Title:
RF-FILTERSCHALTUNG, RF-FILTER MIT VERBESSERTER DÄMPFUNG UND DUPLEXER MIT VERBESSERTER ISOLIERUNG
Kind Code:
T5
Abstract:

Eine Filterschaltung, die eine verbesserte Dämpfung bietet, ein Filter, das eine verbesserte Dämpfung aufweist, und ein Duplexer mit einer verbesserten Isolierung sind vorgesehen. Die Filterschaltung (FC) weist ein erstes und ein zweites Kopplungsleitersegment (CCS1, CCS2) auf, die einen Eingangsport (IP) mit einem Masseport (GND) oder dem Ausgangsport (OP) des Filters koppeln. Die Filterschaltung kann in dem Filter realisiert sein. Der Duplexer kann das Filter, insbesondere als sein Sendefilter, umfassen.



Inventors:
Challa, Ravi Kiran, Calif. (San Diego, US)
Adepu, Bhavya, Calif. (San Diego, US)
Kaipa, Chandra Sekhar Reddy, Calif. (San Diego, US)
Durner, Ralph, Calif. (San Diego, US)
Till, Wolfgang, Calif. (San Diego, US)
Application Number:
DE112015003080T
Publication Date:
10/05/2017
Filing Date:
05/28/2015
Assignee:
SnapTrack, Inc. (Calif., San Diego, US)
Attorney, Agent or Firm:
BARDEHLE PAGENBERG Partnerschaft mbB Patentanwälte, Rechtsanwälte, 81675, München, DE
Claims:
1. RF-Filterschaltung (FC), die umfasst:
– einen Eingangsport (IP) mit einem Eingangsanschluss (IT),
– einen Ausgangsport (OP) mit einem Ausgangsanschluss (OT),
– einen Signalweg (SP) zwischen dem Eingangsport (IP) und dem Ausgangsport (OP), wobei der Signalweg einen ersten Serienresonator (S1) aufweist,
– einen Masseanschluss (GND),
– ein erstes Kopplungsleitersegment (CCS1), das ein Teil des Signalwegs (SP) ist und direkt mit dem Eingangsanschluss (IT) verschaltet ist,
– ein zweites Kopplungsleiterelement (CCS2), das direkt mit dem Ausgangsanschluss (OT) oder dem Masseanschluss (GND) verschaltet ist,
– ein Unterdrückungsfrequenzband,
wobei
– das erste Kopplungsleitersegment (CCS1) und das zweite Kopplungsleitersegment (CCS2) nebeneinander angeordnet sind und so elektromagnetisch gekoppelt sind, dass durch die Kopplung die Dämpfung der Filterschaltung in dem Sperrband verstärkt wird.

2. RF-Filterschaltung nach Anspruch 1, wobei das zweite Kopplungsleitersegment (CCS2) direkt mit dem Ausgangsanschluss (OT) verschaltet ist.

3. RF-Filterschaltung nach Anspruch 1, wobei das zweite Kopplungsleitersegment (CCS2) direkt mit dem Masseanschluss (GND) verschaltet ist.

4. RF-Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Anschlüsse, die eine laddertype-ähnliche Struktur aufweist und umfasst
– einen zweiten Serienresonator (S2), der in dem Signalweg (SP) mit dem ersten Serienresonator (S1) elektrisch in Reihe geschaltet ist,
– ein erster Parallelpfad, der den Signalweg (GND) elektrisch mit Masse verbindet und einen ersten Parallelresonator (P1) umfasst, und
– ein zweiter Parallelpfad, der den Signalweg (SP) elektrisch mit Masse (GND) verbindet und einen zweiten Parallelresonator (P2) umfasst.

5. RF-Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfung durch die Aufhebung von unerwünschten RF-Signalen in dem ersten (CCS1) und dem zweiten (CCS2) Kopplungsleitersegment verstärkt wird.

6. RF-Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Serienresonator (S1) zum Arbeiten mit akustischen Wellen zweckbestimmt ist.

7. RF-Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Serienresonator (S1) Resonatorkomponenten umfasst, die auf einem Chip (CH) angeordnet sind.

8. RF-Filterschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Chip (CH) auf einem Trägersubstrat (CS) angeordnet ist.

9. RF-Filterschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Kopplungsleitersegment (CCS1) und das zweite Kopplungsleitersegment (CCS2) auf dem Chip (CH) oder auf dem Trägersubstrat (CS) angeordnet sind.

10. RF-Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Kopplungsleitersegment (CCS1) und das zweite Kopplungsleitersegment (CCS2) parallel ausgerichtet sind.

11. RF-Filterschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Kopplungsleitersegment (CCS1) und das zweite Kopplungsleitersegment (CCS2) zum Leiten von RF-Signalen entgegengesetzter Richtung zweckbestimmt sind.

12. RF-Filterschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Kopplungsleitersegment (CCS1) und das zweite Kopplungsleitersegment (CCS2) ein Segment einer gekoppelten Signalleitung zur symmetrischen Signalübermittlung bilden.

13. RF-Filter nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Kopplungsleitersegment (CCS1) und das zweite Kopplungsleitersegment (CCS2) zum Transportieren von Strömen, die entgegengesetzte Richtungen aufweisen und phasenverschoben sind, zweckbestimmt sind.

