DE102006059996A1

DE102006059996A1 - Anordnung mit einem HF Bauelement und Verfahren zur Kompensation der Anbindungsinduktivität

Info

Publication number: DE102006059996A1
Application number: DE102006059996A
Authority: DE
Inventors: Christian Korden; Kurt Wiesbauer
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-12-20
Also published as: DE102006059996B4; US20090284328A1; US7978019B2; JP2010514284A; JP5517627B2; WO2008074285A1

Abstract

In einer Anordnung mit zumindest einem in einem Signalpfad angeordneten HF-Bauelement, das eine Masseanbindung an eine externe Schaltungsumgebung aufweist, wird vorgeschlagen, ein Koppelelement vorzusehen, welches mit zumindest einem Teil der Masseanbindung elektromagnetisch koppelt und dabei einen Koppelstrom auskoppelt. Durch geeignete Rückkopplung dieses Koppelstroms in den Signalpfad des Bauelements wird so der negative Einfluss der Induktivität der Masseanbindung auf den Signalpfad kompensiert.

Description

Ein Duplexer dient zur Trennung von Sende- und Empfangssignalen bei einem FDD(Frequency Diversity Duplex)-Verfahren und wird im Frontend eines als Sender und Empfänger dienenden Endgeräts als passive Frequenzweiche eingesetzt. Im Duplexer können die beiden Bandpassfilter über verschiedene Maßnahmen miteinander verschaltet sein, so dass gleichzeitiges Senden und Empfangen möglich ist. Ziel bei der Entwicklung von Duplexern ist es, das Übersprechen zu minimieren. Dazu muss die Isolation zwischen Sende- und Empfangspfad so groß wie möglich sein.
Mit zunehmender Miniaturisierung und steigender Komplexität infolge von Multibandanwendungen werden die Duplexer für mobile Endgeräte auf Modulen integriert. Wegen der Miniaturisierung besteht ein allgemeines Problem darin, dass ein solches Modul nur eine begrenzte Masseanbindung der Duplexermasse zulässt, da nur eine endliche und daher ein begrenzte Anzahl an Durchkontaktierungen möglich ist, da die Modulfläche begrenzt ist.
Ein Duplexer kann als diskretes Bauelement mit einer Anordnung mit zwei als Bandpassfilter ausgebildeten HF Bauelementen auf einem gemeinsamen Trägersubstrat ausgeführt sein. Aus der Druckschrift US 7 053 731 B2 ist ein solcher Duplexer mit einem Substrat und einem auf diesem angeordneten Chip bekannt, der ein Sendefilter und ein Empfangsfilter umfasst. Jedes Filter umfasst hier eine Ladder-Type-Anordnung von elektroakustischen Resonatoren. Duplexer können aber auch Einzelfilter aufweisen, die in anderen Filtertechniken realisiert sind, oder auch Einzelfilter umfassen, die unterschiedliche Filtertechniken nutzen.
Wie aus dem oben genannten US-Patent bekannt ist, bewirkt eine unzureichende Masseanbindung eine deutliche Herabsetzung der Sende/Empfangsisolation, da ein nach Masse abfließender Strom über die Induktivität der Masseanbindung einen Spannungsabfall erzeugt, der bei ungenügender Masseanbindung auf sämtliche an diese Masse angeschlossene Signalpfade durchschlägt. Dieser Spannungsabfall über die Induktivität addiert sich vektoriell auf die Grundisolation, die über die sonstige Verschaltung des Duplexers und den Aufbau des Packages bedingt ist.
Aber auch bei einem einzelnen HF Bauelement wie z. B. einem Filter können durch eine unzureichende Masseanbindung des Bauelements dessen Eigenschaften wie insbesondere seine Selektion breitbandig verschlechtert sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Anordnung mit zumindest einem HF Bauelement die oben genannten mit einer unzureichenden Masseanbindung verbundenen Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Anordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Isolation zweier HF-Bauelemente sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird eine HF-Anordnung angegeben, mit einem als Filter ausgebildeten ersten HF Bauelement, das einen mit einem Eingang und einem Ausgang verbundenen Signalpfad aufweist und mit zumindest einer Masseanbindung an eine Masse in einer Schaltungsumgebung, beispielsweise einem PCB (Printed Circuit Board) angeschlossen ist. Die Anordnung weist ein Koppelelement auf, welches mit der Masseanbindung elektromagnetisch koppelt. Der im Falle eines Stromflusses durch die Masseanbindung im Koppelelement induzierte Koppelstrom wird in den Signalpfad des Filters eingespeist.
