DE102005043375A1

DE102005043375A1 - Elektrisches Bauelement

Info

Publication number: DE102005043375A1
Application number: DE200510043375
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Przadka; Jürgen Dr. Kiwitt; Andreas Fleckenstein; Maximilian Dr. Pitschi
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2007-03-15

Abstract

Es wird ein elektrisches Bauelement angegeben, umfassend einen Antennenpfad (ANT), der sich in einen Sendepfad (TX) und einen Empfangspfad (RX) verzweigt, und einen Duplexer (DU). Der Duplexer umfasst ein im Sendepfad angeordnetes Sendefilter (F1), ein im Empfangspfad angeordnetes Empfangsfilter (F2) und eine erste Anpassungsschaltung (MA1), die einen Querzweig gegen Masse umfasst, in dem eine Serienschaltung einer Induktivität (L) und einer ersten Kapazität (C1) angeordnet ist.

Description

Es wird ein elektrisches Bauelement angegeben, das in einer Frontendschaltung eines Sendeempfangsgeräts einsetzbar ist.

Ein Bauelement mit einer Frontendschaltung ist z. B. aus der Druckschrift EP 0788182 A2 bekannt.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein elektrisches Bauelement anzugeben, das geringe Abmessungen aufweist.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird ein elektrisches Bauelement mit einem Antennenpfad angegeben, der sich in einen Sendepfad und einen Empfangspfad verzweigt. Das Bauelement umfasst einen Duplexer, der ein im Sendepfad angeordnetes Sendefilter, ein im Empfangspfad angeordnetes Empfangsfilter und eine erste Anpassschaltung umfasst. Die erste Anpassschaltung weist einen Querzweig gegen Masse auf, in dem eine Serienschaltung einer Induktivität und einer ersten Kapazität angeordnet ist.

Der Querzweig ist vorzugsweise an den Antennenpfad bzw. an den Verzweigungspunkt dieses Pfades in den Sendepfad und den Empfangspfad angeschlossen.

In einer Variante ist eine zweite Anpassschaltung vorgesehen, die im Empfangspfad angeordnet ist. Die zweite Anpassschaltung weist eine zweite Kapazität auf, die in einem Serienzweig des Empfangspfades angeordnet ist.

Die erste und die zweite Anpassschaltung sind mit Bildung ei ner Koppelkapazität kapazitiv aneinander gekoppelt. Das Durchlassband des Sende- und Empfangsfilters liegt vorzugsweise in einem Frequenzbereich, in dem die Güte eines durch die Induktivität und die Koppelkapazität gebildeten effektiven Impedanzelements zumindest die Hälfte ihres Maximalwertes beträgt.

Das effektive Impedanzelement, das die Induktivität umfasst, ist im Ersatzschaltbild im Querzweig angeordnet und wird auch als die effektive Induktivität bezeichnet. Durch die Koppelkapazität gelingt es beispielsweise, den effektiven Induktivitätswert des effektiven Impedanzelements in einem vorgegebenen Frequenzbereich zu erhöhen. Der vorgegebene Frequenzbereich kann z. B. zumindest teilweise mit den Durchlassbändern des Duplexers überlappen oder in den Durchlassbändern des Duplexers liegen. Der vorgegebene Frequenzbereich kann auch außerhalb (oberhalb oder unterhalb) dieser Durchlassbänder liegen.

Da der effektive Induktivitätswert durch die kapazitive Verkopplung der Induktivität mit nachstehend näher erläuterten leitenden Elementen bei der gewünschten Frequenz vergrößert werden kann, kann der eigentliche, frequenzunabhängige Induktivitätswert der Induktivität relativ klein gewählt werden. Dies ist vorteilhaft für eine Platz sparende Ausbildung der Induktivität.

Eine Koppelkapazität ist insbesondere zwischen den direkt einander gegenüber liegenden leitenden Elementen, d. h. Leiterbahnen und/oder leitenden Flächen, gebildet. Die miteinander kapazitiv zu koppelnden Elemente können je nach Ausführung übereinander oder nebeneinander angeordnet sein.

Die Koppelkapazität und die Induktivität bilden in einer Variante einen Parallelschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz oberhalb der Durchlassbänder des Duplexers liegt. Die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises kann z. B. mindestens um den Faktor 1,5 höher liegen als die Mittenfrequenz des Duplexers.

