DE102016106611A1

DE102016106611A1 - Multi-stage arrangement with a reduced dispersion

Info

Publication number: DE102016106611A1
Application number: DE102016106611.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Detlefsen; Marc Esquius Morote
Original assignee: SnapTrack Inc
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-10-12
Also published as: WO2017180651A1

Abstract

Um den negativen Effekt eines parasitären Impedanzelements in einer zweistufigen Anordnung einer ersten und einer zweiten elektrischen Komponente auszugleichen, wird ein Ausgleichselement zwischen die erste und die zweite Stufe eingesetzt, um die parasitären Impedanzelemente so zu ergänzen, dass ein Phasenschieber erhalten.To compensate for the negative effect of a parasitic impedance element in a two-stage arrangement of first and second electrical components, a balancing element is inserted between the first and second stages to supplement the parasitic impedance elements to provide a phase shifter.

Description

Zum Verteilen von Signalen innerhalb einer Schaltung werden Halbleiterschalter auf der Grundlage von pin-Dioden, Galliumarsenid oder CMOS verwendet. In einem ausgeschalteten Zustand eines solchen Schalters wird eine parasitäre Kapazität der offenen Schalterzweige für den Signalpfad wirksam. Diese Querkapazität kann als eine Ausschaltkapazität oder Restkapazität bezeichnet werden. Meistens wird sie auf Datenblättern als die charakteristische Kenngröße Coff eines Halbleiterschalters zusammen mit ihrem Gegenstück Ron, dem Durchlasswiderstand, ausgewiesen. Diese unerwünschte parasitäre Belastungs-Coff führt zu einer Impedanzdispersion über der Frequenz und einer reduzierten Übertragungsbandbreite dieses Abschnitts.For distributing signals within a circuit, semiconductor switches based on pin diodes, gallium arsenide or CMOS are used. In an off state of such a switch, a parasitic capacitance of the open switch branches for the signal path is effective. This cross capacitance may be referred to as an off capacity or residual capacity. Mostly it is reported on datasheets as the characteristic characteristic Coff of a semiconductor switch along with its counterpart Ron, the on-resistance. This unwanted parasitic stress Coff results in an impedance dispersion over frequency and a reduced transmission bandwidth of this section.

Innerhalb eines HF-Moduls werden verschiedene elektrische Komponenten miteinander gekoppelt, um Filter, Schalter, Leitungen und andere nützliche Komponenten bereitzustellen. Da die meisten der Komponenten mit den HF-Signalen in Kontakt stehen, ist eine Impedanzanpassung erforderlich. Gegenwärtige HF-Module unterstützen eine Vielzahl von verschiedenen Bändern. Diese Bänder können in einem Einzelbandmodus sowie in einem Trägeraggregationsmodus (= carrier aggregation mode) betrieben werden. Eine optimale Impedanzanpassung ist für eine gegebene Frequenz möglich. Jedoch treten Probleme auf, wenn größere Frequenzbereiche von oder verschiedene Bänder durch dieselben Komponenten gehandhabt werden müssen.Within an RF module, various electrical components are coupled together to provide filters, switches, leads, and other useful components. Since most of the components are in contact with the RF signals, impedance matching is required. Current RF modules support a variety of different bands. These bands can be operated in a single band mode as well as in a carrier aggregation mode. Optimum impedance matching is possible for a given frequency. However, problems arise when larger frequency ranges of or different bands must be handled by the same components.

Wenn die Impedanzanpassung zwischen gekoppelten Komponenten nicht für jedes Betriebsfrequenzband optimal ist, entstehen Anpassungsverluste aufgrund von Signalreflexion.If the impedance match between coupled components is not optimal for each operating frequency band, there will be matching losses due to signal reflection.

Ein besonderes Problem tritt zum Beispiel in einem komplexen kaskadierten Schalter auf, der zwei Schalterabschnitte umfasst, welche am Antennenfrontend verwendet werden. Ein erster Abschnitt des kaskadierten Schalters wird verwendet, um die Signalleitung an eine gewählte Antenne zu führen. Ein zweiter Abschnitt wird verwendet, um eine Signalleitung für ein gewähltes Band auszuwählen oder um mehrere Signalleitungen gleichzeitig mit der Antenne zu verbinden, wie in Trägeraggregationsmodi erforderlich ist. Ein derartiger kaskadierter Schalter kann eine große parasitäre Kapazität aufweisen und wirkt daher als ein parasitäres Impedanzelement. Solch eine große parasitäre Kapazität erzeugt eine große Dispersion über dem unterstützten Frequenzbereich oder den unterstützten Frequenzbändern.For example, a particular problem occurs in a complex cascaded switch that includes two switch sections used at the antenna front end. A first portion of the cascaded switch is used to route the signal line to a selected antenna. A second section is used to select a signal line for a selected band or to connect multiple signal lines simultaneously with the antenna, as required in carrier aggregation modes. Such a cascaded switch can have a large parasitic capacitance and therefore acts as a parasitic impedance element. Such a large parasitic capacitance produces a large dispersion over the supported frequency range or bands.

In gegenwärtigen Lösungen wird eine direkte On-Chip-Verbindung beider Schalterabschnitte vorgenommen, während die parasitäre Kapazität über einen großen Frequenzbereich mit Anpassungselementen an den Schaltereingangs- oder Schalterausgangsanschlüssen oder mit parallelen Anpassungselementen zwischen den Schalterabschnitten reduziert, jedoch nicht kompensiert wird. Die parallelen Elemente dazwischen könnten schaltbar gestaltet werden, um zusätzlich eine Vielfalt von Anpassungsbedingungen, die von den Filterzweigen herrühren, zu unterstützen.In current solutions, a direct on-chip connection of both switch sections is made while reducing, but not compensating, the parasitic capacitance over a wide frequency range with matching elements at the switch input or switch output terminals or with parallel matching elements between the switch sections. The parallel elements therebetween could be made switchable to additionally support a variety of matching conditions resulting from the filter branches.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine mehrstufige Anordnung, zum Beispiel einen mehrstufigen Schalter, bereitzustellen, die eine verbesserte Anpassung über alle verwendete Bändern und Bandkombinationen aufweist. Des Weiteren sollte die mehrstufige Anordnung in der Lage sein, geschaltete parallele Anpassungselemente zu unterstützen, um Fälle auszugleichen, in denen mehrfache Trägeraggregation verwendet wird.It is an object of the present application to provide a multi-stage arrangement, for example a multi-stage switch, which has an improved match over all the bands and band combinations used. Furthermore, the multi-stage arrangement should be able to support switched parallel adaptation elements to accommodate cases where multiple carrier aggregation is used.