Auskopplung und Einspeisung des Koppelstroms erfolgen dabei vorzugsweise so, dass bei Stromfluss durch die Masseanbindung der durch die Induktivität der Masseanbindung bedingte Spannungsabfall vermindert und dessen Auswirkungen auf den Signalpfad kompensiert werden.
Insbesondere bei HF Filtern erzeugt die endliche Induktivität der Masseanbindung Pole im Sperrband bzw. verschiebt vorhandene Pole an gegebenenfalls unerwünschte Stellen, so dass die Selektionseigenschaften des Filters darunter leiden. Dieser Effekt kann mit der vorgeschlagenen Anordnung vollständig kompensiert werden.
In einer spezielleren Variante wird eine HF-Anordnung mit einem ersten und einem zweiten HF-Bauelement angegeben, die eine gemeinsame Masse aufweisen und mittels einer gemeinsamen Masseanbindungen an eine Masse in einer Schaltungsumgebung angeschlossen sind. Dabei wird ein Koppelelement vorgesehen, welches mit zumindest einer der Masseanbindungen elektromagnetisch koppelt. Mit dem Koppelelement wird dabei im Falle eines Stromflusses durch die Masseanbindung ein Koppelstrom ausgekoppelt und in den Signalpfad eines der beiden Bauelemente eingespeist. Auskopplung und Einspeisung erfolgen dabei vorzugsweise so, dass bei Stromfluss durch die Masseanbindung der durch die Induktivität der Masseanbindung bedingte Spannungsabfall vermindert und insbesondere kompensiert wird, da sich dieser auch auf den Signalpfad auswirkt und ansonsten die Isolation verschlechtert.
Die vorgeschlagene HF-Anordnung kann bei allen Bauelementen mit „schlechter" Masse bzw. bei HF Bauelementen mit gemeinsamer Masse eingesetzt werden, deren Masseanbindung eine endliche Anbindungsinduktivität aufweist. Die Induktivität der Massenanbindung kann dann zur Kopplung mit einem als Kopplungsinduktivität ausgeführten Koppelelement ausgenutzt werden. Durch Kompensation des durch den Massestrom bedingten Spannungsabfalls im Signalpfad kann das Übersprechen zwischen den beiden Bauelementen deutlich reduziert oder nach Optimierung sogar vollständig verhindert werden. Die beiden Bauelemente zeigen dann nur noch den geringen Pegel an Übersprechen, der durch die so genannte Grundisolation, also die Bauart bedingte endliche Isolation zwischen den beiden Bauelementen erzeugt wird.
Unter Masseanbindung eines Bauelements werden die elektrischen Leitungen verstanden, die den Masseanschluss des Bauelements mit dem Masseanschluss der Anordnung, die das oder beide Bauelemente umfasst, verbinden. Zur Masseanbindung tragen also alle Komponenten bei, die die entsprechende elektrische Verbindung zu einer „guten" externen Masse gewährleisten. Die Masseanbindung kann dabei über Bonddrähte, Stud Bumps, Löt Bumps oder normale Lötstellen vorgenommen sein.
Hinzu kommen elektrische Verbindungen, die innerhalb eines Substrats angeordnet sind, auf dem die beiden Bauelemente befestigt und angeordnet sein können. Innerhalb eines Substrats umfasst die Masseanbindung insbesondere zumindest eine Durchkontaktierung, die durch eine oder mehrere dielektrische Schichten des gegebenenfalls mehrschichtigen Substrats reicht. Die Masseanbindung kann darüber hinaus Leiterbahnabschnitte umfassen, die innerhalb des Substrats zwischen zwei dielektrischen Schichten in dort vorgesehenen strukturierten Metallisierungsebenen ausgebildet sind. In den Metallisierungsebenen können lang gestreckte Leiterabschnitte oder flächig ausgebildete Leiterflächen beziehungsweise Metallisierungsflächen vorgesehen sein. Lang gestreckte Leiterabschnitte können aus geraden Leiterabschnitten zusammengesetzt sein, die auch gewinkelt oder gefaltet verlaufen können. Aus Leiterabschnitten oder aus Leiterabschnitten und Durchkontaktierungen können auch Windungen nachgebildet sein, um die Induktivität der Masseanbindung zu erhöhen. Zumindest eine Masseanbindung, die eine Durchkontaktierung umfasst, weist eine endliche Induktivität auf, die mit einem Koppelelement koppeln kann.
