DE102011114642A1

DE102011114642A1 - Bauelement

Info

Publication number: DE102011114642A1
Application number: DE102011114642A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schmidhammer Edgar
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2031-10-01
Also published as: US20130082796A1; CN203225321U; US9391587B2; DE102011114642B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement (BE), das einen ersten mit akustischen Wellen arbeitende Duplexer und einen zweiten mit akustischen Wellen arbeitende Duplexer, aufweist, wobei der erste und der zweite Duplexer in einem einzigen SMD-Gehäuse angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Modul (MO), das ein solches Bauelement (BE) und zumindest drei 90° Hybride (HYB1–HYB3) zu einem Enhanced-Duplexer verschaltet. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen 2in1 Hybriden, bei dem zwei 90° Hybride (HYB3, HYB4) oder ein 90° Hybrid (HYB3) und ein 180° Hybrid (BAL) auf einem einzigen Chip angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit zwei mit akustischen Wellen arbeitenden Duplexern. Ferner betrifft die Erfindung ein Modul mit einem Antennenanschluss, einem Sendeanschluss und einem Empfangsanschluss. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Chip.
US 2009/0268642 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung, bei der Duplexer und 90° Hybride miteinander verschaltet werden und mit einem Antennen-, Sende- und Empfangsanschluss verbunden werden. Die Antennen-, Sende- und Empfangsanschlüsse sowie die Duplexer sind sämtlich unbalanciert ausgestaltet. Dementsprechend ist die Schaltung lediglich für Anwendungen geeignet, welche rein unbalancierte Signale verarbeiten. Insbesondere für den Mobilfunk ist die Schaltung nicht geeignet, da hier Empfangsfilter und Empfangsanschlüsse häufig balanciert ausgelegt sind. Auch eine Erweiterung der Schaltung auf balancierte Bauelemente ist nicht ohne Weiteres möglich, da ansonsten eine komplizierte und unsymmetrische Leitungsführung unvermeidlich wäre.
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es somit, Bauelemente bereitzustellen, die eine Vereinfachung der Schaltungsanordnung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Gemäß einem weiteren unabhängigen Anspruch wird ein Modul vorgeschlagen, in dem eine entsprechend vereinfachte Schaltungsanordnung realisiert ist. Ferner wird gemäß einem weiteren unabhängigen Anspruch ein Chip vorgeschlagen, der ebenfalls eine Vereinfachung der Schaltungsanordnung ermöglicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Es wird ein Bauelement vorgeschlagen, das einen ersten mit akustischen Wellen arbeitenden Duplexer und einen zweiten mit akustischen Wellen arbeitenden Duplexer aufweist, wobei der erste und der zweite Duplexer in einem einzigen SMD-Gehäuse (SMD = Surface Mounted Device) angeordnet sind. Der erste und der zweite Duplexer können entweder SAW-Duplexer (SAW Surface Acoustic Wave) oder BAW-Duplexer (BAW = Bulk Acoustic Wave) sein. Es ist sowohl möglich, dass beide Duplexer in der gleichen Technologie gefertigt sind als auch dass der erste und der zweite Duplexer in unterschiedlichen Technologien gefertigt sind. Ferner kann es sich bei zumindest einem der beiden Duplexer um einen Hybridduplexer handeln, der ein SAW-Filter und ein BAW-Filter aufweist.
Die Anordnung der zwei Duplexer in einem einzigen SMD-Gehäuse ermöglicht es, die Leiterbahnführung bei komplexeren Modulen mit mehreren Duplexern zu vereinfachen. Es ist ferner möglich, mehr als zwei Duplexer in einem einzigen SMD-Gehäuse anzuordnen und zu einem sogenannten Nin1 Duplexer zu verschalten.
Werden die beiden Duplexer in gleicher Technologie auf einem Chip gefertigt, so wirken sich etwaige Fertigungstoleranzen auf beide Duplexer gleich aus, so dass die Charakteristik des Bauelements insgesamt durch die Fertigungstoleranzen weniger stark verfälscht wird. Insbesondere bei einem Modul, das einen solches Bauelement mit zwei in gleicher Weise gefertigten Duplexer aufweist, kann durch eine symmetrische Leiterbahnführung erreicht werden, dass sich Fehlertoleranzen nicht addieren. Die Fehlertoleranzen heben sich vielmehr gegeneinander auf.
In einem Ausführungsbeispiel weisen der erste und der zweite Duplexer Anschlüsse, Leiterbahnen und Metallisierungsstrukturen auf, wobei der erste Duplexer und der zweite Duplexer einen spiegelsymmetrischen Aufbau hinsichtlich zumindest eines Merkmals ausgewählt aus Anschlüssen, der Leiterbahnführung und der Anordnung der Metallisierungsstrukturen aufweisen.
Ein spiegelsymmetrisches Bauelement erlaubt die Konstruktion eines spiegelsymmetrischen Moduls. Dementsprechend ermöglicht das spiegelsymmetrische Bauelement eine übersichtliche Leiterbahnführung und eine Reduzierung der Anzahl der notwendigen Leiterbahnüberkreuzungen.
