WO2003071677A1 - Filter circuit - Google Patents

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WO2003071677A1
WO2003071677A1 PCT/EP2003/001917 EP0301917W WO03071677A1 WO 2003071677 A1 WO2003071677 A1 WO 2003071677A1 EP 0301917 W EP0301917 W EP 0301917W WO 03071677 A1 WO03071677 A1 WO 03071677A1
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WO
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connection
symmetrical
stage
gate
resonator
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Application number
PCT/EP2003/001917
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Handtmann
Hans-Jörg TIMME
Robert Aigner
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/42Balance/unbalance networks
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/0023Balance-unbalance or balance-balance networks
    • H03H9/0028Balance-unbalance or balance-balance networks using surface acoustic wave devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/0023Balance-unbalance or balance-balance networks
    • H03H9/0095Balance-unbalance or balance-balance networks using bulk acoustic wave devices

Definitions

  • RF filters based on resonators such as BAW filters
  • BAW filters have two basic topologies, which are explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the first topology is the so-called “ladder filter ⁇ (ladder filter).
  • the ladder filter 100 comprises an input port 102 with a first input connection 104 and a second input connection 106. Furthermore, the filter 100 comprises an output port 108 with a first output connection 110 and a second output connection 112. A is connected to the first input connection 104 of the input port 102 Received input signal ON, and an output signal OFF is output at the first output terminal 110 of the output gate 108.
  • three series resonators R sl , R s2 and R s3 are connected in series between the first input connection 104 and the first output connection 110.
  • Four parallel resonators R pX to R p4 are also provided.
  • the first parallel resonator R pl is connected in parallel to the input gate 102.
  • the second parallel resonator R p2 is connected in parallel to the first series resonator R s ⁇ .
  • the third parallel resonator R p3 is connected in parallel to the second series resonator R s2 .
  • the fourth parallel resonator is R p4 connected in parallel to the output gate 108 and in parallel to the third series resonator R s3 .
  • the second input connection 106 and the second output connection 112 are connected to a reference potential 114, e.g. B. ground connected.
  • the parallel resonators R p ⁇ to R p4 are also connected to the reference potential.
  • the ladder filter 100 is a filter circuit with a single input ON and a single output OFF.
  • the ladder filter is a filter for unbalanced signals.
  • FIG. 2 An exemplary embodiment of a known lattice filter (bridge filter) with two stages (four series resonators and four parallel resonators) is explained in more detail below in FIG. 2.
  • FIG. 2 Similar or identical components that have already been described with reference to FIG. 1 are provided with the same reference symbols.
  • the lattice filter 120 receives a symmetrical input signal IN at the first input connection 104 and at the second input connection 106 of the input port 102, and outputs a symmetrical output signal OUT at the output port 108 at the connections 110 and 112.
  • a series connection of two series resonators R s ⁇ and R s2 is provided between the first input connection 104 and the first output connection 110.
  • a series connection of two series resonators R s3 and R s4 is provided between the second input connection 106 and the second output connection 112.
  • a first parallel resonator R p ⁇ is connected between the first input connection 104 and a node 122 arranged between the series resonators R s3 and R s4 .
  • a second parallel resonator R p2 is connected between the second input connection 106 and a second node 124 arranged between the first series resonator R s ⁇ and the second series resonator R s2 . Furthermore, 124 is between the second nodes and a second parallel resonator R p3 is connected to the second output connection 112, and a fourth parallel resonator R p4 is connected between the first node 122 and the first output connection 110.
  • the filter 120 shown in FIG. 2 is completely differential, ie both input gates 102 and 110 are symmetrical (balanced).
  • the series resonators and parallel resonators are preferably BAW resonators, the series resonators R s ⁇ to R s4 being produced with a predetermined resonance frequency.
  • the parallel resonators R p ⁇ to R p4 are essentially identical to the series resonators with regard to the frequency properties , but are detuned with regard to the resonance frequency compared to the resonance frequencies of the series resonators in order to achieve the desired filter effect.
  • series resonators and parallel resonators used in the ladder filter 100 differ from the series resonators and parallel resonators used in the Lattice filter 120, in particular in filter circuits with essentially the same filter characteristics but different topology.
  • the ladder filter 100 only has the possibility of receiving an unbalanced input signal and outputting a correspondingly unbalanced output signal.
  • the lattice filter 120 only enables the reception of a symmetrical input signal and the output of a symmetrical output signal.
  • the conventional method for performing a corresponding conversion / transformation is to provide an extra component, which is referred to as a balun.
  • the balun can be either a magnetic transmitter (magnetic transformer), an LC circuit, or a stripline structure on a printed circuit board.
  • an acoustic balancing function can be implemented without additional components, but this considerably deteriorates the behavior of the overall filter.
  • this balancing function means that these filters are very sensitive to electrostatic discharges and, furthermore, the ability to handle power is drastically limited.
  • An example of the conversion of asymmetrical signals into symmetrical signals is to combine the filter circuits known from FIGS. 1 and 2, that is, to connect the lattice filter 120 to the output of the ladder filter 100.
  • This approach has considerable disadvantages for practical applications of such a filter.
  • the arrangement just described is particularly disadvantageous in that it can only be used for “floating” differential loads, ie no HF leakage current to ground is permitted.
  • the present invention is based on the object of providing an improved filter switching to create, which is easy to manufacture.
  • the present invention provides a filter circuit with
  • a first symmetrical stage with at least one first resonator and with at least one second resonator;
  • a second symmetrical stage with at least one first resonator and with at least one second resonator;
  • a transmitter element which is connected between the first symmetrical stage and the second symmetrical stage and couples them together.
  • the problems set out above on the basis of the known approaches are solved, since, according to the invention, a “mixed structure” of the filter circuit with regard to the filter topologies used in the different stages is dispensed with.
  • a first symmetrical stage and a second symmetrical stage are used instead, which respectively use the same first resonators and the same second resonators, the “equality” of the resonators used in the stages referring to the Obtain resonance frequency properties of the same.
  • the advantage of the present invention is that such a filter circuit can be produced in a simple manner, since it is no longer necessary to produce three or four different resonator types with different resonance frequencies on one chip.
  • the filter circuit is preferably formed by the first symmetrical stage, the second symmetrical stage and the transmitter element, these elements all being formed on a common chip / substrate.
  • the filter circuit uses a symmetrical bridge circuit (lattice filter topology) both as the first stage and as the second stage, so that the advantages of the latice filter topology also in the input stage (first symmetrical stage) Filter circuit can be used.
  • the individual resonators are BAW resonators, the resonance frequency of which is essentially determined by the layer sequence of lower electrode, piezoelectric material and upper electrode deposited on the chip.
  • the filter circuit according to the invention is particularly advantageous, since simple manufacture is ensured here because only two types of resonator are used in the different stages.
  • the transmitter element is designed such that a winding ratio of the same is selected in order to carry out an impedance transformation between an input impedance level and an output impedance level.
  • identical BAW resonators can be used with regard to the resonance properties in the two stages, which differ only in the resonator area on the chip, since the resonator area is inversely proportional to the impedance.
  • the resonance property of the BAW resonator is essentially determined by the layer sequence consisting of the lower electrode, piezoelectric material and upper electrode (choice of material, thickness of the individual layers, etc.), so it is essentially independent of an area of the resonator on the chip.
  • the transformer element can be designed as a differential transformer in order to carry out either a differential transformation exclusively in the input stage or both in the input stage and in the output stage.
  • the advantage of using a differential transformer is that the original lattice filter configuration can be replaced by a simplified filter configuration, in which case in particular a plurality of resonators with a predetermined impedance are replaced by a lower number of resonators with a higher impedance can be reduced so that the space requirement per level can be significantly reduced.
  • the filter circuit according to the invention is preferably used for converting an asymmetrical signal into a symmetrical signal or for converting a symmetrical signal into an asymmetrical signal, an impedance transformation also being able to be carried out.
  • the filter circuit according to the invention can also be used for balanced input signals and balanced outputs. can be used with a large common mode error.
  • 1 shows a known ladder filter with 3.5 stages and three series resonators and four parallel resonators
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of the filter circuit according to the invention with a symmetrical input stage and with a symmetrical output stage;
  • FIG. 5 shows a second exemplary embodiment of the filter circuit according to the invention with a differential transformation in the symmetrical input stage
  • FIG. 6 shows a third exemplary embodiment of the filter circuit according to the invention with a differential transformation both in the symmetrical input stage and in the symmetrical output stage.
  • a preferred exemplary embodiment of the filter circuit according to the invention is described in more detail below with reference to FIG. 3.
  • This exemplary embodiment describes a filter circuit in order to convert an asymmetrical input signal into a symmetrical output signal, the filter circuit having two balanced stages, which via a magnetic transformer (magnetic transformer) are coupled together.
  • the filter circuit according to the invention is provided in its entirety with reference numeral 400 and comprises an input port 402 which has a first input connection 404 and a second input connection 406.
  • the filter circuit 400 further comprises an output port 408, which has a first output connection 410 and a second output connection 412.
  • An asymmetrical input signal ON is present at the first input connection 404 of the input gate 402, and the second input connection 406 of the input gate 402 is connected to a reference potential 412, e.g. B. ground connected.
  • a reference potential 412 e.g. B. ground connected.
  • the symmetrical output signal AUS is present at the output connections 410 and 412.
  • the filter circuit 400 thus comprises a first stage I and a second stage II, both the first stage I and the second stage II in the exemplary embodiment shown being symmetrical stages which are designed as a lattice filter topology.
  • the first stage I includes a first output port 416 and a second output port 418 in addition to the input ports 404 and 406.
  • the stage II includes a first input port 420 and a second input port 422 in addition to the two output ports 410 and 412.
  • Stage I comprises two series resonators R s u and R s ⁇ 2 . Furthermore, two parallel resonators R p n and R p ⁇ 2 are provided. The series resonators and the parallel resonators are produced essentially identically, but the parallel resonators are detuned from the series resonators, that is to say their resonance frequency is shifted by a predetermined amount from the resonance frequency of the series resonators.
  • the first series resonator R sll is connected between the first input connection 104 and the first output connection 416 of stage I.
  • the second series resonator R s ⁇ 2 is between the second input connection 406 and the second output connection 418 Stage I switched.
  • the first parallel resonator R p n is connected between the input connection 404 and the second output connection 418 of stage I.
  • the second parallel resonator R p ⁇ 2 is connected between the second input connection 406 and the first output connection of stage I.
  • stage II also contains two series resonators R s2 ⁇ and R s22 , and two parallel resonators R p2 ⁇ and R p22 .
  • the first series resonator R s n of stage II is connected between the second input terminal 422 of stage II and the first output terminal 410.
  • the second series resonator R s22 is connected between the first input connection 420 of stage II and the second output connection 412.
  • the first parallel resonator R p2 ⁇ is connected between the first input connection of stage II and the first output connection 410.
  • the second parallel resonator R p22 is connected between the second input connection 422 of stage I and the second output connection 412.
  • the series resonators in the first stage I and the series resonators in the second stage II are essentially identical in construction, at least with regard to their frequency behavior.
