DE10392971B4

DE10392971B4 - Filterschaltung

Info

Publication number: DE10392971B4
Application number: DE10392971T
Authority: DE
Inventors: Juha Sakari Ellä; Hans-Jörg Dr. Timme; Robert Dr. Aigner; Stephan Dr. Marksteiner
Original assignee: Avago Technologies Wireless IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Nokia Oyj; Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: KR20050089957A; AU2003257428A8; KR100687076B1; JP2005535264A; DE10234685A1; US7199684B2; WO2004019491A2; EP1547245A2; US20050212619A1; CN1672326A; DE10392971D2; CN100525099C; WO2004019491A3; AU2003257428A1

Abstract

Filterschaltung, mit einem symmetrischen Tor (204); einem unsymmetrischen Tor (202); einem Substrat (S); und einer Serienschaltung aus einer Filterstufe (206, 230) und einem Symmetrierbauglied (208), die zwischen dem symmetrischen Tor (204) und dem unsymmetrischen Tor (202) angeordnet ist, wobei das Symmetrierbauglied (208) ein Übertragerelement mit zwei Spulen (220a, 222a) ist, wobei die Spulen (220a, 222a) durch Metallbahnen (300, 302, 304) auf dem Substrat (S) gebildet sind und wobei die Filterstufe (206) auf dem Substrat (S) gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Filterschaltung, insbesondere auf eine Filterschaltung zur Umwandlung von unsymmetrischen/symmetrischen Signale in symmetrische/unsymmetrische Signale, und hier insbesondere auf eine Filterschaltung, welche BAW-Resonatoren (BAW = Bulk Acoustic Wafer = akustische Volumenwelle) umfaßt. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Filterschaltung mit einer Mehrzahl von BAW-Resonatoren, welche eine Transformation von Impedanzpegeln zwischen einem Eingangstor und einem Ausgangstor der Filterschaltung ermöglicht.
Auf Resonatoren basierende HF-Filter, wie beispielsweise BAW-Filter, haben zwei grundsätzliche Topologien, welche anhand der 1 und 2 näher erläutert werden.
Die erste Topologie (siehe 1) ist das sogenannte „Ladder-Filter” (Leiterfilter). Das Ladder-Filter 100 umfaßt ein Eingangstor 102 mit einem ersten Eingangsanschluss 104 und einem zweiten Eingangsanschluss 106. Ferner umfaßt das Filter 100 ein Ausgangstor 108 mit einem ersten Ausgangsanschluss 110 und einem zweiten Ausgangsanschluss 112. Am ersten Eingangsanschluss 104 des Eingangstors 102 liegt ein Eingangssignal EIN an, und am ersten Ausgangsanschluss 110 des Ausgangstors 108 liegt ein Ausgangssignal AUS an. Bei dem in 1 gezeigten Filter 100 sind zwischen den ersten Eingangsanschluss 104 und den ersten Ausgangsanschluss 110 seriell zwei Serienresonatoren R_s1 und R_s2 geschaltet. Ferner sind zwei Parallelresonatoren R_p1 und R_p2 vorgesehen. Der erste Parallelresonator R_p1 ist parallel zum Eingangstor 102 sowie parallel zum ersten Serienresonator R_s1 geschaltet. Der zweite Parallelresonator R_p2 ist parallel zum Ausgangstor 108 sowie parallel zum zweiten Serienresonator R_s2 geschaltet. Der zweite Eingangsanschluss 106 sowie der zweite Ausgangsan schluss 112 sind mit einem Bezugspotential 114, z. B. Masse, verbunden. Die Parallelresonatoren R_p1 und R_p2 sind ebenfalls gegen das Bezugspotential geschaltet. Bei dem in 1 dargestellten herkömmlichen Filter handelt es sich um ein Ladder-Filter mit zwei Stufen mit einem einzelnen Eingang EIN und einem einzelnen Ausgang AUS zur Übertragung unsymmetrischer Signale.