Jeder der beiden Duplexer kann zwei unbalancierte und einen balancierten Anschluss oder drei unbalancierte Anschlüsse aufweisen. Insbesondere bei Duplexern, die akustische Volumenwellen verwenden, ist es vorteilhaft, den Duplexer mit drei unbalancierten Anschlüssen auszustatten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Modul vorgeschlagen, das ein Bauelement mit einem ersten und einem zweiten mit akustischen Wellen arbeitenden Duplexer aufweist, wobei der erste und der zweite Duplexer in einem einzigen SMD-Gehäuse angeordnet sind. Ferner weist das Modul einen Antennenanschluss, einen Sendeanschluss und einen Empfangsanschluss auf. Das Modul weist ferner zumindest drei 90° Hybride auf, die jeweils ein Eingangssignal in zwei Ausgangssignale aufteilen, wobei die beiden Ausgangssignale eine relative Phasenverschiebung von 90° zueinander aufweisen, wobei der Antennen-, der Sende- und der Empfangsanschluss jeweils mit einem 90° Hybrid verbunden sind, wobei das Bauelement und die 90° Hybride derart verschaltet sind, dass die beiden Ausgangssignale, die der an den Sendeanschluss angeschlossenen 90° Hybrid ausgibt, an dem Antennenanschluss konstruktiv interferieren und von den beiden Ausgangssignalen verursachte parasitäre Signale an dem Empfangsanschluss destruktiv interferieren.
Es ist zu beachten, dass die relative Phasenverschiebung zwischen den beiden Ausgangssignalen eines 90° Hybriden zueinander 90° + Δn beträgt. Δn beträgt für einen idealen 90° Hybrid 0°. In einem realen 90° Hybrid sind für Δn etwa 3° üblich. Im Folgenden wird die Phasenverschiebung der Ausgangssignale mit 90° angegeben, wobei implizit eine Abweichung von etwa 3° möglich ist. Analog wird auch bei der Phasenverschiebung der Ausgangssignale von 180° Hybriden implizit von einer geringfügigen Abweichung ausgegangen.
Eine konstruktive Interferenz zweier Signale entsteht, wenn die beiden Signale zueinander nicht phasenverschoben sind. Zur destruktiven Interferenz kommt es, wenn die beiden Signale eine Phasenverschiebung von 180° relativ zueinander aufweisen.
Die Verwendung des Bauelements in dem Modul ermöglicht eine übersichtliche Leiterbahnführung, bei der die Anzahl der Leiterbahnüberkreuzungen minimiert wird. Insbesondere der Einsatz eines hinsichtlich der Anordnung der Anschlüsse spiegelsymmetrischen Bauelements erlaubt es, das Modul symmetrisch auszugestalten. Ein symmetrisches Modul zeigt insbesondere im Hochfrequenzbereich eine gute Filtercharakteristik.
Vorzugsweise sind zumindest zwei der 90° Hybride auf einem einzigen Chip angeordnet. Diese auf dem einen Chip angeordneten 90° Hybride können parallel zueinander verschaltet sein. Die Verwendung eines solchen 2in1 Hybrids ermöglicht es die Leiterbahnführung zu vereinfachen und Leiterbahnüberkreuzungen vollständig zu vermeiden. Als „Chip” wird hier eine Einheit bezeichnet, die auf dem Modul-Substrat angebracht wird oder innerhalb des Modul-Substrats angeordnet ist. Der Chip kann wiederum ein Chip-Substrat aufweisen, das vorzugsweise ein Halbleitermaterial aufweist. Die 90° Hybride können Halbleiter-Schaltungen sein, die auf einem Halbleiter-Chip angeordnet sind.
Parallel zueinander verschaltete 90° Hybride können mit balancierten Ausgängen der beiden Duplexer des Bauelements verbunden sein.
Vorzugsweise sind die auf dem Chip angeordneten 90° Hybride derart mit Anschlüssen des Chips verschaltet, dass sich eine überkreuzungsfreie Leiterbahnführung auf dem Modul ergibt. Durch ein geschicktes Layout des Chips können unvermeidliche Leiterbahnüberkreuzungen vom Modul weg auf den Chip hin verlagert werden. Auf diese Weise kann ein übersichtliches und einfach aufgebautes Modul realisiert werden.
In einer Ausführungsform weist das Modul ferner einen 180° Hybrid auf, der ein Eingangssignal in zwei Ausgangssignale aufteilt, wobei die beiden Ausgangssignale eine relative Phasenverschiebung von 180° zueinander aufweisen. 180° Hybride werden auch als Balun bezeichnet. Der 180° Hybrid kann seriell mit einem 90° Hybrid verschaltet sein. Die serielle Verschaltung eines 90° Hybrids und eines Baluns ermöglicht es, einen unbalancierten Anschluss in zwei balancierte Signale umzuwandeln.
Vorzugsweise sind der 90° Hybrid und der seriell dazu verschaltete 180° Hybrid auf einem einzigen Chip angeordnet.
Jeder der 90° Hybride kann durch ein mehrlagiges Substrat realisiert sein, dass zwei spulenförmige Metallisierungen in zwei Lagen des Substrats aufweist. Die beiden Metallisierungen in benachbarten Lagen des Substrats können miteinander gekoppelt sein. Ferner kann in jedem 90° Hybrid ein Terminierungswiderstand integriert sein.
