DE102012108030A1

DE102012108030A1 - Multiplexer mit verringerten Intermodulationsprodukten

Info

Publication number: DE102012108030A1
Application number: DE102012108030.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Link; Gabriele Kolb
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: JP6342897B2; US20150236840A1; EP2891244A1; JP2015531221A; KR20150048867A; US9985607B2; WO2014032889A1; DE102012108030B4

Abstract

Es wird ein Multiplexer (MUL) mit verringerten Intermodulationsprodukten angegeben. Dazu umfasst der Multiplexer (MUL) ein mit akustischen Wellen arbeitendes Sende- und/oder Empfangsfilter (Tx, Rx) sowie Blockerelektroden (EL1, EL2) zum Ableiten unerwünschter Frequenzkomponenten gegen Masse (GND). Die Blockerelektroden (EL1, EL2) sind dabei auf dem gleichen Chip (CH) angeordnet wie das mit akustischen Wellen arbeitende Filter.

Description

Die Erfindung betrifft Multiplexer mit verringerten Intermodulationsprodukten, insbesondere Multiplexer, bei denen Frequenzkomponenten, welche zu ungewünschten Intermodulationseffekten führen können, unterdrückt bzw. eliminiert werden.
Intermodulationsprodukte oder Intermodulationsverzerrungen (englisch: IMD = intermodulation distortion) treten in nicht linearen Systemen und damit in realen technischen Systemen auf, wenn zwei oder mehrere Signale unterschiedlicher Frequenz verarbeitet werden. So kann es passieren, dass beim Mischen an einem nicht linearen Schaltungselement Produkte der beiden Signale erzeugt werden. Im Fall zweier Signale der Form U₁(t) = A₁cos(ω₁t) und U₂(t) = A₂cos(ω₂t) entsteht eine Vielzahl an Frequenzkomponenten mω₁ +/– nω₂ mit m, n = 0, 1, 2, ..., wobei die Summe m + n die Ordnung angibt. Ist eine sich ergebende Frequenzkomponente ein Vielfaches eines Grundtons ω₁ oder ω₂, so spricht man von einer Harmonischen. Ist sie die Summe von Vielfachen der beiden Grundtöne, so spricht man von einem Intermodulationsprodukt.
In Multiplexern und speziell in Duplexern sind diejenigen Intermodulationsprodukte problematisch, welche an einem Antenneneingang entstehen und im Rx-Band oder in der Nähe des Rx-Bandes liegen. Diese "blockieren" den Rx-Signalpfad, da sie nicht einfach durch Filterungsmaßnahmen herausgefiltert werden können. Sonst würde auch die Rx-Nutzfrequenz zerstört. Solche unerwünschten Intermodulationsprodukte können insbesondere in Duplexern durch die Multiplikation von Tx-Signalen mit einem von extern über die Antenne empfangenen Blockersignal entstehen. Das zu einem Tx-Signal zugehörige Rx-Passband liegt im Falle eines Duplexers relativ nahe, meist oberhalb des Tx-Passbandes. Somit fallen zwar nicht Harmonische des Tx-Signals, wohl aber Intermodulationsprodukte aus dem Tx-Signal und einem von extern empfangenen Signal in das eigene Rx-Passband.
Im Vergleich zu Harmonischen, welche durch Hochpassfilter oder lokale Polstellen im Stoppband eines Sendefilters beseitigt werden können, muss deshalb ein anderer Weg als das Herausfiltern gewählt werden.
Aus der DE 10 2005 028 927 A1 ist es bekannt, BAW-Resonatoren vorzusehen, die zueinander antiparallel geschaltet sind, um nicht lineare Effekte zu reduzieren.
Nachteilig daran ist, dass für die zusätzlichen Resonatoren Platz auf der Oberfläche eines teuren Chips vorgesehen werden muss.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Multiplexer mit verringerten Intermodulationseffekten anzugeben, der derzeitigen Miniaturisierungsanforderungen genügt, die Leistungsverträglichkeit nicht einschränkt, bei dem die Steigung der Filterflanken nicht vermindert ist und der für die Massenfertigung geeignet ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Multiplexer anzugeben, bei dem Blockerfrequenzen bereits am Antennenknoten selbst oder im antennennahen Schaltungsbereich eliminiert werden. Ferner soll der Multiplexer kostengünstig herzustellen sein und Maßnahmen zur Verringerung von Intermodulationseffekten aufweisen, die sich leicht mit Maßnahmen zur Verringerung von Intermodulationseffekten aufgrund anderer Blockerfrequenzen kombinieren lassen. Weiterhin ist es eine Aufgabe, einen verbesserten Multiplexer anzugeben, bei dem keine zusätzlichen Fertigungsschritte bei der Herstellung erforderlich sind und bei dem nicht unbedingt zusätzliche externe Schaltungselemente erforderlich sind. Ferner soll der Multiplexer mit anderen Maßnahmen zur Verringerung von Intermodulationseffekten kompatibel sein. Ferner sollen die elektrischen Eigenschaften des Multiplexers nicht durch die Maßnahmen zur Verringerung der Intermodulationseffekten verschlechtert werden.
Diese Aufgaben werden durch einen Multiplexer nach Anspruch 1 gelöst. Abhängige Ansprüche bilden die Erfindung in vorteilhafter Weise weiter.
Die Erfindung umfasst einen mit akustischen Wellen arbeitenden Multiplexer mit einem Sendeanschluss, einem Empfangsanschluss und einem gemeinsamen Anschluss. Der Multiplexer umfasst ferner einen Sendepfad, der zwischen dem Sendeanschluss und dem gemeinsamen Anschluss verschaltet ist und ein Sendefilter umfasst, sowie einen Empfangspfad, der zwischen dem Empfangsanschluss und dem gemeinsamen Anschluss geschaltet ist und ein Empfangsfilter umfasst. Ferner beinhaltet der Multiplexer einen Chip sowie einen mit dem gemeinsamen Anschluss verschalteten Blockerpfad. Der Blockerpfad umfasst dabei auf dem Chip angeordnete Blockerelektroden, die dazu vorgesehen sind, Blockersignale gegen Masse abzuleiten. Dabei sind Blockersignale solche Signale, die mit anderen im Multiplexer propagierenden Signalen multipliziert Intermodulationsprodukte ergeben, welche insbesondere in einem Rx-Frequenzbereich liegen können und somit den Rx-Pfad blockieren. Entsprechend sind Blockerelektroden solche Elektroden, die entsprechend ausgestaltet sind, um die Blockersignale gegen Masse abzuleiten.
Es wird also ein Multiplexer angegeben, in dem Blockersignale über geeignete Maßnahmen entsprechend abgeleitet werden, sodass ein Mischen mit regulär in Multiplexern auftretenden Signalen im Idealfall gar nicht erst geschieht und somit Intermodulationsprodukte auch nicht erzeugt werden.
Der Multiplexer arbeitet mit akustischen Wellen. In Frage kommen beispielsweise akustische Oberflächenwellen (engl.: SAWs = Surface Acoustic Waves), akustische Volumenwellen (BAWs = Bulk Acoustic Waves) oder geführte akustische Volumenwellen (GBAWs = Guided Bulk Acoustic Waves). In jedem dieser Fälle dienen Elektrodenstrukturen in Verbindung mit einem piezoelektrischen Material dazu, aufgrund des piezoelektrischen Effekts zwischen akustischen Schwingungen und elektrischen Hochfrequenzsignalen zu wandeln. Mit akustischen Wellen arbeitende Multiplexer weisen also Elektroden auf, welche in Form von strukturierten Elektrodenfingern auf einem piezoelektrischen Substrat (im Falle von akustischen Oberflächenwellen oder geführten akustischen Oberflächenwellen) angeordnet sind oder welche sandwich-artig eine piezoelektrische Schicht einschließen und großflächig ausgebildet sind. Im Fall akustischer Oberflächenwellen oder geführter akustischer Oberflächenwellen umfasst der Chip dabei das piezoelektrische Material. Im Falle akustischer Volumenwellen ist die Sandwichstruktur aus Elektroden und piezoelektrischem Material, eventuell zusammen mit Spiegelschichten, auf einem Trägerchip angeordnet. Das Vorsehen von Blockerelektroden, um Blockersignale gegen Masse abzuleiten, ist deshalb kompatibel mit konventionellen Herstellungsprozessen für mit akustischen Wellen arbeitende Multiplexer.
