CN106797211B

CN106797211B - 具有改善的扩展性的hf滤波器模块

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Publication number: CN106797211B
Application number: CN201580054556.1A
Authority: CN
Inventors: 埃德加·施密德哈默; 托马斯·梅茨格
Original assignee: Tracking Ltd
Current assignee: Tracking Ltd
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2021-04-06
Anticipated expiration: 2035-07-22
Also published as: KR20170053694A; US20170272104A1; KR101965818B1; MX371519B; CN106797211A; DE102014113052B4; DE102014113052A1; EP3192180B1; JP2017533625A; US10020827B2; BR112017004859A2; EP3192180A1; MX2017003241A; WO2016037752A1; JP6679575B2

Abstract

本发明提出一种HF模块，其滤波器功能易于扩展并且具有良好的电学特性。为此，所述模块包括两个滤波器单元，它们各自具有HF滤波器和开关，该开关具有两个可行的切换状态。所述两个滤波器单元并联。

Description

具有改善的扩展性的HF滤波器模块

本发明涉及HF模块，例如应用于通信设备的滤波器模块，其能够以简单的方式扩展到多个滤波器，以便进一步覆盖频带。

HF模块能够应用于移动通信设备并且例如包括前端的HF滤波器。这种模块及其所包含的HF滤波器负责在移动通信设备中使得HF信号能够以正确的频率传送至相应的接收放大器并且使得HF信号以正确的频率从功率放大器传送至天线，而不会互相干扰。其问题在于，现代通信设备为此应设置成始终能够处理数目日益增长的频带或传播系统。特别是，所谓的“载波聚合”，即针对带宽扩展需求的各种不同频带的组合，使常规的HF模块受制于其局限性。

可行的是，在前端模块的信号路径中，多个HF滤波器利用多路开关连接，以通过适当的HF滤波器将相应的信号分配给相关的信号通路。这类多路开关具有多个开关位置，这一方面有损信号质量，另一方面有碍扩展性。若要HF模块能够同时传递另外的频带或不同的频带，通常应将多路开关替换成扩展并重新设计的多路开关，电路内部的繁复性增高。

此外，HF模块的扩展还涉及在构件中安置附加的电路组件而不同的电路组件不会互相干扰的难题。

因此，本发明的目的在于，提出一种模块，其易于适应不断攀升的带宽需要，实现更高的组件密度，而不会增添额外的设计费用，并且允许改善的信号质量。此外，所述模块应当能够允许双工器的功能，其中，各个(双工器的)滤波器之间或者相关开关之间的隔离性有所提高。

此外，本发明的目的还在于，提出这种模块的适当应用。本发明用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求的主题。本发明的有利实施方案参阅从属权利要求。

对此，HF模块包括两个滤波器单元。在此，这两个滤波器单元中的每个均包含具有输入端和输出端的第一HF滤波器以及具有两个可行切换状态的第一开关。在每个滤波器单元中，所述第一开关与所述第一HF滤波器的所述输入端或所述输出端连接。所述两个滤波器单元本身互相并联。

所述第一开关与所述第一滤波器能够在每个滤波器单元中串联。在所述两个可行切换状态之一中，所述第一开关的所述输入端与所述第一开关与所述HF滤波器串联的那个输出端导电连接。在相关的第二可行切换状态中，所述第一开关的所述输入端能够与所述第一HF滤波器去耦。

通过为每个待覆盖的频带提供一个滤波器单元，实现HF模块的轻松扩展。在此，相应滤波器单元的每个第一HF滤波器均能够通过所述模块中的所述第一开关来激活，而且也能被去激活。不再需要多路开关。将多路开关的任务交给多个双路开关，其中，在通常情况下只有少数双路开关(例如一个或两个)允许信号流经过HF滤波器，这样就能减小有源开关的电路繁复性并且改善信号质量。增加双路开关的数目相比于降低每个开关的电路繁复性更能补偿电路繁复性的增高。

在此，全部滤波器单元的全部第一开关都能够与共用的信号母线相连接。所述第一滤波器的全部信号输出端都能够与另一个信号母线相连接或者能够通过其他开关与这一母线耦合。有鉴于此，整个HF模块的电路繁复性仅随待覆盖的HF滤波器的数目线性增大。每个具有其开关及其HF滤波器的滤波器单元能够如此实现，即能够拼合多个滤波器单元，例如层叠或并列布置，而不会产生任何问题并且几乎没有HF导线相交。

通过由滤波器和开关组合成滤波器单元，能够实现更高的构件密度，其原因在于，由于电路组件上下层叠或者滤波器单元上下层叠的可行三维集成，相应的单元具有较少的面积需求。因信号通路明显简化，信号质量有所改善，并且例如在双工器情况下的隔离有所提高。不同滤波器单元的各个滤波器能够被布置成彼此在物理上分离。能够在同一芯片上实现各种简化的开关。再则可行的是，这样改善信号质量，即并非将各种开关以电镀的方式连接在芯片上，而是以外置的方式连接。

