DE102008044845B4

DE102008044845B4 - Bias-Netzwerk

Info

Publication number: DE102008044845B4
Application number: DE102008044845.1A
Authority: DE
Inventors: Paul Coutinho; Peter Babel
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2028-08-29
Also published as: DE102008044845A1; US9385681B2; US20100056085A1

Abstract

Bias-Netzwerk mit einer HF-Leitung und einer Gleichspannungsquelle (V_BIAS), bei dem
– die HF-Leitung einen ersten Zweig (HF1) mit einem Bias-Anschluss (A1) und einen dazu parallelen zweiten Zweig (HF2) mit einem Bias-Anschluss (A2) besitzt,
– eine erste Induktivität (L1) und eine mit der ersten Induktivität (L1) induktiv gekoppelte zweite Induktivität (L2) vorhanden sind derart, dass durch die induktive Kopplung der Induktivitäten (L1, L2) die insgesamt erforderliche Induktivität verringert ist, und
– eine Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle (V_BIAS) und dem Bias-Anschluss (A1) des ersten Zweiges über die erste Induktivität (L1) sowie eine Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle (V_BIAS) und dem Bias-Anschluss (A2) des zweiten Zweiges über die zweite Induktivität (L2) vorhanden ist,
– wobei das Bias-Netzwerk als Teil eines TX-Moduls (TX) vorgesehen ist,
– das TX-Modul (TX) ein LTCC-Substrat (S) aufweist und
– das Bias-Netzwerk in dem LTCC-Substrat (S) integriert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zum Einspeisen einer Gleichspannung in eine HF-Leitung.
Bei modernen Transceiver-Schaltungen für die Anwendung in Mobiltelefonen, insbesondere in den Bändern für GSM und UMTS, ist es oftmals notwendig, die Ausgangsmischerstufe der HF-Leitung des Transceivers („open collector” beziehungsweise „open drain”) extern über den HF-Ausgangspin mit einer Gleichspannung zu versorgen. Ein hierfür vorgesehenes so genanntes Bias-Netzwerk speist die Open-Collector- beziehungsweise Open-Drain-Ausgangsstufen des Transceivers. Dieses Bias-Netzwerk soll in einem TX-Filtermodul integriert werden. Um die Größe des Moduls möglichst klein zu halten und damit wettbewerbsfähig zu bleiben, kann die üblicherweise verwendete Schaltungstechnik hierbei nicht eingesetzt werden.
Es ist üblich, zur Einspeisung einer Gleichspannung in eine HF-Leitung ein Bias-T-Anschlussglied zu verwenden, wie es zum Beispiel von James R. Andrews in der Application Note AN-1e, „Broadband Coaxial Bias Tees”, der Firma Picosecond Pulse Labs, beschrieben ist (Internetadresse der Veröffentlichung: http://www.picosecond.com/objects/AN-01e.pdf). Die Gleichspannung wird über einen Widerstand oder eine Induktivität in den zentralen Leiter eines Koaxkabels eingekoppelt. Der Widerstand sollte dabei wesentlich größer sein als die Impedanz der HF-Leitung, um die HF-Leitung nicht zu belasten. Ist der Strombedarf höher, wird die Gleichspannung über eine Induktivität in die HF-Leitung eingekoppelt, um einen an einem Widerstand auftretenden Spannungsabfall zu vermeiden.
In der Veröffentlichung von R. Tao et al.: „Low power 10 Gbit/s VCSEL driver for optical interconnect” in Electronics Letters 39 (2003), Nr. 24, ist eine Laser-Driver-Schaltung beschrieben. Zwei Schaltungszweige sind jeweils über eine separate Induktivität mit einer Gleichspannungsquelle verbunden, was als „Bias Tee” bezeichnet wird.
Die US 6 998 938 B2 beschreibt ein Tiefpassfilter auf einem LTCC-Substrat, bei dem zur Verringerung der erforderlichen Anzahl von Schaltungskomponenten Induktivitäten miteinander gekoppelt sind. Leiterspiralen, die die Induktivitäten bilden, sind entgegengesetzt zueinander gewunden, um eine negative Koppelinduktivität zu erhalten.
In der US 5 790 000 A ist eine Anordnung von Oberflächenwellenbauelementen zum Aufbau symmetrischer und unsymmetrischer Signalleitungen beschrieben.
Bei der Anwendung des Bias-Netzwerkes in einem TX-Filtermodul wird das Modul vorzugsweise auf einem LTCC-Substrat (low-temperature cofired ceramics) aufgebaut, und die Schaltung des Bias-Netzwerkes soll in dem LTCC-Substrat integriert werden. Bei Verwendung einer Spule als Induktivität zum Anschließen der Gleichspannung werden relativ hohe Induktivitätswerte benötigt, um eine ausreichende Entkopplung der Gleichspannungszuleitung gegenüber der HF-Leitung zu erreichen. Das erschwert die Integration der Induktivität in das LTCC-Substrat, wenn vorgegebene maximale Abmessungen des TX-Filtermoduls eingehalten werden sollen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bias-Netzwerk zur Anwendung in einem TX-Modul anzugeben, das in ein LTCC-Substrat integriert werden kann.