Deshalb lassen sich die Blockerelektroden leicht mit den Schaltungselementen der Multiplexer kombinieren und die Aufgabe der Erfindung wird in einfacher, aber wirkungsvoller Weise gelöst.
Der Begriff Multiplexer betrifft dabei eine Frequenzweiche mit mindestens einem gemeinsamen Anschluss, der ein Antennenanschluss sein kann, sowie einer Anzahl von m Tx-Signalpfaden und n Rx-Signalpfaden, wobei m und n natürliche Zahlen ≥ 1 sind. Insbesondere ist es möglich, dass der Multiplexer ein Duplexer mit einem Tx-Pfad und einem Rx-Pfad ist.
Die Blockerelektroden können Elektroden eines akustisch aktiven Filterelements sein. So kann ein aktives Blockerelement durch seine rein elektrische Wirkung, z. B. als kapazitives Element, Blockersignale in einem ersten Frequenzbereich und durch seine elektroakustische Wirkung Blockersignale in einem zweiten, vom ersten Frequenzbereich verschiedenen Frequenzbereich unterbinden oder vermindern. Es ist auch möglich, dass das Blockerelement so ausgelegt ist, dass seine rein elektrische Wirkung und seine elektroakustische Wirkung zusammenwirken und Blockersignale eines einzigen Frequenzbereichs noch besser unterdrücken.
In einer Ausführungsform umfasst der Blockerpfad Schaltungselemente des Sendefilters oder des Empfangsfilters.
Als Schaltungselemente des Sendefilters oder des Empfangsfilters, die gleichzeitig Blockerelektroden des Blockerpfads umfassen, kommen insbesondere Interdigitalstrukturen in Form von Interdigitalwandlern oder sandwich-artig gebaute BAW-Resonatoren in Frage. Dadurch, dass diese Strukturen entsprechend ausgestaltet sind, können sie gleichzeitig als Elemente des Sendepfads oder des Empfangspfads einerseits dienen und andererseits Schaltungselemente darstellen, über die Blockersignale gegen Masse abgeleitet werden können.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer einen oder mehrere mit akustischen Wellen arbeitende Resonatoren mit Blockerelektroden in einem oder mehreren Blockerpfaden, wobei jeder Blockerpfad oder jeder mit akustischen Wellen arbeitende Resonator mit Blockerelektroden dazu vorgesehen ist, zwei Blockerfrequenzen abzuleiten.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer einen oder mehrere weitere Sendepfade mit je einem weiteren Sendefilter und einen oder mehrere Empfangspfade mit je einem weiteren Empfangsfilter. So können neben einem Duplexer auch leicht Triplexer, Quadruplexer usw. erhalten werden.
In einer Ausführungsform arbeitet das Sendefilter und/oder das Empfangsfilter mit akustischen Oberflächenwellen, mit akustischen Volumenwellen oder mit geführten akustischen Volumenwellen.
Es ist auch möglich, dass das Sendefilter mit einer der angegebenen Art akustischer Wellen arbeitet, während das Empfangsfilter mit einer anderen Art akustischer Wellen arbeitet. Dann ist es möglich, dass das Sendefilter bzw. die Elektrodenstrukturen des Sendefilters auf einem ersten Chip angeordnet sind und das Empfangsfilter bzw. die Empfangsfilterelektroden auf einem weiteren Chip angeordnet sind. Die Blockerelektroden können dabei auf dem ersten Chip und/oder auf dem weiteren Chip angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass einige Schaltungselemente des Blockerpfads auf dem einen Chip angeordnet sind, während andere Schaltungselemente des Blockerpfads auf dem weiteren Chip angeordnet sind. Auch die Schaltungselemente des Blockerpfads können dabei mit unterschiedlichen Arten akustischer Wellen arbeiten.
In einer Ausführungsform umfasst das Sendefilter BAW-Resonatoren und das Empfangsfilter SAW-Resonatoren. Die BAW-Resonatoren und die SAW-Resonatoren sind auf oder in verschiedenen Chips angeordnet. Somit wird ein Mehr-Die-Multiplexer erhalten, in dem die unterschiedlichen Filtertechnologien die unterschiedlichen Anforderungen an Sende- und Empfangsfilter, z. B. bezüglich der Leistungsfestigkeit, Selektion, Isolation, ..., sicherstellen.
In einer Ausführungsform umfasst der Chip allerdings alle Schaltungselemente des Sendefilters und/oder des Empfangsfilters. Dann arbeitet der Multiplexer nur mit einer Art akustischer Wellen, wobei dann auch die Schaltungselemente des Blockerpfads auf dem Chip angeordnet sein können.
In einer Ausführungsform umfasst der Blockerpfad einen elektroakustischen Resonator, der auf dem Chip angeordnet ist.
Der elektroakustische Resonator des Blockerpfads kann dabei ein Serien- oder Parallelzweigresonator des Sendefilters oder des Empfangsfilters sein. Der Blockerpfad kann zwei oder mehr elektroakustische Resonatoren umfassen. So kann der Blockerpfad zum Beispiel eine Serienschaltung aus einem Resonator im Serienzweig, gefolgt von einem weiteren Parallelzweig umfassen.
Sende- oder Empfangsfilter können in Laddertype-Struktur verschaltete Serien- und Parallelzweigresonatoren umfassen, wobei die Laddertype-Struktur ingesamt ein Bandpassfilter darstellt. Auch kann nur ein Teil des jeweiligen Filters als Laddertype-Struktur ausgeführt sein, während übrige Filterelemete alternative Topologien, z. B. DMS (Dual Mode SAW) Strukturen, umfassen
Die Verwendung eines Parallelzweigresonators, eines Sendefilters oder eines Empfangsfilters als Schaltungselement, welches Blockerelektroden des Blockerpfads umfasst, bietet sich dabei an, da Parallelzweigresonatoren, z. B. in Laddertype-Schaltungen, den Signalpfad mit Masse verschalten. So ist ein Massepfad gegeben, der den gemeinsamen Anschluss mit Masse verschaltet und über den Blockersignale gegen Masse abgeleitet werden können.
In einer Ausführungsform umfasst der Blockerpfad ein induktives Element, das als Metallisierung im Sendefilter oder im Empfangsfilter auf dem Chip ausgeführt ist.
Es ist auch möglich, dass das induktive Element als Metallisierung in einem Mehrlagensubstrat, auf dem der Chip angeordnet ist, ausgeführt ist. Ferner ist es möglich, dass das induktive Element als diskretes Element auf einem Modul, das den Chip enthält, oder als diskretes Element auf einer Leiterplatte, die mit dem Chip verschaltet ist, ausgeführt ist.
Somit umfasst der Blockerpfad Blockerelektroden, die ein kapazitives Element darstellen und ein induktives Element. Das kapazitive und das induktive Element können in Serie oder parallel verschaltet sein und somit einen Schwingkreis darstellen. Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises kann dabei so eingestellt werden, dass seine Resonanzfrequenz der Frequenz von Blockersignalen entspricht, die als besonders störend angesehen werden.
Ganz allgemein kann dazu die Kapazität des kapazitiven Elements durch Einstellen der Fläche von BAW-Elektroden oder der Apertur und der Wandlerlänge oder der Fingeranzahl von Interdigitalstrukturen eingestellt werden. Ferner ist es im Wesentlichen auch möglich, den Abstand der Elektroden zum Einstellen der Kapazität geeignet vorzusehen.
Der Abstand der Elektrodenstrukturen bestimmt im Wesentlichen die Wellenlänge der akustischen Wellen, mit denen der Multiplexer arbeitet. Dabei ist es möglich, dass akustische aktive Elektrodenstrukturen als Blockerelektroden im Blockerpfad Verwendung finden. Es ist aber auch möglich, dass im relevanten Frequenzbereich akustisch inaktive Elektrodenstrukturen verwendet werden. Dann kann der Abstand und die Fläche der Blockerelektroden im Wesentlichen beliebig gewählt werden, um die Kapazität des kapazitiven Elements einzustellen.
Die Induktivität des induktiven Elements kann durch die Länge der Leiterabschnitte des induktiven Elements eingestellt werden. Ferner ist es möglich, Windungen vorzusehen, wobei die Windungszahl eingestellt werden kann, um die Induktivität des induktiven Elements einzustellen. Insgesamt sind also viele Möglichkeiten wählbar, um die Kapazität des kapazitiven Elements oder die Induktivität des induktiven Elements einzustellen, um eine gute Ableitung der Blockersignale gegen Masse zu erhalten.