In einem Ausführungsbeispiel werden an zwei Anschlüssen des Bauelements Signale mit einer ersten Phasenlage ausgegeben und an zwei Anschlüssen des Bauelements Signale mit einer zweiten Phasenlage. Dieser Fall tritt auf, wenn zumindest ein Anschluss jedes der beiden Duplexer auf dem Bauelement balanciert ausgestaltet ist. Die Anschlüsse des Bauelements, an denen die Signale mit der ersten Phasenlage anliegen, können mit einem der 90° Hybride verbunden sein und die Anschlüsse des Bauelement, an denen die Signale mit der zweiten Phasenlage anliegen, können mit einem anderen der 90° Hybride verbunden sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Chip vorgeschlagen, der einen ersten 90° Hybrid, der ein Eingangssignal in zwei Ausgangssignale aufteilt, wobei die beiden Ausgangssignale eine relative Phasenverschiebung von 90° zueinander aufweisen, und einen zweiten 90° Hybrid aufweist. Alternativ kann der Chip einen ersten 90° Hybrid und einen 180° Hybrid, der ein Eingangssignal in zwei Ausgangssignale aufteilt, wobei die beiden Ausgangssignale eine relative Phasenverschiebung von 180° zueinander aufweisen, aufweisen. Dementsprechend wird ein 2in1 Hybrid auf einem einzigen Chip vorgeschlagen. Alternativ wird eine Kombination eines 90° Hybrids und eine Baluns zu einem einzigen Bauelement vorgeschlagen. Beide Ausgestaltungen sind nicht auf zwei Hybride beschränkt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können vielmehr beliebig viele Hybride zu Nin1 Hybriden auf einem Chip verschaltet werden.
Vorzugsweise sind der erste 90° Hybrid und der zweite 90° Hybrid parallel zueinander verschaltet.
Der Chip kann ein mehrlagiges Chip-Substrat und Anschlüsse aufweisen. Der erste und der zweite Hybrid können durch spulenförmigen Metallisierungen in zwei Lagen des mehrlagigen Chip-Substrats realisiert sein, wobei die spulenförmigen Metallisierungen jeweils über eine Verbindungsmetallisierung mit je einem Anschluss verbunden sind und sich eine Verbindungsmetallisierung des ersten 90° Hybrids und eine Verbindungsmetallisierung des zweiten 90° Hybrids in unterschiedlichen Lagen überkreuzen. Insbesondere beim Einsatz eines 2in1 Hybrids in einem Modul ergeben sich Vorteile dadurch, unvermeidliche Leiterbahnüberkreuzungen im Chip-Substrat des 2in1 Hybrids zu realisieren, so dass die Leiterbahnführung auf dem Modul überkreuzungsfrei erfolgen kann.
Der erste 90° Hybrid und der 180° Hybrid können seriell verschaltet sein. Ein solcher Chip weist dementsprechend einen balancierten Ausgang und einen unbalancierten Eingang auf.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.
1 zeigt die Unterseite eines Bauelements.
2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Moduls aufweisend das Bauelement.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Moduls aufweisend das Bauelement.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Moduls aufweisend das Bauelement.
5 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Moduls aufweisend das Bauelement.
6 zeigt einen Chip, der ein 2in1 Hybriden bildet.
7 zeigt die Realisierung zweier 90° Hybride in einem mehrlagigen Chip-Substrat.
8 zeigt eine Realisierung des Moduls.
9 zeigt eine weitere Realisierung des Moduls.
10 zeigt eine weitere Realisierung des Moduls.
11 zeigt eine weitere Realisierung des Moduls.
1 zeigt die Unterseite eines Bauelement BE. Bei dem Bauelement BE handelt es sich um einen sogenannten 2in1 Duplexer, d. h. ein Bauelement BE, bei dem zwei Duplexer in einem einzigen SMD-Gehäuse angeordnet sind. Die beiden Duplexer arbeiten mit akustischen Wellen. Es kann sich entweder um zwei SAW-Duplexer (SAW = Surface Acoustic Wave), um zwei BAW-Duplexer (BAW = Bulk Acoustic Wave) oder um einen SAW- und einen BAW-Duplexer handeln. Ferner ist ein Hybridduplexer denkbar, der SAW- und BAW-Filter aufweist.
Das in 1 gezeigte Bauelement BE weist eine Metallfläche MF und mehrere Anschlüsse Pin1–Pin18 auf, Die Metallfläche MF bildet Metallisierungen für den ersten und den zweiten Duplexer. Die Metallisierung MF weist eine abgerundete Ecke auf. Diese ermöglicht es, eine Orientierung des Bauelements BE zu markieren und so eine optische Kontrolle der Ausrichtung des Bauelements zu ermöglichen.
Der erste und der zweite Duplexer weisen jeweils zwei unbalancierte Anschlüsse und einen balancierten Port auf.