In 2 ist ein bekanntes Lattice-Filter (Brückenfilter) mit einer Stufe (zwei Serienresonatoren und zwei Parallelresonatoren) näher erläutert. Bei der Beschreibung der 2 werden ähnliche oder gleiche Bauelemente, die bereits anhand der 1 beschrieben wurden, mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Lattice-Filter 120 empfängt ein symmetrisches Eingangssignal EIN an dem ersten Eingangsanschluss 104 und an dem zweiten Eingangsanschluss 106 des Eingangstors 102. Ein symmetrisches Ausgangsanschluss AUS wird am Ausgangssignal 108 an den Anschlüssen 110 und 112 ausgegeben. Zwischen dem ersten Eingangsanschluss 104 und dem ersten Ausgangsanschluss 110 ist ein Serienresonator R_s1 vorgesehen. Ebenso ist zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 106 und dem zweiten Ausgangsanschluss 112 ein Serienresonator R_s2 vorgesehen. Zwischen den ersten Eingangsanschluss 104 und den zweiten Ausgangsanschluss 112 ist ein erster Parallelresonator R_p1 geschaltet. Zwischen den zweiten Eingangsanschluss 106 und den ersten Ausgangsanschluss 110 ist ein zweiter Parallelresonator R_p2 geschaltet. Das in 2 gezeigte Filter 120 ist vollständig differential, d. h. beide Eingangstore 102 und 110 sind symmetrisch (balanced).
Filter mit einer guten Selektivität und niedrigen Einfügungsverlusten können unter Verwendung von BAW-Resonatoren hergestellt werden, die herangezogen werden, um einzelne Blöcke oder Stufen von Impedanzelementfiltern aufzubauen. Diese Fil ter haben zwei grundsätzliche Topologien, die anhand der 1 und 2 näher erläutert werden.
Hinsichtlich der anhand der 1 und 2 beschriebenen Filter ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei den Serienresonatoren und Parallelresonatoren vorzugsweise um BAW-Resonatoren handelt, wobei die Serienresonatoren und die Parallelresonatoren jeweils mit einer vorbestimmten Resonanzfrequenz hergestellt sind. Vorzugsweise sind die Resonanzfrequenzen der Parallelresonatoren gegenüber den Resonanzfrequenzen der Serienresonatoren verstimmt, um so die erwünschte Filterwirkung zu erreichen. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die im Ladder-Filter 100 verwendeten Serienresonatoren und Parallelresonatoren von dem im Lattice-Filter 120 verwendeten Serienresonatoren und Parallelresonatoren unterscheiden, insbesondere bei Filterschaltungen mit im wesentlichen gleichen Filtercharakteristika, jedoch unterschiedlicher Topologie.
Beim Ladder-Filter 100 existiert lediglich die Möglichkeit, ein unsymmetrisches Eingangssignal zu empfangen und ein entsprechendes unsymmetrisches Ausgangssignal auszugeben. Ebenso ermöglicht das Lattice-Filter 120 lediglich den Empfang eines symmetrischen Eingangssignals und die Ausgabe eines symmetrischen Ausgangssignals.
Es existieren jedoch Anwendungen, bei denen es erforderlich ist, eine Transformation/Umwandlung eines unsymmetrischen Eingangssignals in ein symmetrisches Ausgangssignal durchzuführen, oder eine Transformation/Umwandlung eines symmetrischen Eingangssignals in ein unsymmetrisches Ausgangssignal durchzuführen. Ferner existieren Anwendungen, bei denen alternativ oder zusätzlich zur Umwandlung von symmetrischen/unsymmetrischen Signalen in unsymmetrische/symmetrische Signale an den Eingängen und Ausgängen unterschiedliche Torimpedanzen existieren, die ebenfalls gehandhabt werden müssen.
Ein herkömmliches Verfahren, um eine entsprechende Umwandlung/Transformation durchzuführen, besteht darin, eine zusätzliche Komponente vorzusehen, welche als Symmetrierbauglied (Balun) bezeichnet wird. Das Symmetrierbauglied kann entweder ein magnetischer Übertrager (magnetischer Transformator), eine LC-Schaltung oder eine Streifenleitungsstruktur sein, wobei das Symmetrierbauglied auf einer gedruckten Schaltungsplatine vor oder nach einem der in 1 und 2 gezeigten Filterschaltungen angeordnet ist. Die Verwendung von diskreten Symmetrierbaugliedern vor oder nach den Filtern ist zwar eine Möglichkeit, erhöht jedoch die Anzahl der erforderlichen Komponenten und des erforderlichen Platzes auf der gedruckten Schaltungsplatine.