In einer Ausführungsform weist das induktive Element eine geringe Induktivität auf. So kann das induktive Element lediglich durch eine Zuleitung gebildet sein, wobei die Induktivität des induktiven Elements dann die parasitäre Induktivität der Zuleitung ist. Ist eine geringe Induktivität gewünscht, so wird die Induktivität als intrinsische Induktivität einer ohnehin vorhandenen Zuleitung erhalten, wodurch Platz gespart wird und ein klein bauendes Multiplexer-Bauelement erhalten wird.
In einer Ausführungsform weist das Sendefilter und/oder das Empfangsfilter BAW-Resonatoren auf. Der Blockerpfad weist einen BAW-Resonator auf, dessen Massebelegung von der Massebelegung der Resonatoren des Sendefilters und/oder der Massebelegung der Resonatoren des Empfangsfilters abweicht.
So wird ein kapazitives Element im Blockerpfad erhalten, bei dem die elektrischen und/oder akustischen Eigenschaften der Blockerelektroden zur Ableitung von Blockersignalen gegen Masse optimiert sind. Ferner wird so ein Mittel angegeben, um die akustischen Eigenschaften vorteilhaft einzustellen.
In einer Ausführungsform weist der Blockerpfad einen BAW-Resonator auf, der mehr oder weniger Schichten als ein Resonator des Sendefilters oder des Empfangsfilters aufweist. Dadurch wird die Resonanzfrequenz stark verschoben und es wird ein vorteilhaftes kapazitives Verhalten im Frequenzbereich der Passbänder erhalten.
In einer Ausführungsform weist der Blockerpfad (BP) einen BAW Resonator (R) auf, bei dem eine oder mehrere Schichten relativ zu einem BAW Resonator des Sendefilters (Tx) oder Empfangsfilters (Rx) in der Dicke unterschiedlich ist/sind.
In einer Ausführungsform weist der Blockerpfad einen BAW-Resonator auf, wobei eine physikalische Eigenschaft einer Schicht im Vergleich zu den physikalischen Eigenschaften entsprechender Schichten von Resonatoren des Sendefilters und/oder Empfangsfilters verändert ist. Das Verändern physikalischer Eigenschaften, z. B. der Massenbelegung, der Dicke, der Anzahl der Schichten, der akustischen Impedanz oder der elektrischen Leitfähigkeit, stellt eine einfache Möglichkeit dar, einen BAW-Resonator zu erhalten, der nicht nur Teil des Sendefilters und/oder Empfangsfilters ist, sondern auch Teil des Blockerpfads ist und somit zusätzlichen Anforderungen genügen muss.
In einer Ausführungsform umfasst der Blockerpfad einen BAW-Resonator, dessen Arbeitsfrequenz durch Geometrieänderungen im Vergleich zu BAW-Resonatoren des Sendefilters und/oder Empfangsfilters verändert ist.
Zusätzlich zu den oben genannten Eigenschaften können auch Geometrieänderungen, z. B. eine geänderte Grundfläche des Resonators, dazu dienen, einen auf mehrere Anforderungen hin optimierten Resonator zu erhalten.
Eine geänderte Geometrie bei mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Multiplexern ist beispielsweise durch eine geänderte Metallisierungshöhe, eine Änderung des Pitches, also eine Änderung des Abstands von Fingerelektrodenmitte zu Fingerelektrodenmitte, oder eine Veränderung des Metallisierungsverhältnisses η möglich.
Das Resonanzverhalten eines Resonators ist nicht beliebig schmalbandig. Daher wird eine positive Wirkung bereits erzielt, auch wenn die Resonanzfrequenz des Schwingkreises – z. B. des Blockerresonators alleine oder einer Serienschaltung aus Blockerresonator und induktivem Element – frequenzmäßig lediglich in der Nähe des Blockerbandes liegt.
Die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises mit einer Kapazität C und eine Induktivität L liegt bei
Entsprechend können die Induktivität des induktiven Elements und die Kapazität des kapazitiven Elements gewählt werden, um Blockerfrequenzen gegen Masse abzuleiten.
In einer Ausführungsform umfasst der Blockerpfad ein kapazitives Element, das akustisch inaktiv ist. Ein solches akustisch inaktives Element kann ein kapazitives Element sein, welches lediglich in entsprechenden Frequenzbereichen, z. B. Tx-Frequenzbereich oder Rx-Frequenzbereich, inaktiv ist, oder welches gar nicht mit akustischen Wellen wechselwirkt. Dazu ist es z. B. möglich, ein nicht piezoelektrisches Material anstelle eines piezoelektrischen Materials zwischen BAW-Elektroden anzuordnen. Es ist auch möglich, leitendes Material aus Spiegelschichten eines BAW-Resonators, z. B. aus dem Elektrodenmaterial der eigentlichen BAW-Elektroden, als Elektroden für akustisch im Wesentlichen inaktive kapazitive Elemente zu verwenden. Zudem ist es möglich, eine der eigentlichen BAW-Elektroden und eine leitende Spiegelschicht mit einer Zwischenlage Oxid zu einem kapazitiven Element zu verschalten.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer also einen BAW-Resonator mit Blockerelektroden, wobei zumindest eine der BAW-Elektroden und/oder eine ein leitendes Material umfassende Spiegelschicht eine Blockerelektrode darstellt.
Ferner ist es möglich, bei mit akustischen Oberflächenwellen oder geführten akustischen Volumenwellen arbeitenden Elektrodenstrukturen die Ausrichtung der Fingerelektroden relativ zu möglichen Ausbreitungsrichtungen akustischer Wellen zu verdrehen, sodass der elektroakustische Kopplungskoeffizient κ² verschwindet. Solche kapazitiven Elemente wirken rein kapazitiv, sodass ihre physikalischen Dimensionen so gewählt werden können, dass keine negative elektroakustische Interaktion mit Tx- oder Rx-Signalen auftritt.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer zwei oder mehr Blockerpfade mit auf dem Chip angeordneten Blockerelektroden, die dazu vorgesehen sind, Blockersignale gegen Masse abzuleiten.
Es ist auch möglich, verschiedene Teile eines oder mehrerer Blockerpfade auf verschiedene Chips zu verteilen, falls der Multiplexer mehrere Chips umfasst.
So können mehrere Blockerpfade vorgesehen werden, wobei jeder Blockerpfad zum Ableiten gegen Masse eines jeweils anderen Blockersignals vorgesehen ist. So können eine Vielzahl von Blockerfrequenzen unschädlich gemacht werden, ohne dass Intermodulation mit Tx-Signalen auftritt.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer ein Sendefilter und ein Empfangsfilter. Der Multiplexer umfasst ferner einen ersten Blockerpfad, der mit einem zwischen dem Sendefilter und dem gemeinsamen Anschluss angeordneten Knoten verschaltet ist, und einen zweiten Blockerpfad, der mit einem zwischen dem Empfangsfilter und dem gemeinsamen Anschluss angeordneten Knoten verschaltet ist.
Ferner ist es möglich, dass ein Filter zwei, drei, vier oder mehr Blockerpfade aufweist.
So können leicht Intermodulationen zwischen verschiedenen Blockerfrequenzen und einerseits Tx-Signalen aus dem Sendefilter und andererseits von Signalen, die vom Empfangsfilter an den gemeinsamen Anschluss oder an das Sendefilter reflektiert werden, eliminiert werden.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer genau ein Sendefilter und genau ein Empfangsfilter und stellt dadurch einen Duplexer dar.
Wenn die Summe der Frequenzen des Tx-Signals und des Blockersignals im Wesentlichen der Frequenz der Rx-Signale entspricht, z. B. im WCDMA-Band 2 mit Tx-Frequenzen zwischen 1880 MHz und 1910 MHz und Rx-Frequenzen zwischen 1930 MHz und 1990 MHz bei Blockerfrequenzen um 20 MHz und 140 MHz, würden Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung im Rx-Frequenzbereich liegen. In einer solchen Situation ist es besonders vorteilhaft, wenn Blockersignale auf diese einfache Art und Weise so eliminiert werden, dass Intermodulationsprodukte erst gar nicht entstehen.