Die Serienschaltung der Induktivität und der ersten Kapazität weist in einer Variante eine Serienresonanz bei einer Frequenz auf, die unterhalb der Durchlassbänder des Duplexers liegt. Die Serienresonanzfrequenz kann z. B. maximal die Hälfte der Mittenfrequenz des Duplexers, in einer bevorzugten Variante maximal 1/3 der Mittenfrequenz des Duplexers betragen.

Das Bauelement kann als eine Baueinheit mit auf ihrer Unterseite angeordneten oberflächenmontierbaren Außenanschlüssen ausgebildet sein. Das Bauelement umfasst vorzugsweise ein Trägersubstrat, in dem die erste und die zweite Anpassschaltung zumindest teilweise integriert sind. Das Trägersubstrat kann ein Mehrschichtsubstrat sein, das Metallisierungsebenen und zwischen diesen angeordnete dielektrische Schichten auf der Basis einer LTCC-Keramik aufweist. Die erste und die zweite Anpassschaltung können im Substrat vergraben sein. Die Induktivität kann z. B. als eine Leiterbahn ausgebildet sein, deren Breite wesentlich kleiner als deren Länge ist. Die Kapazitäten können in verschiedenen Metallisierungsebenen angeordnete, übereinander liegende leitende Flächen umfassen. Zumindest eine der Kapazitäten kann aber auch in einem Chip realisiert sein, der auf dem Trägersubstrat montiert ist. Die Kapazitäten können auch jeweils durch eine statische Kapazität eines Interdigitalwandlers realisiert sein.

Das Sendefilter und das Empfangsfilter können jeweils Chips sein, die auf dem Trägersubstrat montiert sind. Das Sendefilter und das Empfangsfilter können aber auch in einem gemeinsamen Chip realisiert sein. Der Chip kann mit dem Trägersubstrat z. B. mittels Bumps oder Bonddrähte elektrisch verbunden sein. Das Sendefilter und das Empfangsfilter können insbesondere mit akustischen Wellen arbeitende Chips sein.

Zur Bildung der Koppelkapazität ist es möglich, eine der ersten Kapazität zugeordnete leitende Fläche und eine der zweiten Kapazität zugeordnete leitende Fläche in verschiedenen Metallisierungsebenen des Substrats übereinander oder in derselben Ebene des Substrats nebeneinander anzuordnen.

In einer Variante ist die der ersten Kapazität zugeordnete leitende Fläche an Masse angeschlossen. In einer weiteren Variante ist diese Fläche von der Masse abgewandt.

Zur Bildung der Koppelkapazität ist es ferner möglich, eine der Induktivität zugeordnete Leiterbahn und eine der zweiten Kapazität zugeordnete leitende Fläche übereinander oder nebeneinander anzuordnen.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird ein elektrisches Bauelement angegeben, das einen z. B. als einen Empfangspfad vorgesehenen Signalpfad umfasst, dem ein Durchlassband (z. B. Empfangsband) zugeordnet ist. Das Bauelement umfasst einen an den Signalpfad angeschlossenen Querzweig gegen Masse, in dem eine erste Anpassschaltung angeordnet ist. Außerdem ist eine zweite Anpassschaltung vorgesehen, die im Signalpfad angeordnet und mit Bildung einer Koppelkapazität kapazitiv an die erste Anpassschaltung gekoppelt ist. Die erste Anpassschaltung und die Koppelkapazität bilden ein ge gen Masse geschaltetes effektives Impedanzelement, dessen Güte Q von der Frequenz f abhängt. Das Durchlassband liegt in einem Frequenzbereich, in dem die Güte des effektiven Impedanzelements zumindest die Hälfte ihres Maximalwertes Q_max beträgt, d. h. Q ≥ 0,5 Q_max. Der Arbeitspunkt (Betriebsfrequenz) liegt vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen dem Maximum Q_max der Güte Q (f) und ihrem Halbwertspunkt 0,5 Q_max oberhalb des Maximums der Güte, da in diesem Fall die effektive Induktivität größer ist als im Frequenzbereich unterhalb des Maximums, in dem gilt 0,5 Q_max < 4 < Q_max.

Elemente der ersten und der zweiten Anpassschaltung sind dabei zur Bildung der gewünschten Koppelkapazität derart dimensioniert und relativ zueinander angeordnet, dass der Bereich einer relativ hohen Güte des effektiven Impedanzelements Q > 0,5 Q_max dem Frequenzbereich entspricht, der das Durchlassband umfasst.

Die erste Anpassschaltung umfasst in einer bevorzugten Variante eine Induktivität. Die erste Anpassschaltung kann z. B. eine Serienschaltung der Induktivität und einer ersten Kapazität umfassen.