Bei akustischen Oberflächenwellenfiltern (SAW-Filtern) kann eine akustische Symmetrierfunktion ohne zusätzliche Komponenten implementiert werden, wodurch jedoch das Verhalten des Gesamtfilters erheblich verschlechtert wird. Ferner führt diese Symmetrierfunktion dazu, dass diese Filter gegenüber elektrostatischen Entladungen sehr empfindlich sind und ferner werden die Fähigkeiten in der Handhabung von Leistungen drastisch begrenzt, d. h. die übertragbaren Leistungen über eine solche Filterstruktur sind sehr gering. Ein Beispiel für ein solches SAW-Filter ist in der JP 2000-114917A beschrieben. Ein weiterer Nachteil der gekoppelten SAW-Filter besteht darin, dass die Antwort dieser Filter im allgemeinen schlechter ist als die von Impedanzelementfiltern, insbesondere der sogenannte Roll-Off oder die Selektivität in der Nähe des Durchlassbandes.
Ein Ansatz zur Umwandlung von unsymmetrischen Signalen in symmetrische Signale wird beispielsweise in der EP 1 202 454 A beschrieben, gemäß der Filterstrukturen, ähnlich zu denen in 1 und 2, kombiniert werden, also an den Ausgang des Ladder-Filters das Lattice-Filter angeschlossen wird. Dieser Ansatz hat jedoch erhebliche Nachteile für die praktischen Anwendungen eines solchen Filters, und ist insbe sondere dahingehend nachteilhaft, dass diese lediglich auf schwebende (floating) differentielle Lasten bezogen werden kann, also kein HF-Leckstrom gegen Masse zulässig ist.
Aus der DE 102 22 593 A1 ist ein integrierter Filterbalun bekannt, wobei eine erste Struktur mit einer zweiten Struktur integriert ist. Dabei ist die erste Struktur eine konzentrierte Symmetrisch-zu-Unsymmetrisch-Schaltung (Balun) und die zweite Struktur ein resonatorbasiertes Filter.
Aus der US 3 374 448 ist eine Filterschaltung mit einem sysymmetrischen Tor und einem unsymmetrischen Tor bekannt, wobei zwischen den Toren eine Filterstufe und ein Symmetrierbauglied in Serie angeordnet sind.
Im Zusammenhang mit BAW-Filtern ist kein Ansatz bekannt, der vorschlagen würde, auf welche Art und Weise eine Impedanztransformation durchgeführt werden könnte.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Filterschaltung zu schaffen, welche auf einfache Art und Weise eine Umwandlung von symmetrischen/unsymmetrischen in unsymmetrische/symmetrische Signale ermöglicht, wobei die Filterstufe und das Symmetrierbauglied auf dem Substrat gebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Filterschaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Filterschaltung mit einem symmetrischen Tor, einem unsymmetrischen Tor einem Substrat und einer Serienschaltung. Die Serienschaltung weist eine Filterstufe und ein Symmetrierbauglied auf und ist zwischen dem symmetrischen Tor und dem unsymmetrischen Tor angeordnet. Das Symmetrierbauglied ist ein Übertragerelement mit zumindest zwei Spulen, wobei die Spulen beispielsweise durch Metallbahnen auf dem Substrat gebildet sind und wobei die Filterstufe auf dem Substrat gebildet ist.
Vorzugsweise umfasst die Filterstufe der Serienschaltung eine Mehrzahl von BAW-Resonatoren, und hier zumindest einen Serien-BAW-Resonator und zumindest einen Parallel-BAW-Resonator.
Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Filterstufe eine unsymmetrische Filterstufe, die mit dem unsymmetrischen Tor verbunden ist, und das Symmetrierbauglied ist mit dem symmetrischen Tor verbunden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Filterstufe eine symmetrische Filterstufe, die mit dem symmetrischen Tor verbunden ist, und das Symmetrierbauglied ist mit dem unsymmetrischen Tor verbunden.
Gemäß wiederum einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Filterstufe eine symmetrische Filterstufe, die mit dem symmetrischen Tor verbunden ist, und ferner umfasst die Serienschaltung eine unsymmetrische Filterstufe, die mit dem unsymmetrischen Tor verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Symmetrierglied zwischen die symmetrische Filterstufe und die unsymmetrische Filterstufe geschaltet. Alle Filterstufen und das Symmetrierglied sind auch hier auf dem gleichen Substrat gebildet.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, Anpassungselemente in der Serienschaltung vorzusehen, welche zwischen die Filterstufe und das unsymmetrische Tor oder das symmetrische Tor geschaltet sind und zusammen mit den Elementen der Filterstufe und den Elementen des Symmetrierbauglieds auf dem Substrat gebildet sind.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Spulen des Symmetrierglieds derart ausgewählt, dass diese unterschiedliche Windungszahlen aufweisen, so dass aufgrund des sich einstellenden Wicklungsverhältnisses eine Impedanztransformation zwischen den zwei Toren der Filterschaltung bewirkt wird.
