、バンプ電極160は、主面91aに配置されていてもよい。
[3.実施例2に係る高周波モジュール1Cの回路素子配置構成]
図6Aは、実施例2に係る高周波モジュール1Cの平面構成概略図である。また、図6Bは、実施例2に係る高周波モジュール1Cの断面構成概略図であり、具体的には、図6AのVIB−VIB線における断面図である。なお、図6Aの(a)には、モジュール基板91の互いに対向する主面91aおよび91bのうち、主面91aをz軸正方向側から見た場合の回路素子の配置図が示されている。一方、図6Aの(b)には、主面91bをz軸正方向側から見た場合の回路素子の配置を透視した図が示されている。また、図6Aには、モジュール基板91内に形成された出力トランス15が破線で示されている。
実施例2に係る高周波モジュール1Cは、実施の形態に係る高周波モジュール1を構成する各回路素子の配置構成を具体的に示したものである。
本実施例に係る高周波モジュール1Cは、実施例1に係る高周波モジュール1Aと比較して、高周波モジュール1Cを構成する回路部品の配置構成のみが異なる。以下、本実施例に係る高周波モジュール1Cについて、実施例1に係る高周波モジュール1Aと同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
図6Aおよび図6Bに示すように、本実施例に係る高周波モジュール1Cは、図1に示された回路構成に加えて、さらに、モジュール基板91と、樹脂部材92および93と、外部接続端子150と、を有している。
モジュール基板91は、互いに対向する主面91a(第2主面)および主面91b(第1主面)を有し、上記送信回路および上記受信回路を実装する基板である。モジュール基板91としては、例えば、複数の誘電体層の積層構造を有するLTCC基板、HTCC基板、部品内蔵基板、RDLを有する基板、または、プリント基板等が用いられる。
図6Aおよび図6Bに示すように、本実施例に係る高周波モジュール1Bでは、スイッチ51、デュプレクサ30、40、整合回路61〜64、およびダイプレクサ35は、モジュール基板91の主面91a(第2主面)に配置されている。一方、電力増幅器10A、PA制御回路80、スイッチ54、低雑音増幅器20、スイッチ52、53は、モジュール基板91の主面91b(第1主面)に配置されている。また、出力トランス15は、モジュール基板91の内部に配置されている。さらに、PA制御回路80およびスイッチ54を含む半導体IC70と電力増幅器10Aとは、主面91b上で積層されている。
すなわち、本実施例では、電力増幅器10AとPA制御回路80とは、主面91b(第1主面)上で積層されている。一方、スイッチ51、デュプレクサ30、40、整合回路61〜64、およびダイプレクサ35は、第1回路部品であり、主面91a(第2主面)に実装されている。
なお、スイッチ51、デュプレクサ30、40、整合回路61〜64、およびダイプレクサ35の少なくとも1つが、主面91a(第2主面)に実装されていればよい。また、スイッチ54、低雑音増幅器20、スイッチ52、53は、主面91b(第1主面)に実装されているが、主面91a(第2主面)に実装されていてもよい。
上記構成によれば、高出力の送信信号を出力し発熱量の多い電力増幅器10Aと、PA制御回路80とが積層されているので、電力増幅器10AとPA制御回路80との間での温度差を低減できる。このため、電力増幅器10AとPA制御回路80とが同じ温度環境下に配置されるので、PA制御回路80の制御により動作する増幅素子12および13の応答精度を高めることができる。これにより、増幅素子12および13の増幅特性をPA制御回路80により高精度に制御できるので、当該増幅特性を最適化できる。よって、送信増幅回路10の出力特性の劣化を抑制できる。
また、送信増幅回路10は、少なくとも増幅素子12、13、段間トランス14および出力トランス15を有し、部品点数が多くなり実装面積が大きくなるため、高周波モジュールが大型化する傾向にある。
これに対して、本実施例に係る高周波モジュール1Cの上記構成によれば、送信増幅回路10の電力増幅器10Aと第1回路部品とがモジュール基板91の両面に振り分けて配置されるので、高周波モジュール1Cを小型化できる。