Die Anordnung der ersten Kapazität im Querzweig gegen Masse hat den Vorteil, dass damit der Gleichstrompfad gegen Masse unterbrochen ist.

Die Resonanzfrequenz der Serienschaltung der Induktivität und der ersten Kapazität liegt vorzugsweise unterhalb des Durchlassbandes.

Die zweite Anpassschaltung weist in einer Variante eine im Signalpfad angeordnete zweite Kapazität auf, wobei zwischen der Serienschaltung und der zweiten Kapazität eine Koppelkapazität gebildet ist, und wobei die Induktivität und die Koppelkapazität das effektive Impedanzelement bilden.

Die Koppelkapazität kann mit der Induktivität einen Parallelschwingkreis bilden. Dabei ist die Induktivität und die Koppelkapazität derart dimensioniert, dass die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises oberhalb des Durchlassbandes liegt.

Die erste und die zweite Anpassschaltung können eine z. B. im Empfangspfad eines Duplexers angeordnete Anpassschaltung bilden.

Im Folgenden wird das Bauelement gemäß der ersten und der zweiten bevorzugten Ausführungsformen anhand von schematischen und nicht maßstabsgetreuen Figuren erläutert. Es zeigen:
1 einen Duplexer mit einer Anpassschaltung, der eine gegen Masse geschaltete Serienschaltung einer Induktivität und einer Kapazität umfasst;
2 ausschnittsweise die in 1 gezeigte Anpassschaltung mit Koppelkapazitäten;
3 ein elektrisches Bauelement mit einem Mehrschichtsubstrat, in dem der Duplexer gemäß 1 realisiert ist.
1 zeigt einen Duplexer DU mit einer ersten Anpassschaltung MA1. Der Duplexer weist einen Antenneneingang ANT, einen Sendeeingang TX-IN und einen Empfangsausgang RX-OUT auf. Zwischen dem Antenneneingang ANT und dem Sendeeingang TX-IN ist ein Sendepfad TX angeordnet. Zwischen dem Antenneneingang ANT und dem Empfangsausgang RX-OUT ist ein Empfangspfad RX angeordnet.
Die erste Anpassschaltung MA1 umfasst einen Querzweig gegen Masse, in dem eine Serienschaltung einer Induktivität L und einer ersten Kapazität C1 angeordnet ist. Diese Serienschaltung ist an den Antenneneingang angeschlossen.
Nach der ersten Anpassschaltung MA1 ist im Empfangspfad RX eine zweite Anpassschaltung MA2 angeordnet, die eine Serienkapazität – die zweite Kapazität C2 – umfasst. Die zweite Anpassschaltung MA2 ist im Empfangspfad antennenseitig angeordnet.
Nach der Anpassschaltung MA2 ist ein Empfangsfilter F2 angeordnet. Im Sendepfad TX ist ein Sendefilter F1 angeordnet. Die Filter umfassen in einer bevorzugten Variante elektroakustische Resonatoren, z. B. SAW-Resonatoren und/oder BAW-Resonatoren. Diese Filter sind in der in 3 gezeigten Variante jeweils in einem Filterchip CH1, CH2 realisiert. Das Sendefilter F1 ist im Filterchip CH1 und das Empfangsfilter F2 im Filterchip CH2 realisiert. Die Filterchips CH1, CH2 sind hier in Flip-Chip-Bauweise auf dem Trägersubstrat SU befestigt.
In einer Variante ist es möglich, sowohl das Sendefilter als auch das Empfangsfilter gemeinsam in einem Chip zu realisieren. Anstelle eines Filterchips können in einer weiteren Variante die Komponenten des Sende- und Empfangsfilters, insbesondere die BAW-Resonatoren, auf dem Trägersubstrat SU angeordnet sein.
Die erste und/oder zweite Kapazität C1, C2 kann in verschiedenen Metallisierungsebenen des Trägersubstrats SU angeordnete, vorzugsweise einander gegenüber liegende leitende Flächen umfassen. Die erste und/oder zweite Kapazität C1, C2 kann in einer Variante durch die statische Kapazität eines elektroakustischen Resonators realisiert sein, der im Filterchip oder auf dem Trägersubstrat SU angeordnet sein kann.
In 2 ist es erläutert, wie die Koppelkapazitäten Cp1, Cp2 zwischen der ersten und der zweiten Anpassschaltung MA1, MA2 zustande kommen.
Vorzugsweise ist die vom Empfangsfilter F2 abgewandte Elektrode E21 der zweiten Kapazität C2 kapazitiv an ein leitendes Element der ersten Anpassschaltung MA1 gekoppelt. Dieses leitende Element kann z. B. eine Leiterbahn sein, die die Induktivität L1 realisiert und in einer Variante der Elektrode E21 gegenüber liegt. Dabei wird ein Teil der Koppelkapazität Cp1 gebildet. Die Elektrode E21 und die Induktivität L1 können nebeneinander in einer Metallisierungsebene des Trägersubstrats SU oder übereinander in verschiedenen Metallisierungsebenen dieses Substrats angeordnet sein.
Das genannte leitende Element kann auch die an Masse angeschlossene Elektrode E12 der ersten Kapazität C1 und/oder ihre von der Masse abgewandte Elektrode E11 sein. Dabei wird zwischen den Elektroden E12 und E21 die Koppelkapazität Cp2 bzw. zwischen den Elektroden E11 und E21 ein weiterer Teil der Koppelkapazität Cp1 gebildet.
Die Koppelkapazitäten Cp1, Cp2 können auch zwischen den an die Elektrode E21 der zweiten Kapazität C2 angeschlossenen Verbindungsleitungen und den Elektroden E11 bzw. E12 der ersten Kapazität C1 gebildet werden.
Eine weitere Koppelkapazität kann auch zwischen der die Induktivität L realisierenden Leiterbahn und einer Massefläche gebildet sein.
Die erste Kapazität C1 ist vorzugsweise deutlich (z. B. um mindestens den Faktor fünf) größer als die Koppelkapazitäten Cp1, Cp2.
Die miteinander zu koppelnden Kapazitäten, z. B. C1 und C2 in den 1 und 2, können beide in einem Chip – in 3 Chip CH1 oder CH2 – angeordnet sein, der auf dem Trägersubstrat SU montiert ist. Es ist möglich, diese Kapazitäten und die Filter F1, F2 in einem mit akustischen Wellen arbeitenden Chip zu realisieren, wobei die Kapazitäten durch die statische Kapazität eines elektroakustischen Wandlers oder Resonators realisiert werden kann.

