(57)【要約】【課題】  小型のダイオードスイッチを提供する。【解決手段】    第１の回路、第２の回路および第３の回路に接続し、第１の回路と第３の回路との接続、および第２の回路と第３の回路との接続を切り換えるためのダイオードスイッチであり、第１の回路と第３の回路との間に接続した第１のダイオードと、第３の回路と第２の回路との間に接続した伝送線路と、伝送線路の第２の回路側に接続し、コンデンサを介して接地した第２のダイオードを具備し、伝送線路は、積層素体に内蔵し少なくとも２層に形成したライン電極で形成し、ライン電極はスルーホール電極を介して接続した。【選択図】      図１
2006081212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回路、第２の回路および第３の回路に接続され、前記第１の回路と前記第３の回路との接続、および前記第２の回路と前記第３の回路との接続を切り換えるためのダイオードスイッチであって、前記第１の回路と前記第３の回路との間に接続される第１のダイオードと、前記第３の回路と前記第２の回路との間に接続される伝送線路と、前記伝送線路の前記第２の回路側に接続され、コンデンサを介して接地される第２のダイオードを具備し、
前記伝送線路は、積層素体に内蔵され少なくとも２層に形成されたライン電極で形成され、前記ライン電極はスルーホール電極を介して接続することを特徴とするダイオードスイッチ。
【請求項２】
異なる層に形成されるライン電極は、電流の向きが同方向となるように積層素体内に配置されることを特徴とする請求項１に記載のダイオードスイッチ。
【請求項３】
隣り合うライン電極は、投影的に見て重複する部分を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のダイオードスイッチ。
【請求項４】
前記伝送線路のライン長が、前記伝送線路を通過する信号の１／４波長よりも短いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のダイオードスイッチ。
【請求項５】
前記第１のダイオードは、前記第１の回路側にカソードが接続され、前記第３の回路側にアノードが接続され、前記第２のダイオードは、前記伝送線路の前記第２の回路側にカソードが接続され、アノードがコンデンサを介して接地され、前記第２のダイオードと前記コンデンサとの間にコントロール回路を接続するようになし、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとが前記伝送線路を介して直列に接続されており、前記コントロール回路から与えられる電圧により前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとをＯＮ状態として、前記第１の回路と前記第３の回路とを接続することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のダイオードスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ回路に関わり、ディジタル携帯電話などの高周波回路において、信号の伝送経路を切り換えるための高周波スイッチ回路に適用されるダイオードスイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ディジタル携帯電話などのスイッチ回路は、図６に示すように、アンテナと受信回路との伝送経路および送信回路とアンテナとの伝送経路を切り換えるのに使用される。
【０００３】
また、このスイッチ回路としては、受信ダイバーシチ方式を採用している電話などにおいて、受信回路と第１のアンテナとの伝送経路および受信回路と第２のアンテナとの伝送経路を切り換えるのにも使用される。また同様に、送信ダイバーシチ方式を採用している携帯電話用の基地局などの場合、送信回路と第１のアンテナとの伝送経路および送信回路と第２のアンテナとの伝送経路を切り換えるのに使用される。
【０００４】
また、このスイッチ回路は、車載用ブースターなどとの外部接続用端子を持つ携帯電話などの内部回路と上記端子への経路との切換や、携帯電話用の基地局などの複数チャネルの切換用としても用いられる。
【０００５】
以下、図７に示すスイッチ回路を用いて、詳細に説明する。このスイッチ回路は、アンテナＡＮＴ、送信回路ＴＸ、受信回路ＲＸに接続される。送信回路ＴＸには、第１のコンデンサＣ１を介して第１のダイオードＤ１のアノードが接続され、第１のダイオードＤ１のカソードには、第３のコンデンサＣ３を介してアンテナＡＮＴに接続される。アンテナＡＮＴには、第３のコンデンサＣ３、第２の伝送線路ＴＬ２、第４のコンデンサＣ４の直列回路を介して受信回路ＲＸに接続される。また第１のダイオードＤ１のアノードは、第１の伝送線路ＴＬ１と第２のコンデンサＣ２の直列回路を介して接地される。さらに、第１の伝送線路ＴＬ１と第２のコンデンサＣ２の中間には、抵抗Ｒ１を介してコントロール回路ＶＣ１が接続される。また第２の伝送線路ＴＬ２と第４のコンデンサＣ４の中間には、第２のダイオードＤ２のアノードが接続され、第２のダイオードＤ２のカソードは、第５のコンデンサＣ５を介して接地される。さらに、第２のダイオードＤ２のカソードと第５のコンデンサＣ５の中間には、抵抗Ｒ２を介してコントロール回路ＶＣ２が接続される。ここで抵抗Ｒ１を介して接続されるコントロール回路ＶＣ１および抵抗Ｒ２を介して接続されるコントロール回路ＶＣ２は、スイッチ回路を切り換えるための回路である。