14. RF-Filterschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die elektromagnetische Kopplung eine magnetische Kopplung als ihren Hauptbestandteil umfasst.

15. RF-Filter (F), das eine RF-Filterschaltung (FC) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.

16. Duplexer (DPX), der ein RF-Filter (F) nach dem vorhergehenden Anspruch umfasst, wobei das Sperrband ein Empfangsband ist und wobei durch die verstärkte Dämpfung der RF-Signale in dem Empfangsband die Isolierung des Duplexers verstärkt wird.

17. Duplexer nach dem vorhergehenden Anspruch, der ein Sendefilter (TX), eine Impedanzanpassschaltung (MC) und ein Empfangsfilter (RX) aufweist,
wobei
– der erste Serienresonator (S1) ein Element des Sendefilters (TX) ist, und
– die Impedanzanpassschaltung (MC) zwischen dem Sendefilter (TX) und dem Empfangsfilter (RX) geschaltet ist.

18. Duplexer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Empfangsfilter eine DMS-Struktur (DMS) umfasst.

Description:
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft RF-Filterschaltungen, z. B. für Mobilkommunikationsvorrichtungen, RF-Filter, die solche Schaltungen aufweisen, und Duplexer, bei denen solche Filterschaltungen verwendet werden und die eine hohe Isolierung aufweisen.

Hintergrund der Erfindung

RF-Filterschaltungen können in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen, z. B. Mobiltelefonen, zum Auswählen von erwünschten Signalen aus einer Vielzahl von Signalen, die sich in einer Vielzahl von Frequenzbändern ausbreiten, verwendet werden.

Ein wichtiger Aspekt einer RF-Filterschaltung ist die mögliche Dämpfung, d. h. der Einfügungsverlust, der in einem Durchlassbereich klein sein sollte und in einem Sperrband hoch sein sollte. Wenn die Filterschaltung insbesondere in Durchlassbereichsfiltern verwendet wird, sind die Bandbreite und die Steilheit der Durchlassbereichsflanken wichtige Aspekte. Wenn zwei Durchlassbereichsfilter kombiniert werden, kann ein Duplexer erhalten werden. Ein wichtiger Parameter von Duplexern ist ihre Isolierung. Die Isolierung ist hauptsächlich das Verhältnis von Energie, die dem Sende(TX)-Port zugeführt wird, dividiert durch die Energie, die zu dem Empfangs(RX)-Port hin austritt. Eine gute Dämpfung (d. h. ein hoher Einfügungsverlust) in einem Sperrband – normalerweise im RX-Frequenzband – wird zum Erhalten einer guten Isolierung benötigt.

Im Prinzip bieten Filterschaltungen, die mit akustischen Wellen arbeiten, eine gute Dämpfung. Filter mit solchen Filterschaltungen können SAW-Filter (SAW = surface acoustic wave – akustische Oberflächenwelle), BAW-Filter (BAW = bulk acoustic wave – akustische Volumenwelle) oder GBAW-Filter (GBAW = guided bulk acoustic wave – geführte akustische Volumenwelle) sein. Ein elektroakustisches Filter ist aus dem US-Patent Nr. 6,441,704 bekannt.

Der sich immer weiter verbreitende Trend zur Miniaturisierung einerseits und zu einer immer größeren Funktionalität andererseits beeinträchtigt jedoch die intrinsisch guten Filtereigenschaften solcher elektroakustischen Filter.

Somit besteht Bedarf an Filtern mit guten Filtereigenschaften selbst bei kleinen lateralen Abmessungen. Ferner werden Duplexer, die solche Filter umfassen, ebenfalls benötigt.

Kurzfassung der Erfindung

Die Filterschaltung, das Filter und der Duplexer gemäß den unabhängigen Ansprüchen bieten die benötigten Schaltungen und Komponenten. In den abhängigen Ansprüchen werden die bevorzugten Ausführungsformen dargelegt.

Eine RF-Filterschaltung umfasst einen Eingangsport mit einem Eingangsanschluss und einen Ausgangsport mit einem Ausgangsanschluss. Die Filterschaltung umfasst ferner einen Signalweg zwischen dem Eingangsport und dem Ausgangsport. Der Signalweg weist einen ersten Serienresonator auf. Die Filterschaltung umfasst ferner einen Masseanschluss, ein erstes Kopplungsleitersegment und ein zweites Kopplungsleitersegment. Das erste Kopplungsleitersegment ist ein Teil des Signalwegs und ist direkt mit dem Eingangsanschluss verschaltet. Das zweite Kopplungsleitersegment ist direkt mit dem Ausgangsanschluss oder mit dem Masseanschluss verschaltet. Die RF-Filterschaltung weist ferner ein Unterdrückungsfrequenzband mit einer hohen Dämpfung auf. Ferner sind das erste Kopplungsleitersegment und das zweite Kopplungsleitersegment nebeneinander angeordnet, und sie sind so elektronmagnetisch gekoppelt, dass durch die Kopplung die Dämpfung der Filterschaltung in dem Unterdrückungsband verstärkt wird.

