WO2006015641A1 - Elektrische schaltung und bauelement mit der schaltung - Google Patents

Elektrische schaltung und bauelement mit der schaltung Download PDF

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Edgar Schmidhammer
Pasi Tikka
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/0023—Networks for transforming balanced signals into unbalanced signals and vice versa, e.g. baluns, or networks having balanced input and output
    • H—ELECTRICITY
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    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/58—Multiple crystal filters
    • H03H9/582—Multiple crystal filters implemented with thin-film techniques
    • H03H9/583—Multiple crystal filters implemented with thin-film techniques comprising a plurality of piezoelectric layers acoustically coupled
    • H03H9/584—Coupled Resonator Filters [CFR]
    • H—ELECTRICITY
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
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    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6403—Programmable filters
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423—Means for obtaining a particular transfer characteristic
    • H03H9/6433—Coupled resonator filters

Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit having an electrical quadrupole, z. B. has a filter circuit with two electric gates.
  • a quadrupole can be connected 1) asymmetrically / asymmetrically or 2) symmetrically / symmetrically. It is also possible to use a quadrupole as balun, d. H. 3) unbalanced / symmetrical beschaltten.
  • the series resonators are designed as SAW resonators.
  • the filter structures used in the duplexer are all implemented in one technology (SAW).
  • a duplexer with a receiving path is known.
  • a receiving filter is arranged, in which a ladder type arrangement is connected on the output side to a balun or a further element for symmetrizing the ladder type arrangement.
  • the object of the present invention is to specify an electrical circuit which can be switched between at least two different operating modes 1), 2) or 3).
  • the invention provides an electrical circuit with an electric quadrupole, which has two electrical gates with two terminals each.
  • at least one shunt branch is provided which extends from a connection of the first gate to ground.
  • a switching element first switching element
  • the corresponding connection can be grounded if necessary.
  • the circuit has a second transverse branch which extends from a connection of the second gate to the ground.
  • a Weg ⁇ element second switching element
  • the electrical gate connected therewith is asymmetrical. With an open switching element, the door can be operated symmetrically.
  • the invention has the advantage that the respective electrical port can be switched between a symmetrical and a single-ended operation.
  • the switching element can, for. B. permanently short-circuited or open by applying or omitting a control voltage. With a short-circuited first and an open second switching element, a balun can be realized by the electrical circuit, whereby it is possible to dispense with a special balun circuit.
  • the electrical quadrupole is z. B. a filter, preferably a bandpass filter.
  • SAW surface acoustic wave
  • BAW commercial acoustic wave.
  • a plurality of acoustically coupled BAW resonators, which are preferably galvanically separated from one another, can form a resonator unit.
  • a SAW resonator unit may comprise a plurality of SAW transducers.
  • the quadrupole has transducers operating with surface acoustic waves.
  • transducers operating with surface acoustic waves.
  • Several, z. B. two resonator unit associated transducers are akus ⁇ table coupled to each other and preferably galvanically von ⁇ separated.
  • the transducers are preferably arranged side by side in an acoustic track.
  • the BAW resonators arranged in a resonator unit can be arranged one above the other in a resonator stack and can be acoustically coupled to one another via an interposed acoustically partially transmissive coupling layer.
  • the BAW resonators can also be arranged next to one another and acoustically coupled to one another via a lateral acoustic coupling.
  • the resonator unit preferably comprises two resonators or transducers.
  • Each resonator or transducer of the resonator unit is arranged in a variant in a separate signal path.
  • each resonator or converter is connected to only one of the gates and between two terminals of the arranged first and second gate.
  • the first and / or the second switching element is z.
  • a PIN diode As a PIN diode, a field effect transistor or a microelectromechanical switch (MEMS).
  • MEMS microelectromechanical switch
  • the circuit according to the invention is preferably realized in a compact component.
  • the component has a preferably multi-layered substrate with a plurality of dielectric and / or semiconductive layers. Between the dielectric layers, structured metal layers are arranged, which are electrically connected to the external terminals of the component z. B. are connected by means of vertical vias. A part of the circuit can be hidden in the substrate or formed in the metal layers.
  • the substrate has u. a. chorus ⁇ connections, which serve to control the first or the second th switching element.
  • the electrical quadrupole and the first or the second switching element are preferably realized in a common substrate or arranged on a common substrate.
  • Electroacoustic structures of the electrical circuit are preferably arranged on the surface of the substrate. It is also possible to attach a chip with BAW or SAW structures on the substrate. This chip can be electrically and mechanically connected to the substrate by wire bonding or by flip-chip technology.
  • the switching elements are realized in the substrate interior.
  • the switching elements are mounted on the surface of the substrate.
  • the substrate preferably has ceramic layers as the dielectric layers.
  • the dielectric layers may also consist of a plastic or an organic material.
  • the substrate may have various superimposed dielectric or semiconductive layers (eg, Si and SiO 2 ).