Die Anschlüsse der beiden Duplexer können auf verschiedene Weise mit den Anschlüssen Pin1–Pin18 des Bauelements BE verbunden sein. Im Folgenden wird eine beispielhafte Belegung der Anschlüsse erläutert. Hier sind die Anschlüsse Pin1, Pin4, Pin5, Pin9, Pin10, Pin13, Pin14 und Pin16 des Bauelements BE belegt. Dabei sind die Anschlüsse Pin4, Pin10, Pin1 und Pin16 dem ersten Duplexer zugeordnet. Die Anschlüsse Pin5, Pin9, Pin13 und Pin14 sind dem zweiten Duplexer zugeordnet. Die Anschlüsse Pin1 und Pin16 des Bauelements BE sind verbunden mit je einem Terminal eines balancierten Ports des ersten Duplexers. Die Anschlüsse Pin13 und Pin14 sind mit je einem Terminal eines balancierten Ports des zweiten Duplexers verbunden. Die weiteren Anschlüsse Pin4, Pin5, Pin9 und Pin10 sind jeweils unbalanciert.
Die Anschlüsse Pin17 und Pin18 sind z. B. mittig auf dem Bauelement BE angeordnet. Diese Anschlüsse sind optional. Sie können mit einem Antennenanschluss verbindbar sein. Die Anordnung der Anschlüsse Pin17 und Pin18 mittig auf dem Bauelement ermöglicht eine symmetrische Leiterbahnführung und insgesamt einen hohen Symmetriegrad des Bauelements BE.
Die beiden auf dem Bauelement BE angeordneten Duplexer weisen Anschlüsse auf, die wiederum mit einigen der Anschlüsse Pin1–Pin18 des Bauelements BE verbunden sind. Die beiden Duplexer können hinsichtlich der Anordnung ihrer Anschlüsse, dem so genannten Pinning auf dem Bauelement BE identisch sein. Alternativ können die beiden Duplexer des Bauelements BE eine spiegelsymmetrische Anordnung ihrer Anschlüsse aufweisen. Sind die beiden Duplexer in der gleichen Technologie gefertigt, d. h. zwei BAW-Duplexer oder zwei SAW-Duplexer, so können sie auf einem einzigen Chip angeordnet sein. Handelt es sich um einen SAW- und einen BAW-Duplexer, so wird jeder Duplexer auf einem separaten Chip gefertigt und beide Chips werden in einem einzigen SMD-Gehäuse angeordnet. Ferner sind sogenannte Hybridduplexer möglich, bei denen ein Duplexer ein SAW-Filter und ein BAW-Filter aufweist.
Vorteilhaft ist bei einer Anordnung der beiden Duplexer auf einem einzigen Chip insbesondere die Tatsache, dass sich etwaige Fertigungstoleranzen auf beide Duplexer gleich auswirken, so dass schon allein aufgrund dieser Tatsache die Filtercharakteristik des Bauelements BE deutlich verbessert wird, da die beiden Duplexer auf Grund der gemeinsamen Fertigung nahezu identisch sind.
2 zeigt ein Modul MO, bei dem es sich um einen so genannten Enhanced-Duplexer handelt. Das Modul MO weist einen Antennenanschluss ANT, einen Sendeanschluss TX und einen Empfangsanschluss RX auf. Der Antennenanschluss ANT und der Sendeanschluss TX sind unbalanciert. Der Empfangsanschluss RX ist balanciert.
Der Antennenanschluss ANT des Moduls MO ist mit einer Antenne verbindbar. Der Empfangsanschluss RX ist mit einer Empfangsschaltung verbindbar. Der Sendeanschluss TX ist mit einer Sendeschaltung verbindbar.
Das Modul MO leitet Signale, die an den Antennenanschluss ANT eingekoppelt werden und Frequenzen aus einem Empfangsband der Empfangsschaltung aufweisen, an den Empfangsanschluss RX weiter. Ferner leitet das Modul MD Sendesignale, die an dem Sendeanschluss TX eingekoppelt werden, an die Antenne weiter. Das Modul MO ist derart ausgelegt, dass der Anteil parasitärer Signale, die vom Sendeanschluss TX an den Empfangsanschluss RX weitergeleitet werden, minimiert wird. Diese Signale könnten ansonsten die Empfangsschaltung stören. Die parasitären Signale gelangen über verschiedene Pfade von dem Sendeanschluss TX zu dem Empfangsanschluss RX und interferieren dort destruktiv.
Das Modul weist ferner vier 90° Hybride HYB1, HYB2, HYB3, HYB4 und ein Bauelement BE auf, das einen ersten mit akustischen Wellen arbeitenden Duplexer und einen zweiten mit akustischen Wellen arbeitenden Duplexer aufweist. Der erste und der zweite Duplexer des Bauelements BE sind in einem einzigen SMD-Gehäuse angeordnet. Dementsprechend stimmt das Bauelement BE im Wesentlichen mit dem Bauelement BE, das in 1 gezeigt ist, überein. Das in 2 gezeigte Bauelement weist ferner keine Anschlüsse (wie Pin17 und Pin18 in 1) auf, die mittig auf dem Bauelement BE angeordnet sind. Das Bauelement BE weist hier die Anschlüsse Pin1–Pin16 auf. Dabei sind die Anschlüsse Pin4, Pin10, Pin1 und Pin16 dem ersten Duplexer zugeordnet. Die Anschlüsse Pin5, Pin9, Pin13 und Pin14 sind dem zweiten Duplexer zugeordnet. Die Anschlüsse Pin1 und Pin16 des Bauelements BE sind verbunden mit einem ersten und einem zweiten Terminal eines balancierten Ports des ersten Duplexers. Die Anschlüsse Pin13 und Pin14 sind mit einem ersten und einem zweiten Terminal eines balancierten Ports des zweiten Duplexers verbunden. Die weiteren Anschlüsse Pin4, Pin5, Pin9 und Pin10 sind jeweils unbalanciert.