Bei dem Substrat handelt es sich vorzugsweise um ein Substrat mit einem hohen Widerstandswert, auf dem die Spulen, beispielsweise durch die Metallbahnen, gebildet sind. Alternativ kann die Spule auf dem Substrat in einem Bereich angeordnet sein, in dem ein akustischer Reflektor vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung schafft somit HF-Filter und insbesondere HF-Filter, die unter Verwendung der BAW-Technologie realisiert werden, welche zusätzliche monolithische passive Elemente, wie Umwandler (Symmetrierbauglieder) einschließen, jedoch zusätzlich auch Spulen, Kondensatoren oder Widerstandselemente.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Kombination der wünschenswerten Merkmale von Impedanzelementfiltern mit der Möglichkeit unsymmetrische/symmetrische Signale in symmetrische/unsymmetrische Signale umzuwandeln, dadurch erreicht werden kann, dass ein grundsätzlicher Herstellungsprozess der BAW-Resonatoren derart modifiziert wird, dass zusätzlich monolithische Symmetrierglieder (Baluns) auf den Filterchips (Substraten) hergestellt werden können. Dies eröffnet ebenfalls die Möglichkeit einer Impedanzpegeltransformation zwischen den Eingangstoren der Filter.
Erfindungsgemäß wird es ermöglicht, Impedanzelementfilter zu verwenden und gleichzeitig eine Transformation von symmetrischen/unsymmetrischen Signalen in unsymmetrische/symmetrische Signale und gegebenenfalls zusätzlich eine Impedanzpegeltransformation innerhalb des Filterchips in monolithischer Form, also ohne externe Komponenten, durchzuführen. Die Symmetrierglieder sind vorzugsweise zwei spiralförmige Spulen, die aufeinander angeordnet sind und magnetisch miteinander gekoppelt sind.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Prozess, welcher zur Fertigung der Symmetrierglieder herangezogen wird, auch die Möglichkeit eröffnet, monolithische Spulen (spiralförmige Induktivitäten) mit hohen Gütefaktoren (hoher Q-Faktor) zu erzeugen, welche dann als Elements des Symmetriebauglieds oder zusätzliche als Anpasselemente verwendet werden können. Derzeit werden bei herkömmlichen Filterschaltungen diese Anpassungselemente noch als externe Ele mente außerhalb des Filterchips realisiert, was die oben erwähnten Probleme mit sich bringt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zusätzlich zu den Induktivitäten auch Kondensatoren auf einfache Art und Weise hergestellt werden können, und zwar auch als monolithische Elemente auf dem Filterchip, da bei der Herstellung der BAW-Resonatoren verschiedene Schichten aus dielektrischem Material verwendet werden. Die so erzeugten Kondensatoren können als Anpasskondensatoren oder als Kopplungskondensatoren verwendet werden.
