WO2003030384A1 - Schaltungsanordnung, schaltmodul mit der schaltungsanordnung und verwendung des schaltmoduls - Google Patents
Schaltungsanordnung, schaltmodul mit der schaltungsanordnung und verwendung des schaltmoduls Download PDFInfo
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- H04B1/48—Transmit/receive switching in circuits for connecting transmitter and receiver to a common transmission path, e.g. by energy of transmitter
Definitions
- the invention relates to a circuit arrangement which has an antenna input, a signal input and a signal output.
- the circuit arrangement has a switching unit which optionally connects the antenna input to the signal input or the signal output.
- the circuit arrangement has a control line.
- Circuit arrangements of the type mentioned are often used as multiband front-end modules for mobile telephones.
- they are connected to the antenna of the mobile phone at the antenna input. Touching the antenna by an electrically charged user can lead to electrostatic discharge, as they are also known under the name "Electrostatic Discharge ESD".
- ESD Electrostatic Discharge
- These electrostatic discharges can generate voltage peaks that are likely to destroy the vision system. Accordingly, it is necessary to equip vision systems of the type mentioned at the outset with a protective device against ESD.
- circuit arrangements of the type mentioned which are equipped with a protective device against ESD.
- the protective device is formed by an electrical high-pass filter in which a capacitance is connected in series and an inductance is connected in parallel to the antenna input path.
- the known circuit arrangement has the disadvantage that only the ESD pulse coupled directly into the circuit arrangement via the antenna can be reduced with the aid of the ESD protection device.
- an electrical Trostatic discharge also generate a high voltage on the circuit arrangement via ground coupling. This can happen, for example, in that the control input usually used in a switch is either at a high potential (high) or at a low potential
- the high potential is defined in that it is, for example, 2.3 V above the ground potential of the circuit arrangement. Since in a mobile phone as in many other devices based on signal transmission using antennas, the signal coupling from the
- an electrostatic discharge can also have a direct effect on the ground potential of the circuit arrangement in the case of a circuit arrangement mentioned at the beginning.
- the voltage pulse resulting from an electrostatic discharge can have an effect on the circuit arrangement in addition to the path via the antenna and also via the control line.
- the known circuit arrangement is not protected against these effects.
- the high-pass filter used in the known circuit arrangement has the property of being a very simply constructed filter that allows all frequency components of a signal to pass almost unhindered from a certain cut-off frequency.
- a very narrow frequency range is decisive for the further processing of the signals captured by the antenna in a mobile phone.
- frequencies between approximately 1 and 2 GHz are used in mobile telephones according to the GSM, PCN or PCS standard. All other frequencies captured by the antenna are rather annoying and must therefore be filtered out.
- at least one bandpass filter is necessary in order to make the signals picked up by the circuit arrangement mentioned above processable for a mobile telephone.
- the high-pass filter arranged in the known circuit arrangement can only frequencies below a cut-off cut off the sequence. It must therefore be followed by at least one filter circuit in order to cut out the frequency range of interest for the mobile phone from the signals picked up by the antenna.
- the known circuit arrangement has the disadvantage that the high-pass filter circuit used for protection against ESD has an insertion loss, due to which the useful signals also experience a certain amount of attenuation, but the transmitted frequency band is not yet trimmed. Accordingly, the known circuit arrangement has the disadvantage of an overall high insertion loss.
- Object of the present invention is, therefore, 'an arrangement of circuitry to specify the type mentioned, above in which the protection is improved electrostatic discharge.
- a circuit arrangement which contains a switching unit with an antenna input, a signal input and a signal output.
- the switching unit is suitable for connecting the antenna input to the signal input or the signal output in an electrically conductive manner.
- a control line is arranged on the switching unit, which controls the switch position of the switching unit.
- the antenna input is connected to a first protective device against electrostatic discharges.
- the control line is also connected to a second protective device against electrostatic discharge.
- the protective devices against electrostatic discharges are advantageously connected to a ground connection, in which the surges of the electrostatic discharge can be derived.
- the switching unit can be, for example, a voltage-controlled switch, as is usually used in mobile telephones due to its low power consumption.
- a gallium arsenide switch is particularly suitable as the switching unit.
- the switching unit can also have multiple signal inputs and outputs. Accordingly, several control lines are required.
- the gallium arsenide switch can also be provided with a decoder, with the aid of which the number of control lines can be reduced.
- a decoder usually requires a power supply that is connected via a supply line.
- the ESD protection of such a circuit can be improved further by connecting the supply line to a third protective device against electrostatic discharge.
- the decoder can also be constructed in such a way that the voltages of the control lines are generated from the voltage of the supply line. This is possible, for example, by means of so-called "pull-up resistors". Then the ESD protection can be simplified by providing only the voltage supply line with a second protection device. The protection of the control lines is then taken over by the protection of the power supply.
- the circuit arrangement can also contain frequency filters which are assigned to individual signal inputs or signal outputs. They are particularly suitable for filtering the frequencies picked up by the antenna in a mobile phone in such a way that the filtered signals passed through the signal output from the mobile phone can be processed further.
- frequency filters which are assigned to individual signal inputs or signal outputs. They are particularly suitable for filtering the frequencies picked up by the antenna in a mobile phone in such a way that the filtered signals passed through the signal output from the mobile phone can be processed further.
