DE102005047135A1

DE102005047135A1 - Filteranordnung und Verfahren zum Filtern eines Signals

Info

Publication number: DE102005047135A1
Application number: DE102005047135A
Authority: DE
Inventors: Grigory Dr. Itkin; Nikolai Filimonov; Oleg Dr. Varlamov; Viktor Dr. Gromorushkin; Igor Dr. Chugunov
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-12
Also published as: US20070123199A1; US8060025B2

Abstract

Eine Filteranordnung umfasst eine erste Impedanz (20), eine zweite Impedanz (50) und einen Subtrahierer (4). Die erste Impedanz (20) ist an einem ersten Anschluss (21) mit einem Eingang (2) der Filteranordnung verbunden und weist eine erste Resonanzfrequenz (f1) auf. Die zweite Impedanz (50) ist an einem ersten Anschluss (51) ebenfalls mit dem Eingang (2) der Filteranordnung verbunden und weist eine zweite Resonanzfrequenz (f2) auf, welche höher als die erste Resonanzfrequenz (f1) ist. Der Subtrahierer (4) ist an einem ersten Eingang (5) mit einem zweiten Anschluss (22) der ersten Impedanz (20), an einem zweiten Eingang (6) mit einem zweiten Anschluss (52) der zweiten Impedanz (50) und an einem ersten Anschluss (7) des Ausgangs (13) mit einem ersten Ausgang (3) der Filteranordnung verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filteranordnung, eine Transceiver-Anordnung mit der Filteranordnung, eine Verwendung der Filteranordnung sowie ein Verfahren zum Filtern eines Eingangssignals.

Sende- und Empfangsanordnungen der Mobilfunkkommunikation, auch Transceiver genannt, sind üblicherweise über einen Duplexer mit einer Antenne gekoppelt. Eine Trennung eines Empfangssignals von einem Sendesignal wird durch den Duplexer gewährleistet. Für eine Beseitigung von Störungen kann eine zusätzliche Verringerung eines Einflusses des Sendesignals auf das Empfangssignal erforderlich sein. Dies ist beispielsweise bei Systemen für Codevielfachzugriffsverfahren, englisch: Code Division Multiple Access, abgekürzt CDMA, sowie für Wideband Code Division Multiple Access, abgekürzt WCDMA, und für Universal Mobile Telecommunication System, abgekürzt UMTS, der Fall.

Das Dokument US 5,444,864 sieht einen Pfad im Transceiver zwischen dem Sendepfad und dem Empfangspfad vor, mit Hilfe dessen im Empfangssignal Störungen durch das Sendesignal verringert werden.

In dem Dokument US 4,984,292 ist ein Empfänger mit einem Verstärker angegeben, wobei sich im Rückkopplungspfad des Verstärkers ein Filter befindet. Die Anordnung wirkt als Bandpassverstärker.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Filteranordnung, eine Transceiver-Anordnung mit der Filteranordnung sowie ein Verfahren zum Filtern eines Eingangssignals bereitzustellen, bei denen ein Durchlassen von Signalen in einem ersten Frequenzbereich und ein Sperren von Signalen in einem zweiten Frequenzbereich mit geringem Aufwand ermöglicht ist.

Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche 1, 16 und 17 sowie dem Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 20 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß umfasst eine Filteranordnung eine erste Impedanz, eine zweite Impedanz und einen Subtrahierer. Die erste Impedanz ist an einem ersten Anschluss mit einem Eingang der Filteranordnung gekoppelt. Die erste Impedanz weist eine erste Resonanzfrequenz auf. Die zweite Impedanz ist ebenfalls an einem ersten Anschluss mit dem Eingang der Filteranordnung gekoppelt. Die zweite Impedanz weist eine zweite Resonanzfrequenz auf, welche höher als die erste Resonanzfrequenz ist.

Der Subtrahierer weist zwei Eingänge und einen Ausgang auf. Der erste Eingang ist mit einem zweiten Anschluss der ersten Impedanz gekoppelt. Entsprechend ist ein zweiter Eingang mit einem zweiten Anschluss der zweiten Impedanz gekoppelt. An einem ersten Anschluss des Ausgangs des Subtrahierers ist dieser mit einem ersten Ausgang der Filteranordnung gekoppelt.

Da die erste Impedanz und die zweite Impedanz eingangsseitig beide mit dem Eingang der Filteranordnung gekoppelt sind, ist ein Eingangssignal sowohl der ersten wie auch der zweiten Im pedanz zuleitbar. Dem Subtrahierer ist eingangsseitig sowohl ein Signal, das an dem zweiten Anschluss der ersten Impedanz abgreifbar ist, als auch ein Signal, das an dem zweiten Anschluss der zweiten Impedanz abgreifbar ist, zuführbar. Am ersten Anschluss des Ausgangs des Subtrahierers und damit an dem nachgeschalteten ersten Ausgang der Filteranordnung ist ein Ausgangssignal als Ergebnis des Subtrahierers abgreifbar.

Mit Vorteil wird ein Eingangssignal mit einer Frequenz, bei der die erste Impedanz und die zweite Impedanz keine unterschiedlichen Impedanzwerte aufweisen, in gleicher Weise dem ersten und dem zweiten Eingang des Subtrahierers zugeleitet. Somit wird dieses Eingangssignal von dem Subtrahierer in der Signalhöhe reduziert. Die Signale löschen sich bei der Subtraktion im wesentlichen aus.

Mit Vorteil kann ein Eingangssignal mit einer Frequenz, bei denen die erste und die zweite Impedanz verschiedene Impedanzwerte aufweisen, von der Filteranordnung durchgelassen werden.