Abgesehen von dem Eingangsanschluss kann der Eingangsport einen zweiten oder weitere Eingangsanschlüsse aufweisen. Es ist somit möglich, dass der Eingangsport mit unsymmetrischen Signalen (ein Eingangsanschluss) oder symmetrischen Signalen (zwei Eingangsanschlüsse) arbeitet. Ferner kann der Ausgangsport einen zweiten oder mehrere Ausgangsanschlüsse aufweisen. Dann ist es möglich, dass der Ausgangsport der Filterschaltung mit unsymmetrischen Signalen (ein Ausganganschluss) oder symmetrischen Ausgangssignalen (zwei Ausgangsanschlüsse) arbeitet.

Der Signalweg umfasst Leitersegmente zwischen dem Eingangsport und dem Ausgangsport, in denen sich RF-Signale ausbreiten können. Der Signalweg kann zum Arbeiten mit unsymmetrischen Signalen oder zum Arbeiten mit symmetrischen Signalen vorgesehen sein. Der erste Serienresonator ist in dem Signalweg elektrisch in Reihe geschaltet. RF-Signale, die sich in dem Signalweg ausbreiten, müssen den ersten Serienresonator passieren.

Der Masseanschluss bietet eine Verbindung mit einem Massepotenzial. Die Verbindung in Richtung des Massepotenzials kann eine direkte Verbindung mit dem Massepotenzial sein oder über ein Impedanzelement, wie z. B. ein kapazitives Element oder ein induktives Element, erfolgen.

Da das erste Kopplungsleiterelement ein Teil des Signalwegs ist und da das erste Kopplungsleitersegment direkt mit dem Eingangsanschluss gekoppelt ist, breiten sich RF-Signale, die dem Eingangsanschluss zugeführt werden, durch das erste Kopplungsleitersegment aus. Aufgrund der Nähe des ersten und des zweiten Kopplungsleitersegments zueinander ist eine elektromagnetische Kopplung möglich und erwünscht. Im Vergleich zu idealen Filterschaltungen weisen reale Filterschaltungen eine endliche Dämpfung in einem Sperrband auf. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass aufgrund der endlichen Leitfähigkeitseigenschaften von Leitersegmenten ein Massepotenzial einer Filterschaltung in einem realen Filter in seinem Wert nicht absolut festgelegt ist. RF-Signale können das Massepotenzial kontaminieren. Somit können Frequenzkomponenten eines unerwünschten Signals beim Massepotenzial und/oder am Ausgang des Filters festgestellt werden. Durch eine elektromagnetische Kopplung des ersten Kopplungsleitersegments und des zweiten Kopplungsleitersegments können die Dämpfungseigenschaften der Filterschaltung verbessert werden. Entsprechend kann ein Duplexer, bei dem eine solche RF-Schaltung ein Sendefilter oder ein Empfangsfilter bildet, eine verbesserte Isolierung aufweisen.

Durch das Herstellen eines solchen ersten Kopplungsleitersegments in der Nähe eines zweiten Kopplungsleitersegments werden jedoch weitere Leitersegmente zu einem Filter hinzugefügt, wodurch der sich immer weiter verbreitende Trend zur Miniaturisierung gefährdet wird und sich die Wahrscheinlichkeit eines weiteren Übersprechens zwischen Leiterelementen erhöht. Somit müssen die jeweiligen Kopplungsleitersegmente und deren Topologie in einem Filter sehr sorgfältig gewählt werden und muss die Auslegung der jeweiligen anderen Filterkomponenten an das Vorhandensein der Kopplungsleitersegmente angepasst werden, wenn das volle Potenzial der jeweiligen elektromagnetischen Kopplung ausgenutzt werden soll.

Es ist möglich, dass das zweite Kopplungsleitersegment direkt mit dem Ausgangsanschluss verschaltet ist.

Es ist jedoch auch möglich, dass das zweite Kopplungsleitersegment direkt mit dem Masseanschluss verschaltet ist.

Somit ist es möglich, dass eine elektromagnetische Kopplung zwischen Eingangssignalen und Signalen, die sich in dem Ausgangsanschluss ausbreiten, erhalten wird, und es ist ferner möglich, dass eine solche Kopplung zwischen Eingangssignalen und einem nicht idealen Massepotenzial erhalten wird.

Es ist möglich, dass die RF-Filterschaltung eine laddertypeähnliche Struktur aufweist und einen zweiten Serienresonator umfasst. Der zweite Serienresonator ist in dem Signalweg elektrisch verbunden (verschaltet) und ist mit dem ersten Serienresonator in Reihe geschaltet. Die RF-Filterschaltung kann dann ferner einen ersten Parallelpfad und einen zweiten Parallelpfad umfassen. Der erste Parallelpfad verbindet den Signalweg elektrisch mit Masse und umfasst einen ersten Parallelresonator. Der zweite Parallelpfad verbindet den Signalweg elektrisch mit Masse und umfasst einen zweiten Parallelresonator. Der erste Parallelresonator und der zweite Parallelresonator sind somit elektrisch parallelgeschaltet und bilden Nebenschlussschaltungen zwischen dem Signalweg und Masse.

Jeder Reihen- und jeder Parallelresonator kann eine Resonanzfrequenz und eine Antiresonanzfrequenz aufweisen. Wenn die jeweiligen Frequenzen entsprechend gewählt sind, dann kann die RF-Filterschaltung ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter bilden. In jedem Fall weist die RF-Filterschaltung ein Unterdrückungsfrequenzband mit verbesserter Dämpfung auf.