Die Masseanbindung der Anordnung beziehungsweise die Masseanbindung der beiden Bauelemente an die Substratmasse oder im Fall eines als Modulsubstrat ausgebildeten Substrats an die Masse der Leiterplatte, auf der das die HF-Anordnung umfassende Modul montiert werden soll, kann mehrere parallele Leiterführungen umfassen, wobei eine Leiterführung eine elektrisch leitende Verbindung darstellt, die Leiterabschnitte und Durchkontaktierungen umfassen kann.
Bei Masseanbindungen mit mehreren Leiterführungen wird zumindest ein Teil dieser Leiterführungen zur Kopplung verwendet, und im Folgenden als koppelnde Masseanbindung bezeichnet. Vorteilhaft ist die Induktivität der koppelnden Masseanbindung groß gegen die Induktivität der gesamten Masseanbindungen der Anordnung. Vorteilhaft wird die Induktivität der koppelnden Massenanbindung kleiner als die Induktivität des Koppelelements im Signalpfadeingestellt.
Das Koppelelement kann ebenso wie die koppelnde Masseanbindung in Form von Leiterabschnitten, daraus gebildeten Leiterschlaufen, aus Masseebenen, Durchkontaktierungen und Metallisierungsflächen zusammengesetzt sein. Zum Einstellen einer ausreichenden Induktivität umfasst das Koppelelement vorteilhaft zumindest eine Leiterschlaufe. Auch die koppelnde Masseanbindung kann zumindest eine Leiterschlaufe umfassen. Die Leiterschlaufen von koppelnder Masseanbindung und Koppelelement werden im Substrat vorzugsweise so geführt, dass sie entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordnet sind.
Die Leiterschlaufe des Koppelelements kann um eine zumindest abschnittsweise als Durchkontaktierung ausgebildete koppelnde Masseanbindung geführt sein. Koppelelement und koppelnde Masseanbindung können jedoch auch als zueinander parallel geführte Leiterabschnitte oder Durchkontaktierungen ausgeführt sein.
Vorzugsweise ist der Abstand des Koppelelements zu der koppelnden Masseanbindung geringer als der zu den übrigen Leiterführungen der übrigen Masseanbindungen der Anordnung.
Bei induktiver Kopplung kann das Koppelelement seriell in dem Signalpfad des Bauelements verschaltet sein, in dem das Übersprechen reduziert werden soll. Dies kann dadurch verwirklicht sein, dass der Signalpfad zumindest abschnittsweise in der Nähe der koppelnden Masseanbindung geführt wird.
In einer bevorzugten Ausführung der HF-Anordnung sind die beiden Bauelemente als HF–Filter ausgebildet und mit einer gemeinsamen Antenne verschaltet. Dementsprechend kann die HF-Anordnung einen Duplexer oder einen Duplexer darstellen.
Bei einem Duplexer ist eine gemeinsame Antenne mit einem ersten als Sendepfad ausgebildeten Signalpfad und einem zweiten als Empfangspfad ausgebildeten Signalpfad verbunden, wobei in jedem der beiden Signalpfade ein HF-Filter angeordnet ist.
Die HF-Anordnung ist insbesondere auf einem Mehrlagensubstrat angeordnet, welches ausgewählt ist aus Mehrlagenkeramik, LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic), HTCC (High Temperature Cofired Ceramic), mit Glasfaser verstärktem Epoxid, einem organischen Laminat oder einem Glaslaminat. Vorzugsweise sind Koppelelement und koppelnde Masseanbindung innerhalb des Mehrlagensubstrats angeordnet.
Bei einer Anordnung, die zwei HF-Filter als HF-Bauelemente umfasst, sind die Filter unabhängig voneinander als SAW (Surface Acoustic Wave), BAW (Bulk Acoustic Wave), dielektrische Keramikfilter oder LC-Filter ausgewählt.
Mit der vorgeschlagenen Anordnung kann ein Verfahren zur Isolation zweier HF-Bauelemente mit gemeinsamer Masseanbindung realisiert werden, bei dem die gemeinsame Masseanbindung der beiden Bauelemente mit einer endlichen Induktivität behaftet ist, bei dem ein erstes der beiden Bauelemente durch einen Stromabfluss über die Masseanbindung einen Spannungsabfall im zweiten Bauelement induziert, bei dem mittels eines Koppelelements, welches mit zumindest einem Teil der Masseanbindung koppelt, durch den Massestrom ein Koppelstrom induziert und in den Signalpfad des zweiten Bauelements eingespeist wird, um den durch den Massestrom des ersten Bauelements erzeugten Spannungsabfall zumindest teilweise zu kompensieren.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind rein schematisch ausgeführt, so dass ihnen weder absolute noch relative Maßangaben zu entnehmen sind.
