JP5043690B2

JP5043690B2 - アンテナスイッチ回路

Info

Publication number: JP5043690B2
Application number: JP2008003114A
Authority: JP
Inventors: 浩之吉永
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: JP2009165077A

Description

本発明は、携帯電話、データ通信カード、携帯移動端末等の移動体無線通信端末に使用されるアンテナスイッチ回路に関する。

携帯電話方式には種々の通信方式があり、第２．５世代デジタル通信方式であるＧＳＭ方式、第３世代であるＣＤＭＡ方式、ＷＣＤＭＡ方式、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ方式などがある。世界各国で使用可能な携帯電話を提供するには、これらの方式相互に対応する携帯端末が必要になる。それぞれの方式では、使用される周波数帯も複数であり、ＧＳＭ方式では８５０ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯、１８００ＭＨｚ帯、１９００ＭＨｚ帯が用いられる。また、ＣＤＭＡ方式では８００ＭＨｚ帯、１９００ＭＨｚ帯、２ＧＨｚ帯が用いられる。さらに、ＷＣＤＭＡ方式では８００ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯、１５００ＭＨｚ帯、１７００ＭＨｚ帯、１９００ＭＨｚ帯、２１００ＭＨｚ帯が用いられる。

世界中のどの地域においても携帯電話サービスを受けることを可能にするには、複数の周波数帯、複数の方式に対応した携帯端末が必要であり、マルチモードマルチバンド端末が用いられる方向にある。このような複数のモード、複数の周波数帯に対応可能なベースバンドＩＣ、ＲＦＩＣなどが開発されており、これらは複数のトランシーバを内蔵したものとなっている。

一方、端末のアンテナは、これらのすべての周波数帯を１つのアンテナでカバーする方法が一般的に用いられているが、アンテナ利得をすべての周波数帯で確保することは難しく、周波数帯に応じた複数のアンテナを用いることで、アンテナ利得を高めることが可能になる。また、外部アンテナを接続したり、端末の検査を行う端子を設ける場合もある。ここでは、後者の端子を共通外部端子と呼ぶが、一種のアンテナ端子と言える。以下の説明において、単純にアンテナ端子と呼ぶときには、共通外部端子も含めて考える。

このように、複数のアンテナと複数の送受信機を相互に接続し、それを切替えるためにアンテナスイッチ回路が用いられる。アンテナスイッチ回路は、ベースバンドＩＣ、ＲＦＩＣ等からの制御信号によってアンテナと送受信端子の切り替えを実行する役目を担っており、高周波信号を切り替えるスイッチと、上記制御信号を受けスイッチ部に制御信号を伝達する制御回路あるいはロジックデコーダ回路とで構成される。

アンテナスイッチ回路におけるスイッチは、高周波スイッチとして機能するダイオードやＦＥＴなどの半導体スイッチ素子が用いられる。このスイッチは、上記制御信号に応じてＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態になり、スイッチとして機能させる。ここで、スイッチはＯＮ状態のときには低抵抗素子として振る舞い、ＯＦＦ状態では低容量素子として振舞う。以下の説明において、ＯＮ状態のときのスイッチの抵抗値をＯＮ抵抗と呼び、ＯＦＦ状態のときのスイッチの容量値をＯＦＦ容量と呼ぶ。これらのＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替えることで、必要な経路間を接続したり切断したりして、所望のアンテナ端子と入出力端子（受信端子、送信端子、送受信端子等）との切替を行う。

以下の説明のための従来例として、図４に示す４Ｐ１０Ｔ（4-Pole 10 Throw：４極１０投）型のアンテナスイッチ回路１００Ｂを取り上げる。ＳＷ１〜ＳＷ２０はダイオードやＦＥＴなどの半導体からなるスイッチである。１１１〜１１４は低周波数帯（Ｌ）用の入出力端子であり、１１１は送信端子、１１２，１１３は受信端子、１１４は送受信端子である。１２１は中周波数帯（Ｍ）用の送受信端子である。１３１〜１３５は高周波数帯（Ｈ）用の入出力端子であり、１３１は送信端子、１３２，１３３は受信端子、１３４，１３５は送受信端子である。１４１〜１４３はアンテナ端子、１５１はアンテナ端子を兼用する共通外部端子である。５００はスイッチＳＷ１〜ＳＷ２０のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路（あるいはロジックデコーダ回路）である。１６１〜１６ｐは制御回路５００への制御信号の入力端子、１７１は電源端子、１８１は接地端子である。なお、図４において、Ｌは低周波数帯、Ｍは中周波数帯、Ｈは高周波数帯、Ｃは共通、Ｒは受信、Ｔは送信、ＴＲは送受信を表す。このようなアンテナスイッチ回路１００Ｂはおそらくは現存しないが、現状技術を用いて構成した場合の特性上の問題点を考察するには適当な規模のスイッチ回路である。４Ｐ１０Ｔ型のアンテナスイッチ回路１００Ｂを、前述のようなマルチバンドマルチモード端末に適用するために各端子を割当てるとすれば、いろいろな組み合わせが考えられる。

