DE102016125014A1

DE102016125014A1 - RF Frontend-Schaltung

Info

Publication number: DE102016125014A1
Application number: DE102016125014.7A
Authority: DE
Inventors: Stéphane Chamaly; Arto Holm
Original assignee: SnapTrack Inc
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-21
Also published as: WO2018118490A1; TW201828614A

Abstract

Der Rx-Zweig einer Frontend-Schaltung, die zwischen einer Antenne und einer Empfängereinheit gekoppelt ist, umfasst einen Verstärker und ein Rx-Filter, das einen single-ended Eingang und einen symmetrischen Ausgang hat. Der Verstärker ist dazu ausgelegt, das symmetrische Signal von dem Rx-Filter zu empfangen, und die Empfangseinheit ist dazu ausgelegt, ein unsymmetrisches Signal von dem Verstärker zu empfangen. Eine solche Frontend-Schaltung zeigt eine bessere out-of-band Dämpfung, eine niedrigere Einfügedämpfung im Durchlassbereich und eine bessere Tx-zu-Rx-Isolation innerhalb eines Duplexers.

Description

In drahtlosen Geräten dient eine Frontend-Schaltung dazu, Signale zu leiten und zu filtern, die von einer Antenne empfangen oder gesendet werden. Eine Frontend-Schaltung umfasst einen RX-Zweig, der zwischen einer Antenne und einer Empfängereinheit gekoppelt ist. Ein TX-Zweig ist zwischen einem Sender und der Antenne gekoppelt. Beide Zweige weisen üblicherweise Filter auf, die nur Signale einer gewünschten Frequenz am jeweiligen Zweig passieren können. Normalerweise sind die Komponenten eines Frontends auf einem Modul integriert.
Aufgrund der geringen Amplitude der an der Antenne empfangenen Signale ist eine hohe Aufmerksamkeit erforderlich, um Störsignale zu eliminieren und ein gewünschtes Band auszuwählen. Andere Frequenzbänder als ein Gewünschtes müssen gesperrt oder wesentlich gedämpft werden. Außerdem muss das Signal verstärkt werden, bevor es die Empfangseinheit erreicht. Es wird ein rauscharmer Verstärker verwendet, der ein geringes Rauschen erzeugt, um die Signalqualität hoch zu halten.
Zusammen mit einer wachsenden Anzahl von Frequenzbändern, die in der drahtlosen Kommunikation verwendet werden, benötigen entsprechende Vorrichtungen, die in diesen Frequenzbändern arbeiten, eine erhöhte Anzahl von Komponenten. Eingebettet oder in ein Modul integriert sollte die Größe der Komponenten minimiert werden, um das Volumen und das Gewicht des Moduls niedrig zu halten.
Die Einfüguedämpfung von Filtern, die in modernen RF-Frontend-Schaltkreisen verwendet werden, ist kritisch, da eine höhere Einfügedämpfung einen höheren Energieverbrauch verursacht, der aufgrund begrenzter Akkukapazität kritisch ist. Ferner verursacht ein höherer Energieverbrauch eine niedrigere Betriebszeit des mobilen Geräts, bevor eine neue Ladung des Akkumulators erforderlich ist. Eine niedrigere Einfügedämpfung ist ebenfalls zwingend erforderlich, um die vollständige Empfangskettenempfindlichkeit nicht zu verringern.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Frontend-Schaltung bereitzustellen, die in Bezug auf den Einfügedämpfung und die out-of-band Dämpfung weiter verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Frontend-Schaltung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Verbesserungen und Ausführungsformen der Erfindung sind durch Unteransprüche abgedeckt.
Zentraler Gedanke der Erfindung ist es, eine verbesserte Signalführung und Signalverarbeitung in einem RX-Zweig der Frontend-Schaltung bereitzustellen. Der RX-Zweig ist zwischen einer Antenne und einer Empfangseinheit gekoppelt. Die Empfangseinheit kann ein Abschnitt eines Transceivers sein. Dies ist eine Halbleiterkomponente, die Sendesignale verarbeiten sowie Signale empfangen kann.
Der RX-Zweig umfasst einen Verstärker und ein RX-Filter, wobei das RX-Filter zwischen dem Verstärker und der Antenne gekoppelt ist. Während eine Antenne üblicherweise ein unsymmetrisches Signal liefert, haben bekannte RX-Filter Single-Ended-Eingänge und einen Ausgang, der an die Signalverarbeitung in der Empfängereinheit angepasst ist. Wenn die Empfängereinheit mit Differenzsignalen arbeitet, kann das RX-Filter eine integrierte Balun-Funktion aufweisen, um ein Differenzsignal bereitzustellen, das vom Verstärker weiterverarbeitet und schließlich zur Empfängereinheit geleitet wird.
