Title:
Rekonfigurierbares mikroakustisches Filter und Duplexer mit rekonfigurierbarem mikroakustischem Filter
Kind Code:
A1


Abstract:

Es wird ein rekonfigurierbares mikroakustisches Filter angegeben, das eine Ladder Type-ähnliche Filtertopologie und ein geeignet platziertes abstimmbares kapazitives Element umfasst.




Inventors:
Schmidhammer, Edgar, Dr. (83371, Stein a.d.Traun, DE)
Application Number:
DE102016114662A
Publication Date:
02/08/2018
Filing Date:
08/08/2016
Assignee:
SnapTrack, Inc. (Calif., San Diego, US)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102014102707A1N/A2015-09-03



Attorney, Agent or Firm:
BARDEHLE PAGENBERG Partnerschaft mbB Patentanwälte, Rechtsanwälte, 81675, München, DE
Claims:
1. Mikroakustisches Filter (MAF), umfassend
– einen charakteristischen Frequenzbereich
– einen Signalpfad (SP) mit einem Serienresonator (SR),
– einen Parallelpfad (PP), der den Signalpfad (SP) mit Masse (M) verschaltet, mit einem Parallelresonator (PR),
– ein abstimmbares kapazitives Element (AKE), wobei
– das Filter (MAF) durch Variieren des abstimmbaren kapazitiven Elements (AKE) rekonfigurierbar ist.

2. Mikroakustisches Filter nach dem vorherigen Anspruch, wobei
– das Filter (MAF) ein Bandpassfilter und der charakteristische Frequenzbereich ein Passband oder
– das Filter ein Bandsperrfilter und der charakteristische Frequenzbereich ein Sperrband ist.

3. Mikroakustisches Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rekonfigurierbarkeit durch der Verschiebbarkeit einer Polstelle bei nahezu unveränderter Durchlasscharakteristik im charakteristischen Frequenzbereich erhalten wird.

4. Mikroakustisches Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rekonfigurierbarkeit durch eine lokale Variation im charakteristischen Frequenzbereich bei unveränderter Durchlasscharakteristik in der Fernabselektion erhalten wird.

5. Mikroakustisches Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das abstimmbare kapazitive Element (AKE) in Signalrichtung gesehen im ersten Parallelpfad (PP) in Serie zu einem Resonator (PR) verschaltet ist.

6. Mikroakustisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Filter (MAF) zwei Parallelpfade (PP) mit jeweils einem Parallelresonator (PR) umfasst und das abstimmbare kapazitive Element (AKE) in Signalrichtung gesehen im zweiten Parallelpfad (PP) in Serie zum Parallelresonator (PR) verschaltet ist.

7. Mikroakustisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Filter (MAF) drei Serienresonatoren (SR) im Signalpfad (SP) umfasst und das abstimmbare kapazitive Element (AKE) parallel zum in Signalrichtung gesehen dritten Serienresonator (SR) verschaltet ist.

8. Mikroakustisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das abstimmbare kapazitive Element (AKE) in Signalrichtung gesehen im ersten Parallelpfad (PP) parallel zum Parallelresonator (PR) des ersten Parallelpfads (PP) verschaltet ist.

9. Mikroakustisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Filter (MAF) im ersten Parallelpfad (PP) einen Parallelresonator (PR) zwischen Signalpfad (SP) und Masse (M) und ein induktives Element (IE) zwischen dem Parallelresonator (PR) und Masse (M) umfasst und das abstimmbare kapazitive Element (AKE) parallel zum induktiven Element (IE) verschaltet ist.

10. Mikroakustisches Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend einen abstimmbaren Phasenschieberschieber (AP) im Signalpfad (SP).

11. Mikroakustisches Filter nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Phasenschieber (AP) zusätzlich zwischen einer Abstimmbarkeit im induktiven Bereich und einer Abstimmbarkeit im kapazitiven Bereich schaltbar ist.

12. Mikroakustisches Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abstimmbereich des abstimmbaren kapazitiven Elements (AKE) n:1 beträgt, wobei gilt: n > 1.

13. Duplexer mit einem mikroakustischen Filter (MAF) nach einem der vorherigen Ansprüche, das ein Sendefilter oder ein Empfangsfilter ist.

Description:

Die Erfindung betrifft mikroakustische Filter, die rekonfigurierbar sind, und Duplexer mit solchen Filtern.