Entsprechend vorteilhaft ist das Ableiten von Blockersignalen auch dann, wenn der Betrag der Differenz aus Tx-Signalen und Blockersignalen der Frequenz der Rx-Signale entspricht. Dies ist z. B. bei Blocksignalen der Frequenzen 3760 MHz und 3900 MHz der Fall.
Weiter praktisch von Bedeutung ist die Situation, wenn der Betrag der Differenz aus zweifacher Tx-Frequenz und Blockerfrequenz der Rx-Frequenz entspricht. Dies ist beispielsweise bei Blockerfrequenzen um 1770 MHz und 1890 MHz und zwischen 5630 MHz und 5810 MHz der Fall.
In einer Ausführungsform werden Resonatoren des Sendefilters und/oder des Empfangsfilters gedoppelt ausgeführt, wobei die jeweils gedoppelten Resonatoren antiparallel geschaltet sind, um nicht lineare Effekte zu reduzieren.
Bei der seriellen Aufdoppelung wird dabei ein Resonator durch zwei hintereinander geschaltete Resonatoren der jeweils doppelten Fläche ersetzt, sodass die Gesamtimpedanz der gedoppelten Resonatoren der Impedanz des ersetzten Resonators entspricht. Bei paralleler Aufdoppelung wird ein Resonator durch zwei parallel geschaltete Resonatoren der halben Fläche ersetzt, um die gleiche Impedanz der ersetzten Resonatoren zu erhalten. Dazu ist es möglich, mit Hilfe von Durchkontaktierungen (Vias) oder Bumpverbindungen eine obere Elektrode eines Resonators und die untere Elektrode des entsprechenden anderen Resonators an einem Knotenpunkt zu verschalten.
In einer Ausführungsform ist der gemeinsame Anschluss über ein induktives Element mit Masse verschaltet, so das ein ESD-Schutz erhalten wird. Dabei leitet das induktive Element durch den gemeinsamen Anschluss, z. B. eine Antenne, empfangene ESD-Signale direkt an Masse ab, sodass das Sendefilter und insbesondere das empfindliche Empfangsfilter von dem breitbandigen ESD-Signal geschützt ist.
Es ist auch möglich, dass der ESD-Schutzpfad neben dem induktiven Element ein zum induktiven Element in Reihe geschaltetes kapazitives Element aufweist.
In einer Ausführungsform umfasst der Sendepfad zwischen dem Sendefilter und dem gemeinsamen Anschluss ein Impedanz-Anpassnetzwerk. Es ist auch möglich, dass ein Impedanz-Anpassnetzwerk zwischen dem gemeinsamen Anschluss und dem Empfangsfilter angeordnet ist.
In einer Ausführungsform umfasst das Sendefilter des Multiplexers oder das Empfangsfilter des Multiplexers ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter. Bandpassfilter und Bandsperrfilter können beide in SAW- oder BAW-Technologie gefertigt werden und somit die entsprechenden Resonatoren auf dem Chip angeordnet werden.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer einen oder mehrere Sperrkreise für Blockerfrequenzen, wobei der eine oder die mehreren Sperrkreise zwischen einer Antenne und dem gemeinsamen Anschluss CC angeordnet sind.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer einen Sperrkreis zwischen dem gemeinsamen Anschluss CC und einem Filter im Empfangs- oder Sendepfad.
In einem Sperrkreis kann ein akustisch aktives Element verschaltet sein.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer einen Sendepfad mit einem Bandsperrfilter, das undurchlässig für Blockerfrequenzen bezüglich eines Empfangspfades ist. Es ist möglich, dass das Sendefilter des Sendepfads ausschließlich aus dem Bandsperrfilter besteht. Ein Bandsperrfilter kann beispielsweise ein Notchfilter sein, dessen Sperrband im Bereich des Empfangsbandes eines Empfangspfads liegt. Das Notchfilter kann elektroakustische Resonatoren und induktive und/oder kapazitive Schaltungselemente umfassen. Ein solches Notchfilter stellt ein sogenanntes Extraktorfilter dar und eignet sich zur Verschaltung mit Empfangspfaden für satellitengestützte Systeme wie GPS, Glonass, Compass oder Galileo.
In einer Ausführungsform ist der Multiplexer in einem mobilen Kommunikationsgerät mit einem weiteren Filter oder Multiplexer und mit zwei Antennen enthalten. Der Multiplexer leitet Blockersignale, die von einer Antenne in die andere Antenne eingekoppelt werden, gegen Masse ab. Ein solcher Multiplexer eignet sich somit für mobile Kommunikationsgeräte mit Diversity-Funktionalität. Ein Sendesignal des Multiplexers kann aus einer mit dem Multiplexer verschalteten Antenne in eine weitere Diversity-Antenne zusammen mit einem externen Blockersignal eingekoppelt werden. Dies kann in einem weiteren Multiplexer, der mit der weiteren /Diversity-Antenne verschaltet ist, zu unerwünschten Intermodulationsprodukten führen. Um dies zu verhindern, ist es möglich, dass der Multiplexer oder weitere Multiplexer Blockerpfade aufweisen, die Blockersignale bezüglich jeweils anderer Multiplexer gegen Masse ableiten. Solche Blockerpfade können im Multiplexer oder in weiteren Multiplexern vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform umfasst das mobile Kommunikationsgerät als weiteres Filter ein Empfangsfilter für GPS-, Glonass-, Galileo-, oder Compass-Signale.
In einer Ausführungsform ist das weitere Filter ein bidirektionales Einzelfilter, das zum Beispiel für die Anwendungsgebiete Bluetooth oder WLAN vorgesehen sein kann.
In einer Ausführungsform des Multiplexers ist der Multiplexer in einem mobilen Kommunikationsgerät mit einem weiteren Filter oder Multiplexer verschaltet. Der Multiplexer ist dazu vorgesehen, Blocksignale, die über eine mit dem Multiplexer verschaltete Antenne in eine mit einem anderen Signalpfad verschaltete Antenne des Kommunikationsgerätes eingekoppelt werden würden, gegen Masse abzuleiten. Der Multiplexer sorgt so dafür, dass Blockersignale, die in anderen Multiplexern zu Störungen führen würden, gegen Masse abgeleitet werden.
In einer Ausführungsform ist der Multiplexer in einem mobilen Kommunikationsgerät verschaltet, wobei das mobile Kommunikationsgerät ein weiteres Filter oder einen weiteren Multiplexer umfasst. Der Multiplexer ist dann dazu vorgesehen, Blockersignale, die durch Übersprechen in einen anderen Signalpfad des Kommunikationsgerätes eingekoppelt werden würden gegen Masse abzuleiten. Neben der oben genannten Möglichkeit, dass Blockersignale ohne entsprechend ausgelegte Blockerpfade über Antennen in andere Signalpfade eines Kommunikationsgeräts gelangen können, ist nun eine Möglichkeit angegeben, Blockersignale, die innerhalb des mobilen Kommunikationsgeräts durch Übersprechen in andere Signalpfade eingekoppelt werden würden, zu neutralisieren.
In einer Ausführungsform des Multiplexers sind die Signalpfade zur Trennung durch Hochpass-, Tiefpass-, Bandpass- oder Bandsperrfilter an einem Antennenknoten verschaltet.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer ein weiteres Filter, welches das oben genannte weitere Filter oder ein zweites weiteres Filter sein kann. Das weitere Filter ist ein Empfangsfilter für GPS-, Glonass-, Galileo- oder Compass-Signale.
In einer Ausführungsform ist das Bandsperrfilter ein bidirektionales Einzelfilter.
In einer Ausführungsform folgt dem Bandsperrfilter auf der von der Antenne abgewandten Seite ein weiteres Filter oder ein weiterer Multiplexer.
In einer Ausführungsform ist der Multiplexer in einem Kommunikationsgerät mit einem oder mehreren weiteren Multiplexern und zwei oder mehreren zugehörigen Antennen verschaltet.
In einer Ausführungsform leitet der Multiplexer Blockersignale von außen und/oder Signale aufgrund von direktem Übersprechen zwischen den Antennen aus anderen Multiplexern ab. Abgeleitet werden insbesondere solche Signale, die zusammen oder mit eigenen Sendesignalen störende Intermodulationsprodukte erzeugen würden, wenn sie nicht abgeleitet werden würden.