また、本実施例では、電力増幅器10Aが主面91a上に直接配置され、PA制御回路80が、電力増幅器10A上に配置されている。つまり、モジュール基板91、電力増幅器10A、およびPA制御回路80は、この順で積層されている。
これによれば、電力増幅器10Aの発熱をモジュール基板91側に拡散し易いので、高周波モジュール1Cの放熱性が向上する。また、PA制御回路80が電力増幅器10Aからの熱ダメージを受けることを抑制できる。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Cでは、PA制御回路80およびスイッチ54は、1つの半導体IC70に含まれており、半導体IC70は、主面91b(第1主面)に配置されている。
これにより、送信増幅回路10と送信増幅回路10に接続されるPA制御回路80およびスイッチ54とが積層されるので、高周波モジュール1Cを、より一層小型化できる。
なお、半導体IC70は、スイッチ54に代えて、スイッチ51を含んでもよい。また、スイッチ51および54の双方を含んでもよい。
また、本実施例では、図6Bに示すように、半導体IC70の下面(図6Bにおけるz軸正方向側の面)に形成された入出力電極と、電力増幅器10Aの上面(図6Bにおけるz軸負方向側の面)に形成された入出力電極とが、モジュール基板91を経由せずに直接接続されている。
これによれば、PA制御回路80と電力増幅器10Aとを接続する制御配線を短くできるので、当該制御配線からのノイズの発生を抑制できる。
なお、PA制御回路80の電極と電力増幅器10Aの電極とを直接接続する制御配線は、実施例1に係る高周波モジュール1Aに配置されたボンディングワイヤであってもよく、また、半導体IC70の側面に形成された側面配線であってもよく、また、半導体IC70の内部において主面91aの法線方向に延設されたビア導体であってもよい。
また、本実施例に係る高周波モジュール1Cでは、モジュール基板91の主面91b側に、複数の外部接続端子150が配置されている。複数の外部接続端子150のいくつかは、外部基板のグランド電位に設定される。図6Aの(b)に示すように、受信回路の受信感度に大きく影響する低雑音増幅器20の周囲に、グランド電極として適用される外部接続端子150が複数配置されるので、受信回路の受信感度の劣化を抑制できる。
また、図6Aの(b)示すように、モジュール基板91を平面視した場合に、PA制御回路80と低雑音増幅器20との間に、複数の外部接続端子150のうちグランド電位に設定された外部接続端子150が配置されていることが望ましい。
これにより、低雑音増幅器20とPA制御回路80との間に、グランド電極として適用される外部接続端子150が配置されるので、受信感度の劣化を、より一層抑制できる。
また、本実施例において、整合回路64は少なくともインダクタを有し、当該インダクタは主面91aに配置されている。
これにより、受信回路の受信感度に大きく影響する上記インダクタとPA制御回路80とが、モジュール基板91を挟んで配置されるので、PA制御回路80に接続されたディジタル制御配線と上記インダクタとが電磁界結合することを抑制できる。よって、ディジタルノイズによる受信感度の劣化を抑制できる。
なお、低雑音増幅器20、スイッチ52、53は、1つの半導体ICに含まれていてもよい。これにより、高周波モジュール1Cを小型化できる。
なお、実施例2に係る高周波モジュール1Cにおいて、外部接続端子150は、主面91aに配置されていてもよい。
[4.効果など]
以上、本実施の形態に係る高周波モジュール1は、互いに対向する主面91aおよび91bを有するモジュール基板91と、送信信号を増幅する電力増幅器10Aと、第1回路部品と、電力増幅器10Aを制御するPA制御回路80と、を備え、電力増幅器10AとPA制御回路80とは主面91a上で積層されており、第1回路部品は主面91bに配置されている。
これにより、高出力の送信信号を出力し発熱量の多い電力増幅器10Aと、PA制御回路80とが積層されているので、電力増幅器10AとPA制御回路80との間での温度差を低減できる。このため、電力増幅器10AとPA制御回路80とが同じ温度環境下に配置されるので、PA制御回路80の制御により動作する増幅素子12および13の応答精度を高めることができる。これにより、増幅素子12および13の増幅特性をPA制御回路80により高精度に制御できるので、当該増幅特性を最適化できる。よって、送信増幅回路10の出力特性の劣化を抑制できる。
