-
Die sehr aggressive Verkleinerung der jüngsten Modulentwicklungen ermöglicht es Diversitätsfilter-Designteams, mehrere Bandfilter in einem einzigen Chip - oder Kombinationen mehrerer Bänder in einem einzigen Filter - zu kombinieren. Dies gilt auch für Filterstufen nach Leistungsverstärkern. Um diese Verkleinerung zu erreichen und gleichzeitig ein gutes Leistungsniveau beizubehalten, geht der Trend zur Verwendung von stark gekoppelten Substrat- und Doppel-DMS-SAW-Filtern. Diese Filterstrukturen sind für ihre Kompaktheit, ihre steilen Flanken und ihre hohe Out-of-Band-Sperrung bekannt, wenn sie hinsichtlich maximaler spezifizierter Einfügungsdämpfung noch gut sind.
-
Bekannte Doppel-DMS-SAW-Filter können zwei DMS-Strukturen umfassen, die in unterschiedlichen akustischen Spuren ausgebildet sind. Eine DMS-Struktur ist eine Filterstruktur einer akustischen Dual-Moden-Oberflächenwellenvorrichtung und umfasst mindestens zwei Interdigitalwandler (IDTs), die in einer longitudinalen Weise akustisch gekoppelt sind. Eine DMS-Struktur kann ein vollständiger Filter sein oder einen Teil eines Filters darstellen, der zusammen mit weiteren Filterstrukturen desselben Typs oder eines anderen Typs arbeitet. Die beiden DMS-Strukturen können in Reihe verbunden und parallel zueinander angeordnet werden.
-
Selbst bei Verwendung solch kompakter akustischer Topologien, die als 2in1-Filter oder durch eine höhere Anzahl von Filtern, die auf einem Chip integriert sind, realisiert werden, beginnt die Komponentengröße eine nicht zu vernachlässigende Raumbelegung zu erreichen. Dies kann verhindern, dass sie in SMD-Komponenten mit hohem Q zur Impedanzanpassung verwendet werden, beispielsweise, die in der Regel größer dimensioniert sind. Es wird schnell zu einem Kompromiss zwischen Verwenden von externen SMD-Komponenten mit hohem Q auf dem Laminat zur Anpassung der Filter und der Größe der akustischen Filterkomponenten selbst.
-
Es kann nützlich sein, den Formfaktor einer Komponente zu ändern, um einen unterschiedlichen Kompromiss zwischen der Raumbelegung auf dem Laminat eines Moduls zu ermöglichen.
-
Es ist daher Gegenstand der vorliegenden Offenbarung, einen Doppel-DMS-Filter bereitzustellen, der eine kleinere Raumbelegung aufweist und es ermöglicht, kleinere Filtervorrichtungen zu designen, ohne andere Nachteile hinsichtlich der Filterleistung hinnehmen zu müssen.
-
Nach einer Ausführungsform umfasst der Doppel-DMS-Filter eine erste und eine zweite DMS-Struktur, die longitudinal nebeneinander angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind. Dabei ist eine Rekombination von früheren Doppel-DMS, die auf zwei Leitungspuren aufgebaut ist. Dabei werden erste und zweite DMS-Struktur zu einem einzigen Block verschmolzen, um die Änderung des Formfaktors zu ermöglichen.
-
Bestimmte DMS-Strukturen umfassen zwei einzelne DMS-Strukturen, die in zwei akustischen Spuren lateral nebeneinander angeordnet sein können.
-
Jede DMS-Spur umfasst Eingangs- und Ausgangs-IDTs. Die anderen IDTs, die einander gegenüberliegen, überbrücken IDTs, die die zwei Spuren zwischen den zwei separaten DMS-Strukturen miteinander verbinden. Überbrückende IDTs sind phasenangepasst, während Kopplungs-IDTs innerhalb der Spur gegenphasig sind.
-
Diese Überlegung wird bei der Reorganisation der DMS-Struktur berücksichtigt, um von zwei akustischen DMS-Strukturen, die in verschiedenen akustischen Spuren angeordnet sind, zu DMS-Strukturen überzugehen, die In-Leitung, das heißt in einer einzigen Spur, angeordnet sind.