额外可行的是，针对至少一个滤波器单元：所述滤波器单元包括第二开关，其又具有两个可行切换状态。所述第一开关与所述HF滤波器的所述输入端连接，并且所述第二开关与所述HF滤波器的所述输出端连接。有鉴于此，所述第一HF滤波器连接于所述第一开关与所述第二开关之间。倘若使所述第一开关与第一信号母线耦合并且所述第二开关与第二信号母线耦合，则所述第一HF滤波器能够分别地完全不与信号母线连接、仅与第一信号母线连接、仅与第二信号母线连接或者与两个信号母线连接。

额外可行的是，至少一个滤波器单元包括具有输入端和输出端的第二滤波器。所述第二滤波器与所述第一滤波器并联。相应的滤波器单元的所述第一滤波器和所述第二滤波器能够在其中间频率以及(在带通滤波器的情况下)在其带宽方面如此实现，使得该相应的滤波器单元实现双工器。

有鉴于此，每个滤波器单元均能实现双工器的功能。通过设置其他滤波器以及其他双路开关，每个滤波器单元还能够设置成四工器或六工器。

额外可行的是，至少一个滤波器单元包括具有两个可行切换状态的第三开关。所述第三开关则与所述第二滤波器的所述输入端连接。

倘若这两个滤波器表示双工器的滤波器，则可行的是，所述第一开关与选自双工器的发射信号路径和接收信号路径的信号路径连接。所述第三开关则对应与两个上述信号路径中的相应另一个连接。所述第二开关与共用的信号路径(例如天线信号路径)连接。

额外可行的是，在至少一个滤波器单元中，每个开关具有三个接线端。在此，每个开关具有第一接线端，所述开关通过该第一接线端与所述滤波器单元的HF滤波器连接。额外可行的是，每个开关通过所述三个接线端中的第二接线端与终端阻抗连接。

通过所述终端阻抗能够实现阻抗适配。如此例如可行的是，提供通过适当的阻抗值接地的终端，以便例如排除不理想的反射。

额外可行的是，在至少一个滤波器单元中，每个开关通过其三个接线端中的第三接线端与信号母线连接。在此，所述第一开关能够通过其第三接线端与第一信号母线连接，并且所述第二开关能够通过其第三接线端与第二信号母线连接。

借此可行的是，所述第一信号母线与所述第二信号母线之间的HF信号通过经由所述滤波器单元的相应开关位置选出的最佳适配的HF滤波器发生交换。

额外可行的是，至少一个滤波器单元包括控制电路，借助于该控制电路能够控制所述滤波器单元的开关的切换状态。在此情形下，所述控制电路解码能够从外部电路环境接收的控制信号，并且产生相应针对各个开关的切换信号。

额外可行的是，所述滤波器单元的第一开关的第三接线端与发送放大器连接。

在此情形下，所述发送放大器可以是常规的功率放大器，例如，多模多频功率放大器(MMMB-PA)。

额外可行的是，滤波器单元的第二开关的第三接线端与天线接口连接。

在此情形下，所述天线接口能够与通信设备的天线连接。

额外可行的是，滤波器单元的第三开关的第三接线端与接收放大器连接。

例如，所述接收放大器可以是常规的低噪声放大器。

尤其可行的是，全部滤波器单元的第一开关的全部第三接线端都与发送放大器连接。另外可行的是，全部滤波器单元的第二开关的全部第三接线端都与天线接口连接。

同样可行的是，全部滤波器单元的第三开关的全部第三接线端都与接收放大器连接。

在此情形下，能够通过第一信号母线实现全部滤波器单元的第一开关的第三接线端的连接。在此情形下，能够通过共用的第二信号母线实现全部滤波器单元的第二开关的第三接线端的连接。在此情形下，能够通过共用的第三信号母线实现全部滤波器单元的第三开关的全部第三接线端的连接。

在此，所述滤波器单元的数目不限于两个。所述HF模块能够包括一个或多个其他滤波器单元。特别是，所述滤波器的数目也可以为五个、六个、七个、八个、九个或十个。

额外可行的是，全部滤波器单元都具有相同的电路拓扑结构。所述滤波器单元的HF滤波器能够均为带通滤波器并且相应在其带宽和/或中间频率上有所不同。

在此优选的是，同一滤波器单元的HF滤波器具有紧邻的通带。

上述HF模块例如可以应用于移动通信设备，例如移动电话，或者可以应用于移动通信系统，例如机动车辆。也可能应用于所谓的智慧小区(SMART-Cells)或者所谓的微微小区(Pico-Cells)。也可能应用于WLAN路由器或WLAN终端用户设备，或者例如应用于“物联网的目的，诸如日常有意或无意使用的目的。