1A zeigt eine bekannte Anordnung mit zwei HF-Bauelementen und gemeinsamer idealer Masseanbindung,
1B zeigt eine solches als Duplexer ausgebildete Anordnung,
1C zeigt eine als Duplexer ausgebildete Anordnung mit realer endlicher induktivitätsbehafteter Massenanbindung,
2 zeigt ein allgemeines Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 zeigt eine Ausführung, bei der das Koppelelement als Koppelinduktivität ausgebildet ist,
4 zeigt eine Ausführung, bei der nur eine Teilmassenanbindung mit dem Koppelelement koppelt,
5 zeigt eine erste Realisierung für ein induktives Koppelelement,
6 zeigt eine weitere Realisierung für ein Koppelelement, bei dem das Koppelelement als Wicklung einer Spule ausgebildet ist,
7 zeigt ein Koppelelement mit zwei Schlaufen und eine koppelnde Massenanbindung mit einer Schlaufe,
8 zeigt das Übersprechen eines Duplexers mit und ohne Koppelelement.
1A zeigt in allgemeinster Form eine Anordnung von zwei Bauelementen BE1 und BE2, die über eine gemeinsame Masseanbindung MA_G an Masse angeschlossen sind. Jedes der Bauelemente weist einen eigenen Signalpfad SP1, SP2 auf. Die Massenanbindung ist wie dargestellt idealisiert, und damit Widerstands- und induktivitätsfrei.
1B zeigt als mögliche Ausführungsform einer HF-Anordnung einen Duplexer, bei dem erstes und zweites Bauelement durch ein Sendefilter F_TX und ein Empfangsfilter F_RX realisiert sind. Ein erster Signalpfad verläuft von der Sendeeinheit TX zur gemeinsamen Antenne A durch das Sendefilter F_TX. Ein zweiter Signalpfad verläuft von der Antenne A durch das Empfangsfilter F_RX zum Empfangszweig RX. Auch dieser Duplexer ist mit einer idealen Masseanbindung MA dargestellt.
1C zeigt einen Duplexer, bei dem die Massenanbindung eine endliche Anbindungsinduktivität L_A aufweist. Fließt ein Signal von der Sendeeinheit durch den ersten Signalpfad, so wird dabei gleichzeitig auch ein Massenstrom erzeugt, der über die Massenanbindung und damit über die Anbindungsinduktivität L_A zur Masse abfließt. Die Induktivität L_A bewirkt dabei einen Spannungsabfall über die Massenanbindung. Dieser Spannungsabfall wirkt sich bei schlechter Masse beziehungsweise bei zu hoher Anbindungsinduktivität dahingehend aus, dass er sich auf die Signale, die im zweiten Signalpfad um RX-Zweig RX zur Antenne A fließen, dem Signal aufaddiert. Dies nennt man Übersprechen.
2 zeigt eine allgemeine Ausführungsform der vorgeschlagenen HF-Anordnung, bei der bereits bei einem einzelnen HF Bauelement, hier einem Filter F_RX die negative Auswirkung einer schlechten Masseanbindung und insbesondere einer damit verbundenen hohen Anbindungsinduktivität L_A mit Hilfe eines Koppelelements KE und einer Rückspeisung des ausgekoppelten Signals in den Signalpfad RX reduziert bis unterdrückt wird. Dazu wird ein Koppelelement KE vorgesehen, welches in räumlicher Nähe zu der mit der Anbindungsinduktivität L_A behafteten Masseanbindung gebracht wird. Ein vomFilter F_RX über die Masseanbindung abfließender Strom induziert im Koppelelement KE einen Koppelstrom, der in geeigneter Weise in den Signalpfad RX eingekoppelt wird. In der Figur ist die Stelle, an der die Kopplung stattfindet, durch die gestrichelte Linie symbolisiert.
3 zeigt eine hier als Duplexer ausgeführte Anordnung mit dem (Empfangs-)Filter F_RX und einem weiteren, als Sendefilter ausgebildeten zweiten HF Bauelement F_TX, die zusammen eine gemeinsame Masseanbindung aufweisen. Weiter ist eine mögliche Verschaltung eines solchen Koppelelements KE in der HF-Anordnung dargestellt. In dieser Ausführung besteht das Koppelelement KE aus einer weiteren Induktivität, beziehungsweise einem induktivitätsbehafteten Leiter, der in räumlicher Nähe zu dem mit der Anbindungsinduktivität L_A behafteten Leiter der Masseanbindung gebracht wird. Die Verschaltung mit dem Empfangspfad RX erfolgt in einfacher Weise, indem das Koppelelement KE als Induktivität ausgebildet und seriell im Empfangszweig RX verschaltet wird.