  • the parallel resonators of the two stages I and II are also structurally identical, at least with regard to the frequency response.
  • the resonators of the filter circuit 400 are formed by BAW resonators, and in such an exemplary embodiment the series resonators of the two filter stages I and II are identical
  • Layer sequences consisting of lower electrode, piezoelectric material and upper electrode, the identity relating to the layer sequence, the materials used and thicknesses etc. of the individual layers.
  • the parallel resonators in the two stages are also identical.
  • a magnetic transmitter 424 is arranged between the first stage I and the second stage II.
  • the magnetic transmitter 424 comprises a primary winding 426 on the input stage side and a secondary winding 428 on the output stage side.
  • the primary winding 426 is connected between the first and the second output connection 416, 418 of the input stage I
  • the secondary winding 428 of the transmitter 424 is connected between the first input connection and the second input connection of the output stage II is switched, so that a coupling of the first stage I and the second stage II is effected.
  • the secondary winding 428 comprises a center connection 430, which is connected to the reference potential, e.g. B. ground, is connected.
  • the secondary winding is divided into a first secondary winding 428a and a second secondary winding 428b.
  • the filter circuit 400 shown in FIG. 3 is preferably formed on a common chip, so that the resonators of the first stage, the resonators of the second stage, the transmitter and the necessary connecting lines are formed together on this chip.
  • two lattice stages I and II are coupled to one another via the on-chip transformer (on-chip transformer) 424.
  • the first stage I includes the primary winding 426 of the transformer 424 as a load, which is practically "floating". For this reason, this lattice stage I works properly and has the behavioral advantages that are normally encountered with this topology compared to ladder filters The improvements consist of improved barrier band attenuation, lower insertion losses and a wider passband.
  • the transmitter 424 almost completely blocks the common mode signals and generates a symmetrical signal at its secondary winding 428.
  • a center connection 430 can be provided which is connected to the secondary winding, thereby reducing the effects of parasitic stray capacitances.
  • the second Lattice stage II is used to improve the steepness of the transition from the pass band to the stop band and to obtain additional stop band damping at the same time.
  • each of the two stages I and II could also be modified in order to produce notches in a region between the pass band and the stop band of the filter, which is done by using easily different areas for the series resonators and the parallel resonators can be achieved.
  • an impedance transformation using the filter circuit described with reference to FIG. 3. If an input impedance and an output impedance at the input gate 402 and at the output gate 408 are different, a corresponding impedance transformation can be carried out by means of the filter circuit 400 using the transmitter 424, in that the transmitter is designed such that it has a suitable winding ratio for the has primary winding and the secondary winding. As a consequence of the different impedances in the two stages I and II, the areas of the resonators used are also different in the respective stages.
  • stage II which was represented in FIG. 3 as a symmetrical bridge circuit, was, according to FIG. 4, by an equivalent circuit - sets, which includes a differential transformer (differential transformer).
  • the transformer 424 now comprises a first primary winding 426a and a second primary winding 426b on the input stage side.
  • the input stage I comprises only a series resonator R s ⁇ and only a parallel resonator R p ⁇ , the series resonator R s ⁇ being connected between the input connection 404 of the input gate and a first connection of the first primary winding 426a.
  • the parallel resonator R pi is connected between the input connection 404 of the input gate and a first connection of the second primary winding 426b.
  • the second input port 406 of the entrance gate is with a second port of the first Primary winding 426a and connected to a second connection of the second primary winding 426b.
  • the series resonator R s ⁇ also has an impedance of two times So double the impedance of one of the series resonators as in FIG. 3. Since the impedance of a BAW resonator is inversely proportional to its resonator area, the total area of the resonators of stage I can be compared to the total area of the resonators of FIG Stage I, as shown in Fig. 3, reduce by a factor of 4.
  • the configuration shown in FIG. 5 is particularly suitable for those filter circuits in which there is a great difference between the input impedance and the output impedance. 3, the area ratio between the largest resonator and the smallest resonator on the chip is improved by a factor of about 2.
  • FIG. 6 A further exemplary embodiment of the present invention is explained in more detail below with reference to FIG. 6, in which, in addition to the exemplary embodiment shown in FIG. 5, the second stage II, which was still designed as a symmetrical bridge structure, by means of a corresponding equivalent circuit with a differential Transformer was replaced. 6, those elements which have already been described in the previous figures are provided with the same reference symbols.
  • stage I corresponds to stage I, which was described with reference to FIG. 5.
  • stage II similar to that described above with reference to FIG. 5 in relation to stage I, the two series resonators R s2 ⁇ and R s22 were replaced by a series resonator R s2 with twice the impedance.
  • the parallel resonators R p2i and R p22 were also replaced by a parallel resonator R p2 with twice the impedance.
  • the transformer 424 has now also been designed on the output stage side in such a way that it comprises a first secondary winding 428a and a second secondary winding 428b.
  • the parallel resonator R p2 is connected between a first connection of the first secondary winding 428a and between the first output connection 410 of the output gate 408.
  • the series resonator R s2 is connected between a first connection of the second secondary winding 428b and the first output connection 410.
  • the second output connection 412 is connected to a second connection of the first secondary winding 428a and to a second connection of the second secondary winding 428b.
  • the circuit shown in FIG. 6 performs a differential transformation with respect to both gates, the input gate 402 and the output gate 408. In both stages I and II, compared to the circuit according to FIG. 3, there is a saving in resonator area by a factor of about 4. This is of particular interest for filters which operate at frequencies below 1.7 GHz, or for Filters whose impedances are much lower than 50 ohms, since in these cases the chip area is usually dominated by the resonator size.
  • the filter circuits described with reference to FIGS. 3, 5 and 6 comprise an input stage I, which receives an asymmetrical input signal, and an output stage II, which outputs a symmetrical output signal.
  • the filter circuits shown in FIGS. 3, 5 and 6 work just as well if the input signal is a balanced signal or a partially balanced signal with a large common mode error. In this case, it is sufficient to disconnect the connection of the first connection 406 of the input gate 402 shown in FIGS. 3, 5 and 6 to the reference potential (ground) and instead to connect the second signal line there.
  • the advantage of the present invention is that, in contrast to the prior art, it has a miniaturized magnetic transformer as an intermediate stage element between symmetrical filter stages, whereby common mode signals are blocked.
  • a differential transformation is carried out at least in one stage, which results in considerable space savings in the arrangement of the elements on a chip surface, and at the same time a simplified impedance transformation can be carried out.
  • BAW resonators were used.
  • the present application is not limited to the use of BAW resonators, but can generally be applied to filter circuits with a plurality of resonators, SAW resonators, line resonators, resonators made of concentrated components, etc. in particular also being considered here.
  • the filter circuits described above each comprised two stages.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • one or more stages can be provided on the input side and / or output side in the filter circuits according to the invention. These further stages can be coupled to the remaining stages by simply connecting them and / or via transmitters.

Abstract

The invention relates to a filter circuit (400) which comprises first resonators (Rs11, Rs12, Rs21, Rs22) having a defined first resonance frequency and second resonators (Rp11, Rp12, Rp21, Rp22) having a second resonance frequency that is offset with respect to the first resonance frequency. The filter circuit further comprises a first symmetrical stage (I) having at least one first resonator and at least one second resonator, and a second symmetrical stage (II) having at least one first resonator and at least one second resonator. A transmission element (424) is connected between the first symmetrical stage (I) and the second symmetrical stage (II) and couples the said stages each other.

Description

Beschreibung description
FilterSchaltungfilter circuit
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Filterschaltung, insbesondere auf eine Filterschaltung zur Umwandlung von unsymmetrischen Signalen in symmetrische Signale, und hier insbesondere auf eine Filterschaltung, welche BAW- Resonatoren (BAW = Bulk Acoustic ave = akustische Volumen- welle) umfasst. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Filterschaltung mit einer Mehrzahl von BAW- Resonatoren, welche eine Transformation von Impedanz-Pegeln zwischen einem Eingangstor und einem Ausgangstor der Filterschaltung ermöglicht.The present invention relates to a filter circuit, in particular to a filter circuit for converting asymmetrical signals into symmetrical signals, and here in particular to a filter circuit which comprises BAW resonators (BAW = Bulk Acoustic Ave = acoustic bulk wave). Furthermore, the present invention relates to a filter circuit with a plurality of BAW resonators, which enables a transformation of impedance levels between an input port and an output port of the filter circuit.
Auf Resonatoren basierende HF-Filter, wie beispielsweise BAW- Filter, haben zwei grundsätzliche Topologien, welche anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert werden.RF filters based on resonators, such as BAW filters, have two basic topologies, which are explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.
Die erste Topologie (siehe Fig. 1) ist das sogenannte „Lad- der-Filterλ (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 Ausgangsan- schluss 110 und einem zweiten Ausgangsanschluss 112. Am ersten Eingangsanschluss 104 des Eingangstors 102 wird ein Eingangssignal EIN empfangen, und am ersten Ausgangsanschluss 110 des Ausgangstores 108 wird ein Ausgangssignal AUS ausgegeben. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Filter 100 sind zwischen den ersten Eingangsanschluss 104 und den ersten Ausgangsanschluss 110 seriell drei Serienresonatoren Rsl, Rs2 und Rs3 geschaltet. Ferner sind vier Parallelresonatoren RpX bis Rp4 vorgesehen. Der erste Parallelresonator Rpl ist parallel zum Eingangstor 102 geschaltet. Der zweite Parallelresonator Rp2 ist parallel zum ersten Serienresonator Rsχ geschaltet. Der dritte Parallelresonator Rp3 ist parallel zum zweiten Serienresonator Rs2 geschaltet. Der vierte Parallelresonator Rp4 ist parallel zum Ausgangstor 108 sowie parallel zum dritten Serienresonator Rs3 geschaltet. Der zweite Eingangsanschluss 106 sowie der zweite Ausgangsanschluss 112 sind mit einem Bezugspotential 114, z. B. Masse, verbunden. Die Parallelreso- natoren Rpχ bis Rp4 sind ebenfalls gegen das Bezugspotential geschaltet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Filter handelt es sich um ein Ladder-Filter mit 3,5 Stufen (den drei Serienresonatoren Rsi bis Rs3 und den vier Parallelresonatoren Rpι bis Rp) . Bei dem Ladder-Filter 100 handelt es sich um eine Filterschaltung mit einem einzelnen Eingang EIN und einem einzelnen Ausgang AUS. Das Ladder-Filter ist ein Filter für unsymmetrische Signale.The first topology (see FIG. 1) is the so-called “ladder filter λ (ladder filter). The ladder filter 100 comprises an input port 102 with a first input connection 104 and a second input connection 106. Furthermore, the filter 100 comprises an output port 108 with a first output connection 110 and a second output connection 112. A is connected to the first input connection 104 of the input port 102 Received input signal ON, and an output signal OFF is output at the first output terminal 110 of the output gate 108. In the filter 100 shown in FIG. 1, three series resonators R sl , R s2 and R s3 are connected in series between the first input connection 104 and the first output connection 110. Four parallel resonators R pX to R p4 are also provided. The first parallel resonator R pl is connected in parallel to the input gate 102. The second parallel resonator R p2 is connected in parallel to the first series resonator R s χ. The third parallel resonator R p3 is connected in parallel to the second series resonator R s2 . The fourth parallel resonator is R p4 connected in parallel to the output gate 108 and in parallel to the third series resonator R s3 . The second input connection 106 and the second output connection 112 are connected to a reference potential 114, e.g. B. ground connected. The parallel resonators R p χ to R p4 are also connected to the reference potential. The conventional filter shown in FIG. 1 is a ladder filter with 3.5 stages (the three series resonators R si to R s3 and the four parallel resonators R p ι to R p ). The ladder filter 100 is a filter circuit with a single input ON and a single output OFF. The ladder filter is a filter for unbalanced signals.