Abweichend von diesem Standard-RX-Zweig-Design schlägt die Erfindung vor, ein RX-Filter zu verwenden, das einen single-ended Eingang und einen symmetrischen oder differentiellen Ausgang hat. Dieses differentielle Ausgangssignal wird an den Verstärker geliefert, der einen Differenzeingang hat. Die Empfangseinheit empfängt dann ein single-ended Signal vom Verstärker.
Die Verwendung eines Filters mit einer Balun-Funktion bietet verschiedene Verbesserungen hinsichtlich Signalqualität und Einfügedämpfung. Ein häufig verwendetes Frontend-Modul kann innerhalb einer Anzahl von Frequenzbändern arbeiten. Jedes Band benötigt mindestens ein separates Filter oder einen separaten Signalpfad. Wenn jedes Filter einen symmetrischen Ausgang erzeugt, ist die Anzahl der benötigten Ausgangspins signifikant groß. Daher wird das Modul kompliziert und vergrößert. Mit der Erfindung kann die Anzahl der Ausgänge maximal auf die Hälfte reduziert werden. Dies reduziert sowohl die Kosten als auch die Größe des Moduls.
Das neue Frontend-Modul zeigt eine reduzierte Kopplung von verschiedenen Zweigen aufgrund von differentieller Filterung. Das Rauschen wird durch symmetrische Signalverarbeitung reduziert, wodurch unsymmetrische Kopplungen oder andere schädliche Einflüsse eliminiert werden. Infolgedessen wird eine bessere out-of-band Dämpfung erreicht. Die reduzierte Kopplung von TX-Signalen in den RX-Zweig führt zu einer besseren Isolation zwischen RX und TX.
Eine bessere Out-of-Band-Dämpfung ermöglicht Koexistenz mit WLAN 2.5 und 5 GHz. Durch verringerte Kopplung ist ein Betreiben des Moduls in einem Trägeraggregationsmodus (CA-Modus) verbessert.
Wenn das RX-Filter ein Teilfilter eines Duplexers ist, wird ein besseres Niveau der Unterdrückung und Isolierung erreicht, ohne dass ein Nachteil bei der Einfügedämpfung auftritt. Durch die Verwendung eines Filters mit Single-Ended-Eingang und symmetrischem Ausgang ist eine bessere Impedanzanpassung zwischen Verstärker und Filter möglich. Dadurch wird eine bessere Rauschzahl des gesamten Zweiges erreicht und zum Beispiel ein besserer Empfang für den Nutzer eines Mobiltelefons erzielt.
Das RX-Filter des Frontend-Moduls kann in jeder Technologie ausgeführt werden, die einen Single-Ended-Eingang und einen symmetrischen Ausgang ermöglicht. Beispiele für solche Filter sind SAW-Filter, die als DMS-Filter oder Leiter-Typ-Filter ausgeführt sind, oder ein Leiter-Typ-Filter aus BAW-Resonatoren.
Der Verstärker kann ein üblicher rauscharmer Verstärker sein, der aus dem Stand der Technik bekannt ist. In einer Ausführungsform ist der Verstärker angepasst um ein symmetrisches Eingangssignal zu empfangen und ein single-ended verstärktes Ausgangssignal zu erzeugen. In diesem Fall wird am Ausgang ein symmetrisches Signal in ein unsymmetrisches Signal umgewandelt. Eine andere Möglichkeit gemäß einer weiteren Ausführungsform weist einen Verstärker auf, der ein Volldifferenzverstärker ist, der dazu ausgelegt ist, ein symmetrisches Eingangssignal zu empfangen und ein symmetrisches verstärktes Ausgangssignal zu erzeugen. Das Signal kann dann in ein single-ended oder unsymmetrisches Signal umgewandelt werden durch eine Balun, die zwischen den Ausgang des Verstärkers und der Empfangseinheit gekoppelt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die Frontend-Schaltung zwei oder mehr verschiedene RX-Zweige auf. In jedem RX-Zweig ist ein Bandpassfilter angeordnet, der einen single-ended Eingang und einen symmetrischen Ausgang hat. Alle Zweige und dementsprechend alle Bandpassfilter sind unterschiedlichen Frequenzbändern zugeordnet.
In diesem Fall können die Ausgänge der Verstärker an einen Schalter gekoppelt sein, der einen oder mehrere der RX-Zweige gleichzeitig mit der Empfangseinheit verbinden kann. Durch die Verwendung eines solchen Schalters wird das Modul weiter vereinfacht, indem die Anzahl der Ausgangs-Pins auf eins reduziert wird, wobei dieser Pin der Ausgangs-Pin für alle RX-Zweige ist.