Diese und andere Aufgaben werden durch eine mehrstufige Anordnung nach Anspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zum Eliminieren einer Dispersion in einer mehrstufigen Anordnung sowie vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden durch weitere Ansprüche angegeben.These and other objects are achieved by a multi-stage arrangement according to claim 1. A method for eliminating a dispersion in a multi-stage arrangement as well as advantageous embodiments of the invention are indicated by further claims.

Die allgemeine Idee der Erfindung besteht darin, die parasitären Impedanzelemente, die durch eine erste elektrische Komponente in einer ersten Stufe der mehrstufigen Anordnung und eine zweite elektrische Komponente in einer zweiten Stufe der mehrstufigen Anordnung bereitgestellt sind, aktiv zu verwenden, um ein Element mit einer reduzierten Dispersion über den verwendeten Frequenzen zu bilden. Um dies zu tun, wird vorgeschlagen, ein Ausgleichselement einzuführen, das zusammen mit den parasitären Impedanzelementen einen Phasenschieber mit geringer oder keiner Dispersion bildet.The general idea of the invention is to actively use the parasitic impedance elements provided by a first electrical component in a first stage of the multi-stage arrangement and a second electrical component in a second stage of the multi-stage arrangement to form one element with a reduced one Dispersion over the frequencies used to form. To do this, it is proposed to introduce a compensating element which, together with the parasitic impedance elements, forms a phase shifter with little or no dispersion.

Es wird bevorzugt, dass die erste elektrische Komponente in der ersten Stufe und die zweite elektrische Komponente in der zweiten Stufe auf einem gemeinsamen Die angeordnet werden.It is preferred that the first electrical component in the first stage and the second electrical component in the second stage be disposed on a common die.

Ein Phasenschieber kann je nach der Art des parasitären Impedanzelements in den zwei Stufen oder Abschnitten als ein T-Abschnitt oder ein Pi-Abschnitt ausgebildet werden.A phase shifter may be formed as a T-section or a Pi-section depending on the type of parasitic impedance element in the two stages or sections.

Wenn die parasitären Impedanzelemente wie Reihenkapazitäten wirken, kann eine Parallelinduktivität als ein Ausgleichselement verwendet werden, um einen Hochpass-T-Abschnitt-Phasenschieber zu bilden. When the parasitic impedance elements act like series capacitances, a shunt inductance can be used as a shim to form a high-pass T-section phase shifter.

Wenn die zwei parasitären Impedanzelemente wie Induktivitäten wirken, kann eine Parallelkapazität verwendet werden, um einen Tiefpass-T-Abschnitt-Phasenschieber zu bilden.When the two parasitic impedance elements act as inductors, a shunt capacitance may be used to form a low-pass T-section phase shifter.

Wenn die zwei parasitären Impedanzelemente wie parallele Induktivitäten wirken, kann eine Reihenkapazität dazwischen als ein Ausgleichselement gekoppelt werden, um einen Hochpass-Pi-Abschnitt zu bilden, der auch als ein Phasenschieber arbeitet.When the two parasitic impedance elements act as parallel inductors, a series capacitance therebetween may be coupled as a compensation element to form a high-pass Pi section that also operates as a phase shifter.

Wenn die zwei parasitären Impedanzelemente wie parallele Kapazitäten wirken, kann eine Induktivität dazwischen als ein Ausgleichselement gekoppelt werden, um einen Tiefpass-Pi-Abschnitt bereitzustellen, der auch als ein Phasenschieber arbeitet.When the two parasitic impedance elements act as parallel capacitances, an inductor therebetween may be coupled as a balancing element to provide a low-pass Pi section that also operates as a phase shifter.

Es ist vorteilhaft, dass die Impedanz des Ausgleichselements derart gewählt wird, dass, wenn sie mit der ersten und der zweiten Stufe kombiniert wird, ein idealer Phasenschieber ohne Impedanztransformation erzeugt wird.It is advantageous that the impedance of the compensating element is chosen such that, when combined with the first and second stages, an ideal phase shifter without impedance transformation is generated.

Ein Impedanzwert des Ausgleichselements wird daher gewählt, um einen idealen Phasenschieber bereitzustellen, wobei ein Bereich von +/–30% um den optimalen Wert vernünftige Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bietet. Ein derartiger idealer Phasenschieber weist keine Impedanztransformation über der Frequenz auf und der Schalter verhält sich außer einer Phasenrotation, die für die Anwendung und das gesamte HF-Modul unbedenklich ist, neutral in Bezug auf die verwendeten Anwendungsfrequenzbänder.An impedance value of the compensator is therefore chosen to provide an ideal phase shifter, with a range of +/- 30% around the optimum value providing reasonable advantages over the prior art. Such an ideal phase shifter has no impedance transformation over frequency, and the switch behaves neutral with respect to the application frequency bands used, except for phase rotation which is harmless to the application and the entire RF module.