また、高周波モジュール1において、電力増幅器10Aは主面91a上に配置され、PA制御回路80は電力増幅器10A上に配置されていてもよい。
これによれば、電力増幅器10Aの発熱をモジュール基板91側に拡散し易いので、高周波モジュール1Aの放熱性が向上する。また、PA制御回路80が電力増幅器10Aからの熱ダメージを受けることを抑制できる。
また、高周波モジュール1は、さらに、主面91bに配置された複数の外部接続端子150と、電力増幅器10Aのグランド電極に接続され、主面91aから主面91bに到る放熱用ビア導体95Vと、を備え、放熱用ビア導体95Vは、主面91bにて複数の外部接続端子150のうちグランド電位に設定された外部接続端子150と接続されていてもよい。
これによれば、放熱用ビア導体95Vを介して、電力増幅器10Aと外部接続端子150とを接続できる。よって、電力増幅器10Aの放熱経路として、モジュール基板91内の配線のうち熱抵抗の大きいxy平面方向に沿う平面配線パターンのみを経由した放熱経路を排除できる。よって、電力増幅器10Aからの外部基板への放熱性が向上した小型の高周波モジュール1を提供することが可能となる。
また、高周波モジュール1において、第1回路部品は、主面91bに配置された低雑音増幅器20であってもよい。
これにより、送信信号を増幅する電力増幅器10Aと受信信号を増幅する低雑音増幅器20とが両面に振り分けて配置されるので、送受信間のアイソレーションを向上できる。また、低雑音増幅器20とPA制御回路80とが、モジュール基板91を挟んで配置されるので、PA制御回路80に入出力される制御信号からのディジタルノイズによる受信感度の劣化を抑制できる。
また、高周波モジュール1は、さらに、電力増幅器10Aの入力端子側に配置されたスイッチ54と、電力増幅器10Aの出力端子側に配置されたスイッチ51と、を備え、PA制御回路80と、スイッチ51および54の少なくとも1つとは、1つの半導体IC70に含まれており、電力増幅器10Aと半導体IC70とは主面91a上で積層されていてもよい。
また、高周波モジュール1において、PA制御回路80に形成された入出力電極と、電力増幅器10Aに形成された入出力電極とは、モジュール基板91を経由せずに直接接続されていてもよい。
これによれば、PA制御回路80と電力増幅器10Aとを接続する制御配線を短くできるので、当該制御配線からのノイズの発生を抑制できる。
また、高周波モジュール1において、電力増幅器10Aは、増幅素子12および13を有し、高周波モジュール1は、さらに、一次側コイル15aおよび二次側コイル15bを有する出力トランス15を備え、一次側コイル15aの一端は増幅素子12の出力端子に接続され、一次側コイル15aの他端は増幅素子13の出力端子に接続され、二次側コイル15bの一端は電力増幅器10Aの出力端子に接続されており、電力増幅器10Aおよび出力トランス15は送信増幅回路10を構成していてもよい。
これによれば、増幅素子12および13が反転位相にて動作するので電力利得(パワーゲイン)の低下を抑制することが可能となる。また、増幅素子12および13で増幅された非反転信号と反転信号とが合成されるので、両信号に同様に重畳されたノイズ成分を相殺でき、例えば高調波成分などの不要波を低減できる。
また、送信増幅回路10を構成する回路素子(増幅素子11〜13、段間トランス14、出力トランス15、キャパシタ16)の点数が多いため、高周波モジュール1が大型化してしまうことが懸念されるが、送信増幅回路10の電力増幅器10Aと第1回路部品とがモジュール基板91の両面に振り分けて配置されるので、高周波モジュール1を小型化できる。
また、高周波モジュール1Fにおいて、出力トランス15は主面91aに配置され、モジュール基板91を平面視した場合に、出力トランス15と重複する主面91b上の領域には、回路部品は配置されていないことが望ましい。
これによれば、主面91bの上記領域に回路部品が配置されていないので、出力トランス15のインダクタのQ値が低下することを抑制できる。
また、高周波モジュール1Eにおいて、出力トランス15は主面91bに配置され、モジュール基板91を平面視した場合に、出力トランス15と重複する主面91a上の領域には、回路部品は配置されていないことが望ましい。