Mikroakustische Filter sind HF-Filter, die mit akustischen Wellen arbeiten und im Allgemeinen ein piezoelektrisches Material sowie damit verbundene Elektrodenstrukturen umfassen. Solche Filter können mit kleinen Abmessungen realisiert werden und weisen gute elektrische Eigenschaften auf. Damit eignen sie sich für nicht kabelgebundene Kommunikationsgeräte wie Mobiltelefone. Der anhaltende Trend zu mehr und mehr Funktionalität resultiert in immer strengeren Anforderungen an die Filter. Die zunehmende Anzahl an zu bedienenden Frequenzbändern fordert eine Zunahme an HF-Filtern, z. B. Bandpassfilter, oder die Verwendung von so genannten abstimmbaren Filtern mit Passbändern, deren Mittenfrequenzen zwischen verschiedenen, voneinander beabstandeten Frequenzbändern verlagerbar sind.

Zusätzlich steigt die Anforderung an Kommunikationsgeräte, höhere Datenübertragungsraten zur Verfügung zu stellen. Die so genannte Carrier-Aggregation (CA) ist ein Mittel, um die Datenrate zu erhöhen. Dabei werden Daten gleichzeitig über verschiedene Frequenzbänder übermittelt. Abstimmbare Filter, die Daten entweder in einem oder in einem anderen Frequenzband übertragen, helfen hier nicht weiter. Was benötigt wird, sind Filter, deren Filtereigenschaften wie charakteristische Frequenzen, z. B. Passbandflanken – mit hoher Präzision einstellbar sind, um keine Störungen im Übertragungsverhalten der aufgrund der immer höheren Dichte der benutzbaren Bänder benachbarter Bänder zu verursachen. Ferner werden Filter benötigt, die variable Polstellen bereitstellen können. Die Polstellen sollten flexibel positionierbar sein und den Bereich unterhalb eines Passbands oder oberhalb des Passbands oder auf beiden Seiten des Passbands abdecken.

Es besteht deshalb der Wunsch nach akustischen Filtern, die entsprechend präzise einstellbare Multiplexer, z. B. Duplexer, ermöglichen.

Ein solches Filter wird im unabhängigen Anspruch angegeben. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.

Das Filter ist ein mikroakustisches Filter und umfasst einen charakteristischen Frequenzbereich, einen Signalpfad mit einem Serienresonator und einen Parallelpfad mit einem Parallelresonator. Der Parallelpfad verschaltet den Signalpfad mit Masse. Ferner hat das Filter ein abstimmbares kapazitives Element. Das Filter ist durch Variieren des abstimmbaren kapazitiven Elements rekonfigurierbar.

Durch die Rekonfigurierbarkeit ist das Filter im Gegensatz zu einem abstimmbaren Filter präzise bezüglich charakteristischer Frequenzen auf kleinen Frequenzbereichen und mit hoher Genauigkeit einstellbar. Das Filter ist ein mikroakustisches Filter, denn zumindest einer der Resonatoren arbeitet mit akustischen Wellen.

Als Resonatoren kommen z. B. SAW-Resonatoren (SAW = surface acoustic wafes = geführte akustische Volumenwelle), BAW-Resonatoren (BAW = bulk acoustic wafe = akustische Volumenwelle) oder GBAW-Resonatoren (GBAW = guided bulk acoustic wafe = geführte akustische Volumenwelle) in Frage. BAW-Resonatoren können vom SMR-Typ (SMR = solidly mounted resonator) oder vom FBAR-Typ (FBAR = film bulk acoustic resonator) sein. In SAW-Resonatoren sind kammartige ineinandergreifende Elektrodenstrukturen auf oder über einem piezoelektrischen Material angeordnet. Bei BAW-Resonatoren befindet sich ein piezoelektrisches Material zwischen zwei flächigen Elektroden. Die Elektroden und das piezoelektrische Material sind sandwichartig übereinander geschichtet. BAW-Resonatoren vom SMR-Typ haben einen akustischen Spiegel unter der unteren Elektrode. BAW-Resonatoren vom FBAR-Typ haben einen Hohlraum unter der unteren Elektrode. Die Arbeitsfrequenzen von elektroakustischen Resonatoren werden im Wesentlichen durch die geometrischen Abmessungen der Elektrodenstrukturen und die Schallgeschwindigkeit bestimmt. Sollen charakteristische Frequenzeigenschaften von Filtern mit solchen Resonatoren konfigurierbar, d. h. auf relativ kleinen Frequenzskalen bei ansonsten unveränderter Durchlasscharakteristik einstellbar sein, ist eine Verschaltung mit zusätzlichen Schaltungselementen notwendig. Prinzipiell denkbar wären einstellbare induktive Elemente. Physikalisch leichter zu realisieren sind abstimmbare kapazitive Elemente. Verschaltungen aus mikroakustischen Resonatoren mit abstimmbaren Impedanzelementen stellen Schwingkreise mit komplexer Durchlasscharakteristik dar. Durch Variation der Impedanz des abstimmbaren Impedanzelements ist eine Veränderbarkeit der Durchlasscharakteristik möglich. Problematisch ist hier im Allgemeinen, dass das Durchlassverhalten als Ganzes veränderlich ist, während eigentlich nur Änderungen in lokalem Maßstab gewünscht sind. Die Leistung besteht deshalb darin, Filtertopologien anzugeben, bei denen sich die Transferfunktion des gesamten Filters global möglichst wenig ändert, aber lokal Optimierungen der Transferfunktion wie z. B. für Carrier Aggregation oftmals gewünscht, möglich sind.