Diese Ausführungsform schließt nicht aus, dass separate der RX-Zweige getrennt an die Empfängereinheit gekoppelt werden können, ohne den Schalter zu verwenden. Ferner ist es möglich, mehr als einen Schalter zu verwenden, wenn die Anzahl der RX-Zweige zu hoch ist, wodurch der erforderliche einzelne Schalter zu kompliziert und daher zu kostenintensiv wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können mehrere RX-Zweige einen gemeinsamen Verstärker verwenden. Dies kann erreicht werden, indem die von den verschiedenen RX-Filtern empfangenen Signale an den Eingang eines jeweiligen Schalters gekoppelt werden, der nur einen einzigen Ausgang hat, wobei dieser Ausgang an den gemeinsamen Verstärker gekoppelt ist. In einer solchen Frontend-Schaltung ist der Schalter dazu ausgelegt, ein symmetrisches Eingangssignal an einen symmetrischen Ausgang und damit an den gemeinsamen Verstärker anzuschließen. Dies erfordert einen Doppelschalter. Die verschiedenen Eingänge des Schalters ermöglichen es, einen gewünschten der RX-Zweige, ein gewünschtes Paar oder eine gewünschte Gruppe von RX-Zweigen gleichzeitig mit dem Verstärker zu koppeln.
In einer Ausführungsform ist ein weiterer Schalter, der als Bandauswahlschalter ausgebildet ist, zwischen der Antenne und der Vielzahl von RX-Zweigen gekoppelt. Dieser Bandauswahlschalter ist so angepasst, einen oder mehrere RX-Zweige gleichzeitig mit der Antenne zu koppeln.
Anstelle des Bandauswahlschalters kann ein Multiplexer zwischen der Antenne und der Vielzahl von RX-Zweigen gekoppelt werden. Der Multiplexer weist jedes Empfangssignal passiv einem jeweiligen RX-Zweig zu, der mit dem jeweiligen Frequenzband arbeitet und ein entsprechendes Empfangsfilter hat.
In einer anderen Ausführungsform weist die Frontend-Schaltung eine Vielzahl von RX-Zweigen auf, wobei jeder Zweig einen separaten Verstärker aufweist. Zwischen der Vielzahl von Ausgängen der Vielzahl von Verstärkern und der Empfangseinheit kann ein Multiplexer angeordnet sein. Auch eine solche Lösung kann die Anzahl der Ausgangspins der RX-Verzweigungen auf eins reduzieren, wodurch die Komplexität des Frontend-Moduls verringert wird.
Bevorzugte Filter zur Realisierung der unsymmetrischen / symmetrischen Bandpassfilter sind DMS-Filter, bei denen es sich um SAW-Filter handelt, die eine oder mehrere in Serie geschaltete oder parallel geschaltete Spuren aufweisen. Jede Spur umfasst Eingangswandler und Ausgangswandler in Abhängigkeit davon, ob der Wandler an die Eingangsseite oder an die Ausgangsseite des Filters gekoppelt ist. Zwei der Ausgangswandler jedes DMS-Filters sind zwischen zwei Anschlüssen, die den symmetrischen Ausgangsanschluss des Filters bilden, in Reihe geschaltet. Alternativ kann das symmetrische Ausgangssignal von den zwei Sammelschienen eines einzelnen Ausgangswandlers entnommen werden.
Durch Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Eingangs- und Ausgangswandlern oder einer unterschiedlichen Anzahl von Elektrodenfingern an Eingangs- und Ausgangswandlern oder einer entsprechenden Reihenschaltung oder Parallelschaltung kann eine Impedanztransformation zwischen Eingang und Ausgang des Filters durchgeführt werden. Dann transformiert das Filter die Impedanz von einer ersten Impedanz Z1 an dem Filtereingangsanschluss zu einer zweiten Impedanz Z2 an dem Ausgangsanschluss des symmetrischen Filters. Daher ist der Ausgang des Filters auf eine höhere Impedanz als der Eingang des Filters abgestimmt. Eine höhere Impedanz kann näher an der LNA-Eingangsimpedanz liegen, was zu einem geringeren Fehlanpassungsverlust und einer besseren Rauschzahl und Empfindlichkeit führt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und entsprechenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind nur schematisch gezeichnet und müssen nicht maßstabsgetreu gezeichnet werden, so dass keine Größenbeziehungen von den Figuren genommen werden können, noch irgendein anderes geometrisches Detail, das von der Größe eines abgebildeten Details abhängt.