Der erste und der zweite Duplexer des Bauelements BE weisen jeweils zwei unbalancierte Anschlüsse und einen balancierten Port auf. Die unbalancierten Anschlüsse des ersten Duplexers entsprechen den Anschlüsse Pin4 und Pin10 des Bauelements BE. Die Terminals des balancierten Ports des ersten Duplexers sind mit den Anschlüssen Pin1, Pin16 des Bauelements BE verbunden. Die unbalancierten Anschlüsse des zweiten Duplexers entsprechen den Anschlüsse Pin5 und Pin9 des Bauelements BE. Die Terminals des balancierten Ports des zweiten Duplexers sind mit den Anschlüssen Pin13, Pin14 des Bauelements BE verbunden.
Ein 90° Hybrid HYB1, HYB2, HYB3, HYB4 teilt ein angelegtes Eingangssignal in zwei Ausgangssignale auf, wobei die beiden Ausgangssignale eine relative Phasenverschiebung von 90° zueinander aufweisen. Ein 90° Hybrid HYB1, HYB2, HYB3, HYB4 kann entweder als Summierer oder als Teiler arbeiten.
Ein erster 90° Hybrid HYB1 ist mit dem Antennenanschluss ANT verbunden. Ferner sind zwei Anschlüsse des ersten 90° Hybrids HYB1 mit zwei Anschlüssen Pin4, Pin5 des Bauelements BE verbunden, wobei der Anschluss Pin4 dem ersten Duplexer zugeordnet ist und der Anschluss Pin5 dem zweiten Duplexer zugeordnet ist.
Dementsprechend wird ein Signal, das an den Antennenanschluss ANT eingekoppelt wird, in zwei Signale aufgeteilt, die um 90° zueinander phasenverschoben sind und die an je einen Anschluss Pin4, Pin5 des Bauelements BE ausgegeben werden.
Ferner ist ein zweiter 90° Hybrid HYB2 mit dem Sendeport TX verbunden und zwei Anschlüsse des zweiten 90° Hybrids HYB2 sind mit je zwei weiteren Anschlüssen Pin9, Pin10 des Bauelements BE verbunden, wobei der Anschluss Pin10 dem ersten Duplexer zugeordnet ist und der Anschluss Pin9 dem zweiten Duplexer zugeordnet ist.
Ein dritter 90° Hybrid HYB3 ist mit einem ersten Port des balancierten Ausgangsanschlusses TX verbunden. Ferner ist der dritte 90° Hybrid HYB3 mit zwei Anschlüssen Pin1, Pin14 des Bauelements BE verbunden, wobei einer dieser Anschlüsse Pin1 einem ersten Duplexer des Bauelements BE zugeordnet ist und ein zweiter Anschluss Pin14 einem zweiten Duplexer des Bauelements BE zugeordnet ist.
Ein vierter 90° Hybrid HYB4 ist mit einem zweiten Port des balancierten Ausgangsanschlusses RX verbunden. Ferner ist der vierte 90° Hybrid HYB4 mit zwei Anschlüssen Pin13, Pin16 des Bauelements BE verbunden. Ein Anschluss des vierten 90° Hybrids HYB4 ist mit einem Anschluss Pin16 des Bauelements BE verbunden, der dem ersten Duplexer zugeordnet ist. Ein weiterer Anschluss des vierten 90° Hybrids HYP4 ist mit einem Anschluss Pin13 des Bauelements BE verbunden, der dem zweiten Duplexer zugeordnet ist.
Der erste Duplexer gibt an den Anschlüssen Pin1 und Pin16 je ein Signal aus, wobei die beiden Signale um 90° zueinander phasenverschoben sind. Das an dem Anschluss Pin1 ausgegebene Signal weist eine Phasenverschiebung Φ1 zum Eingangssignal des Duplexers auf. Das an dem Anschluss Pin16 ausgegebene Signal weist eine Phasenverschiebung Φ2 zum Eingangssignal des Duplexers auf, wobei die Differenz der beiden Phasenverschiebungen Φ1 und Φ2 90° beträgt.
Ferner gibt der zweite Duplexer an den Anschlüssen Pin13 und Pin14 je ein Signal aus, wobei die beiden Signale um 90° zueinander phasenverschoben sind. Das an dem Anschluss Pin14 ausgegebene Signal weist eine Phasenverschiebung Φ1 zum Eingangssignal des Duplexers auf. Das an dem Anschluss Pin13 ausgegebene Signal weist eine Phasenverschiebung Φ2 zum Eingangssignal des Duplexers auf.