In einer Ausführungsform leitet der Multiplexer Blockersignale von außen und/oder Signale aufgrund von direktem Übersprechen im eigenen Gerät, welche aus anderen Multiplexern des Geräts stammen können, ab. Diese Signale würden, wenn sie nicht abgeleitet werden würden, zusammen oder mit eigenen Sendesignale störende Intermodulationsprodukte erzeugen.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer einen oder mehrere Blockerpfade zur Eliminierung solcher Intermodulationsprodukte, die zwar nicht im eigenen Multiplexer stören, aber über die eigene Antenne abgestrahlt werden könnten in eine der anderen Antennen einkoppeln könnten und dort in angeschlossenen Multiplexern Störungen verursachen könnten.
In einer Ausführungsform umfasst der Multiplexer einen oder mehrere Blockerpfade zur Eliminierung von Intermodulationsprodukten, die zwar nicht im eigenen Multiplexer aber durch direktes Übersprechen im Gerät in anderen Multiplexern stören würden.
In einer Ausführungsform ist mindestens einem Sende- oder Empfangsfilter in den Sende- oder Empfangspfaden ein Hochpass-, Tiefpass-, Bandpass- oder Bandsperrfilter niedriger Ordnung antennenseitig vorgeschaltet.
In einer Ausführungsform dieses Multiplexers ist zumindest eines oder mehrere oder alle der Hochpass-, Tiefpass-, Bandpass- oder Bandsperrfilter niedriger Ordnung aus kapazitiven und/oder induktiven Elementen aufgebaut.
In einer Ausführungsform ist in mindestens einem Signalpfad nur das Filter niedriger Ordnung mit einem oder mehreren Blockerpfaden enthalten.
In einer Ausführungsform des Multiplexer ist in mindestens einem Signalpfad nur das Filter niedriger Ordnung ohne Blockerpfade enthalten.
In einer Ausführungsform ist der Multiplexer ein Diplexer, Triplexer, Quadplexer oder Quintplexer oder ein höherwertiger Multiplexer.
Im Folgenden wird der Multiplexer anhand von Ausführungsbeispielen und schematischen Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1A eine Chipoberfläche mit darauf angeordneten Fingerelektroden eines Interdigitalwandlers,
1B eine Chipoberfläche mit einem darauf angeordneten BAW-Resonator,
2A einen Multiplexer mit einem kapazitivem Element in einem Sendefilter,
2B einen Multiplexer mit einem kapazitiven Element in einem Empfangsfilter,
2C einen Multiplexer, bei dem ein gemeinsamer Anschluss über ein kapazitives Element mit Masse verschaltet ist,
3 einen Multiplexer und typische Signalwege von Intermodulationsprodukten,
4 einen Multiplexer mit einem Serienschwingkreis in einem Blockerpfad,
5 einen Multiplexer mit einem elektroakustischen Resonator in einem Blockerpfad,
6 einen Multiplexer mit einem akustischen Resonator und einem induktiven Element in einem Blockerpfad,
7 einen Multiplexer mit gedoppelt ausgeführten Resonatoren in einem Sende- oder Empfangsfilter,
8 das Ersatzschaltbild eines akustischen Resonators,
9 einen Multiplexer mit einem Parallelzweigresonator im Blockerpfad eines Sende- oder Empfangsfilters,
10 einen Multiplexer mit einem Serienzweigresonator und einem Parallelzweigresonator in einem Sende- oder Empfangsfilter,
11 einen Multiplexer mit zwei induktiven Elementen und einem elektroakustischen Resonator in einem Blockerpfad,
12 einen Multiplexer mit zwei induktiven Elementen und zwei elektroakustischen Resonatoren in einem Blockerpfad,
13 zeigt schematisch eine Ausführungsform, bei der ein Sendefilter ein Notchfilter ist,
14 zeigt schematisch den Einsatz eines Multiplexers in einem mobilen Kommunikationsgerät mit mehr als einer Antenne,
15 zeigt eine Ausgestaltung eines Multiplexers, wobei zwischen einem Antennenanschluss ANT und dem gemeinsamen Anschluss CC ein Sperrkreis aus einer Induktivität L und einer On-Chip-Kapazität X verschaltet ist,
16 zeigt eine Ausgestaltung eines Multiplexers mit einem Sperrkreis zwischen dem gemeinsamen Anschluss CC und einem Filter im Sendepfad.
1A zeigt die Anordnung von Interdigitalstrukturen auf einer Chipoberfläche. Auf der Oberfläche des Chips CH sind Elektrodenfinger EFI umfassende Interdigitalstrukturen IDS eines SAW-Resonators SAWR angeordnet. Diese Interdigitalstrukturen verschalten einen gemeinsamen Anschluss CC eines Duplexers mit Masse GND. Dabei kann der SAW-Resonator SAWR mit einem sendefilter-seitigen Signalpfad (Tx) oder empfangsseitigen Signalpfad (Rx) des Duplexers oder direkt mit dem gemeinsamen Anschluss CC verschaltet sein. Die Interdigitalstruktur IDS des SAW-Resonators SAWR kann dabei im Arbeitsbereich des Duplexers akustisch aktiv oder akustisch inaktiv sein. Unabhängig von der akustischen Aktivität stellt eine solche Interdigitalstruktur ein kapazitives Element dar, welches im Blockerpfad Blockersignale gegen Masse ableiten kann, sodass Intermodulationsprodukte gemischt aus Blockersignalen und im Duplexer propagierenden Tx- oder Rx-Signalen nicht entstehen.
Der Duplexer kann mit akustischen Oberflächenwellen arbeiten. Dann umfasst er weitere SAW-Resonatoren und die Interdigitalstrukturen IDS des Blockerpfads lassen sich ohne großen Aufwand und ohne zusätzliche Arbeitsschritte auf dem Chip CH anordnen. Der Chip CH kann dabei ein piezoelektrischer Kristall, z. B. aus LiTaO₃ (Lithiumtantalat) oder LiNbO₃ (Lithiumniobat), sein.
1B zeigt die Anordnung eines BAW-Resonators BAWR als Teil des Blockerpfads und seine Anordnung auf einer Oberfläche eines Chips CH. Analog zur Schaltung der 1A kann der BAW-Resonator direkt mit dem gemeinsamen Anschluss CC oder mit einem senderseitigen (Tx) oder empfangsseitigen (Rx) Abschnitt eines Signalpfads verschaltet sein. Der BAW-Resonator BAWR umfasst eine erste, untere Elektrode EL1 und eine zweite, obere Elektrode EL2. Zwischen den beiden Elektroden ist eine isolierende Schicht PL, die eine piezoelektrische Schicht sein und AlN (Aluminiumnitrid) oder ZnO (Zinkoxid) umfassen kann, angeordnet. Die Elektroden EL1 und EL2 stellen dabei die Blockerelektroden dar, über die Blockersignale gegen Masse abgeleitet werden können. Arbeitet der Multiplexer mit akustischen Volumenwellen, so werden bei der Herstellung des Duplexers entsprechende BAW-Resonatoren auf dem Chip CH angeordnet. Das Anordnen eines weiteren BAW-Resonators BAWR für den Blockerpfad oder das Vorsehen eines BAW-Resonators des Sende- oder Empfangsfilters, welcher gleichzeitig die Blockerelektroden für den Blockerpfad umfasst, stellt dabei keinen zusätzlichen Aufwand bei der Herstellung des Multiplexers dar.
Der Lagenstapel des BAW-Resonators BAWR kann akustisch aktiv oder akustisch inaktiv sein. In jedem Fall stellt er ein kapazitives Element dar, über das Blockersignale gegen Masse abgeleitet werden können.
2A zeigt eine Ausführungsform eines Multiplexers mit einem Tx-Filter Tx und einem Rx-Filter Rx, wobei das Tx-Filter Tx zwischen einem Tx-Anschluss TxC und einem gemeinsamen Anschluss CC angeordnet ist und das Rx-Filter Rx zwischen einem Empfangsanschluss RxC und dem gemeinsamen Anschluss CC angeordnet ist. Ein kapazitives Element CE, das die Blockerelektroden des Blockerpfads umfasst, ist im Sendefilter Tx angeordnet und kann Blockersignale über Masse ableiten, um Intermodulationsprodukte zu vermindern oder zu vermeiden.
2B zeigt eine Ausführungsform eines Multiplexers, wobei ein kapazitives Element CE, welches die Blockerelektroden umfasst, im Empfangsfilter Rx angeordnet ist.