Diese Aufgabe wird mit dem Bias-Netzwerk mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei dem Bias-Netzwerk weist die HF-Leitung zwei parallele Zweige auf, die jeweils mit einem Bias-Anschluss versehen sind. Die Gleichspannung wird jeweils über eine Induktivität in den betreffenden Zweig eingespeist, wobei die beiden Induktivitäten induktiv miteinander gekoppelt sind. Durch die induktive Kopplung der Induktivitäten verringert sich die insgesamt erforderliche Induktivität erheblich. Wegen des dadurch bedingten geringeren Platzbedarfs dieser Komponenten können die Induktivitäten als Spulen in dem LTCC-Substrat integriert werden, ohne dass die Abmessungen des Substrates die vorgegebenen Werte überschreiten. Falls eine Kopplung von 100% erreicht wird, reduziert sich die benötigte Induktivität um 50% im Vergleich zu einer Ausführung mit nicht gekoppelten Induktivitäten. Die Ausgänge der beiden Zweige der HF-Leitung können über ein Filter, insbesondere ein Oberflächenwellenfilter, zu einem einzelnen Ausgang (single-ended Output) zusammengeführt werden. Die Eingänge der beiden Zweige der HF-Leitung können als symmetrischer Eingang mit einem Mischerausgang eines Transceiver-ICs verbunden werden. Mehrere solche Bias-Netzwerke können für verschiedene Frequenzbänder desselben TX-Moduls eingesetzt werden.
Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen des Bias-Netzwerkes anhand der beigefügten Figuren.
Die 1 zeigt ein Schaltungsschema eines Ausführungsbeispiels des Bias-Netzwerkes.
Die 2 zeigt ein Schaltungsschema eines weiteren Ausführungsbeispiels des Bias-Netzwerkes.
Die 3 zeigt ein schematisches Schaltbild eines mit Bias-Netzwerken aufgebauten TX-Moduls.
Die 1 zeigt ein Schaltungsschema eines Ausführungsbeispiels des Bias-Netzwerkes mit gekoppelten Induktivitäten. Die HF-Leitung umfasst einen ersten Zweig HF1 mit einem Eingang A, einem Ausgang A' sowie einem Bias-Anschluss A1 und einen dazu parallelen zweiten Zweig HF2 mit einem Eingang B, einem Ausgang B' sowie einem Bias-Anschluss A2. Die Gleichspannung wird von einer Gleichspannungsquelle V_BIAS über die Induktivitäten L1, L2 in die Zweige der HF-Leitung eingespeist. Die Gleichspannung kann auf diese Weise insbesondere einem eingangsseitig angeschlossenen Transceiver zugeführt werden. Um die Gleichspannung von den Ausgängen A', B' zu trennen, sind in diesem Ausführungsbeispiel Kapazitäten C1, C3 vorgesehen. Die Kapazität C2 ist vorzugsweise vorgesehen, um einen Kurzschluss der Hochfrequenz gegen Masse und damit eine Trennung von Gleichspannung und Wechselspannung in der Schaltung zu bewirken. Die Induktivitäten L1, L2 sind induktiv miteinander gekoppelt, so dass die Induktivitäten im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungen, die zur Einspeisung einer Gleichspannung in eine HF-Leitung verwendet werden, nur geringe Werte aufzuweisen brauchen. Das ermöglicht die Verwendung von Schaltungskomponenten relativ geringer Abmessungen.
Die 2 zeigt ein Schaltungsschema eines weiteren Ausführungsbeispiels des Bias-Netzwerkes, bei dem die Kapazitäten C1, C3 in den Zweigen der HF-Leitung durch ein Filter F ersetzt sind. Das Filter F kann ein Oberflächenwellenfilter sein. Die Induktivitäten L3 und L4 dienen zur Anpassung der Impedanzen zwischen einer an den Eingängen angeschlossenen Komponente, beispielsweise einem Transceiver, und dem Filter F beziehungsweise zwischen dem Filter F und einer an dem Ausgang OUT angeschlossenen Komponente, beispielsweise einem Leistungsverstärker. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Ausgänge A', B' der Zweige HF1, HF2 der HF-Leitung über das Filter F zusammengeführt zu einem einzelnen Ausgang OUT (single-ended Output). Beide beschriebenen Ausführungsbeispiele ermöglichen es, die Mischerendstufe eines eingangsseitig angeschlossenen Transceiver-ICs mit einer externen Gleichspannung (V_BIAS) zu versorgen.
Ein mit dem Bias-Netzwerk aufgebautes TX-Modul kann für mehr als ein Frequenzband vorgesehen sein. Ein solches Beispiel ist in einem Schaltungsschema in der 3 dargestellt. Das TX-Modul TX kann zum Beispiel auf einem LTCC-Substrat S integriert sein, was in dem Schaltungsschema der 3 durch den eingezeichneten Rahmen angedeutet ist. Das als Beispiel dargestellte TX-Modul ist für drei unterschiedliche Frequenzbänder vorgesehen. Für jedes Band ist ein Bias-Netzwerk vorhanden. Die Bias-Netzwerke umfassen jeweils ein Paar symmetrischer Eingänge 41, 42, 43, eine DC-Versorgungsschaltung 11, 12, 13, ein Filter 21, 22, 23, ein Anpassungsglied 31, 32, 33, einen Ausgang 51, 52, 53 und eine Gleichspannungsquelle 61, 62, 63. Die DC-Versorgungsschaltung ist beispielsweise jeweils eine Teilschaltung gemäß der in der 2 wiedergegebenen Schaltung und umfasst die Komponenten L1, L2 und C2. Jede der Gleichspannungsquellen 61, 62, 63 entspricht der Gleichspannungsquelle V_BIAS der Schaltung von 2, wobei mehrere Gleichspannungsquellen für verschiedene Werte der Gleichspannung vorgesehen sein können. Die Eingangspaare 41, 42, 43 entsprechen jeweils dem Paar der Eingänge A, B des Ausführungsbeispiels der 2. Die Filter 21, 22, 23 umfassen beispielsweise jeweils die Induktivität L3 und das Filter F der Schaltung der 2. Die Trennung der Gleichspannung von den Ausgängen 51, 52, 53 kann durch die Verwendung von Oberflächenwellenfiltern als Filter 21, 22, 23 bewirkt werden. Das Anpassungsglied 31, 32, 33 kann jeweils eine Induktivität L4 gemäß der Schaltung der 2 sein. Die Anzahl der Bias-Netzwerke in dem TX-Modul ist grundsätzlich beliebig. Es können somit mehrere Transceiver angeschlossen werden, die jeweils mit einer an das betreffende Frequenzband angepassten Gleichspannung versorgt werden.
Bezugszeichenliste