まず、使用する方式と周波数帯として、ＧＳＭ方式４バンド、ＵＭＴＳ方式４バンドを考える。ＧＳＭ方式は世界各国の地域によって割当が様々であるが、８５０ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯、１８００ＭＨｚ、１９００ＭＨｚ帯の４バンドで、全てをカバーすることができる。ＧＳＭ送信端子は、アンテナスイッチ回路においては周波数が近い８５０ＭＨｚ帯と９５０ＭＨｚを共用するのが一般的であり、同様に１８００ＭＨｚ帯と１９００ＭＨｚ帯も共用される。これに対して受信端子は各周波数帯ごとに設けられる。これを合計すると、送受信端子として６端子あればＧＳＭ方式に対しては全てカバーできる。

一方、ＵＭＴＳ方式としては、８００ＭＨｚ帯、１５００ＭＨｚ帯、１７００ＭＨｚ帯、２１００ＭＨｚ帯を例として想定する。ＵＭＴＳ方式では別名Ｗ−ＣＤＭＡ方式が用いられ、送信と受信を同時に行う。このためアンテナスイッチ回路は周波数帯を切り替えるために用いるので、４端子を備えればよいことになる。

これらを合計すると、送受信端子として１０端子あれば、ＧＳＭ方式４バンド、ＵＭＴＳ方式４バンドに対応することができる。

アンテナ端子に関しては、使用する周波数帯によって割り当てを決め、通信方式には無関係となる。これは使用するアンテナの特性を最大限に活用するには周波数帯域が制約されるためである。例えば、４本のアンテナ端子１４１〜１４３，１５１のうちアンテナ端子１４１を８００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ（低周波数帯Ｌ）、アンテナ端子１４２を１５００ＭＨｚ帯（中周波数帯Ｍ）、アンテナ端子１４３を１７００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ（高周波数帯Ｈ）、共通外部端子１５１は全周波数帯に対応する共通端子として割り当てる場合を考える。端子番号と周波数帯には関連はなく、入れ替えて考えることにはなんら問題はない。

図４のアンテナスイッチ回路１００Ｂを概観すると、まず送信端子１１１、受信端子１１２，１１３、送受信端子１１４は、アンテナ端子１４１と共通外部端子１５１の２つと、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ５〜ＳＷ８によって、それぞれ接続可能である。また、送受信端子１２１は、アンテナ端子１４２と共通外部端子１５１の２つと、スイッチＳＷ９，ＳＷ１０によって、それぞれ接続可能である。さらに、送信端子１３１、受信端子１３２，１３３、送受信端子１３４，１３５は、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５，ＳＷ１６〜ＳＷ２０によって、アンテナ端子１４３と共通外部端子１５１の２つと、それぞれ接続可能である。このように送信端子、受信端子、送受信端子のそれぞれは、どれか１つのアンテナ端子と共通外部端子１５１の２つと接続可能になっている。

上記の構成について、アンテナ端子を基準にして考えると、アンテナ端子１４１には送信端子１１１、受信端子１１２，１１３、送受信端子１１４の合計４つの端子が接続可能である。アンテナ端子１４２には送受信端子１２１のみが接続可能である。アンテナ端子１４３には送信端子１３１、受信端子１３２，１３３、送受信端子１３４，１３５の合計５つの端子が接続可能である。共通外部端子１５１は上記と異なり、送信端子、受信端子、送受信端子の全ての端子と接続が可能である。