In Fig. 2 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel eines be- kannten Lattice-Filters (Brückenfilter) mit zwei Stufen (vier Serienresonatoren und vier Parallelresonatoren) näher erläutert. Bei der Beschreibung der Fig. 2 werden ähnliche oder gleiche Bauelemente, die bereits anhand der Fig. 1 beschrieben wurden, mit gleichen Bezugszeichen versehen.An exemplary embodiment of a known lattice filter (bridge filter) with two stages (four series resonators and four parallel resonators) is explained in more detail below in FIG. 2. In the description of FIG. 2, similar or identical components that have already been described with reference to FIG. 1 are provided with the same reference symbols.
Das Lattice-Filter 120 empfängt ein symmetrisches Eingangssignal EIN an dem ersten Eingangsanschluss 104 und an dem zweiten Eingangsanschluss 106 des Eingangstors 102, und gibt ein symmetrisches Ausgangssignal AUS am Ausgangstor 108 an den Anschlüssen 110 und 112 aus. Zwischen dem ersten Eingangsanschluss 104 und dem ersten Ausgangsanschluss 110 ist eine Serienschaltung von zwei Serienresonatoren Rsι und Rs2 vorgesehen. Ebenso ist zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 106 und dem zweiten Ausgangsanschluss 112 eine Serienschal- tung von zwei Serienresonatoren Rs3 und Rs4 vorgesehen. Zwischen dem ersten Eingangsanschluss 104 und einem zwischen den Serienresonatoren Rs3 und Rs4 angeordneten Knoten 122 ist ein erster Parallelresonator Rpι geschaltet. Ferner ist zwischen den zweiten Eingangsanschluss 106 und einen zweiten, zwischen dem ersten Serienresonator Rsι und dem zweiten Serienresonator Rs2 angeordneten Knoten 124 ein zweiter Parallelresonator Rp2 geschaltet. Ferner ist zwischen den zweiten Knoten 124 und den zweiten Ausgangsanschluss 112 ein dritter Parallelresonator Rp3 geschaltet, und zwischen den ersten Knoten 122 und den ersten Ausgangsanschluss 110 ist ein vierter Parallelresonator Rp4 geschaltet. Das in Fig. 2 dargestellte Fil- ter 120 ist vollständig differential, d. h., beide Eingangstore 102 und 110 sind symmetrisch (balanced) .The lattice filter 120 receives a symmetrical input signal IN at the first input connection 104 and at the second input connection 106 of the input port 102, and outputs a symmetrical output signal OUT at the output port 108 at the connections 110 and 112. A series connection of two series resonators R s ι and R s2 is provided between the first input connection 104 and the first output connection 110. Likewise, a series connection of two series resonators R s3 and R s4 is provided between the second input connection 106 and the second output connection 112. A first parallel resonator R p ι is connected between the first input connection 104 and a node 122 arranged between the series resonators R s3 and R s4 . Furthermore, a second parallel resonator R p2 is connected between the second input connection 106 and a second node 124 arranged between the first series resonator R s ι and the second series resonator R s2 . Furthermore, 124 is between the second nodes and a second parallel resonator R p3 is connected to the second output connection 112, and a fourth parallel resonator R p4 is connected between the first node 122 and the first output connection 110. The filter 120 shown in FIG. 2 is completely differential, ie both input gates 102 and 110 are symmetrical (balanced).
Hinsichtlich der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Filter wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den Serienresonato- ren und Parallelresonatoren vorzugsweise um BAW-Resonatoren handelt, wobei die Serienresonatoren Rsχ bis Rs4 mit einer vorbestimmten Resonanzfrequenz hergestellt sind. Die Parallelresonatoren Rpι bis Rp4 sind hinsichtlich der Frequenzeigenschaften im wesentlichen identisch zu den Serienresonato- ren, sind jedoch hinsichtlich der Resonanzfrequenz, verglichen mit 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 den im Lattice-Filter 120 verwendeten Serienresonatoren und Parallelresonatoren unterscheiden, insbesondere bei Filterschaltungen mit im wesentlichen gleichen Filtercharakteristiken, aber unterschiedlicher Topologie.With regard to the filter described with reference to FIGS. 1 and 2, it is pointed out that the series resonators and parallel resonators are preferably BAW resonators, the series resonators R s χ to R s4 being produced with a predetermined resonance frequency. The parallel resonators R p ι to R p4 are essentially identical to the series resonators with regard to the frequency properties , but are detuned with regard to the resonance frequency compared to the resonance frequencies of the series resonators in order to achieve the desired filter effect. It should be noted that the series resonators and parallel resonators used in the ladder filter 100 differ from the series resonators and parallel resonators used in the Lattice filter 120, in particular in filter circuits with essentially the same filter characteristics but different topology.
Wie sich aus der obigen Erörterung der Fig. 1 und 2 ergibt, existiert bei dem Ladder-Filter 100 lediglich die Möglichkeit, ein unsymmetrisches Eingangssignal zu empfangen, und ein entsprechend unsymmetrisches Ausgangssignal auszugeben. Ebenso ermöglicht das Lattice-Filter 120 lediglich den Emp- fang eines symmetrischen Eingangssignals und die Ausgabe eines symmetrischen Ausgangssignals.As can be seen from the above discussion of FIGS. 1 and 2, the ladder filter 100 only has the possibility of receiving an unbalanced input signal and outputting a correspondingly unbalanced output signal. Likewise, the lattice filter 120 only enables the reception of a symmetrical input signal and the output of a symmetrical output signal.
Es existieren jedoch Anwendungen, bei denen es erforderlich ist, eine Transformation/Umwandlung eines unsymmetrischen Eingangssignals in ein symmetrisches Ausgangssignal durchzuführen. Ferner existieren Anwendungen, bei denen alternativ oder zusätzlich zu der Umwandlung vom unsymmetrischen Signal in ein symmetrisches Signal an den Eingängen und Ausgängen unterschiedliche Torimpedanzen existieren, die ebenfalls gehandhabt werden müssen.However, there are applications where it is necessary to transform / convert an unbalanced input signal to a balanced output signal. There are also applications in which, alternatively or in addition to the conversion of the unbalanced signal Different gate impedances exist in a symmetrical signal at the inputs and outputs, which must also be handled.
Das herkömmliche Verfahren, um eine entsprechende Umwandlung/Transformation durchzuführen besteht darin, eine Extrakomponente vorzusehen, welche als Symmetrierbauglied (Balun) bezeichnet wird. Das Symmetrierbauglied kann entweder ein magnetischer Übertrager (magnetischer Transformator) , eine LC-Schaltung oder eine Streifenleitungsstruktur auf einer gedruckten Schaltungsplatine sein. Bei akustischen Oberflächen- wellenfiltern kann eine akustische Symmetrier-Funktion ohne zusätzliche Komponenten implementiert werden, wodurch jedoch das Verhalten des Gesamtfilters erheblich verschlechtert wird. Ferner führt diese Symmetrier-Funktion dazu, dass diese Filter gegenüber elektrostatischen Entladungen sehr empfindlich sind, und ferner werden die Fähigkeiten in der Handhabung von Leistungen drastisch begrenzt.The conventional method for performing a corresponding conversion / transformation is to provide an extra component, which is referred to as a balun. The balun can be either a magnetic transmitter (magnetic transformer), an LC circuit, or a stripline structure on a printed circuit board. In the case of acoustic surface wave filters, an acoustic balancing function can be implemented without additional components, but this considerably deteriorates the behavior of the overall filter. Furthermore, this balancing function means that these filters are very sensitive to electrostatic discharges and, furthermore, the ability to handle power is drastically limited.
Im Zusammenhang mit BAW-Filtern sind bisher nur wenige Ansätze vorgeschlagen worden, um eine Umwandlung/Transformation von unsymmetrischen Signalen in symmetrische Signale durchzuführen.Only few approaches have so far been proposed in connection with BAW filters for converting / transforming asymmetrical signals into symmetrical signals.
Ein Beispiel zur Umwandlung von unsymmetrischen Signalen in symmetrische Signale besteht darin, die aus Fig. 1 und 2 bekannten Filterschaltungen zu kombinieren, also an den Ausgang des Ladder-Filters 100 das Lattice-Filter 120 anzuschließen. Dieser Ansatz hat erhebliche Nachteile für praktische Anwen- düngen eines solchen Filters. Die gerade beschriebene Anordnung ist insbesondere dahingehend nachteilhaft, dass diese lediglich für „schwebende" (floating) dif erentielle Lasten herangezogen werden kann, also kein HF- Leckstrom gegen Masse zugelassen ist.An example of the conversion of asymmetrical signals into symmetrical signals is to combine the filter circuits known from FIGS. 1 and 2, that is, to connect the lattice filter 120 to the output of the ladder filter 100. This approach has considerable disadvantages for practical applications of such a filter. The arrangement just described is particularly disadvantageous in that it can only be used for “floating” differential loads, ie no HF leakage current to ground is permitted.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Filterschal- tung zu schaffen, welche auf einfache Art und Weise herzustellen ist.Proceeding from this prior art, the present invention is based on the object of providing an improved filter switching to create, which is easy to manufacture.
