DE69920446T2

DE69920446T2 - Zweibandsender

Info

Publication number: DE69920446T2
Application number: DE69920446T
Authority: DE
Inventors: Gary Shapiro; Greg Black; Michael Newell
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: EP1086528B1; KR100645080B1; WO1999063658A1; DE69920446D1; KR20010043521A; JP4320122B2; CN1111948C; EP1086528A1; JP2002517930A; CN1303536A; US5973568A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft interne Funkarchitekturen für Telekommunikationsgeräte und insbesondere ein Leistungsverstärker-Ausgangsmodul für zweibandige Digitalsysteme.
Hintergrund der Erfindung
In dem Maße, in dem die gleichzeitige Verwendung vieler verschiedener Telekommunikationssysteme in unterschiedlichen Lokalitäten dem Benutzer zellularer Telefone eine größere Flexibilität bietet, erzeugt sie gleichzeitig viele Herausforderungen für die Designer der internen Architektur dieser zellularen Telefone. Zusätzlich zu den traditionellen technologischen Trends wie einer geringeren Größe, einem geringeren Gewicht und einer geringen Teileanzahl sind die Designer jetzt gefordert, darüber hinaus umfangreichere Fähigkeiten in zellulare Telefone zu integrieren, wie etwa die Fähigkeit, bei zwei oder mehr unterschiedlichen Bändern des elektromagnetischen Spektrums zu arbeiten.
Das Integrieren von Zweibandfähigkeiten beziehungsweise der Fähigkeit zu zwei Betriebsarten in das Funkarchitekturdesign ist kein trivialer Prozess und kann einen signifikanten Wechsel im Denken bei den frühesten Schritten des Designprozesses bedeuten.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Funkarchitektur für ein zweibandiges zellulares Telefon gemäß des zur Verfügung stehenden Standes der Technik 100. Bezug nehmend auf 1 wird ein Funkübertragungssignal von einem ersten Band (Band #1) durch einen Treiber 102, einen Leistungsverstärker 104, ein Impedanzanpassungsnetzwerk 106, einen Richtkoppler 108 und einen Filter 110 für Oberschwingungen geleitet. An diesem Punkt wird das Signal durch einen Diplexer 112 und schließlich nach außen auf die Antenne 114 geleitet. In ähnlicher Weise wird für ein Funkübertragungssignal von einem zweiten Band (Band #2) durch einen anderen Treiber 202, einen anderen Leistungsverstärker 204, ein anderes Impedanzanpassungsnetzwerk 206, einen anderen Richtkoppler 208 und einen anderen Filter 210 für Oberschwingungen geleitet. Das zweite Signal wird dann durch den Diplexer 112 und schließlich nach außen auf die Antenne 114 geleitet.
Mit diesem Design besitzt jedes der Bänder seine eigenen zugewiesenen Komponenten. Jedes Band weist sein eigenes Impedanzanpassungsnetzwerk, seinen eigenen Richtkoppler und seinen eigenen Filter für Oberschwingungen auf. Eine derartige Verdopplung an Komponenten kann zu einem zellularen Telefon mit zusätzlichen Schaltkreisen, einer hohen Teileanzahl, einem erhöhten Schaltaufwand und Energieverbrauch sowie zu erhöhtem Volumen, Gewicht und Größe führen. Die Dokumente US5732330 und EP823790 gemäß dem Stand der Technik stellen zweibandige Sendeempfänger beispielhaft dar.
Ein Funkarchitekturdesign, das ein Leistungsverstärker-Ausgangsmodul für digitale Systeme für zwei Betriebsarten in einer monolithischen Komponente zur Verfügung stellen und die Anforderungen für das Filtern der Oberschwingungen in ein Impedanzanpassungsnetzwerk integriert und das in der Lage ist, zwei diskrete Leistungsverstärker-Treiberschaltungen handzuhaben, die einen einzigen Koppler und eine einzige Antenne in einem hoch integrierten Vielschicht-Keramikaufbau und das eine verbesserte Einfügedämpfung und Selbstabschirmungseigenschaften zur Verfügung stellt, würde als eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik betrachtet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockdiagramm eines zweibandigen Front-End-Funkdesigns gemäß des Standes der Technik.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Leistungsverstärker-Ausgangsmoduls für digitale Systeme mit zwei Betriebsarten gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Explosionsansicht eines Vielschicht-Aufbaus, der das Leistungsverstärker-Ausgangsmodul für digitale Systeme mit zwei Betriebsarten gemäß der vorliegenden Erfindung bildet.