ANT: Antenneneingang
C1, C2: erste und zweite Kapazität
Cp1, Cp2: Koppelkapazität
CH1, CH2: Filterchips
DU: Duplexer
F1: Sendefilter
F2: Empfangsfilter
GND: Masseanschluss
L: Induktivität
MA1, MA2: erste und zweite Anpassschaltung
RX: Empfangspfad
RX-OUT: Sendeeingang
SU: Trägersubstrat
TX: Sendepfad
TX-IN: Empfangsausgang

Claims

Elektrisches Bauelement, umfassend – einen Sendepfad (TX) und einen Empfangspfad (RX), die an einen Antennenpfad (ANT) angeschlossen sind, – einen Duplexer (DU), der ein im Sendepfad angeordnetes Sendefilter (F1), ein im Empfangspfad angeordnetes Empfangsfilter (F2) und eine erste Anpassschaltung (MA1) umfasst, – wobei die erste Anpassschaltung (MA1) einen Querzweig gegen Masse aufweist, in dem eine Serienschaltung einer Induktivität (L) und einer ersten Kapazität (C1) angeordnet ist.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei der Querzweig an den Antennenpfad (ANT) angeschlossen ist.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine zweite Anpassschaltung (MA2), die im Empfangspfad (RX) angeordnet ist.
Bauelement nach Anspruch 3, wobei die zweite Anpassschaltung (MA2) eine zweite Kapazität (C2) aufweist, die in einem Serienzweig des Empfangspfades (RX) angeordnet ist.
Bauelement nach Anspruch 3 oder 4, – wobei die erste und die zweite Anpassschaltung (MA1, MA2) unter Bildung einer Koppelkapazität kapazitiv aneinander gekoppelt sind, – wobei das Durchlassband des Sende- und Empfangsfilters (F1, F2) in einem Frequenzbereich liegt, in dem die Güte eines effektiven Impedanzelements, gebildet durch die Induktivität (L) und die Koppelkapazität, zumindest die Hälfte ihres Maxi malwertes beträgt.
Bauelement nach Anspruch 5, wobei die Koppelkapazität und die Induktivität (L) einen Parallelschwingkreis bilden, dessen Resonanzfrequenz oberhalb der Durchlassbänder des Duplexers (DU) liegt.
Bauelement nach Anspruch 6, wobei die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises mindestens um den Faktor 1,5 höher liegt als die Mittenfrequenz des Duplexers (DU).
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Serienschaltung (L, C1) eine Serienresonanz bei einer Frequenz aufweist, die unterhalb der Durchlassbänder des Duplexers (DU) liegt.
Bauelement nach Anspruch 8, wobei die Serienresonanzfrequenz maximal die Hälfte der Mittenfrequenz des Duplexers (DU) beträgt.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend ein Trägersubstrat (SU), in dem die erste und die zweite Anpassschaltung (MA1, MA2) zumindest teilweise integriert sind.
Bauelement nach Anspruch 10, wobei das Trägersubstrat (SU) ein Mehrschichtsubstrat ist, in dem zumindest einige Komponenten der ersten und der zweiten Anpassschaltung (MA1, MA2) vergraben sind.
Bauelement nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die erste Kapazität (C1) und/oder die zweite Kapazi tät (C2) im Trägersubstrat (SU) realisiert ist.