  • Figure 1 is an equivalent circuit diagram of the electrical circuit according to the invention.
  • FIG. 2 shows the circuit with a resonator unit whose acoustically coupled resonators are each arranged in their own signal path.
  • FIG. 3A shows the circuit with a ladder-type filter and a resonator unit whose acoustically coupled resonators are each connected to the own electrical gate.
  • FIG. 3B shows a resonator unit with resonators arranged next to one another and acoustically coupled together in the lateral direction.
  • FIG. 3C shows a resonator unit which is realized as a resonator stack.
  • FIG. 4A shows the equivalent circuit diagram of the circuit with the resonator purity according to FIG. 3C.
  • Figure 4B shows a working with SAW circuit with two acoustically coupled, each in its own signal path ange ⁇ arranged transducers in a common acoustic track.
  • Figure 4C shows a working with SAW circuit with two acoustically coupled, each connected to the own signal path transducers, which are arranged in a common acoustic track rule.
  • FIG. 4D shows a circuit operating with SAW with two acoustic tracks, which are acoustically coupled to one another via coupling transducers.
  • FIG. 4E shows a further circuit with the resonator unit according to FIG. 3C
  • FIG. 5A shows the circuit according to FIG. 4A with a field effect transistor as a switching element.
  • FIG. 5B shows the circuit according to FIG. 4A with a diode switch.
  • FIG. 6 shows the asymmetrically / asymmetrically operated circuit according to FIG. 4A with short-circuited switching elements.
  • FIG. 7 shows the asymmetrically / symmetrically operated circuit according to FIG. 4A with a short-circuited and an open circuit element.
  • Figure 8 shows the symmetric / symmetric circuit to be operated according to Figure 4A with open switching elements.
  • FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of the electrical circuit according to the invention.
  • the circuit has an electrical Vier ⁇ pole F with a first electric gate Tl and a second electric port T2.
  • a first signal path SPl is arranged between a first terminal TIl of the first gate and a first terminal T21 of the second gate.
  • a second signal path SP2 is arranged between a second terminal T12 of the first gate and a first terminal T22 of the second gate.
  • a transverse branch is arranged on the side of the first gate T1, in which a first switching element S1 is arranged.
  • a shunt branch is arranged on the side of the second gate T2, in which a second switching element S2 is arranged.
  • the quadrupole F is preferably a filter working with acoustic waves.
  • FIGS. 2, 3A each show a filter with ladder-type BAW resonators.
  • the filter in FIG. 2 has a first resonator R1 arranged in the first signal path SP1 and a second resonator R2 arranged in the second signal path SP2, which are acoustically coupled to one another and together form a resonator unit RE.
  • the resonators R1, R2 are here series resonators. Between the signal paths SP1, SP2 transverse branches are arranged, each with a parallel resonator.
  • the filter in FIG. 3A has a first resonator R 1 arranged between the terminals T III, T 12 of the first port T 1 and a second resonator R 2 arranged between the terminals T 21, T 22 of the second port T 2.
  • the resonators Rl, R2 are acoustically coupled to each other and form a resonator unit RE.
  • the resonators R1, R2 are here parallel resonators, which are arranged in the shunt branches between the signal paths SP1, SP2.
  • the resonator unit is connected with series resonators arranged in the signal paths SP1, SP2.
  • the resonators R1, R2 in FIGS. 2 and 3A are not electrically connected to one another.
  • FIG. 3B shows a resonator unit RE with two resonators R 1, R 2 arranged next to one another and laterally acoustically coupled to one another.
  • the lateral coupling of the resonators is possible by the excitation of lateral acoustic modes.
  • the two resonators R1, R2 have a common piezoelectric layer PS1.
  • a filter or part of the filter may in a variant by a resonator stack, for. B. the resonator stack RS be realized according to Figure 3C.
  • the resonator stack RS is constructed on a substrate TS.
  • the resonator stack RS has a first resonator Rl, a second resonator R2 and an interposed acoustically partially transmissive coupling layer KS.
  • an acoustic mirror AS is arranged between the substrate TS and the resonator stack.
  • the acoustic mirror AS has a plurality of layers arranged one above another in a different order of alternation with a low and a high acoustic impedance. The layer thickness of these layers is preferably a quarter wavelength at the resonant frequency of the first resonator Rl.
  • the first resonator Rl is formed by two electrode layers El, E2 and a piezoelectric layer interposed therebetween PSl formed.
  • the second resonator R2 is formed by two electrode layers E3, E4 and a piezoelectric layer PS2 arranged therebetween.
  • the resonator stack can be arranged in a variant, not shown here, over a cavity formed in the substrate TS.
  • FIG. 4A shows a circuit according to FIG. 1 with a four-pole, which is designed as the resonator stack RS according to FIG. 3C.
  • the lower electrode El of the first resonator Rl is connected to the first terminal Tll of the first electrical port Tl ange ⁇ .