4 zeigt ein Schaltungsdiagramm des integrierten Impedanzanpassungsnetzwerks/Filters für Oberschwingungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt einen Frequenzantwortverlauf, der ein Design gemäß dem Stand der Technik (gestrichelte Linie) enthält und einen Frequenzantwortverlauf für das Leistungsverstärker-Ausgangsmodul für digitale Systeme mit zwei Betriebsarten gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Nachdem sich die Größe zellularer Telefone mit jedem neuen Modell verringert, wird es im verstärkten Maße notwendig, wesentlich mehr Komponenten und Funktionen in einer geringeren Anzahl diskreter Komponenten zu integrieren. Mit dem Design des Leistungsverstärker-Ausgangsmoduls für digitale Systeme mit zwei Betriebsarten der vorliegenden Erfindung können eine Vielzahl von Vorteilen durch die Integration dessen, das vorher aus vielen Komponenten bestand, in ein einziges monolithisches Komponentenmodul realisiert werden.
Neben den offensichtlichen Vorteilen, die durch eine geringere Teileanzahl, eine geringere Größe und ein geringeres Gewicht sowie weniger Herstellungsschritte realisiert werden, können darüber hinaus Entwicklungsvorteile erwartet werden. Als erstes ist das Leistungsverstärker-Ausgangsmodul der vorliegenden Erfindung bei höheren Frequenzen weniger verlustbehaftet im Vergleich zu Herstellungstechniken gemäß dem Stand der Technik, die eine Schaltung mit diskreten Komponenten, die auf konventionelle Substrate (z. B. FR-4) aufgebaut sind, bedingt. Das integrierte Modul des vorliegenden Designs stellt des Weiteren weniger Zwischenverbindungen zur Verfügung, die in einem Endprodukt mit einer größeren Zuverlässigkeit resultieren kön nen. Ein weiterer Vorteil, der durch die Integration der Vielzahl von Schaltungskomponenten realisiert werden kann besteht in einem sich ergebenden reduzierten Schalten, das notwendig sein kann, um die Funkvorrichtung zu betreiben. Dem Funkarchitekturdesign ist das Diplexen im Allgemeinen dem Schalten bevorzugt, aufgrund der geringeren Verluste des Diplexers, wenn Materialien mit niedrigen Verlusten verwendet werden. Zusätzlich kann Diplexen in einer monolithischen Komponente wie etwa dem Ausgangsmodul der vorliegenden Erfindung leicht ermöglicht werden. Auf andere Weise ausgedrückt benötigt Diplexen die gleichen Elemente, wie sie in einem konventionellen Vielschicht-Keramikaufbauprozess verwendet werden. Das verringerte Schalten, die verringerten Schaltkreise und die geringere Anzahl an Kopplern kann in einem geringeren Energieverbrauch, einem längeren Batterieleben und einer längeren Sprechzeit resultieren.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Vor allem reduziert das Leistungsverstärker-Ausgangsmodul für digitale Systeme mit zwei Betriebsarten tatsächlich die Größe, erhöht die Funktionalität und verbessert die Leistung von zweibandigen Leistungsverstärkerschaltungen. Dies wird durch das Design und die Integration eines Vielschicht-Keramikaufbaus erreicht, der verschiedene Front-End-Funktionen einer Funkvorrichtung oder eines zellularen Telefons integriert.
Die Vorzüge, die durch das Integrieren verschiedener Komponenten in ein einzelnes Modul realisiert werden, können nicht hoch genug eingeschätzt werden. Die durch die Integration realisierten synergetischen Vorteile sind signifikant. Beispielsweise ist die Schaltung in dem integrier ten Modul nicht in der Weise verlustbehaftet wie diskrete Komponenten auf einer Leiterplatte, wie etwa einem FR-4-Material. Darüber hinaus sind die Schaltungswege nicht so lang und benötigen demzufolge weniger Leistung und können leichter und zuverlässiger sein.