- the second protective device against electrostatic discharge is, for example, the use of a voltage limiting element which is connected in parallel to the control line and which is connected to a ground potential.
- a voltage limiting element can be a varistor, for example. From a certain limit voltage, such a varistor has a very low ohmic resistance, so that overvoltages can be diverted to ground.
- varistors with a ' low switching voltage are suitable, since in this case the residual voltage which occurs in the event of a voltage pulse and which stresses the circuit arrangement is the lowest. It is therefore possible to use varistors with a varistor voltage between 4 and 20 V. Accordingly, the terminal voltage loading the circuit arrangement in the case of a voltage pulse is approximately 8 to approximately 50
- the circuit arrangement can be reliably protected against damage in the event of an ESD pulse.
- a voltage limiting element can also be used as the first protective device against electrostatic discharges.
- An electrical frequency filter for example, can be used as a voltage limiting element.
- a varistor or a switching spark gap can also be considered.
- the circuit arrangement according to the invention has the advantage that the protective measure against ESD at the antenna input is provided by the additional ESD protection on the control line of the switching unit can be designed less complex.
- the first protective device is an electrical filter
- the circuit arrangement according to the invention is designed with a varistor as the first protective device against electrostatic discharges, it is possible to use a varistor on the antenna side with a somewhat higher switching voltage and thus a component that is cheaper to buy.
- the first protective device can be a varistor with a switching voltage of 50 V instead of a switching voltage of 6 V.
- Switching voltage of 6 V would be required to protect the circuit arrangement against ESD pulses in the case when the control line itself does not have any further protection.
- the protective device at the antenna input can be designed in the form of an electrical frequency filter, the insertion loss of which is less than 0.3 dB.
- the invention provides a circuit arrangement in which the antenna input is connected to an antenna and in which the signal output is connected to a reception amplifier
- Mobile phones and the signal input is connected to a transmitter amplifier of a mobile phone.
- a switching module which contains a circuit arrangement according to the invention.
- the switching module also contains a multilayer ceramic substrate with integrated passive components that Form a frequency filter. These frequency filters are assigned to the signal inputs and outputs.
- the switching unit is arranged on the top of the multilayer ceramic substrate and can be implemented, for example, with the aid of PIN diodes or in the form of a gallium arsenide switch. Furthermore, the first and second protective devices against electrostatic discharges are integrated in the switching module.
- the switching module has the advantage that due to the integration of the passive components in the ceramic substrate and the integration of the protective device into the switching module, a high level of integration is achieved, which has an advantageous effect on the space requirement of the switching module.
- the first and second protective devices can be integrated into the switching module, for example, by building these components on the surface of the ceramic substrate next to the switching unit.
- the switching module is also advantageous to use the switching module as a front-end module in a mobile phone.
- FIG. 1 shows an example of a circuit arrangement according to the invention in a basic circuit diagram.
- FIG. 2 shows an example of a further circuit arrangement according to the invention in a basic circuit diagram.
- FIG. 3 shows the use of the circuit arrangement according to the invention in a mobile telephone based on a basic circuit diagram.
- FIG. 4 shows an example of a switching module according to the invention in a schematic longitudinal section.
- the same reference numerals designate the same elements.
- FIG. 1 shows a circuit arrangement with a switching unit 4, which is provided with a ground 8.
- the switching unit 4 has an antenna input 1, which is connected to an antenna 18.
- the antenna input 1 is connected to a first protective device 6 against electrostatic discharge (symbolized by the lightning in FIG. 1).
- the switching unit 4 contains at least one control line 5, which controls the switching process for connecting the antenna input 1 to the signal inputs 2 or the signal outputs 3 of the switching unit 4.
- three control lines 5 are shown. At least one of these control lines 5 is provided with a second protective device 7 against electrostatic discharge.
- This second protection device 7 can be used as voltage limiting element include a varistor, which is connected to 'the mass. 8
- the 1 also has a decoder, for which a supply line 11 is required.
- the supply line 11 is connected to a supply voltage + Vcc.
- the supply line 11 is connected to a third protective device 12 against electrostatic discharge.
- the third protective device 12 can be a varistor, for example, which is connected to the ground 8.
- FIG. 2 shows a voltage-controlled GaAs switch 9 with an antenna input 1, to which an antenna 18 is connected.
- the GaAs switch 9 has transmitter inputs TX ⁇ _, X 2 and receiver inputs R ⁇ , X 2 and RX 3rd
- the GaAs switch 9 is controlled via control inputs S] _, S 2 , S 3 , S4, S5.
- the control takes place in such a way that exactly one of the control inputs S] _, S 2 1 S 3 , S 4 and S5 is set to "high", while the other control inputs are set to "low”.
- the number of inputs required can be reduced by the decoder 10 connected to the GaAs switch 9.
- the decoder 10 can be, for example, a 1 out of 5 decoder.
- control inputs Ei, E2 and E3 as well as control outputs A] _, A2, A3, A4 and A5.
- the control outputs A] _, A2, A3, A4 and A5 are connected by control lines 24 to the control inputs S_, S2, S3, S4, S5 of the GaAs switch 9.
- control inputs E ⁇ , E2 and E3 of the decoder 10 are connected to control lines 5.