  • the facing to the coupling layer KS electrode E2 of the first resonator Rl is connected to the second terminal T12 of the first electric port Tl.
  • the coupling layer KS electrode E3 of the second resonator R2 is connected to the second terminal T22 of the second electrical port T2 ange ⁇ .
  • the upper electrode E4 of the second resonator R2 is connected to the first terminal T21 of the second electrical To ⁇ res T2.
  • the first resonator Rl is thus connected to the first port Tl and the second resonator R2 to the second port.
  • the resonators Rl, R2 are galvanically separated from each other by the coupling layer KS and acoustically coupled to each other by means of this layer.
  • FIG. 4B shows a filter operating with surface waves with an acoustic track, which is bordered by two reflectors.
  • a first transducer Wl and a second transducer W2 is arranged in the acoustic track.
  • the transducers W1, W2 are acoustically coupled with each other and are not galvanically connected to one another.
  • the first transducer Wl is arranged between the first terminal TI1 of the first gate T1 and the first terminal T21 of the second gate T2.
  • the second converter W2 is arranged between the second terminal T12 of the first port Tl and the second terminal T22 of the second port T2.
  • FIG. 4C shows another surface acoustic wave filter with an acoustic track in which the transducers W1, W2 are arranged.
  • the first transducer Wl between the first and the second terminal TIl, T12 of the first gate Tl is arranged.
  • the second converter W2 is arranged between the first and the second connection T21, T22 of the second gate T2.
  • An acoustic track corresponds to a resonator unit.
  • the converters W1, W2 are arranged in the embodiments according to FIGS. 4B and 4C in a resonator unit.
  • FIG. 4D shows a further filter working with an acoustic surface.
  • the filter has a first acoustic track with three transducers WI1 to W13 and a second acoustic track with three transducers W21 to W23. Each acoustic track is limited by two reflectors.
  • the converter WIl is the first Initial transformer of the filter.
  • the converter W21 is the output converter of the filter.
  • the transducers W12, W13, W22 and W23 are coupling transducers for coupling or coupling the electrical signal from the first acoustic track into the second one.
  • the input converter WIl is arranged between the converters W12 and W13.
  • the output transducer W21 is arranged between the coupling transducers W22 and W23.
  • the input converter WIl is arranged between the terminals TI1, T12 of the first gate T1.
  • the output transducer W21 is disposed between the terminals T21, T22 of the second port T2.
  • the input converter WIl is galvanically not connected to the output converter W21.
  • FIG. 4E shows a filter with a resonator unit, which is designed as a resonator stack RS according to FIG. 3C.
  • the lower electrode El of the first resonator Rl is connected to the second terminal T12 of the first electric port.
  • the facing to the coupling layer KS electrode E2 of the first resonator Rl is connected to the first terminal TIl of the first electric port Tl.
  • the coupling layer facing electrode E3 of the second resonator R2 is connected to the first terminal T21 of the second electric port T2.
  • the upper electrode E4 of the second resonator R2 is connected to the second terminal T22 of the second electric port T2.
  • FIG. 5A shows the circuit according to FIG. 4A with a transistor (here a field-effect transistor) as switching element S1, S2.
  • the transistor may also be a bipolar transistor in another variant.
  • a first control voltage U1 is applied to the gate of the first transistor.
  • the second control voltage U2 applied to the gate of the second field effect transistor.
  • the corresponding switching element S1 or S2 is switched through, the corresponding terminal T12, T22 of the first and the second gate T1, T2 being grounded.
  • FIG. 5B shows the circuit according to FIG. 4A with a diode D1 as a switching element S1.
  • the diode Dl is z.
  • the second port T2 is always operated symmetrically.
  • a direct current path is arranged between the electrical connection, to which the control voltage Ul is applied, and ground.
  • the DC path the following elements are connected in series: the resistor R, the inductance L, the diode Dl and the inductance Ll.
  • the DC path is separated from the second signal path SP2 (RF path) by means of the separation capacitance C1.
  • the diode D1 When the control voltage U1 is applied, the diode D1 is turned on.
  • the RF signal to be transmitted in the second signal path SP2 is conducted to ground via the capacitor C1, the through-connected diode D1 and the inductance L1.
  • the second terminal T12 of the first gate Tl is grounded, thereby short-circuiting the second signal path SP2.
  • the first port Tl In this case, the first port Tl is operated asymmetrically.
  • the resonator stack RS In the through-connected diode Dl, the resonator stack RS is thus connected as a balun. It is also possible to connect a shunt branch with a further PIN diode to the second signal terminal T22 of the second electrical gate T2.