Die Erfindung kann auf eine beliebige mehrstufige Anordnung angewendet werden, die mindestens zwei Stufen umfasst, wobei jede Stufe eine elektrische Komponente umfasst, welche ein parasitäres Impedanzelement aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch die erste und die zweite Komponente jeweils ein erster bzw. ein zweiter Schalter, und das parasitäre Impedanzelement der ersten und der zweiten Komponente ist eine parallele Kapazität. Ausgehend von diesem Szenario wird ein Induktivitätselement als ein Ausgleichselement verwendet und zwischen der ersten und der zweiten Stufe, jeweils zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Komponente, gekoppelt. Der resultierende Phasenschieber wird als ein Pi-Abschnitt ausgebildet, wobei eine erste und eine zweite parasitäre parallele Kapazität in einer ersten und einer zweiten Schalterstufe angeordnet sind und das Ausgleichselement zwischen den zwei parallelen Zweigen als ein Reiheninduktivitätselement angeordnet wird.The invention may be applied to any multi-stage arrangement comprising at least two stages, each stage comprising an electrical component having a parasitic impedance element. However, in a preferred embodiment, each of the first and second components is a first and a second switch, respectively, and the parasitic impedance element of the first and second components is a parallel capacitance. Based on this scenario, an inductance element is used as a balancing element and coupled between the first and second stages, between the first and second electrical components, respectively. The resulting phase shifter is formed as a Pi section, with first and second parasitic parallel capacitors disposed in first and second switch stages, and the equalizer disposed between the two parallel branches as a series inductance element.

Die vorgeschlagene Lösung funktioniert einwandfrei, wenn beide parasitären Impedanzelemente die gleiche oder zumindest eine ähnliche parasitäre Impedanz aufweisen.The proposed solution works perfectly if both parasitic impedance elements have the same or at least a similar parasitic impedance.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann jegliche Unausgeglichenheit in den parasitären Impedanzelementen durch ein Ergänzungselement ausgeglichen werden, welches im Fall der zwei Schalter eine Ergänzungskapazität ist. Diese Ergänzungskapazität wird parallel zu einer gewählten parallelen parasitären Kapazität geschaltet, wobei die gewählte parasitäre Kapazität diejenige ist, die die kleinere Kapazität aufweist. Der Wert der Ergänzungskapazität wird derart gewählt, dass der Pi-Abschnitt symmetrisch wird, d. h. die Kapazitäten in den parallelen Zweigen beider Seiten des Pi-Abschnitts gleich oder zumindest ähnlich sind.According to a preferred embodiment, any imbalance in the parasitic impedance elements can be compensated by a supplemental element, which in the case of the two switches is a supplementary capacitance. This supplemental capacitance is switched in parallel with a selected parallel parasitic capacitance, the chosen parasitic capacitance being the one having the smaller capacitance. The value of the supplementary capacitance is chosen such that the Pi section becomes symmetric, i. H. the capacities in the parallel branches of both sides of the Pi section are the same or at least similar.

Falls das parasitäre Element ein von einer parallelen Kapazität verschiedenes Impedanzelement ist, wird eine andere Konstellation eines Phasenschiebers ausgebildet. In jenen Fällen können außerdem ein oder mehrere ergänzende Ausgleichselemente hinzugefügt werden, um einen ausgeglichenen Abschnitt mit Elementen gleicher oder ähnlicher Impedanz auf beiden Seiten bereitzustellen.If the parasitic element is an impedance element different from a parallel capacitance, another constellation of a phase shifter is formed. In either case, one or more supplemental balancing elements may also be added to provide a balanced section having elements of equal or similar impedance on both sides.

Wie bereits erwähnt, ist eine bevorzugte Verwendung der Erfindung ein kaskadierter Schalter, der in einem Frontend-Modul für mobile Kommunikation angeordnet ist. Der kaskadierte Schalter soll von mehreren Antennen eine ausgewählte mit einem oder mehreren von einer Vielzahl von Signalpfaden verbinden, wobei jeder Pfad einem entsprechenden Frequenzband zugeordnet ist. Die erste Schalterstufe könnte daher Antennenschalter und die zweite Stufe Bandauswahlschalter genannt werden.As already mentioned, a preferred use of the invention is a cascaded switch arranged in a front-end module for mobile communication. The cascaded switch is intended to connect a plurality of antennas to a selected one of a plurality of signal paths, each path being associated with a respective frequency band. The first switch stage could therefore be called antenna switch and the second stage band selector switch.

Gemäß einer erweiterten Ausführungsform der Erfindung umfasst die mehrstufige Anordnung einen dritten Schalter. Dieser Schalter ist in einer beliebigen von der ersten und der zweiten Stufe der mehrstufigen Anordnung, vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter oder zwischen einem der Schalter und einem Signalpfad, der mit einem der Schalter gekoppelt ist, angeordnet. Mithilfe des dritten Schalters kann ein ausgewähltes Anpassungselement mit der mehrstufigen Anordnung gekoppelt werden, dessen Wert von dem gewählten Frequenzband oder von der ausgewählten Kombination von Frequenzbändern abhängt. Diese geschalteten Anpassungselemente, wo auch immer sie in der Anordnung platziert werden, verändern nicht die Charakteristiken des Phasenschiebers, auch wenn sie in der Nähe des Phasenschiebers angeordnet werden.According to an extended embodiment of the invention, the multi-stage arrangement comprises a third switch. This switch is disposed in any one of the first and second stages of the multi-stage arrangement, preferably between the first and second switches, or between one of the switches and a signal path coupled to one of the switches. Using the third switch can a selected matching element is coupled to the multi-stage array, the value of which depends on the selected frequency band or on the selected combination of frequency bands. These switched matching elements, wherever they are placed in the array, do not alter the characteristics of the phase shifter even though they are placed near the phase shifter.

Wenn das HF-Modul, das die erfindungsgemäße mehrstufige Anordnung umfasst, in einem Trägeraggregationsmodus betrieben wird, wird mehr als ein Signalpfad durch den Bandauswahlschalter eingeschaltet. Zusammen mit einer parallelen Induktivität, die irgendwo in dem verbundenen Signalpfad platziert ist, entspricht die Schaltung dann einer typischen Duplexer-Topologie mit einer parallelen Induktivität, die Gegenbandlasten ausgleicht.When the RF module comprising the inventive multi-stage arrangement is operated in a carrier aggregation mode, more than one signal path is turned on by the band selection switch. Together with a parallel inductor placed anywhere in the connected signal path, the circuit then conforms to a typical duplexer topology with a parallel inductor balancing opposite band loads.