Viele Designs gemäß dem Stand der Technik verwendeten diskrete Bauelemente auf einer Leiterplatte oder ähnlichem. Dies stellte eine Herausforderung dar, da Leiterplatten mit Übertragungsleitungen verlustbehaftet waren und dazu neigen, die Schaltungsleistung zu verschlechtern. Die integrierte Lösung der vorliegenden Erfindung stellt eine zuverlässigere Schaltung zur Verfügung, während sie gleichzeitig den sehr kostbaren Platz auf der Leiterplatte freigibt. Die Verwendung von Vielschicht-Keramikmaterial ermöglicht die Realisierung von Komponenten mit Übertragungsverbindungen, die einen niedrigeren Verlust aufweisen, als er durch die Verwendung konventioneller Leiterplatten-Technologie erreicht werden kann. Vielschicht-Keramikmaterialien sind ideal dafür geeignet, elektrische Eigenschaften wie etwa eine hohe dielektrische Konstante, ein hohes elektrisches Q und niedrige Verluste zur Verfügung zu stellen, die für Hochfrequenzanwendungen (HF) benötigt werden. Im Allgemeinen zeigen Materialien mit einem hohen Q niedrige Verluste bei Hochfrequenzanwendungen (HF). Auf andere Weise ausgedrückt erzeugt das integrierte keramische Vielschicht-Bauteil eine größere Funktionalität in einem kleineren Volumen als die Herangehensweise mit konventionellen Leiterplatten.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung des Anmelders betrifft die Tatsache, dass das integrierte Leistungsverstärker-Ausgangsmodul effektiv Oberschwingungen der zweiten als auch der dritten Ordnung dämpft, eine konstante Bedrohung im Design von Funkvorrichtungen. Bezug nehmend auf 5 zeigt die durchgezogene Linie, dass die Dämpfung der Oberschwingungen der zweiten und dritten Ordnung signifikant größer ist als die für Tiefpass-Filterdesigns gemäß dem Stand der Technik (siehe gestrichelte Linien). Dies wird durch das Schaltungsdesign erreicht, das effektiv das Impedanzanpassungsnetzwerk und den Filter für Oberschwingungen zusammen in einem kompakten integrierten Design integriert. Signifikanterweise stellt die Tatsache, dass die effektive Dämpfung der Oberschwingungen höherer Ordnung nicht im Gegenzug den Verlust "innerhalb des Bandes" beeinflusst, einen weiteren Architekturvorteil dar.
Diese Erfindung ermöglicht ein effektives Koppeln, Filtern und ein Anpassen der Ausgangsimpedanz eines Signals in einem ersten Band und eines Signals in einem zweiten Band. In einer Ausführungsform ist das erste Band ein digitales Signal und das zweite Band ein digitales Signal. Beispielsweise kann das erste digitale Band ein GSM (880–960 MHz) und das zweite digitale Band ein DCS (1710–1880 MHz) sein. Selbstverständlich kann dieses Design für zwei beliebige Bänder des elektromagnetischen Spektrums angepasst werden. Diese Fähigkeit wird zunehmend wichtig, da man Telekommunikationssysteme erwartet, die in der Lage sind, Signale verschiedener Frequenzen auf eine Weise handzuhaben und zu verarbeiten, die dem Benutzer oder Verbraucher transparent ist.
In 2 ist ein Blockdiagramm des Leistungsverstärker-Ausgangsmoduls 200 gegeben. Bezug nehmend auf 2 enthält das Modul 200 mit einer niedrigen Einfügedämpfung und Selbstabschirmungseigenschaften für digitale Systeme mit zwei Betriebsarten eine erste Leistungsverstärker-Treiberschaltung zum Betrieb in einer ersten digitalen Betriebsart (Band #1). Diese enthält einen ersten Leistungsverstärker 220 und ein erstes Ausgangsimpedanz-Anpassungsnetzwerk mit einer integrierten Unterdrückung von Oberschwingungen 222 höherer Ordnung.
Eine zweite Leistungsverstärker-Treiberschaltung zum Betrieb in einer zweiten digitalen Betriebsart (Band #2) enthält einen zweiten Leistungsverstärker 224 und ein zweites Ausgangsimpedanz-Anpassungsnetzwerk mit einer integrierten Unterdrückung von Oberschwingungen 226 höherer Ordnung. Ein einzelner Diplexer 228, der an das erste Impedanzanpassungsnetzwerk 222 gekoppelt ist und das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk 226 sind ebenfalls gegeben. Der einzelne Diplexer 228 leitet selektiv ein Signal von der ersten Leistungsverstärker-Treiberschaltung (Band #1) weiter, während er gleichzeitig ein Signal von der zweiten Leistungsverstärker-Treiberschaltung (Band #2) in einem ersten Zustand dämpft. Der einzelne Diplexer 228 leitet selektiv ein Signal von der zweiten Leistungsverstärker-Treiberschaltung (Band #2) weiter, während er gleichzeitig ein Signal von der ersten Leistungsverstärker-Treiberschaltung (Band #1) in einem zweiten Zustand dämpft.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Diplexer 228 eine Tiefpass-Antwortcharakteristik für das niedrigere Band auf, und dämpft demzufolge die Oberschwingungen des Signals des niedrigeren Bandes. In ähnlicher Weise weist der Diplexer 228 eine Hochpass-Antwortcharakteristik für das höhere Band auf. Diese Eigenschaft stellt noch einen weiteren Vorteil dar, der mit der Integration des Leis tungsverstärker-Ausgangsmoduls der vorliegenden Erfindung realisiert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Diplexer 228 einen Tiefpassfilter und einen Hochpassfilter enthalten. Wenn das Band #1 das niedrige Band und das Band #2 das hohe Band sind, ist der Eingang für den Diplexer 228 für das Band #1 eine Tiefpass-Antwort und der Eingang für den Diplexer 228 für das Band #2 eine Hochpass-Antwort.