1 zeigt einen RX-Zweig gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 zeigt einen RX-Zweig gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 zeigt einen Vergleich von single-ended Filtern und Filtern mit einem einzigen Eingang und einem symmetrischen Ausgang im Hinblick auf die Einfügedämpfung,
4 zeigt den gleichen Vergleich über einen größeren Frequenzbereich,
5 zeigt den gleichen Vergleich im Hinblick auf die Breitbandunterdrückung,
6 zeigt einen Vergleich zwischen den Durchlassbändern von Single-Ended-Duplexern und Single-Ended / Balanced-Output-Duplexern,
7 zeigt einen Vergleich einer close-in Unterdrückung zwischen einem Single-Ended-Duplexer und einem Balanced-Output-Duplexer,
8 zeigt einen Vergleich zwischen der Breitbandunterdrückung des Tx-Filters eines single-ended Duplexers und Tx-Filters eines single-ended Eingang / Balanced-Output-Duplexer,
9 zeigt einen ähnlichen Vergleich der Breitbandunterdrückung der RX-Filter des single-ended Duplexers und des single-ended / Balanced-Output-Duplexers,
10 zeigt die Isolation des TX-Abschnitts zu dem RX-Abschnitt eines single-ended Duplexers im Vergleich mit der Isolierung eines jeweiligen Duplexers, wie er von der Erfindung verwendet wird,
11 zeigt ein DMS-Filter, das als RX-Filter mit single-ended Eingang und symmetrischem Ausgang verwendet werden kann,
12 zeigt ein DMS-Filter, das als RX-Filter mit unsymmetrischem Eingang und symmetrischem Ausgang und einer Impedanztransformation zwischen Eingang und Ausgang verwendet werden kann,
13 zeigt eine Frontend-Schaltung mit drei RX-Zweigen unter Verwendung eines gemeinsamen Verstärkers,
14 zeigt eine Frontend-Schaltung mit drei RX-Zweigen und jeweils einem Verstärker, die mit der Empfangseinheit über einen Schalter verbunden sind,
15 zeigt die gleiche Schaltung wie 14, wobei die Ausgänge der verschiedenen Verstärker mit dem gleichen Ausgangspin verbunden sind, ohne dass ein Element dazwischen vorhanden ist.

1 zeigt einen RX-Zweig gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Ein von einer Antenne empfangenes Signal ist an den Eingang eines Filters F mit einem single-ended Eingang gekoppelt. Das Filter F besitzt eine integrierte Balun-Funktion und liefert somit am Ausgang ein Differenzsignal. Das Differenzsignal des Filters F ist an einen Verstärker LNA gekoppelt, der jedoch ein unsymmetrisches oder single-ended verstärktes Ausgangssignal erzeugt. Das Ausgangssignal ist an eine Empfangseinheit RU gekoppelt, die Teil einer Transceivereinheit sein kann, die auch Empfangs- und Sendesignale betreiben kann. Das Filter F kann ein DMS-Filter oder ein Leiter-Typ-Filter sein, das aus SAW-Resonatoren oder BAW-Resonatoren hergestellt ist.
2 zeigt einen RX-Zweig der Frontend-Schaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Ein Empfangssignal von der Antenne ist an den single-ended Eingang des Filters F gekoppelt. Das Filter F hat einen symmetrischen Ausgang und koppelt ein differentielles oder symmetrisches Signal an den Eingang eines Verstärkers LNA. Der Verstärker hat einen differentiellen Ausgang und ist an einen Balun BN gekoppelt. Der Ausgang des Balun BN ist an eine Empfangseinheit RU gekoppelt. Da der Verstärker LNA der zweiten Ausführungsform keine Balun-Funktion beinhaltet, benötigt er den separaten Balun BN. Gemäß der Erfindung wird ein unsymmetrisches Signal an die Empfangseinheit RU geliefert.
3 zeigt einen Vergleich zwischen der Einfügedämpfung eines Filters F, das beidseitig single-ended ist, verglichen mit der Einfügedämpfung eines Filters F, das single-ended auf der Eingangsseite und symmetrisch auf der Ausgangsseite ist. Die Kurve des symmetrischen Filters wird als B bezeichnet, während die Kurve für das beidseitige single-ended Filter als S bezeichnet wird. Es ist ersichtlich, dass die Einfügedämpfung des symmetrischen Filters insbesondere in der Nähe der Kanten des Durchlassbandes verbessert ist.
4 zeigt die gleichen Kurven S und B über ein breiteres Frequenzspektrum. Es ist ersichtlich, dass die Unterdrückung von Frequenzen in der Nähe des Durchlassbereichs bei dem symmetrischen Filter im Vergleich mit dem beidseitigen single-ended Filter verbessert ist. Dies bedeutet, dass Frequenzen von anderen Bändern in der Nähe des Durchlassbereichs besser unterdrückt werden und die Signalverarbeitung innerhalb des Durchlassbereiches, der innerhalb des gewünschten Bandes liegt, nicht stören.
5 zeigt die gleichen Kurven wie in den 3 und 4, zeigt jedoch einen noch breiteren Frequenzbereich, um die Breitbandunterdrückung beider Filter zu zeigen. Es ist zu erkennen, dass die Unterdrückung von Frequenzen bis zu etwa dem Dreifachen der Durchlassbandfrequenz des Filters bei dem single-ended / symmetrischen Filter wesentlich besser ist. Da WLAN-Frequenzen innerhalb dieses Frequenzbereichs liegen, kann ein solches single-ended / symmetrisches Filter in Koexistenz mit WLAN verwendet werden, ohne zu hohe Kopplung von WLAN-Signalen in das Durchlassband.