  • the invention is not limited to the presented personssfor ⁇ men, certain materials or the number of elements shown. In all embodiments of the invention, it is possible to omit the first or the second switching element Sl, S2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit einem elektrischen Vierpol, das zwei elektrische Tore mit jeweils zwei Anschlüssen aufweist. In der Schaltung ist mindestens ein Querzweig vorgesehen, der von einem Anschluss eines Tores zur Masse verläuft. Im Querzweig ist ein Schaltelement angeordnet, mit dem der entsprechende Anschluss ggf. auf Masse gelegt werden kann.

Description

Beschreibung
Elektrische Schaltung und Bauelement mit der Schaltung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung, die einen elektrischen Vierpol, z. B. eine Filterschaltung mit zwei elektrischen Toren aufweist.
Ein Vierpol kann 1) unsymmetrisch/unsymmetrisch oder 2) sym¬ metrisch/symmetrisch beschaltet werden. Es ist auch möglich, einen Vierpol als Balun, d. h. 3) unsymmetrisch/symmetrisch zu beschälten.
Aus der Druckschrift US 2001/0013815 Al ist ein Duplexer be¬ kannt, bei dem im Empfangspfad ein Balun in einem Filter durch eine DMS-Spur realisiert ist (DMS = Double Acoustic Mode SAW, SAW = Surface Acoustic Wave) , die mit Serienre¬ sonatoren verschaltet ist. Die Serienresonatoren sind als SAW-Resonatoren ausgebildet. Die im Duplexer verwendeten Fil¬ terstrukturen sind alle in einer Technologie (SAW) ausge¬ führt.
Aus der Druckschrift US 2002/0140520 Al ist ein Duplexer mit einem Empfangspfad bekannt. Darin ist ein Empfangsfilter an¬ geordnet, in dem eine Laddertype-Anordnung ausgangsseitig mit einem Balun bzw. einem weiteren Glied zur Symmetrisierung der Laddertype-Anordnung verschaltet ist. Der Balun kann durch LC-Komponenten oder durch eine Anordnung von SAW- oder BAW- Resonatoren realisiert werden (BAW = BuIk Acoustic Wave) . Einzelne in jeweils einer eigenen Spur angeordnete SAW-Re¬ sonatoren bzw. nebeneinander angeordnete BAW-Resonatoren sind nicht akustisch miteinander gekoppelt . Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elekt¬ rische Schaltung anzugeben, die zwischen zumindest zwei ver¬ schiedenen Betriebsmodi 1) , 2) oder 3) umgeschaltet werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine elektrische Schal¬ tung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen hervor.
Die Erfindung gibt eine elektrische Schaltung mit einem elek¬ trischen Vierpol an, das zwei elektrische Tore mit jeweils zwei Anschlüssen aufweist. In der Schaltung ist mindestens ein Querzweig vorgesehen, der von einem Anschluss des ersten Tores zur Masse verläuft . Im Querzweig ist ein Schaltelement (erstes Schaltelement) angeordnet, mit dem der entsprechende Anschluss ggf. auf Masse gelegt werden kann.
In einer bevorzugten Variante weist die Schaltung einen zwei¬ ten Querzweig auf, der von einem Anschluss des zweiten Tores zur Masse verläuft. Im zweiten Querzweig ist auch ein Schalt¬ element (zweites Schaltelement) angeordnet.
Bei einem kurzgeschlossenen Schaltelement ist das damit ver¬ bundene elektrische Tor unsymmetrisch. Bei einem offenen Schaltelement kann das Tor symmetrisch betrieben werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass das jeweilige elektrische Tor zwischen einem symmetrischen und einem unsymmetrischen Betrieb umgeschaltet werden kann. Das Schaltelement kann z. B. durch Anlegen oder Weglassen einer Steuerspannung dauer¬ haft kurzgeschlossen oder offen sein. Bei einem kurzgeschlos¬ senen ersten und einem offenen zweiten Schaltelement lässt sich durch die elektrische Schaltung ein Balun realisieren, wobei auf eine spezielle Balun-Schaltung verzichtet werden kann.
Der elektrische Vierpol ist z. B. ein Filter, vorzugsweise ein Bandpassfilter. Der Vierpol weist vorzugsweise mit akus¬ tischen Volumen- oder Oberflächenwellen arbeitende Bauele¬ mentstrukturen(z. B. SAW-Wandler oder BAW-Resonatoren; SAW = Surface Acoustic Wave; BAW = BuIk Acoustic Wave) auf. Mehrere akustisch miteinander gekoppelte und vorzugsweise galvanisch voneinander getrennte BAW-Resonatoren können eine Resonato¬ reinheit bilden. Eine mit SAW arbeitende Resonatoreinheit kann mehrere SAW-Wandler aufweisen.
In einer Variante der Erfindung weist der Vierpol mit akusti¬ schen Oberflächenwellen arbeitende Wandler auf. Mehrere, z. B. zwei einer Resonatoreinheit zugeordnete Wandler sind akus¬ tisch miteinander gekoppelt und vorzugsweise galvanisch von¬ einander getrennt. Die Wandler sind vorzugsweise nebeneinan¬ der in einer akustischen Spur angeordnet.