In einer Weiterbildung sind die erste und die zweite Impedanz derart ausgelegt, dass die Signale an den zweiten Anschlüssen der ersten und der zweiten Impedanz für einen vorbestimmten Frequenzbereich näherungsweise gegenphasig zueinander sind. Die Frequenzen, bei denen die beiden Impedanzen dieses Verhalten zeigen und die somit von der Filteranordnung durchgelassen werden, sind von einem ersten Frequenzbereich umfasst. Der erste Frequenzbereich kann auch als Durchlass-Frequenzbereich bezeichnet sein.

In einer Weiterbildung sind die erste und die zweite Impedanz derart eingerichtet, dass an den jeweiligen zweiten Anschlüs sen der ersten und der zweiten Impedanz zwei Signale abgreifbar sind, die in einem anderen, vorbestimmten Frequenzbereich näherungsweise gleichphasig zueinander sind. Die Frequenzen derartiger Eingangssignale, bei denen die Filteranordnung versperrend wirkt, sind von einem zweiten Frequenzbereich umfasst. Der zweite Frequenzbereich kann auch als ein Sperr-Frequenzbereich bezeichnet sein. Signale mit einer Frequenz im Sperr-Frequenzbereich löschen sich im wesentlichen aufgrund der Subtraktion aus.

In einer Ausführungsform der Weiterbildung sind der Winkel und der Betrag der ersten und der zweiten Impedanz in dem zweiten Frequenzbereich näherungsweise jeweils gleich groß. Mit Vorteil sind somit die Phase und die Amplitude der beiden Signale an den zweiten Anschlüssen der beiden Impedanzen nahezu gleich groß, so dass das zu dem Eingangssignal im dem zweiten Frequenzbereich gehörende Ausgangssignal nach der Subtraktion stark gedämpft ist.

Ist eine Frequenz des ersten Frequenzbereichs höher als eine Frequenz des zweiten Frequenzbereichs, so ist in einer Ausführungsform die erste Impedanz so eingerichtet, dass die erste Resonanzfrequenz geringer als eine Frequenz in dem ersten Frequenzbereich und höher als eine Frequenz in dem zweiten Frequenzbereich ist. In dieser Ausführungsform ist die zweite Impedanz derart eingerichtet, dass die zweite Resonanzfrequenz höher als eine Frequenz in dem ersten Frequenzbereich ist.

In einer alternativen Ausführungsform ist eine Frequenz des ersten Frequenzbereiches geringer als eine Frequenz des zweiten Frequenzbereiches. In dieser Ausführungsform ist die erste Impedanz so ausgelegt, dass die erste Resonanzfrequenz ge ringer als eine Frequenz in dem ersten Frequenzbereich ist. Weiter ist die zweite Impedanz so ausgelegt, dass die zweite Resonanzfrequenz höher als eine Frequenz in dem ersten Frequenzbereich und geringer als eine Frequenz in dem zweiten Frequenzbereich ist.

In einer Ausführungsform ist die erste Impedanz als Induktivitäts-/Kapazitäts-Schaltkreis und die zweite Impedanz ebenso als Induktivitäts-/Kapazitäts-Schaltkreis realisiert. Die erste Impedanz und die zweite Impedanz weisen in einer vorteilhaften Ausführungsform den gleichen schaltungstechnischen Aufbau auf.

In einer Ausführungsform weist die erste Impedanz einen Parallelschwingkreis auf, umfassend ein erstes induktives Bauelement und ein erstes kapazitives Bauelement. In dieser Ausführungsform weist die zweite Impedanz ebenfalls einen Parallelschwingkreis auf, umfassend ein zweites induktives Bauelement und ein zweites kapazitives Bauelement. Auf ein Eingangssignal mit einer Frequenz, die geringer als eine Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises ist, wirkt der Parallelschwingkreis im wesentlichen wie ein induktives Bauelement. Für ein Eingangssignal, deren Frequenz höher als die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises ist, wirkt der Parallelschwingkreis im wesentlichen wie ein kapazitives Bauelement. Eine Filteranordnung, deren erste Impedanz ein Parallelschwingkreis und deren zweite Impedanz einen weiteren Parallelschwingkreis mit einer höheren Resonanzfrequenz aufweist, filtert ein Eingangssignal mit einer geringeren Frequenz aus, da auf das Eingangssignal beide Impedanzen im wesentlichen wie induktive Bauelemente wirken. Es sind dabei den beiden Eingängen des Subtrahierers Signale mit näherungsweise gleicher Amplitude und gleicher Phase zuführbar, die mittels des Subtrahierers in einem hohen Maße unterdrückt werden. Auf ein Eingangssignal mit einer Frequenz, die zwischen der ersten und der zweiten Resonanzfrequenz liegt, wirkt die erste Impedanz im wesentlichen wie ein kapazitives Bauelement und die zweite Impedanz im wesentlichen wie ein induktives Bauelement. Am Ausgang der ersten und am Ausgang der zweiten Impedanz sind somit Signale abgreifbar, die näherungsweise um 180° zueinander gedreht sind. Dieses Signal wird von dem Subtrahierer durchgelassen. Auf ein Eingangssignal mit einer Frequenz, die höher als die zweite Resonanzfrequenz ist, wirken beide Impedanzen im wesentlichen wie kapazitive Bauelemente. Daher wird dieses Eingangssignal von dem Subtrahierer nahezu ausgelöscht.