共通外部端子１５１のように、多くの端子と接続できるということは、使用上の利便性があるが、電気的特性上は問題がある。以下その問題点について詳述する。

図５は図４に示した従来例のアンテナスイッチ回路１００Ｂのうち、送信端子１１１を入力とし、共通外部端子１５１を出力とする通過経路の等価回路である。通過経路上に直列に存在するスイッチＳＷ５はＯＮ状態となるため、等価的にはＯＮ抵抗を表す抵抗Ｒ５で表すことができる。送信端子１１１から見て、非通過経路となるアンテナ端子１４１との間のスイッチＳＷ１はＯＦＦ状態となるため、ＯＦＦ容量を示すキャパシタＣ１で表すことができる。一方、共通外部端子１５１から見て非通過経路となるのは、送信端子１１１以外の９個の端子１１２〜１１４，１２１，１３１〜１３５の全てとなるので、ここに９つのスイッチＳＷ６〜ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１６〜ＳＷ２０のＯＦＦ容量を示すキャパシタＣ６〜Ｃ８，Ｃ１０，Ｃ１６〜Ｃ２０が並列接続した等価回路として表すことができる。

ここで簡単のために、全てのスイッチは同じ回路定数で設計するものとして以下考察を進める。スイッチとして、ＧａＡｓＦＥＴを用いるものとするならば、ＯＦＦ状態である１つのスイッチのＯＦＦ容量は、一般的には微小であり、高々０．１ｐＦから０．３ｐＦ程度の値である。しかし、図５に示すように、このような容量が９個も並列付加される場合には、到底無視できない容量になる。スイッチの電気的特性は、通過経路のＯＮ抵抗と非通過経路のＯＦＦ容量によって決定される。ＯＦＦ容量が２ｐＦ程度の大きさとなると、２ＧＨｚにおけるリアクタンスはわずかｊ４０Ωと低くなってしまい、特性インピーダンス５０Ω以下となる。これは、アンテナスイッチ回路１００Ｂの外部において十分な整合をとらないと、大きな反射損失とそれに伴う通過損失の原因となる。また、たとえ整合をとるとしても損失の増加は避けられない。さらにひずみ特性の劣化もある。

アンテナスイッチ回路には、送信電力をアンテナに供給する部分で用いるために、非常に高い送信電力が入力される。例えば、ＧＳＭ８５０ＭＨｚ、ＧＳＭ９００ＭＨｚモードでは、最大３５ｄＢｍ（約３．１６Ｗ）がアンテナスイッチ回路に供給される。このような大電力を入力した際に、スイッチの微小な非線形性によって送信信号がひずみ、入力信号周波数の整数倍の周波数においてスプリアスとなる高調波ひずみを発生する。高調波ひずみ信号は、相当する周波数帯を使用する他のアプリケーションへの妨害波となるため、発生量は規制されている。

高調波ひずみはＯＮ抵抗の非線形性とＯＦＦ容量の非線形性によって発生するが、特にＯＦＦ容量の非線形性によって発生する高調波ひずみは、ＯＦＦ容量の増加とともに増加する。しかも、高調波の次数が高いほどＯＦＦ容量の増加に対する増加量が増すため、ＯＦＦ容量は極力少ないことが好ましい。図５に示した接続例は、送信端子１１１を送信入力端子としたが、送受信端子１１４と共通外部端子１５１を接続する場合でも状況は同じであり、ＯＦＦ容量は変わらない。

ＵＭＴＳ方式においては、ＧＳＭ方式と比べると送信電力は低いため、それに伴い高調波ひずみの発生は軽減されるが、クロスモジュレーションが問題となる。ＵＭＴＳ方式では前記のように同時送受信を行う。この場合、アンテナスイッチ回路としては、１つの送受信端子とアンテナ端子を接続し、送受信端子に別途接続するデユープレクサにより送信周波数帯と受信周波数帯を分離する。送信周波数信号はデユープレクサにより遮断されるとともに、周波数が受信周波数と異なるために、通常は受信妨害は発生しない。

しかし、アンテナ端子から妨害信号が流入する場合には、受信妨害を発生する場合がある。送信周波数をｆtx、受信周波数をｆrxとし、ａ、ｂを自然数としたときに、｜ａ・ｆtx±ｂ・ｆrx｜に相当する周波数信号が存在し、アンテナスイッチ回路に流入し、同時に送信周波数信号を送信していると、アンテナスイッチ回路の非線形性により受信周波数帯の妨害信号を発生する。

これを帯域外ブロッキングと言い、電気的仕様はＩＭＤ（Intermodulation Distortion）特性として、ＵＭＴＳ用途ではアンテナスイッチ回路に課せられており、重要である。このようなＩＭＤ特性は、やはり通過経路にあるＯＮ状態のスイッチのＯＮ抵抗の非線形性と、ＯＦＦ状態のスイッチのＯＦＦ容量によって決定し、ＯＦＦ容量が大きいほど悪化する。アンテナスイッチ回路のＯＮ抵抗とＯＦＦ容量は、使用するデバイス特性によって決まる。双方がトレードオフ関係となるため、一方だけを減少させることはデバイスを変更することに相当し難易度が高い。