Neben dem genannten abstimmbaren kapazitiven Element kann das Filter weitere abstimmbare kapazitive Elemente umfassen.

Es ist deshalb möglich, dass das mikroakustische Filter ein Bandpassfilter und der charakteristische Frequenzbereich ein Passband ist. Alternativ ist es möglich, dass das Filter ein Bandsperrfilter und der charakteristische Frequenzbereich entsprechend ein Sperrband ist.

Zusätzlich ist es möglich, dass das Filter ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter ist und das Passband beziehungsweise das Sperrband lokal, z. B. an seinen Flanken einstellbar ist, während sich die Filterfunktionalität in der Fernabselektion, z. B. bei spezifisch eingestellten Polstellen zum Unterdrücken unerwünschter Schwingungsmoden nicht ändert.

Insofern ist es möglich, dass die Rekonfigurierbarkeit des Filters durch eine Verschiebbarkeit einer Polstelle bei unveränderter Durchlasscharakteristik im charakteristischen Frequenzbereich oder durch ein Einstellen einer Passbandflanke bei unveränderter Lage der übrigen Polstellen erhalten wird.

Es ist ferner möglich, dass die Rekonfigurierbarkeit durch eine lokale Variation im charakteristischen Frequenzbereich bei nahezu unveränderter Durchlasscharakteristik in der Fernabselektion erhalten wird. Nahezu unverändert bedeutet in diesem Kontext, dass Spezifikationen bezüglich der Fernabselektion weiterhin eingehalten werden können. Die Fernabselektion ändert sich dabei z. B. um nicht mehr als einige Prozent (etwa 3 bis 4 Prozent) oder gar nur einige Promille (etwa 5 bis 6 Promille).

Es wurde herausgefunden, dass bestimmte Variationen von auf Ladder Type-Schaltungen basierenden Filtern geeignet sind, um eine oben beschriebene Rekonfigurierbarkeit zu ermöglichen. Eine Ladder Type-Schaltung hat dabei Grundglieder aus einem Serienresonator und einem Parallelresonator. Der Serienresonator ist im Signalpfad verschaltet. Der Parallelresonator ist in einem Parallelpfad, der den Signalpfad mit Masse verschaltet, verschaltet. Durch Hintereinanderschalten solcher Grundglieder, wobei die Serienresonatoren im Signalpfad in Serie verschaltet sind, wird die namengebende Schaltungstopologie erhalten. Einzelne der Serien- beziehungsweise Parallelresonatoren als auch alle Resonatoren können dabei mikroakustische Resonatoren sein.

Es ist möglich, dass das abstimmbare kapazitive Element in Signalrichtung gesehen im ersten Parallelpfad in Serie zu einem Resonator verschaltet ist.

Das abstimmbare kapazitive Element kann dabei zwischen dem Resonator und der Masseanbindung verschaltet sein. Zwischen Masse und dem abstimmbaren kapazitiven Element kann ferner ein induktives Element verschaltet sein. Ebenso kann eine Parallelschaltung aus einer abstimmbaren Kapazität und einer Induktivität in Serie zum Parallelresonator vorhanden und verschaltet sein.

Durch Variieren der Kapazität des abstimmbaren kapazitiven Elements kann eine Nullstelle der Transferfunktion des Filters, die unterhalb eines Passbands oder eines Sperrbands liegt, verschoben werden, ohne dass sich die Einfügedämpfung im Passband beziehungsweise Sperrband oder die Bandflanken wesentlich ändern.