Die in einer Resonatoreinheit angeordneten BAW-Resonatoren können in einem Resonatorstapel übereinander angeordnet und über eine dazwischen angeordnete, akustisch teilweise durch¬ lässige Koppelschicht akustisch miteinander gekoppelt sein. Die BAW-Resonatoren können auch nebeneinander angeordnet und über eine laterale akustische Kopplung akustisch miteinander gekoppelt sein. Die Resonatoreinheit umfasst vorzugsweise zwei Resonatoren oder Wandler.
Jeder Resonator bzw. Wandler der Resonatoreinheit ist in ei¬ ner Variante in einem eigenen Signalpfad angeordnet. In einer anderen Variante ist jeder Resonator bzw. Wandler an nur ei¬ nes der Tore angeschlossen und zwischen zwei Anschlüssen des ersten bzw. des zweiten Tores angeordnet.
Das erste und/oder das zweite Schaltelement ist z. B. eine PIN-Diode, ein Feldeffekttransistor oder ein mikroelektrome- chanischer Schalter (MEMS) .
Die Schaltung gemäß Erfindung ist vorzugsweise in einem kom¬ pakten Bauelement realisiert. Das Bauelement weist ein vor¬ zugsweise mehrlagiges Substrat mit mehreren dielektrischen und/oder halbleitenden Schichten auf. Zwischen den dielektri¬ schen Schichten sind strukturierte Metalllagen angeordnet, die elektrisch mit den Außenanschlüssen des Bauelements z. B. mittels vertikaler Durchkontaktierungen verbunden sind. Ein Teil der Schaltung kann im Substrat verborgen bzw. in den Metalllagen ausgebildet sein. Das Substrat weist u. a. Außen¬ anschlüsse auf, die zur Ansteuerung des ersten oder des zwei¬ ten Schaltelements dienen.
Der elektrische Vierpol und das erste oder das zweite Schalt- element sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Substrat rea¬ lisiert oder auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet.
Elektroakustische Strukturen der elektrischen Schaltung sind vorzugsweise auf der Oberfläche des Substrats angeordnet. Möglich ist es auch, auf dem Substrat einen Chip mit BAW- oder SAW-Strukturen zu befestigen. Dieser Chip kann mit dem Substrat durch Drahtbonden oder durch Flip-Chip-Technik e- lektrisch und mechanisch verbunden sein.
In einer Variante sind die Schaltelemente im Substratinneren realisiert. In einer anderen Variante sind die Schaltelemente auf der Oberfläche des Substrats montiert. Das Substrat weist vorzugsweise Keramikschichten als die¬ lektrische Schichten auf. Die dielektrische Schichten können auch aus einem Kunststoff bzw. einem organischen Material bestehen. Das Substrat kann verschiedenartige übereinander angeordnete dielektrische oder halbleitende Schichten (z. B. Si und SiO2) aufweisen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert . Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreu¬ er Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfin¬ dung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch
Figur 1 ein Ersatzschaltbild der elektrischen Schaltung gemäß Erfindung.
Figur 2 die Schaltung mit einer Resonatoreinheit, deren akus¬ tisch miteinander gekoppelte Resonatoren jeweils im eigenen Signalpfad angeordnet sind.
Figur 3A die Schaltung mit einem Filter in Ladder-Type- Anordnung und einer Resonatoreinheit, deren akustisch mitein¬ ander gekoppelte Resonatoren jeweils an das eigene elektri¬ sche Tor angeschlossen sind.
Figur 3B eine Resonatoreinheit mit nebeneinander angeordneten und akustisch in lateraler Richtung miteinander gekoppelten Resonatoren.
Figur 3C eine Resonatoreinheit, die als Resonatorstapel rea¬ lisiert ist. Figur 4A das Ersatzschaltbild der Schaltung mit der Resonato¬ reinheit gemäß Figur 3C.
Figur 4B eine mit SAW arbeitende Schaltung mit zwei akustisch miteinander gekoppelten, jeweils im eigenen Signalpfad ange¬ ordneten Wandlern in einer gemeinsamen akustischen Spur.
Figur 4C eine mit SAW arbeitende Schaltung mit zwei akustisch miteinander gekoppelten, jeweils an den eigenen Signalpfad angeschlossenen Wandlern, die in einer gemeinsamen akusti¬ schen Spur angeordnet sind.
Figur 4D eine mit SAW arbeitende Schaltung mit zwei akusti¬ schen Spuren, die über Koppelwandler akustisch miteinander gekoppelt sind.
Figur 4E eine weitere Schaltung mit der Resonatoreinheit ge¬ mäß Figur 3C
Figur 5A die Schaltung gemäß Figur 4A mit einem Feldeffekt¬ transistor als Schaltelement.
Figur 5B die Schaltung gemäß Figur 4A mit einem Diodenschal¬ ter.