上記のひずみ特性を改善する方法としては、スイッチのサイズを拡大し、ＯＮ抵抗を下げるとともに、スイッチを直列接続し、結果としてＯＮ抵抗、ＯＦＦ容量は一定とするが、スイッチ１個あたりに印加される電力の比率を下げることで、軽減効果が得られる。しかし、このような方法では、スイッチ全体の大きさが増大し、コスト上の制約を受けることになる。また供給電圧を上げ、１つのスイッチをバイアスする電圧を上げることでも改善効果は得られるが、スイッチにかけられる電圧は、デバイス特性上の制約があるため、限度はある。現状技術では、上記のスイッチのサイズ拡大と直列接続による方法、供給電圧を上げる方法でも、４Ｐ１０Ｔ型のアンテナスイッチ回路を実現する上では、電気特性上は不満足な特性しか得られない。

上記のように、マルチバンドマルチモードのアンテナスイッチ回路においては、共通外部端子１５１には、送信、受信、送受信のすべての端子と接続できる状態に設計されるため、この共通外部端子１５１を使用する場合には、挿入損失特性はもとより、重要な特性であるひずみ特性が大幅に悪化し、必要な電気的特性を満足することが困難になるという問題があつた。

本発明は上記問題点を解消し、アンテナ端子を通過経路とする場合におけるひずみ特性を向上させたマルチバンドマルチモードのアンテナスイッチ回路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、請求項１にかかる発明は、ｎ個（ｎは２以上の正の整数）の入出力端子群と、ｎ個のアンテナ端子と、アンテナ端子ともなる１個の共通外部端子と、１個の個別共通端子を有するｎ個の個別スイッチ回路と、１個の共通外部端子切替スイッチ回路とを備え、前記ｎ個の個別スイッチ回路のそれぞれは、前記ｎ個の入出力端子群の内の割り当てられた１個の入出力端子群と前記ｎ個のアンテナ端子の内の割り当てられた１個のアンテナ端子との間を切替接続する第１のスイッチ群と、前記割り当てられた１個の入出力端子群と当該個別スイッチ回路の前記１個の個別共通端子との間を接続切替する第２のスイッチ群とを有し、前記１個の共通外部端子切替スイッチ回路は、前記ｎ個の個別スイッチ回路のそれぞれの前記個別共通端子と前記１個の共通外部端子との間を接続切替するｎ個のスイッチからなる第３のスイッチ群を有する、ことを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のアンテナスイッチ回路において、前記入出力端子群は、送信端子、受信端子、送受信端子の内の少なくともいずれか１つを含み、前記第１、第２および第３のスイッチ群は、１又は２以上のスイッチからなることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のアンテナスイッチ回路において、前記第１、第２および第３のスイッチ群のスイッチは、電界効果トランジスタ又はダイオードからなることを特徴とする。

本発明によれば、共通外部端子と周波数帯毎に設けられた各入出力端子群との間の経路に、個別スイッチ回路と共通外部端子切替スイッチ回路とが直列に介在する構成であるので、通過損失特性およびひずみ特性を向上させることができる。

図１に本発明の１つの実施例のアンテナスイッチ回路１００の構成を示す。このアンテナスイッチ回路１００は、送信、受信又は送受信用のｊ個の端子からなる入出力端子群１１０、送信、受信又は送受信用のｋ個の端子からなる入出力端子群１２０、・・・、送信、受信又は送受信用のｍ個の端子からなる入出力端子群１ｎ０を、ｎ個のアンテナ端子群１４０と１個の共通外部端子１５１に対して、接続切替を行うものである。アンテナ端子群１４０の各端子と共通外部端子１５１には、使用周波数帯に応じて個別に割り当てられたアンテナが接続されることになる。このアンテナスイッチ回路１００には、ｎ個の個別スイッチ回路２００−１，２００−２，・・・，２００−ｎと、１個の共通外部端子切替スイッチ回路４００と、１個の制御回路５００が配置される。