【０００６】
図７に示すスイッチ回路において、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴとを接続する場合、コントロール回路ＶＣ１から正の電圧が、コントロール回路ＶＣ２から０の電圧が与えられる。コントロール回路ＶＣ１から与えられた正の電圧は、第１から第５までのコンデンサによって直流分がカットされ、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２を含む回路にのみ印加され、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２がＯＮ状態になる。第１のダイオードＤ１がＯＮ状態になることによって、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴと間の伝送経路のインピーダンスが低くなり接続される。一方ＯＮ状態になった第２のダイオードＤ２および第５のコンデンサによって、第２の伝送線路ＴＬ２が高周波的に接地されることにより共振して、第１のダイオードＤ１のカソードと第３のコンデンサＣ３と第２の伝送線路ＴＬ２との接続点から受信回路ＲＸ側を見たインピーダンスが非常に大きくなり、アンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとの伝送経路は接続されない。このとき、送信回路ＴＸからの送信信号が受信回路ＲＸに漏洩することなく、アンテナＡＮＴに伝送されることになる。
【０００７】
一方アンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとを接続する場合には、コントロール回路ＶＣ２から正または０の電圧が、コントロール回路ＶＣ１から０の電圧が与えられることにより、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２がＯＦＦ状態になる。第１のダイオードＤ１がＯＦＦ状態になることによって、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴと間の伝送経路のインピーダンスが高くなり接続されない。またＯＦＦ状態になった第２のダイオードＤ２によって、第２の伝送線路ＴＬ２を介してアンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとの伝送経路が接続される。このとき、アンテナＡＮＴからの受信信号が送信回路ＴＸに漏洩することなく、受信回路ＲＸに伝送されることになる。上述のようにして、コントロール回路ＶＣ１およびコントロール回路ＶＣ２から与えられる電圧をコントロールすることによって、スイッチ回路を切り換えて、送受信を行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図８は、図７に示すような回路を有する従来のスイッチ回路の一例を示す分解斜視図である。このスイッチ回路は、積層素体を含み、第１の伝送線路ＴＬ１となる第１のライン電極３１および第２の伝送線路ＴＬ２となる第２のライン電極３２、誘電体を介して第１のライン電極３１および第２のライン電極３２を挟むように第１のアース電極４１および第２のアース電極１１や多数のランドおよび一番上の誘電体層５０には第１のダイオードＤ１をはじめとする表面実装部品が配置されている。
【０００９】
このスイッチ回路は、第１のライン電極３１および第２のライン電極３２として、送信信号や受信信号の波長の１／４の長さを持つ２本の伝送線路が必要であり、従来は特開平７−２０２５０２、７−２０２５０４等に開示されているように、積層素体内の同一の層上にそれぞれ形成されている。積層素体の誘電率にもよるが、上記伝送線路は数１０ｍｍ程度になるため、小型化に限界があった。
【００１０】
また特開平７−２０２５０３等に開示されているように、第１のライン電極および第２のライン電極を積層素体内の異なる層上に形成した場合、図９に示すように第１のライン電極３１および第２のライン電極１２とがお互いに干渉しないように、第１のライン電極３１を形成した誘電体層３０および第２のライン電極１２を形成した誘電体層１０の間にシールド電極２１が形成された誘電体層２０を設ける必要があり、全体として積層素体の層数を増加させ生産コストを増大させることになる。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題点を解決し、小型のダイオードスイッチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第１の回路、第２の回路および第３の回路に接続され、前記第１の回路と前記第３の回路との接続、および前記第２の回路と前記第３の回路との接続を切り換えるためのダイオードスイッチであって、前記第１の回路と前記第３の回路との間に接続される第１のダイオードと、前記第３の回路と前記第２の回路との間に接続される伝送線路と、前記伝送線路の前記第２の回路側に接続され、コンデンサを介して接地される第２のダイオードを具備し、前記伝送線路は、積層素体に内蔵され少なくとも２層に形成されたライン電極で形成され、前記ライン電極はスルーホール電極を介して接続することを特徴とするダイオードスイッチである。