Diese Aufgabe wird durch eine Filterschaltung nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a filter circuit according to claim 1.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Filterschaltung, mitThe present invention provides a filter circuit with
ersten Resonatoren mit einer festgelegten ersten Resonanzfre- quenz;first resonators with a fixed first resonance frequency;
zweiten Resonatoren mit einer gegenüber der ersten Resonanzfrequenz verschobenen zweiten Resonanzfrequenz;second resonators with a second resonance frequency shifted with respect to the first resonance frequency;
einer ersten symmetrischen Stufe mit zumindest einem ersten Resonator und mit zumindest einem zweiten Resonator;a first symmetrical stage with at least one first resonator and with at least one second resonator;
einer zweiten symmetrischen Stufe mit zumindest einem ersten Resonator und mit zumindest einem zweiten Resonator; unda second symmetrical stage with at least one first resonator and with at least one second resonator; and
einem Übertragerelement, das zwischen die erste symmetrische Stufe und die zweite symmetrische Stufe geschaltet ist und dieselben miteinander koppelt.a transmitter element, which is connected between the first symmetrical stage and the second symmetrical stage and couples them together.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die oben anhand der bekannten Ansätze dargelegten Probleme gelöst, da erfindungsgemäß auf eine „Mischstruktur" der Filterschaltung hinsichtlich der verwendeten Filtertopologien in den unterschiedlichen Stufen verzichtet wird. Anders als in den bekannten An- Sätzen wird keine Mischung aus einer Ladder-Filtertopologie und einer Lattice-Filtertopologie herangezogen. Erfindungsgemäß wird statt dessen eine erste symmetrische Stufe und eine zweite symmetrische Stufe herangezogen, welche jeweils gleiche erste Resonatoren und gleiche zweite Resonatoren verwen- den, wobei sich die „Gleichheit" der in den Stufen verwendeten Resonatoren auf die Resonanzfrequenzeigenschaften derselben beziehen. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine solche Filterschaltung auf einfache Art und Weise herstellbar ist, da es nunmehr nicht mehr erforderlich ist drei oder vier unterschiedliche Resonator-Typen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen auf einem Chip herzustellen. Es ist lediglich erforderlich, zwei unterschiedliche Typen von Resonatoren, nämlich die oben bereits näher beschriebenen Parallelresonatoren und Serienresonatoren, herzustellen, die dann in beiden Stufen verwendet werden. In beiden Filterstufen werden gleiche Resonatoren eingesetzt, wobei die Parallelresonatoren jeweils um den gleichen Betrag gegenüber den Serienresonatoren verstimmt sind.According to the present invention, the problems set out above on the basis of the known approaches are solved, since, according to the invention, a “mixed structure” of the filter circuit with regard to the filter topologies used in the different stages is dispensed with. According to the invention, a first symmetrical stage and a second symmetrical stage are used instead, which respectively use the same first resonators and the same second resonators, the “equality” of the resonators used in the stages referring to the Obtain resonance frequency properties of the same. The advantage of the present invention is that such a filter circuit can be produced in a simple manner, since it is no longer necessary to produce three or four different resonator types with different resonance frequencies on one chip. It is only necessary to produce two different types of resonators, namely the parallel resonators and series resonators already described in more detail above, which are then used in both stages. The same resonators are used in both filter stages, the parallel resonators being detuned by the same amount in relation to the series resonators.
Die Filterschaltung ist vorzugsweise durch die erste symmetrische Stufe, die zweite symmetrische Stufe und das Übertragerelement gebildet, wobei diese Elemente alle auf einem gemeinsamen Chip/Substrat gebildet sind.The filter circuit is preferably formed by the first symmetrical stage, the second symmetrical stage and the transmitter element, these elements all being formed on a common chip / substrate.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet die Filterschaltung sowohl als erste Stufe als auch als zweite Stufe eine symmetrische Brückenschaltung (Lattice-Filtertopologie) , so dass die Vorteile der Lat- tice-Filtertopologie auch in der Eingangsstufe (erste symmet- rische Stufe) der Filterschaltung ausgenutzt werden können.According to a preferred exemplary embodiment of the present invention, the filter circuit uses a symmetrical bridge circuit (lattice filter topology) both as the first stage and as the second stage, so that the advantages of the latice filter topology also in the input stage (first symmetrical stage) Filter circuit can be used.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, sind die einzelnen Resonatoren BAW-Resonatoren, deren Resonanzfrequenz im wesentlichen durch die auf dem Chip abgeschiedene Schichtfolge aus unterer Elektrode, piezoelektrischem Material und oberer Elektrode festgelegt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Filterschaltung besonders vorteilhaft, da hier aufgrund der Verwendung von nur zwei Resonatortypen in den unterschiedlichen Stufen eine ein- fache Herstellung gewährleistet ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Übertragerelement derart ausgestaltet, dass ein Wicklungsverhältnis desselben derart gewählt ist, um eine Impedanztransformation zwischen einem Eingangsimpedanzpegel und einem Ausgangsimpedanzpegel durchzuführen. Auch hier können hinsichtlich der Resonanzeigenschaften in den zwei Stufen identische BAW-Resonatoren herangezogen werden, die sich lediglich in der Resonatorfläche auf dem Chip unterscheiden, da die Resonatorfläche umgekehrt proportional zur Impedanz ist. Wie oben schon ausgeführt, ist die Resonanzeigenschaft des BAW-Resonators im wesentlichen durch die Schichtfolge bestehend aus unterer Elektrode, piezoelektrischem Material und oberer Elektrode festgelegt (Wahl des Materials, Dicke der einzelnen Schichten, etc.), ist im wesentlichen also unabhän- gig von einer Fläche des Resonators auf dem Chip.According to a further preferred exemplary embodiment, the individual resonators are BAW resonators, the resonance frequency of which is essentially determined by the layer sequence of lower electrode, piezoelectric material and upper electrode deposited on the chip. In this exemplary embodiment, the filter circuit according to the invention is particularly advantageous, since simple manufacture is ensured here because only two types of resonator are used in the different stages. According to a further exemplary embodiment of the present invention, the transmitter element is designed such that a winding ratio of the same is selected in order to carry out an impedance transformation between an input impedance level and an output impedance level. Here too, identical BAW resonators can be used with regard to the resonance properties in the two stages, which differ only in the resonator area on the chip, since the resonator area is inversely proportional to the impedance. As already explained above, the resonance property of the BAW resonator is essentially determined by the layer sequence consisting of the lower electrode, piezoelectric material and upper electrode (choice of material, thickness of the individual layers, etc.), so it is essentially independent of an area of the resonator on the chip.
Gemäß einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Übertragerelement als Differential- Transformator ausgebildet sein, um entweder eine Differenti- al-Transformation ausschließlich in der Eingangsstufe oder sowohl in der Eingangsstufe als auch in der Ausgangsstufe durchzuführen. Der Vorteil der Verwendung eines Differential- Transformators besteht darin, dass hier die ursprüngliche Lattice-Filterkonfiguration durch eine vereinfachte Filter- konfiguration ersetzt werden kann, wobei hier insbesondere eine Mehrzahl von Resonatoren mit einer vorbestimmten Impedanz durch eine niedrigere Anzahl von Resonatoren mit einer höheren Impedanz ersetzt werden können, so dass hier der Flächenbedarf pro Stufe deutlich reduziert werden kann.According to yet another exemplary embodiment of the present invention, the transformer element can be designed as a differential transformer in order to carry out either a differential transformation exclusively in the input stage or both in the input stage and in the output stage. The advantage of using a differential transformer is that the original lattice filter configuration can be replaced by a simplified filter configuration, in which case in particular a plurality of resonators with a predetermined impedance are replaced by a lower number of resonators with a higher impedance can be reduced so that the space requirement per level can be significantly reduced.
Die erfindungsgemäße Filterschaltung wird vorzugsweise zum Umwandeln eines unsymmetrischen Signals in ein symmetrisches Signal bzw. zum Umwandeln eines symmetrischen Signals in ein unsymmetrisches Signal verwendet, wobei zusätzlich eine Impe- danztransformation durchführbar ist. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erfindungsgemäße Filterschaltung auch für symmetrische Eingangssignale und symmetrische Aus- gangssignale mit einem großen Gleichtaktfehler verwendet werden.The filter circuit according to the invention is preferably used for converting an asymmetrical signal into a symmetrical signal or for converting a symmetrical signal into an asymmetrical signal, an impedance transformation also being able to be carried out. According to another exemplary embodiment, the filter circuit according to the invention can also be used for balanced input signals and balanced outputs. can be used with a large common mode error.
Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Anmeldung sind in den Unteransprüchen definiert.Preferred developments of the present application are defined in the subclaims.
Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung näher erläutert. Es zeigen:Preferred exemplary embodiments of the present application are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 ein bekanntes Ladder-Filter mit 3,5 Stufen und drei Serienresonatoren und vier Parallelresonatoren;1 shows a known ladder filter with 3.5 stages and three series resonators and four parallel resonators;
Fig. 2 ein bekanntes Lattice-Filter mit zwei Stufen und vier Serienresonatoren und vier Parallelresonatoren;2 shows a known lattice filter with two stages and four series resonators and four parallel resonators;
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterschaltung mit einer symmetrischen Eingangsstufe und mit einer symmetrischen Ausgangsstufe;3 shows a first exemplary embodiment of the filter circuit according to the invention with a symmetrical input stage and with a symmetrical output stage;
Fig. 4 elektrisch äquivalente Brückenschaltungen;Fig. 4 electrically equivalent bridge circuits;
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterschaltung mit einer Differential-Transformation in der symmetrischen Eingangsstufe; und5 shows a second exemplary embodiment of the filter circuit according to the invention with a differential transformation in the symmetrical input stage; and
Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterschaltung mit einer Differential-Transformation sowohl in der symmetrischen Eingangsstufe als auch in der symmetri- sehen Ausgangsstufe.6 shows a third exemplary embodiment of the filter circuit according to the invention with a differential transformation both in the symmetrical input stage and in the symmetrical output stage.
Anhand der Fig. 3 wird nachfolgend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterschaltung näher beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt eine Filter- Schaltung, um ein unsymmetrisches Eingangssignal in ein symmetrisches Ausgangssignal umzuwandeln, wobei die Filterschaltung zwei symmetrische (balanced) Stufen aufweist, die über einen magnetischen Übertrager (magnetischen Transformator) miteinander gekoppelt sind.A preferred exemplary embodiment of the filter circuit according to the invention is described in more detail below with reference to FIG. 3. This exemplary embodiment describes a filter circuit in order to convert an asymmetrical input signal into a symmetrical output signal, the filter circuit having two balanced stages, which via a magnetic transformer (magnetic transformer) are coupled together.
Die erfindungsgemäße Filterschaltung ist in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 400 versehen, und umfasst ein Eingangstor 402, welches einen ersten Eingangsanschluss 404 und einen zweiten Eingangsanschluss 406 aufweist. Ferner umfasst die Filterschaltung 400 ein Ausgangstor 408, welches einen ersten Ausgangsanschluss 410 und einen zweiten Ausgangsanschluss 412 aufweist. Ein unsymmetrisches Eingangssignal EIN liegt am ersten Eingangsanschluss 404 des Eingangstors 402 an, und der zweite Eingangsanschluss 406 des Eingangstors 402 ist mit einem Bezugspotential 412, z. B. Masse, verbunden. Am Ausgangstor 408 liegt das symmetrische Ausgangssignal AUS an den Aus- gangsanschlüssen 410 und 412 an. Die Filterschaltung 400 umfasst somit eine erste Stufe I und eine zweite Stufe II, wobei sowohl die erste Stufe I als auch die zweite Stufe II bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel symmetrische Stufen sind, die als Lattice-Filtertopologie ausgestaltet sind. Die erste Stufe I umfasst zusätzlich zu den Eingangsanschlüssen 404 und 406 einen ersten Ausgangsanschluss 416 und einen zweiten Ausgangsanschluss 418. Die Stufe II umfasst zusätzlich zu den zwei Ausgangsanschlüssen 410 und 412 einen ersten Eingangsanschluss 420 und einen zweiten Eingangsanschluss 422.The filter circuit according to the invention is provided in its entirety with reference numeral 400 and comprises an input port 402 which has a first input connection 404 and a second input connection 406. The filter circuit 400 further comprises an output port 408, which has a first output connection 410 and a second output connection 412. An asymmetrical input signal ON is present at the first input connection 404 of the input gate 402, and the second input connection 406 of the input gate 402 is connected to a reference potential 412, e.g. B. ground connected. At the output gate 408, the symmetrical output signal AUS is present at the output connections 410 and 412. The filter circuit 400 thus comprises a first stage I and a second stage II, both the first stage I and the second stage II in the exemplary embodiment shown being symmetrical stages which are designed as a lattice filter topology. The first stage I includes a first output port 416 and a second output port 418 in addition to the input ports 404 and 406. The stage II includes a first input port 420 and a second input port 422 in addition to the two output ports 410 and 412.