Gegenüber herkömmlichen BAW-Herstellungsverfahren sind lediglich geringfügige Modifikationen erforderlich, welche notwendig sind, um die dicken Metalle, die für die Erzeugung der Elemente (Symmetrierglied, Induktivität, Kondensator) erforderlich sind, einige zusätzliche Maskenschichten erfordern, was jedoch nur zu einem geringfügigen Anstieg des Mehraufwandes des Prozesses führt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein bekanntes Ladder-Filter mit zwei Stufen bestehend aus zwei Serienresonatoren und zwei Parallelresonatoren;
2 ein bekanntes Lattice-Filter mit einer Stufe und zwei Serienresonatoren und zwei Parallelresonatoren;
3 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterschaltung mit einer unsymmetrischen Filterstufe an einem unsymmetrischen Eingangstor und einem Symmetrierbauglied an einem symmetrischen Ausgang;
4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterschaltung mit einer symmetrischen Filterstufe an einem symmetrischen Tor und einem Symmetrierbauglied an einem unsymmetrischen Tor;
5 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterschaltung mit einer symmetrischen Filterstufe am symmetrischen Tor, einer unsymmetrischen Filterstufe am unsymmetrischen Tor und einem zwischen den zwei Filterstufen angeordneten Symmetrierbauglied;
6 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterschaltung, ähnlich dem in 4 gezeigten, welches zusätzlich Anpasselemente umfaßt; und
7 eine schematische, beispielhafte Darstellung für eine planare Symmetrierbaugliedstruktur.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden gleiche oder ähnlich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterschaltung 200. Die Filterschaltung 200 umfaßt einen unsymmetrischen Anschluss 202 und einen symmetrischen Anschluss 204 mit den zwei symmetrischen Toren 204a und 204b. Zwischen den unsymmetrischen Anschluss 202 und den symmetrischen Anschluss 204 ist eine Serienschaltung bestehend aus einer Filterstufe 206 und einem Symmetrierbauglied (Balun) 208 geschaltet. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Filterstufe 206 eine unsymmetrische Filterstufe in der Form eines Ladder-Filters, wie es beispielhaft anhand der 1 beschrieben wurde. Die Filterstufe 206 um faßt zwei Serienresonatoren R_s1 und R_s2 sowie zwei Parallelresonatoren R_p1 und R_p2.
Der unsymmetrische Anschluss 202 umfaßt einen ersten Knoten 210 und einen zweiten Knoten 212. Der zweite Knoten 212 ist mit einem Bezugspotential 214, z. B. Masse, verbunden. Die Filterstufe 206 umfaßt eine Serienschaltung bestehend aus den zwei Serienresonatoren R_s1 und R_s2, die zwischen den ersten Knoten 210 und einen dritten Knoten 216 geschaltet sind. Der erste Parallelresonator R_p1 ist zwischen das Bezugspotential 214 und einen Knoten 218 zwischen den ersten Serienresonator R_s1 und den zweiten Serienresonator R_s2 geschaltet. Der zweite Parallelresonator R_p2 ist zwischen den dritten Knoten 216 und das Bezugspotential 214 geschaltet.
Das Symmetrierbauglied 208 ist durch zwei gekoppelte Spulen 220a und 222a gebildet, wobei ein erster Anschluss 220b der ersten Spule 220a mit dem dritten Knoten 216 verbunden ist. Ein zweiter Anschluss 220c der ersten Spule 220a ist mit dem Bezugspotential 214 verbunden.
Das erste Tor 204a des symmetrischen Anschlusses 204 umfaßt einen ersten Knoten 224 sowie einen zweiten Knoten 226, der mit dem Bezugspotential 214 verbunden ist. Ebenso umfaßt das zweite Tor 204b einen ersten Anschluss 228 und ebenso den gemeinsam mit dem ersten Tor 204a verwendeten Knoten 226.
Zwischen den Knoten 224 und 226 bzw. den Knoten 228 und 226 werden die symmetrischen Signale abgegriffen bzw. empfangen.
Ein erster Anschluss 222b der zweiten Spule 222a des Symmetrierbauglieds 208 ist mit dem ersten Knoten 224 des ersten symmetrischen Tors 204a verbunden. Ein zweiter Anschluss 222c der zweiten Spule 222a ist mit dem ersten Knoten des zweiten symmetrischen Tors 204b verbunden.
3 zeigt somit eine Topologie eines Ladder-Filters, das mit einem Symmetrierbauglied (Balun) kombiniert ist. Das Filter selbst hat eine Ladder-Struktur und kann mehr als die dort gezeigten zwei Stufen aufweisen, um die Selektivität zu verbessern. Die Stufen können zusätzlich unterschiedlich große Serien- und Parallelresonatoren aufweisen, um die Selektivität noch weiter zu verbessern. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Symmetrierbaugliedern im wesentlichen um zwei spiralförmige Spulen, die magnetisch miteinander verkoppelt sind.
Um die widerstandsbehafteten Verluste und die parasitäre Kapazität niedrig zu halten, ist es wünschenswert, die zur Herstellung der Spulenelemente verwendeten Metalle mit einer ausreichenden Dicke unter Verwendung eines modifizierten BAW-Herstellungsprozesses zu erzeugen. Die Dicke der verwendeten Metallbahnen oder Metallflächen sollte derart sein, dass diese im Bereich von 800 nm bis 10 μm liegt, bzw. verglichen mit den bei den BAW-Resonatoren verwendeten Dicken der Elektrodenmetalle um den Faktor 2 bis 20 größer ist.