In einer alternativen Ausführungsform umfassen die erste Impedanz und die zweite Impedanz jeweils einen Serienschwingkreis. Die erste Impedanz weist eine Serienschaltung aus dem ersten induktiven Bauelement und dem ersten kapazitiven Bauelement auf. Entsprechend weist die zweite Impedanz eine Serienschaltung aus dem zweiten induktiven Bauelement und dem zweiten kapazitiven Bauelement auf. Ein Serienschwingkreis wirkt auf ein Eingangssignal mit einer Frequenz, die geringer als eine Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises ist, im wesentlichen als ein kapazitives Bauelement. Auf ein Eingangssignal mit einer Frequenz, die höher als die Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises ist, wirkt der Serienschwingkreis im wesentlichen wie ein induktives Bauelement. Umfassen die erste und die zweite Impedanz der Filteranordnung jeweils einen Serienschwingkreis, so wird ein Eingangssignal mit einer Frequenz, die zwischen den beiden Resonanzfrequenzen liegt, vom Subtrahierer durchgelassen. Ein Eingangssignal mit einer Frequenz, die sich entweder unterhalb der ersten Resonanzfrequenz oder oberhalb der zweiten Reso nanzfrequenz befindet, wird vom Subtrahierer in seiner Amplitude reduziert.

In einer ersten Ausführungsform ist der Subtrahierer als Differenzverstärker ausgebildet. Ein Differenzverstärker kann als rauscharmer Verstärker, englisch Low-Noise Amplifier, abgekürzt LNA, ausgebildet sein.

In einer zweiten Ausführungsform ist der Subtrahierer als Mischer ausgebildet, welcher einen differenziellen Eingang mit zwei Anschlüssen umfasst. An einem weiteren Eingang kann dem Mischer eine Mischfrequenz zugeleitet sein.

In einer dritten Ausführungsform ist der Subtrahierer als aktives Filter mit differenziellem Eingang ausgebildet.

In weiteren alternativen Ausführungsformen der Filteranordnung kann der Subtrahierer im Rahmen des vorgeschlagenen Prinzips durch andere Schaltungen ersetzt werden, welche eingangseitig zwei Anschlüsse aufweisen und welche zu einer Subtraktion eines Signals an einem ersten Anschluss von einem Signal an einem zweiten Anschluss ausgelegt sind.

Eine Ausführungsform der Filteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip weist einen Subtrahierer auf, dem an beiden Eingängen jeweils eine Impedanz vorgeschaltet ist. Die beiden Impedanzen sind wiederum eingangsseitig mit einem Eingangssignal beaufschlagbar. Ein Unterschied der von den beiden Impedanzen jeweils am Ausgang erzeugbaren Phasendrehung beträgt für einen vorbestimmbaren Frequenzbereich näherungsweise 180 Winkelgrad oder π.

In einer Ausführungsform nach dem vorgeschlagenen Prinzip ist eine Transceiver-Anordnung mit einem Sendepfad und einem Empfangspfad vorgesehen, wobei der Empfangspfad die Filteranordnung umfasst.

Der Sendepfad kann einen Modulator und/oder einen Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor und/oder einen Leistungsverstärker umfassen. An einem Ausgang des Sendepfads ist ein Duplexer ankoppelbar, an den eine Antenne ankoppelbar ist. Ein Eingang des Empfangspfads ist an einen Ausgang des Duplexers ankoppelbar. Der Empfangspfad kann die Filteranordnung mit Verstärker und/oder die Filteranordnung mit Mischer umfassen.

In einer Weiterbildung des Empfangspfads sind mehrere Filteranordnungen hintereinander geschaltet.

Das induktive oder/und das kapazitive Bauelement können als diskrete Bauelemente realisiert sein.

In einer Ausführungsform sind der Subtrahierer sowie die erste und die zweite Impedanz in einem gemeinsamen Halbleiterkörper realisiert. Das induktive Bauelement kann eine in Dünnfilmtechnik hergestellte Spule oder eine dreidimensional, mittels Mikrosystemtechnik hergestellte Spule umfassen. Das kapazitive Bauelement kann als Plattenkondensator in oder auf dem Halbleiterkörper realisiert sein.

In einer alternativen Ausführungsform ist der Transceiver in einem Halbleiterkörper realisiert, wobei der Transceiver Komponenten eines Empfangspfades und eines Sendepfades umfasst. Der Empfangspfad weist mindestens eine Filteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip auf.

Erfindungsgemäß sieht ein Verfahren zum Filtern eines Eingangssignals folgende Schritte vor:
Das Eingangssignal wird zwei Impedanzen zugeführt. Die Phasen des Eingangssignals werden frequenzabhängig von den beiden Impedanzen gedreht.

Die Signale, die an den beiden Ausgängen der beiden Impedanzen abgreifbar sind, werden voneinander subtrahiert. Ein Signal, nämlich das gefilterte Ausgangssignal, wird bereitgestellt.

Durch Dimensionieren der frequenzabhängigen Phasenverschiebung der Impedanzen werden mit Vorteil somit gleichphasige Signale von dem Subtrahierer nahezu eliminiert und gegenphasige Signal vom Subtrahierer durchgelassen.

