DE10003704A1 - Schaltungsanordnung mit Bandpaßfiltern - Google Patents

Abstract

Bei einer Schaltungsanordnung zur Bandpaß-Filterung eines Hochfrequenz-Signals großer Bandbreite sind mehrere Bandpaßfilter 1, 2 mit zueinander versetzten Durchlaßbereichen parallel angeordnet. Hierfür ist eine Schaltungsanordnung mit einem den Bandpaßfiltern vorgeschalteten Umschalter 4, 5, 6 vorgesehen, welcher in einem Halbleiter-Baustein 7 integriert ist. Die Anzahl der Ausgänge des Halbleiter-Bausteins 7 ist dabei gleich der Anzahl der Bandpaßfilter 1, 2. Hierdurch ist die Schaltungsanordnung bezüglich Isolation, Platzbedarf, Bauteilbedarf und Kosten verbessert. Solche Schaltungsanordnungen kommen beispielsweise in der Mobilfunktechnik zum Einsatz.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit mindestens zwei Bandpaßfiltern.

Bei einigen Anwendungen in der Hochfrequenztechnik, bei­ spielsweise in der Mobilfunktechnik, kann die Bandbreite ei­ nes zu filternden Signals größer sein als die Bandbreite exi­ stierender Bandpaßfilter, welche eine ausreichend hohe Güte aufweisen. Die Güte eines Bandpaß-Filters ist üblicherweise definiert als Quotient aus Resonanzfrequenz und Bandbreite. In bekannter Weise wird dieses Problem dadurch gelöst, daß zwei Bandpaßfilter mit zueinander versetzten Durchlaßberei­ chen parallel in einem Signalpfad angeordnet sind. Ausgangs­ seitig, das heißt nach der Filterung, werden die beiden Si­ gnalpfade wieder vereint. Problematisch ist dabei weiter, daß sich die parallel geschalteten Filter bezüglich ihrer Fil­ tercharakteristik gegenseitig in negativer Weise beeinflus­ sen. So können beispielsweise Störsignale oder Rauschen von einem Bandpaßfilter durchgelassen werden, während das eigent­ liche Nutzsignal im Durchlaßbereich eines parallel zum Stör­ signale durchlassenden Filter angeordneten Filters liegt. Aus diesem Grund dürfen die an den Eingängen der Bandpaßfilter anliegenden Signalpfade nicht gleichzeitig aktiv sein. Es ist eine möglichst große Isolation der eingeschalteten gegenüber den ausgeschalteten Signalpfaden anzustreben.

Die Abschaltung der jeweils nicht benötigten Signalpfade kann in bekannter Weise mit einem PIN-(positive-intrinsic- negative-)Dioden-Schalter realisiert sein, wobei PIN-Dioden in Serie zu zugehörigen, parallel geschalteten Bandpaßfiltern angeordnet sind. Nachteile dieser Lösung sind der große Platzbedarf sowie die große Zahl von Bauteilen einer solchen, aus diskreten Bauelementen aufgebauten Schaltung. Diese Nach­ teile sind insbesondere bei der Anwendung solcher Schaltungen im Mobilfunkbereich gravierend. Die Reduzierung von Abmessun­ gen und Gewicht von Endgeräten sowie der damit verbundenen Kosten sind wichtige Entwicklungsziele im Mobilfunkbereich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Filterung eines Hochfrequenz-Signals mit mehreren, parallel geschalteten Bandpaßfiltern anzugeben, welche eine hohe Isolation sowie einen geringen Platz- und Bauteilbedarf aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst von einer Schal­ tungsanordnung mit zumindest zwei Bandpaßfiltern mit jeweils einem Eingang und einem Ausgang, wobei die Ausgänge miteinan­ der verbunden sind, und mit einem in einem integrierten Halb­ leiter-Baustein angeordneten Schaltungsteil mit einer der An­ zahl der Bandpaßfilter entsprechenden Anzahl von Signalpfa­ den, welche eingangsseitig verbunden und ausgangsseitig aus dem integrierten Halbleiterbaustein herausgeführt und mit den zugeordneten Eingängen der Bandpaßfilter verbunden sind, wo­ bei die Signalpfade mit einer Ansteuerschaltung verbunden sind, die ein eingangsseitig zuführbares Signal jeweils auf einen Bandpaßfilter-Eingang durchschaltet.

Es wird also ein Hochfrequenz-Signal, welches den Bandpaßfil­ tern zuführbar ist, bereits in einem den Bandpaßfiltern vor­ geschalteten, integrierten Halbleiter-Baustein in mehrere Si­ gnalpfade geteilt. Der integrierte Halbleiter-Baustein weist außerdem eine Ansteuerschaltung zum Schalten der einzelnen Signalpfade auf, welche mit den aufgeteilten Signalpfaden verbunden ist. Der den Bandpaßfiltern vorgeschaltete Halblei­ ter-Baustein weist so viele Signalausgänge auf, wie parallel­ geschaltete Bandpaßfilter vorgesehen sind. Je ein Signalaus­ gang beziehungsweise Signalpfad des Halbleiter-Bausteins ist mit je einem Eingang eines Bandpaßfilters verbunden. Die im Halbleiter-Baustein angeordnete Ansteuerschaltung sorgt da­ für, daß jeweils nur ein Signalpfad auf einen Bandpaß durch geschaltet wird. Es wird also verhindert, daß parallelgeschaltete Bandpaßfilter gleichzeitig aktiv sind, somit werden Störsignale und Rauschen unterdrückt. Die Ausgänge der Band­ pässe sind miteinander verbunden. An diesem gemeinsamen Aus­ gang ist ein gefiltertes Hochfrequenz-Signal abgreifbar.