Das Blockdiagramm in 2 zeigt weiterhin einen einzelnen breitbandigen Richtkoppler 230, der an den Diplexer 228 gekoppelt ist, um sowohl die erste Leistungsverstärker-Treiberschaltung (Band #1) und die zweite Leistungsverstärker-Treiberschaltung (Band #2) zu koppeln. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der einzelne breitbandige Richtkoppler ungefähr –20 dB auf. Mit anderen für andere Anwendungen benötigte Designs kann der Richtkoppler andere wünschenswerte Werte aufweisen.
Ein anderer interessanter Aspekt der 2 betrifft die von der gestrichelten Linie 234 umschlossenen Blöcke. Bezug nehmend auf 2 kann es manchmal wünschenswert sein, weiterhin einen Tiefpassfilter 236 in das Modul 200 aufzunehmen, um die Oberschwingungen des Signals des hohen Bandes anzusprechen. Zusätzlich kann ein T/R-Schalter 238 ("T/R = transmit/receive"/Senden/Empfangen) in Reihe zwischen dem Tiefpassfilter 236 und der Antenne 240 angeordnet werden. In einer anderen Ausführungsform kann es wünschenswert sein, den T/R-Schalter 238 durch einen Multiplexer zu ersetzen. Für alle Funkvorrichtungen wird entweder ein T/R-Schalter oder ein Multiplexer (beispielsweise ein Duplexer) zwischen dem Ausgangsmodul 200 und der Antenne 240 benötigt. Darüber hinaus kann ein T/R-Schalter direkt in das Ausgangsmodul 200 integriert werden oder er kann diskret auf der Funk-Platine angeordnet werden.
In anderen Ausführungsformen des Leistungsverstärker-Ausgangsmoduls 200 kann eine einzelne, an einen Richtkoppler gekoppelte Antenne zum Empfangen eines Signals in der ersten digitalen Betriebsart und der zweiten digitalen Betriebsart in das Modul integriert werden. Auf ähnliche Weise können andere Ausführungsformen ebenso einen Leistungsverstärker, der an das Modul 200 angebracht oder direkt eingebaut ist, enthalten. In diesem Fall kann der Vielschicht-Aufbau einen Leistungsverstärker mit einer Funktion zur aktiven Anpassungsabstimmung, die darin integriert ist, enthalten. In 2 umfasst eine gestrichelte Linie 232 die Komponenten des Blockdiagramms, die in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Leistungsverstärker-Ausgangsmoduls, das in 3 gezeigt ist, gefunden werden.
3 zeigt eine Explosionsansicht der verschiedenen Vielschicht-Lagen der dielektrischen Keramik, was insgesamt das Leistungsverstärker-Ausgangsmodul 300 der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezug nehmend auf 3 ist ein Satz dielektrischer Lagen 302 der Keramik gegeben, jede mit einem darauf abgeschiedenen Druckmuster 304 aus leitfähiger Paste. Ein Satz Via-Löcher 306 kann ebenfalls in jede der Lagen gestanzt sein. Im Ausgangsmodul 300 sind die Via-Löcher 306 vertikal angeordnet und mit einem leitfähigen pastösen Material gefüllt. Dies wurde in 3 aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt. Zusätzlich wurde die genaue Position der gedruckten Muster auf jeder der dielektrischen Lagen übertrieben.
3 ist dazu gedacht, lediglich ein repräsentatives Beispiel der inneren Schichten des Leistungsverstärker- Ausgangsmoduls zu geben und ist nicht dazu gedacht, eine Vorlage zur Herstellung zu sein. 3 zeigt jedoch verschiedene gedruckte Übertragungsverbindungen 308, die vergrabenen netzartigen Masseplatten 310 und die Passungs-Verbindungskonfiguration ("keyed interconnection configuration") 312. Es sollte ebenso festgehalten werden, dass die dielektrischen Lagen im Inneren des Moduls 300 ausreichend gering besetzt sind, so dass zahlreiche andere Komponenten und Schaltungen darauf integriert werden können.
4 zeigt ein elektrisches Schema des Aspekts des Impedanzanpassungsnetzwerks/Filters für Oberschwingungen der vorliegenden Erfindung. Dieses korrespondiert entweder mit dem in 3 gezeigten Block 222 oder 226. Die Integration der Funktionen zur Impedanzanpassung und Filterung von Oberschwingungen des Leistungsverstärker-Ausgangsmoduls 300 ist ein wichtiger Aspekt der Erfindung des Anmelders. Dies wird mit einer neuartigen Schaltung, wie sie in 4 abgebildet ist, erreicht.