Zusammenfassend hat das erfindungsgemäße Prinzip folgende Vorteile:

– Für das Beseitigen von Eingangssignalen mit störenden Frequenzen wird keine Information über eine Signalstärke der Eingangssignale mit störenden Frequenzen benötigt.
– Der Aufwand an Bauelementen für die Filteranordnung ist gering. Ein Verstärker und/oder ein Abwärtsmischer, der für den Empfangspfad vorgesehen ist, können zusätzlich mit der ersten und zweiten Impedanz versehen werden und außerdem neben einer Funktion wie Verstärken oder Abwärtsmischen auch zur Filterung herangezogen werden.
– Die Filteranordnung lässt sich in einem Halbleiterkörper realisieren. Es wird dadurch ein externes Filterbauelement und es werden Ein- und Ausgänge, welche zu einem externen Filterbauelement führen, eingespart.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- bzw. wirkungsgleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit Schaltungsteile in Bauelementen und ihrer Funktion übereinstimmen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.

1A und 1B zeigen jeweils beispielhafte Filteranordnungen nach dem vorgeschlagenen Prinzip.

2A und 2B zeigen beispielhafte weitere Ausführungsformen einer ersten und einer zweiten Impedanz.

3A und 3B zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines induktiven Bauelements.

4 zeigt eine beispielhafte Frequenzverteilung bei einem Transceiver-Baustein, bei dem eine Filteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip einsetzbar ist.

5 zeigt Ergebnisse, die bei einer Simulation einer Filteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip erzielt wurden.

6A bis 6C zeigen beispielhafte Ausführungsformen einer Transceiver-Anordnung mit einer Filteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.

7A und 7B zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines kapazitiven Bauelements.