Bauelement nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die erste Kapazität (C1) und/oder die zweite Kapazität (C2) in einem Chip realisiert ist, der auf dem Trägersubstrat (SU) montiert und elektrisch mit diesem verbunden ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Sendefilter (F1) und das Empfangsfilter (F2) jeweils Chips (CH1, CH2) sind, die auf dem Trägersubstrat (SU) montiert und elektrisch mit diesem verbunden sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Sendefilter (F1) und das Empfangsfilter (F2) zusammen in einem Chip (CH1, CH2) realisiert sind, der auf dem Trägersubstrat (SU) montiert und elektrisch mit diesem verbunden ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Sendefilter (F1) und das Empfangsfilter (F2) mit akustischen Wellen arbeiten.
Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei zur Bildung der Koppelkapazität eine der ersten Kapazität (C1) zugeordnete leitende Fläche und eine der zweiten Kapazität (C2) zugeordnete leitende Fläche übereinander oder nebeneinander angeordnet sind.
Bauelement nach Anspruch 15, wobei die der ersten Kapazität (C1) zugeordnete leitende Fläche an Masse angeschlossen ist.
Bauelement nach Anspruch 15, wobei die der ersten Kapazität (C1) zugeordnete leitende Fläche von der Masse isoliert ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei zur Bildung der Koppelkapazität eine der Induktivität (L) zugeordnete Leiterbahn und eine der zweiten Kapazität (C2) zugeordnete leitende Fläche übereinander oder nebeneinander angeordnet sind.
Elektrisches Bauelement, umfassend – einen Signalpfad (RX), dem ein Durchlassband zugeordnet ist, – einen an den Signalpfad (RX) angeschlossenen Querzweig gegen Masse, in dem eine erste Anpassschaltung (MA1) angeordnet ist, – eine zweite Anpassschaltung (MA2), die im Signalpfad (RX) angeordnet und mit Bildung einer Koppelkapazität kapazitiv an die erste Anpassschaltung (MA1) gekoppelt ist, – wobei die erste Anpassschaltung (MA1) und die Koppelkapazität ein gegen Masse geschaltetes effektives Impedanzelement bilden, – wobei das Durchlassband in einem Frequenzbereich liegt, in dem die Güte des effektiven Impedanzelements zumindest die Hälfte ihres Maximalwertes beträgt.
Bauelement nach Anspruch 21, wobei die erste Anpassschaltung (MA1) eine Induktivität (L) umfasst.
Bauelement nach Anspruch 22, wobei die erste Anpassschaltung (MA1) eine Serienschaltung der Induktivität (L) und einer ersten Kapazität (C1) umfasst.
Bauelement nach Anspruch 23, wobei die Serienresonanzfrequenz der Serienschaltung (L, C1) unterhalb des Durchlassbandes liegt.
Bauelement nach Anspruch 23 oder 24, – wobei die zweite Anpassschaltung (MA2) eine im Signalpfad (RX) angeordnete zweite Kapazität (C2) aufweist, – wobei zwischen der Serienschaltung (L, C1) und der zweiten Kapazität (C2) eine Koppelkapazität gebildet ist, – wobei die Induktivität (L) und die Koppelkapazität das effektive Impedanzelement bilden.
Bauelement nach Anspruch 25, – wobei die Koppelkapazität mit der Induktivität (L) einen Parallelschwingkreis bildet, dessen Resonanzfrequenz oberhalb des Durchlassbandes liegt.
Bauelement nach einem der Ansprüche 21 bis 26, – wobei die erste und die zweite Anpassschaltung (MA1, MA2) das Anpassnetzwerk eines Duplexers (DU) bilden, – wobei der Signalpfad (RX) der Empfangspfad des Duplexers (DU) ist.