6 zeigt einen weiteren Vergleich zwischen den Durchlassbändern (Einfügedämpfung) über Filter, die an beiden Seiten single-ended sind, verglichen mit einem Filter, das single-ended / symmetrisch ist. Im linken Teil der Abbildung ist das TX-Filter eines Duplexers dargestellt, während die rechte Seite zwei Kurven für den Vergleich zwischen den jeweiligen RX-Filtern des Duplexers zeigt. Die Abbildung zeigt nur kleine Unterschiede zwischen den beiden Kurven S, B im TX-Filter sowie dem RX-Filter soweit nur der Durchlassbereich betrachtet wird. Beide Vergleiche liefern nur geringe Unterschiede in dem Durchlassbereich, so dass TX-Filter und RX-Filter der Duplexer nahezu die gleichen Einfügedämpfung zeigen, ob als ein single-ended Filter oder ein single-ended / symmetrisches Filter ausgeführt.
Neben dem Durchlassbereich unterscheidet sich jedoch die Unterdrückung von Frequenzen in der Nähe des Durchlassbereichs bei single-ended RX-Filtern (siehe Kurve S) wesentlich im Vergleich zu RX-Filtern, die als single-ended / symmetrische Filter ausgeführt sind (siehe Kurve B). Die Kurve B für das symmetrische Filter zeigt eine viel stärkere Unterdrückung von nahen Frequenzen. Die beiden Kurven für die TX-Filter, die auf der linken Seite gezeigt sind, zeigen nur kleine Unterschiede und sind nahezu identisch.
8 zeigt denselben Vergleich für eine Breitbandunterdrückung über ein Frequenzspektrum bis etwa zum Dreifachen der Basisfrequenz des Durchlassbandes für das TX-Filter eines Duplexers. 9 zeigt den gleichen Vergleich für das RX-Filter eines Duplexers. In 8 ist ersichtlich, dass die Kurven S und B im Tx-Filter nur geringe Unterschiede im Breitband zeigen. Eine wesentlich höhere Unterdrückung dieser Frequenzen kann aber an dem RX-Filter erreicht werden, insbesondere bei Frequenzen zwischen 3 GHz und 6 GHz.
10 zeigt einen Vergleich zwischen der Isolation von TX zu RX für einen Single-Ended-Duplexer im Vergleich zu einem Single-Ended-Eingang /Balanced-Output-Duplexer. Über das gesamte dargestellte Spektrum kann eine verbesserte Isolation für das symmetrische Filter, wie durch die Kurve B gezeigt, festgestellt werden.
11 zeigt ein DMS-Filter mit einem single-ended Eingang I und einem symmetrischen Ausgang O +, O-. Das Filter hat drei parallel zum Eingang I geschaltete Eingangswandler. Zwei parallel zu den Eingangswandlern angeordnete Ausgangswandler sind parallel zum Ausgang O +, O- geschaltet. Auf beiden Seiten der akustischen Spur des DMS-Filters ist ein reflektierendes Gitter angeordnet, das als Reflektor für die akustischen Wellen dient.
Durch die nahezu symmetrische Verteilung der Wandlerfinger auf Ein- und Ausgang ergibt sich auf der Ein- und Ausgangsseite die gleiche Impedanz, beispielsweise 50 Ω. Neben diesen fünf Wnadler-DMS-Filtern mit einer Spur können auch andere DMS-Filter verwendet werden. Diese Filter können sich durch die Anzahl der Eingangs- und Ausgangswandler oder durch die Anzahl der Spuren unterscheiden. Zwei oder mehr Spuren können parallel oder in Reihe geschaltet werden, um eine bessere Auswahl oder einen symmetrischeren Ausgang bereitzustellen.
12 zeigt ein anderes DMS-Filter, das als RX-Filter für eine erfindungsgemäße Frontend-Schaltung verwendet werden kann. Dieses Filter hat wiederum drei Eingangswandler, die an einen single-ended Eingang I und zwei Ausgangswandler angeschlossen sind, die mit dem symmetrischen Ausgang O + / O- in Reihe geschaltet sind. Durch die Reihenschaltung der Ausgangswandler wird die Impedanz auf der symmetrischen Ausgangsseite verbessert. Somit zeigt dieses Filter eine Eingangsimpedanz von etwa 50 Ω und eine umgesetzte Ausgangsimpedanz von etwa 200 Ω.
Neben dem DMS-Filter gemäß 12 kann eine solche Impedanztransformation mit einem höheren oder einem niedrigeren Faktor durch eine große Variation der DMS-Struktur realisiert werden, die sich durch die Anzahl der Wandler oder durch die Reihenschaltung oder Parallelschaltung von Wandlern unterscheiden kann.