本発明において、異なる層に形成されるライン電極は、電流の向きが同方向となるように積層素体内に配置するのが好ましい。また、隣り合うライン電極は、投影的に見て重複する部分を有するのも好ましい。また、前記伝送線路のライン長が、前記伝送線路を通過する信号の１／４波長よりも短いことも特徴とする。
【００１３】
また本発明のダイオードスイッチは、前記第１のダイオードのカソードを前記第１の回路側に接続し、アノードを前記第３の回路側に接続し、前記第２のダイオードのカソードを前記伝送線路の前記第２の回路側に接続し、アノードをコンデンサを介して接地し、前記第２のダイオードと前記コンデンサとの間にコントロール回路を接続するようになし、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとを、前記伝送線路を介して直列に接続し、前記コントロール回路から与えられる電圧により前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとをＯＮ状態として、前記第１の回路と前記第３の回路とを接続することも特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ダイオードスイッチの伝送線路のライン長を短く構成出来るので小型のダイオードスイッチを構成出来る。これにより、スイッチ回路を装着する携帯電話あるいは高周波回路の小型化が達成される。また、ダイオードの接続方向を従来と比べて逆にすることで、挿入損失、アイソレーション特性を改善したダイオードスイッチとすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る一実施例のダイオードスイッチの等価回路図を図２に示す。このダイードスイッチは、アンテナＡＮＴ、送信回路ＴＸ、受信回路ＲＸに接続されている。送信回路ＴＸには、コンデンサＣ１を介して第１のダイオードＤ１のカソードが接続され、第１のダイオードＤ１のアノードは、コンデンサＣ３を介してアンテナＡＮＴに接続される。アンテナＡＮＴには、コンデンサＣ３、第２の伝送線路Ｌ２、コンデンサＣ４の直列回路を介して受信回路ＲＸが接続される。
【００１６】
また第１のダイオードＤ１のカソードには、第１の伝送線路Ｌ１とコンデンサＣ６が接続され、それらがコンデンサＣ２を介して接地される。さらに、第１の伝送線路Ｌ１とコンデンサＣ２の中間には、抵抗Ｒ１を介してコントロール回路ＶＣ１が接続される。また第２の伝送線路Ｌ２とコンデンサＣ４の中間には、第２のダイオードＤ２のカソードが接続され、第２のダイオードＤ２のアノードは、コンデンサＣ５を介して接地される。さらに、第２のダイオードＤ２のアノードとコンデンサＣ５の中間には、抵抗Ｒ２を介してコントロール回路ＶＣ２が接続される。ここで抵抗Ｒ１を介して接続されるコントロール回路ＶＣ１および抵抗Ｒ２を介して接続されるコントロール回路ＶＣ２は、スイッチ回路を切り換えるための回路である。
【００１７】
この実施例のスイッチ回路において、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴとを接続する場合、コントロール回路ＶＣ２から正の電圧が、コントロール回路ＶＣ１から０の電圧が与えられる。コントロール回路ＶＣ２から与えられた正の電圧は、第１から第５までのコンデンサによって直流分がカットされ、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２を含む回路にのみ印加され、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２がＯＮ状態になる。第１のダイオードＤ１がＯＮ状態になることによって、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴと間の伝送経路のインピーダンスが低くなり接続される。一方ＯＮ状態になった第２のダイオードＤ２および第５のコンデンサによって、第２の伝送線路ＴＬ２が高周波的に接地されることにより共振して、第１のダイオードＤ１のアノードと第３のコンデンサＣ３と第２の伝送線路ＴＬ２との接続点から受信回路ＲＸ側を見たインピーダンスが非常に大きくなり、アンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとの伝送経路は接続されない。このとき、送信回路ＴＸからの送信信号が受信回路ＲＸに漏洩することなく、アンテナＡＮＴに伝送されることになる。
【００１８】