2C zeigt eine Ausführungsform eines Multiplexers, wobei ein kapazitives Element CE, welche die Blockerelektroden des Blockerpfads umfasst, direkt mit dem gemeinsamen Anschluss CC verschaltet ist. Das kapazitive Element CE ist dabei weder Teil des Sendefilters Tx noch des Empfangsfilters Rx. Allerdings kann das kapazitive Element CE auf dem gleichen Chip angeordnet sein wie das Sendefilter Tx oder das Empfangsfilter Rx.
3 zeigt einen Multiplexer mit m Sendesignalpfaden Tx1, Tx2, ..., Txm und m Sendefiltern Tx1, Tx2, ..., Txn und n Empfangssignalpfaden mit n Empfangsfiltern Rx1, Rx2, ..., Rxn. Das erste, zweite bzw. m-te Sendefilter ist dabei zwischen dem ersten, zweiten bzw. m-ten Sendeanschluss einerseits und dem gemeinsamen Anschluss CC andererseits angeordnet. Das erste, zweite, n-te Empfangsfilter Rx1, Rx2, Rxn ist dabei entsprechend zwischen dem ersten, zweiten bzw. n-ten Empfangsanschluss RxC1, RxC2, RxCn einerseits und dem gemeinsamen Anschluss CC andererseits angeordnet. FRx1, FRx2, ..., FRxn sind dabei die Empfansfrequenzen, FTx1, FTx2, ..., FTxm sind die Sendefrequenzen.
Exemplarisch ist gezeigt, wie Sendesignale des ersten Sendesignalpfads aus dem ersten Sendefilter Tx1 zusammen mit i. a. unerwünschten, aber unvermeidlichen Blockersignalen der Frequenz f_Blocker des gemeinsamen Anschlusses CC gemischt werden und dabei Frequenzkomponenten entstehen, für die das zweite Empfangsfilter Rx2 durchlässig ist. Solche Intermodulationsprodukte können das zweite Empfangsfilter Rx2 passieren und würden in konventionellen Multiplexern die Funktionsfähigkeit des zweiten Rx-Filters blockieren. Die Durchlässigkeit des zweiten Empfangsfilters Rx2 kann hier nicht beliebig verringert werden, da sonst gewünschte, zu empfangende Signale des gleichen Frequenzbereichs das zweite Empfangsfilter Rx2 ebenfalls nicht passieren könnten.
Der zentrale Erfindungsgedanke ist es entsprechend, Blockersignale der Frequenz F_Blocker über den Blockerpfad so gegen Masse abzuleiten, dass ein Mischen mit den Sendesignalen aus dem ersten Empfangsfilter Tx1 im Idealfall unterbleibt aber zumindest deutlich abgeschwächt wird.
Dann nämlich kann das zweite Empfangsfilter Rx2 seine hohe Durchlässigkeit für die entsprechenden Frequenzen f_Rx2 behalten, wodurch ein ungestörter Empfang entsprechender Signale möglich ist.
Dies ist lediglich eine beispielhafte Ausführungsform eines Multiplexers. Es ist auch möglich, einen Multiplexer zu erhalten, in dem Duplexer, Triplexer, ... kaskadiert ausgeführt sind.
4 zeigt eine Ausführungsform eines Multiplexers, wobei der Blockerpfad BP ein kapazitives Element CE und ein induktives Element IE umfasst, welche in Reihe geschaltet sind. Der Blockerpfad ist dabei direkt mit dem gemeinsamen Anschluss CC verschaltet. Es ist möglich, aber nicht zwingend erforderlich, dass ein Anpassnetzwerk MN zwischen dem Sendefilter Tx und dem gemeinsamen Anschluss CC angeordnet ist. Es ist weiterhin möglich, aber nicht zwingend erforderlich, dass ein weiteres Anpassnetzwerk MN zwischen dem Empfangsfilter Rx und dem gemeinsamen Anschluss CC angeordnet ist. Das kapazitive Element CE des Blockerpfads BP umfasst dabei die Blockerelektroden, welche zusammen mit Elektroden der Resonatoren des Sendefilters oder des Empfangsfilters angeordnet sind.
Das kapazitive Element CE kann dabei ein akustisch aktives oder ein akustisch inaktives Element sein.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Multiplexers, bei dem die Blockerelektroden Teil einer Resonatorstruktur R sind. Die Resonatorstruktur R kann dabei akustisch aktiv oder inaktiv sein.
6 zeigt eine Ausführungsform eines Duplexers, wobei die Blockerelektroden des Blockerpfads BP in einer Resonatorstruktur R angeordnet sind, welche in Serie zu einem induktiven Element IE und nicht direkt mit dem gemeinsamen Anschluss CC verschaltet sind.
7 zeigt eine Ausführungsform, bei der exemplarisch anhand eines Filters, welches das Sendefilter Tx oder das Empfangsfilter Rx sein kann, aufgezeigt ist, wie gedoppelte Resonatoren ein weiteres Merkmal zur Verminderung von Intermodulationsprodukten darstellen. Die Doppelung kann dabei als parallele Dopplung oder als serielle Dopplung ausgeführt sein.
Bei paralleler Doppelung können Durchkontaktierungen VIA untere und obere Elektroden gedoppelter Resonatoren verschalten. Verschaltete Elektroden gedoppelter Resonatoren sind in 7 exemplarisch dicker dargestellt. Verschaltete Elektroden gedoppelter Resonatoren können über Knotenpunkte (NOD), über die z. B. auch ein Masseanschluss hergestellt sein kann, miteinander verbunden sein.
Es ist auch möglich, dass parallel gedoppelte Resonatoren zusätzlich in Serie gedoppelt ausgeführt sind.
8 zeigt das Ersatzschaltbild ECD eines elektroakustischen Resonators R. Das Ersatzschaltbild umfasst dabei eine statische Kapazität C₀ und parallel dazu geschaltet eine Serienschaltung aus einer dynamischen Kapazität C_D und einer dynamischen Induktivität L_D. Bei Frequenzen fernab der akustischen Arbeitsfrequenz stellt sich der Resonator im Wesentlichen als kapazitives Element mit der statischen Kapazität C₀ dar. Die dynamische Kapazität C_D und die dynamische Induktivität L_D sind im Wesentlichen vernachlässigbar. Anders verhält es sich im Arbeitsbereich des Resonators. Dann beherrschen im Wesentlichen die dynamische Kapazität C_D und die dynamische Induktivität L_D das Verhalten des Resonators, während die statistisch Kapazität C₀ eine untergeordnete Rolle spielt.
Je nach Dimensionierung des elektroakustischen Resonators R und Festlegung seines Arbeitsbereichs lässt sich somit ein Resonator als reines kapazitives Element oder als reines elektroakustisches Element oder als Mischform beider Elemente betreiben, sodass ein Resonator angepasst werden kann, um als Filterelement im Sendefilter oder Empfangsfilter zu arbeiten und gleichzeitig als Blockerelement im Blockerpfad zu funktionieren. Dabei sind für die Bereitstellung des Resonators R im Blockerpfad im Wesentlichen keine anderen Verfahrensschritte zur Herstellung nötig, sodass der vorgeschlagene Multiplexer ohne zusätzlichen Aufwand herstellbar ist und mit bekannten Methoden zur Verringerung von Intermodulationseffekten benutzt werden kann.
9 zeigt eine Ausführungsform eines Multiplexers, wobei der Blockerpfad einen Parallelzweigresonator des Sende-(Tx) oder Empfangsfilters (Rx) umfasst, in dem die Blockerelektroden CE angeordnet sind. Ferner umfasst der Blockerpfad ein induktives Element IE, sodass über die Dimensionierung der Elektroden CE und des induktiven Elements IE ein Signalpfad erhalten werden kann, über den gezielt Blockersignale gegen Masse abgeführt werden können.
10 zeigt eine Ausführungsform eines Multiplexers, bei dem der Blockerpfad BP ein Serienzweigresonator mit Blockerelektroden CE und ein Parallelzweigresonator mit Blockerelektroden CE2 sowie ein induktives Element IE umfasst. Die entsprechenden Elektrodenstrukturen und das induktive Element sind analog zur Ausgestaltung der 9 so gewählt, dass eine gute Ableitung von Blockersignalen gegen Masse erhalten wird.