Es ist möglich, dass die Dämpfung durch die Aufhebung von unerwünschten RF-Signalen verstärkt wird. Eine Aufhebung wird aufgrund der elektromagnetischen Kopplung in dem ersten und in dem zweiten Kopplungsleitersegment erhalten.

Es ist möglich, dass der erste Serienresonator zum Arbeiten mit akustischen Wellen zweckbestimmt ist. Somit ist der erste Serienresonator ein elektroakustischer Resonator und kann ein SAW-Resonator, ein BAW-Resonator oder ein GBAW-Resonator sein. Wenn die RF-Filterschaltung weitere Resonatoren, wie z. B. einen zweiten Serienresonator und einen ersten und/oder einen zweiten Parallelresonator, umfasst, dann können diese weiteren Resonatoren ebenfalls elektroakustische Resonatoren sein. Die weiteren Resonatoren können vom gleichen Typ sein wie der erste Serienresonator.

Es ist möglich, dass der erste Serienresonator Resonatorkomponenten umfasst, die auf einem Chip angeordnet sind. Wenn der erste Serienresonator ein SAW-Resonator ist, können die Resonatorkomponenten Sammelschienen und Elektrodenfinger, eine Wärmekompensationsschicht (TCF = thermal coefficients of frequency – Wärmekoeffizienten der Frequenz) oder eine Frequenzeinstellschicht sein. Durch Wählen der Dicke der Frequenzeinstellschicht kann die Frequenz des Resonators abgestimmt werden.

Wenn die RF-Filterschaltung weitere Resonatoren umfasst, dann können die Komponenten der weiteren Resonatoren ebenfalls auf demselben Chip angeordnet sein, oder sie können auf einem anderen Chip angeordnet sein.

Wenn der erste Serienresonator ein BAW-Resonator ist, dann können die Resonatorkomponenten einen unteren Elektrodenbereich, einen oberen Elektrodenbereich und ein piezoelektrisches Material zwischen den zwei Elektrodenbereichen umfassen.

Wenn der erste Serienresonator ein GBAW-Resonator ist, dann können die Resonatorkomponenten Sammelschienen, Elektrodenfinger und ein dielektrisches Material, unter dem die Sammelschienen und die Elektrodenfinger vergraben sind, umfassen.

Im Fall eines SAW-Resonators oder eines GBAW-Resonators kann der Chip ein piezoelektrisches Material, wie z. B. Lithiumtantalit (LiTaO3), Lithiumniobat (LiNbO3) oder Quarz umfassen. Wenn der erste Serienresonator ein BAW-Resonator ist, dann kann der Chip ein Halbleiterchip sein.

Es ist möglich, dass der Chip auf einem Trägersubstrat angeordnet ist.

Das Trägersubstrat kann eine einzelne Schicht eines dielektrischen Materials, z. B. eines PCB(printed circuit board – gedruckte Leiterplatte)-Materials, umfassen. Das Trägersubstrat kann Leitersegmente auf seiner oberen Seite oder auf seiner unteren Seite zum elektrischen Verbinden der Filterschaltung mit einer externen Schaltungsumgebung umfassen.

Es ist jedoch möglich, dass das Trägersubstrat ein mehrschichtiges Substrat mit einer Vielzahl von zwei oder mehr dielektrischen Schichten und dazwischenliegenden Metallisierungsschichten ist. In den Metallisierungsschichten können Leitersegmente, wie z. B. Signalleitungen, Impedanzelemente, wie z. B. Kapazitätselemente, oder induktive Elemente etc. strukturiert und mit dem ersten Serienresonator elektrisch verbunden sein. Somit können Schaltungskomponenten der RF-Filterschaltung in dem mehrschichtigen Substrat eingebettet sein.

Es ist möglich, dass das erste Kopplungsleitersegment und das zweite Kopplungsleitersegment auf dem Chip oder auf dem Trägersubstrat angeordnet sind.

In Abhängigkeit von dem gewünschten Grad an Kopplung und dem Abstand zwischen dem Kopplungsbereich und anderen Schaltungskomponenten bietet das Anordnen der Kopplungsleitersegmente auf dem Chip oder auf dem Trägersubstrat zwei alternative Lösungen.

Herkömmliche und bekannte Techniken sind zum Kombinieren des Chips und des Trägersubstrats möglich. Es ist somit möglich, dass der Chip und das Trägersubstrat zu einer Filterkomponente kombiniert werden, bei der DSSP-Techniken angewendet werden, wobei DSSP (Die Sized SAW Packaging) ein Markenname für eine klein dimensionierte hochintegrierte elektrische Filterkomponente ist.

Es ist möglich, dass das erste Kopplungsleitersegment und das zweite Kopplungsleitersegment parallel ausgerichtet sind. Die zwei Leitersegmente können nebeneinander in derselben Schicht innerhalb eines Schichtsystems auf einem Chip oder innerhalb eines Schichtsystems in einem mehrschichtigen Substrat angeordnet sein. Es ist jedoch möglich, dass die zwei Leitersegmente übereinander in unterschiedlichen Schichten einer mehrschichtigen Struktur angeordnet sind. Durch Wählen der Länge und des Abstands zwischen den zwei parallelen Leitersegmenten und durch Wählen des Materials und der dielektrischen Eigenschaften des dazwischenliegenden Materials kann der Grad an Kopplung zwischen den zwei Leitersegmenten entsprechend den Erfordernissen, die das Filter erfüllen muss, eingestellt werden.