Es ist möglich, dass das Filter zwei Parallelpfade mit jeweils einem Parallelresonator darin umfasst. Das abstimmbare kapazitive Element kann in Signalrichtung gesehen im zweiten Parallelpfad in Serie zum Parallelresonator des Parallelpfads verschaltet sein.

Durch ein Abstimmen der Kapazität des kapazitiven Elements bleibt die Form des Bands, z. B. des Passbands oder des Sperrbands, im Wesentlichen unverändert, während eine Nullstelle der Transferfunktion oberhalb des Bands in seiner Lage einstellbar ist.

Es ist möglich, dass das Filter drei Serienresonatoren umfasst, die im Signalpfad in Serie verschaltet sind. Das abstimmbare kapazitive Element kann parallel zum in Signalrichtung gesehen dritten Serienresonator verschaltet sein.

Ein solches Filter kann eine Nullstelle der Transferfunktion unterhalb eines Sperrbands oder eines Passbands haben, wobei die Lage der Nullstelle durch ein Abstimmen des kapazitiven Elements praktisch unveränderbar ist. Die untere Bandkante des Bands des Filters ist ebenso nahezu unveränderbar. Die rechte, obere Bandkante lässt sich dagegen präzise einstellen.

Das Filter kann ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter sein.

Es ist möglich, dass das abstimmbare kapazitive Element in Signalrichtung gesehen im ersten Parallelpfad parallel zum Parallelresonator des ersten Parallelpfads verschaltet ist.

Bei dieser Verschaltung sind gleichzeitig die Lage einer Nullstelle unterhalb des Bands und die obere Bandflanke einstellbar. Die untere Bandflanke des Sperrbands beziehungsweise des Passbands sowie die Transferfunktion im Frequenzbereich oberhalb des Bands bleiben stabil.

Es ist möglich, dass das Filter im ersten Parallelpfad einen Parallelresonator zwischen dem Signalpfad und Masse umfasst. Zwischen dem Parallelresonator und Masse ist ein induktives Element verschaltet. Das abstimmbare kapazitive Element ist parallel zum induktiven Element verschaltet. Diese Topologie erlaubt es, die Lage einer Nullstelle der Transferfunktion unterhalb des Bands bei praktisch unveränderten Bandkanten zu variieren, während das Selektionsniveau bezüglich des Frequenzbereichs oberhalb des Bands ebenfalls einstellbar ist.

Es ist möglich, dass das mikroakustische Filter zusätzlich einen abstimmbaren Phasenschieber umfasst. Der Phasenschieber kann im Signalpfad in Serie zu den Serienresonatoren, z. B. am Signalausgang des Filters, verschaltet sein.

Es ist möglich, dass der Phasenschieber zusätzlich zu seiner Abstimmbarkeit zwischen einer Abstimmbarkeit im induktiven Bereich und einer Abstimmbarkeit im kapazitiven Bereich schaltbar ist.

D. h. es ist möglich, den Phasenschieber im induktiven Bereich abzustimmen und es ist möglich, den Phasenschieber im kapazitiven Bereich abzustimmen.

Insbesondere bei Carrier Aggregation kann es vorkommen, dass ein Duplexer beim Betrieb mit Signalen aus einem ersten Frequenzband ein induktives Verhalten zeigt, während der gleiche Duplexer beim Betrieb mit Signalen eines zweiten Frequenzbands ein kapazitives Verhalten zeigt. Die Umschaltbarkeit zwischen induktiven und kapazitiven Betrieb des Phasenschiebers ermöglicht die Verwendung eines einzigen Phasenschiebers, wenn ansonsten zwei einzelne Phasenschieber notwendig wären.

Der Phasenschieber kann dazu einen abstimmbaren Bereich und einen schaltbaren Bereich aufweisen. Im abstimmbaren Bereich sind Impedanzelemente, z. B. induktive Elemente oder kapazitive Elemente verschaltet, wobei die Impedanz des abstimmbaren Bereichs durch Einstellen der Impedanz eines oder mehrerer Impedanzelemente, z. B. eines kapazitiven Elements abstimmbar ist. Im schaltbaren Bereich kann ein Schalter vorgesehen sein, der z. B. den Signalpfad mit einem offenen Signalabschluss verschaltet oder gegen Masse koppelt. Die Kopplung gegen Masse kann über ein kapazitives und zusätzlich über ein induktives Element erfolgen. Durch die Koppelbarkeit des Signalpfads über ein kapazitives Element und über ein induktives Element gegen Masse wird die Umschaltbarkeit zwischen einem kapazitiven Betrieb und einem induktiven Betrieb des Phasenschiebers erreicht.