- the transmitter inputs TX ] _, X2 correspond to the signal inputs 2 from FIG. 1.
- the receiver inputs RX] _, RX2, and RX3 correspond to the signal outputs 3 from FIG. 1.
- FIG. 3 shows a switching module with a GaAs switch 9, which has an antenna input 1 and two signal inputs 2 and three signal outputs 3.
- the switching module has two low-pass filters 13, 14, the low-pass filter 13 for the GSM frequency band and the low-pass filter 14 for the PCN / PCS frequency band can be designed.
- the GaAs switch 9 optionally connects one of the inputs / outputs 2, 3 to its antenna input 1.
- the switching module also has bandpass filters 15, 16, 17, which are connected to the signal outputs 3.
- the bandpass filter 15 is adapted to the GSM frequency, the bandpass filter 16 to the PCN frequency and the bandpass filter 17 to the PCS frequency.
- the signal inputs 2 of the GaAs switch 9 There are the signal inputs 2 of the GaAs switch 9 with transmitter amplifiers 19 electrically connected.
- the transmitter amplifiers 19, like the low-pass filters 13, 14, are adapted to the radio frequencies GSM or PCN / PCS.
- the signal outputs 3 are electrically conductively connected to receiver amplifiers 19a via the bandpass filters 15, 16, 17, the receiver amplifiers 19a being adapted to the frequency bands GSM, PCN or PCS.
- the antenna input 1 of the GaAs switch 9 is connected to an antenna 18.
- the signals received by the antenna 18 can now be fed to the bandpass filter 16, the bandpass filter 17 or the bandpass filter 15 by means of the GaAs switch 9, where they are filtered depending on the radio frequency used and further processed in amplifiers 19a.
- the signals supplied by the transmitter amplifiers 19 are filtered by the low-pass filters 13, 14 and optionally supplied to the antenna 18 for transmitting a signal.
- FIG. 4 shows a switching module with a multilayer ceramic substrate 20, in which passive components 21, 22, 23 are integrated. These passive components 21, 22, 23 can be, for example, resistors 21, capacitors 22 and inductors 23.
- the multilayer ceramic substrate 20 can be designed in a manner known per se. Ceramic layers 30 stacked on top of one another, which are separated from one another by metallic layers 31, can be used as multilayer ceramic substrate 20. Some of the metallic layers 31 are connected to one another by vias 32 running inside the ceramic layers 30.
- a switching unit 4 is mounted on the upper side of the ceramic substrate 20, which switching unit can be a gallium arsenide multiple switch mounted in flip-chip technology, for example.
- the switching unit 4 can be attached and electrically contacted, for example, by gluing and additional wire bonding.
- a GaAs multiple switch is preferably used as the switching unit 4.
- Such a switch can have an insertion loss of 0.8 dB in the frequency range between 0.1 and 0.5 GHz.
- This can be an integrated circuit with FET, based on gallium arsenide, the pin surfaces of which can be connected to the ceramic substrate 20 by soldering.
- the switching unit 4 can also be attached to the multilayer ceramic substrate 20 and electrically connected by means of wire bonding. A connection by means of soldering is preferably used if the switching unit 4 is used with an additional housing.
- the passive components 21, 22, 23 can form the filters 13, 14, 15, 16, 17 required according to FIG.
- the first protective device 6 and the second protective device 7 are also mounted on the surface of the substrate 20. This achieves a high degree of integration for the switching module according to the invention, which has a positive effect on the space requirement of the switching module.
- Such a switching module can be used, for example, in mobile telephones, which is why the advantageous use of the switching module according to the invention as a front-end module in a mobile radio device is a further subject of the invention.
- the invention is not limited to the examples of protective devices mentioned, rather all conceivable Ren protection devices are used in the circuit arrangement according to the invention.
- the circuit arrangement or the switching module is not limited to use in mobile telephones.
- TX] _ TX2 transmitter inputs
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Antenneneingang (1), einem Signaleingang (2) und einem Signalausgang (3), und mit einer Schalteinheit (4), die eine Kontroll-Leitung (5) aufweist, mit der das wahlweise Verbinden des Antenneneingangs (1) mit den Signaleingang (2) oder dem Signalausgang (3) gesteuert werden kann, bei der der Antenneneingang (1) mit einer ersten Schutzvorrichtung (6) gegen elektrostatische Entladungen und die Kontroll-Leitung (5) mit einer zweiten Schutzvorrichtung (7) gegen elektrostatische Entladungen verbunden ist. Durch die Schutzvorrichtung in der Kontroll-Leitung kann die ESD-Sicherheit der Schaltungsanordnung verbessert werden. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Schaltmodul und dessen Verwendung als Frontendmodul in einem Mobiltelefon.
Description
Beschreibung
Schaltungsanordnung, Schaltmodul mit der Schaltungsanordnung und Verwendung des Sehaltmoduls
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die einen Antenneneingang, einen Signaleingang sowie einen Signalausgang aufweist. Darüber hinaus weist die Schaltungsanordnung eine Schalteinheit auf, die den Antenneneingang wahlweise mit dem Signaleingang oder dem Signalausgang verbindet. Darüber hinaus weist die Schaltungsanordnung eine Kontroll-Leitung auf.
Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art werden oft als Multiband-Frontendmodule für Mobiltelefone verwendet. Sie sind in dieser Anwendung am Antenneneingang mit der Antenne des Mobiltelefons verbunden. Die Berührung der Antenne durch einen elektrisch geladenen Benutzer kann zu elektrostatischen Entladung führen, wie sie auch unter dem Namen "Electrostatic Discharge ESD" bekannt sind. Diese elektrostatischen Entladungen können Spannungsspitzen erzeugen, die geeignet sind, die Sehaltungsanordnung zu zerstören. Dementsprechend ist es erforderlich, Sehaltungsanordnungen der eingangs genannten Art mit einer Schutzvorrichtung gegen ESD auszurüsten.
Aus der Druckschrift WO 00/57515 sind Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art bekannt, die mit einer Schutzvorrichtung gegen ESD ausgerüstet sind. Die Schutzvorrichtung ist durch einen elektrischen Hochpaß-Filter, bei dem eine Ka- pazität in Reihe und eine Induktivität parallel zum Antenneneingangspfad geschaltet ist, gebildet.
Die bekannte Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß mit Hilfe der ESD-Schutzvorrichtung lediglich der direkt über die Antenne in die Schaltungsanordnung eingekoppelte ESD-Puls gemindert werden kann. Neben dem direkt über die Antenne auf die Schaltungsanordnung einlaufenden Puls kann eine elek-
trostatische Entladung auch über Massekopplung eine hohe Spannung an der Schaltungsanordnung erzeugen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der in einem Schalter üblicherweise verwendete Kontroll-Eingang entweder auf einem hohen Potential (high) oder auf einem niedrigen Potential
(low) liegt. Dabei ist das hohe Potential (high) dadurch definiert, daß es beispielsweise um 2,3 V über dem Massepotential der Schaltungsanordnung liegt. Da bei einem Mobiltelefon genauso wie bei vielen anderen auf Signalübertragung mittels Antennen basierenden Geräten die Signaleinkopplung von der
Antenne zur Erde des Systems läuft, kann auch in dem Fall einer eingangs genannten Schaltungsanordnung eine elektrostatische Entladung sich direkt auf das Massepotential der Schal- tungsanordnung auswirken. Über die direkte Kopplung einer Kontroll-Leitung an die Masse durch die Bedingung "high" kann sich der durch eine elektrostatische Entladung entstehende Spannungspuls neben dem Pfad über die Antenne auch noch über die Kontroll-Leitung auf die Schaltungsanordnung auswirken. Gegen diese Auswirkungen ist die bekannte Schaltungsanordnung nicht geschützt.
Darüber hinaus hat der in der bekannten Schaltungsanordnung verwendete Hochpaß-Filter die Eigenschaft, ein sehr einfach aufgebautes Filter zu sein, das alle Frequenzanteile eines Signals ab einer bestimmten Grenzfrequenz nahezu ungehindert passieren läßt . Für die Weiterverarbeitung der von der Antenne eingefangenen Signale in einem Mobiltelefon ist aber im allgemeinen lediglich ein sehr enger Frequenzbereich maßgeblich. Beispielsweise werden bei Mobiltelefonen nach dem GSM-, PCN- oder PCS-Standard Frequenzen zwischen etwa 1 und 2 GHz verwendet. Alle übrigen von der Antenne eingefangenen Frequenzen sind eher störend und müssen daher weggefiltert werden. Es ist demnach wenigstens ein Bandpaß-Filter notwendig, um die von der eingangs genannten Schaltungsanordnung aufge- fangenen Signale für ein Mobiltelefon verarbeitbar zu machen. Das in der bekannten Schaltungsanordnung angeordnete Hochpaß- Filter kann lediglich Frequenzen unterhalb einer Grenzfre-
quenz abschneiden. Es muß daher im Anschluß daran noch wenigstens eine Filterschaltung dahintergeschaltet sein, um den für das Mobiltelefon interessanten Frequenzbereich aus den von der Antenne aufgefangenen Signalen herauszuschneiden.
Demnach hat die bekannte Schaltungsanordnung den Nachteil, daß die zum Schutz vor ESD benutzte Hochpaß-Filterschaltung eine Einfügedämpfung aufweist, aufgrund derer auch die Nutzsignale eine gewisse Dämpfung erfahren, jedoch eine Beschnei- düng des übertragenen Frequenzbandes noch nicht erfolgt. Demnach hat die bekannte Schaltungsanordnung den Nachteil einer insgesamt hohen Einfügedämpfung.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher,' eine Schal- tungsanordnung der eingangs, genannten Art anzugeben, bei der der Schutz gegen elektrostatische Entladung verbessert ist.
Dieses Ziel wird durch eine Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1 erreicht . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Schaltmodul und die Verwendung des
Schaltmoduls sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird eine Schaltungsanordnung beschrieben, die eine Schalteinheit mit einem Antenneneingang, einem Signaleingang und einem Signalausgang enthält. Die Schalteinheit ist dazu geeignet, den Antenneneingang wahlweise mit dem Signaleingang oder dem Signalausgang elektrisch leitend zu verbinden. Darüber hinaus ist an der Schalteinheit eine Kontroll-Leitung angeordnet, die die Schalterstellung der Schalteinheit steu- ert. Darüber hinaus ist der Antenneneingang mit einer ersten Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen verbunden. Die Kontroll-Leitung ist ebenfalls mit einer zweiten Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen verbunden.