Es ist möglich, dass das erste Kopplungsleitersegment und das zweite Kopplungsleitersegment zum Leiten von RF-Signalen in derselben oder in der entgegengesetzten Richtung zweckbestimmt sind.

Durch Wählen der Ausbreitungsrichtung relativ zueinander steht einem Konstrukteur ein weiterer Freiheitsgrad beim Einstellen des Grads an Kopplung zur Verfügung.

Es ist möglich, dass das erste Kopplungsleitersegment und das zweite Kopplungsleitersegment ein Segment einer gekoppelten Signalleitung zur symmetrischen Signalübermittlung bilden.

Zum Beispiel können durch Platzieren der zwei unterschiedlichen Leitersegmente in entgegengesetzten Richtungen in entgegengesetzte Richtungen fließende Ströme entgegengesetzt polarisierte magnetische und/oder elektrische Felder produzieren, die einander verkleinern oder sogar aufheben können. Somit kann eine symmetrische Signalübermittlung erhalten werden. Durch Verwenden einer solchen symmetrischen Signal-übermittlung für TX-Signale und elektromagnetische Signale, die sich in einem TX-Masseweg oder in dem Ausgangsport des Filters ausbreiten, kann ein Aufhebungseffekt erzeugt werden, durch den die Dämpfung der Filterschaltung und die elektrischen Eigenschaften eines entsprechenden Filters verbessert werden. Ein entsprechender Duplexer erhält eine verbesserte Isolierung.

Es ist möglich, dass das erste Kopplungsleitersegment und das zweite Kopplungsleitersegment zum Transportieren von Strömen, die entgegengesetzte Richtungen aufweisen und phasenverschoben sind, zweckbestimmt sind. Durch Wählen der Phase der RF-Signale, die sich an der Stelle der Leitersegmente ausbreiten, steht dem Konstrukteur ein weiterer Freiheitsgrad beim Einstellen des Grads an Kopplung zur Verfügung.

Es ist möglich, dass die elektromagnetische Kopplung eine magnetische Kopplung als ihren Hauptbestandteil umfasst.

Eine elektromagnetische Kopplung weist normalerweise eine elektrische Komponente und eine magnetische Komponente auf. Durch Wählen der geometrischen Details der Leitersegmente und des Abstands zwischen den Leitersegmenten und der elektromagnetischen Eigenschaften des dazwischenliegenden Materials kann das Hauptaugenmerk bei der Kopplung auf den magnetischen Aspekt oder auf den elektrischen Aspekt gelegt werden. Somit kann ein weiterer Freiheitsgrad beim Einstellen des Grads an Kopplung erhalten werden.

Es ist möglich, eine solche RF-Filterschaltung in einem entsprechenden RF-Filter zu verwenden. Somit kann ein RF-Filter eine solche RF-Filterschaltung umfassen.

Es ist ferner möglich, dass ein Duplexer ein solches RF-Filter mit einer verbesserten Dämpfung umfasst. Dann ist es möglich, dass das Sperrband des RF-Filters ein Empfangsband (RX) ist. Durch die verstärkte Dämpfung von RF-Signalen in dem Empfangsband wird die Isolierung des Duplexers verstärkt.

Es ist möglich, dass der Duplexer ein Sendefilter, ein Empfangsfilter und eine Impedanzanpassschaltung umfasst. Der erste Serienresonator der Filterschaltung ist ein Element des Sendefilters. Die Impedanzanpassschaltung ist zwischen dem Sendefilter und dem Empfangsfilter geschaltet. Es ist ferner möglich, dass ein solcher Duplexer eine DMS-Struktur (DMS = double mode SAW – Doppelmoden-SAW) in dem Empfangsfilter aufweist.

Insbesondere wenn ein solches Filter in einem Duplexer verwendet wird, addieren sich (stören sich) die TX-Eingangssignale und Masseströme an der Antenne, heben sich jedoch an dem Ausgangsport des Empfangsfilters auf. Somit wird die Isolierung des Duplexers verbessert.

In Abhängigkeit von den geometrischen Details der Leitersegmente können entgegengesetzt polarisierte magnetische Felder erhalten werden, die einander zum Erreichen einer verbesserten Dämpfung und somit einer verbesserten Isolierung aufheben.

Serienresonatoren und Parallelresonatoren können ineinandergreifende Elektroden mit Sammelschienen und Elektrodenfingern, die in einer akustischen Spur zwischen akustischen Reflektoren angeordnet sind, umfassen. Jeder Resonator kann jedoch als Multiportresonator (MPR) mit mehr als einem elektroakustischen Wandler in der entsprechenden akustischen Spur realisiert sein.

Die Filterschaltung, das Filter, der Duplexer und die grundlegenden Arbeitsprinzipien und bevorzugten Ausführungsformen sind in den beiliegenden schematischen Figuren, die den Umfang der Erfindung nicht einschränken, detaillierter beschrieben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine Filterschaltung FC mit einer Laddertype-Struktur, wobei ein Eingangsport elektromagnetisch mit einem Masseport gekoppelt ist.