Wenn die Induktivitätsanordnung zwischen dem Bandauswahlschalter und dem Ausgleichselement vorgenommen wird, könnte eine parallele Induktivität für verschiedene Bandkonfigurationen von Trägeraggregation wirksam sein.When the inductance arrangement is made between the band select switch and the balance element, parallel inductance could be effective for different band aggregation configurations of carrier aggregation.

Außerdem liegt auch ein Verfahren zum Eliminieren einer Dispersion in einem Frontend-Modul innerhalb des Umfangs der Erfindung. Das Modul umfasst einen kaskadierten Schalter, der die mehrstufige Anordnung bildet. In einem ersten Schritt werden die parasitäre Impedanz des ersten Schalters sowie die parasitäre Impedanz des zweiten Schalters bestimmt. Um diese parasitären Impedanzen auszugleichen, werden der erste und der zweite Schalter mithilfe eines Ausgleichselements gekoppelt.In addition, there is also a method of eliminating dispersion in a front-end module within the scope of the invention. The module includes a cascaded switch that forms the multi-stage array. In a first step, the parasitic impedance of the first switch and the parasitic impedance of the second switch are determined. To compensate for these parasitic impedances, the first and second switches are coupled by means of a compensating element.

Im Fall der zwei Schalter ist das Ausgleichselement ein Induktivitätselement. Sein Wert wird gewählt, um einen idealen Phasenschieber aus den zwei parasitären Impedanzelementen oder dem ersten und dem zweiten Schalter und dem ausgleichenden Impedanzelement zu bilden. In den bevorzugten Ausführungsformen wird der Phasenschieber als ein Pi-Abschnitt oder ein T-Abschnitt ausgebildet, wobei, wenn eine Unausgeglichenheit der parasitären Impedanz des ersten und des zweiten Schalters entsteht, sie durch Hinzufügen eines ergänzenden Impedanzelements an den Phasenschieber ausgeglichen wird, so dass jene unausgeglichenen parasitären Impedanzen durch das ergänzende Impedanzelement ausgeglichen werden. In der bevorzugten Ausführungsform weist der erste Schalter mehrere auswählbare Weichen auf, wobei jede Weiche eine Antenneneinspeisung mit der Signalleitung verbindet. Der zweite Schalter weist auch mehrere Weichen auf, wobei jede Weiche einen Signalpfad mit der Signalleitung aktiv verbindet. Es ist außerdem möglich, zwei oder mehr Signalpfade gleichzeitig mit derselben Antenne mithilfe eines entsprechenden aktivierten Schaltzustands zu verbinden. In jeder Signalleitung ist ein Filter angeordnet, das einem Frequenzband zugeordnet ist. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein dritter Schalter verwendet, um ein ausgewähltes Anpassungselement mit der Signalleitung zu koppeln. Das Anpassungselement wird in Abhängigkeit von den Frequenzbändern, die aktiv mit der Signalleitung verbunden sind, ausgesucht und derart gewählt, dass eine optimierte Anpassung erzielt wird.In the case of the two switches, the compensation element is an inductance element. Its value is chosen to form an ideal phase shifter of the two parasitic impedance elements or the first and second switches and the compensating impedance element. In the preferred embodiments, the phase shifter is formed as a Pi section or a T section, and when imbalance in the parasitic impedance of the first and second switches arises, it is compensated for by adding a supplemental impedance element to the phase shifter unbalanced parasitic impedances are compensated by the complementary impedance element. In the preferred embodiment, the first switch has a plurality of selectable switches, each switch connecting an antenna feed to the signal line. The second switch also has several switches, each switch actively connecting a signal path to the signal line. It is also possible to connect two or more signal paths simultaneously to the same antenna using a corresponding activated switching state. In each signal line, a filter is arranged, which is assigned to a frequency band. According to the method of the invention, a third switch is used to couple a selected matching element to the signal line. The matching element is selected in response to the frequency bands that are actively connected to the signal line and selected to achieve optimized matching.

Im Folgenden wird die Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele und die begleitenden Figuren erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments and the accompanying figures.

Die Figuren sind lediglich schematisch gezeichnet und können zum besseren Verständnis vereinfacht sein.The figures are drawn only schematically and can be simplified for a better understanding.

1 zeigt eine zweistufige Anordnung einer ersten und einer zweiten elektronischen Komponente, 1 shows a two-stage arrangement of a first and a second electronic component,

2 zeigt die parasitären Elemente der zwei elektrischen Komponenten von 1, 2 shows the parasitic elements of the two electrical components of 1 .

3 zeigt einen Phasenschieber, der aus parasitären Elementen und einem Ausgleichselement gebildet ist, 3 shows a phase shifter formed of parasitic elements and a compensation element,

4 zeigt vier Arten von Phasenschiebern, die als T-Abschnitte und Pi-Abschnitte ausgeführt sind, 4 shows four types of phase shifters, which are designed as T-sections and Pi-sections,

5 zeigt einen Schalter zusammen mit seinem repräsentativen Ersatzschaltbild, 5 shows a switch together with its representative equivalent circuit diagram,

6 zeigt eine Reihenverbindung zweier Schalter, 6 shows a series connection of two switches,

7A zeigt die zwei Schalter mit einem dazwischen gekoppelten Ausgleichselement, 7A shows the two switches with a compensating element coupled therebetween,

7B zeigt einen Ersatzschaltplan der Anordnung von 7A, 7B shows an equivalent circuit diagram of the arrangement of 7A .