Die Stufe I umfasst zwei Serienresonatoren Rsu und Rsι2. Ferner sind zwei Parallelresonatoren Rpn und Rpι2 vorgesehen. Die Serienresonatoren und die Parallelresonatoren sind im wesentlichen gleich hergestellt, wobei jedoch die Parallelresonato- ren gegenüber den Serienresonatoren verstimmt sind, also deren Resonanzfrequenz um einen vorbestimmten Betrag von der Resonanzfrequenz der Serienresonatoren verschoben sind. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Serienresonator Rsll zwischen den ersten Eingangsanschluss 104 und den ersten Ausgangsanschluss 416 der Stufe I geschaltet. Der zweite Serienresonator Rsχ2 ist zwischen den zweiten Eingangsanschluss 406 und den zweiten Ausgangsanschluss 418 der Stufe I geschaltet. Der erste Parallelresonator Rpn ist zwischen den Eingangsanschluss 404 und den zweiten Ausgangsanschluss 418 der Stufe I geschaltet. Der zweite Parallelresonator Rpι2 ist zwischen den zweiten Eingangsanschluss 406 und den ersten Ausgangsanschluss der Stufe I geschaltet.Stage I comprises two series resonators R s u and R s ι 2 . Furthermore, two parallel resonators R p n and R p ι 2 are provided. The series resonators and the parallel resonators are produced essentially identically, but the parallel resonators are detuned from the series resonators, that is to say their resonance frequency is shifted by a predetermined amount from the resonance frequency of the series resonators. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the first series resonator R sll is connected between the first input connection 104 and the first output connection 416 of stage I. The second series resonator R s χ 2 is between the second input connection 406 and the second output connection 418 Stage I switched. The first parallel resonator R p n is connected between the input connection 404 and the second output connection 418 of stage I. The second parallel resonator R p ι 2 is connected between the second input connection 406 and the first output connection of stage I.
Ähnlich wie die Stufe I enthält auch die Stufe II zwei Serienresonatoren Rs2ι und Rs22, sowie zwei Parallelresonatoren Rp2ι und Rp22. Der erste Serienresonator Rsn der Stufe II ist zwischen den zweiten Eingangsanschluss 422 der Stufe II und den ersten Ausgangsanschluss 410 geschaltet. Der zweite Serienresonator Rs22 ist zwischen den ersten Eingangsanschluss 420 der Stufe II und den zweiten Ausgangsanschluss 412 geschaltet. Der erste Parallelresonator Rp2ι ist zwischen den ersten Eingangsanschluss der Stufe II und den ersten Ausgangsanschluss 410 geschaltet. Der zweite Parallelresonator Rp22 ist zwischen den zweiten Eingangsanschluss 422 der Stufe I und dem zweiten Ausgangsanschluss 412 geschaltet.Similar to stage I, stage II also contains two series resonators R s2 ι and R s22 , and two parallel resonators R p2 ι and R p22 . The first series resonator R s n of stage II is connected between the second input terminal 422 of stage II and the first output terminal 410. The second series resonator R s22 is connected between the first input connection 420 of stage II and the second output connection 412. The first parallel resonator R p2 ι is connected between the first input connection of stage II and the first output connection 410. The second parallel resonator R p22 is connected between the second input connection 422 of stage I and the second output connection 412.
Die Serienresonatoren in der ersten Stufe I und die Serienresonatoren in der zweiten Stufe II sind im wesentlichen baugleich, zumindest hinsichtlich des Frequenzverhaltens derselben. Ebenso sind die Parallelresonatoren der zwei Stufen I und II zumindest hinsichtlich des Frequenzverhaltens bau- gleich.The series resonators in the first stage I and the series resonators in the second stage II are essentially identical in construction, at least with regard to their frequency behavior. The parallel resonators of the two stages I and II are also structurally identical, at least with regard to the frequency response.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Resonatoren der Filterschaltung 400 durch BAW-Resonatoren gebildet, und bei einem solchen Ausführungsbeispiel sind die Serienre- sonatoren der zwei Filterstufen I und II durch identischeIn a preferred exemplary embodiment, the resonators of the filter circuit 400 are formed by BAW resonators, and in such an exemplary embodiment the series resonators of the two filter stages I and II are identical
Schichtfolgen, bestehend aus unterer Elektrode, piezoelektrischem Material und obere Elektrode gebildet, wobei sich die Identität hierbei auf die Schichtfolge, die verwendeten Materialien und Dicken etc. der einzelnen Schichten bezieht. Gleiches gilt für die Parallelresonatoren, die lediglich aufgrund geringfügiger Unterschiede der einzelnen gerade genannten Parameter eine Verstimmung hinsichtlich deren Resonanz- frequenz gegenüber den Serienresonatoren aufweisen. Die Parallelresonatoren in den zwei Stufen sind ebenfalls identisch.Layer sequences, consisting of lower electrode, piezoelectric material and upper electrode, the identity relating to the layer sequence, the materials used and thicknesses etc. of the individual layers. The same applies to the parallel resonators, which only detune their resonance due to slight differences in the individual parameters just mentioned. frequency compared to the series resonators. The parallel resonators in the two stages are also identical.
Zwischen der ersten Stufe I und der zweiten Stufe II ist ein magnetischer Übertrager 424 angeordnet. Der magnetische Ü- bertrager 424 umfasst eingangsstufenseitig eine Primärwicklung 426 und ausgangsstufenseitig eine Sekundärwicklung 428. Die Primärwicklung 426 ist zwischen den ersten und den zweiten Ausgangsanschluss 416, 418 der Eingangsstufe I geschal- tet, und die Sekundärwicklung 428 des Übertragers 424 ist zwischen den ersten Eingangsanschluss und den zweiten Eingangsanschluss der Ausgangsstufe II geschaltet, so dass eine Kopplung der ersten Stufe I und der zweiten Stufe II bewirkt wird. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 3 gezeigt ist, umfasst die Sekundärwicklung 428 einen Mittenanschluss 430, der mit dem Bezugspotential, z. B. Masse, verbunden ist. Hierdurch wird die Sekundärwicklung in eine erste Sekundärwicklung 428a und eine zweite Sekundärwicklung 428b unterteilt.A magnetic transmitter 424 is arranged between the first stage I and the second stage II. The magnetic transmitter 424 comprises a primary winding 426 on the input stage side and a secondary winding 428 on the output stage side. The primary winding 426 is connected between the first and the second output connection 416, 418 of the input stage I, and the secondary winding 428 of the transmitter 424 is connected between the first input connection and the second input connection of the output stage II is switched, so that a coupling of the first stage I and the second stage II is effected. In an alternative embodiment, which is shown in FIG. 3, the secondary winding 428 comprises a center connection 430, which is connected to the reference potential, e.g. B. ground, is connected. As a result, the secondary winding is divided into a first secondary winding 428a and a second secondary winding 428b.
Die in Fig. 3 gezeigte Filterschaltung 400 ist vorzugsweise auf einem gemeinsamen Chip gebildet, so dass die Resonatoren der ersten Stufe, die Resonatoren der zweiten Stufe, der Ü- bertrager sowie die erforderlichen Verbindungsleitungen ge- meinsam auf diesem Chip gebildet sind.The filter circuit 400 shown in FIG. 3 is preferably formed on a common chip, so that the resonators of the first stage, the resonators of the second stage, the transmitter and the necessary connecting lines are formed together on this chip.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterschaltung werden zwei Lattice-Stufen I und II über den On-Chip-Transformator (On-Chip-Übertrager) 424 miteinander gekoppelt. Die erste Stufe I umfasst die Primärwicklung 426 des Übertragers 424 als Last, welche praktisch „schwebend" (floating) ist. Aus diesem Grund arbeitet diese Lattice-Stufe I ordnungsgemäß und hat die Verhaltensvorteile, die normalerweise bei dieser Topologie gegenüber Ladder- Filtern angetroffen wird. Die Verbesserungen bestehen in einer verbesserten Sperrbanddämpfung, in geringeren Einfügungsverlusten, sowie in einem breiteren Durchlassband. Der Übertrager 424 blockiert fast vollständig die Gleichtaktsignale und erzeugt ein symmetrisches Signal an dessen sekundärer Windung 428. Wie erwähnt, kann ein Mittelanschluss 430 vorgesehen sein, der mit der Sekundärwindung verbunden ist, wodurch die Effekte von parasitären Streukapazitäten reduziert werden.In the exemplary embodiment of the filter circuit according to the invention shown in FIG. 3, two lattice stages I and II are coupled to one another via the on-chip transformer (on-chip transformer) 424. The first stage I includes the primary winding 426 of the transformer 424 as a load, which is practically "floating". For this reason, this lattice stage I works properly and has the behavioral advantages that are normally encountered with this topology compared to ladder filters The improvements consist of improved barrier band attenuation, lower insertion losses and a wider passband. The transmitter 424 almost completely blocks the common mode signals and generates a symmetrical signal at its secondary winding 428. As mentioned, a center connection 430 can be provided which is connected to the secondary winding, thereby reducing the effects of parasitic stray capacitances.
Die zweite Lattice-Stufe II wird verwendet, um die Steilheit des Übergangs vom Durchlassband zum Sperrband zu verbessern und um gleichzeitig eine zusätzliche Sperrbanddämpfung zu erhalten.The second Lattice stage II is used to improve the steepness of the transition from the pass band to the stop band and to obtain additional stop band damping at the same time.
Hinsichtlich des anhand der Fig. 3 beschriebenen Ausführungs- beispiels wird darauf hingewiesen, dass jede der zwei Stufen I und II ferner modifiziert werden könnte, um Kerben in einem Bereich zwischen dem Durchlassband und dem Sperrband des Filters zu erzeugen, was durch die Verwendung von leicht unterschiedlichen Flächen für die Serienresonatoren und die Paral- lelresonatoren erreicht werden kann.With regard to the exemplary embodiment described with reference to FIG. 3, it is pointed out that each of the two stages I and II could also be modified in order to produce notches in a region between the pass band and the stop band of the filter, which is done by using easily different areas for the series resonators and the parallel resonators can be achieved.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, mit der anhand der Fig. 3 beschriebenen Filterschaltung eine Impedanztransformation durchzuführen. Wenn eine Eingangsimpe- danz und eine Ausgangsimpedanz am Eingangstor 402 und am Ausgangstor 408 unterschiedlich sind, kann mittels der Filterschaltung 400 eine entsprechende Impedanztransformation unter Verwendung des Übertragers 424 durchgeführt werden, indem der Übertrager derart ausgestaltet wird, dass dieser ein geeigne- tes Wicklungsverhältnis für die primäre Wicklung und die sekundäre Wicklung aufweist. Als eine Folge der unterschiedlichen Impedanzen in den zwei Stufen I und II sind auch die Flächen der verwendeten Resonatoren in den jeweiligen Stufen unterschiedlich.According to a further exemplary embodiment, it is possible to carry out an impedance transformation using the filter circuit described with reference to FIG. 3. If an input impedance and an output impedance at the input gate 402 and at the output gate 408 are different, a corresponding impedance transformation can be carried out by means of the filter circuit 400 using the transmitter 424, in that the transmitter is designed such that it has a suitable winding ratio for the has primary winding and the secondary winding. As a consequence of the different impedances in the two stages I and II, the areas of the resonators used are also different in the respective stages.