Fließt nun im Sendezweig TX ein Strom I_TX, so fließt ein Teil davon als Massestrom des Sendezweigs I_TG über die gemeinsame Massenanbindung beziehungsweise die Anbindungsinduktivität L_A ab. Über induktive Kopplung wird im räumlich benachbarten Koppelelement KE ein Koppelstrom –I_TG erzeugt, der im Idealfall gleich dem über die Anbindungsinduktivität beziehungsweise über die Massenanbindung abfließenden Strom I_TG ist. Bei einem Stromfluss durch den Sendezweig TX (erster Signalpfad) wird aufgrund einer endlichen Grundisolation, die zu einem geringfügigen Übersprechen auf den zweiten Signalpfad (Empfangspfad) führt, im Empfangspfad ein diesem Übersprechen aufgrund der endlichen Grundisolation entsprechender TX/RX Übersprechstrom I_TR erzeugt. Diesem über die Grundisolation aufgeprägten ersten Teilstrom addiert sich der Übersprechstrom I_TG auf, der über die „schlechte" Massenanbindung im zweiten Signalpfad (Empfangspfad RX) aufgeprägt wird.
Bei entsprechender Einkopplung des Koppelstroms I_TG kann nun genau dieser durch den Massenstrom übersprechende Stromanteil kompensiert werden. Am Ausgang des zweiten Signalpfads RX fließt dann nur noch der Übersprechstrom I_TR, der sich aufgrund der endlichen Grundisolation nicht vermeiden lässt.
Prinzipiell ist natürlich auch möglich, den Koppelstrom mit umgekehrter Polarität in den Signalpfad einzuspeisen, wobei keine Kompensation des Übersprechens erhalten wird, möglicherweise aber negative Effekte einer „zu guten" Masseanbindung ausgeglichen werden können.
Möglich ist es auch, über ein weiteres Koppelelement (in der Figur nicht dargestellt) einen weiteren Koppelstrom auszukoppeln und in den anderen Signalpfad – z. B. den des Sende filters – einzukoppeln. So können negative Effekte der Anbindungsinduktivität in beiden Signalpfaden ausgeglichen werden.
Bei geeigneter Bemessung von Anbindungsinduktivität L_A, Koppelelement KE und dem Koppelverhältnis zwischen den beiden koppelnden Induktivitäten gelingt es, den Koppelstrom genau auf den gewünschten Wert einzustellen, der zur vollständigen Kompensation des durch den Massestrom bedingten Übersprechstroms führt.
4 zeigt eine Ausführung, mit der es möglich ist, das Ausmaß des Koppelstroms einzustellen. Dazu ist die gesamte Massenanbindung der HF-Anordnung, bestehend aus ersten und zweiten Bauelement beziehungsweise hier aus Sendefilter F_TX und Empfangsfilter F_RX von einer gemeinsamen Masse ausgehend in mehrere Massenanbindungszweige, sprich in mehrere Leiterabschnitte aufgespalten, die parallel gegen Masse (Masse des PCB) geführt sind. Zumindest eine dieser gegen Masse geführten Anbindungen wird als koppelnde Anbindungsinduktivität L_K genutzt. Je nach Anzahl der zur Masse geführten Leitungen und deren jeweiligen Induktivität L_K kann so die Höhe der koppelnden Anbindungsinduktivität L_K bei gegebener Gesamtinduktivität eingestellt werden. Koppelnde Anbindungsinduktivität L_K und Restinduktivität L_R der übrigen nicht koppelnden Masseanbindungen sind so eingestellt, dass L_K wesentlich größer ist als die Restinduktivität der Masseanbindung L_R. (L_K >> L_R).
Eine weitere Möglichkeit, die Höhe des durch das Koppelelement KE ausgekoppelten Koppelstroms I_TG einzustellen, besteht im Induktivitätswert des Koppelelements sowie im Koppelverhältnis zwischen koppelnder Induktivität L_K und Koppelelement KE.
Diese Lösung kann auch bei einer Anordnung mit nur einem HF Bauelement realisiert werden.