１番目の個別スイッチ回路２００−１は、ＤＰｊＴ（Double Pole j Throw：双極ｊ投）型又はＳＰｊＴ（Single Pole j Throw：単極ｊ投）型のスイッチ回路であり、入出力端子群１１０に接続された個別送信、個別受信又は個別送受信用のｊ個の端子からなる個別入出力端子端子群２１０のいずれかの端子を、個別アンテナ端子３１１又は個別共通端子３１２に切替接続する。

２番目の個別スイッチ回路２００−２は、ＤＰｋＴ（Double Pole k Throw：双極ｋ投）型又はＳＰｋＴ（Single Pole k Throw：双極ｋ投）型のスイッチ回路であり、端子群１２０に接続された個別送信、個別受信又は個別送受信用のｋ個の端子からなる個別入出力端子群２２０のいずれかの端子を、個別アンテナ端子３２１又は個別共通端子３２２に切替接続する。

ｎ番目の個別スイッチ回路２００−ｎは、ＤＰｍＴ（Double Pole m Throw：双極ｍ投）型又はＳＰｍＴ（Single Pole m Throw：双極ｍ投）型のスイッチ回路であり、端子群１ｎ０に接続された個別送信、個別受信又は個別送受信のｍ個の端子からなる個別入出力端子群２ｎ０のいずれかの端子を、個別アンテナ端子３ｎ１又は個別共通端子３ｎ２に切替接続する。

共通外部端子切替スイッチ回路４００は、ＳＰｎＴ（Single Pole n Throw：双極ｎ投）型のスイッチ回路で構成され、共通外部端子１５１と各個別共通端子３１２，３２２，・・・，３ｎ２との切替接続を行う。

これらの各個別スイッチ回路２００−１，２００−２，・・・，２００−ｎと共通外部端子切替スイッチ回路４００は、すべて外部制御信号が入力する制御回路５００によって内部のスイッチが直接切り替えられる。なお、制御端子１６１，１６２，・・・，１６ｐに印加する制御信号を制御回路５００にてデコードすることで、制御端子１６１，１６２，・・・，１６ｐを少ない数に抑えて、各スイッチを制御することもできる。

図２は図１に示したアンテナスイッチ回路１００を具体的化した構成を示すものであり、図４に示した従来例と同じく、送信、受信、送受信用の端子１１１〜１１３，１２１，１３１〜１３５をアンテナ端子１４１〜１４３、共通外部端子１５１に切替接続する４Ｐ１０Ｔ型のアンテナスイッチ回路１００Ａの構成例である。

この４Ｐ１０Ｔ型のアンテナスイッチ回路１００Ａは、４つのスイッチ回路ブロックを備える。個別スイッチ回路２００−１は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８を備えるＤＰ４Ｔ（Double Pole 4 Throw：双極４投）型からなり、個別スイッチ回路２００−２は、スイッチＳＷ９〜ＳＷ１０を備えるＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw：単極双投）型からなり、個別スイッチ回路２００−３は、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ２０を備えるＤＰ５Ｔ（Double Pole 5 Throw:双極５投)型からなる。また、共通外部端子切替スイッチ回路４００は、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２３を備えるＳＰ３Ｔ（Single Pole 3 Throw：単極３投）型からなる。

ここで、個別スイッチ回路２００−１は、アンテナ側の端子として個別アンテナ端子３１１と個別共通端子３１２を有し、送受信側の端子として個別送信端子２１１、個別受信端子２１２、個別受信端子２１３、個別送受信端子２１４を有する。この個別スイッチ回路２００−１は、同じ周波数帯を使うアンテナおよび送受信端子を１つの小分けしたスイッチにまとめたものとなっている。ここでは、８５０ＭＨｚ、９００ＭＨｚ帯の低い周波数（Ｌ）を想定した例であるが、この部分の構成は周波数帯を限定するものではない。個別アンテナ端子３１１はアンテナ端子１４１に接続され、個別送信端子２１１は送信端子１１１に、個別受信端子２１２は受信端子１１２に、個別受信端子２１３は受信端子１１３に、個別送受信端子２１４は送受信端子１１４に、それぞれ接続されている。個別共通端子３１２については後述する。

個別スイッチ回路２００−２は、アンテナ側の端子として個別アンテナ端子３２１と個別共通端子３２２を有し、送受信側の端子として個別送受信端子２２１を有する。この個別スイッチ回路２００−２も、前記個別スイッチ回路２００−１と同様に、同じ周波数帯を使うアンテナおよび送受信端子を小分けしたスイッチにまとめたものとなっている。ここでは、１５００ＭＨｚ帯のように中間周波数（Ｍ）を想定した例であるが、この部分の構成も周波数帯を限定するものではない。個別アンテナ端子３２１はアンテナ端子１４２に接続され、個別送受信端子２２１は送受信端子１２１に接続されている。個別共通端子３２２については後述する。