Figur 6 die unsymmetrisch/unsymmetrisch zu betreibende Schal¬ tung gemäß Figur 4A mit kurzgeschlossenen Schaltelementen.
Figur 7 die unsymmetrisch/symmetrisch zu betreibende Schal¬ tung gemäß Figur 4A mit einem kurzgeschlossenen und einem offenen Schaltelement. Figur 8 die symmetrisch/symmetrisch zu betreibende Schaltung gemäß Figur 4A mit offenen Schaltelementen.
Figur 1 zeigt ein Ersatzschaltbild der elektrischen Schaltung gemäß Erfindung. Die Schaltung weist einen elektrischen Vier¬ pol F mit einem ersten elektrischen Tor Tl und einem zweiten elektrischen Tor T2 auf. Zwischen einem ersten Anschluss TIl des ersten Tores und einem ersten Anschluss T21 des zweiten Tores ist ein erster Signalpfad SPl angeordnet. Zwischen ei¬ nem zweiten Anschluss T12 des ersten Tores und einem ersten Anschluss T22 des zweiten Tores ist ein zweiter Signalpfad SP2 angeordnet . Zwischen dem zweiten Signalpfad SP2 und Masse ist auf der Seite des ersten Tores Tl ein Querzweig angeord¬ net, in dem ein erstes Schaltelement Sl angeordnet ist. Zwi¬ schen dem zweiten Signalpfad SP2 und Masse ist auf der Seite des zweiten- Tores T2 ein Querzweig angeordnet, in dem ein zweites Schaltelement S2 angeordnet ist .
Der Vierpol F ist vorzugsweise ein mit akustischen Wellen arbeitendes Filter. In Figuren 2, 3A ist jeweils ein Filter mit BAW-Resonatoren in Ladder-Type-Bauweise gezeigt. Das Fil¬ ter in Figur 2 weist einen im ersten Signalpfad SPl angeord¬ neten ersten Resonator Rl und einen im zweiten Signalpfad SP2 angeordneten zweiten Resonator R2 auf, die akustisch mitein¬ ander gekoppelt sind und zusammen eine Resonatoreinheit RE bilden. Die Resonatoren Rl, R2 sind hier Serienresonatoren. Zwischen den Signalpfaden SPl, SP2 sind Querzweige mit je¬ weils einem Parallelresonator angeordnet.
Das Filter in Figur 3A weist einen zwischen den Anschlüssen TIl, T12 des ersten Tores Tl angeordneten ersten Resonator Rl und einen zwischen den Anschlüssen T21, T22 des zweiten Tores T2 angeordneten zweiten Resonator R2 auf. Die Resonatoren Rl, R2 sind akustisch miteinander gekoppelt und bilden eine Reso¬ natoreinheit RE. Die Resonatoren Rl, R2 sind hier Parallelre¬ sonatoren, die in den Querzweigen zwischen den Signalpfaden SPl, SP2 angeordnet sind. Die Resonatoreinheit ist mit in den Signalpfaden SPl, SP2 angeordneten Serienresonatoren ver¬ schaltet .
Die Resonatoren Rl, R2 in Figuren 2 und 3A sind galvanisch nicht miteinander verbunden.
Figur 3B zeigt eine Resonatoreinheit RE mit zwei nebeneinan¬ der angeordneten, lateral akustisch miteinander gekoppelten Resonatoren Rl, R2. Die laterale Kopplung der Resonatoren ist durch die Anregung von lateralen akustischen Moden möglich. Die beiden Resonatoren Rl, R2 weisen eine gemeinsame piezo¬ elektrische Schicht PSl auf.
Ein Filter oder ein Teil des Filters kann in einer Variante durch einen Resonatorstapel, z. B. den Resonatorstapel RS gemäß Figur 3C realisiert sein. Der Resonatorstapel RS ist auf einem Substrat TS aufgebaut. Der Resonatorstapel RS weist einen ersten Resonator Rl, einen zweiten Resonator R2 und eine dazwischen angeordnete, akustisch teilweise durchlässige Koppelschicht KS auf. Zwischen dem Substrat TS und dem Reso¬ natorstapel ist ein akustischer Spiegel AS angeordnet. Der akustische Spiegel AS weist mehrere übereinander in abwech¬ selnder Reihenfolge angeordnete Schichten mit einer niedrigen und einer hohen akustischen Impedanz auf. Die Schichtdicke dieser Schichten beträgt vorzugsweise eine Viertelwellenlänge bei der Resonanzfrequenz des ersten Resonators Rl .
Der erste Resonator Rl ist durch zwei Elektrodenschichten El, E2 und eine dazwischen angeordnete piezoelektrische Schicht PSl gebildet. Der zweite Resonator R2 ist durch zwei Elektro¬ denschichten E3, E4 und eine dazwischen angeordnete piezo¬ elektrische Schicht PS2 gebildet.