Bezug nehmend auf 4 enthält die Schaltung 400 des Impedanzanpassungsnetzwerks/des Filters für Oberschwingungen einen Eingang 402, der in Serie mit einem ersten Knoten 406 verbunden ist. Von dem ersten Knoten 406 erstreckt sich eine resonante Übertragungsverbindung 408 und eine Kapazität 410 gegenüber Masse. Dieser Zweig der Schaltung stellt eine Funktion zur Filterung von Oberschwingungen zur Verfügung. Ebenfalls vom ersten Knoten 406 erstrecken sich, in einem Pi-Netzwerkdesign ein Shunt-Kondensator gegenüber Masse 412 und ein in Serie geschalteter Kondensator 414. Der Kondensator 414 befindet sich in Reihe mit einer in Reihe geschalteten Übertragungsverbindung 416, die ebenfalls in Reihe mit einem zweiten Knoten 418 ist.
Es sollte festgehalten werden, dass es der Shunt-Kondensator gegenüber Masse 412 zusammen mit dem in Reihe geschalteten Kondensator 414 und der in Reihe geschalteten Übertragungsverbindung 416 sind, die die Impedanztransformation von einer niedrigen Impedanz (beispielsweise 1–5 Ω) zu hoher Impedanz (beispielsweise 50 Ω) zur Verfügung stellen. Ebenfalls vom zweiten Knoten 418 erstreckt sich ein zweiter Zweig, der eine resonante Übertragungsverbindung 420 und eine Kapazität gegenüber Masse 422 umfasst. Der zweite Knoten 418 befindet sich ebenfalls in Reihe mit einem Ausgang 424. Selbstverständlich wäre es dann notwendig, diese Schaltung an den verbleibenden Schaltkreis des Leistungsverstärker-Ausgangsmoduls zu koppeln.
Obwohl die besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein digitales System mit zwei Betriebsarten vorsieht, kann die Funkarchitektur durch die Strukturierung selektiver Übertragungsverbindungen auf die dielektrischen Lagen leicht geändert werden, um ebenfalls ein digitales Band und ein analoges Band in einem elektronischen Gerät zu erreichen. Ein derartiges Design jedoch würde auf spekulative Weise zwei separate und getrennte Breitbandkoppler benötigen, einen für jedes Band. Nichtsdestotrotz würden die anderen Vorteile der Integration, wie etwa eine verbesserte Zurückweisung von Oberschwingungen und die Selbstabschirmungseigenschaften nach wie vor erreicht werden. Ein derartiges Beispiel wäre ein digitales Band, wie etwa PCS (1850–1930 MHz) und ein analoges Band, wie etwa AMPS (824–894 MHz). Entsprechend kann dies ebenfalls auf andere verwandte Frequenzen angewendet werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Leistungsverstärker-Ausgangsmodul in der Form ei nes Vielschicht-Keramikaufbaus hergestellt werden. Ein derartiger Vielschicht-Keramikaufbau kann eine Mehrzahl von Lagen dielektrischen Materials umfassen, mit Übertragungsverbindungen aus leitfähiger Paste, die dazwischen aufgebracht sind. Der Vielschicht-Keramikaufbau kann weiterhin eine integrierte Halbleiterschaltung umfassen, die an eine der Mehrzahl dielektrischer Lagen angebracht ist.
Diese integrierte Halbleiterschaltung kann viele Formen annehmen. Übliche Technologien, die angewendet werden, enthalten Flip-Chip, BGA-Bauteile, Wirebond-Bauteile, Kunststoff- oder Keramik-Aufbauten oder jegliche andere Technologien gemäß Industriestandard. In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine integrierte Halbleiter-Flip-Chip-Schaltung, die ein Galliumarsenidmaterial verwendet, verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das Halbleitermaterial Silizium, Germanium, Silizium-Germanium oder jegliche andere geeignete Materialien umfassen.
Für den Fall, dass eine integrierte Halbleiterschaltung (IC) in das Ausgangsmodul 200 integriert ist, bedingt eine einen großen Vorteil bietende Designstrategie das Anordnen des IC in einer Kavität im Modul 200. Während Kavitäten in Vielschicht-Aufbauten wie etwa dem Modul 200 leicht hergestellt werden, könnte die "Höhe oberhalb der Platine"-Dimension minimiert werden, um so weitere Vorteile bezüglich der Komponentengröße für das Modul 200 zur Verfügung stellen.
Die Integration bis zu dem Grad, der von dem vorliegenden Leistungsverstärker-Ausgangsmodul zur Verfügung gestellt wird, stellt eine wichtige Lösung für den Hochfrequenzdesigner (HF) zur Verfügung. Durch die Integration der Sendeschaltungsfunktionalität (Tx) in ein einziges Modul wird weniger Platinenplatz benötigt als bei der Verwendung einer diskreten Herangehensweise. Das sich ergebende Modul führt des Weiteren vielfache Funktionen in einer einzigen Standardkomponente aus.