Die Elemente der in 3 gezeigten Filterstufe 206 sowie die Elemente des Symmetrierbauglieds 208 sind gemeinsam auf einem Chip oder Substrat S gebildet, wie dies in 3 schematisch angedeutet ist. Dies erfordert, wie bereits oben erläutert wurde, lediglich eine geringfügige Modifikation der Herstellungsprozesse für die BAW-Resonatoren, was nur mit geringfügig höheren Kosten einhergeht, jedoch den Vorteil hat, dass externe Komponenten auf einer Schaltungsplatine, auf der der Chip S angeordnet wird, vermieden werden. Dies führt ferner zu einer Erleichterung des gesamten Herstellungsprozesses.
Das Substrat S ist vorzugsweise ein Substrat mit einem hohen Widerstandswert, und die Spulen sind vorzugsweise von dem Substrat durch dielektrische Schichten, eine oder mehrere, getrennt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann dies auf einfache Art und Weise realisiert werden, da hier im Substrat S der erforderliche akustische Reflektor für die BAW-Resonatoren gebildet wird, und die Ausdehnung desselben derart gewählt ist, dass zusätzlich oberhalb desselben das Symmetrierbauglied 208 gebildet werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat das Symmetrierbauglied ein Wicklungsverhältnis von 1:1, jedoch kann die Anzahl der Windungen in den primären und sekundären Wicklungen verändert werden, um eine erwünschte Impedanzpegeltransformation zwischen den Anschlüssen 202 und 204 herbeizuführen.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass die Integration des Symmetrierbauglieds 208 sowie die Integration weiterer Spulen und Kondensatoren innerhalb einer auf BAW-Resonatoren basierenden Filterstruktur auf demselben Substrat S erreicht werden kann, wobei nur wenige zusätzliche Maskenschritte erforderlich sind. Die Kombination von Symmetrierbauglied und Filterstufe kann unterschiedliche Topologien aufweisen, wobei grundsätzlich gewählt werden kann, ob die Filterung vor oder nach der Transformation durchgeführt werden soll. Im erstgenannten Fall würde die Filterstufe eine Ladder-Filterstruktur enthalten und im letztgenannten Fall eine Lattice-Filterstruktur. Die Lattice-Filterstruktur wird bevorzugt, aufgrund der, verglichen zu Ladder-Filterstrukturen, verbesserten Dämpfung außerhalb des Durchlassbandes.
Nachfolgend werden anhand der 4–6 weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutet, wobei 4 ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem anstelle der in 3 verwendeten Ladder-Filterstruktur eine Lattice-Filterstruktur verwendet wird, die mit dem symmetrischen Eingang 204 der Filterschaltung verbunden ist. Das Symmetrierbauglied 208 ist zwischen die Filterstufe 206 und den unsymmetrischen Eingang 202 geschaltet.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Filterstufe 206 ein erster Serienresonator R_s1 zwischen den ersten Anschluss 222b der zweiten Spule 222a des Symmetrierbauglieds 208 und den Anschluss 224 des symmetrischen Ausgangs 204 geschaltet. Ein zweiter Serienresonator R_s2 ist zwischen den zweiten Anschluss 222c der zweiten Spule 222a des Symmetrierbauglieds 208 und den zweiten Anschluss 228 des symmetrischen Ausgangs 204 geschaltet. Ein erster Parallelresonator R_p1 ist zwischen den ersten Anschluss 222b der zweiten Spule 222a und den zweiten Knoten 228 des symmetrischen Anschlusses 204 geschaltet, und ein zweiter Parallelresonator R_p2 ist zwischen den zweiten Anschluss 222c der zweiten Spule 222a und den ersten Knoten 224 des symmetrischen Anschlusses 204 geschaltet.
Der erste Knoten 210 des unsymmetrischen Anschlusses 202 ist mit dem ersten Anschluss 220b der ersten Spule 220a des Symmetrierbauglieds 208 verschaltet, und der zweite Knoten 220c der ersten Spule 220a ist mit dem Bezugspotential 214 verbunden, ebenso wie der erste Knoten 212 des unsymmetrischen Anschlusses 202.