1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Filteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
Die Filteranordnung umfasst einen Eingang 2, einen ersten Ausgang 3 und einen zweiten Ausgang 11. Der Eingang 2 der Filteranordnung ist mit einem ersten Anschluss 21 einer ersten Impedanz 20 sowie mit einem ersten Anschluss 51 einer zweiten Impedanz 50 verbunden. Die erste Impedanz 20 weist eine Parallelschaltung aus einem ersten induktiven Bauelement 23 und einem zweiten kapazitiven Bauelement 24 auf. Ein zweiter Anschluss 22 der ersten Impedanz 20 ist mit einem Eingang 5 eines Subtrahierers 4 verbunden. Die zweite Impedanz 50 weist eine Parallelschaltung aus einem zweiten induktiven Bauelement 53 und einem zweiten kapazitiven Bauelement 54 auf. Ein zweiter Anschluss 52 der zweiten Impedanz 50 ist mit einem zweiten Eingang 6 des Subtrahierers 4 verbunden.
Der Subtrahierer 4 umfasst einen Differenzverstärker 15. Die beiden Eingänge des Differenzverstärkers 15 sind an den ersten und den zweiten Eingang 5, 6 des Subtrahierers 4 angeschlossen. Ein Ausgang 7 des Subtrahierers 7 ist mit einem Ausgang des Differenzverstärkers 15 verbunden und ist mit dem Ausgang 3 der Filteranordnung gekoppelt. Ein zweiter Ausgang 10 des Subtrahierers 4 ist mit einem weiteren Ausgang des Differenzverstärkers 15 verbunden und mit dem Ausgang 11 der Filteranordnung gekoppelt.
Der Parallelschwingkreis der ersten Impedanz 20 weist eine Resonanzfrequenz f1 und eine charakteristische Impedanz ρ1 auf. Entsprechend weist der Parallelschwingkreis der zweiten Impedanz 50 eine zweite Resonanzfrequenz f2 und eine zweite charakteristische Impedanz ρ2 auf.
Der Eingang 2 der Filteranordnung wird mit einem Eingangssignal In beaufschlagt. Dem ersten Eingang 5 des Subtrahierers 4 wird über die erste Impedanz 20 ein Signal S1 und dem Eingang 6 des Subtrahierers 4 wird über die zweite Impedanz 50 ein Signal S2 zugeführt. Ein subtrahiertes Signal ist an dem Ausgang des Differenzverstärkers 15 und damit an dem ersten Anschluss 7 des Subtrahierers 4 abgreifbar. An dem Ausgang 3 der Filteranordnung liegt das Ausgangssignal Out1 an. An dem weiteren Ausgang des Differenzverstärkers 15 und damit an dem zweiten Anschluss 10 des Subtrahierers 4 sowie an dem Ausgang 11 der Filteranordnung ist ein Ausgangssignal Out2 abgreifbar. Zwischen dem Ausgang 3 und dem Ausgang 11 der Filteranordnung liegt ein differenzielles Signal DOut an, welches einen Wert einer Differenz der beiden Ausgangssignale Out1 und Out2 hat.
Mit Vorteil wird das durchzulassende Eingangssignal In in seiner Phasenlage durch die beiden Impedanzen 20, 50 so gedreht, dass die Phasendifferenz der beiden Signale S1, S2 bei der Zuführung zu dem Subtrahierer 4 nahezu 180 Winkelgrad beträgt. Das Eingangssignal mit dieser Frequenz wird somit durchgelassen. Mit Vorteil wird ein Eingangssignal mit einer Frequenz, die unterdrückt werden soll, von beiden Impedanzen 20, 50 entweder bezüglich einer Phasenlage nicht verändert oder um die gleiche Phase gedreht, sodass die beiden Signale S1, S2 mit einer im wesentlichen gleichen Phase an den beiden Eingängen 5 und 6 des Subtrahierers 4 auftreten und daher von dem Subtrahierer 4 nahezu eliminiert werden.
1B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Filteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Im Unterschied zu der Filteranordnung gemäß 1A ist in der Filteranordnung gemäß 1B der Subtrahierer 4 als Mischer 16 ausgebildet. Der Mischer ist als Frequenzmischer realisiert.
Der Mischer 16 ist an einem ersten Eingang mit dem ersten Eingang 5 des Subtrahierers 4 und an einem zweiten Eingang mit dem zweiten Eingang 6 des Subtrahierers 4 verbunden. Der Mischer ist als Abwärtsmischer ausgebildet. An einem Ausgang des Mischers 16 ist der erste Anschluss 7 des Subtrahierers 4 und an einem weiteren Ausgang des Mischers 16 ist der zweite Anschluss 10 des Subtrahierers 4 angeschlossen.
An einem weiteren Eingang wird dem Mischer ein Hochfrequenzsignal mit einer Oszillatorfrequenz fosc zugeführt. Das Hochfrequenzsignal wird von einem Oszillator abgegeben. An einem Ausgang des Mischers und damit an dem ersten Anschluss 7 des Subtrahierers 4 bzw. an dem Ausgang 3 der Filteranordnung liegt ein abwärts gemischtes und gleichzeitig gefiltertes Ausgangssignal Out1 an.
Mit Vorteil lässt sich somit die Aufgabe des Abwärtsmischens mit der Aufgabe des Filterns in einer Anordnung realisieren.
2A und 2B zeigen beispielhafte weitere Ausführungsformen einer ersten und einer zweiten Impedanz. Sie sind in den Filteranordnungen gemäß den 1A und 1B anstelle der Parallelschaltungen einsetzbar.
2A zeigt als erste Impedanz 20' einen Serienschwingkreis, aufweisend das erste induktive Bauelement 23 und das erste kapazitive Bauelement 24. Der Serienschwingkreis weist eine dritte Resonanzfrequenz f3 und eine dritte charakteristische Impedanz ρ3 auf.
2B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der zweiten Impedanz, die entsprechend der Anordnung in 2A aufgebaut ist. Die zweite Impedanz 50' gemäß 2B umfasst einen Serienschwingkreis. Der Serienschwingkreis weist das zweite induktive Bauelement 53 und das zweite kapazitive Bauelement 54 sowie die vierte Resonanzfrequenz f4 und die vierte charakteristische Impedanz ρ4 auf.
3A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines induktiven Bauelements, wie es in einer ersten und/oder zweiten Impedanz 20, 20', 50, 50' einsetzbar ist, in einem Querschnitt. Das induktive Bauelement ist auf einem Halbleiterkörper 40 realisiert und umfasst eine spiralförmig ausgeformte Leiterbahn 42, die auf einer dielektrischen Schicht 41 aufgebracht ist.
Somit kann mit Vorteil ein induktives Bauelement mittels Schritten der Halbleitertechnik oder der Dünnfilmtechnik auf einem Halbleiterkörper realisiert werden, sodass externe Induktivitäten mit Zuleitungen zum Halbleiterkörper eingespart werden können.
3B zeigt ebenfalls eine beispielhafte Ausführungsform eines induktiven Bauelements, wie es in einer ersten und/oder zweiten Impedanz 20, 20', 50, 50' einsetzbar ist, in einem Querschnitt. Das induktive Bauelement umfasst eine Leiterbahn 43, welche aus der Ebene des Halbleiterkörpers 40 heraus ragt. Zwischen Halbleiterkörper 40 und Leiterbahn 43 befindet sich eine dielektrische Schicht 41.
4 zeigt eine beispielhafte Verteilung von Frequenzen bei einem Transceiver-Baustein. Es sind die auftretenden Signale über der Frequenz aufgetragen.
Der Empfangsfrequenzbereich bildet einen von der im Empfänger angeordneten Filteranordnung durchzulassenden, ersten Frequenzbereich FB1. Die Empfangsfrequenzen befinden sich in einem Bereich zwischen einer Frequenz Fr low mit einem Wert 2,11 GHz und einer Frequenz Fr high mit einem Wert 2,17 GHz. Der Sendefrequenzbereich ist ein von der Filteranordnung zu sperrender, zweiter Frequenzbereich FB2 und befindet sich zwischen einer Frequenz Ft low mit einem Wert 1,92 GHz und einer Frequenz Ft high mit dem Wert 1,98 GHz.
Der Empfangsbereich ist bei höheren Frequenzen als der Sendebereich. Die erste Impedanz weist eine erste Resonanzfrequenz f1 mit einem Wert 2,09 GHz und die zweite Impedanz weist eine zweite Resonanzfrequenz f2 mit einem Wert 2,4 GHz auf. Als erste Resonanzfrequenz f1 ist somit eine Frequenz zwischen dem Sende- und dem Empfangsfrequenzbereich FB1, FB2 vorgesehen. Als zweite Resonanzfrequenz f2 ist eine Frequenz, welche höher als die Frequenzen des Empfangsfrequenzbereich FB1 sind, eingerichtet.