Die vielfachen Funktionen, die von dem Leistungsverstärker-Ausgangsmodul durchgeführt werden, sind vielfältig, aber wichtig für die effektive Leistung des zellularen Telefons oder der Funkvorrichtung. Der 20-dB-Richtkoppler ist notwendig, um effektiv das Signal an den automatischen Ausgangs-Controller ("AOC = automatic output controller") zu koppeln. Der AOC ist eine Schaltung, die das gekoppelte Signal empfängt und daraufhin die Leistungsabgabe des Leistungsverstärkers ("PA = power amplifier") anzupassen, um innerhalb einer gewünschten Spezifikation zu verbleiben. Der Diplexer führt die Funktion zweier Filter aus, um effektiv das hohe und das niedrige Band zu separieren/kombinieren. Die Impedanzanpassungsnetzwerke stellen eine Impedanzanpassung von der niedrigen Impedanz des Leistungsverstärkerausgangs (PA) an 50 Ohm (Ω) oder jegliche andere benötigte Impedanz zur Verfügung. Dies erhält einen effizient arbeitenden Verstärker und stellt dem Verstärker Stabilität zur Verfügung. Die vorliegende Erfindung stellt auf intelligente Weise die Funktion zur Filterung von Oberschwingungen zusammen mit den jeweiligen Impedanzanpasungsnetzwerken zur Verfügung.
Darüber hinaus ist das Impedanzanpassungsnetzwerk der vorliegenden Erfindung ein verteiltes Anpassungsnetzwerk. Es ist mehr als lediglich ein Satz räumlich konzentrierter Induktivitäten und/oder Kondensatoren. Mit anderen Worten: Das Anpassungsnetzwerk ist über verschiedene dielektrische Lagen verteilt.
Das Leistungsverstärker-Ausgangsmodul der vorliegenden Erfindung wird in besonders bevorzugter Weise in einem mit geringem Verlust behafteten Vielschicht-Keramikaufbau mit einem hohen Q erreicht. Ein derartiger Vielschicht-Aufbau kann aus Schichten oder Lagen dielektrischen Materials hergestellt werden, wie beispielsweise Bariumtitanat-, Neodymtitanat-Material oder glasbeladenem Aluminium. Die dielektrischen Lagen werden unter Verwendung von Vielschicht-Herstellungsprozessen und Technologien gemäß Industriestandard gebildet. Materialien mit leitfähiger Paste werden daraufhin, typischerweise durch Screen-Printing, auf den Lagen aufgebracht. Die Lagen können mit Löchern versehen werden, um Vias oder Zwischenverbindungen zwischen den Schichten zur Verfügung zu stellen, und die Lagen werden letztendlich unter Druck und Temperatur laminiert. Die genaue Anzahl an Schichten und die Designs oder Muster, die auf jede Schicht gedruckt werden, sind anwendungsspezifisch und können für jede individuelle Anwendung variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Leistungsverstärker-Ausgangsmodul als ein Vielschicht-Keramikaufbau ausgelegt, der Lagen dielektrischen Materials mit Übertragungsverbindungen aus leitfähiger Paste und Elementen, die dazwischen angebracht sind, enthält.
5 zeigt in grafischer Form die verbesserten Einfügedämpfungswerte, die durch die Integration verschiedener Front-End-Funkfunktionen in einem Vielschicht-Keramikaufbau realisiert werden. Bezug nehmend auf 5 ist ein Graph mit der Einfügedämpfung, gemessen in Dezibel (dB) entlang der Y-Achse und der Frequenz, gemessen in Megahertz (MHz) entlang der X-Achse, gegeben. Im interessierenden Bereich, was so verstanden werden soll, dass es die zweiten und dritten Oberschwingungen bedeuten soll, stellte die Funkarchitektur gemäß dem Stand der Technik lediglich eine marginale Dämpfung zur Verfügung (siehe gestrichelte Linie). Durch die Integrierung der Schaltungen in ein Leistungsverstärker-Ausgangsmodul wird ein wesentlich besseres Verhalten erreicht (siehe durchgezogene Linie). Zusätzlich zu der Reduzierung in Bezug auf Größe und Volumen stellt das Ausgangsmodul der vorliegenden Erfindung weiterhin ein besseres Verhalten in Form einer stärkeren Oberschwingungen-Unterdrückung bei den zweiten und dritten Oberschwingungen zur Verfügung.