個別スイッチ回路２００−３は、アンテナ側の端子として個別アンテナ端子３３１と個別共通端子３３２を有し、個別送信端子２３１、個別受信端子２３２、個別受信端子２３３、個別送受信端子２３４、個別送受信端子２３５を有する。この個別スイッチ回路２００−３も、前記個別スイッチ回路２００−１，２００−２と同様に、同じ周波数帯を使うアンテナおよび送受信端子を小分けしたスイッチにまとめたものとなっている。ここでは、１７００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚまでの高い周波数帯（Ｈ）を想定した例であるが、この部分の構成も周波数帯を限定するものではない。個別アンテナ端子３３１はアンテナ端子１４３に接続され、個別送信端子２３１は送信端子１３１に、個別受信端子２３２は受信端子１３２に、個別受信端子２３３は受信端子１３３に、個別送受信端子２３４は送受信端子１３４に、個別送受信端子２３５は送受信端子１３５に、それぞれ接続されている。個別共通端子３３２については次に述べる。

共通外部端子切替スイッチ回路４００は、個別スイッチ回路２００−１の個別共通端子３１２、個別スイッチ回路２００−２の個別共通端子３２２、個別スイッチ回路２００−３の個別共通端子３３２を切り替えて、共通端子４０１から共通外部端子１５１に接続するものである。

以上のように、全体としての構成は４Ｐ１０Ｔ型のアンテナスイッチ回路であるが、内部構成としてはＤＰ４Ｔ型の個別スイッチ回路２００−１、ＳＰＤＴ型の個別スイッチ回路２００−２、ＤＰ５Ｔ型の個別スイッチ回路２００−３、およびＳＰ３Ｔ型の共通外部端子切替スイッチ回路４００に分割して、構成していることが特徴である。このような構成を選択することの利点は、送信、受信又は送受信端子のそれぞれを共通外部端子１５１に接続する場合のアンテナスイッチから発生するひずみを従来に比べて軽減できることである。

前述のように、アンテナスイッチ回路の電気的特性は、通過経路上に直列接続されるＯＮ状態のスイッチのＯＮ抵抗特性と、接続されるアンテナ端子、送信、受信又は送受信端子から見た非通過経路へのＯＦＦ状態のスイッチのＯＦＦ容量特性によって決定される。特に共通外部端子１５１は、送信、受信および送受信端子の全てとの接続が要求されるため、図４に示した従来例の構成では、図５に示した等価回路のようにＯＦＦ容量が過大になり、通過損失特性、ひずみ特性が大幅に悪化するという問題があった。

これに対し、図１、図２に示した本発明による構成例では、上記問題となったＯＦＦ容量を約半分に軽減できる。図３は図２の本発明実施例に対して、共通外部端子１５１と送信端子１１１を接続する場合の等価回路図である。これは図５に示した従来例と同等の接続状態に相当する。

まず、共通外部端子１５１から見ると、共通外部端子１５１に接続される非通過経路となるスイッチは、スイッチＳＷ２２とスイッチＳＷ２３であり、これらをＯＦＦ容量で表したものが、図３に示すキャパシタＣ２２およびキャパシタＣ２３である。共通外部端子１５１と個別共通端子３１２との間のスイッチＳＷ２１はＯＮ状態であり、これはＯＮ抵抗Ｒ２１で表すことができる。個別共通端子３１２には、非通過経路となる個別受信端子２１２へのスイッチＳＷ６、個別受信端子２１３へのスイッチＳＷ７、個別送受信端子２１４へのスイッチＳＷ８がＯＦＦ状態であり、これらは３個のＯＦＦ容量にて表すことができ、それぞれキャパシタＣ６、キャパシタＣ７、キャパシタＣ８が該当する。個別共通端子３１２と個別送信端子２１１間のスイッチＳＷ５はＯＮ状態であり、ＯＮ抵抗Ｒ５で表すことができる。個別送信端子２１１には非通過経路となるアンテナ端子１４１へのスイッチＳＷ１がＯＦＦ状態であり、キャパシタＣ１による１個のＯＦＦ容量で表すことができる。