11 zeigt eine Ausführungsform eines Multiplexers, bei dem der Blockerpfad BP ein erstes induktives Element IE1, ein zweites induktives Element IE2 und in einem Resonator angeordnete Blockerelektroden eines kapazitiven Elements CE umfasst. Die Werte der Induktivitäten der Elemente IE1 und IE2 und der Wert der Kapazität des kapazitiven Elements CE im Blockerpfad BP sind so ausgewählt, dass eine gute Ableitung von Blockersignalen gegen Masse erhalten wird.
12 zeigt eine Ausführungsform eines Multiplexers, bei dem der Blockerpfad BP ein erstes induktives Element IE1, ein zweites induktives Element IE2 sowie Blockerelektroden eines ersten kapazitiven Elements CE1 in einem ersten Resonator und weitere Blockerelektroden in einem zweiten kapazitiven Element CE2 in einem Parallelzweigresonator umfasst. Die Werte der Induktivitäten und Kapazitäten der entsprechenden induktiven und kapazitiven Elemente sind entsprechend ausgewählt, um eine gute Ableitung von Blockersignalen gegen Masse zu erhalten.
13 zeigt analog zur 3 eine Frontendschaltung, bei welcher ein Tx-Filter durch eine Bandsperre NOT ersetzt wurde, welche für Frequenzen eines Rx-Filters Rx2 undurchlässig ist. Exemplarisch ist der kritische Fall gezeigt, bei welchem Sendesignale aus der Bandsperre NOT mit Blockerfrequenzen f_blocker am gemeinsamen Anschluss CC gemischt werden und als störende Intermodulationsprodukte in das Filter Rx2 fallen. Es können auch Intermodulationsprodukte entstehen, die in einen anderen Rx-Filter fallen. Auch hier muss mit Blockerpfaden am Knoten CC dafür gesorgt werden, dass die Blockerfrequenzen eliminiert werden.
So kann vorgesehen werden, dass speziell in Empfangspfaden für von Satelliten zu empfangende Navigationsdaten ungestört empfangen werden können.
14 zeigt schematisch ein mobiles Kommunikationsgerät mit Diversity Funktionalität. D. h. neben einer Antenne ANT existiert eine weitere Antenne ANT2, welche zusätzliche Sende- und/oder Empfangsaufgaben erfüllt. Jeder der Antennen kann mit einem Multiplexer MUL, MUL2 verschaltet sein. In jedem der Multiplexer MUL, MUL2 können nun Blockerpfade vorgesehen sein, um Intermodulationsprodukte, die durch Einkoppeln von Signalen einer Antenne in die andere Antenne entstehen können, zu eliminieren. Es ist auch möglich, dass einer der Multiplexer MUL, MUL2 Blockerpfade umfasst, um Blockersignale gegen Masse abzuleiten, die als Intermodulationsprodukte im jeweils anderen Multiplexer den Empfang stören würden.
15 zeigt eine Ausgestaltung eines Multiplexers, wobei zwischen einem Antennenanschluss ANT und dem gemeinsamen Anschluss CC ein Sperrkreis aus einer Induktivität L und einer On-Chip-Kapazität X verschaltet ist. Die On-Chip-Kapazität kann dabei ein Resonator sein oder ein rein kapazitiv wirkendes wie ein Resonator aufgebautes On-Chip-Element. Ist die On-Chip-Kapazität X ein Resonator, so existieren zwei Sperrfrequenzen, die durch den Sperrkreis erzeugt werden.
16 zeigt einen Sperrkreis zwischen dem gemeinsamen Anschluss CC und einem Filter im Sendepfad. Der Sperrkreis kann auch zwischen dem gemeinsamen Anschluss CC und einem Filter im Empfangspfad angeordnet sein. Der Sperrkreis umfasst eine Induktivität L und eine On-Chip-Kapazität X. Wiederum (vgl. 15) kann die On-Chip-Kapazität X ein Resonator sein oder ein rein kapazitiv wirkendes Chipelement sein.
Ein erfindungsgemäßer Multiplexer ist nicht auf eines der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Kombinationen der Ausführungsbeispiele und Variationen, welche z. B. noch weitere induktive oder kapazitive Elemente in Sendefiltern, Empfangsfiltern oder weiteren Schaltungselementen umfassen, stellen ebenso erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dar.

ANT, ANT2:: Antenne
BAWR:: BAW-Resonator
BP:: Blockerpfad
C0:: statische Kapazität
CC:: gemeinsamer Anschluss
CC2:: gemeinsamer Anschluss des zweiten Multiplexers
CD:: dynamische Kapazität
CE:: kapazitives Element
CE2:: weiteres kapazitives Element
CH:: Chip
ECD:: Ersatzschaltbild
EFI:: Elektrodenfinger
EL1, EL2:: Elektroden
FBlocker:: Blockerfrequenz
FRx2, FRx2, FRxn:: Empfangsfrequenzen
FTx1, FTx2, FTxm:: Sendefrequenzen
FTxm1:: von einer Antenne in die andere Antenne eingekoppeltes Signal, welches bereits ein störendes Intermodulationsprodukt ist oder in der anderen Antenne zu einem störenden Intermodulationsprodukt führt.
GND:: Masse
IDS:: Interdigitalstruktur
IE:: induktives Element
IE2:: weiteres, zweites induktives Element
LD:: dynamische Induktivität
MN:: Anpassnetzwerk
MUL, MUL2:: Multiplexer, zweiter, weiterer Multiplexer
NOD:: Knotenpunkt
PL:: dielektrische Schicht
R:: (elektroakustischer) Resonator
Rx:: Empfangsfilter
Rx1, Rx2:: Empfangsfilter
RxC, Rxn:: Empfangsanschluss
RxC1, RxC2, RxCn:: Empfangsanschluss
SAWR:: SAW-Resonator
Tx:: Sendefilter
Tx1, Tx2, Txm:: Sendefilter
TxC:: Sendeanschluss
TxC1, TxC2, TxCm:: Sendeanschluss
VIA:: Durchkontaktierung (Via)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005028927 A1 [0005]

Claims

Mit akustischen Wellen arbeitender Multiplexer (MUL), umfassend – einen Sendeanschluss (TxC), einen Empfangsanschluss (RxC) und einen gemeinsamen Anschluss (CC), – einen Sendepfad, der zwischen dem Sendeanschluss (TxC) und dem gemeinsamen Anschluss (CC) verschaltet ist und ein Sendefilter (Tx) umfasst, – einen Empfangspfad, der zwischen dem Empfangsanschluss (RxC) und dem gemeinsamen Anschluss (CC) verschaltet ist und ein Empfangsfilter (Rx) umfasst, – einen Chip (CH), – einen mit dem gemeinsamen Anschluss (CC) verschalteten Blockerpfad (BP), wobei – der Blockerpfad (BP) auf dem Chip (CH) angeordnete Blockerelektroden (EL1, EL2) umfasst, die dazu vorgesehen sind, Blockersignale gegen Masse (GND) abzuleiten.
Multiplexer (MUL) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Blockerpfad (BP) Schaltungselemente des Sendefilters (Tx) oder des Empfangsfilters (Rx) umfasst.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen oder mehrere mit akustischen Wellen arbeitende Resonatoren mit Blockerelektroden in einem oder mehreren Blockerpfaden, wobei jeder Blockerpfad oder jeder mit akustischen Wellen arbeitende Resonator mit Blockerelektroden dazu vorgesehen ist, zwei Blockerfrequenzen abzuleiten.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend – einen oder mehrere weitere Sendepfade mit je einem weiteren Sendefilter (Tx2, ..., Txm) und, – einen oder mehrere weitere Empfangspfade mit je einem weiteren Empfangsfilter (Rx2, ..., Rxn).
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sendefilter (Tx) und/oder das Empfangsfilter (Rx) mit akustischen Oberflächenwellen, mit akustischen Volumenwellen oder mit geführten akustischen Volumenwellen arbeitet.
Multiplexer nach dem vorherigen Anspruch, wobei – das Sendefilter (Tx) BAW-Resonatoren und das Empfangsfilter (Rx) SAW-Resonatoren umfasst und – die BAW-Resonatoren und die SAW-Resonatoren auf oder in verschiedenen Chips angeordnet sind.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Chip (CH) alle Schaltungselements des Sendefilters (Tx) und/oder des Empfangsfilters (Rx) umfasst.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Blockerpfad (BP) einen elektroakustischen Resonator (R) umfasst, der auf dem Chip (CH) angeordnet ist.