Der abstimmbare Bereich des Phasenschiebers kann eine Pi-Schaltung mit zwei induktiven Elementen, die jeweils in einem Parallelpfad gegen Masse verschaltet sind und einem dazwischen im Signalpfad angeordneten abstimmbaren kapazitiven Element umfassen.

Es ist alternativ möglich, dass der Phasenschieber ein kapazitives Element konstanter Kapazität im Signalpfad und ein induktives Element konstanter Induktivität in einem Parallelpfad gegen Masse umfasst. Ein zusätzliches kapazitives Element mit abstimmbarer Kapazität kann parallel zum kapazitiven Element im Signalpfad geschaltet sein. Ein zweites abstimmbares kapazitives Element kann parallel zum induktiven Element im Parallelpfad verschaltet sein.

Der Abstimmbereich des abstimmbaren kapazitiven Elements des mikroakustischen Filters kann n:1 betragen, wobei n größer als 1 ist. Das bedeutet, dass die größte einstellbare Kapazität drei Mal so groß ist wie die kleinste einstellbare Kapazität. Der Wert von n kann dabei z. B. 1.5, 2 3, 4, 5, 6, 10, 15, 20 oder mehr betragen.

Es ist möglich, dass das Filter ein Sendefilter oder ein Empfangsfilter eines Duplexers, eines Triplexers, eines Quadplexers, allgemein: eines Multiplexers ist.

Dadurch, dass gleichzeitig zwei Bänder bedient werden können, kann ein Duplexer anstelle eines Triplexers als Multiplexer verwendet werden.

Folgende Bandkombinationen für Carrier Aggregation sind ebenfalls möglich: Band 8 und Band 28B; Band 8 und Band 20; Band 20 und Band 28A; Band 5 (Band 26) und Band 29; Band 5 (Band 26) und Band 12; Band 5 (Band 26) und Band 13; Band 8 (Band 26) und Band 28A; Band 19 (Band 26) und Band 28B.

Das Filter selbst oder ein mobiles Kommunikationsgerät, in dem das Filter verschaltet ist, kann zusätzlich eine Schaltungslogik zur Ansteuerung und zum Einstellen des kapazitiven Elements einerseits und/oder zum Ansteuern und zum Einstellen des abstimmbaren Phasenschiebers andererseits umfassen.

Dem rekonfigurierbaren mikroakustischen Filter zugrundeliegende Prinzipien und Funktionsweisen sowie einige exemplarische Ausführungsbeispiele sind in den schematischen Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

1a ein mögliches Grundgerüst eines rekonfigurierbaren Filters mit einem abstimmbaren Kapazitätselement im ersten Parallelpfad,

1b ein mögliches Grundgerüst eines rekonfigurierbaren Filters mit einem abstimmbaren Kapazitätselement, parallelgeschaltet zu einem induktiven Elemente, im ersten Parallelpfad,

2 eine logarithmische Auftragung der Transferfunktionen der Schaltungstopologie der 1 für verschiedene Werte der Kapazität des abstimmbaren Kapazitätselements,

3 eine Vergrößerung des Frequenzbereichs des Passbands der 2,

4 das Grundgerüst einer möglichen Konfiguration mit einem abstimmbaren Kapazitätselement im zweiten Parallelpfad,

5 Transferfunktionen für verschiedene Werte der Kapazität des abstimmbaren Kapazitätselements der Topologie aus 4,

6 das Grundgerüst einer Topologie mit einem abstimmbaren Kapazitätselement, das parallel zum dritten Serienresonator verschaltet ist,

7 Transferfunktionen für verschiedene Werte des abstimmbaren Kapazitätselements eines auf der Topologie der 6 basierenden Bandpassfilters,

8 eine Vergrößerung des Durchlassbereichs der 7,

9 das Grundgerüst einer Filterschaltung, bei dem das abstimmbare kapazitive Element parallel zum Parallelresonator des ersten Parallelpfads verschaltet ist,

10 zur Schaltung nach 9 gehörige Transferfunktionen für unterschiedliche Werte des abstimmbaren kapazitiven Elements,