Ähnlich wie bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind auch hier die BAW-Resonatoren R_s1, R_s2, R_p1, R_p2 zusammen mit den Elementen des Symmetrierbauglieds 208 auf einem gemeinsamen Substrat oder Chip gebildet.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches sich von dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass zwischen den unsymmetrischen Anschluss 202 und das Symmetrierbauglied 208 eine weitere Filterstufe 230 geschaltet wurde, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine unsymmetrische Filterstufe in der Form eines einstufigen Ladder-Filters. Die Filterstufe 230 umfaßt einen Serienresonator R_s1, der zwischen den ersten Knoten 210 des unsymmetrischen Anschlusses 202 und den ersten Anschluss 220b der ersten Spule 220a des Symmetrierbauglieds 208 geschaltet ist. Ferner ist ein Parallelresonator R_p1 vorgesehen, der zwischen den ersten Anschluss 220b der ersten Spule 220a und des Bezugspotentials 214 geschaltet ist.
Auch bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind alle BAW-Resonatoren sowie alle Elemente des Symmetrierbauglieds auf einem gemeinsamen Substrat gebildet.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich zu dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen die Filterstufe 206 und den symmetrischen Ausgang 204 ein Anpassungsblock 232 geschaltet ist.
Der Block 232 umfaßt ein induktives Bauelement L sowie zwei kapazitive Bauelemente C₁ und C₂. Sowohl die kapazitiven Bauelemente als auch das induktive Bauelement sind gemeinsam mit den Elementen des Symmetrierbauglieds 208 und den BAW-Resonatoren der Filterstufe 206 auf dem Filterchip gebildet. Verglichen mit 4 ist das kapazitive Bauelement C₁ zwischen den ersten Serienresonator R_s1 der Filterstufe 206 und den ersten Knoten 224 des symmetrischen Ausgangs 204 geschaltet. Das zweite kapazitive Bauelement C₂ ist zwischen den zweiten Serienresonator R_s2 der Filterstufe 206 und den zweiten Knoten 228 des symmetrischen Anschlusses 204 geschaltet. Das induktive Bauelement L ist parallel zu dem symmetrischen Ausgangsanschluss 204 geschaltet, zwischen einen Knoten zwischen dem ersten Serienresonator R_s1 und dem ersten kapazitiven Bauelement C₁ und einen Knoten zwischen dem zweiten Resonator R_s2 und dem zweiten kapazitiven Bauelement C₂.
Nachfolgend wird anhand der 7 ein Beispiel für eine Implementierung einer planaren Symmetrierbaugliedstruktur näher erläutert. In 7 ist eine planare Struktur gezeigt, welche aus einer Mehrzahl von metallischen Leiterbahnen gebildet ist. Die Spulen sind durch eine Mehrzahl von spiralförmig angeordneten metallischen Leiterbahnen 300, 302 und 304 gebil det, wobei die Leiterbahn 302 und 304 mit dem Bezugspotential 214 und die elektrische Verbindung 306 miteinander verbunden sind. Durch die Leiterbahn 302 und 304, welche auf die oben beschriebene Art und Weise verbunden sind, ist die zweite Spule 222a des Symmetrierbauglieds 208 gebildet, und in 7 sind die Anschlüsse 222b bzw. 222c dargestellt. Durch die Leiterbahn 300 ist die erste Spule 220a gebildet, und deren Anschlüsse 220b und 222c sind ebenfalls dargestellt.
Hinsichtlich der obigen Beschreibung ist darauf hinzuweisen, dass, sofern auf Eingänge und Ausgänge Bezug genommen wurde, diese grundsätzlich austauschbar sind. Dies bedeutet, dass die Richtung des Signalflusses umgekehrt werden kann, so dass alle Strukturen dazu geeignet sind, z. B. eine unsymmetrische Signalquelle und eine symmetrische Last oder eine unsymmetrische Last und eine symmetrische Signalquelle zu verwenden.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass diese, im Gegensatz zum Stand der Technik, einen miniaturisierten, magnetischen Transformator als Zusatzelement umfaßt, der gemeinsam mit den Elementen der Filterstufe monolithisch hergestellt wurde.
Die obige Beschreibung wurde anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele durchgeführt, wobei jedoch offensichtlich ist, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt ist. Zusätzlich zu den beschriebenen Ausgestaltungen können die erfindungsgemäßen Filterschaltungen eine oder mehrere Stufen eingangsseitig und/oder ausgangsseitig aufweisen.