8 zeigt einen Ersatzschaltplan eines Pi-Abschnitts mit unausgeglichenen parasitären Kapazitäten, die durch eine ergänzende parallele Kapazität ausgeglichen werden, 8th shows an equivalent circuit diagram of a Pi section with unbalanced parasitic capacitances which are compensated by a supplementary parallel capacitance,

9 zeigt einen Diplexer mit einer parallelen Anpassungsspule, 9 shows a diplexer with a parallel matching coil,

10 zeigt eine mehrstufige Anordnung, die aus zwei Schaltern, einer Ausgleichsspule und schaltbaren Anpassungselementen, die zwischen den zwei Schaltern verbunden sind, besteht, und 10 shows a multi-stage arrangement consisting of two switches, a compensation coil and switchable matching elements which are connected between the two switches, and

11 zeigt einen Phasenschieber, der aus parasitären Impedanzelementen und einer Ausgleichsspule gefertigt ist, der ferner ein paralleles Anpassungselement umfasst. 11 shows a phase shifter made of parasitic impedance elements and a compensating coil, which further comprises a parallel matching element.

1 zeigt eine Reihenverbindung zweier elektrischer Komponenten EC1 und EC2, die jeweils in einer ersten bzw. einer zweiten Stufe angeordnet sind. Die zwei Stufen können in einer Reihensignalleitung angeordnet sein. Jedoch ist es auch möglich, dass sich die zwei Stufen innerhalb eines Querzweiges einer Schaltung befinden. 1 shows a series connection of two electrical components EC1 and EC2, which are respectively arranged in a first and a second stage. The two stages may be arranged in a row signal line. However, it is also possible that the two stages are located within a shunt branch of a circuit.

2: Eine elektronische Komponente EC1, EC2, wie in 1 dargestellt, kann ein repräsentatives parasitäres Impedanzelement IE1, IE2 aufweisen. Wenn die zwei elektronischen Komponenten der zweistufigen Anordnung desselben Typs sind, sind auch die parasitären Impedanzelemente vom selben Typ. 2 : An electronic component EC1, EC2, as in 1 can have a representative parasitic impedance element IE1, IE2. If the two electronic components are of the two-stage arrangement of the same type, the parasitic impedance elements are also of the same type.

2 zeigt einen Ersatzschaltplan, in dem die zwei elektrischen Komponenten EC durch ihre parasitären Impedanzelemente IE1 und IE2 ersetzt sind. 2 shows an equivalent circuit diagram in which the two electrical components EC are replaced by their parasitic impedance elements IE1 and IE2.

Normalerweise sind parasitäre Impedanzelemente unerwünscht, da sie ein unerwünschtes Verhalten der elektronischen Komponente erzeugen können. Daher wäre es vorteilhaft, die parasitären Impedanzelemente auszugleichen.Normally, parasitic impedance elements are undesirable because they can produce undesirable behavior of the electronic component. Therefore, it would be advantageous to balance the parasitic impedance elements.

3 zeigt ein Ersatzschaltbild, in dem zwei parasitäre Impedanzelemente IE1, IE2 gemäß der zweistufigen Anordnung von 1 gekoppelt sind, wobei ein Ausgleichselement CE zwischen der ersten und der zweiten elektronischen Komponente EC, somit zwischen dem ersten und dem zweiten parasitären Impedanzelement IE1, IE2, angeordnet ist. Zum Beispiel können Impedanzelemente IE eine Kapazität oder eine Induktivität repräsentieren. Außerdem kann das Impedanzelement als ein Reihenelement in dem Reihenzweig wirken oder es kann als ein in einem Querzweig angeordnetes paralleles Element wirken. 3 shows an equivalent circuit diagram in which two parasitic impedance elements IE1, IE2 according to the two-stage arrangement of 1 coupled, wherein a compensation element CE between the first and the second electronic component EC, thus between the first and the second parasitic impedance element IE1, IE2, is arranged. For example, impedance elements IE may represent a capacitance or an inductance. In addition, the impedance element may act as a series element in the series branch or it may act as a parallel element arranged in a shunt branch.

Die Erfindung schlägt vor, alle existierenden parasitären Impedanzelemente IE um ein Ausgleichselement CE zu ergänzen, um einen Phasenschieber mit diesen drei Elementen auszubilden. Je nach der Art des Impedanzelements IE können verschiedene Typen von Phasenschiebern ausgebildet werden.The invention proposes to supplement all existing parasitic impedance elements IE by a compensation element CE in order to form a phase shifter with these three elements. Depending on the type of impedance element IE, various types of phase shifters may be formed.

4 zeigt vier Typen a) bis d) mit verschiedenen Kombinationen von parasitären Elementen IE und Ausgleichselementen CE, die einen T-Abschnitt oder einen Pi-Abschnitt bilden. 4 shows four types a) to d) with different combinations of parasitic elements IE and compensation elements CE, which form a T-section or a Pi-section.

4A zeigt einen T-Abschnitt mit zwei parasitären Impedanzelementen IE1, IE2, die als Reihenkapazitäten wirken, und einem Ausgleichselement CE, das als eine Spule in einem Querzweig ausgeführt ist. 4A shows a T-section with two parasitic impedance elements IE1, IE2, which act as series capacitances, and a compensation element CE, which is designed as a coil in a shunt branch.

4B zeigt einen Pi-Abschnitt, der zwei in einer Reihe angeordnete Induktivitäten umfasst, von denen jede ein parasitäres Impedanzelement IE1, IE2 der entsprechenden elektrischen Komponente EC1, EC2 repräsentiert. Durch Hinzufügen einer parallelen Kapazität als eines Ausgleichselements CE wird die Anordnung vervollständigt, um einen Phasenschieber auszubilden. 4B shows a pi-section comprising two inductors arranged in a row, each of which represents a parasitic impedance element IE1, IE2 of the corresponding electrical component EC1, EC2. By adding a parallel capacitance as a compensation element CE, the arrangement is completed to form a phase shifter.

4C zeigt einen Pi-Abschnitt, der zwei kapazitive Impedanzelemente IE1, IE2, umfasst, die beide in Querzweigen angeordnet sind. Der Phasenschieber wird dann als ein Pi-Abschnitt ausgeführt, der durch Einsetzen einer Induktivität als eines Ausgleichselements CE zwischen dem ersten und dem zweiten Impedanzelement in dem Reihenzweig vervollständigt werden kann. 4C shows a Pi section comprising two capacitive impedance elements IE1, IE2, both arranged in shunt branches. The phase shifter is then implemented as a Pi section that can be completed by inserting an inductance as a compensating element CE between the first and second impedance elements in the series branch.