11 eine Vergrößerung des Passbands der 10,

12 ein Grundgerüst einer Filterschaltung, bei der das abstimmbare kapazitive Element parallel zu einem induktiven Element im ersten Parallelpfad verschaltet ist,

13 zur Schaltung der 12 gehörige Transferfunktionen für unterschiedliche Werte der Kapazität,

14 eine Vergrößerung des Passbands der 13,

15a das Grundgerüst einer Filterschaltung, bei dem ein abstimmbares kapazitives Element zwischen den Parallelpfaden und einem gemeinsamen induktiven Element nach Masse verschaltet ist,

15b das Grundgerüst einer weiteren Filterschaltung, bei dem ein abstimmbares kapazitives Element zwischen den Parallelpfaden und einem gemeinsamen induktiven Element nach Masse verschaltet ist,

15c das Grundgerüst einer weiteren Filterschaltung, bei dem ein abstimmbares kapazitives Element zwischen den Parallelpfaden und einem gemeinsamen induktiven Element nach Masse verschaltet ist,

16 ein Grundgerüst einer Filterschaltung mit abstimmbarem Phasenschieber,

17 ein Grundgerüst einer Filterschaltung, bei der ein abstimmbares kapazitives Element in einem Parallelpfad und ein Phasenschieber durch eine Kontrollschaltung geregelt werden können,

18 ein Grundgerüst einer Filterschaltung, bei der ein geregeltes abstimmbares kapazitives Element parallel zu einem induktiven Element geschaltet ist,

19 eine mögliche Ausgestaltung eines abstimmbaren Phasenschiebers mit einem Abstimmbereich und einem Schaltbereich,

20 eine mögliche Ausgestaltung eines Phasenschiebers, der an einen TX-Filtereingang eines Duplexers gekoppelt ist,

21 mögliche Abstimmbereiche des abstimmbaren Phasenschiebers im induktiven und im kapazitiven Bereich.

1a zeigt ein Grundgerüst einer möglichen HF-Filterschaltung eines mikroakustischen Filters MAF. Ein Signalpfad SP ist zwischen einem Eingang IN und einem Ausgang OUT angeordnet. Im Signalpfad SP sind eine Reihe von Serienresonatoren, hier drei an der Zahl, verschaltet. Das Filter MAF umfasst ferner drei Parallelpfade PP, die entsprechende Knoten des Signalpfads SP mit Masse verschalten. In jedem der Parallelpfade PP ist ein Parallelresonator PR angeordnet. Zwischen dem jeweiligen Parallelresonator PR und Masse ist optional ein induktives Element IE verschaltet. Im in Signalrichtung gesehen ersten Parallelpfad ist zwischen dem Parallelresonator und dem induktiven Element ein abstimmbares kapazitives Element AKE mit einstellbarer Kapazität verschaltet.

1b zeigt ein Grundgerüst einer weiteren möglichen HF-Filterschaltung eines mikroakustischen Filters MAF. Ein Signalpfad SP ist zwischen einem Eingang IN und einem Ausgang OUT angeordnet. Im Signalpfad SP sind eine Reihe von Serienresonatoren, hier drei an der Zahl, verschaltet. Das Filter MAF umfasst ferner drei Parallelpfade PP, die entsprechende Knoten des Signalpfads SP mit Masse verschalten. In jedem der Parallelpfade PP ist ein Parallelresonator PR angeordnet. Zwischen dem jeweiligen Parallelresonator PR und Masse ist ein induktives Element IE verschaltet. Im in Signalrichtung gesehen ersten Parallelpfad ist zwischen dem Parallelresonator und Masse eine Parallelschaltung aus einem induktiven Element und dem abstimmbares kapazitives Element AKE mit einstellbarer Kapazität verschaltet.

Die 2 und 3 zeigen die Transferfunktionen des als Bandpassfilter ausgestalteten Filters der 1, wobei unterschiedliche Kurven unterschiedliche Werte der Kapazität des abstimmbaren kapazitiven Elements AKE darstellen. Trotz variierter Kapazitäten ändern sich die Flanken und der Durchlassbereich im Passband praktisch nicht. Auch der Frequenzbereich oberhalb des Passbands ist nahezu unbeeinflusst. Unterhalb des Passbands existiert eine Nullstelle der Transferfunktion, deren Lage durch Variation des Kapazitätswerts verschoben werden kann.