5 zeigt eine konkrete Ausgestaltung eines Koppelelements. Für diesen Fall wird angenommen, dass die HF-Anordnung auf einem Substrat SU montiert ist, wobei die Massenanbindung MA von erstem und zweitem Bauelement im Wesentlichen über Durchkontaktierungen durch das Substrat SU hindurch realisiert ist. Vorzugsweise wird auch erster und zweiter Signalpfad RX, TX durch das Substrat geführt. Zumindest eine dieser zur Massenanbindung MA beitragenden Durchkontaktierungen und der damit verbundenen Leiterführungen wird zur Bereitstellung der Kopplungsinduktivität L_K herangezogen. Dazu wird ein Leiterabschnitt des Empfangspfads RX so in Nachbarschaft der und parallel zur koppelnden Anbindungsinduktivität L_K geführt, dass eine ausreichende Kopplung zwischen den beiden induktivitätsbehafteten Leiterbahnabschnitten stattfinden kann.
Mit der dargestellten Anordnung wird der im Koppelelement ausgekoppelte und in den RX-Zweig (Empfangszweig RX) eingekoppelte Koppelstrom in der gewünschten Polarität erhalten, die das Übersprechen über die Gesamtheit der gemeinsamen Masseanbindungen MA in den Empfangszweig RX kompensiert. In der Figur sind erstes und zweites HF-Bauelement als ein Bauelement BE dargestellt, welches ein gemeinsames Gehäuse für erstes und zweites HF-Bauelement darstellen kann.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Koppelelements, mit dem es gelingt, das Koppelelement KE mit größerer Induktivität zu realisieren. Dazu wird der Empfangspfad RX mit einer das Koppelelement KE darstellenden Leiterbahn schlaufe ausgeführt. Die Leiterbahnschlaufe ist dabei um den mit der Koppelinduktivität LK behafteten Leiterabschnitt, welcher einen Teil der Massenanbindung MA darstellt, geführt. Dabei ist es möglich, eine höhere Anzahl von Leiterbahnschlaufen um den Leiterabschnitt der Koppelinduktivität L_K zu legen und so das Induktivitätsverhältnis der beiden koppelnden Induktivitäten in gewünschter Weise einzustellen.
Eine weiter verbesserte Ausführung von Kopplungsinduktivität und Koppelelement ist in 7 dargestellt. Dabei bilden sowohl der Teil der Massenanbindung, der als Koppelinduktivität L_K hergenommen wird, als auch die Leiterabschnitte des Empfangspfads RX, die als Koppelelement KE dienen, mit Windungen ausgeführt, um die jeweilige Induktivität der Leiterabschnitte zu erhöhen.
In 7 ist der Empfangspfad mit zwei gleichsinnig geführten Wicklungen ausgeführt. Jede dieser Wicklungen (Schlaufen) kann dabei aus geraden Leiterbahnabschnitten innerhalb des Substrats SU zusammengesetzt sein. Der mit der Koppelinduktivität LK behaftete Teil der Massenanbindung bildet ebenfalls eine Schlaufe aus, die den Empfangspfad zwischen den beiden Schlaufen im gleichen Wicklungssinn umschlingt. Auf diese Weise gelingt es, ein Verhältnis zwischen der Induktivität des Koppelelements KE und der Koppelinduktivität L_K größer als eins einzustellen, um mit physikalisch maximal realisierbaren Koppelfaktoren kleiner eins auszukommen und dennoch ein vorteilhaftes Koppelverhältnis von ungefähr eins zu erzielen.
In Ausführungen der erfindungsgemäßen HF-Anordnung, bei der die Masseanbindung praktisch vollständig innerhalb eines Substrats SU in Form von Durchkontaktierungen umfassenden Leiterführungen realisiert ist, liegt die Größe der Gesamtinduktivität beispielsweise im Bereich von 10 pH, während der zur Kopplung verwendete Teil davon, nämlich die Koppelinduktivität L_K im Bereich von circa 0,5 nH gewählt wird. Wird nun noch das bereits erwähnte vorteilhafte Koppelverhältnis von circa fünf zwischen Koppelelement und Koppelinduktivität gewählt, so gelingt bei einem modernen Duplexer mit einer reduzierten Anzahl von Durchkontaktierungen trotz endlicher Anbindungsinduktivität eine vollständige Kompensation des normalerweise durch den Spannungsabfall an der Anbindungsinduktivität bewirkten Übersprechens.