4D zeigt einen anderen Phasenschieber, der als ein Pi-Abschnitt ausgebildet ist, wobei zwei parallele Spulen Impedanzelemente IE1, IE2 bilden, von denen jedes in einem Querzweig angeordnet ist, und ein Ausgleichselement CE als eine zwischen dem ersten und dem zweiten Impedanzelement in dem Reihenzweig angeordnete Kapazität ausgeführt ist. 4D Fig. 15 shows another phase shifter formed as a Pi section, with two parallel coils forming impedance elements IE1, IE2, each arranged in a shunt branch, and a compensating element CE as one disposed between the first and second impedance elements in the series branch Capacity is executed.

5 zeigt lediglich als ein Beispiel einen Schalter SW mit drei Weichen. Der Schalter SW verbindet einen ersten Kontakt 1 mit einem beliebigen von Kontakten 2, 3 oder 4. In der Figur sind der erste Kontakt 1 und der zweite Kontakt 2 in dem gezeigten Schaltzustand verbunden. Während die Verbindung zwischen den Kontakten 1 und 2 als ein Widerstand wirkt, wird zwischen diesem Signalpfad und Masse ein parasitäres Element mit nennenswerter Impedanz wirksam. 5 merely shows as an example a switch SW with three points. The switch SW connects a first contact 1 to any one of contacts 2, 3 or 4. In the figure, the first contact 1 and the second contact 2 are connected in the switching state shown. While the connection between contacts 1 and 2 acts as a resistor, a parasitic element of appreciable impedance becomes effective between this signal path and ground.

Die linke Seite von 5 zeigt den Schalter in einer schematischen Darstellung mit einer Verbindung zwischen Anschlüssen A und B. Auf der rechten Seite von 5 ist das Ersatzschaltbild mit einem Widerstand R, der zwischen Anschlüssen A und B ausgebildet ist, und einem Querzweig, der das parasitäre Impedanzelement umfasst, das als eine Kapazität C_SWB wirkt, dargestellt.The left side of 5 shows the switch in a schematic representation with a connection between terminals A and B. On the right side of 5 For example, the equivalent circuit is shown with a resistor R formed between terminals A and B and a shunt arm comprising the parasitic impedance element acting as a capacitor C _SWB .

6 zeigt ein Blockdiagramm eines ersten und eines zweiten Schalters SW_A und SW_B, die in Reihe verschaltet sind, wobei parallele Kapazitäten als parasitäre Impedanzelemente wirksam sind. 6 shows a block diagram of a first and a second switch SW _A and SW _B , which are connected in series, wherein parallel capacitances are effective as parasitic impedance elements.

7A stellt eine Lösung zum Ausgleichen der parasitären Impedanzelemente bereit, indem zwischen den ersten und den zweiten Schalter SW ein als eine Reihenspule LS ausgeführtes Ausgleichselement eingesetzt wird. 7A provides a solution for equalizing the parasitic impedance elements by inserting between the first and second switches SW a compensating element implemented as a series coil LS.

7B zeigt das Ersatzschaltbild mit einem Ausgleichselement, das nun zu einem als ein Phasenschieber wirkenden Pi-Abschnitt vervollständigt ist. Es ist anzumerken, dass ein Phasenschieber eine Phasenverschiebung erzeugt, aber keine weiteren Störeffekte mit sich bringt, weswegen er das Signal nicht stört. 7B shows the equivalent circuit with a compensation element, which is now completed to a acting as a phase shifter Pi section. It should be noted that a phase shifter causes a phase shift, but does not cause any further disturbing effects, which is why it does not disturb the signal.

Es ist eine Voraussetzung für einen idealen Phasenschieber, dass die Pi-Abschnitte oder T-Abschnitte ausgeglichen sind, was bedeutet, dass die Werte der doppelten parasitären Elemente hinsichtlich der Werte ähnlich sind. Wenn eine nennenswerte Unausgeglichenheit besteht, zeigt 8 eine Möglichkeit, wie diese Unausgeglichenheit durch Hinzufügen eines ergänzenden Impedanzelements ausgeglichen werden kann. Die Ausführungsform von 8 zeigt, wie eine Ergänzungskapazität C_SP auf der linken Seite des Pi-Abschnitts von 7B hinzugefügt wird. Der Wert der Ergänzungskapazität wird derart gewählt, dass die folgende Gleichung erfüllt ist: C_SWB = C_SWA + C_SP.It is a prerequisite for an ideal phase shifter that the Pi sections or T sections are balanced, which means that the values of the double parasitic elements are similar in terms of values. If there is a significant imbalance, shows 8th a way in which this imbalance can be compensated by adding a supplemental impedance element. The embodiment of 8th shows how a supplementary capacitance C _SP on the left side of the Pi section of 7B will be added. The value of the supplementary capacitance is chosen such that the following equation is satisfied: C _SWB = C _SWA + C _SP .

9 zeigt einen Diplexer, der zwei parallele Bandpassfilter F1, F2, die parallel angeordnet sind, umfasst. Zu Anpassungszwecken bezüglich der parasitären Kapazität wird eine Spule LP parallel zu beiden Filtern des Diplexers angeordnet. 9 shows a diplexer comprising two parallel bandpass filters F1, F2 arranged in parallel. For matching purposes with respect to the parasitic capacitance, a coil LP is arranged in parallel with both filters of the diplexer.