4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Schaltungstopologie, bei der das abstimmbare kapazitive Element AKE im zweiten Parallelpfad zwischen dem Parallelresonator und einem Impedanzelement verschaltet ist. 5 zeigt die unterschiedlichen Werte der Kapazität des abstimmbaren kapazitiven Elements zugehörigen Transferfunktionen. Eine Nullstelle oberhalb des Passbands kann verschoben werden. Das Passband selbst und eine Nullstelle unterhalb des Passbands bleiben in ihrer Lage nahezu unverändert.

6 zeigt eine alternative mögliche Topologie, bei der das abstimmbare kapazitive Element AKE parallel zum dritten Serienresonator SR verschaltet ist.

Wie in 7 erkennbar, bleiben die Lage der Nullstelle unterhalb des Passbands und der qualitative Verlauf der Transferfunktion oberhalb des Passbands nahezu unverändert. Das Gleiche gilt für die untere Passbandflanke. Die obere Passbandflanke, deutlicher sichtbar in 8, wird durch eine Variation der Kapazität des kapazitiven Elements verschoben. Dadurch sind die Bandbreite und die Lage der Mittenfrequenz rekonfigurierbar.

9 zeigt eine mögliche Filtertopologie, bei der das abstimmbare kapazitive Element AKE parallel zum Parallelresonator des in Signalrichtung gesehenen ersten Parallelpfads verschaltet ist. 10 zeigt die zugehörigen Transferfunktionen unterschiedlicher Werte der Kapazität. Die Lage einer Nullstelle der Transferfunktion sowie die Lage der oberen Passbandflanke sind einstellbar, während die untere Passbandflanke und der qualitative Verlauf der Transferfunktion oberhalb des Passbands nahezu unverändert bleiben.

11 zeigt die veränderliche obere Passbandflanke der 10 vergrößert.

12 zeigt eine mögliche Topologie, bei der das abstimmbare kapazitive Element im ersten Parallelpfad verschaltet ist. Zwischen dem Parallelresonator PR und Masse ist ein induktives Element IE verschaltet. Das abstimmbare kapazitive Element AKE ist parallel zum induktiven Element IE verschaltet. Die 13 und – in der Vergrößerung – 14 zeigen die unterschiedlichen Werte der Kapazität zugehörigen Transferfunktionen. Die Lage der Polstelle unterhalb des Passbands und, in geringem Maße, die der oberen Passbandflanke sind konfigurierbar.

15a zeigt eine mögliche Topologie, bei der ein gemeinsames induktives Element IE die drei Parallelpfade mit Masse verschaltet. Zwischen den drei Parallelresonatoren und dem induktiven Element IE ist ein abstimmbares kapazitives Element AKE verschaltet.

15b zeigt wiederum eine mögliche Topologie, bei der ein gemeinsames induktives Element IE die drei Parallelpfade mit Masse verschaltet. Zwischen den drei Parallelresonatoren und dem induktiven Element IE ist ein abstimmbares kapazitives Element AKE verschaltet. Der Ausgangsport OUT kann gleichzeitig der Port zu einem Antennenanschluss eines Multiplexers sein. Der dem Antennenanschluss am nächsten gelegene Parallelresonator ist zusätzlich über ein induktives Element mit sehr kleiner Induktivität an Masse gekoppelt.

15c zeigt eine mögliche Topologie, bei der ein gemeinsames induktives Element IE die drei Parallelpfade mit Masse verschaltet. Zwischen den drei Parallelresonatoren und dem induktiven Element IE ist ein abstimmbares kapazitives Element AKE verschaltet. Der Ausgangsport OUT kann wiederum gleichzeitig der Port zu einem Antennenanschluss eines Multiplexers sein. Der dem Antennenanschluss am nächsten gelegene Parallelresonator ist ohne weitere Kopplung zum abstimmbaren kapazitiven Element über ein induktives Element mit sehr kleiner Induktivität an Masse gekoppelt.

16 zeigt die Verwendung eines abstimmbaren Phasenschiebers AP im Signalpfad eines mikroakustischen Filters, hier der Einfachheit halber ohne zusätzliche Schaltungselemente skizziert.

17 zeigt die Verwendung einer Kontrollschaltung CS, die die Kapazität des abstimmbaren kapazitiven Elements und/oder die Wirkung des abstimmbaren Phasenschiebers AP auf die Phasenlage eines HF-Signals zur verbesserten Interaktion mit anderen Filtern für Carrier Aggregation regeln kann. Die Kontrollschaltung CS kann dabei Teil des mikroakustischen Filters MAF oder Teil der Logikschaltungen des zugehörigen Kommunikationsgeräts sein.