-
In einer Ausführungsform umfasst ein Doppel-DMS-Filter ein Substrat mit einer Hauptoberfläche. Auf der Hauptoberfläche ist die erste DMS-Struktur, die drei oder mehr IDTs umfasst, zwischen einem ersten und einem zweiten Reflektor angeordnet. Die zweite DMS-Struktur, die drei oder mehr IDTs umfasst, ist zwischen einem dritten und einem vierten Reflektor auf der gleichen Hauptoberfläche angeordnet. Erste und zweite DMS-Struktur sind in Reihe geschaltet und phasenangepasst, durch Verbinden jedes Ausgangs-IDTs der ersten DMS-Struktur mit einem entsprechenden Eingangs-IDT der zweiten DMS-Struktur. Erste und zweite DMS-Struktur sind In-Leitung direkt nebeneinander angeordnet.
-
Der erste und der zweite Reflektor gehören zur ersten DMS-Struktur. Der dritte und der vierte Reflektor sind der zweiten DMS-Struktur zugeordnet.
-
Erste und zweite DMS-Struktur sind dem gleichen Durchlassband, das heißt zu der gleichen Filterfunktion, zugeordnet. Sie schwingen aber bei unterschiedlichen Zentralfrequenzen mit. Dies führt zu einem Überlapp zwischen ihren jeweiligen Durchlassbändern. Beide DMS-Strukturen sind Komponenten der gesamten Durchlassbandlösung.
-
Nach einer Ausführungsform umfasst der zweite und dritte Reflektor Reflektorstreifen. Der mittlere Anstand der Reflektorstreifen des zweiten Reflektors unterscheidet sich von dem mittleren Abstand der Reflektorstreifen des dritten Reflektors. Zweiter und dritter Reflektor sind an den Enden der DMS-Strukturen lokalisiert, die einander zugewandt sind.
-
Ein optionaler fünfter Reflektor kann zwischen dem zweiten und dem dritten Reflektor angeordnet werden. Der fünfte Reflektor umfasst Reflektorstreifen mit einem mittleren Abstand, der sich von dem mittleren Abstand der Reflektorstreifen des zweiten und dritten Reflektors unterscheidet.
-
Nach einem Beispiel können zwei DMS-Strukturen mit jeweils drei Interdigitalwandlern (IDTs) durch die folgende Sequenz R1~W1~W2~W3~R2 und R3~W4~W5~W6~R4 dargestellt werden. Kombiniert und in In-Leitung, das heißt longitudinal nebeneinander, angeordnet, stehen sich der zweite und dritte Reflektor gegenüber. Die gesamte Anordnung kann durch die folgende Sequenz R1~W1~W2~W3~R2~R3~W4~W5~W6~R4 dargestellt werden.
-
Die Reihenschaltung kann durch Verbinden einer jeweiligen Sammelschiene von drittem IDT W3 und viertem IDT W4 erfolgen. Ebenso werden erster IDT W1 und sechster IDT W6 über eine entsprechende Sammelschiene angeschlossen. Der verbleibende zweite IDT W2 und fünfte IDT W5 fungieren jeweils als Eingang oder Ausgang des Doppel-DMS-Filters.
-
Ein Vorteil einer solchen Topologie ist, dass die Anzahl der Leitungskreuzungen deutlich begrenzt werden kann. Solche Leitungskreuzungen sind akustische Überlappungen verschiedener Leitungen, d.h. Signalleitungen und/oder Masseleitungen mit einer dazwischenliegenden Isolationsschicht, um Zusammenschaltung von IDTs und Verbindungen von IDTs mit einem Masse- oder Signalanschluss zu ermöglichen und dadurch Kurzschlüsse zwischen den sich kreuzenden Leitungen und Überlagern oder kapazitive Kopplung zwischen den verschiedenen Leitungen zu vermeiden. Als Effekt wird die Kapazität des Layouts reduziert.
-
Daher können Induktivitäten mit geringerer Induktivität zur Anpassung des Filters verwendet werden, wodurch Verlust, der aus dem Anpassungsnetzwerk resultiert, reduziert wird.
-
Dieser Ansatz kann auf DMS-Strukturen mit mehr als drei IDTs ausgedehnt werden, solange die Phasen- und Kopplungsbedingungen erfüllt sind oder erfüllt werden können.