Damit die an den Antennenanschluss ANT eingekoppelten Signale am Empfangsanschluss RX des in 2 gezeigten Moduls MO konstruktiv interferieren, wird der dritte 90° Hybrid HYB3 mit den beiden Anschlüssen Pin1, Pin14 verbunden, an denen je die gleiche Phasenverschiebung Φ1 zum Eingangssignal des Duplexers vorliegt. Ferner haben die Signale, die an den beiden mit dem vierten 90° Hybriden HYB4 verbundenen Anschlüssen Pin16, Pin13 ausgegeben werden, ebenfalls die gleiche Phasenverschiebung Φ2. Dementsprechend werden jeweils Anschlüsse, bei denen Signale mit gleicher Phasenverschiebung Φ1, Φ2 anliegen, mit dem gleichen 90° Hybriden HYB3, HYB4 verbunden.
Wie in 2 zu sehen ist, ergibt sich durch diese Verschaltung der 90° Hybride HYB1–HYB4 und des Bauelements BE lediglich eine einzige Leitungsüberkreuzung auf dem Modul MO.
Das Modul kann ferner Elemente zur Anpassung aufweisen. Das in 2 gezeigte Modul weist hierzu beispielsweise eine erste und eine zweite Induktivität IND1, IND2 auf. Die erste Induktivität IND1 ist mit den beiden Anschlüssen Pin1, Pin16 des Bauelements BE verbunden. Die zweite Induktivität IND2 ist mit den beiden Anschlüssen Pin13, Pin14 des Bauelements BE verbunden.
Weitere Anpass-Elemente könnten beispielsweise mit dem Antennenanschluss ANT verbunden sein. Als Anpass-Elemente können komplexe Induktivitäten verwendet werden. Insbesondere können Widerstände, Spulen, Kondensatoren und Leitungen als Anpasselemente verwendet werden.
Das Modul MO zeichnet sich durch kurze Leitungslängen aus, so dass Verluste minimiert werden können. Das Layout weist ferner einen hohen Grad an Symmetrie auf, der insbesondere für Hochfrequenzanwendungen entscheidend ist.
3 zeigt das in 2 gezeigte Modul MO, wobei der dritte und der vierte 90° Hybrid HYB3, HYB4 durch einen sogenannten 2in1 Hybrid 2in1HYB ersetzt wurde. Ein 2in1 Hybrid 2in1HYB ist ein Chip auf dem zwei 90° Hybride angeordnet sind.
Zwei Anschlüsse des 2in1 Hybriden sind mit dem ersten und dem zweiten Port des balancierten Empfangsanschlusses RX verbunden. Ferner sind vier Anschlüsse des 2in1 Hybrids 2in1HYB mit Anschlüssen Pin1, Pin13, Pin14, Pin16 des Bauelements BE verbunden. Die Kombination aus Bauelement BE und 2in1 Hybrid 2in1HYB ermöglicht eine überkreuzungsfreie und hochsymmetrische Leitungsführung für das Modul MO.
Das Bauelement BE und der 2in1 Hybrid 2in1HYB sind intern derart gestaltet und ferner derart miteinander verschaltet, dass Anschlüsse des Bauelements BE, bei denen Signale mit gleicher Phasenverschiebung Φ1, Φ2 anliegen, jeweils mit dem gleichen 90° Hybriden des 2in1 Hybriden 2in1HYB verbunden sind.
Etwaige Fertigungstoleranzen wirken sich auf die beiden zum 2in1 Hybrid 2in1HYB kombinierten 90° Hybride HYB3, HYB4 gleich aus, so dass die Symmetrie des balancierten Empfangsanschlusses RX nicht gestört wird. Im Vergleich zu der in 2 gezeigten Leitungsführung wird eine Leiterbahnüberkreuzung bei einem Modul MO gemäß 3 vermieden. Die Leiterbahnüberkreuzung findet nun innerhalb des 2in1 Hybrids 2in1HYB statt.
Auch das in 3 gezeigte Modul MO weist beispielhaft zwei Induktivitäten IND1, IND2 auf.
4 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Moduls MO. Die Duplexer des Bauelements BE sind hier mit allen Anschlüssen unbalanciert ausgestaltet. An die beiden Ausgangsanschlüsse Pin14, Pin16 des Bauelements BE ist ein dritter 90° Hybrid HYB3 angeschlossen. Der dritte 90° Hybrid HYB3 ist seriell mit einem 180° Hybrid BAL verschaltet, wobei der 180° Hybrid BAL ein Eingangssignal in zwei Ausgangssignale aufteilt, wobei die Ausgangssignale eine relative Phasenverschiebung von 180° zueinander aufweisen. Es handelt sich somit um einen Balun.
Diese Verschaltung ermöglicht es, einen Enhanced-Duplexer mit balanciertem Ausgangsanschluss RX zu realisieren, wobei die Duplexer des Bauelements BE jeweils unbalancierte Anschlüsse aufweisen. Dieses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich bei den Duplexern des Bauelements BE um BAW-Duplexer handelt.
5 zeigt eine Modifikation des in 4 gezeigten Moduls. Hier sind der dritte 90° Hybrid und der 180° Hybrid auf einem einzigen Chip CH angeordnet.
6 zeigt einen 2in1 Hybriden 2in1HYB, bei dem zwei 90° Hybride HYB1, HYB2 auf einem einzigen Chip angeordnet sind. Der 2in1 Hybrid 2in1HYB weist Anschlüsse 1 bis 8 auf. Der erste 90° Hybrid HYB1 ist mit den Anschlüssen 1, 3 und 8 verbunden. Der zweite 90° Hybrid HYB2 ist mit den Anschlüssen 2, 4 und 5 verbunden. Ferner sind beide 90° Hybride jeweils über einen Terminierungswiderstand TW1, TW2 mit Masse verbunden. Die Terminierungswiderstände TW1, TW2 sind in dem 2in1 Hybrid integriert. Die Anschlüsse 6 und 7 des 2in1 Hybrids sind geerdet.