2 zeigt einen Duplexer, wobei der Eingangsport des Sendefilters mit einem Ausgangsanschluss eines symmetrischen Ausgangsports des Empfangsfilters elektromagnetisch gekoppelt ist.

3 zeigt ein mögliches Layout einer Filtertopologie und eine mögliche Anordnung des ersten Kopplungsleitersegments relativ zu dem zweiten Kopplungsleitersegment.

4 zeigt eine mögliche Anordnung eines Chips, der sich über dem Trägersubstrat befindet. Der Chip und das Trägersubstrat bilden ein RF-Filter F.

5 zeigt ein weiteres mögliches Layout und eine weitere mögliche Anordnung des ersten Kopplungsleitersegments.

6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer physikalischen Realisierung des ersten und des zweiten Kopplungsleitersegments in dem mehrschichtigen Aufbau einer Filterkomponente.

7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform einer physikalischen Realisierung einer Filterkomponente.

8 zeigt simulierte frequenzabhängige Matrixelemente S12S23, die die Auswirkung einer anderen Ausführungsform einer elektromagnetischen Kopplung anzeigen.

9 zeigt simulierte frequenzabhängige Matrixelemente S13, die die Auswirkung anderer Ausführungsformen einer elektromagnetischen Kopplung anzeigen.

10 zeigt simulierte Matrixelemente S12SS23 eines Duplexers, die die Auswirkung anderer Ausführungsformen einer elektromagnetischen Kopplung anzeigen.

11 zeigt simulierte frequenzabhängige Matrixelemente S13, die die Auswirkung anderer Ausführungsformen einer elektromagnetischen Kopplung anzeigen.

1 stellt ein Ersatzschaltbild einer Filterschaltung FC eines grundlegenden Beispiels dar, bei dem eine elektromagnetische Kopplung zwischen einem Eingangsport und einem Massepotenzial erhalten wird. Die Filterschaltung FC umfasst einen Signalweg SP, in dem ein erster S1, ein zweiter S2 und ein dritter S3 Serienresonator elektromagnetisch in Reihe geschaltet sind. Ein erster Parallelresonator P1 ist in einem ersten Parallelpfad, der den Signalweg mit Masse GND verschaltet, elektrisch geschaltet. Ein zweiter Parallelresonator P2 ist in einem zweiten Parallelpfad, der den Signalweg SP mit Masse GND verschaltet, verschaltet. Ein dritter Parallelresonator P3 ist in einem dritten Parallelpfad, der den Signalweg SP mit Masse GND verschaltet, verschaltet.

Es ist möglich, dass der dritte Parallelresonator P3 eine Parallelkaskade von zwei Parallelresonatoren umfasst, von denen einer ein herkömmlicher Resonator ist und von denen der zweite ein MPR-Resonator ist.

Der Eingangsport IP umfasst mindestens einen Eingangsanschluss IT. Von dem Eingangsanschluss IT führen Leitersegmente zu einem Bereich einer elektromagnetischen Kopplung. Die elektromagnetische Kopplung findet zwischen dem ersten Kopplungsleitersegment CCS1 des Eingangsports und dem zweiten Kopplungsleitersegment CCS2 statt, das – bei diesem Beispiel – ein Leitersegment gegen Masse GND ist.

Bei dem in 1 gezeigten Ersatzschaltbild umfasst der Ausgangsport OP einen einzelnen Ausgangsanschluss OT. Eine Filterschaltung FC, die mit symmetrischen RF-Signalen an dem Eingangsport IP oder symmetrischen Ausgangssignalen an dem Ausgangsport OP arbeitet, ist jedoch auch möglich.

2 zeigt eine mögliche Implementierung von Kopplungsleitersegmenten für eine verbesserte Dämpfung in einem Duplexer DPX. Der Duplexer DPX umfasst ein Sendefilter TX und ein Empfangsfilter RX. Das Sendefilter TX kann das RF-Filter mit der oben beschriebenen Filterschaltung FC sein. Das Sendefilter TX umfasst drei Serienresonatoren S1, S2, S3 und drei Parallelresonatoren. Das Empfangsfilter RX umfasst einen ersten S1 und einen zweiten S2 Serienresonator und einen ersten Parallelresonator P1 in einem ersten Parallelpfad und einen zweiten Parallelresonator P2 in einem zweiten Parallelpfad. Das Empfangsfilter RX umfasst ferner eine DMS-Filterstruktur DMS. Die DMS-Filterstruktur DMS weist einen symmetrischen Signalausgang auf und stellt einen Ausgangsport OP bereit, der mit symmetrischen Signalen kompatibel ist. Somit umfasst der Ausgangsport OP zwei Ausgangsanschlüsse. Ein Ausgangsanschluss OT des Ausgangsports OP ist mit dem Eingangsanschuss IT des Eingangsports IP elektromagnetisch gekoppelt. Daher ist das erste Kopplungsleitersegment CCS1, das mit dem Eingangsport IP elektromagnetisch gekoppelt ist, in der Nähe des Leitersegments des Ausgangsanschlusses O2, das das zweite Kopplungsleitersegment bildet, angeordnet.

Zwischen dem Sendefilter TX und dem Empfangsfilter RX ist eine Impedanzanpassschaltung MC angeordnet. Ferner ist zwischen dem Sendefilter TX und der Impedanzanpassschaltung MC ein Antennenport angeordnet, der mit einer Antenne verschaltet sein kann.