5 zeigt eine mögliche Frequenzantwort einer möglichen Filteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Es ist auf einer y-Achse ein Verstärkungsfaktor G und auf einer X-Achse eine Frequenz f des Eingangssignals In aufgetragen. Die eingetragenen Frequenzbereiche entsprechen dem UMTS FDD Band 1 Standard. Als Parameter für die beiden Kurven ist die Güte der induktiven Bauelemente gewählt. Ein induktives Bauelement gemäß 3A kann beispielsweise eine Güte von etwa 13 auf weisen, während ein induktives Bauelement gemäß 3B eine Güte von beispielsweise 50 aufweisen kann.
Der Bereich der zu sperrenden Frequenzen FB2 liegt entsprechend 4 zwischen etwa 1,92 GHz und 1,98 GHz. Der Bereich der durchzulassenden Frequenzen FB1 liegt etwa zwischen 2,11 GHz und 2,2 GHz. In dem Bereich der durchzulassenden Frequenzen FB1 ist der Verstärkungsfaktor 0 dB für beide Varianten der induktiven Bauelemente. Im Bereich der zu sperrenden Frequenzen FB2 ist der Verstärkungsfaktor –11 dB im Falle der induktiven Bauelemente mit der Güte 13 und –22 dB im Falle der induktiven Bauelemente mit der besseren Güte. Um auch mit Bauelementen der geringeren Güte eine ausreichende Trennung von Empfangs- und Sendesignal zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, zwei oder drei Filteranordnungen nach dem vorgeschlagenen Prinzip in Serie hintereinander zu schalten.
6A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Transceiver-Anordnung mit einer Filteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
Die Transceiver-Anordnung umfasst einen Halbleiterkörper 40 mit einer Transceiver-Schaltungsanordnung 80 sowie eine Leistungsstufe 72, einen Duplexer 71 und eine Antenne 70. Die Transceiver-Anordnung ist als Hochfrequenz-voll-Duplex Transceiver ausgebildet.
Die Transceiver-Schaltungsanordnung 80 weist einen Lokaloszillator 73 auf, der ausgangsseitig mit einem Eingang eines Modulators 74 verbunden ist. Ein differenzieller Ausgang des Modulators 74 ist mit einem Eingang eines Verstärkers 75 mit variablem Verstärkungsfaktor verbunden. Ein Ausgang des Verstärkers 75 mit variablem Verstärkungsfaktor ist mit einem Ausgang des Halbleiterkörpers 80 verbunden. An dem Ausgang des Halbleiterkörpers 80 ist eine Leistungsstufe 72 angeschlossen, die ausgangsseitig mit einem Duplexer 71 verbunden ist. Der Duplexer 71 ist mit der Antenne 70 verknüpft.
Ein weiterer Ausgang des Duplexers 71 ist mit einem Eingang der Transceiver-Schaltungsanordnung 80 auf dem Halbleiterkörpers 80 verbunden. Der Eingang ist mit einem Eingang eines rauscharmen Verstärkers 76 verbunden. Dem Verstärker 76 ist eine Filteranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip nachgeschaltet. Die Filteranordnung umfasst eine erste und eine zweite Impedanz 20, 50 und einen rauscharmen Verstärker 81. Ein differenzieller Ausgang des Verstärkers 81 ist an einem differenziellen Eingang eines Mischers 78 angeschlossen. Weiter umfasst der Halbleiterkörper 80 einen weiteren Lokaloszillator 79, der an einem Ausgang mit einem Frequenzeingang des Mischers 78 verbunden ist.
Dem Modulator 74 werden ein Signal mit einer zu sendenden Information I1 und ein hochfrequentes Signal, welches von dem Lokaloszillator 73 zur Verfügung gestellt wird, zugeführt. Ein moduliertes Signal wird über den Verstärker 75 dem Leistungsverstärker 72 zugeleitet. Ein Signal an dem Ausgang des Leistungsverstärkers 72 wird einem Eingang des Duplexers 71 zugeführt und von Duplexer 71 zur Antenne 70 transferiert sowie von der Antenne 70 gesendet.
Ein von der Antenne 70 empfangenes Signal wird über den Duplexer 71 dem rauscharmen Verstärker 76 zugeleitet, der ausgangsseitig mit der Filteranordnung mit der ersten und der zweiten Impedanz 20, 50 verbunden ist. Zum Betrieb des Mischers 78 wird ihm ein Hochfrequenzsignal, welches von dem weiteren Lokaloszillator 79 bereitgestellt wird, zugeführt.
Die Filteranordnung ist ausgelegt, das Signal, welches an dem Ausgang des Verstärkers 76 anliegt, zu filtern und den Eingängen des Mischers 78 zu zuleiten. An einem Ausgang des Mischers ist das weiter zu verarbeitende Transceiver-Ausgangssignal O1 abgreifbar.
Mit Vorteil werden mittels der Transceiver-Anordnung gemäß 6A im Empfangspfad Störungen durch Signale mit Frequenzen im Sendebereich aufgrund der vorgesehenen Filterung reduziert.
6B zeigt eine Weiterbildung der Transceiver-Anordnung gemäß 6A. Im Unterschied zu der Transceiver-Anordnung gemäß 6A sind in der Transceiver-Anordnung gemäß 6B eine weitere erste Impedanz 84 und eine weitere zweite Impedanz 85 vorgesehen. Die weitere erste Impedanz 84 und die weitere zweite Impedanz 85 sind eingangsseitig mit dem Ausgang des Verstärkers 81 verbunden. Die weitere erste Impedanz 84 und die weitere zweite Impedanz 85 sind ausgangsseitig mit den beiden Eingängen des Mischers 78 verknüpft.
Somit sind mit Vorteil zwei Filteranordnungen hintereinander geschaltet.
6C zeigt eine Transceiver-Anordnung, welche eine Weiterbildung der Transceiver-Anordnung gemäß 6B ist. Im Unterschied zu der Transceiver-Anordnung gemäß 6B weist der Verstärker 76 gemäß 3C im Empfangspfad einen differenziellen Eingang auf. Eine weitere erste Impedanz 86 ist zwischen dem Eingang des Halbleiterkörpers 80 und einem ersten Eingang des Verstärkers 76 geschaltet. Weiter ist eine weitere zweite Impedanz 87 zwischen dem Eingang des Halblei terkörpers 80 und dem zweiten Eingang des Verstärkers 76 geschaltet.
Somit weist mit Vorteil der Empfangspfad drei hintereinander geschaltete Filteranordnungen auf. Dabei werden Komponenten, wie sie auch zur Erfüllung anderer Aufgaben in dem Empfangspfad vorgesehen sind, für die Filterung eingesetzt.
7A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines kapazitiven Bauelements, wie es in einer ersten und/oder zweiten Impedanz 20, 20', 50, 50' einsetzbar ist. Das kapazitive Bauelement in 7A weist einen ersten Kondensator 25 auf, der parallel zu einer Serienschaltung, umfassend einen zweiten Kondensator 26 und einen Transistor 27, geschaltet ist. Der Transistor 27 ist als Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor ausgebildet. Ist der Transistor 27 in einem geschlossenen Betriebszustand, so ist eine Gesamtkapazität der Anordnung gemäß 7A eine Summe eines Kapazitätswertes des ersten Kondensators 25 und eines Kapazitätswertes des zweiten Kondensators 26. Ist der Transistor 27 in einem offenen Betriebszustand, so ist die Gesamtkapazität der Anordnung gemäß 7A der Kapazitätswert des ersten Kondensators 25.
Somit ist mit Vorteil der Kapazitätswert eines kapazitiven Bauelementes der ersten und/oder zweiten Impedanz einstellbar.
7B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines kapazitiven Bauelements 24, 54, wie es in einer ersten und/oder zweiten Impedanz 20, 20', 50, 50' einsetzbar ist, und welche in ihrem Kapazitätswert einstellbar ist.
Das kapazitive Bauelement gemäß 7B umfasst eine Varaktordiode 28 und zwei weitere Kondensatoren 29, 30, die in Serie zueinander geschaltet sind. Ein Kapazitätswert der Varaktordiode 28 und damit der Gesamtanordnung in 7B ist über eine Gleichspannung UVar einstellbar. Die weiteren Kondensatoren 29, 30 dienen zur Einkopplung der Gleichspannung UVar.