-
Durch Beibehalten der gleichen Verbindung zwischen IDTs kann sichergestellt werden, dass die Phasenanpassungsbedingungen für die Vorrichtung auch bei Reorganisation der IDT-Anordnung beziehungsweise der DMS-Strukturen gleich bleiben.
-
In Abhängigkeit von dem Ausbreitungsmodus auf dem Substrat kann es mehr oder weniger Überlagerung zwischen den zwei In-Leitung befindlichen DMS-Strukturen geben, die sich innerhalb der gleichen akustischen Spur befinden und die gleiche Apertur teilen oder zumindest überlappende Aperturen aufweisen. Da die Pitches zwischen den Fingern der IDTs nahe beieinander liegen können, kann die Resonanz eines IDTs aus der ersten DMS-Struktur mit einem IDT aus der zweiten DMS-Struktur gekoppelt werden. In der beschriebenen einfachen Ausführungsform sind die IDTs W3 und W4 diesem Effekt am stärksten ausgesetzt.
-
Die Folge einer solchen Kopplung wäre eine Erhöhung der Anzahl der Spikes, die aus dem Band heraus entstehen. Dies würde den Unterdrückungsgrad in einem sehr breiten Frequenzbereich verschlechtern.
-
Dies kann vermieden werden, indem ein Substrat mit einem dedizierten Schnittwinkel verwendet wird, der eine starke Kopplung, aber eine niedrige Reflektivität bereitstellt.
-
Alternativ ist es möglich, die Anzahl der IDTs in einer oder beiden DMS-Strukturen zu erhöhen, um Breitbandunterdrückung auf ein höheres Niveau zu verbessern.
-
Eine schlechte Reflektivität könnte jedoch verhindern, dass das Durchlassband des Filters steile Flanken erreicht. Es kann schwierig sein, ein hohes Niveau der Out-of-Band-Sperrung zu spezifizieren.
-
Eine weitere Möglichkeit, um Überlagerung zu reduzieren und den Nachteil des oben genannten Verfahrens zu vermeiden, besteht darin, mindestens einen zentralen Reflektor hinzuzufügen und ihn zwischen der ersten und zweiten DMS-Struktur anzuordnen. Der zentrale Reflektor kann dann als fünfter Reflektor bezeichnet werden.
-
Nach einem Beispiel umfassen ein zweiter und dritter Reflektor Reflektorstreifen, die jeweils einen mittleren Abstand zwischen nebeneinander liegenden Reflektorstreifen aufweisen. Der mittlere Abstand des zweiten Reflektors wird so eingestellt, dass er sich von dem mittleren Abstand der Reflektorstreifen des dritten Reflektors unterscheidet. Der zweite und der dritte Reflektor sind Reflektoren, die an den einander zugewandten Enden der jeweiligen DMS-Strukturen lokalisiert sind. Der fünfte oder zentrierte Reflektor ist zwischen dem zweiten und dem dritten Reflektor angeordnet und weist Reflektorstreifen mit einem mittleren Abstand auf, der sich von dem mittleren Abstand der Reflektorstreifen des zweiten und dritten Reflektors unterscheidet.
-
Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Sperrband in der Frequenz gut positioniert ist. Der fünfte Reflektor kann auf jede gewünschte Frequenz eingestellt werden, um eine Out-of-Band Sperrung zu erreichen.
-
Der fünfte Reflektor in der Mitte wird zur Verstimmung der Überlagerung zwischen den beiden DMS-Strukturen verwendet. Er kann akustisch auf einen Frequenzbereich eingestellt werden, in dem eine Sperrung vorteilhaft ist.
-
Neben dem fünften Reflektor ist es möglich, so viele Reflektoren zwischen erster und zweiter DMS-Struktur hinzuzufügen, wie gewünscht oder erforderlich sind, um die Überlagerung in mehreren Frequenzbereichen zu reduzieren.
-
Die Anzahl der Reflektorstreifen, die für diesen Zweck verwendet werden können, ist im Vergleich zu der Sperrung, die das Durchlassband des Reflektors bieten kann, recht gering. Die Gesamtreflexion hängt jedoch vom Koppellungsfaktor des Substrats ab.