Obwohl die Filterschaltung gemäß Fig. 3 für die Impedanzwandlung von unterschiedlichen Eingangs- und Ausgangsimpedanzen mit geringer Differenz geeignet ist, kann es bei großen Impedanzunterschieden zu Problemen kommen, da es allgemein schwierig und problematisch ist, sehr kleine und sehr große Resonatoren auf dem gleichen Chip anzuordnen. In dieser Situ- ation ist es angeraten, anstelle der in Fig. 3 dargelegten Struktur die nachfolgend anhand der Fig. 5 oder anhand der Fig. 6 beschriebene Schaltungsanordnung zu verwenden.3 for the impedance conversion of different input and output impedances is suitable with a small difference, problems can arise with large impedance differences, since it is generally difficult and problematic to arrange very small and very large resonators on the same chip. In this situation, it is advisable to use the circuit arrangement described below with reference to FIG. 5 or with reference to FIG. 6 instead of the structure shown in FIG. 3.
Unter Verwendung der in Fig. 4 wiedergegebenen äquivalenten Schaltbilder für eine symmetrische Brückenschaltung (linkeUsing the equivalent circuit diagrams shown in Fig. 4 for a symmetrical bridge circuit (left
Abbildung) , eine Gabelschaltung (mittlere Abbildung) und eine Differentialbrückenschaltung (rechte Abbildung) , welche auf dem Gebiet der Elektrotechnik gut bekannt sind, wird die in Fig. 3 dargestellte erste Stufe I, welche eine symmetrische Brückenschaltung ist, in eine Differential-Brückenschaltung gemäß der rechten Abbildung in Fig. 4 umgewandelt.Figure), a hybrid circuit (middle figure) and a differential bridge circuit (right figure), which are well known in the field of electrical engineering, the first stage I shown in FIG. 3, which is a symmetrical bridge circuit, becomes a differential bridge circuit according to the right figure in Fig. 4 converted.
Die sich ergebende Struktur ist in Fig. 5 gezeigt, wobei hier bereits anhand der Fig. 3 beschriebene Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Wie aus einem Vergleich mit Fig. 3 zu erkennen ist, ist die zweite Stufe II im wesentlichen unverändert geblieben, lediglich die Stufe I, welche in Fig. 3 als symmetrische Brückenschaltung dargestellt war, wurde, entsprechend Fig. 4, durch eine äquivalente Schaltung er- setzt, welchen einen Differential-Übertrager (Differential- Transformator) umfasst. Der Transformator 424 umfasst nun eingangsstufenseitig eine erste Primärwicklung 426a und eine zweite Primärwicklung 426b. Die Eingangsstufe I umfasst lediglich einen Serienresonator Rsι und lediglich einen Paral- lelresonator Rpι, wobei der Serienresonator Rsι zwischen den Eingangsanschluss 404 des Eingangstors und einen ersten An- schluss der ersten Primärwicklung 426a geschaltet ist. Der Parallelresonator Rpi ist zwischen den Eingangsanschluss 404 des Eingangstores und einen ersten Anschluss der zweiten Pri- märwicklung 426b geschaltet. Der zweite Eingangsanschluss 406 des Eingangstores ist mit einem zweiten Anschluss der ersten Primärwicklung 426a und mit einem zweiten Anschluss der zweiten Primärwicklung 426b verschaltet.The resulting structure is shown in FIG. 5, elements already described here with reference to FIG. 3 being provided with the same reference numerals. As can be seen from a comparison with FIG. 3, the second stage II has remained essentially unchanged, only stage I, which was represented in FIG. 3 as a symmetrical bridge circuit, was, according to FIG. 4, by an equivalent circuit - sets, which includes a differential transformer (differential transformer). The transformer 424 now comprises a first primary winding 426a and a second primary winding 426b on the input stage side. The input stage I comprises only a series resonator R s ι and only a parallel resonator R p ι, the series resonator R s ι being connected between the input connection 404 of the input gate and a first connection of the first primary winding 426a. The parallel resonator R pi is connected between the input connection 404 of the input gate and a first connection of the second primary winding 426b. The second input port 406 of the entrance gate is with a second port of the first Primary winding 426a and connected to a second connection of the second primary winding 426b.
Wie Fig. 5 in Verbindung mit Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist, wird bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass jegliche symmetrische Brückenstruktur durch eine äquivalente Schaltung ersetzt werden kann, die einen Differential-Transformator umfasst, wie dies anhand der Fig. 4 dargestellt ist. Nachdem der Übertra- ger (Transformator) in jedem Fall für die Umwandlung gemäß5 in conjunction with FIGS. 3 and 4, use is made of the fact that any symmetrical bridge structure can be replaced by an equivalent circuit comprising a differential transformer in the exemplary embodiment shown in FIG. 5, as shown in FIG. 4. After the transformer (transformer) for the conversion according to
Fig. 3 erforderlich ist, bedeutet der Ersatz des Übertragers gemäß Fig. 2 durch einen Differential-Transformator keinen zusätzlichen Aufwand.3 is necessary, the replacement of the transformer according to FIG. 2 by a differential transformer means no additional effort.
Unter Verwendung der in Fig. 4 dargestellten Äquivalenzen kann gezeigt werden, dass die zwei Resonatoren Rpn und Rpι2 mit der jeweiligen Impedanz Zparanel, und die zwei Resonatoren Rsιι und Rsι2 mit der jeweiligen Impedanz Zserieiι durch lediglich einen Resonator Rsi und Rpι ersetzt werden können, wobei der Parallelresonator Rpι die doppelte Impedanz (zweimal Zpa- raiiei) verglichen mit den Parallelresonatoren aus Stufe I in Fig. 3 aufweist. Der Serienresonator Rsι hat ebenfalls eine Impedanz von zwei mal
Figure imgf000016_0001
also dem Doppelten der Impedanz eines der Serienresonatoren wie in Fig. 3. Da die Impedanz eines BAW-Resonators umgekehrt proportional zu dessen Resonatorfläche ist, lässt sich durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 die Gesamtfläche der Resonatoren der Stufe I gegenüber der Gesamtfläche der Resonatoren der Stufe I wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, um den Faktor 4 reduzieren. Die in Fig. 5 dargestellte Konfiguration ist insbesondere für solche Filterschaltungen geeignet, bei denen zwischen der Eingangsimpedanz und der Ausgangsimpedanz ein großer Unterschied besteht. Verglichen der Filterschaltung gemäß Fig. 3 wird das Flächenverhältnis zwischen dem größten Resonator und dem kleinsten Resonator auf dem Chip um einen Faktor von etwa 2 verbessert. Es ist vorteilhaft, den Differential-Transformator am niede- rimpedanten Anschluss oder Tor des Filters vorzusehen, also in der Konfiguration wie es in Fig. 5 gezeigt ist, sofern der Pegel der Eingangsimpedanz niedriger ist als der Pegel der Ausgangsimpedanz am Ausgangstor 408. Das Resonanzverhalten der Resonatoren ist gegenüber Fig. 3 im wesentlichen unverän- dert.
Using the equivalences shown in FIG. 4, it can be shown that the two resonators R p n and R p ι 2 with the respective impedance Z para n el , and the two resonators R s ιι and R s ι 2 with the respective impedance Z ser ieiι by only one resonator R si and R p ι may be replaced, wherein the parallel resonator R p ι twice the impedance (twice Z pa - ra ii e i) compared with the parallel resonators from stage I in Figure 3 has.. The series resonator R s ι also has an impedance of two times
Figure imgf000016_0001
So double the impedance of one of the series resonators as in FIG. 3. Since the impedance of a BAW resonator is inversely proportional to its resonator area, the total area of the resonators of stage I can be compared to the total area of the resonators of FIG Stage I, as shown in Fig. 3, reduce by a factor of 4. The configuration shown in FIG. 5 is particularly suitable for those filter circuits in which there is a great difference between the input impedance and the output impedance. 3, the area ratio between the largest resonator and the smallest resonator on the chip is improved by a factor of about 2. It is advantageous to provide the differential transformer at the low-impedance connection or gate of the filter, that is in the configuration as shown in FIG. 5, provided the level of the input impedance is lower than the level of the output impedance at the output port 408. The resonance behavior of the resonators is essentially unchanged compared to FIG. 3.
Anhand der Fig. 6 wird nachfolgend ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert, bei dem zusätzlich zu dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel auch die zweite Stufe II, welche noch als symmetrische Brückenstruktur ausgebildet war, durch eine entsprechende äquivalente Schaltung mit einem Differential-Transformator ersetzt wurde. In Fig. 6 sind diejenigen Elemente, die bereits in den vorhergehenden Figuren beschrieben wurden, mit glei- chen Bezugszeichen versehen.A further exemplary embodiment of the present invention is explained in more detail below with reference to FIG. 6, in which, in addition to the exemplary embodiment shown in FIG. 5, the second stage II, which was still designed as a symmetrical bridge structure, by means of a corresponding equivalent circuit with a differential Transformer was replaced. 6, those elements which have already been described in the previous figures are provided with the same reference symbols.