11 und 12 zeigen ein Beispiel einer Realisierung einer akustischen Komponente, die ein Signal vom single-ended Eingang in einen symmetrischen Ausgang umwandeln kann. Es kann mit anderen akustischen Spuren kombiniert werden, um eine bestimmte Spezifikation zu verbessern. Viele verschiedene Realisierungen eines solchen Filters sind möglich und aus dem Stand der Technik bekannt. Neben diesem anschaulichen Beispiel wird eine große Flexibilität gegeben, wie ein solches Filter entworfen werden kann. Außerdem können die Filter mit der Impedanz des mit dem Filter verbundenen Verstärkers abgestimmt werden.
In 11 sind Ausgangswandler parallel verzweigt. Die gesamte Ausgangsimpedanz ist dann die Hälfte der individuellen Impedanz des Wandlers. In diesem Fall ist bei einer Wandlerimpedanz von 100 Ω die Ausgangsimpedanz gleich der Eingangsimpedanz von 50 Ω.
In 12 sind Ausgangswandler in Reihe verzweigt. Die gesamte Ausgangsimpedanz beträgt das Zweifache der einzelnen Wandlerimpedanz. In diesem Fall beträgt die Ausgangsimpedanz bei einer Wandlerimpedanz von 100 Ω 2 × 100 Ω = 200 Ω.
Um die Erklärung zu vereinfachen, wird ein Eingang von 50 Ω angenommen, aber jede andere Eingangsimpedanz ist möglich. Die Ausgangsimpedanz kann von der Eingangsimpedanz oder geringfügig bis zum Vierfachen der Eingangsimpedanz oder höher mit einer korrekten Verteilung der Elektrodenanzahl reichen.
Flexibilität bei der Wahl der Ausgangsimpedanz ist nicht oder in geringem Maße möglich, nur durch Verwenden eines Geräts, das single-ended ein- und ausgangsseitig ist. Die zusätzliche Flexibilität von symmetrischen Ausgabegeräten ermöglicht eine bessere Impedanzanpassung zwischen dem Verstärker und dem Filter, was zu einer besseren Rauschzahl des gesamten Abzweigs führt und den Empfang für den Benutzer des Mobiltelefons verbessert.
13 zeigt eine Frontend-Schaltung mit drei RX-Zweigen, die jeweils ein Bandpassfilter F1 bis F3 umfassen, die einem jeweiligen Frequenzband zugeordnet sind. Zum Beispiel ist F1 Band 41 zugeordnet, das Filter F2 ist Band 7 zugeordnet und Filter F3 ist Band 40 zugeordnet. Ein erster Schalter SW1 ist zwischen den Eingängen der RX Zweige verbunden, die mit den Eingängen der RX-Filter F1 bis F3 und der Antenne identisch sind. Durch den ersten Schalter SW1 kann ein gewünschter der RX-Zweige angeschlossen und somit an die Antenne gekoppelt werden.
Auf der Ausgangsseite der RX-Filter ist ein zweiter Schalter SW2 mit den RX-Zweigen verbunden, die den symmetrischen Ausgang des jeweiligen RX-Filters mit dem Eingang eines gemeinsamen Verstärkers LNAc verbinden können. In diesem Beispiel ist der Verstärker LNAc dazu ausgelegt, einen Bereich von Frequenzen gemäß dem Bereich zu verstärken, der die Mittenfrequenzen der drei RX-Zweige bzw. der Mittenfrequenzen der drei RX-Filter umfasst. Es ist bevorzugt, dass der gemeinsame Verstärker LNAc durch den zweiten Schalter SW2 verbindbar ist nur für diejenigen Zweige, die mit Frequenzen innerhalb des gleichen Frequenzbereichs arbeiten, das heißt, beispielsweise Niedrigband, Mittelband oder Hochband.
Wenn eine Frontend-Schaltung oder ein Frontend-Modul mit Frequenzen arbeitet, die unterschiedlichen Frequenzbereichen zugeordnet sind, die aus Niedrigband, Mittelband oder Hochband oder irgendeinem anderen Band ausgewählt sind, ist es bevorzugt, dass der gemeinsame Verstärker LNAc nur mit RX-Zweigen desselben Frequenzbereichs verbindbar. Andere Frequenzbereiche können an einen anderen gemeinsamen Verstärker angeschlossen werden. Ein Verstärker, der innerhalb eines begrenzten Frequenzbereichs arbeitet, kann mit einem höheren Wirkungsgrad in Bezug auf Verstärkung und Rauschzahl arbeiten.
13 ist ein schematisches Beispiel gemäß der ersten Ausführungsform, wie in 1 gezeigt. Das Beispiel schlägt vor, so viele DP2T-Schalter zu verwenden, wie Filter oder eine Gruppe von Filtern miteinander verbunden und zu einem gemeinsamen speziellen Verstärker LNA geleitet werden. Verstärker LNA hat einen symmetrischen Eingang und ist dazu ausgelegt, das symmetrische Eingangssignal in ein single-ended Signal in der aktiven Domäne umzuwandeln, wobei das single-ended Ausgangssignal an den Modulausgang anschließbar ist. Konzentrierte oder eingebettete abgestimmte Komponenten können vor oder hinter Filter, Schalter und Verstärker platziert werden.