Die Leiterbahn, die den ersten 90° Hybrid HYB1 mit dem Anschluss 3 verbindet überkreuzt die Leiterbahn die den zweiten 90° Hybrid HYB2 mit dem Anschluss 2 verbindet. Ein Kurzschluss wird dadurch vermieden, dass die Leiterbahnüberkreuzungen in verschiedenen Lagen eines mehrlagigen Chip-Substrates realisiert ist.
7 zeigt eine Realisierung des 2in1 Hybrids 2in1HYB als integriertes passives Bauteil. Der 2in1 Hybrid 2in1HYB weist ein mehrlagiges Substrat auf. Ein 90° Hybrid HYB1, HYB2 wird dabei durch zwei spulenförmige Metallisierungen MET1, MET2, MET3, MET4, die in benachbarten Metalllagen des Chip-Substrats angeordnet sind, gebildet. Jede der spulenförmigen Metallisierungen MET1–MET4 ist mit einem der Anschlüsse 1–8 des 2in1 Hybrids 2in1HYB verbunden. Ferner sind zwei Terminierungswiderstände TW1, TW2 integriert.
8 zeigt eine Realisierung des Moduls MO. Das Bauelement BE, das zwei Duplexer aufweist, ist als SMD-Bauteil auf einem Modulsubstrat SUB aufgebracht. Der 2in1 Hybrid 2in1HYB ist als integriertes passives Bauteil ebenfalls auf dem Modulsubstrat SUB aufgebracht. Ferner weist das Modul MO Anpasselemente AS, insbesondere SMD-Anpassspulen auf. Die Anpasselemente AS können auch in dem integrierten passiven Bauteil integriert sein.
9 zeigt eine alternative Realisierung des Moduls MO. Hier ist das integrierte passive Bauteil (der 2in1 Hybrid 2in1HYB) in das Modulsubstrat SUB integriert. Das Modul MO weist ein mehrlagiges Substrat SUB auf, dessen Lagen durch Durchkontaktierungen DK miteinander verbunden sind. Der Vorteil dieses Moduls MO ist es, dass die Abmessungen in Länge und Breite reduziert werden können.
10 zeigt eine weitere Realisierung des Moduls MO. Hier wurde zusätzlich zur Ausführung nach 9 ein Verstärker PA in das Modulsubstrat SUB integriert.
11 zeigt eine weitere Realisierung des Moduls MO, bei dem im Unterschied zur 10 der Verstärker PA und das integrierte passive Bauteil als ein diskretes Element unter den Anpasselementen AS und dem Bauelement BE angeordnet sind. Eine Verschaltung des SMD-Bauelements BE mit den übrigen Elementen und dem PCB (PCB = Printed Circuit Board, Leiterplatte) erfolgt durch Durchkontaktierungen DK durch das integrierte passive Bauteil hindurch. Auch die Anpasselemente AS könnten zusätzlich in das integrierte passive Bauteil integriert sein.
Die hier beschriebenen 2in1 Duplexer und die 2in1 Hybride 2in1HYB sind nicht auf zwei Duplexer bzw. zwei Hybride beschränkt. Im Rahmen der Erfindung ist es vielmehr möglich, beliebig viele Duplexer in einem einzigen SMD-Gehäuse anzuordnen und zu einem Nin1 Duplexer zu verschalten. Die in 5 gezeigte Realisierung eines 2in1 Hybrids lässt sich auf beliebig viele Hybride zu einem Nin1 Hybrid erweitern.
Bezugszeichenliste

BE: Bauelement
Pin1–Pin14: Anschlüsse des Bauelements
MF: Metallfläche
MO: Modul
ANT: Antennenanschluss
TX: Sendeanschluss
RX: Empfangsanschuss
HYB1–HYB4: erster bis vierter 90° Hybrid
2in1HYB: 2in1 Hybrid
BAL: 180° Hybrid
1–8: Anschlüsse des 2in1 Hybrids
TW1, TW2: Terminierungswiderstand
AS: Anpasselement
DK: Durchkontaktierung
PA: Verstärker
CH: Chip

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0268642 A1 [0002]

Claims

Bauelement (BE), aufweisend einen ersten mit akustischen Wellen arbeitende Duplexer und einen zweiten mit akustischen Wellen arbeitende Duplexer, wobei der erste und der zweite Duplexer in einem einzigen SMD-Gehäuse angeordnet sind.
Bauelement (BE) gemäß Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Duplexer Anschlüsse (Pin1–Pin16), Leiterbahnen und Metallisierungsstrukturen (MF) aufweisen, und bei dem der erste Duplexer und der zweiten Duplexer einen spiegelsymmetrischen Aufbau hinsichtlich zumindest eines Merkmals, ausgewählt aus Anschlüssen (Pin1–Pin16), der Leiterbahnführung und der Anordnung der Metallisierungsstrukturen (MF) aufweisen.