8 zeigt das gegen die Frequenz aufgetragene Übersprechen zweier weitgehend baugleicher Duplexer, die einmal mit Koppelelement (Kurve 2) und einmal ohne Koppelelement (Kurve 1) ausgeführt sind. Es zeigt sich, dass das Übersprechen in einem gewünschten Bereich um hier beispielsweise 11 dB reduziert werden kann (siehe Pfeil bei circa 849 Megahertz). Die Tatsache, dass das Übersprechen bei höheren Frequenzen stellenweise erhöht ist, ist für die Funktion des Duplexers ohne Bedeutung. Das bei einem bekannten Duplexer auftretende aufgrund der Induktivität der Masseanbindung erzeugte Übersprechen erfolgt insbesondere im Frequenzbereich des Sendepfads TX, der in der Figur genau dem Bereich entspricht, in dem das Übersprechen vermindert ist. Das verbleibende Übersprechen ist nun ausschließlich auf die endliche Grundisolation zwischen den beiden Filtern zurückzuführen, die design- und gehäusetechnische bedingt ist und nichts mit dem durch die induktivitätsbehaftete Masseanbindung erzeugten Übersprechen zu tun hat.
Obwohl die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele und insbesondere am Beispiel eines Duplexers dargestellt wurde, ist sie nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung für unterschiedliche Anordnungen aus erstem und zweiten HF-Bauelement eingesetzt werden, die über eine gemeinsame Masseanbindung und insbesondere über eine gemeinsame Modulmasse miteinander verbunden sind. Die Erfindung ist insbesondere für solche Anordnungen vorteilhaft, bei denen die Masseanbindung über eine verminderte Anzahl von Leiterbahnführungen und insbesondere über eine verminderte Anzahl von Durchkontaktierungen durch ein gemeinsames Substrat, auf dem erstes und zweites HF-Bauelement angeordnet sind, realisiert ist. Vorteilhaft sind auch solche Anordnungen, die eine schlechte Substrat bzw. Modulmasse aufweisen und daher ein größeres Übersprechen zeigen.
Die genaue Ausführung der Massenanbindungen und des Koppelelements kann dabei beliebig variiert werden, sofern zumindest ein Teil der Massenanbindung mit einem Koppelelement koppeln kann, um einen Koppelstrom auszukoppeln und in den Signalpfad des zweiten Bauelements zurückzukoppeln, um das Übersprechen zwischen den beiden Bauelementen, welches durch den Spannungsabfall an der Massenanbindung ausgelöst ist, zu kompensieren. Geeignete Anwendungen für die Erfindung sind Module, die Duplexer integrieren, zum Beispiel Frontendmodule mit Sendeverstärker, Frontendmodule mit mehreren Duplexern, die aktiv oder passiv verschaltet sind sowie komplette Transceivermodule.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7053731 B2 [0003]

Claims

HF Anordnung mit einem als Filter ausgebildeten ersten HF Bauelement (EB1), mit einem mit einem Eingang und einem Ausgang verbundenen Signalpfad (SP1), in dem das Filter angeordnet ist, mit zumindest einer Masseanbindung (MA), über die das Filter an eine Masse angeschlossen ist, mit einem Koppelelement (KE), welches mit der Masseanbindung elektromagnetisch koppelt, wobei der durch das Koppelelement auskoppelte Strom in den Signalpfad (RX) des Filters eingespeist wird.
HF Anordnung nach Anspruch 1, weiter umfassend ein zweites HF Bauelement (BE2), das zumindest einen als Ein- oder Ausgang dienenden Signalpfad (SP1, SP2) aufweist und über die genannte Masseanbindung (MA) mit dem Filter zusammen an eine gemeinsame Masse angeschlossen ist.