14 zeigt eine andere Ausführungsform einer Frontend-Schaltung mit drei RX-Zweigen. Hier umfasst jeder RX-Zweig ein RX-Filter F und einen Verstärker LNA. Ein erster Schalter SW1 koppelt das von einer Antenne empfangene Signal an einen gewünschten der Eingänge der RX-Verzweigungen. Die drei Ausgänge der drei Verstärker der drei RX-Zweige sind mit dem Eingang eines zweiten Schalters SW2 gekoppelt, der die single-ended Signale, die von einem der RX-Zweige bzw. einem der Verstärker LNA geliefert werden, an die Empfängereinheit koppelt. Wie in der Ausführungsform von 13 ist es bevorzugt, dass die zwei Schalter SW1 und SW2 synchron den gleichen RX-Zweig schalten.
Die Ausführungsform von 14 hat den Vorteil, dass der Verstärker nur einem Frequenzband zugeordnet ist und somit auf das Betriebsfrequenzband optimiert werden kann. Da jeder RX-Zweig einen eigenen Verstärker besitzt, müssen die Mittenfrequenzen der RX-Bänder nicht innerhalb desselben Frequenzbereichs liegen und können unterschiedlichen Frequenzbereichen zugeordnet werden. 14 ist ein schematisches Beispiel und schlägt vor, so viele Verstärker LNA wie Filter oder Gruppen von Filtern zu verwenden, die miteinander verbunden sind. Jeder Verstärker LNA ist dafür ausgelegt, ein Signal von symmetrisch zu single-ended in der aktiven Domäne umzuwandeln. Ein SPNT-Schalter wird verwendet, um die Ausgabe des ausgewählten RX-Zweigs an den Modulausgang zu lenken. Verglichen mit 13 ist die Rauschzahl wegen einer geringeren Dämpfung im Signalweg (RX-Zweig) vor der Verstärkung besser.
15 ist eine weitere Ausführungsform ähnlich der Ausführungsform von 14 aber ohne den zweiten Schalter. Die Ausgänge der Verstärker LNA der drei RX-Zweige sind mit einem gemeinsamen Knoten CN verbunden, der mit der Empfängereinheit verbunden ist. Daher wird eine Auswahl eines gewünschten RX-Zweigs nur durch Umschalten des ersten Schalters SW1 durchgeführt.
15 schlägt vor, eine Kombination aus symmetrischen Ausgangsfiltern oder Duplexern und einem entsprechenden LNA zu verwenden, und Mittel, um das Signal in Single-Ended umzuwandeln. Es wird vorgeschlagen, so viele Verstärker LNA wie Filter F oder Filtergruppen zu verwenden, die miteinander verbunden werden müssen. Die Verstärker LNA sind dazu ausgelegt, ein Signal von symmetrisch zu single-ended in der aktiven Domäne umzuwandeln und sollten in der Lage sein, zusammengeschaltet zu werden. Im Vergleich zu dem vorhergehenden Beispiel ist die Rauschzahl äquivalent und besser als die Rauschzahl in der ersten Ausführungsform von 13. Die Anzahl der Komponenten und dann Komplexität und Größe sind im Vergleich zu den Ausführungsformen von 13 und 14 niedriger.
Für jede der Ausführungsformen gemäß den 14 bis 15 kann der Eingangsschalter (erster Schalter SW1) durch eine Multiplexerverbindung ersetzt werden. In diesen Realisierungen sind zwei oder mehr Eingänge oder Filter über ein Anpassnetzwerk miteinander verbunden. Diese Funktion ist für die Trägeraggregation obligatorisch, kann aber auch in anderen Fällen verwendet werden, um die Anzahl der Switch-Würfe zu verringern. Das Ändern des Schemas der Bandauswahl über einen Schalter oder einen Multiplexer ändert nicht das Prinzip der vorgeschlagenen Erfindung.
Die Erfindung wurde nur anhand von wenigen Ausführungsformen und Figuren erläutert. Daher ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern ist nur durch die Ansprüche definiert. In allen Ausführungsformen können andere Komponenten, andere oder mehr RX-Verzweigungen vorhanden sein, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Ferner ist es möglich, zwei oder mehr Frontend-Schaltkreise mit einem gemeinsamen Frontend-Modul zu kombinieren. Jeder Frontend-Schaltkreis kann einem bestimmten Frequenzbereich zugeordnet werden. Dementsprechend kann jede Frontend-Schaltung mit einer separaten Antenne oder mit einer gemeinsamen Antenne gekoppelt sein. Ferner kann jede Frontend-Schaltung oder jedes Frontend-Modul eine jeweilige Anzahl von TX-Zweigen umfassen. Ferner kann jedes RX-Filter Teil eines Duplexers sein, der im jeweiligen Rx-Band und Tx-Band arbeitet.