Die Integration der Schaltung zur Auftrennung der Signalpfade eines Hochfrequenz-Signals, sowie die Ansteuerung beziehungs­ weise Umschaltung der einzelnen Signalwege, die mit den Ein­ gängen von Bandpaßfiltern verbunden sind, erübrigt eine aus diskreten Bauelementen, beispielsweise PIN-Dioden, aufgebaute Schaltung zur Signaltrennung und -umschaltung. Hierdurch ist eine Reduzierung des Platzbedarfs sowie der Anzahl der benö­ tigten Bauteile erzielbar. Darüberhinaus ermöglicht die be­ schriebene Schaltungsanordnung eine höhere Isolation bezüg­ lich der ausgeschalteten Signalpfade.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung ist in den im Halbleiter-Baustein angeordneten, Si­ gnalpfaden jeweils eine Ausgangsstufe angeordnet, welcher ei­ ne Versorgungsspannung zuführbar ist. Die Ansteuerschaltung wirkt derart auf die Signalpfade, daß jeweils die Stromver­ sorgung der Ausgangsstufen der nicht benötigten Signalpfade unterbrochen werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung sind die im Halbleiter-Baustein angeordneten Ausgangsstufen, welche mittels der Ansteuerschaltung zu- oder abschaltbar sind, zugleich Konverterschaltungen, welche ein jeweils eingangsseitig zuführbares Differenzsignal in ein auf einer einzigen Leitung führbares Signal umwandeln.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung weisen die Ausgangsstufen, welche ein Diffe­ renzsignal in ein auf einer einzigen Leitung führbares (sin­ gle-ended-) Signal umwandeln, jeweils einen Differenzverstär­ ker und einen nachgeschalteten Emitterfolger auf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung werden als Bandpaßfilter Oberflächenwellen­ filter (SAW-, surface-acoustic-wave-filter) eingesetzt. Diese können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung schließlich haben die parallel geschalteten Bandpaßfilter Durchlaßbereiche, welche zueinander versetzt sind.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an­ hand eines Blockschaltbilds, und

Fig. 2 eine prinzipielle Schaltungsanordnung mit PIN- Dioden-Schaltern (Stand der Technik).

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit zwei Bandpaßfiltern, welche parallel geschaltet sind. Diese Schaltung ist für Frequenzen von ca. 1 Gigahertz geeignet.

Wie Fig. 1 entnehmbar ist, sind zwei Bandpaßfilter 1, 2 par­ allel geschaltet und in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Bandpaßfilter weisen jeweils einen Eingang 11, 21 sowie Ausgänge, die zu einem gemeinsamen Ausgang 3 verbunden sind, auf. Den Eingängen 11, 21 der Bandpaßfilter ist ein Hochfre­ quenzsignal zuführbar. Die Aufteilung dieses Hochfrequenzsi­ gnals in verschiedene Signalpfade 41, 51 erfolgt in einem den Bandpaßfiltern vorgeschalteten Halbleiter-Baustein. Die An­ zahl der Signalpfade beziehungsweise der aus dem Halbleiter- Baustein ausgangsseitig herausgeführten Signalwege entspricht der Anzahl der Bandpaßfilter 1, 2 beziehungsweise der Anzahl der Bandpaßfilter Eingänge 11, 21. In den Signalpfaden 41, 51 sind Ausgangsstufen 4, 5 angeordnet, welche ein der vorliegenden Schaltung zuführbares Hochfrequenz-Signal, welches als Differenzsignal vorliegt, in ein auf einer Leitung führbares Ausgangssignal umwandeln. Bei einem Differenzsignal liegt der eigentliche Informationsgehalt in der Differenz zweier Signa­ le. Das Ausgangssignal hingegen ist auf einer einzigen Lei­ tung geführt, welche auf ein Referenzpotential (Masse) bezo­ gen ist. Die Ausgangsstufen 4, 5 weisen hierfür jeweils einen Differenzverstärker mit nachgeschaltetem Emitterfolger auf. Aufgrund der eingangs beschriebenen Notwendigkeit, daß je­ weils nur ein Signalpfad gleichzeitig aktiv sein darf, ist eine Ansteuerschaltung 6 vorgesehen, welche mit den Ausgangs­ stufen 4, 5 verbunden ist. Diese Ansteuerschaltung 6 schaltet den Versorgungsstrom der jeweils, nicht benötigten Ausgangs­ stufe ab.