Bauelement (BE) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem jeder der beiden Duplexer zwei unbalancierte und einen balancierten Anschluss oder drei unbalancierte Anschlüsse aufweist.
Modul (MO), aufweisend ein Bauelement (BE) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, einen Antennenanschluss (ANT), einen Sendeanschluss (TX) und einen Empfangsanschluss (RX), zumindest drei 90° Hybride (HYB1, HYB2, HYB2), die jeweils ein Eingangssignal in zwei Ausgangssignale aufteilen, wobei die beiden Ausgangssignale eine relative Phasenverschiebung von 90° zueinander aufweisen, wobei der Antennen-, der Sende- und der Empfangsanschluss (ANT, TX, RX) jeweils mit zumindest einem 90° Hybrid (HYB1, HYB2, HYB3) verbunden sind, wobei das Bauelement (BE) und die 90° Hybride (HYB1, HYB2, HYB3) derart verschaltet sind, dass die beiden Ausgangssignale, die der an den Sendeanschluss (TX) angeschlossene 90° Hybrid (HYB2) ausgibt, an dem Antennenanschluss (ANT) konstruktiv interferieren und von den beiden Ausgangssignalen verursachte parasitäre Signale an dem Empfangsanschluss (RX) destruktiv interferieren.
Modul (MO) gemäß Anspruch 4, bei dem zumindest zwei der 90° Hybride (HYB3, HYB4) auf einem einzigen Chip (2in1HYB) angeordnet sind.
Modul (MO) gemäß Anspruch 5, bei dem die beiden auf dem Chip (2in1HYB) angeordneten 90° Hybride (HYB3, HYB4) parallel verschaltet sind.
Modul (MO) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die auf dem Chip (2in1HYB) angeordneten 90° Hybride (HYB3, HYB4) derart mit Anschlüssen (1–8) des Chips (2in1HYB) verschaltet sind, dass sich eine überkreuzungsfreie Leiterbahnführung auf dem Modul (MO) ergibt.
Modul (MO) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem das Modul (MO) ferner einen 180° Hybrid (BAL) aufweist, der ein Eingangssignal in zwei Ausgangssignale aufteilt, wobei die beiden Ausgangssignale eine relative Phasenverschiebung von 180° zueinander aufweisen, und bei dem einer der 90° Hybride (HYB3) und der 180° Hybrid (BAL) seriell verschaltet sind.
Modul (MO) gemäß Anspruch 8, bei dem der 90° Hybrid (HYB3) und der seriell dazu verschaltete 180° Hybrid (BAL) auf einem einzigen Chip angeordnet sind.
Modul (MO) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, bei dem jeder der 90° Hybride (HYB1–HYB4) durch ein mehrlagiges Substrat realisiert ist, das zwei spulenförmige Metallisierungen (MET1–MET4) in zwei Lagen des Substrats aufweist.
Modul (MO) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 10, bei dem in jedem 90° Hybrid (HYB1–HYB4) ein Terminierungswiderstand (TW1, TW2) integriert ist.
Modul (MO) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, bei dem an zwei Anschlüssen des Bauelements (BE) Signale mit einer ersten Phasenlage ausgegeben werden und an zwei Anschlüssen des Bauelements (BE) Signale mit einer zweiten Phasenlage ausgegeben werden, und bei dem die Anschlüsse des Bauelement (BE), an denen die Signale mit der ersten Phasenlage anliegen, mit einem der 90° Hybride (HYB3) verbunden sind und die Anschlüsse des Bauelement (BE), an denen die Signale mit der zweiten Phasenlage anliegen, mit einem anderen der 90° Hybride (HYB4) verbunden sind.
Chip, aufweisend einen ersten 90° Hybrid (HYB3), der ein Eingangssignal in zwei Ausgangssignale aufteilen, wobei die beiden Ausgangssignale eine relative Phasenverschiebung von 90° zueinander aufweisen, und ferner aufweisend entweder einen zweiten 90° Hybrid (HYB4), oder einen 180° Hybrid (BAL), der ein Eingangssignal in zwei Ausgangssignale aufteilen, wobei die beiden Ausgangssignale eine relative Phasenverschiebung von 180° zueinander aufweisen.
Chip gemäß Anspruch 13, bei dem der erste 90° Hybrid (HYB3) und der zweite 90° Hybrid (HYB4) parallel verschaltet sind.
Chip gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem der Chip ein mehrlagiges Chip-Substrat und Anschlüsse (1–8) aufweist, und bei dem der erste und der zweite 90° Hybrid (HYB3, HYB4) durch zwei spulenförmige Metallisierungen (MET1–MET4) in zwei Lagen des mehrlagigen Chip-Substrats realisiert ist, und bei dem die spulenförmigen Metallisierungen (MET1–MET4) jeweils über eine Verbindungsmetallisierung mit je einem Anschluss (1–8) verbunden sind, und bei dem sich eine Verbindungsmetallisierung des ersten 90° Hybrids (HYB3) und eine Verbindungsmetallisierung des zweiten 90° Hybrids (HYB4) in unterschiedlichen Lagen überkreuzen.
Chip gemäß Anspruch 15, bei dem das erste 90° Hybrid (HYB3) und das 180° Hybrid (BAL) seriell verschaltet sind.