-
Nach einem Beispiel kann die Anzahl der hinzugefügten Reflektoren, die zwischen erster und zweiter DMS-Struktur angeordnet sind und jeweils ein eigenes Sperrband aufweisen, erhöht werden, ohne die Gesamtzahl der Reflektorstreifen zu erhöhen, indem die Anzahl der für jedes einzelne Sperrband erforderlichen Streifen reduziert wird. Ein fünfter Reflektor mit n Reflektorstreifen mit gleichem Abstand nebeneinander liegender Reflektorstreifen kann in eine Anzahl N kleinerer Reflektoren mit jeweils einer kleineren mittleren Anzahl von Reflektorstreifen von n/N umgewandelt werden. Dies führt dazu, dass ein fünfter Reflektor eine gestufte Streifendistanz (= Pitch)-Variation oder im Extremfall eine lineare Verteilung aufweist, bei der ein Pitch zwischen jeweils zwei nebeneinander liegenden Reflektorstreifen variiert. Dadurch kann die Sperrung in einem breiteren Frequenzbereich verbessert werden, wo sonst störende Spitzen oder eine zu geringe Unterdrückung auftreten würden.
-
Eine mögliche Pitch-Variation des fünften Reflektors wird auf eine lineare Variation eingestellt. In diesem Fall vergrößert sich der Abstand zwischen nebeneinander liegenden Reflektorstreifen dieses zentrierten Reflektors von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende desselben.
-
Der Doppel-DMS-Filter kann durch Anordnen einer dritten Filterstruktur auf dem Substrat zu einem Zwei-in-Eins-Filter erweitert werden.
-
Die dritte Filterstruktur kann auf dem Substrat angeordnet werden, um die Substratfläche optimal auszunutzen. Die dritte Filterstruktur kann ein weiterer Doppel-DMS-Filter mit einer In-Leitung-Anordnung wie der erste Doppel-DMS-Filter sein und kann parallel und direkt nebeneinander zu dem ersten Doppel-DMS-Filter angeordnet werden. Alternativ kann die dritte Filterstruktur auch anders ausgeführt sein und zum Beispiel zwei parallel angeordnete akustische Spuren aufweisen.
-
Erster Doppel-DMS-Filter und dritte Filterstruktur können einen gemeinsamen Antennenanschluss verwenden, der auf dem Substrat angeordnet ist. Beide Filterstrukturen können aneinander angepasst werden, um die gegenseitige Isolierung ihrer Durchlassbänder zu verbessern. Jeder Filter kann jedoch einen separaten Antennenanschluss aufweisen.
-
Der Doppel-DMS-Filter kann als Rx-Filter verwendet werden. In einem Beispiel kann der Doppel-DMS-Filter ein Splitband-Filter für Splitbänder wie B28A/28B oder B71A/B71B sein.
-
Eine weitere Ausführungsform umfasst eine erste und eine zweite DMS-Struktur, die auf einem LT-Substrat gebildet sind und Bänder b29 und b14 abdeckt.
-
In ähnlicher Weise werden bei einem weiteren Doppel-DMS-Filter erste und zweite DMS-Struktur auf einem LN-Substrat gebildet und Bänder b12-13-14 und b20 abgedeckt. Diese Struktur kann ausgedehnt werden, um die Bänder b12-13-14 und b20 abzudecken.
-
Nach einer Ausführungsform kann der Doppel-DMS-Filter als 3-in-1-Filter auf einem LN-Substrat ausgeführt werden, um Splitband 28 und Band b29 abzudecken.
-
Ein 3-in-1-Filter kann den ersten Doppel-DMS-Filter mit einer In-Leitung-Anordnung sowie einen zweiten und einen dritten Doppel-DMS-Filter umfassen, die in longitudinaler Richtung nebeneinander angeordnet sind. Zweiter und dritter Doppel-DMS-Filter umfassen jeweils zwei Spuren, die parallel und longitudinal nebeneinander angeordnet sind. Zweiter und dritter Doppel-DMS-Filter sind longitudinal nebeneinander angeordnet. Erster Doppel-DMS-Filter erstreckt sich über die gesamte longitudinale Länge von zweiten und dritten Doppel-DMS-Filter in longitudinaler Richtung und bildet so eine platzsparende Anordnung.