Die Schutzvorrichtungen gegen elektrostatische Entladungen sind vorteilhafterweise mit einem Masseanschluß verbunden, in
den die Überspannungen der elektrostatischen Entladung abgeleitet werden können.
Die Schalteinheit kann beispielsweise ein spannungsgesteuer- ter Schalter sein, wie er üblicherweise in Mobiltelefonen aufgrund seines niedrigen Stromverbrauchs verwendet wird. Insbesondere kommt als Schalteinheit ein Galliumarsenid- Schalter in Betracht.
Die Schalteinheit kann auch mehrere Signalein- und -ausgange aufweisen. Entsprechend werden mehrere Kontroll-Leitungen benötigt.
Der Galliumarsenid-Schalter kann darüber hinaus mit einem De- coder versehen sein, mit dessen Hilfe die Anzahl der Kontroll-Leitungen reduziert werden kann. Ein solcher Decoder benötigt üblicherweise eine Spannungsversorgung, die über eine Versorgungsleitung angebunden ist. Der ESD-Schutz einer solchen Schaltung kann noch verbessert werden, indem die Ver- sorgungsleitung mit einer dritten Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen verbunden ist.
Der Decoder kann auch so aufgebaut sein, daß die Spannungen der Kontroll-Leitungen aus der Spannung der Versorgungslei- tung erzeugt werden. Dies ist beispielsweise mittels sogenannter "Pull-Up-Widerstände" möglich. Dann kann der ESD- Schutz vereinfacht werden, indem nur die SpannungsVersorgungsleitung mit einer zweiten Schutzvorrichtung versehen wird. Der Schutz der Kontroll-Leitungen wird dann durch den Schutz der Spannungsversorgung übernommen.
Die Schaltungsanordnung kann darüber hinaus Frequenzfilter enthalten, die einzelnen Signaleingängen beziehungsweise Signalausgängen zugeordnet sind. Sie sind insbesondere dazu geeignet, bei einem Mobiltelefon die von der Antenne aufgenommenen Frequenzen so zu filtern, daß die über den Signalausgang geleiteten, gefilterten Signale von dem Mobiltelefon
weiter verarbeitet werden können. Entsprechendes gilt für die Signaleingänge der Schaltungsanordnung, die in einem Mobiltelefon dazu verwendet werden, im Mobiltelefon erzeugte Sprachsignale über die Antenne zu einem Empfänger zu senden.
Als zweite Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladung kommt beispielsweise die Verwendung eines Spannungsbegren- zungselementes in Betracht, das parallel zur Kontroll-Leitung geschaltet ist und das mit einem Massepotential verbunden ist. Ein solches Spannungsbegrenzungselement kann z.B. ein Varistor sein. Ein solcher Varistor hat ab einer gewissen Grenzspannung einem sehr geringen ohmschen Widerstand, so daß Überspannungen gegen Masse abgeleitet werden können. Insbesondere sind Varistoren mit einer' geringen SchaltSpannung ge- eignet, da in diesem Fall die bei einem Spannungspuls auftretende, die Schaltungsanordnung belastende RestSpannung am geringsten ist. Es kommt deshalb in Betracht, Varistoren mit einer Varistorspannung zwischen 4 und 20 V einzusetzen. Dementsprechend beträgt die bei einem Spannungspuls die Schal- tungsanordnung belastende Klemmenspannung etwa 8 bis etwa 50
V. Dadurch kann die Schaltungsanordnung zuverlässig vor Zerstörungen im Falle eines ESD-Pulses geschützt werden.
Desweiteren kommt es in Betracht, als zweite Schutzvorrich- tung gegen elektrostatische Entladungen eine Schaltfunkenstrecke einzusetzen.
Als erste Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen kann ebenfalls ein Spannungsbegrenzungselement verwendet werden. Es kommt als Spannungsbegrenzungselement beispielsweise ein elektrisches Frequenzfilter in Betracht. Darüber hinaus kommt aber auch ein Varistor oder eine Schaltfunkenstrecke in Betracht.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß durch den zusätzlichen ESD-Schutz an der Kontroll-Leitung der Schalteinheit die Schutzmaßnahme gegen ESD am Antenneneingang
weniger aufwendig gestaltet werden kann. Beispielsweise kommt es für den Fall, daß die erste Schutzvorrichtung ein elektrisches Filter ist, in Betracht, dieses Filter mit einer geringen Anzahl von Bauelementen zu realisieren, was zwar die Fil- tereigenschaften an sich verschlechtert, jedoch die Einfügedämpfung positiv beeinflußt.
Für den Fall, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem Varistor als erster Schutzvorrichtung gegen elek- trostatische Entladungen ausgeführt ist, kommt es in Betracht, antennenseitig einen Varistor mit einer etwas höheren SchaltSpannung und damit ein in der Anschaffung preiswerteres Bauteil einzusetzen. Beispielsweise kann die erste Schutzvorrichtung ein Varistor mit einer SchaltSpannung von 50 V an- stelle einer Schaltspannung von 6 V verwendet werden. Die
Schaltspannung von 6 V wäre erforderlich, um die Schaltungsanordnung gegen ESD-Pulse zu schützen in dem Fall, wenn die Kontroll-Leitung selbst nicht einen weiteren Schutz aufweist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Varistor eine
SchaltSpannung < 6 V aufweist.