Wie zu erkennen ist, entspricht die Stufe I gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 6 der Stufe I, die anhand der Fig. 5 beschrieben wurde. In der Stufe II wurden, ähnlich wie es o- ben anhand der Fig. 5 in Bezug auf die Stufe I beschrieben wurde, die zwei Serienresonatoren Rs2ι und Rs22 durch einen Serienresonator Rs2 mit der doppelten Impedanz ersetzt. Ebenso wurden die Parallelresonatoren Rp2i und Rp22 durch einen Parallelresonator Rp2 mit der doppelten Impedanz ersetzt. Ähnlich wie bei der Stufe I wurde der Übertrager 424 nun auch aus- gangsstufenseitig derart ausgebildet, dass derselbe eine erste Sekundärwicklung 428a und eine zweite Sekundärwicklung 428b umfasst. Der Parallelresonator Rp2 ist zwischen einen ersten Anschluss der ersten Sekundärwicklung 428a und zwi- sehen den ersten Ausgangsanschluss 410 des Ausgangstors 408 geschaltet. Der Serienresonator Rs2 ist zwischen einen ersten Anschluss der zweiten Sekundärwicklung 428b und den ersten Ausgangsanschluss 410 geschaltet. Der zweite Ausgangsanschluss 412 ist mit einem zweiten Anschluss der ersten Sekun- därwicklung 428a und mit einem zweiten Anschluss der zweiten Sekundärwicklung 428b verbunden. Die in Fig. 6 dargestellte Schaltung führt bezüglich beider Tore, dem Eingangstor 402 und dem Ausgangstor 408 eine Differential-Transformation vor. In beiden Stufen I und II ergibt sich verglichen mit der Schaltung gemäß Fig. 3 eine Einspa- rung an Resonatorfläche um einen Faktor von etwa 4. Dies ist insbesondere für Filter von Interesse, welche bei Frequenzen von unterhalb 1,7 GHz arbeiten, oder für Filter, deren Impedanzen viel niedriger als 50 Ohm sind, da in diesen Fällen die Chipfläche normalerweise durch die Resonatorgröße domi- niert wird.As can be seen, stage I according to the exemplary embodiment from FIG. 6 corresponds to stage I, which was described with reference to FIG. 5. In stage II, similar to that described above with reference to FIG. 5 in relation to stage I, the two series resonators R s2 ι and R s22 were replaced by a series resonator R s2 with twice the impedance. The parallel resonators R p2i and R p22 were also replaced by a parallel resonator R p2 with twice the impedance. Similar to stage I, the transformer 424 has now also been designed on the output stage side in such a way that it comprises a first secondary winding 428a and a second secondary winding 428b. The parallel resonator R p2 is connected between a first connection of the first secondary winding 428a and between the first output connection 410 of the output gate 408. The series resonator R s2 is connected between a first connection of the second secondary winding 428b and the first output connection 410. The second output connection 412 is connected to a second connection of the first secondary winding 428a and to a second connection of the second secondary winding 428b. The circuit shown in FIG. 6 performs a differential transformation with respect to both gates, the input gate 402 and the output gate 408. In both stages I and II, compared to the circuit according to FIG. 3, there is a saving in resonator area by a factor of about 4. This is of particular interest for filters which operate at frequencies below 1.7 GHz, or for Filters whose impedances are much lower than 50 ohms, since in these cases the chip area is usually dominated by the resonator size.
Die anhand der Fig. 3, 5 und 6 beschriebenen Filterschaltungen umfassen eine Eingangsstufe I, welche ein unsymmetrisches Eingangssignal empfängt, sowie eine Ausgangsstufe II, welche ein symmetrisches Ausgangssignal abgibt. Es wird jedoch an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die in Fig. 3, 5 und 6 gezeigten Filterschaltungen eben so gut arbeiten, wenn das Eingangssignal ein symmetrisches Signal oder ein teilweise symmetrisches Signal mit einem großen Gleichtaktfehler ist. In diesem Fall ist es ausreichend, die in Fig. 3, 5 und 6 gezeigte Verbindung des ersten Anschlusses 406 des Eingangstores 402 mit dem Bezugspotential (Masse) zu lösen und statt dessen die zweite Signalleitung dort anzuschließen.The filter circuits described with reference to FIGS. 3, 5 and 6 comprise an input stage I, which receives an asymmetrical input signal, and an output stage II, which outputs a symmetrical output signal. However, it is pointed out at this point that the filter circuits shown in FIGS. 3, 5 and 6 work just as well if the input signal is a balanced signal or a partially balanced signal with a large common mode error. In this case, it is sufficient to disconnect the connection of the first connection 406 of the input gate 402 shown in FIGS. 3, 5 and 6 to the reference potential (ground) and instead to connect the second signal line there.
Hinsichtlich der obigen Beschreibung wird darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Eingänge und Ausgänge grundsätzlich austauschbar sind. Dies bedeutet, dass die Richtung des Signalflusses umgekehrt werden können. Daher sind alle Strukturen sowohl dazu geeignet; eine unsymmetrische Signalquelle und eine symmetrische Last oder eine unsymmetrische Last und eine symmetrische Signalquelle zu verwenden. Die Position der Mittelabgriffe der Übertragerwicklungen kann für einen inver- sen Betriebsmodus geändert werden.With regard to the above description, it is pointed out that the inputs and outputs described are basically interchangeable. This means that the direction of the signal flow can be reversed. Therefore, all structures are suitable for both; to use an unbalanced signal source and a balanced load or an unbalanced load and a balanced signal source. The position of the center taps of the transformer windings can be changed for an inverted operating mode.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass diese, im Gegensatz zum Stand der Technik, einen miniaturisierten magnetischen Transformator als Zwischenstufenelement zwischen symmetrischen Filterstufen verwendet, wodurch Gleichtaktsignale abgeblockt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zumindest in einer Stufe eine Differential-Transformation durchgeführt, wodurch sich erhebliche Flächeneinsparungen bei der Anordnung der Elemente auf einer Chipfläche ergeben, und gleichzeitig eine vereinfachte Impedanztransformation durchgeführt werden kann.The advantage of the present invention is that, in contrast to the prior art, it has a miniaturized magnetic transformer as an intermediate stage element between symmetrical filter stages, whereby common mode signals are blocked. According to a further aspect of the present invention, a differential transformation is carried out at least in one stage, which results in considerable space savings in the arrangement of the elements on a chip surface, and at the same time a simplified impedance transformation can be carried out.
Die vorliegende Anmeldung wurde oben anhand bevorzugter Aus- führungsbeispiele beschrieben, bei denen BAW-Resonatoren verwendet wurden. Die vorliegende Anmeldung ist jedoch nicht auf die Verwendung von BAW-Resonatoren beschränkt, sondern kann allgemein auf Filterschaltungen mit mehreren Resonatoren angewandt werden, wobei hier insbesondere auch SAW-Resonatoren, Leitungsresonatoren, Resonatoren aus konzentrierten Bauelementen, etc. in Betracht kommen.The present application was described above on the basis of preferred exemplary embodiments in which BAW resonators were used. However, the present application is not limited to the use of BAW resonators, but can generally be applied to filter circuits with a plurality of resonators, SAW resonators, line resonators, resonators made of concentrated components, etc. in particular also being considered here.
Die oben beschriebenen Filterschaltungen umfassten jeweils zwei Stufen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Zusätzlich zu den beschriebenen Stufen können bei den erfindungsgemäßen Filterschaltungen eine oder mehrere Stufen eingangsseitig und/oder ausgangssei- tig vorgesehen sein. Diese weiteren Stufen können mit den übrigen Stufen durch einfaches Verbinden derselben und/oder ü- ber Übertrager gekoppelt sein. The filter circuits described above each comprised two stages. However, the present invention is not limited to this configuration. In addition to the stages described, one or more stages can be provided on the input side and / or output side in the filter circuits according to the invention. These further stages can be coupled to the remaining stages by simply connecting them and / or via transmitters.
Bezugszeichenreference numeral
100 Ladder-Filter100 ladder filters
102 Eingangstor102 entrance gate
104 erster Eingangsanschluss104 first input port
106 zweiter Eingangsanschluss106 second input connection
108 Ausgangstor108 exit gate
110 erster Ausgangsanschluss110 first output connector
112 zweiter Ausgangsanschluss112 second output connection
114 Bezugspotential114 reference potential
120 Lattice-Filter120 lattice filters
122 Knoten122 knots
124 Knoten124 knots
400 Filterschaltung400 filter circuit
402 Eingangstor402 entrance gate
404 erster Eingangsanschluss404 first input port
406 zweiter Eingangsanschluss406 second input connection
408 Ausgangstor408 exit gate
410 erster Ausgangsanschluss410 first output connector
412 zweiter Ausgangsanschluss412 second output connector
414 Bezugspotential414 reference potential
416 erster Ausgangsanschluss der Stufe I416 first stage I output connector
418 zweiter Ausgangsanschluss der Stufe II418 second stage II output connector
420 erster Eingangsanschluss der Stufe II420 first level II input connector
422 zweiter Eingangsanschluss der Stufe II422 second stage II input connector
424 Übertrager424 transformers
426 Primärwicklung426 primary winding
426a erste Primärwicklung426a first primary winding
426b zweite Primärwicklung426b second primary winding
428 Sekundärwicklung428 secondary winding
428a erste Sekundärwicklung428a first secondary winding
428b zweite Sekundärwicklung428b second secondary winding
430 Mittenanschluss430 center connection
I erste symmetrische StufeI first symmetrical stage
II zweite symmetrische StufeII second symmetrical stage
EIN EingangssignalON input signal
AUS Ausgangssignal R-slr s2r s3? Rs4 Serienresonatoren Rpl? Rp2f p3? Rp4 ParallelresonatorenOFF output signal R-slr s 2 r s3? Rs4 series resonators Rpl? Rp2f p3? Rp4 parallel resonators
Rsii Rsι2, Rs2i/ Rs22 Serienresonatoren Rpii Rpi2r Rp2i/ Rp22 Parallelresonatoren Rsii R s ι 2 , Rs2i / Rs2 2 series resonators Rpii Rpi2r Rp2i / Rp22 parallel resonators

Claims

Patentansprüche claims
1. Filterschaltung, mit1. Filter circuit, with
ersten Resonatoren (Rsi, Rs2; Rsιι, Rsi2, RS2i, Rs22) mit einer festgelegten ersten Resonanzfrequenz;first resonators (R si , R s2 ; R s ιι, R s i2, R S 2i, R s 22) with a fixed first resonance frequency;
zweiten Resonatoren (Rpι, Rp2; Rpn, Rpι2, Rp2ι, Rp22) mit einer gegenüber der ersten Resonanz verschobenen zweiten Resonanz- frequenz;second resonators (R p ι, R p2 ; R p n, R p ι 2 , R p2 ι, R p22 ) with a second resonance frequency shifted with respect to the first resonance;
einer ersten symmetrischen Stufe (I) mit zumindest einem ersten Resonator und mit zumindest einem zweiten Resonator;a first symmetrical stage (I) with at least one first resonator and with at least one second resonator;
einer zweiten symmetrischen Stufe (II) mit zumindest einem ersten Resonator und mit zumindest einem zweiten Resonator; unda second symmetrical stage (II) with at least one first resonator and with at least one second resonator; and
einem Übertragerelement (424), das zwischen die erste symmet- rische Stufe (I) und die zweite symmetrische Stufe (II) geschaltet ist und dieselben miteinander koppelt.a transmitter element (424) which is connected between the first symmetrical stage (I) and the second symmetrical stage (II) and couples them to one another.
2. Filterschaltung nach Anspruch 1, bei der die erste symmetrische Stufe (I) eine symmetrische Brückenschaltung mit einem ersten Tor (402, 404, 406) und mit einem zweiten Tor (416,2. Filter circuit according to claim 1, wherein the first symmetrical stage (I) is a symmetrical bridge circuit with a first port (402, 404, 406) and with a second port (416,
418) ist, und bei dem die zweite symmetrische Stufe (II) eine symmetrische Brückenschaltung mit einem ersten Tor (420, 422) und mit einem zweiten Tor (408, 410, 412) ist, wobei das Ü- bertragerelement (424) zwischen das zweite Tor (416, 418) der ersten symmetrischen Brückenschaltung (I) und das erste Tor (420, 422) der zweiten symmetrischen Brückenschaltung (II) geschaltet ist.418), and in which the second symmetrical stage (II) is a symmetrical bridge circuit with a first gate (420, 422) and with a second gate (408, 410, 412), the transmitter element (424) between the second gate (416, 418) of the first symmetrical bridge circuit (I) and the first gate (420, 422) of the second symmetrical bridge circuit (II) is connected.