2: Eingang
3: erster Ausgang
4: Subtrahierer
5: erster Eingang
6: zweiter Eingang
7: erster Anschluss
8: Bezugspotentialanschluss
9: Versorgungsspannungsanschluss
10: zweiter Anschluss
11: zweiter Ausgang
12: differentieller Eingang
13: Ausgang
15: Differenzverstärker
16: Mischer
20: erste Impedanz
21: erster Anschluss
22: zweiter Anschluss
23: erstes induktives Bauelement
24: erstes kapazitives Bauelement
25: erster Kondensator
26: zweiter Kondensator
27: Transistor
28: Varaktordiode
29, 30: Kondensator
40: Halbleiterkörper
41: dielektrische Schicht
42: Leiterbahn
50: zweite Impedanz
51: erster Anschluss
52: zweiter Anschluss
53: zweites induktives Bauelement
54: zweites kapazitives Bauelement
65: Sendepfad
66: Empfangspfad
70: Antenne
71: Duplexer
72: Leistungsverstärker
73: Sendepfad Lokaloszillator
74: Modulator
75: Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor
76: Verstärker mit geringem Rauschanteil
80: Transceiver-Schaltungsanordnung
82: erste Impedanz
83: zweite Impedanz
81: Verstärker mit geringem Rauschanteil
78: Mischer
79: Empfangspfad Lokaloszillator
84: weitere erste Impedanz
85: weitere zweite Impedanz
86: weitere erste Impedanz
87: weitere zweite Impedanz
DOut: Ausgangssignal
f: Frequenz
FB1: erster Frequenzbereich
FB2: zweiter Frequenzbereich
fosc: Oszillatorfrequenz
f1: erste Resonanzfrequenz
f2: zweite Resonanzfrequenz
In: Eingangssignal
I1: Signal mit einer zu sendenden Information
Out1, Out2: Ausgangssignal
O1: Transceiver-Ausgangssignal
UVar: Gleichspannung