Aufgrund der Erfindung kann die Schutzvorrichtung am Antenneneingang in der Form eines elektrischen Frequenz-Filters ausgestaltet werden, dessen Einfügedämpfung kleiner als 0,3 dB ist.
Ferner gibt die Erfindung eine Schaltungsanordnung an, bei der der Antenneneingang mit einer Antenne verbunden ist und bei der der Signalausgang mit einem Empfangsverstärker eines
Mobiltelefons und der Signaleingang mit einem Sendeverstärker eines Mobiltelefons verbunden ist.
Es wird darüber hinaus ein Schaltmodul angegeben, das eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung enthält. Das Schaltmodul enthält darüber hinaus ein Vielschicht-Keramiksubstrat mit integrierten passiven Bauelementen, die elektrische Fre-
quenzfilter bilden. Diese Frequenzfilter sind den Signaleingängen beziehungsweise -ausgängen zugeordnet. Auf der Oberseite des Vielschicht-Keramiksubstrats ist die Schalteinheit angeordnet, die beispielsweise mit Hilfe von PIN-Dioden oder auch in Form eines Galliumarsenid-Schalters realisiert sein kann. Ferner ist in das Schaltmodul die erste und zweite Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen integriert.
Das Schaltmodul hat den Vorteil, daß aufgrund der Integration der passiven Bauelemente in das Keramiksubstrat sowie die Integration der Schutzvorrichtung in das Schaltmodul eine hohe Integration erreicht wird, die sich vorteilhaft auf den Platzbedarf des Schaltmoduls auswirkt. Die Integration der ersten und zweiten Schutzvorrichtung in das Schaltmodul kann beispielsweise durch Aufbau dieser Komponenten auf der Oberfläche des Keramiksubstrats neben der Schalteinheit erfolgen.
Insbesondere ist es noch vorteilhaft, das Schaltmodul als Frontendmodul in einem Mobiltelefon zu verwenden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Figur 1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem Prinzipschaltbild.
Figur 2 zeigt beispielhaft eine weitere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem Prinzipschaltbild.
Figur 3 zeigt die Verwendung der erfindungsgemäßen Schal- tungsanordnung in einem Mobiltelefon anhand eines Prinzipschaltbilds .
Figur 4 zeigt beispielhaft erfindungsgemäßes Schaltmodul in einem schematischen Längsschnitt.
Für alle Figuren gilt, daß gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einer Schaltein- heit 4, die mit einer Masse 8 versehen ist. Die Schalteinheit 4 weist einen Antenneneingang 1 auf, der mit einer Antenne 18 verbunden ist. Der Antenneneingang 1 ist mit einer ersten Schutzvorrichtung 6 gegen elektrostatische Entladungen (in Figur 1 symbolisiert durch den Blitz) verbunden. Die Schalt- einheit 4 enthält wenigstens eine Kontroll-Leitung 5, die den Schaltvorgang zur Verbindung des Antenneneingangs 1 mit den Signaleingängen 2 beziehungsweise den Signalausgängen 3 der Schalteinheit 4 steuert. In Figur 1 sind drei Kontroll- Leitungen 5 gezeigt. Wenigstens eine dieser Kontroll- Leitungen 5 ist mit einer zweiten Schutzvorrichtung 7 gegen elektrostatische Entladungen versehen. Diese zweite Schutzvorrichtung 7 kann als Spannungsbegrenzungselement einen Varistor enthalten, der mit' der Masse 8 verbunden ist. Die in Figur 1 gezeigte Schalteinheit 4 weist darüber hinaus einen Decoder auf, für den eine Versorgungsleitung 11 erforderlich ist. Die Versorgungsleitung 11 ist mit einer Versorgungsspannung +Vcc verbunden. Darüber hinaus ist die Versorgungsleitung 11 mit einer dritten Schutzvorrichtung 12 gegen elektrostatische Entladungen verbunden. Bei der dritten Schutz- Vorrichtung 12 kann es sich beispielsweise um einen Varistor handeln, der mit der Masse 8 verbunden ist.
Figur 2 zeigt einen spannungsgesteuerten GaAs-Schalter 9 mit einem Antenneneingang 1, an dem eine Antenne 18 angeschlossen ist. Der GaAs-Schalter 9 hat Sendereingänge TXι_, X2 und Empfängereingänge R∑χ, X2 und RX3. Der GaAs-Schalter 9 wird über Steuereingänge S]_, S2 , S3 , S4, S5 gesteuert. Die Steuerung erfolgt dabei dergestalt, daß genau einer der Steuereingänge S]_, S21 S3, S4 und S5 auf "high" gesetzt ist, während die anderen Steuereingänge auf "low" gesetzt sind. Durch den an den GaAs-Schalter 9 angeschlossenen Decoder 10 kann die Zahl der benötigten Eingänge reduziert werden. Der Decoder 10
kann beispielsweise ein 1- aus 5 -Decoder sein. Er weist Steuereingänge Ei, E2 und E3 sowie Steuerausgänge A]_ , A2 , A3, A4 und A5 auf. Die Steuerausgänge A]_, A2 , A3, A4 und A5 sind durch Steuerleitungen 24 mit den Steuereingängen S_, S2 , S3 , S4, S5 des GaAs-Schalters 9 verbunden.