HF Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die zumindest eine Masseanbindung (MA) eine endliche Anbindungsinduktivität aufweist, bei der das Koppelelement (KE) als Kopplungsinduktivität ausgebildet ist.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 1–3, bei der die mit dem Koppelelement (KE) koppelnde Masseanbindung nur einen Teil der gesamten Masseanbindungen (MA) der Anordnung darstellt, bei der die Induktivität (L_K) der koppelnden Masseanbindung groß ist gegen die Induktivität der Summe der Masseanbindungen der Anordnung, bei der ein Induktivitätsverhältnis zwischen der Induktivität der koppelnden Masseanbindung und der Induktivität des Koppelelements kleiner 1 eingestellt wird.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 1–4, bei der das oder die Bauelemente (BE1, BE2) auf einem Mehrlagensubstrat (SU) angeordnet sind, bei der das Koppelelement (KE) und zumindest ein Teil der Masseanbindungen (MA) in dem Mehrlagensubstrat als Leiterabschnitte, Leiterschlaufen, Masseebenen, Durchkontaktierungen oder Kombinationen dieser Elemente ausgebildet sind.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 1–5, bei der das Koppelelement (KE) zumindest eine Leiterschlaufe ausbildet.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 1–6, bei der die koppelnde Masseanbindung eine Durchkontaktierung ist.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 1–7, bei der die koppelnde Masseanbindung eine Leiterschlaufe umfasst.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 1–8, bei der das Koppelelement (KE) zumindest eine Leiterschlaufe ausbildet, die um die zumindest abschnittsweise als Durchkontaktierung ausgebildete koppelnde Masseanbindung (MA) geführt ist.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 1–9, bei der Koppelelement (KE) und koppelnde Masseanbindung als zueinander parallel geführte Leiterabschnitte oder Durchkontaktierungen ausgeführt sind.
HF Anordnung nach Anspruch 10, bei der der Abstand des Koppelements (KE) zu der koppelnden Masseanbindung geringer ist als zu den anderen Masseanbindungen (MA).
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 1–10, bei der das Koppelelement (KE) seriell im Signalpfad (RX) eines der Bauelemente (F_RX) verschaltet ist.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 1–12, bei der das Koppelelement (KE) parallel zu einem Signalpfad (RX) eines der Bauelemente (F_RX) verschaltet ist.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 2–13, bei der die beiden Bauelemente als HF Filter (F_RX, F_TX) ausgebildet und mit einer gemeinsamen Antenne (A) verschaltet sind.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 2–13, bei der die beiden Bauelemente je als HF Filter (F_RX, F_TX) ausgebildet und zu einem Duplexer verschaltet sind bei der das Koppelelement (KE) den Koppelstrom in den R_X Pfad des Duplexers einspeist.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 1–14, bei der das oder die Bauelemente (F_RX, F_TX) auf einem Mehrlagensubstrat (SU) angeordnet und über dieses verschaltet sind, bei der das Mehrlagensubstrat eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten umfasst, zwischen denen jeweils strukturierte Metallisierungsebenen angeordnet sind bei der das Mehrlagensubstrat ausgewählt ist aus einer Mehrlagenkeramik, LTCC, HTCC, mit Glasfaser verstärktem Epoxidharz, einem organischen Laminat oder Glaslaminat.
HF Anordnung nach einem der Ansprüche 2–15, bei der erstes und zweites Bauelement als HF Filter (F_RX, F_TX) ausgebildet sind, bei der die HF Filter unabhängig voneinander SAW, BAW, dielektrische Keramikfilter oder LC Filter darstellen.
Verfahren zur Kompensation der Induktivität einer Masseanbindung, mit der ein als Filter ausgebildetes und in einem Signalpfad angeordnetes HF Bauelement an die Masse einer Schaltungsumgebung angeschlossen ist, – bei dem die Masseanbindung (MA) mit einer endlichen Induktivität behaftet ist, – bei dem die Beeinflussung der Stoppbandunterdrückung in Abhängigkeit von der Induktivität der Masseanbindung bei einem Abfließen eines Massestroms über die Masseanbindung unterdrückt wird, indem ein Koppelelement (KE) vorgesehen wird, das mit der Masseanbindung koppelt, wobei durch den Massestrom (I_TG) im Koppelelement ein Koppelstrom (–I_TG) induziert und in den Signalpfad (RX) des Bauelements eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 18, eingesetzt zur Isolation eines ersten HF Bauelements gegen ein mit der gemeinsamen Masseanbindung verbundenes zweites HF Bauelement, – bei dem das erste Bauelement durch einen Stromabfluss über die Masseanbindung einen Spannungsabfall im zweiten Bauelement induziert, – bei dem mittels eines mit der Masseanbindung koppelnden Koppelelements (KE) aus dem Massestrom (I_TG) ein Koppelstrom (–I_TG) induziert und in den Signalpfad (RX) des zweiten Bauelements eingespeist wird, um den durch den Massestrom des ersten Bauelements erzeugten Spannungsabfall zumindest teilweise zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem die Masseanbindung (MA) über mehrere Leitungen erfolgt, bei dem ein zumindest eine Leitung umfassender Teil dieser Masseanbindung induktiv mit dem Koppelelement (KE) koppelt und der Koppelstrom (–I_TG) seriell in den Signalpfad (RX) des zweiten Bauelements eingespeist wird.