Da ein solcher Duplexer eine Vielzahl von Resonatoren, Leitersegmenten und Schaltungselementen in einer Impedanzanpassschaltung umfasst, ist ein weiteres Bereitstellen von Leitersegmenten für eine elektromagnetische Kopplung über das erste und das zweite Kopplungsleitersegment keine Trivialität, sondern erfordert eine sorgfältige Auslegung und eine Anpassung der elektromagnetischen und akustischen Eigenschaften der jeweiligen anderen Duplexkomponenten.

3 zeigt ein mögliches Layout eines Duplexers DPX. Die Serienresonatoren S1, S2, S3 definieren die Hauptausbreitungsrichtung der Sendesignale aus dem Eingangsport IP zu einer Antenne ANT, die mit einem Antennenport AP verschaltet ist. Das Empfangsfilter umfasst einen Serienresonator und zwei DMS-Strukturen, die in zwei parallel ausgerichteten akustischen Spuren angeordnet sind. Abgesehen von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Serienresonator umfasst das Sendefilter ferner bis zu fünf Parallelresonatoren P1 bis P5, von denen zum Beispiel P4 und P5 unterschiedliche akustische Spuren eines MPR-Resonators bilden können.

Der Duplexer DPX umfasst Leitersegmente – die in 3 in fettgedruckten Linien gezeigt sind –, die Leitersegmente bilden, welche für die elektromagnetische Kopplung benötigt werden. Insbesondere die Leitersegmente zwischen einem Parallelresonator, d. h. einem dritten Parallelresonator P3, und Masse können ein Leitermuster bilden, das für die elektromagnetische Kopplung verwendet wird. Somit kann die Masseverbindung zwischen dem Resonator und Masse in einem spulenartigen Muster angeordnet sein, wodurch ein induktives Element realisiert wird. Die elektromagnetische Kopplung ist durch zwei parallel ausgerichtete Pfeile veranschaulicht. Das induktive Element, das durch die Leitersegmente realisiert ist, kann eine Leitfähigkeit im Bereich von 0,1 bis 0,5 nH, z. B. 0,3 nH, aufweisen. In Abhängigkeit von der Phase eines Signals, das sich in dem zweiten Kopplungsleitersegment CCS2 und in dem ersten Kopplungsleitersegment CCS1 ausbreitet, können parallele oder antiparallele Ströme an der Stelle der elektromagnetischen Kopplung eingestellt werden. Die Phase des Signals von einem oder zwei der Leitersegmente kann durch Einstellen der Länge der jeweiligen Leitersegmente, die die Kopplungsleitersegmente umfassen, eingestellt werden.

Die Topologien der in 3 und 5 gezeigten Layouts können Leiterelemente umfassen, die in unterschiedlichen Schichten auf einem Chip angeordnet sind. Insbesondere wenn Leitersegmente einen Überlappungsbereich aufweisen, kann ein dielektrisches Material zwischen den Leiterelementen angeordnet sein.

4 stellt schematisch ein RF-Filter F da, wobei Filterkomponenten in oder auf einer Fläche eines Chips CH angeordnet sind. Der Chip ist auf einem Trägersubstrat CS angeordnet. Der Chip CH und das Trägersubstrat CS können über Kontaktvorsprungverbindungen BU elektrisch und mechanisch verbunden sein. Andere elektrische Verbindungen, wie z. B. Bonddrähte, sind jedoch ebenfalls möglich.

Der Ort des ersten und des zweiten Kopplungsleitersegments kann sich auf dem Chip CH oder auf dem Trägersubstrat CH befinden.

5 zeigt ein mögliches Layout eines Duplexers DPX, bei dem die Leitersegmente, die das zweite Kopplungsleitersegment CCS2 umfassen, so gewählt sind, dass – an dem Ort der elektromagnetischen Kopplung – antiparallele Ströme, die antiparallele magnetische Felder hervorrufen, erhalten werden, wie durch die antiparallelen Pfeile veranschaulicht ist.

6 zeigt eine mögliche Realisierung von Leiterelementen, die das erste CCS1 und das zweite CCS2 Kopplungsleitersegment in einer geschichteten Struktur eines Filters bilden. Das erste Kopplungsleitersegment CCS1 ist direkt mit einem Bereich verschaltet, der den Eingangsport IP bildet. In der Nähe des ersten Kopplungsleitersegments CCS1 ist das zweite Kopplungsleitersegment CCS2 angeordnet, das über weitere Leitersegmente mit Masse verschaltet ist.

7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform, wobei das erste Kopplungsleitersegment CCS1 mit dem Ausgangsport des Empfangsfilters gekoppelt ist. Bei dieser Ausführungsform werden Leitersegmente, die das zweite Kopplungsleitersegment CCS2 des Ausgangsports anführen, in die Nähe des Eingangsports IP des TX-Filters geführt.

8 zeigt Simulationsergebnisse für die frequenzabhängigen Matrixelemente S12 (Einfügungsverlust zwischen dem Eingangsport des Sendefilters und dem Antennenport) und das Matrixelement S23 (Einfügungsverlust zwischen dem Antennenport und dem Ausgang des Empfangsfilters) eines Duplexers. Die Filter des Duplexers stellen zwei Durchlassbereiche bereit. Der Durchlassbereich, der Frequenzen zwischen 700 und 740 MHz umfasst, bildet das Sendeband, d. h. den Durchlassbereich des Sendefilters. Der Durchlassbereich, der Frequenzen zwischen 760 und 790 MHz umfasst, bildet das Empfangsband, d. h. den Durchlassbereich des Empfangsfilters.