図２の本発明の実施例と図４の従来例をそれぞれの等価回路である図３と図５にて比較すると、本発明においては直列ＯＮ抵抗は２個（Ｒ５，Ｒ２１）に増加しているものの、ＯＦＦ容量は６個（Ｃ１，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８，Ｃ２２，Ｃ２３）と約半分に減少していることがわかる。通過損失特性について考察すると、ＯＮ抵抗増加分による通過損失の増加は避けられないが、ＯＦＦ容量の低減による通過損失の改善効果が見込めることになり、これらはほぼ相殺される。

なお、ＯＦＦ容量による不整合損失は、アンテナスイッチ回路の外部においてインダクタンスなどによる整合で補償はできるが、この整合に伴う損失が新たに発生するので、ＯＦＦ容量に伴う不整合損失は少ないほうがアンテナスイッチ回路としての損失は低減できる。これは、特に周波数が高い場合には効果的な方法であり、本発明による方法は従来例と比較して同等か、やや損失低減が可能となる。

本発明によるその他の有用な効果は、ひずみ特性の低減である。これまで述べてきたように、共通外部端子１５１を通過経路とする場合には、従来例ではＯＦＦ容量数が非常に多いため、これに伴うひずみの発生量が大きい。通常のアンテナスイッチ回路の設計ではＯＮ抵抗の非線形性とＯＦＦ容量の非線形性のトレードオフがある関係で、双方によるひずみ発生量を考慮してそれぞれＯＮ抵抗、ＯＦＦ容量の値を設計することになるが、実際の設計上はＯＮ抵抗の非線形性をまず確保するように設計される。そのため、通過経路上にある直列スイッチ数の増加に対しては感度は低く設計されることになる。この場合、ＯＦＦ容量の非線形性がひずみの発生量を決定する主要要因になる。従って、ＯＦＦ容量が少なくなる設計方法を選択すれば、ひずみ発生量を低減できることになる。

本発明では、このような発想から、通過経路に対して直接接続される非通過経路数を極力少なくでき、それによりＯＦＦ容量を低減してアンテナスイッチ回路を構成することができるため、ひずみの発生が少ないアンテナスイッチ回路を提供できるようになる。

図６は、本発明による図２に示す４Ｐ１０Ｔ型のアンテナスイッチ回路１００Ａの構成例と図４に示す従来例による同構成のアンテナスイッチ回路１００Ｂの損失特性（Ｓ２１）をシミュレーションにより比較したものである。シミュレーションには、スイッチとして、現状存在するＧａＡｓＦＥＴプロセスにおける標準的な単位ゲート幅当たりＯＮ抵抗２Ω／ｍｍ、単位ゲート幅当たりＯＦＦ容量０．１５ｐＦ／ｍｍを用いた。

周波数１ＧＨｚ付近では、本発明による実施例では損失０．６ｄＢとなり、従来例による損失０．４ｄＢに比べてやや劣るが、周波数が高くなると１．５ＧＨｚにおいて、本発明による実施例と従来例による損失は同じ値になり、特性曲線は交差している。さらに高い周波数では、本発明による実施例のほうが、従来例よりも損失は低くなり、２ＧＨｚにおいては、本発明が０．７７ｄＢであるのに対し、従来例では０．９１ｄＢ、３ＧＨｚにおいては、本発明が１．０５ｄＢであるのに対し、従来例では１．６２ｄＢとなっている。このように、本発明による実施例は、従来例に比べて特に周波数が高い場合に大幅に通過損失が改善できることがわかる。

一方、図７は高調波ひずみ特性のシミュレーションによる比較を実施している。図７は入力電力Ｐｉｎに対する第３次高調波特性を示している。従来例においては、３５ｄＢｍ入力において高調波発生量は−６９ｄＢｃとなるが、本発明の実施例においては、同入力電力において高調波発生量は−７４ｄＢｃと５ｄＢ改善されている。これは、ＯＦＦ容量を低減した効果によりＯＦＦ容量の非線形性も改善されていることを示している。

このように本発明によれば、送信、受信および送受信の全端子と接続されることが要求される共通端子１５１において、通過損失特性は同等か周波数が高くなると向上させることができ、なおかつ、ひずみ特性も大幅に改善することができる。これにより、高性能なアンテナスイッチ回路を構成することができる。使用される通信モードや周波数帯が追加されるとアンテナスイッチ回路は複雑化するが、本発明による方法では、これによりアンテナスイッチ回路の特性が低下するのを防ぐことが可能になる。