3. Filterschaltung nach Anspruch 2, bei der in der ersten symmetrischen Brückenschaltung (I) und in der zweiten symmetrischen Brückenschaltung (II) jeweils ein erster Resonator (Rsιι, Rs22) zwischen einem ersten Anschluss (404, 420) des ersten Tores und einem ersten Anschluss (416, 410) des zweiten Tores, ein erster Resonator (Rsι2, RS2i) zwischen einen zweiten Anschluss (406, 422) des ersten Tores und einen zweiten Anschluss (418, 412) des zweiten Tores, ein zweiter Resonator (Rpιι, Rp2ι) zwischen den ersten Anschluss (404, 420) des ersten Tores und den zweiten Anschluss (418, 412) des zweiten Tores, und ein zweiter Resonator (Rpι2, Rp2ι) zwischen dem zweiten Anschluss (406, 422) des ersten Tores und den ersten Anschluss (416, 410) des zweiten Tores geschaltet ist.3. Filter circuit according to claim 2, in which in the first symmetrical bridge circuit (I) and in the second symmetrical bridge circuit (II) in each case a first resonator (R s ιι, R s22 ) between a first connection (404, 420) of the first gate and a first connection (416, 410) of the second gate, a first resonator (R s ι 2 , R S 2i) between a second connection (406, 422) of the first gate and a second connection (418, 412) of the second gate, a second resonator (R p ιι, R p2 ι) between the first connection (404, 420) of the first gate and the second connection (418, 412) of the second gate, and a second resonator (R p ι 2 , R p2 ι) between the second connection (406, 422) of the first gate and the first connection (416, 410) of the second gate.
4. Filterschaltung nach Anspruch 2 oder 3, bei der an das erste Tor (402) der ersten symmetrischen Stufe (I) ein symmetrisches Signal anlegbar ist, und bei der an das zweite Tor4. Filter circuit according to claim 2 or 3, in which a symmetrical signal can be applied to the first gate (402) of the first symmetrical stage (I), and in which to the second gate
(408) der zweiten symmetrischen Stufe (II) ein symmetrisches Signal anlegbar ist, wobei an der ersten symmetrischen Stufe(408) of the second symmetrical stage (II) a symmetrical signal can be applied, being at the first symmetrical stage
(I) ein Eingangssignal anlegbar ist oder ein Ausgangssignal abgreifbar ist, und wobei an der zweiten symmetrischen Stufe(I) an input signal can be applied or an output signal can be tapped, and being at the second symmetrical stage
(II) das Ausgangssignal abgreifbar ist oder das Eingangssignal anlegbar ist.(II) the output signal can be tapped or the input signal can be applied.
5. Filterschaltung nach Anspruch 2 oder 3, bei der an das erste Tor (402) der ersten symmetrischen Stufe (I) ein unsymmetrisches Signal anlegbar ist, wobei an einem ersten Anschluss (404) des ersten Tores das unsymmetrische Signal an- legbar ist, und wobei ein zweiter Anschluss (406) des ersten Tores mit einem Bezugspotential verbunden ist, und bei der an das zweite Tor (408) der zweiten symmetrischen Stufe (II) ein symmetrisches Signal anlegbar ist, wobei an der ersten symmetrischen Stufe (I) ein Eingangssignal anlegbar ist oder ein Ausgangssignal abgreifbar ist, und wobei an der zweiten symmetrischen Stufe (II) das Ausgangssignal abgreifbar ist oder das Eingangssignal anlegbar ist.5. A filter circuit according to claim 2 or 3, in which an asymmetrical signal can be applied to the first gate (402) of the first symmetrical stage (I), the asymmetrical signal being able to be applied to a first connection (404) of the first gate, and wherein a second connection (406) of the first gate is connected to a reference potential, and in which a symmetrical signal can be applied to the second gate (408) of the second symmetrical stage (II), one at the first symmetrical stage (I) Input signal can be applied or an output signal can be tapped, and the output signal can be tapped at the second symmetrical stage (II) or the input signal can be applied.
6. Filterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Übertragerelement (424) einen Mittenanschluss (430) aufweist, der mit einem Bezugspotential verbunden ist. 6. Filter circuit according to one of claims 1 to 5, wherein the transmitter element (424) has a center connection (430) which is connected to a reference potential.
7. Filterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der7. Filter circuit according to one of claims 1 to 6, in which
ein Eingangstor (402) der Filterschaltung eine erste Impedanz aufweist, und ein Ausgangstor (408) der Filterschaltung eine zweite Impedanz, die sich von der ersten Impedanz unterscheidet, aufweist,an input port (402) of the filter circuit has a first impedance, and an output port (408) of the filter circuit has a second impedance, which differs from the first impedance,
das Übertragerelement (424) eine erste Wicklung (426) und eine zweite Wicklung (428) umfasst, wobei die erste Wicklung (424) der ersten symmetrischen Stufe (I) zugeordnet ist, wobei die erste symmetrische Stufe (I) das Eingangstor (402) aufweist, wobei die zweite Wicklung (428) der zweiten symmetrischen Stufe (II) zugeordnet ist, wobei die zweite symmetrische Stufe (II) das Ausgangstor (408) aufweist, und wobei ein Wicklungsverhältnis zwischen der ersten Wicklung (426) und der zweiten Wicklung (428) eingestellt ist, um eine Impedanztransformation von der ersten Impedanz zu der zweiten Impedanz zu bewirken,the transformer element (424) comprises a first winding (426) and a second winding (428), the first winding (424) being assigned to the first symmetrical stage (I), the first symmetrical stage (I) being the input gate (402) The second winding (428) is assigned to the second symmetrical stage (II), the second symmetrical stage (II) has the output gate (408), and a winding ratio between the first winding (426) and the second winding ( 428) is set to effect an impedance transformation from the first impedance to the second impedance,
die ersten Resonatoren (Rsιι, Rsi2) und die zweiten Resonatoren (Rpι, Rpι2) in der ersten symmetrischen Stufe (I) eine erste Fläche entsprechend der ersten Impedanz aufweisen, undthe first resonators (R s ιι, Rsi 2 ) and the second resonators (R p ι, R p ι 2 ) in the first symmetrical stage (I) have a first surface corresponding to the first impedance, and
die ersten Resonatoren (RS2i/ Rs22) und die zweiten Resonatoren (Rp2ι, Rp22) in der zweiten symmetrischen Stufe (II) eine zweite Fläche entsprechend der zweiten Impedanz aufweisen, wobei die erste Fläche und die zweite Fläche unterschiedlich sind.the first resonators (R S 2i / Rs2 2 ) and the second resonators (R p2 ι, R p22 ) in the second symmetrical stage (II) have a second surface corresponding to the second impedance, the first surface and the second surface being different ,
8. Filterschaltung nach Anspruch 7, bei der das Übertragere- lement (424) eine erste Primärwicklung (426a) und eine zweite8. Filter circuit according to claim 7, wherein the transmission element (424) has a first primary winding (426a) and a second
Primärwicklung (426b) aufweist, um in der ersten symmetrischen Stufe (I) eine Differential-Transformation zu bewirken, wobei die erste symmetrische Stufe (I) ein Eingangstor (402) mit einem ersten Anschluss (404) und mit einem zweiten An- schluss (406) aufweist, wobei zwischen den ersten Anschluss (404) des Eingangstores (402) und einen ersten Anschluss der ersten Primärwicklung (426a) ein erster Resonator (Rsι) ge- schaltet ist, wobei zwischen den ersten Anschluss (404) des Eingangstores (402) und einen ersten Anschluss der zweiten Primärwicklung (426b) ein zweiter Resonator (Rpι) geschaltet ist, wobei der zweite Anschluss (406) des Eingangstores (402) mit einem Knoten verbunden ist, der mit einem zweiten Anschluss der ersten Primärwicklung (426a) und mit einem zweiten Anschluss der zweiten Primärwicklung (426b) verbunden ist.Primary winding (426b) in order to effect a differential transformation in the first symmetrical stage (I), the first symmetrical stage (I) having an input gate (402) with a first connection (404) and with a second connection ( 406), a first resonator (R s ι) being located between the first connection (404) of the input gate (402) and a first connection of the first primary winding (426a). is switched, a second resonator (R p ι) being connected between the first connection (404) of the input gate (402) and a first connection of the second primary winding (426b), the second connection (406) of the input gate (402) being connected is connected to a node which is connected to a second connection of the first primary winding (426a) and to a second connection of the second primary winding (426b).
9. Filterschaltung nach Anspruch 8, bei der das Übertragerelement (424) eine erste Sekundärwicklung (428a) und eine zweite Sekundärwicklung (428b) aufweist, um in der zweiten symmetrischen Stufe (II) eine Differential-Transformation zu bewirken, wobei die zweite symmetrische Stufe (II) ein Aus- gangstor (408) mit einem ersten Anschluss (410) und mit einem zweiten Anschluss (412) aufweist, wobei zwischen einen ersten Anschluss der ersten Sekundärwicklung (428a) und dem ersten Anschluss (410) des Ausgangstores (408) ein erster Resonator (Rs2) geschaltet ist, wobei zwischen einem ersten Anschluss der zweiten Sekundärwicklung (428b) und den zweiten Anschluss (412) des Ausgangstores (408) ein zweiter Resonator (Rp2) geschaltet ist, wobei ein Knoten, der mit einem zweiten Anschluss der ersten Sekundärwicklung (428a) und mit einem zweiten Anschluss der zweiten Sekundärwicklung (428b) verbun- den ist, mit dem zweiten Anschluss (412) des Ausgangstores (408) verbunden ist.The filter circuit of claim 8, wherein the transmitter element (424) has a first secondary winding (428a) and a second secondary winding (428b) to effect a differential transformation in the second symmetrical stage (II), the second symmetrical stage (II) has an output gate (408) with a first connection (410) and with a second connection (412), wherein between a first connection of the first secondary winding (428a) and the first connection (410) of the output gate (408) a first resonator (R s2 ) is connected, a second resonator (R p2 ) being connected between a first connection of the second secondary winding (428b) and the second connection (412) of the output gate (408), a node connected to a second connection of the first secondary winding (428a) and to a second connection of the second secondary winding (428b) is connected to the second connection (412) of the output gate (408).
10. Filterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die erste symmetrische Stufe (I), die zweite symmetrische Stufe (II) und das Übertragerelement (424) auf einem gemeinsamen Chip gebildet sind. 10. Filter circuit according to one of claims 1 to 10, wherein the first symmetrical stage (I), the second symmetrical stage (II) and the transmitter element (424) are formed on a common chip.
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