一方アンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとを接続する場合には、コントロール回路ＶＣ１から正または０の電圧が、コントロール回路ＶＣ２から０の電圧が与えられることにより、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２がＯＦＦ状態になる。第１のダイオードＤ１がＯＦＦ状態になることによって、送信回路ＴＸとアンテナＡＮＴと間の伝送経路のインピーダンスが高くなり接続されない。またＯＦＦ状態になった第２のダイオードＤ２によって、第２の伝送線路ＴＬ２を介してアンテナＡＮＴと受信回路ＲＸとの伝送経路が接続される。このとき、アンテナＡＮＴからの受信信号が送信回路ＴＸに漏洩することなく、受信回路ＲＸに伝送されることになる。上述のようにして、コントロール回路ＶＣ１およびコントロール回路ＶＣ２から与えられる電圧をコントロールすることによって、スイッチ回路を切り換えて、送受信を行うことができる。
【００１９】
また本発明は、従来例に比べ、ダイオードの接続方向が逆となっている。このことにより、挿入損失、アイソレーション特性が改善された。
【００２０】
本発明では、伝送線路をスパイラル形状としている。この伝送線路がミアンダ形状とスパイラル形状では、次のような違いがある。まず、ミアンダ形状の場合、図１０（ａ）に示す略図のとおり、隣り合う伝送線路の電流の向きが逆方向となる。このため、近接する伝送線路の間の磁界は弱め合い、伝送線路は、あたかも短くなったかのように見える。また、狭いスペースの中で、伝送線路の長さを長くしようとすると、この隣り合う伝送線路の間の距離が短くなり、磁界の弱め合いが増すため、一定のスペースが必要である。
【００２１】
これに対し、スパイラル形状の場合、図１０（ｂ）に示す略図のとおり、隣り合う伝送線路の電流の向きは同方向となる。このため、近接する伝送線路の間の磁界は強め合い、伝送線路はあたかも長くなったように見える。また、このスパイラル形状の伝送線路の場合、隣り合う伝送線路の間の距離を短くしても問題ない。このように、伝送線路をスパイラル形状とすると、伝送線路は長くなったように見えるため、実際のライン長を短くすることができる。
【００２２】
また、ミアンダ形状の場合、１層上に１／４λの伝送線路を２本形成するスペースがある場合には、伝送線路の始点と終点の位置に自由度が高く、設計しやすい。しかし、小型化が要求されている時代にあっては、十分なスペースを確保することができなく、例えば、送信側の伝送線路と受信側の伝送線路とを干渉がおきないように十分間を開けて別の層に形成することが必要となり、小型化には不向きである。スパイラル形状の場合は、引き出しの関係もあり、２層以上にわたって伝送線路を形成するため、スルーホールを形成する必要があるが、上記の理由もあり、小型化に適している。
【００２３】
本発明では、伝送線路として、スパイラル形状を用いるが、１〜５ターンであることが好ましい。また、本発明のスパイラル形状によれば、１／４λの伝送線路を形成するのに、その９割程度の長さで、構成することができた。
【００２４】
また本発明では、２層以上に分けて形成したスパイラル形状の伝送線路において、その上下間で、伝送線路が重複するように形成することが望ましい。このことは、その２つの層を投影的に見たとき、その伝送線路の電流の向きが同じであり、重複しているものを言っている。この電流の向きが同方向のライン電極を重複させること、つまり近接させることによって、そのライン間の磁界が強まり、その結果として、伝送線路があたかも長くなったように見え、実際には、ライン長を短くすることができるものである。
【００２５】
この上下の伝送線路を重複させることは、一部でも重複させることにより、線路長低減の効果を得ることができるが、全長の１０％以上重複させることが好ましい。本発明によれば、１０％〜３０％重複させることにより、１／４λの６〜７割にライン長を低減出来ることが確認出来た。
【実施例１】
【００２６】
以下、実施例に従い本発明を詳細に説明する。
図１に本発明に係る一実施例の斜視図を示す。このダイオードスイッチ６００は、積層素体６０１、２つのダイオードが内蔵された半導体素子６０２、及びチップコンデンサ６０７からなる。このダイオードスイッチの等価回路図は図２に示すとおりである。この図２において、破線で囲った部分が図１に示す実施例のダイオードスイッチであり、他の回路定数は、このダイオードスイッチが搭載される回路基板上に構成されるが、積層素体内又は積層素体上に構成することもできる。
【００２７】
この積層素体６０１の内部構造を図３に示す。下層の誘電体層１００には、第１のアース電極１０１が形成され、所定の引き出し電極が形成されている。
【００２８】
誘電体層１００の上には、いくつかのダミー層が配置され、伝送線路を構成する２つの誘電体層１０２、１０３が積層される。図２の回路図における伝送線路Ｌ１は、誘電体層１０３のライン電極１０４と誘電体層１０２のライン電極１０５とを接続して構成される。この２つのライン電極の接続は、スルーホール電極１０６を介して行われている。そして、各誘電体層の側面に臨む引き出し電極がそれぞれ形成されている。
【００２９】
また図２の回路図における伝送線路Ｌ２は、誘電体層１０３のライン電極１０７と誘電体層１０２のライン電極１０８とを接続して構成される。この２つのライン電極の接続は、スルーホール電極１０９を介して行われている。そして、各誘電体層の側面に臨む引き出し電極がそれぞれ形成されている。