Die Steuereingänge E^, E2 und E3 des Decoders 10 sind mit Kontroll-Leitungen 5 verbunden.
Die beispielhafte Decodierung eines an den Eingängen E^, E2 und E3 des Decoders 10 anliegenden logischen Signals in für die Steuerung des GaAs-Schalters 9 geeignete, an den Steuereingängen S]_, S2, S3 , S4, S5 des GaAs-Schalters 9 anliegenden Signale wird durch die folgende Übersetzungstabelle beschrie- ben:
Tabelle 1: Logische Zustände der Steuereingänge S^, S2, S3, S4 , S5 in Abhängigkeit der logischen Zustände an den Steuereingängen E]_, E2 und E3. Es bedeutet 1 = „high" und 0 = „low" .
Die Sendereingänge TX]_, X2 entsprechen dabei den Signaleingängen 2 aus Figur 1. Die Empfängereingänge RX]_, RX2 , und RX3 entsprechen den Signalausgängen 3 aus Figur 1.
Figur 3 zeigt ein Schaltmodul mit einem GaAs-Schalter 9, der einen Antenneneingang 1 sowie zwei Signaleingänge 2 und drei Signalausgange 3 aufweist. Darüber hinaus weist das Schaltmodul zwei Tiefpaßfilter 13, 14 auf, wobei das Tiefpaßfilter 13 für das GSM-Frequenzband und das Tiefpaßfilter 14 für das
PCN/PCS-Frequenzband ausgelegt sein kann. Der GaAs-Schalter 9 verbindet wahlweise einen der Ein-/Ausgänge 2, 3 mit dessen Antenneneingang 1. Das Schaltmodul weist ferner Bandpaßfilter 15, 16, 17 auf, die mit den Signalausgängen 3 verbunden sind. Das Bandpaßfilter 15 ist an die GSM-Frequenz, das Bandpaßfilter 16 an die PCN-Frequenz und das Bandpaßfilter 17 an die PCS-Frequenz angepaßt.
Es sind die Signaleingänge 2 des GaAs-Schalters 9 mit Sender- Verstärkern 19 elektrisch leitend verbunden. Die Senderverstärker 19 sind wie die Tiefpaßfilter 13, 14 an die Funkfrequenzen GSM beziehungsweise PCN/PCS angepaßt. Die Signalausgänge 3 sind über die Bandpaßfilter 15, 16, 17 mit Empfängerverstärkern 19a elektrisch leitend verbunden, wobei die Emp- fangerverstarker 19a an die Frequenzbändern GSM, PCN beziehungsweise PCS angepaßt sind. Der Antenneneingang 1 des GaAs- Schalters 9 ist mit einer Antenne 18 verbunden. Die von der Antenne 18 empfangenen Signale können nun mittels des GaAs- Schalters 9 entweder dem Bandpaßfilter 16, dem Bandpaßfilter 17 oder dem Bandpaßfilter 15 zugeleitet werden, wo sie je nach verwendeter Funkfrequenz gefiltert und in Verstärkern 19a weiter verarbeitet werden. Die von den Senderverstärkern 19 gelieferten Signale werden durch die Tiefpaßfilter 13, 14 gefiltert und wahlweise der Antenne 18 zum Senden eines Si- gnals zugeführt.
Figur 4 zeigt ein Schaltmodul mit einem Vielschicht-Keramiksubstrat 20, in das passive Bauelemente 21, 22, 23 integriert sind. Diese passiven Bauelemente 21, 22, 23 können beispiels- weise Widerstände 21, Kapazitäten 22 und Induktivitäten 23 sein. Das VielSchicht-Keramiksubstrat 20 kann nach an sich bekannter Art und Weise ausgeführt sein. Es können über- einader gestapelte Keramikschichten 30, die durch metallische Schichten 31 voneinander getrennt werden, als Vielschicht- Keramik-Substrat 20 verwendet werden. Einige der metallischen Schichten 31 sind durch innerhalb der Keramikschichten 30 verlaufende Durchkontaktierungen 32 miteinander verbunden.
Auf der Oberseite des Keramiksubstrats 20 ist eine Schalteinheit 4 montiert, die beispielsweise ein in Flip-Chip- Technologie montierter Galliumarsenid-Mehrfachschalter sein kann.
Die Schalteinheit 4 kann beispielsweise durch Kleben und zusätzliches Drahtbonden befestigt und elektrisch kontaktiert werden. Als Schalteinheit 4 wird vorzugsweise ein GaAs- Mehrfachschalter verwendet. Ein solcher Schalter kann im Fre- quenzbereich zwischen 0,1 und 0,5 GHz eine Einfügedämpfung von 0,8 dB aufweisen. Es kann sich dabei um einen auf Galliu- marsenid-Basis gefertigten integrierten Schaltkreis mit FET handeln, dessen Pinflächen durch Löten mit dem Keramiksubstrat 20 verbunden werden können.