Für bestimmte Anwendungen kann es wünschenswert sein, die Eingangs-/Ausgangverbindungen strategisch in einem vorangeordneten Zustand angeordnet zu wissen, was eine Art "Schlüssel-Schloss-" Konfiguration zur Verfügung stellt, so dass der Aufbau lediglich an die Leiterplatte in genau einer sehr speziellen Weise befestigt werden kann. Für andere Anwendungen kann es bevorzugt sein, Abstandsstücke, Größen und Basisflächen-Topografien gemäß Industriestandard zu verwenden.
Ein weiterer interessanter Aspekt der Erfindung des Anmelders betrifft eine Masseplatte mit einem vergrabenen Gitter. Während die Verwendung von vergrabenen Masseplatten in der Industrie bei der Herstellung von Komponenten gut bekannt ist, verwendet das vorliegende Leistungsverstärker-Ausgangsmodul eine vergrabene gitterartige Masseplatte, die auf eine der dielektrischen Lagen aufgedruckt ist. Eine derartige Masseplatte mit Netz stellt eine ausreichende Menge Metallisierung zur Verfügung, um eine adäquate Erdung zur Verfügung zu stellen, lässt aber jedoch eine ausrei chende Fläche nicht-metallisiert, um eine ausreichende Haftung der Keramiklagen aneinander zu ermöglichen.
Während das Leistungsverstärker-Ausgangsmodul der vorliegenden Erfindung selbstverständlich eine Komponente kleiner Größe innerhalb eines zellularen Telefons zur Verfügung stellt, kann es nichtsdestotrotz beispielsweise ebenfalls ein Basissubstrat für andere Halbleiterkomponenten zur Verfügung stellen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Leistungsverstärker-Ausgangsmodul weiterhin mit anderen Chips mit integrierten Schaltungen (IC) oder Ähnlichem aufgebaut werden. Beispielsweise kann in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Ausgangsmodul weiterhin eine integrierte Halbleiter-Flip-Chip-Schaltung enthalten, die an eine der Mehrzahl dielektrischer Lagen angebracht ist. Demzufolge können sogar größere Zusammenfassungen und Platzeinsparungen stattfinden.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen dieser Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, sollte es klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Ersetzungen sowie andere Anordnungen und Kombinationen der vorstehenden Ausführungsformen vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich dieser Erfindung abzuweichen, wie er von den Ansprüchen definiert ist.

Claims

Leistungsverstärker-Ausgangsmodul mit niedriger Einfügedämpfung und Selbstabschirmungseigenschaften für digitale Systeme mit zwei Betriebsarten, umfassend: eine erste Leistungsverstärker-Treiberschaltung für einen Betrieb in einer/einem ersten digitalen Betriebsart oder Band mit einem ersten Leistungsverstärker und einem ersten Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk mit integrierter Unterdrückung von Oberschwingungen höherer Ordnung; eine zweite Leistungsverstärker-Treiberschaltung für einen Betrieb in einer/einem zweiten digitalen Betriebsart oder Band mit einem zweiten Leistungsverstärker und einem zweiten Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk mit integrierter Unterdrückung von Oberschwingungen höherer Ordnung; einen einzelnen Diplexer, der an das erste Impedanzanpassungsnetzwerk und an das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk gekoppelt ist, wobei der einzelne Diplexer selektiv ein Signal von der ersten Leistungsverstärker-Treiberschaltung weiterleitet, während er gleichzeitig ein Signal von der zweiten Leistungsverstärker-Treiberschaltung in einem ersten Zustand dämpft und selektiv ein Signal von der zweiten Leistungsverstärker-Treiberschaltung weiterleitet, während er gleichzeitig ein Signal von der ersten Leistungs verstärker-Treiberschaltung in einem zweiten Zustand dämpft; und einen einzelnen Breitband-Richtkoppler, der an den Diplexer gekoppelt ist, um sowohl die erste Leistungsverstärker-Treiberschaltung als auch die zweite Leistungsverstärker-Treiberschaltung zu koppeln.
Leistungsverstärker-Ausgangsmodul nach Anspruch 1, das weiterhin ein Tiefpassfilter umfasst, das an den einzelnen Breitband-Richtkoppler und an eine einzelne Antenne über einen Sende-Empfangsschalter gekoppelt ist, zum Empfangen eines Signals von der ersten Leistungsverstärker-Treiberschaltung in der ersten digitalen Betriebsart und der zweiten Leistungsverstärker-Treiberschaltung in der zweiten digitalen Betriebsart.
Leistungsverstärker-Ausgangsmodul nach Anspruch 1, das weiterhin ein Tiefpassfilter umfasst, das an den einzelnen Breitband-Richtkoppler gekoppelt ist und an eine einzelne Antenne über einen Multiplexer gekoppelt ist, zum Empfangen eines Signals von der ersten Leistungsverstärker-Treiberschaltung in der ersten digitalen Betriebsart und der zweiten Leistungsverstärker-Treiberschaltung in der zweiten digitalen Betriebsart.