下面参阅示意性附图对HF模块、其结构及其工作原理详加阐述。

其中：

图1示出所述模块的基本结构，

图2示出滤波器单元的电路组件的输入端或输出端的指定，

图3示出具有两个开关和一个HF滤波器的滤波器单元的示意性结构，

图4示出具有三个开关和两个HF滤波器的滤波器单元的示意性结构，

图5示出具有带控制电路的滤波器单元的模块的概览，

图6示出滤波器单元内的终端阻抗的可行连接，

图7示出具有带一个HF滤波器、两个开关和一个控制电路的滤波器单元的模块的概览图，

图8示出具有带两个HF滤波器、三个开关和一个控制电路的滤波器单元的模块的概览图，

图9示出添加另外的滤波器单元以便能够覆盖额外频带的简单扩展方案，其中，滤波器单元通过共用的信号母线与放大器连接，

图10示出全部滤波器单元都通过共用的信号母线与低噪声放大器连接的简单扩展，

图11示出在将滤波器单元配置成双工器情况下的简单扩展，

图12示出层叠式滤波器单元的可行物理实现形式，

图13示出替选的并列布置的滤波器单元的可行实现形式。

图1示出实现具有其滤波器单元FE1、FE2的HF模块M的基本方案。在模块M内，第一滤波器单元FE1与第二滤波器单元FE2并联。这两个滤波器单元中的每个均具有第一开关SW1和第一HF滤波器HF-F。这两个第一开关具有信号输入端并且允许两个可行切换状态。在这两个切换状态的每一个中，相应第一开关的信号输入端与相应的(第一)HF滤波器HF-F连接。

通过添加相同或相似的滤波器单元，所述模块能够在并未提高成本且尤其并未大力改变基本电路拓扑结构的情况下适配于多个频带。特别是，如果将要应用载波聚合，则通过第一开关的开关位置能够激活不同HF滤波器的组合。因仅需双路开关，故电路繁复性相较于常规的HF模块有所减小。免除多路开关的高度电路繁复性。

图2图示出不同接线端的指定：HF滤波器通过输入端I与开关SW连接，即通过其第一接线端A1。开关SW的第三接线端A3实现滤波器单元FE的信号输入端。开关SW能够通过开关SW的第二接线端A2与终端阻抗连接。

图3示出第二开关SW2的接线端的指定：第二开关SW2通过第二开关SW2的第一接线端A1与HF滤波器连接。滤波器单元FE能够通过第二开关SW2的第三接线端A3与其输出端连接。开关SW能够通过第二开关SW2的第二接线端A2与终端阻抗连接。

图2和图3中所示的开关以及滤波器的信号方向也能够颠倒，这样就能通过滤波器将来自第二开关SW2的信号导向第一开关SW1。

图4示出第三开关的接线端的指定。如此，第三开关SW3的第一接线端A1与第二滤波器连接。滤波器单元FE能够通过第三开关SW3的第三接线端A3与设置用于连接至第三开关SW3的信号母线连接。通过第二接线端A2，第三开关SW3能够通过终端阻抗接地。

有鉴于此，针对滤波器单元FE的全部三个开关SW1、SW2、SW3，第一接线端相应设置用于与滤波器连接。第二接线端A2能够设置用于与终端阻抗连接。第三接线端能够设置用于与三个可行限号母线之一连接。

图5示出HF模块包括滤波器单元FE的实施方式，其中，通过控制电路STS来控制第一开关SW1的开关位置。

在此，控制电路STS能够接收外部电路环境的控制信号并且转换成用于开关SW1的相应动作信号。

图6示出具有三个开关、两个HF滤波器和三个终端阻抗Z的滤波器单元FE的实施方式。这三个开关SW1、SW2、SW3的第二接线端A2中的任一个均通过终端阻抗接地。

图7示出HF模块M中的滤波器单元FE的实施方式，其中，控制电路STS控制两个开关SW1、SW2的切换状态。

图8示出HF模块M的滤波器单元FE的实施方式，其中，控制电路STS控制三个开关SW1、SW2、SW3的切换状态。在此，两个HF滤波器HF能够表示双工器的两个滤波器，这样就仅需三个开关，其原因在于，通过第二开关SW2来传导双工器的共用输出端。

图9示出能够通过添加额外的滤波器单元FE来扩展模块的方式。存在输入侧的信号母线SIGS，在具体的示例中，该信号母线与功率放大器PA连接。存在第二信号母线SIGS，其与天线连接。通过可以经由相应的控制电路STL寻址的滤波器单元的各个开关，能够分别激活滤波器单元的滤波器中的每个，以为从放大器到天线的HF信号开放适当的信号路径。由于相应仅需双路开关并且免除多路开关的复杂性，故信号质量有所改善。在需要进行扩展的情况下，也免于重新构建用于使各个滤波器与放大器连接的相应多路开关。在此，放大器PA可以是MMMB-PA。