Die Schalteinheit 4 kann auch auf das Vielschicht -Keramiksubstrat 20 befestigt und mittels Drahtbonden elektrisch verbunden werden. Eine Verbindung mittels Löten wird vorzugsweise angewandt, wenn die Schalteinheit 4 mit einem zusätzlichen Gehäuse Verwendung findet.
Die passiven Bauelemente 21, 22, 23 können die gemäß Figur 3 erforderlichen Filter 13, 14, 15, 16, 17 bilden.
Neben der Schalteinheit 4 ist auch die erste Schutzvorrichtung 6 sowie die zweite Schutzvorrichtung 7 auf der Oberfläche des Substrates 20 montiert. Dadurch gelingt ein hoher Grad an Integration für das erfindungsgemäße Schaltmodul, was sich positiv auf den Platzbedarf des Schaltmoduls auswirkt.
Eine solches Schaltmodul kann beispielsweise in Mobiltelefonen benutzt werden, weswegen die vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Schaltmoduls als Frontendmodul in einem Mobilfunkgerät ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die genannten Beispiele für Schutzvorrichtungen, vielmehr können alle denkba-
ren Schutzvorrichtungen in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Verwendung finden. Darüber hinaus ist die Schaltungsanordnung beziehungsweise das Schaltmodul nicht auf die Anwendung in Mobiltelefonen beschränkt.
Bezugszeichenliste
1 Antenneneingang
2 Signaleingang 3 Signalausgang
4 Schalteinheit
5 Kontroll-Leitung
6, 7, 12 erste, zweite, dritte Schutzvorrichtung 8 Masse 9 Galliumarsenid-Schalter
10 Decoder
11 Versorgungsleitung 13, 14 Tiefpaßfilter
15, 16, 17 Bandpaßfilter 18 Antenne
19 Sendeverstärker 19a Empfangsverstärker
20 Vielschicht-Keramiksubstrat
21 Widerstand 22 Kapazität
23 Induktivität
24 Steuerleitung
30 Keramikschichten
31 metallische Schichten 32 Durchkontaktierungen
TX]_, TX2 Sendereingänge
RX]_, RX2 RX3 Empfängereingänge
S]_, S2 , S3, S4, S5 Steuereingänge des Schalters
A]_, 2, A3, A4, A5 Steuerausgänge des Decoders E]_, E2, E3 Steuereingänge des Decoders
Vcc VersorgungsSpannung
Claims
1. Schaltungsanordnung mit
- einem Antenneneingang (1) , einem Signaleingang (2) und ei- nem Signalausgang (3) ,
- mit einer Schalteinheit (4) , die den Antenneneingang (1) wahlweise mit dem Signaleingang (2) oder dem Signalausgang
(3) verbinden kann, und
- die eine Kontroll-Leitung (5) aufweist, die die Schalter- Stellung der Schalteinheit (4) steuert,
- bei der der Antenneneingang (1) mit einer ersten Schutzvorrichtung (6) und die Kontroll-Leitung (5) mit einer zweiten Schutzvorrichtung (7) gegen elektrostatische Entladungen verbunden ist .
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Schutzvorrichtungen (6, 7) mit einer Masse (8) verbunden sind.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Schalteinheit (4) ein spannungsgesteuerter Schalter ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 , bei der die Schalteinheit (4) ein Galliumarsenid-Schalter (9) ist .
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, bei der zusätzlich ein Decoder (10) vorgesehen ist, der eine Versorgungsleitung (11) aufweist und bei der die Versorgungsleitung (11) mit einer dritten Schutzvorrichtung (12) gegen elektrostatische Entladungen versehen ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die zusätzlich Frequenzfilter (13, 14, 15, 16, 17) enthält, welche jeweils einem Signaleingang (2) beziehungsweise einem Signalausgang (3) zugeordnet und jeweils in Reihe dazu geschaltet sind.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der wenigstens eine Schutzvorrichtung (6, 7, 12) ein
Spannungsbegrenzungselement enthält .
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der das Spannungsbegrenzungselement ein Varistor ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der das Spannungsbegrenzungselement ein elektrisches Frequenzfilter oder eine Funkenstrecke ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die zweite Schutzvorrichtung einen Varistor mit einer SchaltSpannung aufweist, die kleiner als 6 V ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die erste Schutzvorrichtung ein elektrisches Frequenzfilter mit einer Einfügedämpfung aufweist, die kleiner als 0,3 dB ist.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der Antenneneingang (1) mit einer Antenne (17) , der
Signaleingang (2) mit einem Sendeverstärker (19) und der Signalausgang (3) mit einem Empfangsverstärker (19a) verbunden ist.
13. Schaltmodul mit einer Schaltungsanordnung nach einem der
Ansprüche 1 bis 12,
- enthaltend ein Vielschicht-Keramiksubstrat (20) mit integrierten passiven Bauelementen (21, 22, 23), die Frequenzfilter (13, 14, 15, 16, 17) bilden, - auf dessen Oberseite die Schalteinheit (4) angeordnet ist,
- und in das die erste und zweite Schutzvorrichtung (6, 7) integriert ist.
14. Verwendung eines Schaltmoduls nach Anspruch 13 als Frontendmodul in einem Mobiltelefon.
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