Der Resonatorstapel kann in einer hier nicht dargestellten Variante über einem im Substrat TS ausgebildeten Hohlraum angeordnet sein.
Figur 4A zeigt eine Schaltung gemäß Figur 1 mit einem Vier¬ pol, das als der Resonatorstapel RS gemäß Figur 3C ausgebil¬ det ist.
Die untere Elektrode El des ersten Resonators Rl ist an den ersten Anschluss TIl des ersten elektrischen Tores Tl ange¬ schlossen. Die zur Koppelschicht KS gewandte Elektrode E2 des ersten Resonators Rl ist an den zweiten Anschluss T12 des ersten elektrischen Tores Tl angeschlossen. Die zur Koppel- Schicht KS Elektrode E3 des zweiten Resonators R2 ist an den zweiten Anschluss T22 des zweiten elektrischen Tores T2 ange¬ schlossen. Die obere Elektrode E4 des zweiten Resonators R2 ist an den ersten Anschluss T21 des zweiten elektrischen To¬ res T2 angeschlossen. Der erste Resonator Rl ist also an das erste Tor Tl und das zweite Resonator R2 an das zweite Tor angeschlossen. Die Resonatoren Rl, R2 sind durch die Koppel- Schicht KS galvanisch voneinander getrennt und mittels dieser Schicht akustisch miteinander verkoppelt.
Bei kurzgeschlossenen Schaltelementen Sl, S2 ergibt sich die Beschaltung gemäß Figur 6, wobei das Filter unsymmetrisch/un¬ symmetrisch betrieben wird. Beim kurzgeschlossenen ersten Schaltelement Sl und offenen zweiten Schaltelement S2 ergibt sich die Beschaltung gemäß Figur 7, wobei das Filter als Ba- lun betrieben wird. Bei beiden offenen Schaltelementen Sl, S2 ergibt sich die Beschaltung gemäß Figur 8, wobei das Filter symmetrisch/symmetrisch betrieben wird.
Figur 4B zeigt ein mit Oberflächenwellen arbeitendes Filter mit einer akustischen Spur, die durch zwei Reflektoren be¬ grenzt ist. In der akustischen Spur ist ein erster Wandler Wl und ein zweiter Wandler W2 angeordnet .
Die Wandler Wl, W2 sind akustisch miteinander gekoppelt und galvanisch nicht miteinander verbunden. Der erste Wandler Wl ist zwischen dem ersten Anschluss TIl des ersten Tores Tl und dem ersten Anschluss T21 des zweiten Tores T2 angeordnet. Der zweite Wandler W2 ist zwischen dem zweiten Anschluss T12 des ersten Tores Tl und dem zweiten Anschluss T22 des zweiten Tores T2 angeordnet .
Figur 4C zeigt ein weiteres mit Oberflächenwellen arbeitendes Filter mit einer akustischen Spur, in der die Wandler Wl, W2 angeordnet sind. In dieser Variante ist der erste Wandler Wl zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss TIl, T12 des ersten Tores Tl angeordnet. Der zweite Wandler W2 ist zwi¬ schen dem ersten und dem zweiten Anschluss T21, T22 des zwei¬ ten Tores T2 angeordnet.
Eine akustische Spur entspricht einer Resonatoreinheit. Die Wandler Wl, W2 sind bei den Ausführungen gemäß Figuren 4B und 4C in einer Resonatoreinheit angeordnet.
Figur 4D zeigt ein weiteres mit akustischen Oberfläche arbei¬ tendes Filter. Das Filter weist eine erste akustische Spur mit drei Wandlern WIl bis W13 und eine zweite akustische Spur mit drei Wandlern W21 bis W23 auf. Jede akustische Spur ist durch zwei Reflektoren begrenzt. Der Wandler WIl ist der Ein- gangswandler des Filters. Der Wandler W21 ist der Ausgangs¬ wandler des Filters. Die Wandler W12, W13, W22 und W23 sind Koppelwandler zur Aus- bzw. Einkopplung des elektrischen Sig¬ nals von der ersten akustischen Spur in die zweite.
Der Eingangswandler WIl ist zwischen den Wandlern W12 und W13 angeordnet. Der Ausgangswandler W21 ist zwischen den Koppel¬ wandlern W22 und W23 angeordnet. Der Eingangswandler WIl ist zwischen den Anschlüssen TIl, T12 des ersten Tores Tl ange¬ ordnet. Der Ausgangswandler W21 ist zwischen den Anschlüssen T21, T22 des zweiten Tores T2 angeordnet. Der Eingangswandler WIl ist mit dem Ausgangswandler W21 galvanisch nicht verbun¬ den.