图10示出类似于图9的关于接收信号路径的情况。

图11示出类似于图9和图10的情况，其中，每个滤波器单元FE包括双工器的两个滤波器以及三个双路开关，其中，这三个开关的切换状态由控制电路来控制。

信号母线与放大器PA连接。信号母线与天线连接。另一个信号母线(简明起见并未示出)一侧与双工器的相应接收滤波器连接，另一侧与接收放大器连接。

图12图示出相同拓扑结构的各种滤波器单元能够上下层叠在载体衬底TS上以借助三维集成在最低面积需求的情况下产生紧凑构件的方式。两个或酌情三个共同使用的信号母线能够通过穿过全部滤波器单元FE的通孔(Vias)来实现。

图13示出滤波器单元FE集成于载体衬底TS上的替选可行方案。在此，不同的滤波器单元FE并列布置于载体衬底TS上，并且例如通过层间连接与两个或酌情三个信号母线SIGS连接，这些信号母线能够被布置于多层载体衬底TS内的上侧或金属化层中。

在此，HF模块不限于上述或图中所示的实施例，它们在性质上仅供举例。具有附加滤波器单元的模块或者包括附加滤波器和/或开关的滤波器单元同样表示可能的实施方式。

附图标记清单

A1: 第一开关接线端

A2: 第二开关接线端

A3: 第三开关接线端

ANT: 天线

FE、FE1、FE2: 滤波器单元

HF-F: HF滤波器

I: 滤波器输入端

LNA: 低噪声放大器

M: HF模块

O: 滤波器输出端

PA: 功率放大器

SIGS: 信号母线

STS: 控制电路

SW、SW1、SW2、SW3: 开关

TS: 载体衬底

Z: 终端阻抗

Claims

1.一种高频HF模块，包括第一滤波器单元和第二滤波器单元，其中所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元中的每个滤波器单元包括：

第一HF滤波器，具有输入端和输出端，

第一开关，具有两个可行切换状态，

其中，在所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元中的每个滤波器单元中，所述第一开关与所述第一HF滤波器的所述输入端或所述输出端连接，以及

所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元并联连接，

其中，所述第一滤波器单元包括具有输入端和输出端的第二滤波器，所述第一滤波器单元的所述第一HF滤波器、所述第二滤波器实现双工器，

其中，所述第一HF滤波器布置在所述双工器的发射信号路径上，所述第二滤波器布置在所述双工器的接收信号路径上，所述第二滤波器的输入端连接到所述第一滤波器单元的所述第一HF滤波器的输出端，且

其中，所述第一滤波器单元包括具有两个可行切换状态的第三开关，所述第三开关连接到所述第二滤波器的输出端。

2.根据权利要求1所述的高频HF模块，其中：

所述第一滤波器单元包括具有两个可行切换状态的第二开关，

所述第一滤波器单元的所述第一开关与所述第一滤波器单元的所述第一HF滤波器的所述输入端连接，且

所述第一滤波器单元的所述第二开关与所述第一滤波器单元的所述第一HF滤波器的所述输出端连接。

3.根据权利要求1所述的高频HF模块，其中，所述第一滤波器单元的所述第一开关具有第一接线端，所述第一滤波器单元的所述第一开关经由所述第一接线端与所述第一滤波器单元的所述第一HF滤波器连接。

4.根据权利要求3所述的高频HF模块，其中，所述第一滤波器单元的所述第一开关还包括第二接线端，所述第一滤波器单元的所述第一开关经由所述第二接线端与终端阻抗连接。

5.根据权利要求4所述的高频HF模块，其中，所述第一滤波器单元的所述第一开关还包括第三接线端，所述第一滤波器单元的所述第一开关经由所述第三接线端与信号母线连接。

6.根据权利要求1所述的高频HF模块，其中，所述第一滤波器单元包括控制电路，所述控制电路用以控制所述第一滤波器单元的所述第一开关的切换状态。

7.根据权利要求5所述的高频HF模块，其中，所述第三接线端与发送放大器连接。

8.根据权利要求2所述的高频HF模块，其中，所述第一滤波器单元的所述第二开关具有与天线接口连接的接线端。

9.根据权利要求1所述的高频HF模块，其中，所述第一滤波器单元的所述第三开关具有与天线接口连接的接线端。

10.根据前述权利要求中任一项所述的高频HF模块，其中，

所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元具有相同的电路拓扑结构，

所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元的第一HF滤波器是带通滤波器，以及

所述带通滤波器具有不同的带宽或不同的中间频率或不同的带宽以及不同的中间频率两者。

11.根据前述权利要求中任一项所述的高频HF模块在移动通信设备或移动通信系统中的应用。