Fig. 2 zeigt eine dem Stand der Technik entnommene Möglich­ keit der Realisierung einer Steuerschaltung parallelgeschal­ teter Bandpaßfilter mit PIN-Dioden, wie sie beispielsweise in Mobilfunktelefonen Verwendung findet. Der integrierte Halb­ leiter-Baustein 7 ist im vorliegenden Beispiel ein Modulator- Baustein, in dem einem analogen Signal digitale Signale auf­ moduliert werden (nicht eingezeichnet). Das so gewonnene Si­ gnal wird einem Differenzverstärker 4 zugeführt. Der Halblei­ ter-Baustein 7 weist nur einen Ausgang (single-ended) auf. Dieses Signal wird erst außerhalb des Halbleiter-Bausteins 7 in zwei Signalpfade aufgeteilt, die an die beiden Eingänge 11, 21 der beiden Bandpaß-Filter (SAW-Filter) 1, 2 ange­ schlossen sind. An den beiden Ausgängen der Bandpaß-Filter 1, 2 ist jeweils eine PIN-Diode 81, 82 angeschlossen. Diese bei­ den PIN-Dioden 81, 82 sind Teil eines PIN-Dioden-Schalters 8, der weitere Elemente (nicht eingezeichnet) zur Ansteuerung der PIN-Dioden aufweist. Die Ausgänge der PIN-Dioden 81, 82 sind verbunden und über einen Leistungsverstärker 9 an eine Mobilfunk-Antenne 10 angeschlossen. Ein vor der Antenne 10 üblicherweise angeordneter Antennenumschalter ist nicht ein­ gezeichnet. Diese Anordnung benötigt, da der PIN-Dioden- Umschalter 8 aus diskreten Bauelementen aufgebaut ist, viel Platz, führt zu einem relativ hohen Gewicht der gesamten Schaltungsanordnung und verursacht dadurch hohe Kosten.

Die Aufteilung des Hochfrequenz-Signals bereits in einem den Bandpaßfiltern vorgeschalteten Halbleiter-Baustein gemäß Fig. 1 hingegen erlaubt eine hohe Isolation des eingeschalte­ ten gegenüber dem ausgeschalteten Signalpfad von ca. 66 dB. Gegenüber einer Lösung mit PIN-Dioden ergibt sich außerdem eine deutliche Platz-, Gewichts- und Bauteilersparnis.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel der Erfindung findet bei­ spielsweise im Mobilfunk Anwendung. Die Bandbreite des ein­ gangsseitig zuführbaren Hochfrequenz-Signals beträgt hier ca. 70 Megahertz, die Signalfrequenzen liegen zwischen ca. 890 und 960 Megahertz. Diese Bandbreite ist für nur ein Bandpaß­ filter, im vorliegenden Fall werden Oberflächenwellenfilter eingesetzt, zu groß. Deshalb ist die Parallelschaltung zweier Bandpaßfilter mit versetzten Durchlaßbereichen erforderlich. Der Ausgang 3 der Schaltungsanordnung ist beispielsweise über eine Verstärkerstufe an eine Antenne eines Mobilfunktelefons anschließbar. Der den Bandpaßfiltern vorgeschaltete, be­ schriebene Halbleiter-Baustein 7 kann beispielsweise ein Mo­ dulatorbaustein sein, welcher auf eine analoge Trägerfrequenz digitale Signale, beispielsweise Sprachsignale, aufmoduliert. Dieses modulierte Signal wird dann in beschriebener Weise aufgeteilt und den Ausgangsstufen 4, 5 zugeführt.

In Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist es zur weiteren Vergrößerung der Bandbreite der Schal­ tung denkbar, mehr als zwei Bandpaßfilter parallel zu schal­ ten.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung mit zumindest zwei Bandpaßfiltern (1, 2) mit jeweils einem Eingang (11, 21) und einem Ausgang (3), wobei die Ausgänge miteinander verbunden sind, und mit einem in einem integrierten Halbleiter-Baustein (7) angeordneten Schaltungsteil mit einer der Anzahl der Bandpaßfilter (1, 2) entsprechenden Anzahl von Signalpfaden (41, 51), welche ein­ gangsseitig verbunden und ausgangsseitig aus dem integrierten Halbleiterbaustein herausgeführt und mit den zugeordneten Eingängen (11, 21) der Bandpaßfilter (1, 2) verbunden sind, wobei die Signalpfade mit einer Ansteuerschaltung verbunden sind, die ein eingangsseitig zuführbares Signal jeweils auf einen Bandpaßfilter-Eingang (11, 21) durchschaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Signalpfaden (41, 51) je eine Ausgangsstufe (4, 5) angeordnet ist, deren Versorgungsstromzuführung (61, 62) durch die Ansteuerschaltung (6) zu- oder abschaltbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufen (4, 5) ein eingangsseitig zuführbares Differenzsignal in ein auf einer Leitung führbares Signal um­ wandeln.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufen (4, 5) jeweils einen Differenzverstär­ ker und einen nachgeschalteten Emitterfolger aufweisen.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandpaßfilter Oberflächenwellen-Filter sind, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandpaßfilter (1, 2) zueinander versetzte Durchlaßbe­ reiche haben.