Eine Kurve IL1 ist das Matrixelement S12 eines Duplexers, wobei der Eingangsport elektromagnetisch mit einem Leitermuster gekoppelt ist, das Parallelresonatoren mit Masse verbindet und eine Induktivität von 0,3 nH aufweist. Eine Kurve IL2 ist das simulierte Matrixelement S12 einer Ausführungsform, wobei die Ströme in den zwei Kopplungsleitersegmenten in die gleiche Richtung fließen. Eine Kurve IL3 ist das Matrixelement S12 einer Ausführungsform, wobei der Strom in den zwei Kopplungsleitersegmenten in entgegengesetzte Richtungen fließt.

9 zeigt die berechneten Matrixelemente S13 (Isolierung) des Duplexers entsprechend den Einfügungsverlusten von 8. Eine Kurve IS1 ist das Matrixelement S13 des Duplexers, wobei die Leitersegmente des zweiten Kopplungsleitersegments ein induktives Element von 0,3 nH bilden, eine Kurve IS2 ist das Matrixelement S13 einer Ausführungsform, wobei die Ströme in den Kopplungsleitersegmenten die gleiche Richtung aufweisen, und eine Kurve IS3 ist das Matrixelement S13 einer Ausführungsform, wobei die Ströme in den Kopplungsleitersegmenten entgegengesetzte Richtungen aufweisen.

10 zeigt simulierte Einfügungsverluste für das Sendefilter und das Empfangsfilter eines Duplexers. Eine Kurve IL1 ist das Matrixelement S12 einer Ausführungsform, wobei die zwei Kopplungsleitersegmente Segmente einer Signalleitung zur symmetrischen Signal-übermittlung bilden, wobei die Kopplungsleitersegmente in der Packung einer DSSP-(Die Sized SAW Packaging)Komponente angeordnet sind. Eine Kurve IL2 ist das Matrixelement S12 einer Ausführungsform, wobei die Kopplungsleitersegmente Leitersegmente einer Signalleitung zur symmetrischen Signalübermittlung bilden und die Kopplungsleitersegmente in einer Laminatstruktur des mehrschichtigen Trägersubstrats angeordnet sind. Eine Kurve IL3 ist das Matrixelement S12 einer Ausführungsform, wobei die zwei Kopplungsleitersegmente Leitersegmente einer Signalleitung zur symmetrischen Signalübermittlung bilden, wobei die Kopplungsleitersegmente zwischen dem Sendefilter und dem Empfangsfilter auf einem entsprechenden Filterchip angeordnet sind.

11 zeigt die entsprechenden Matrixelemente S13 des Duplexers gemäß der in 10 gezeigten Kurven. Eine Kurve IS1 ist das Matrixelement S13, wobei die Kopplungsleitersegmente in einer Packung einer DSSP-Komponente angeordnet sind, eine Kurve IS2 ist das Matrixelement S13 einer Ausführungsform, wobei die Segmente eine Signalleitung zur symmetrischen Signalübermittlung in einer Laminatstruktur des Trägersubstrats bilden, und eine Kurve IS3 ist das Matrixelement S13, wobei der Bereich der elektromagnetischen Kopplung zwischen dem TX-Filter und dem RX-Filter auf dem Filterchip angeordnet ist.

Aus 8 bis 11 ist ersichtlich, dass dem Konstrukteur eine Vielzahl von Möglichkeiten zum Anpassen der elektrischen Eigenschaften eines Duplexers an externe Erfordernisse zur Verfügung steht.

Weder die Filterschaltung noch das Filter noch der Duplexer sind auf die oben beschriebenen oder in den Figuren gezeigten Details und Ausführungsformen beschränkt. Filterschaltungen, Filter und Duplexer, die weitere Kopplungsleitersegmente oder weitere Schaltungskomponenten umfassen, sind ebenfalls eingeschlossen.

Liste der Bezugszeichen

  • ANT:
    Antenne
    AP:
    Antennenport
    BU:
    Kontaktvorsprungverbindung
    CCS1:
    erstes Kopplungsleitersegment
    CCS2:
    zweites Kopplungsleitersegment
    CH:
    Chip
    DMS:
    Doppelmoden-SAW-Struktur
    DPX:
    Duplexer
    F:
    Filter
    FC:
    Filterschaltung
    GND:
    Masse
    IE:
    induktives Element
    IL1, IL2, IL3:
    Matrixelement S12 / Einfügungsverlust
    IP:
    Eingangsport
    IS1, IS2, IS3:
    Matrixelement S13 / Isolierung
    IT:
    Eingangsanschluss
    OP:
    Ausgangsport
    OT:
    Ausgangsanschluss
    P1, P2, P3:
    Parallelresonator
    P4, P5:
    Parallelresonator
    RX:
    Empfangsfilter
    RXout:
    Ausgangsport des Empfangsfilters
    S1, S2, S3:
    Serienresonator
    SP:
    Signalweg
    TX:
    Sendefilter
    TXin:
    Eingangsport des TX-Filters