-
Im Folgenden wird der Doppel-DMS-Filter anhand von Beispielen und den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
- 1 zeigt einen Doppel-DMS-Filter in einer Zwei-Leitung-Anordnung von zwei DMS-Strukturen
- 2 zeigt einen Doppel-DMS-Filter aus 1, der in eine In-Leitung-Anordnung umgeordnet ist
- 3 zeigt einen Doppel-DMS-Filter aus 2 mit einem zusätzlichen Reflektor zwischen den zwei DMS-Strukturen
- 4 zeigt einen möglichen Pitch-Verlauf des fünften Reflektors des Filters aus 3
- 5 zeigt die Funktionalität des fünften Reflektors in Bezug auf seine frequenzabhängige Reflexion
- 6 zeigt Frequenzantwort des Doppel-DMS-Filters aus 3, der für Splitband b29 designt ist
- 7 zeigt die simulierte Admittanz des Doppel-DMS-Filters aus 3, der für Splitband b29 in einer Breitbanddarstellung designt ist
- 8 zeigt 3-in-1-Filter, der einen Doppel-DMS-Filter mit In-Leitung-Anordnung umfasst.
-
1 zeigt einen Doppel-DMS-Filter in einer Zwei-Leitung-Anordnung aus zwei DMS-Strukturen. Jede DMS-Struktur umfasst drei IDTs W, die zwischen zwei Reflektoren R angeordnet sind. Die erste DMS-Struktur ist in einer ersten Leitung oder Spur L1 und die zweite DMS-Struktur ist in einer zweiten Leitung oder Spur L2 angeordnet. Beide Leitungen sind lateral nebeneinander und parallel zueinander angeordnet. Die beiden DMS-Strukturen sind zwischen einem Eingangsanschluss IN und einem Ausgangsanschluss OUT elektrisch in Reihe geschaltet. Die beiden DMS-Strukturen sind so verbunden, dass jeder Wandler des ersten Eingangs-DMS mit jedem Wandler des zweiten DMS-Ausgangs verbunden ist.
-
Eine Überbrückungskopplungsleitung verbindet ersten IDT W1 der ersten Leitung mit viertem IDT W4, der in der zweiten Leitung angeordnet ist. Ebenfalls verbunden sind der dritte IDT W3 der ersten Leitung L1 und der sechste IDT W6 der zweiten Leitung L2. Beide überbrückenden Kopplungsleitungen kreuzen jeweils zwei Masseleitungen und sind somit gegen die Masseleitung durch eine an jedem Kreuzungspunkt angeordnete isolierende Zwischenlage oder Schicht isoliert.
-
Ein solcher Doppel-DMS-Filter kann optimiert und z.B. für Abdeckung des Splitbandes 29 designt werden und damit die geforderte Leistung zeigen.
-
Allerdings entspricht eine solche Anordnung von zwei Leitungen möglicherweise nicht einem Platzbedarf auf dem jeweiligen Filterchip.
-
2 zeigt einen Doppel-DMS-Filter aus 1 nach Umordnung in eine In-Leitung-Anordnung. Erste und zweite DMS-Struktur werden In-Leitung angeordnet, ohne dass die IDTs und/oder Reflektoren verändert werden. Zweiter und fünfter IDT W2, W5 sind jeweils mit einem Eingangs- und einem Ausgangsanschluss verbunden. Dritter und vierter IDT W3, W4 sind über eine Verbindungsleitung verbunden. Auch erster und sechster IDT W1, W6 sind über eine weitere Verbindungsleitung angeschlossen. Letzterer muss zweimal über eine Masseleitung geführt werden und ist somit über eine isolierende Zwischenlage isoliert.
-
Eine vollständige Simulation einer solchen Anordnung zeigt starke Wechselwirkung zwischen den beiden DMS-Strukturen, wenn sie in ein und derselben Leitung angeordnet sind. Infolgedessen kann die Out-of-Band-Sperrung Welligkeiten auf einem Niveau aufweisen, das die Filterleistung verschlechtern kann.
-
Nach einer Weiterentwicklung kann die Welligkeit reduziert werden, indem ein fünfter Reflektor R5 in der Mitte zwischen den beiden DMS-Strukturen angeordnet wird. Dieser Reflektor kann so optimiert werden, dass er bei der Frequenz einer störenden Spitze oder Welligkeit reflektiert.