10 zeigt eine Ausführungsform, in der zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Phasenschieber ein Ergänzungsschalter SW_M mit der Signalleitung verbunden ist, was ermöglicht, beliebige Anpassungselemente ME mit der Signalleitung zu verbinden, um Anpassungsbedingungen zu erfüllen. Durch den Ergänzungsschalter SW_M ist es möglich, je nach der Frequenz des Signals in der Signalleitung und den aktivierten Signalpfaden ein geeignetes Anpassungselement ME auszuwählen. Dadurch ist eine optimale Anpassung über einen großen Bereich von Frequenzen und über verschiedene Trägeraggregationsbandkombinationen möglich. Ein Ergänzungsschalter SWM kann mit der Signalleitung zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter verbunden werden oder er kann lediglich mit einem der Schalter und nicht mit dem Abschnitt zwischen den Schaltern gekoppelt werden. 10 shows an embodiment in which in addition to the phase shifter according to the invention a supplementary switch SW _{M is} connected to the signal line, which allows any matching elements ME to connect to the signal line to meet matching conditions. By means of the supplementary switch SW _M , it is possible to select a suitable adaptation element ME, depending on the frequency of the signal in the signal line and the activated signal paths. This allows optimal adaptation over a wide range of frequencies and across different carrier aggregation band combinations. A supplement switch SWM may be connected to the signal line between the first and second switches, or it may be coupled to only one of the switches and not to the portion between the switches.

11 zeigt eine Ausführungsform, in der ein Pi-Abschnitt-Phasenschieber mit einer Reihenspule LS mit einem einzelnen Anpassungsquerelement MEp kombiniert ist. Sein Zweck besteht darin, z. B. eine Filterkomponente in einem Filterzweig anzupassen. Das Anpassungselement ME_P kann eine Spule oder eine Kapazität sein und es kann der Schaltung hinzugefügt werden, auch wenn es zwischen dem durch C_swa repräsentierten Schalter SWA und LS angeordnet wird. Eine korrekte Dimensionierung der Werte der Elemente verhindert dann Resonanzeffekte in den Durchlassbändern des Betriebs. 11 shows an embodiment in which a Pi-section phase shifter is combined with a series coil LS with a single matching cross-member MEp. Its purpose is, for. B. adapt a filter component in a filter branch. The matching element ME _P may be a coil or a capacitor and it may be added to the circuit even if it is placed between the switch SWA and LS represented by C _swa . Correct sizing of the elements then prevents resonance effects in the passbands of the operation.

Wie vorstehend erwähnt, ist es vorteilhaft, die negativen Effekte der parasitären Impedanzelemente einer elektrischen Komponente oder einer Schaltung elektrischer Komponenten auszugleichen, indem ein idealer Phasenschieber unter Verwendung dieser parasitären Impedanzelemente und eines einzusetzenden Ausgleichselements gebildet wird, wodurch ein Phasenschieber in Form eines Pi-Abschnitts oder eines T-Abschnitts ausgebildet wird.As mentioned above, it is advantageous to compensate for the negative effects of the parasitic impedance elements of an electrical component or a circuit of electrical components by forming an ideal phase shifter using these parasitic impedance elements and a compensation element to be inserted, whereby a phase shifter in the form of a Pi section or a T-section is formed.

Im Folgenden werden einige Gleichungen gegeben, wie ein optimaler Wert für das Ausgleichselement berechnet werden kann, um einen idealen Phasenschieber zu erzielen. Für diese Berechnung können ABCD-Matrizen verwendet werden, um eine Übertragungsleitung mit einer charakteristischen Impedanz von Z₀ und einer entsprechenden Phasenverschiebung von φ zu darzustellen. Es ist zu beachten, dass jede Übertragungsleitung eine charakteristische Phasenverschiebung aufweist. Eine weitere Matrix kann verwendet werden, um ein konzentriertes äquivalentes Phasenverschiebungsnetzwerk zu repräsentieren, das L- und C-Komponenten umfasst. Durch Gleichsetzen dieser zwei Matrizen, können die Werte der Ls und Cs in dem konzentrierten Netzwerk bestimmt werden. Dieses Verfahren wird für vier verschiedene Phasenschieber gemäß den in 4 dargestellten Ausführungsformen gezeigt.The following are some equations on how to calculate an optimal value for the compensation element to achieve an ideal phase shifter. For this calculation, ABCD matrices can be used to form a transmission line with a characteristic impedance of Z ₀ and a corresponding phase shift of φ. It should be noted that each transmission line has a characteristic phase shift. Another matrix may be used to represent a concentrated equivalent phase-shift network comprising L and C components. By equating these two matrices, the values of the Ls and Cs in the lumped network can be determined. This method is used for four different phase shifters according to the in 4 shown embodiments.

4A zeigt einen Hochpass-T-Abschnitt-Phasenschieber, dessen ABC-Matrix folgendermaßen geschrieben werden kann:

4A shows a high-pass T-section phase shifter whose ABC matrix can be written as follows:

Als Nächstes wird eine ABCD-Matrix für eine Übertragungsleitung der charakteristischen Impedanz Z₀ und der charakteristischen Phasenverschiebung von φ folgendermaßen geschrieben:

Next, an ABCD matrix for a transmission line of the characteristic impedance Z ₀ and the characteristic phase shift of φ is written as follows:

Wenn diese zwei Matrizen gleichgesetzt werden, kann die Gleichung nach dem gewünschten Ausgleichselement CE, das in der Ausführungsform von 4A eine Spule ist, aufgelöst werden.When these two matrices are equated, the equation for the desired equalizer CE, which in the embodiment of FIG 4A a coil is to be dissolved.

Wenn L1 in einen alternierenden Matrixeintrag eingesetzt wird, kann die Gleichung nach C1 aufgelöst werden:

If L1 is inserted in an alternating matrix entry, the equation for C1 can be solved:

Wie ersichtlich, ist die Phase φ von der Frequenz (durch ω), der Phase ϕ und der Impedanz Z₀ abhängig. Die parasitäre Kapazität, Frequenz und Impedanz sind bekannt und können in die Gleichung eingesetzt werden. Folglich kann die Phase berechnet und in die erste Gleichung eingesetzt werden, die dann nach L1 aufgelöst wird. As can be seen, the phase φ is dependent on the frequency (by ω), the phase φ and the impedance Z ₀ . The parasitic capacitance, frequency and impedance are known and can be used in the equation. Consequently, the phase can be calculated and inserted into the first equation, which is then resolved into L1.