Leistungsverstärker-Ausgangsmodul nach Anspruch 1, wobei das erste Impedanzanpassungsnetzwerk und das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk sowohl Oberschwingungen der zweiten als auch der dritten Ordnung dämpfen.
Leistungsverstärker-Ausgangsmodul nach Anspruch 1, wobei das erste Impedanzanpassungsnetzwerk und das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk weiterhin die Funktion der Unterdrückung von Oberschwingungen zur Verfügung stellen.
Leistungsverstärker-Ausgangsmodul nach Anspruch 1, wobei das erste Impedanzanpassungsnetzwerk und das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk verteilt sind und zur Filterung von Oberschwingungen geeignet sind.
Leistungsverstärker-Ausgangsmodul nach Anspruch 1, wobei der einzelne Breitbandkoppler ungefähr –20 dB aufweist.
Leistungsverstärker-Ausgangsmodul nach Anspruch 1, das in einem Vielschicht-Keramikaufbau angeordnet ist, der eine Mehrzahl von Platten dielektrischen Materials mit Übertragungsverbindungen aus leitfähiger Paste umfasst, die dazwischen aufgebracht sind.
Vielschicht-Keramikaufbau nach Anspruch 8, wobei eine Mehrzahl von Eingabe-/Ausgabekontakten auf einer ersten der Mehrzahl von Platten dielektrischen Materials angeordnet ist und die Mehrzahl von Eingabe-/Ausgabekontakten in einer Passungskonfiguration ("keyed configuration") angeordnet sind, um eine genaue Anbringung auf einer Platine oder einem anderen Substrat bereitzustellen.
Vielschicht-Keramikaufbau nach Anspruch 8, wobei eine Masseplatte mit einem vergrabenen Gitter auf einer zweiten der Mehrzahl von Platten dielektrischen Materials zur Verfügung gestellt wird.
Vielschicht-Keramikaufbau nach Anspruch 8, der weiterhin eine integrierte Halbleiterschaltung umfasst, die an einer der Mehrzahl dielektrischer Platten angebracht ist.
Vielschicht-Keramikaufbau nach Anspruch 8, der weiterhin eine integrierte Halbleiterschaltung umfasst, die in einer Kavität in einer der Mehrzahl dielektrischer Platten des Leistungsverstärker-Ausgangsmoduls angebracht ist.
Vielschicht-Keramikaufbau nach Anspruch 8, der weiterhin eine integrierte Flip-Chip-Halbleiterschaltung umfasst, die in einer Kavität des Leistungsverstärker-Ausgangsmoduls angebracht ist.
Vielschicht-Keramikaufbau nach Anspruch 8, der weiterhin einen Leistungsverstärker mit einer darin integrierten aktiven Anpassungsabstimmung umfasst.
Kommunikationsgerät mit zwei Betriebsarten, das ein erstes digitales Band und ein zweites digitales Band aufweist, wobei das Kommunikationsgerät ein Leistungsverstärker-Ausgangsmodul gemäß Anspruch 1 aufweist.
Kommunikationsgerät mit zwei Betriebsarten nach Anspruch 15, das weiterhin ein Tiefpassfilter umfasst, das an einen einzelnen Breitband-Richtkoppler gekoppelt ist und an eine einzelne Antenne über einen Sende-Empfangsschalter gekoppelt ist, zum Empfangen eines Signals von einer ersten Leistungsverstärker-Treiberschaltung in dem ersten digita len Band und der zweiten Leistungsverstärker-Treiberschaltung in dem zweiten digitalen Band.
Kommunikationsgerät mit zwei Betriebsarten nach Anspruch 15, das weiterhin ein Tiefpassfilter umfasst, das an einen einzelnen Breitband-Richtkoppler gekoppelt ist und an eine einzelne Antenne über einen Multiplexer gekoppelt ist, zum Empfangen eines Signals von einer ersten Leistungsverstärker-Treiberschaltung in dem ersten digitalen Band und der zweiten Leistungsverstärker-Treiberschaltung in dem zweiten digitalen Band.
Kommunikationsgerät mit zwei Betriebsarten nach Anspruch 15, wobei das erste digitale Band ein GSM-Band und das zweite digitale Band ein DCS-Band ist.
Kommunikationsgerät mit zwei Betriebsarten nach Anspruch 15, wobei das erste digitale Band ein DCS-Band und das zweite digitale Band ein IDEN-Band ist.
Kommunikationsgerät mit zwei Betriebsarten nach Anspruch 15, wobei das erste Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk und das zweite Ausgangsimpedanzanpassungsnetzwerk verteilt sind und zur Filterung von Oberschwingungen geeignet sind.