18 zeigt eine Regelung der Kapazität des abstimmbaren Kapazitätselement AKE und/oder der Phasendrehung des abstimmbaren Phasenschiebers AP, wobei das abstimmbare kapazitive Element AKE parallel zu einem induktiven Element verschaltet ist.

19 zeigt eine mögliche Ausgestaltungsform des abstimmbaren Phasenschiebers AP, der einen abstimmbaren Bereich AB und einen Schaltbereich SB aufweist. Im abstimmbaren Bereich ist eine Pi-Schaltung mit zwei induktiven Elementen gegen Masse und einem abstimmbaren kapazitiven Element zwischen den induktiven Elementen enthalten. Durch Variieren der Kapazität des abstimmbaren kapazitiven Elements wird bestimmt, wie weit der abstimmbare Phasenschieber AP die Phase eines HF-Signals, das am Eingang IN empfangen wird, dreht.

Im Schaltbereich SB ist ein Schalter angeordnet, der den Signalpfad mit einem Schaltzustand im Leerlauf (links), mit einem kapazitiven Element (Mitte) oder mit einem induktiven Element (rechts) verschaltet. Über das kapazitive Element oder das induktive Element wird eine Verschaltung mit Masse erreicht. Durch die rechten beiden möglichen Schalterstellungen kann zwischen einer kapazitiven und einer induktiven Arbeitsweise des abstimmbaren Phasenschiebers AP geschaltet werden.

20 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines abstimmbaren Phasenschiebers mit einem kapazitiven Element konstanter Kapazität im Signalpfad. In einem Parallelpfad ist ein induktives Element konstanter Induktivität verschaltet. Ein erstes abstimmbares kapazitives Element ist parallel zum kapazitiven Element konstanter Kapazität verschaltet. Ein zweites abstimmbares kapazitives Element ist parallel zum induktiven Element verschaltet.

Der abstimmbare Phasenschieber AP kann mit einem Duplexer verschaltet sein. So kann, wie in 20 gezeigt, der abstimmbare Phasenschieber zwischen einem Port IN, an dem HF-Signale zur Verfügung gestellt werden, und dem Eingang eines Empfangsfilters des Duplexers verschaltet sein.

21 zeigt frequenzabhängige mögliche Ausgangspunkte des abstimmbaren Duplexers im kapazitiven Bereich und im induktiven Bereich. Durch Betätigen eines Schalters kann zwischen dem induktiven und dem kapazitiven Bereich geschaltet werden. Durch Variieren der Kapazität des abstimmbaren kapazitiven Elements des abstimmbaren Phasenschiebers kann die Phasenlage in kleinen Schritten eingestellt werden.

Der Vorteil der Umschaltung zwischen einer Induktivität und einer Kapazität in 19 besteht darin, dass die Phase einen deutlichen Sprung macht, so dass der Bereich, in dem ein Duplexer hinsichtlich seiner Phase verdreht werden kann, deutlich erweitert wird ist. Ferner kann der durch die Topologie definierte Bereich (in dem es eigentlich unerreichbare Bereiche, „blind spots“ gibt) umgeschaltet werden, so dass die Größe der blind spots im Smith Chart verringert oder die blind spots evtl. ausgelöscht werden.

Das rekonfigurierbare mikroakustische Filter ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und gezeigten Figuren beschränkt. Filter mit zusätzlichen Resonatoren, z. B. Serienresonatoren im Signalpfad oder Parallelresonatoren in Parallelpfaden und weiteren Schaltungselementen wie Impedanzanpasschaltungen und zusätzlichen Filtern höhergradiger Multiplexer sind ebenso Bestandteil des Filters.

Bezugszeichenliste

  • AB:
    Abstimmbereich
    AKE:
    abstimmbares kapazitives Element
    AP:
    abstimmbarer Phasenschieber
    CS:
    Kontrollschaltung
    DU:
    Duplexer
    IE:
    Impedanzelement
    IN:
    Signaleingang
    MAF:
    mikroakustisches Filter
    OUT:
    Signalausgang
    PP:
    Parallelpfad
    PR:
    Parallelresonator
    SB:
    Schaltbereich
    SP:
    Signalpfad
    SR:
    Serienresonator