-
3 zeigt den Doppel-DMS-Filter aus 2 mit diesem zusätzlichen fünften Reflektor R5 zwischen den zwei DMS-Strukturen.
-
Das Reflexionsmaximum des fünften Reflektors R5 kann auf eine Frequenz eingestellt werden, bei der eine Verbesserung der Unterdrückung benötigt wird.
-
4 zeigt einen möglichen Pitch des fünften Reflektors R5 in 3. Im gezeigten Beispiel nimmt der Pitch schrittweise ab. Dies bedeutet, dass die zugeordnete Frequenz in dieser Richtung ansteigt. Somit kann ein relativ breiter Bereich von Störfrequenzen an der Einkopplung in eine jeweils nebeneinanderliegende DMS-Struktur gehindert werden. Ein mögliches Ziel ist es, die Reflexion des fünften Reflektors R5 bei einer Frequenz aufzuweisen, die sich stark von der des dritten Reflektors R3 unterscheidet.
-
Nach einem weiteren möglichen Verlauf wird der Pitch innerhalb jeweils eines dieser drei Reflektoren konstant eingestellt. Es ist jedoch auch möglich, einen gechirpten Bereich in R~W-Verbindung als Pitch-Variation in jedem der Reflektoren R bereitzustellen. Allerdings ist der Pitch in jedem dieser drei Reflektoren unterschiedlich. Die jeweilige Frequenz der Reflektoren nimmt schrittweise vom zweiten zum dritten Reflektor zu.
-
5 zeigt die Leistung eines Reflektors, der für einen Doppel-DMS-Filter optimiert ist, der Splitband b29 abdeckt. Die höchste Reflexion wird gerade bei jenen Frequenzen eingestellt, bei denen sonst störende Welligkeiten in der Admittanz des Filters beim Weglassen des fünften Reflektors entstehen würde.
-
6 zeigt simulierte Admittanz des Doppel-DMS-Filters aus 3, der für Splitband b29 designt ist, und entsprechende VSWR-Kurven für beide DMS-Strukturen in einer schmalbandigen Darstellung um das Durchlassband herum. Es ist zu erkennen, dass das Durchlassband glatt und ohne Welligkeiten ist und die Einfügungsdämpfung akzeptabel niedrig ist.
-
7 zeigt die gleiche simulierte Admittanzkurve, die die Admittanz des Doppel-DMS-Filters aus 3 ist, der für Splitband b29 designt ist, jedoch in einer Breitbanddarstellung. Es ist zu erkennen, dass die Out-of-Band-Dämpfung im oberen Sperrband auf dem erforderlichen Niveau liegt. Der Reflektor R5 ist so designt, dass dieser spezifische Pegel erreicht wird.
-
8 zeigt 3-in-i-Filter, der ein Doppel-DMS-Filter mit In-Leitung-Anordnung umfasst, der mit einem zweiten und einem dritten Doppel-DMS-Filter kombiniert ist, die jeweils in zwei parallelen Spuren oder Leitungen auf demselben Chip ausgeführt sind. Die drei Filter F1, F2 und F3 können voneinander unabhängig sein. Es ist jedoch vorteilhaft, die Masseleitungen der drei Filter miteinander zu verbinden, um eine bessere Abschirmung zu erreichen und Chipfläche zu sparen. Zweiter und dritter Filter F2, F3 sind in longitudinaler Richtung nebeneinander angeordnet. Der erste Filter, der der In-Leitung Doppel-DMS-Filter ist, erstreckt sich über den zweiten am dritten Filter und ist lateral neben den zwei vorher genannten Filtern angeordnet. Eine solche Anordnung spart Chipfläche und ist daher vorteilhaft.
-
Die Zentralfrequenzen der drei Filter der 3-in-1-Anordnung können ähnlich sein oder liegen mindestens in der gleichen Dekade. Abhängig von den Fähigkeiten des verwendeten Schichtstapels, der die Filter bildet, können sich die Zentralfrequenzen stärker unterscheiden. Beispielhafte Bandkombinationen für eine solche Anordnung sind in der obigen Beschreibung angegeben, sind aber nicht auf diese spezifischen Beispiele beschränkt.