【００３０】
そして、いくつかのダミー層を介して、第２のアース電極１１１が形成された誘電体層１１０が積層される。
【００３１】
そして、最上層の誘電体層１１２の上面には、パターン電極が形成されている。このパターン電極は、第１のアース電極１０１及び第２のアース電極１１１と接続されるパターン電極１１３、１１４、１１５と、第１の伝送線路Ｌ１を構成するライン電極１０４と接続されるパターン電極１１６と、同じく第１の伝送線路Ｌ１を構成するライン電極１０５と接続されるパターン電極１１７と、第２の伝送線路Ｌ２を構成するライン電極１０８と接続されるパターン電極１１８と、同じく第２の伝送線路Ｌ２を構成するライン電極１０７と接続されるパターン電極１１９と、ダイオードが接続されるパターン電極１２０とを有する。
【００３２】
この積層体は、誘電体材料を用い、ドクターブレードでシート成形し、このシート上にＡｇ電極をスクリーン印刷してパターン電極を形成し、これを積層して、圧着し、一体で焼成されたものである。そして、焼成後側面の端子電極６０３、６０４、６０５、６０６を形成した。そして、２つのダイオードが内蔵された半導体素子６０２の端子がそれぞれパターン電極１１７、１１８、１１９、１２０に接続され、チップコンデンサ６０７がパターン電極１１６、１１７に接続される。
【００３３】
この伝送線路は、いずれもスパイラル形状に形成され、２層に分かれて形成されている。この伝送線路のパターン図の平面図を図４に示す。この実施例では、第２の伝送線路を構成するライン電極１０７と１０８がスパイラル形状の一部１２１（斜線部）で上下層を投影的に見た時、重複している。このスパイラル形状とし、更に重複部分を設けることにより、ライン長を短くできた。この実施例では、９００ＭＨｚ帯用のダイオードスイッチを構成し、重複部の割合を全ライン長の１３％とした。これにより、１／４λ伝送線路で約３０ｍｍ必要なものを約２１ｍｍで構成出来た。これによれば、７０％短縮出来たことになる。
【００３４】
図５に別の実施例の伝送線路のパターン図の平面図を示す。この伝送線路は、いずれもスパイラル形状に形成され、２層に分かれて形成されている。この実施例では、第２の伝送線路を構成するライン電極１０７ｂと１０８ｂのスパイラル形状の一部１２１ｂ（斜線部）が上下層を投影的に見た時、重複している。このスパイラル形状とし、更に重複部分を設けることにより、ライン長を短くできた。この実施例では、８００ＭＨｚ帯用のダイオードスイッチを構成し、重複部の割合を全ライン長の２５％とした。これにより、１／４λ伝送線路で約３３ｍｍ必要なものを約２２ｍｍで構成出来た。これによれば、６７％短縮出来たことになる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、ダイオードスイッチの伝送線路のライン長を短く構成出来るので小型のダイオードスイッチを構成出来る。これにより、スイッチ回路を装着する携帯電話あるいは高周波回路の小型化が達成される。また、ダイオードの接続方向を従来と比べて逆にすることで、挿入損失、アイソレーション特性を改善したダイオードスイッチとすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る一実施例の斜視図である。
【図２】図１に示す実施例を用いたスイッチ回路の等価回路図である。
【図３】図１に示す本発明に係る実施例の積層素体の分解斜視図である。
【図４】図１に示す一実施例の伝送線路パターンの平面図である。
【図５】本発明に係る別の実施例の伝送線路パターンの平面図である。
【図６】スイッチ回路の機能を示す図である。
【図７】従来のスイッチ回路の回路図である。
【図８】従来の技術を示す分解斜視図である。
【図９】従来の他の技術を示す分解斜視図である。
【図１０】本発明の説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００、１０２、１０３、１１０、１１２  誘電体層
１０１  第１のアース電極
１０４、１０５、１０７、１０８  ライン電極
１０６、１０９  スルーホール電極
１１１  第２のアース電極
１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０  パターン電極
１２１  重複部
１０４ｂ、１０５ｂ、１０７ｂ、１０８ｂ  ライン電極
１２１ｂ  重複部
６００  ダイオードスイッチ
６０１  積層素体
６０２  半導体素子
６０３、６０４、６０５、６０６  端子電極
６０７  チップコンデンサ
【図１】
2006081212.tif 000003
【図２】
2006081212.tif 000004
【図３】
2006081212.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006081212.tif 000007
【図６】
2006081212.tif 000008
【図７】
2006081212.tif 000009
【図８】
2006081212.tif 000010
【図９】
2006081212.tif 000011
【図１０】
2006081212.tif 000012