本発明は、ここで例示した４Ｐ１０Ｔ型のアンテナスイッチ回路に限定するものではなく、また内部で小分けしたスイッチ回路の構成も、ここで例示したＤＰ４Ｔ型スイッチ回路、ＳＰＤＴ型スイッチ回路、ＤＰ５Ｔ型スイッチ回路、ＳＰ３Ｔ型スイッチ回路などに限定されるものではない。アンテナに割り当てられた周波数帯毎に内部スイッチ回路、送信、受信、送受信端子を周波数帯毎に分割した個別スイッチ回路を設けて、個別スイッチ回路の共通外部端子と接続される端子をさらに別の共通外部端子切替スイッチ回路で合成して共通外部端子１５１に接続する点が特徴である。

本発明による１つの実施例のアンテナスイッチ回路の構成を示すブロック図である。図１のアンテナスイッチ回路を具体化した４Ｐ１０Ｔ型のアンテナスイッチ回路の回路図である。図２に示すアンテナスイッチ回路の送信端子１１１−共通外部端子１５１を通過経路とする場合の等価回路図である。従来例による４Ｐ１０Ｔ型のアンテナスイッチ回路の構成を示す回路図である。図４に示すアンテナスイッチ回路の送信端子１１１−共通外部端子１５１を通過経路とする場合の等価回路図である。図２に示すアンテナスイッチ回路と図４に示す従来例のアンテナスイッチ回路の通過損失のシミュレーション特性図である。図２に示すアンテナスイッチ回路と図４に示す従来例のアンテナスイッチ回路の第３次高調波発生電力比のシミュレーション特性図である。

符号の説明

１００，１００Ａ，１００Ｂ：アンテナスイッチ回路
２００−１，２００−２，２００−ｎ：個別スイッチ回路
４００：共通外部端子切替スイッチ回路
５００：制御回路
１１０：入出力端子群（ｊ個）、１１１：送信端子、１１２，１１３：受信端子、１１４：送受信端子
１２０：入出力端子群（ｋ個）、１２１：送受信端子
１３１：送信端子、１３２，１３３：受信端子、１３４，１３５：送受信端子
１ｎ０：入出力端子群（ｍ個）
１４０：アンテナ端子群、１４１〜１４３：アンテナ端子
１５１：共通外部端子
１６１〜１６ｐ：制御端子
１７１：電源端子
１８１：接地端子
２１０：個別入出力端子群（ｊ個）、２１１：個別送信端子、２１２，２１３：個別受信端子、２１４：個別送受信端子
２２０：個別入出力端子群（ｋ個）、２２１：個別送受信端子
２３１：個別送信端子、２３２，２３３：個別受信端子、２３４，２３５：個別送受信端子
２ｎ０：個別入出力端子群（ｍ個）
３１１，３２１，３３１，３ｎ１：個別アンテナ端子、３１２，３２２，３３３，３ｎ２：個別共通端子
４０１：共通端子

Claims

ｎ個（ｎは２以上の正の整数）の入出力端子群と、ｎ個のアンテナ端子と、アンテナ端子ともなる１個の共通外部端子と、１個の個別共通端子を有するｎ個の個別スイッチ回路と、１個の共通外部端子切替スイッチ回路とを備え、
前記ｎ個の個別スイッチ回路のそれぞれは、前記ｎ個の入出力端子群の内の割り当てられた１個の入出力端子群と前記ｎ個のアンテナ端子の内の割り当てられた１個のアンテナ端子との間を切替接続する第１のスイッチ群と、前記割り当てられた１個の入出力端子群と当該個別スイッチ回路の前記１個の個別共通端子との間を接続切替する第２のスイッチ群とを有し、
前記１個の共通外部端子切替スイッチ回路は、前記ｎ個の個別スイッチ回路のそれぞれの前記個別共通端子と前記１個の共通外部端子との間を接続切替するｎ個のスイッチからなる第３のスイッチ群を有する、
ことを特徴とするアンテナスイッチ回路。
請求項１に記載のアンテナスイッチ回路において、
前記入出力端子群は、送信端子、受信端子、送受信端子の内の少なくともいずれか１つを含み、前記第１、第２および第３のスイッチ群は、１又は２以上のスイッチからなることを特徴とするアンテナスイッチ回路。
請求項１又は２に記載のアンテナスイッチ回路において、
前記第１、第２および第３のスイッチ群のスイッチは、電界効果トランジスタ又はダイオードからなることを特徴とするアンテナスイッチ回路。