Bezugszeichenliste

B: Signal des symmetrischen Filters
BN: Balun
F: Bandpassfilter
I: Eingang des Filters
LNA: Verstärker
LNA_C: gemeinsamer Verstärker
O +, O-: symmetrischer Ausgang des Filters
RU: Empfängerempfangseinheit / Empfangsabschnitt
S: Signal des Single-Ended-Filters
SW: Schalter
SW1: Bandauswahlschalter
Z1: erste Impedanz
Z2: zweite Impedanz

Claims

Frontend-Schaltkreis, - aufweisend einen Rx-Zweig, der zwischen einer Antenne und einer Empfängereinheit (RU) gekoppelt ist, wobei - der Rx-Zweig einen Verstärker (LNA) und ein Rx-Filter (F) aufweist, das einen single-ended Eingang und einem symmetrischen Ausgang hat, - das Rx-Filter dazu ausgelegt ist, dass es ein unsymmetrisches Signal von der Antenne empfängt und an seinem symmetrischen Ausgang ein symmetrisches Signal abgibt - der Verstärker geeignet ist, das symmetrische Signal vom Rx-Filter zu empfangen - die Empfangseinheit (RU) dazu ausgelegt ist, ein unsymmetrisches Signal vom Verstärker zu empfangen.
Frontend-Schaltkreis des vorangegangenen Anspruchs, wobei der Verstärker (LNA) dazu ausgelegt ist, ein symmetrisches Eingangssignal zu empfangen und ein single-ended verstärktes Ausgangssignal zu erzeugen.
Frontend-Schaltkreis nach Anspruch 1, wobei der Verstärker (LNA) ein Volldifferenzverstärker ist, der dazu ausgelegt ist, ein symmetrisches Eingangssignal zu empfangen und ein symmetrisches verstärktes Ausgangssignal zu erzeugen wobei ein Balun (BN) zwischen der Empfangseinheit und dem Ausgang des Verstärkers (LNA) gekoppelt ist.
Frontend-Schaltkreis nach einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend zwei oder mehr Rx-Zweige, wobei ein Rx-Filter (F) in jedem Rx-Zweig als Bandpassfilter mit single-ended Eingang und symmetrischem Ausgang angeordnet ist und wobei die Bandpassfilter verschiedenen Frequenzbändern zugeordnet sind.
Frontend-Schaltkreis nach Anspruch 4, aufweisend einen Multiplexer, der zwischen dem Ausgang der Verstärker, die in den Rx-Zeigen angeordnet sind, und den Empfängerabschnitt gekoppelt ist.
Frontend-Schaltkreis nach Anspruch 4, wobei jeder Rx-Zweig einen Verstärker (LNA) aufweist, wobei die Ausgänge der Verstärker an einen Schalter (SW) gekoppelt sind, der in der Lage ist, einen oder mehrere der Rx-Zweige gleichzeitig mit der Empfangseinheit zu verbinden.
Frontend-Schaltkreisg nach Anspruch 4, wobei die Rx-Zweige mit einem jeweiligen Eingang eines Schalters (SW) gekoppelt sind, der einen einzigen Ausgang hat, der an einen gemeinsamen Verstärker (LNAc) gekoppelt ist, wobei der Schalter dazu ausgelegt ist, um ein symmetrisches Eingangssignal an einen symmetrischen Ausgang zu koppeln und somit an den gemeinsamen Verstärker wobei der Schalter dazu ausgelegt ist, um einen gewünschten der Rx-Zweige an den Verstärker zu koppeln.
Frontend- Schaltkreis nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein Bandauswahlschalter zwischen der Antenne und der Vielzahl von Rx-Zweigen gekoppelt ist, wobei der Bandauswahlschalter dazu ausgelegt ist, einen oder mehrere Rx-Zweige gleichzeitig mit der Antenne zu koppeln.
Frontend- Schaltkreis nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein Multiplexer zwischen der Antenne und der Vielzahl von Rx-Zweigen gekoppelt ist, die einem jeweiligen Rx-Zweig, der innerhalb desselben Frequenzbands arbeitet, ein Empfangssignal zuordnet.
Frontend-Schaltkreis nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bandpassfilter unsymmetrische / symmetrische DMS-Filter sind.
Frontend- Schaltkreis nach Anspruch 10, - wobei die DMS-Filter eine akustische Spur aufweisen und Eingangswandler und Ausgangswandler in dieser Spur angeordnet sind, - wobei in jedem DMS-Filter zwei der Ausgangswandler in Reihe zwischen zwei Anschlüssen des symmetrischen Ausgangsports geschaltet sind und - wobei das Filter die Impedanz von einer ersten Impedanz Z1 an dem Filtereingangsanschluss zu einer zweiten Impedanz Z2 an dem symmetrischen Filterausgangsport transformiert.