これによれば、主面91aの上記領域に回路部品が配置されていないので、出力トランス15のインダクタのQ値が低下することを抑制できる。
また、高周波モジュール1Aおよび1Dにおいて、出力トランス15は、主面91aと主面91bとの間のモジュール基板91の内部に形成されており、モジュール基板91を平面視した場合に、出力トランス15と重複する主面91a上の領域および主面91b上の領域には、回路部品は配置されていないことが望ましい。
これによれば、主面91aおよび主面91bの上記領域に回路部品が配置されていないので、出力トランス15のインダクタのQ値が低下することを抑制できる。
また、高周波モジュール1Aおよび1Dにおいて、出力トランス15は、主面91aと主面91bとの間のモジュール基板91の内部であって主面91aおよび主面91bの一方に近く形成されており、モジュール基板91を平面視した場合に、出力トランスと重複する主面91aおよび主面91bの一方の領域には、回路部品は配置されておらず、主面91aおよび主面91bの他方には、回路部品は配置されていてもよい。
この場合であっても、出力トランス15により近接する主面91aの上記領域に回路部品が配置されていないので、出力トランス15のインダクタのQ値が低下することを抑制できる。
また、通信装置5は、アンテナ2と、アンテナ2で送受信される高周波信号を処理するRFIC3と、アンテナ2とRFIC3との間で高周波信号を伝送する高周波モジュール1と、を備える。
これにより、送信増幅回路10の出力特性の劣化が抑制された通信装置5を提供することが可能となる。
(その他の実施の形態など)
以上、本発明の実施の形態に係る高周波モジュールおよび通信装置について、実施の形態および実施例を挙げて説明したが、本発明に係る高周波モジュールおよび通信装置は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではない。上記実施の形態および実施例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態および実施例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、上記高周波モジュールおよび通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
例えば、上記実施の形態およびその実施例に係る高周波モジュールおよび通信装置において、図面に開示された各回路素子および信号経路を接続する経路の間に、別の回路素子および配線などが挿入されていてもよい。
本発明は、マルチバンド対応のフロントエンド部に配置される高周波モジュールとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F 高周波モジュール
2 アンテナ
3 RF信号処理回路(RFIC)
4 ベースバンド信号処理回路(BBIC)
5 通信装置
10 送信増幅回路
10A 電力増幅器
11、12、13 増幅素子
14 段間トランス
14a、15a 一次側コイル
14b、15b 二次側コイル
15 出力トランス
16 キャパシタ
20 低雑音増幅器
30、40 デュプレクサ
30R、40R 受信フィルタ
30T、40T 送信フィルタ
35 ダイプレクサ
35H、35L フィルタ
51、52、53、54 スイッチ
61、62、63、64 整合回路
70 半導体IC
80 PA制御回路
91 モジュール基板
91a、91b 主面
92、93 樹脂部材
95V 放熱用ビア導体
100 アンテナ接続端子
111、112 送信入力端子
115 入力端子
116 出力端子
120 受信出力端子
130 制御信号端子
150 外部接続端子
160 バンプ電極

Claims (12)

  1. 互いに対向する第1主面および第2主面を有するモジュール基板と、
    送信信号を増幅する電力増幅器と、
    第1回路部品と、
    前記電力増幅器を制御する制御回路と、を備え、
    前記電力増幅器と前記制御回路とは、前記第1主面上で積層されており、
    前記第1回路部品は、前記第2主面に配置されている、