Mithilfe ähnlicher Berechnungen können entsprechende Werte zum Ausbilden eines idealen Phasenschiebers gemäß den in 43, 4C und 4D dargestellten Pi- und T-Gliedern berechnet werden. Für einen Tiefpass-T-Abschnitt, wie in 4B dargestellt, ergibt eine Gleichung für die (parasitäre) Kapazität:

während der Wert des Ausgleichselements folgendermaßen berechnet werden kann:

By means of similar calculations, corresponding values can be used to form an ideal phase shifter in accordance with the methods described in 43 . 4C and 4D calculated Pi- and T-members are calculated. For a low-pass T-section, as in 4B gives an equation for the (parasitic) capacitance:

while the value of the compensation element can be calculated as follows:

Für einen Hochpass-Pi-Abschnitt-Phasenschieber gemäß 4D ist Folgendes erfüllt:

For a high-pass Pi-section phase shifter according to 4D the following is true:

Für einen Tiefpass-Pi-Abschnitt gemäß der Ausführungsform von 4C sind folgende Gleichungen erfüllt:

For a low-pass Pi section according to the embodiment of FIG 4C the following equations are fulfilled:

Mithilfe der vorstehend gegebenen Formeln können optimale Werte für das erforderliche Ausgleichselement CE auf der Grundlage seiner jeweiligen Gegenelemente berechnet werden. Sie sind über die Frequenz stabil, während die wirksame Phasenrotation es nicht ist.Using the formulas given above, optimal values for the required compensation element CE can be calculated on the basis of its respective counterparts. They are stable over the frequency, while the effective phase rotation is not.

Trotz einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen ist die Erfindung nicht auf die erläuterten Ausführungsformen und Figuren beschränkt. Die Erfindung ist durch den Wortlaut von Anspruch 1 bestimmt und umfasst weitere Ausführungsformen, die erzielt werden können, wenn neue Elemente, die in den Ausführungsformen und den Unteransprüchen verwendet werden, kombiniert werden.Despite a limited number of embodiments, the invention is not limited to the illustrated embodiments and figures. The invention is defined by the wording of claim 1 and includes further embodiments which can be achieved when new elements used in the embodiments and the subclaims are combined.

Auflistung verwendeter BezugszeichenList of used reference numerals

C1, C2

capacity

CE

compensation element

CSP

supplementary capacity

EC1

first electrical component in a first stage

EC2

second electrical component in a second stage

F

filter

f 0

Operating frequency

IE1, IE2

first and a second parasitic impedance element

LS, LP

compensating inductance elements

ME

matching element

SWA, SWB

first and second switch

SW M

third switch, selecting band selector switch antenna selector switch

CA

carrier aggregation

Claims

Multi-stage arrangement comprising: a first electrical component in a first stage, a second electrical component in a second stage, first and second parasitic impedance elements associated with the respective ones of the electrical components, at least one compensation element coupled to the first and second stages, wherein a type of the compensation element is selected such that a phase shifter is formed by a circuit comprising the first and second parasitic impedance elements and the at least one compensation element.

Arrangement according to claim 1, wherein the first electrical component in the first stage and the second electrical component in the second stage are arranged on a common die.

Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the impedance of the compensating element is selected such that when combined with the first and the second stage, an ideal phase shifter without impedance transformation is generated.

Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the first and the second component are respectively a first and a second switch (SW1, SW2), wherein the parasitic impedance element of the first and second components is each a parallel capacitance (C1, C2), wherein the compensation element is a balancing inductance element (LC), wherein the phase shifter is formed as a pi-member comprising the first and second capacitors (C1, C2) arranged in parallel branches and the inductance element (LC) arranged in a series branch of the pi portion ,

Arrangement according to one of the preceding claims, wherein, if C1 <C2, a supplemental capacitance (CS) is connected in parallel to a selected one of the first and second parallel capacitances, wherein the value of the supplementary capacitance is selected such that the equation (1) is almost satisfied: (C1 + CS) = C2 (1)

Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the multi-stage arrangement comprises a complex cascaded switch, which is arranged in a front-end module to connect a selected one of a plurality of antennas with one or more of a plurality of signal paths, each of which one or more associated with corresponding frequency bands.

Arrangement according to one of the preceding claims, where there is a third switch, wherein a selected matching element is coupled to the array via the third switch depending on a selected frequency band or a selected frequency band combination, wherein the third switch is disposed between a switch and a signal path or between the first and second stages.

Arrangement according to one of the preceding claims, wherein a third switch (SW _M ) is present, wherein a selected cross-matching element (ME) is coupled to the arrangement via the third switch depending on a selected frequency band or a selected frequency band combination, wherein the third switch (SW _M ) between a band selection switch (SW _A ) and a compensation element (CE) is arranged.

A method for eliminating dispersion in a front-end module comprising a cascaded switch within a signal line, Determining the parasitic impedance of a first switch, determining the parasitic impedance of a second switch, coupling the first and second switches by means of a balance element, the balance impedance selected by an ideal phase shifter consisting of the parasitic impedances of the first and second switches (SW _A , SW _B ) and the compensating element (CE).

Method according to the preceding claim, wherein the phase shifter is a Pi section or a T section, wherein an imbalance in the parasitic impedances of the first and second switches is balanced by adding a supplemental impedance element to the phase shifter so as to balance the two parasitic impedances of the first and second switches.

Method according to the preceding claim, wherein the first switch has a plurality of selectable switches, each switch connecting an antenna feed to the signal line, the second switch having a plurality of selectable switches, each switch actively connecting a signal path to the signal line, each signal path comprising a filter and associated with a frequency band, wherein a third switch is used to couple a selected matching element to the signal line, wherein the adaptation element is selected in dependence on the frequency bands of the actively connected to the signal line such that an optimized adaptation is achieved.