11: erste DC-Versorgungsschaltung
12: zweite DC-Versorgungsschaltung
13: dritte DC-Versorgungsschaltung
21: erstes Filter
22: zweites Filter
23: drittes Filter
31: erstes Anpassungsglied
32: zweites Anpassungsglied
33: drittes Anpassungsglied
41: erstes Eingangspaar
42: zweites Eingangspaar
43: drittes Eingangspaar
51: erster Ausgang
52: zweiter Ausgang
53: dritter Ausgang
61: erste Gleichspannungsquelle
62: zweite Gleichspannungsquelle
63: dritte Gleichspannungsquelle
A: Eingang des ersten Zweiges
A': Ausgang des ersten Zweiges
A1: Bias-Anschluss des ersten Zweiges
A2: Bias-Anschluss des zweiten Zweiges
B: Eingang des zweiten Zweiges
B': Ausgang des zweiten Zweiges
C1: erste Kapazität
C2: zweite Kapazität
C3: dritte Kapazität
F: Filter
HF1: erster Zweig der HF-Leitung
HF2: zweiter Zweig der HF-Leitung
L1: erste Induktivität
L2: zweite Induktivität
OUT: Ausgang
S: LTCC-Substrat
TX: TX-Modul
V_BIAS: Gleichspannungsquelle

Claims

Bias-Netzwerk mit einer HF-Leitung und einer Gleichspannungsquelle (V_BIAS), bei dem – die HF-Leitung einen ersten Zweig (HF1) mit einem Bias-Anschluss (A1) und einen dazu parallelen zweiten Zweig (HF2) mit einem Bias-Anschluss (A2) besitzt, – eine erste Induktivität (L1) und eine mit der ersten Induktivität (L1) induktiv gekoppelte zweite Induktivität (L2) vorhanden sind derart, dass durch die induktive Kopplung der Induktivitäten (L1, L2) die insgesamt erforderliche Induktivität verringert ist, und – eine Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle (V_BIAS) und dem Bias-Anschluss (A1) des ersten Zweiges über die erste Induktivität (L1) sowie eine Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle (V_BIAS) und dem Bias-Anschluss (A2) des zweiten Zweiges über die zweite Induktivität (L2) vorhanden ist, – wobei das Bias-Netzwerk als Teil eines TX-Moduls (TX) vorgesehen ist, – das TX-Modul (TX) ein LTCC-Substrat (S) aufweist und – das Bias-Netzwerk in dem LTCC-Substrat (S) integriert ist.
Bias-Netzwerk nach Anspruch 1, bei dem das TX-Modul (TX) HF-Leitungen für verschiedene Frequenzbänder umfasst und jede HF-Leitung zwei Zweige (HF1, HF2) aufweist, die über induktiv miteinander gekoppelte Induktivitäten (L1, L2) mit der Gleichspannungsquelle (V_BIAS) verbunden sind.
Bias-Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Zweige (HF1, HF2) der HF-Leitung ausgangsseitig über ein Oberflächenwellenfilter (F) zusammengeführt sind.