    高周波モジュール。
  2. 前記電力増幅器は、前記第1主面上に配置され、
    前記制御回路は、前記電力増幅器上に配置されている、
    請求項1に記載の高周波モジュール。
  3. さらに、
    前記第2主面に配置された複数の外部接続端子と、
    前記電力増幅器のグランド電極に接続され、前記第1主面から前記第2主面に到る放熱用ビア導体と、を備え、
    前記放熱用ビア導体は、前記第2主面にて前記複数の外部接続端子のうちグランド電位に設定された外部接続端子と接続されている、
    請求項2に記載の高周波モジュール。
  4. 前記第1回路部品は、前記第2主面に配置された、受信信号を増幅する低雑音増幅器である、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  5. さらに、
    前記電力増幅器の入力端子側に配置された第1スイッチと、
    前記電力増幅器の出力端子側に配置された第2スイッチと、を備え、
    前記制御回路と、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチの少なくとも1つとは、1つの半導体ICに含まれており、
    前記電力増幅器と前記半導体ICとは、前記第1主面上で積層されている、
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  6. 前記制御回路に形成された第1入出力電極と、前記電力増幅器に形成された第2入出力電極とは、前記モジュール基板を経由せずに直接接続されている、
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  7. 前記電力増幅器は、
    第1増幅素子および第2増幅素子を有し、
    前記高周波モジュールは、さらに、
    第1コイルおよび第2コイルを有する出力トランスを備え、
    前記第1コイルの一端は前記第1増幅素子の出力端子に接続され、前記第1コイルの他端は前記第2増幅素子の出力端子に接続され、前記第2コイルの一端は、前記電力増幅器の出力端子に接続されており、
    前記電力増幅器および前記出力トランスは、送信増幅回路を構成している、
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の高周波モジュール。
  8. 前記出力トランスは、前記第1主面に配置され、
    前記モジュール基板を平面視した場合に、前記出力トランスと重複する前記第2主面上の領域には、回路部品は配置されていない、
    請求項7に記載の高周波モジュール。
  9. 前記出力トランスは、前記第2主面に配置され、
    前記モジュール基板を平面視した場合に、前記出力トランスと重複する前記第1主面上の領域には、回路部品は配置されていない、
    請求項7に記載の高周波モジュール。
  10. 前記出力トランスは、前記第1主面と前記第2主面との間の前記モジュール基板の内部に形成されており、
    前記モジュール基板を平面視した場合に、前記出力トランスと重複する前記第1主面上の領域および前記第2主面上の領域には、回路部品は配置されていない、
    請求項7に記載の高周波モジュール。
  11. 前記出力トランスは、前記第1主面と前記第2主面との間の前記モジュール基板の内部であって前記第1主面および前記第2主面の一方に近く形成されており、
    前記モジュール基板を平面視した場合に、前記出力トランスと重複する前記第1主面および前記第2主面の前記一方の領域には、回路部品は配置されておらず、
    前記モジュール基板を平面視した場合に、前記出力トランスと重複する前記第1主面および前記第2主面の他方の領域には、回路部品は配置されている、
    請求項7に記載の高周波モジュール。
  12. アンテナと、
    前記アンテナで送受信される高周波信号を処理するRF信号処理回路と、
    前記アンテナと前記RF信号処理回路との間で前記高周波信号を伝送する請求項1〜11のいずれか1項に記載の高周波モジュールと、を備える、
    通信装置。
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