Claims

Filteranordnung, insbesondere für eine Transceiver-Anordnung, umfassend – eine erste Impedanz (20), die an einem ersten Anschluss (21) mit einem Eingang (2) der Filteranordnung verbunden ist, mit einer ersten Resonanzfrequenz (f1), – eine zweite Impedanz (50), die an einem ersten Anschluss (51) mit dem Eingang (2) der Filteranordnung verbunden ist, mit einer zweiten Resonanzfrequenz (f2), welche höher als die erste Resonanzfrequenz (f1) ist, – einen Subtrahierer (4) mit zwei Eingängen (5, 6) und einem ersten Ausgang (13), wobei – ein erster Eingang (5) mit einem zweiten Anschluss (22) der ersten Impedanz (20) verbunden ist, – ein zweiter Eingang (6) mit einem zweiten Anschluss (52) der zweiten Impedanz (50) verbunden ist, und – ein erster Anschluss (7) des Ausgangs (13) mit dem ersten Ausgang (3) der Filteranordnung verbunden ist.
Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang (5) und der zweite Eingang (6) durch je einen Anschluss eines differentiellen Eingangs (12) gebildet sind.
Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (13) des Subtrahierers (4) eine differentielle Form aufweist und der Ausgang (13) einen zweiten Anschluss (10) umfasst, der mit einem zweiten Ausgang (11) der Filteranordnung verbunden ist.
Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Impedanz (20, 50) derart ausgelegt sind, dass in einem von der Filteranordnung durchzulassenden, ersten Frequenzbereich (FB1) an dem zweiten Anschluss (22) der ersten Impedanz (20) ein Signal abgreifbar ist, das näherungsweise gegenphasig zu einem Signal an dem zweiten Anschluss (52) der zweiten Impedanz (50) ist.
Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Impedanz (20, 50) derart ausgelegt sind, dass in einem von der Filteranordnung zu sperrenden, zweiten Frequenzbereich (FB2) an dem zweiten Anschluss (22) der ersten Impedanz (20) ein Signal abgreifbar ist, das näherungsweise gleichphasig zu einem Signal an dem zweiten Anschluss (52) der zweiten Impedanz (50) ist.
Filteranordnung nach einem Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Impedanz (20) so ausgelegt ist, dass die erste Resonanzfrequenz (f1) kleiner als eine Frequenz in einem von der Filteranordnung durchzulassenden, ersten Frequenzbereich (FB1) und größer als eine Frequenz in einem von der Filteranordnung zu sperrenden, zweiten Frequenzbereich (FB2) ist, und – die zweite Impedanz (50) so ausgelegt ist, dass die zweite Resonanzfrequenz (f1) größer als eine Frequenz in einem von der Filteranordnung durchzulassenden, ersten Frequenzbereich (FB1) ist, falls eine Frequenz des ersten Frequenzbereichs (FB1) größer als eine Frequenz des zweiten Frequenzbereichs (FB2) ist.
Filteranordnung nach einem Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Impedanz (20) so ausgelegt ist, dass die erste Resonanzfrequenz (f1) kleiner als eine Frequenz in einem von der Filteranordnung durchzulassenden, ersten Frequenzbereich (FB1), und – die zweite Impedanz (50) so ausgelegt ist, dass die zweite Resonanzfrequenz (f2) größer als eine Frequenz in einem von der Filteranordnung durchzulassenden, ersten Frequenzbereich (FB1) und kleiner als eine Frequenz in einem von der Filteranordnung zu sperrenden, zweiten Frequenzbereich (FB2) ist, falls eine Frequenz des ersten Frequenzbereichs (FB1) kleiner als eine Frequenz des zweiten Frequenzbereichs (FB2) ist.
Filteranordnung nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanz (20) und die zweite Impedanz (50) jeweils als Induktivitäts-/Kapazitäts-Schaltkreise ausgebildet sind.
Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanz (20) einen Parallelschwingkreis aus einem ersten induktiven Bauelement (23) und einem ersten kapazitiven Bauelement (24) umfasst und die zweite Impedanz (50) einen Parallelschwingkreis aus einem zweiten induktiven Bauelement (53) und einem zweiten kapazitiven Bauelement (54) umfasst.
Filteranordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanz (20) und/oder die zweite Impedanz (50) einstellbar ausgelegt sind.
Filteranordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste induktive Bauelement (23) und/oder das erste kapazitive Bauelement (24) und/oder das zweite induktive Bauelement (53) und/oder das zweite kapazitive Bauelement (54) mittels Schalter einstellbar ausgelegt ist.
Filteranordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste kapazitive Bauelement (24) und/oder das zweite kapazitive Bauelement (54) eine Varaktordiode umfasst.
Filteranordnung nach einem Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Subtrahierer (4) als Differenzverstärker (15) ausgebildet ist.
Filteranordnung nach einem Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Subtrahierer (4) als Mischer (16) mit einem differentiellen Eingang mit zwei Anschlüssen und einem weiteren Eingang zur Zuführung einer Mischfrequenz (fosc) ausgebildet ist.
Filteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer als Abwärtsmischer ausgebildet ist.
Filteranordnung mit einem Subtrahierer (4), dem an beiden Eingängen (5, 6) jeweils eine Impedanz (20, 50) vorgeschaltet ist, die wiederum eingangsseitig beide mit einem zu filternden Eingangsignal (In) beaufschlagbar sind, wobei in einem Durchlass-Frequenzbereich der Filteranordnung ein Unterschied der von den beiden Impedanzen (20, 50) je am Ausgang erzeugten Phasendrehung näherungsweise 180 Grad beträgt.
Transceiver-Anordnung mit einer Filteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend – einen Sendepfad (65) mit einem Ausgang, an den ein Duplexer (71) angeschlossen ist, wobei an den Duplexer (71) eine Antenne (70) ankoppelbar ist, und – einen Empfangspfad (66) mit einem Eingang, an den ein Ausgang des Duplexers (71) angeschlossen ist, und mit der Filteranordnung.
Transceiver-Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Transceiver-Anordnung (80, 80', 80'') zum Senden und Empfangen mit Codevielfachzugriffsverfahren ausgelegt ist.
Verwendung einer Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in einem Empfangspfad eines Gerätes der Mobilfunkkommunikation.
Verfahren zum Filtern eines Eingangsignals (In), umfassend folgende Schritte, – Zuführen des Eingangsignals (In) an zwei Impedanzen (20, 50), welche je eine frequenzabhängige Phasenverschiebung bewirken, – Subtrahieren eines ersten und einer zweiten Signals, welche ausgangsseitig an den zwei Impedanzen (20, 50) abgreifbar sind, – Bereitstellen eines Ausgangssignals (Out1) in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Subtraktion.
Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Verschieben der Phase eines Eingangssignals (In), welches eine Frequenz in einem von der Filteranordnung durchzulassenden, ersten Frequenzbereich (FB1) aufweist, derart, dass das erste Signal und das zweite Signal näherungsweise gegenphasig sind.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch Verschieben der Phase eines Eingangssignals (In), welches eine Frequenz in einem von der Filteranordnung zu sperrenden, zweiten Frequenzbereich (FB2) aufweist, derart, dass das erste Signal und das zweite Signal näherungsweise gleichphasig sind.