Multiplexer (MUL) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der elektroakustische Resonator (R) ein Parallelzweigresonator des Sendefilters (Tx) oder des Empfangsfilters (Rx) ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Blockerpfad (BP) ein induktives Element (IE) umfasst, das ausgeführt ist, – als Metallisierung im Sendefilter (Tx) oder im Empfangsfilter (Rx) auf dem Chip (CH), – als Metallisierung in einem Mehrlagensubstrat, auf dem der Chip (CH) angeordnet ist, – als diskretes Element auf einem Modul, das den Chip (CH) enthält, oder – als diskretes Element auf einer Leiterplatte, die mit dem Chip (CH) verschaltet ist.
Multiplexer (MUL) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das induktive Element (IE) die parasitäre Induktivität einer Zuleitung ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das Sendefilter (Tx) und/oder das Empfangsfilter (Rx) BAW Resonatoren aufweist und – der Blockerpfad (BP) einen BAW Resonator aufweist, dessen Massebelegung von der Massebelegung der Resonatoren des Sendefilters (Tx) und/oder der Resonatoren des Empfangsfilters (Rx) abweicht.
Multiplexer (MUL) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Blockerpfad (BP) einen BAW Resonator (R) aufweist, der mehr oder weniger Schichten als einer der Resonatoren der Resonatoren des Sendefilters (Tx) und/oder des Empfangsfilters (Rx) aufweist.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Blockerpfad (BP) einen BAW Resonator (R) aufweist, bei dem eine oder mehrere Schichten zu einem der Resonatoren des Sendefilters (Tx) und/oder des Empfangsfilters (Rx) in der Dicke unterschiedlich sind.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Blockerpfad (BP) einen BAW Resonator (R) aufweist und eine physikalische Eigenschaft eine seiner Schichten im Vergleich zu den physikalischen Eigenschaften entsprechender Schichten von Resonatoren des Sendefilters (Tx) und/oder Empfangsfilters (Rx) verändert ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Blockerpfad (BP) einen BAW Resonator (R) umfasst, dessen Arbeitsfrequenz durch Geometrieänderungen im Vergleich zu BAW Resonatoren des Sendefilters (Tx) und/oder Empfangsfilters (Rx) verändert ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Blockerpfad (BP) ein kapazitives Element (CE) umfasst, das akustisch inaktiv ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend zwei oder mehr Blockerpfade (BP) mit auf dem Chip angeordneten Blockerelektroden (EL1, EL2), die dazu vorgesehen sind, Blockersignale gegen Masse (GND) abzuleiten.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen BAW-Resonator mit Blockerelektroden, wobei zumindest eine der BAW-Elektroden und/oder eine ein leitendes Material umfassende Spiegelschicht eine Blockerelektrode darstellt.
Multiplexer (MUL) nach dem vorherigen Anspruch, umfassend – ein Sendefilter (Tx) und ein Empfangsfilter (Rx), – einen ersten Blockerpfad (BP), der mit einem zwischen dem Sendefilter (Tx) und dem gemeinsamen Anschluss (CC) angeordneten Knoten verschaltet ist und – einen zweiten Blockerpfad, der mit einem zwischen dem Empfangsfilter (Rx) und dem gemeinsamen Anschluss (CC) angeordneten Knoten verschaltet ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend genau ein Sendefilter (Tx) und genau ein Empfangsfilter (Rx).
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Sendefilter oder Empfangsfilter Bandpassfilter oder Bandsperrfilter umfasst.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen oder mehrere Sperrkreise für Blockerfrequenzen, wobei der eine oder die mehreren Sperrkreise zwischen einer Antenne und dem gemeinsamen Anschluss CC verschaltet sind.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen oder mehrere Sperrkreise für Blockerfrequenzen, wobei der eine oder die mehreren Sperrkreise zwischen dem gemeinsamen Anschluss CC und einem Filter im Empfangs- oder Sendepfad verschaltet sind.
Multiplexer (MUL) nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei im Sperrkreis ein akustisch aktives Element verschaltet ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen Sendepfad mit einem Bandsperrfilter, das undurchlässig für Blockerfrequenzen bezüglich eines Empfangspfads ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, der in einem mobilen Kommunikationsgerät mit einem weiteren Filter oder Multiplexer und mit zwei Antennen enthalten ist und Blockersignale, die von einer Antenne in die andere Antenne eingekoppelt werden, gegen Masse ableitet.
Multiplexer (MUL) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das weitere Filter ein Empfangsfilter für GPS-, Glonass-, Galileo-, oder Compass-Signale ist.
Multiplexer (MUL) nach Anspruch 26, wobei das weitere Filter ein bidirektionales Einzelfilter ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, der in einem mobilen Kommunikationsgerät mit einem weiteren Filter oder Multiplexer verschaltet ist und dazu vorgesehen ist, Blockersignale, die über eine mit dem Multiplexer verschaltete Antenne in eine mit einem anderen Signalpfad verschalte Antenne des Kommunikationsgeräts eingekoppelt werden würden, gegen Masse abzuleiten.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, der in einem mobilen Kommunikationsgerät mit einem weiteren Filter oder Multiplexer verschaltet ist und dazu vorgesehen ist, Blockersignale, die durch Übersprechen in einen anderen Signalpfad des Kommunikationsgeräts eingekoppelt werden würden, gegen Masse abzuleiten.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Signalpfade zur Trennung durch Hochpass-, Tiefpass-, Bandpass- oder Bandsperrfilter an einem Antennenknoten verschaltet sind.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend ein weiteres Filter, wobei das weitere Filter ein Empfangsfilter für GPS-, Glonass-, Galileo- oder Compass-Signale ist.
Multiplexer (MUL) nach Anspruch 26, wobei das Bandsperrfilter ein bidirektionales Einzelfilter ist.
Multiplexer (MUL) nach Anspruch 26 oder 34, wobei dem Bandsperrfilter auf der von der Antenne abgewandten Seite ein weiteres Filter oder ein weiterer Multiplexer folgt.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Multiplexer in einem mobilen Kommunikationsgerät mit einem oder mehreren weiteren Multiplexern nach einem der vorherigen Ansprüche enthalten ist und zwei oder mehr Antennen mit dieser Multiplexerschaltung verschaltet sind.
Multiplexer (MUL) nach dem vorherigen Anspruch, wobei Blockersignale von außen und/oder Signale aufgrund von direktem Übersprechen zwischen den Antennen aus den anderen Multiplexern abgeleitet werden, die zusammen oder mit eigenen Sendesignalen störende Intermodulationsprodukte erzeugen würden.
Multiplexer (MUL) nach Anspruch 36, wobei der Multiplexer Blockersignale von außen und/oder Signale aufgrund von direktem Übersprechen im eigenen Gerät aus den anderen Multiplexern ableitet, die zusammen oder mit eigenen Sendesignalen störende Intermodulationsprodukte erzeugen würden.
Multiplexer (MUL) nach Anspruch 36, umfassend einen oder mehrere Blockerpfade zur Eliminierung von Intermodulationsprodukten, die über die eigene Antenne abgestrahlt werden und in eine andere Antenne einkoppeln und dort in angeschlossenen Multiplexern Störungen verursachen würden.
Multiplexer (MUL) nach Anspruch 36, umfassend einen oder mehrere Blockerpfade zur Eliminierung von Intermodulationsprodukten, die durch direktes Übersprechen im Gerät in anderen Multiplexern stören würden.
Multiplexer (MUL) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens einem Sende- oder Empfangsfilter in den Sende- und Empfangspfaden ein Hochpass-, Tiefpass-, Bandpass- oder Bandsperrfilter niedriger Ordnung antennenseitig vorgeschaltet ist.
Multiplexer (MUL) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das zumindest eine Hochpass-, Tiefpass-, Bandpass- oder Bandsperrfilter niedriger Ordnung aus kapazitiven und/oder induktiven Elementen aufgebaut ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei in mindestens einem Signalpfad nur das Filter niedriger Ordnung mit einem oder mehreren Blockerpfaden enthalten sind.
Multiplexer (MUL) nach dem vorherigen Anspruch, wobei in mindestens einem Signalpfad nur das Filter niedriger Ordnung ohne Blockerpfade enthalten ist.
Multiplexer (MUL) nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei der Multiplexer ein Diplexer, Triplexer, Quadplexer oder Quintplexer ist.