100: Ladder-Filter
102: Eingangstor
104: erster Eingangsanschluß des Eingangstors
106: zweiter Eingangsanschluß des Eingangstors
108: Ausgangstor
110: erster Ausgangsanschluß des Ausgangstors
112: zweiter Ausgangsanschluß des Ausgangstors
114: Bezugspotential
120: Lattice-Filter
200: Filterschaltung
202: unsymmetrischer Anschluß
204: symmetrischer Anschluß
204a: symmetrisches Tor
204b: symmetrisches Tor
206: Filterstufe
208: Symmetrierbauglied
210, 212: Knoten
214: Bezugspotential
216, 218: Knoten
220a: erste Spule
220b: erster Anschluß der ersten Spule
220c: zweiter Anschluß der ersten Spule
222a: zweite Spule
222b: erster Anschluß der zweiten Spule
222c: zweiter Anschluß der zweiten Spule
224, 226: Knoten des symmetrischen Anschlusses 204
228: Knoten des symmetrischen Anschlusses 204
230: weitere Filterstufe
232: Anpassungsstufe
300, 302: Metallbahn
304: Metallbahn
306: Verbindungselement
R_s1, R_s2: Serienresonator
R_p1, R_p2: Parallelresonatoren

Claims

Filterschaltung, mit einem symmetrischen Tor (204); einem unsymmetrischen Tor (202); einem Substrat (S); und einer Serienschaltung aus einer Filterstufe (206, 230) und einem Symmetrierbauglied (208), die zwischen dem symmetrischen Tor (204) und dem unsymmetrischen Tor (202) angeordnet ist, wobei das Symmetrierbauglied (208) ein Übertragerelement mit zwei Spulen (220a, 222a) ist, wobei die Spulen (220a, 222a) durch Metallbahnen (300, 302, 304) auf dem Substrat (S) gebildet sind und wobei die Filterstufe (206) auf dem Substrat (S) gebildet ist.
Filterschaltung gemäß Anspruch 1, bei der die Filterstufe (206) zumindest einen Serien-BAW-Resonator (Rs1, Rs2) und zumindest einen Parallel-BAW-Resonator (Rp1, Rp2) umfasst.
Filterschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Filterstufe (206) eine unsymmetrische Filterstufe ist, die mit dem unsymmetrischen Tor (202) verbunden ist, wobei das Symmetrierbauglied (208) mit dem symmetrischen Tor (204) verbunden ist.
Filterschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Filterstufe (206) eine symmetrische Filterstufe ist, die mit dem symmetrischen Tor (204) verbunden ist, wobei das Symmetrierbauglied (208) mit dem unsymmetrischen Tor (202) verbunden ist.
Filterschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Filterstufe eine symmetrische Filterstufe (206) ist, die mit dem symmetrischen Tor (204) verbunden ist, und bei der die Serienschaltung ferner eine unsymmetrische Filterstufe (230) umfasst, die mit dem unsymmetrischen Tor (202) verbunden ist, wobei das Symmetrierbauglied (208) zwischen die symmetrische Filterstufe (206) und die unsymmetrische Filterstufe (230) geschaltet ist, und wobei die Filterstufen (206, 230) und das Symmetrierbauglied (208) auf dem Substrat (S) gebildet sind.
Filterschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Serienschaltung ferner eines oder mehrere Anpassungselemente (232, L, C1, C2) umfasst, die zwischen die Filterstufe (206) und das unsymmetrische Tor (202) oder das symmetrische Tor (204) geschaltet sind, wobei die Anpassungselemente auf dem Substrat (S) gebildet sind.
Filterschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Spulen (220a, 222b) ein Wicklungsverhältnis aufweisen, um eine Impedanztransformation zwischen dem unsymmetrischen Tor (202) und dem symmetrischen Tor (204) zu bewirken.
Filterschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Substrat (S) einen hohen Widerstandswert aufweist.
Filterschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das Substrat (5) einen akustischen Reflektor aufweist und die BAW-Resonatoren (Rs1, Rs2, Rp1, Rp2) und die Spulen (220a, 222a) oberhalb des akustischen Reflektors gebildet sind.
Filterschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Metallbahnen (300, 302, 304) der Spulen (220a, 222a) mit einer Dicke zwischen 800 nm und 10 μm gebildet sind.