Figur 4E zeigt ein Filter mit einer Resonatoreinheit, die als Resonatorstapel RS gemäß Figur 3C ausgebildet ist. In dieser Variante ist die untere Elektrode El des ersten Resonators Rl an den zweiten Anschluss T12 des ersten elektrischen Tores angeschlossen. Die zur Koppelschicht KS gewandte Elektrode E2 des ersten Resonators Rl ist an den ersten Anschluss TIl des ersten elektrischen Tores Tl angeschlossen. Die zur Koppel- Schicht gewandte Elektrode E3 des zweiten Resonators R2 ist an den ersten Anschluss T21 des zweiten elektrischen Tores T2 angeschlossen. Die obere Elektrode E4 des zweiten Resonators R2 ist an den zweiten Anschluss T22 des zweiten elektrischen Tores T2 angeschlossen.
In Figur 5A ist die Schaltung gemäß Figur 4A mit einem Tran¬ sistor (hier einem Feldeffekttransistor) als Schaltelement Sl, S2 gezeigt. Der Transistor kann in einer anderen Variante auch ein bipolarer Transistor sein. An das Gate des ersten Transistors wird bei Bedarf eine erste Steuerspannung Ul an¬ gelegt. An das Gate des zweiten Feldeffekttransistors wird die zweite Steuerspannung U2 angelegt. Beim Anlegen der ers¬ ten und/oder der zweiten Steuerspannung Ul, U2 wird das ent¬ sprechende Schaltelement Sl bzw. S2 durchgeschaltet, wobei der entsprechende Anschluss T12, T22 des ersten bzw. des zweiten Tores Tl, T2 auf Masse gelegt wird.
In Figur 5B ist die Schaltung gemäß Figur 4A mit einer Diode Dl als Schaltelement Sl gezeigt. Die Diode Dl ist z. B. eine PIN-Diode.
In diesem Beispiel wird das zweite Tor T2 stets symmetrisch betrieben.
Zwischen dem elektrischen Anschluss, an den die Steuerspan¬ nung Ul angelegt wird, und Masse ist ein Gleichstrompfad an¬ geordnet . Im Gleichstrompfad sind folgende Elemente in Serie geschaltet: Der Widerstand R, die Induktivität L, die Diode Dl und die Induktivität Ll. Der Gleichstrompfad ist vom zwei¬ ten Signalpfad SP2 (HF-Pfad) mittels der Trennkapazität Cl getrennt.
Beim Anlegen der Steuerspannung Ul wird die Diode Dl durchge¬ schaltet . Das im zweiten Signalpfad SP2 zu übertragende HF- Signal wird über die Kapazität Cl, die durchgeschaltete Diode Dl und die Induktivität Ll zur Masse geleitet . Dabei wird der zweite Anschluss T12 des ersten Tores Tl auf Masse gelegt und dadurch der zweite Signalpfad SP2 kurzgeschlossen. In diesem Fall wird das erste Tor Tl unsymmetrisch betrieben. Bei der durchgeschalteten Diode Dl wird der Resonatorstapel RS also als Balun verschaltet. Möglich ist es auch, an den zweiten Signalanschluss T22 des zweiten elektrischen Tores T2 einen Querzweig mit einer wei¬ teren PIN-Diode anzuschließen.
Die Erfindung ist nicht auf die vorgestellten Ausführungsfor¬ men, bestimmte Materialien oder die Anzahl der dargestellten Elemente beschränkt. In allen Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, das erste oder das zweite Schaltelement Sl, S2 wegzulassen.
Bezugszeichenliste
F elektrischer Vierpol
51 erstes Schaltelement
52 zweites Schaltelement SPl erster Signalpfad SP2 zweiter Signalpfad Tl erstes Tor
TIl erster Anschluss des ersten Tores Tl
T12 zweiter Anschluss des ersten Tores Tl
T2 zweites Tor
T21 erster Anschluss des zweiten Tores T2
T22 zweiter Anschluss des zweiten Tores T2
RE Resonatoreinheit
Rl erster Resonator
R2 zweiter Resonator
KS KoppeIschicht
PSl erste piezoelektrische Schicht
PS2 zweite piezoelektrische Schicht
AS akustischer Spiegel
RS Resonatorstapel
El, E2 Elektroden des ersten Resonators Rl
E3, E4 Elektroden des zweiten Resonators R2
Wl erster Wandler
W2 zweiter Wandler
WIl Eingangswandler
W21 Ausgangswandler
W12, W13, W22, W23 Koppelwandler
TS Trägersubstrat
R Widerstand
L, Ll Induktivitäten
Dl Diode
Cl Kapazität Ul, U2 SteuerSpannung zur Steuerung der Schaltelemente Sl, S2

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Schaltung, aufweisend einen elektrischen Vierpol (F) ,
- ein erstes elektrisches Tor (Tl) des Vierpols mit einem ersten (TU) und einem zweiten (T12) Anschluss, ein zweites (T2) elektrisches Tor des Vierpols mit einem ersten (T21) und einem zweiten (T22) Anschluss, einen ersten Querzweig, der vom zweiten Anschluss (T12) des ersten Tores (Tl) zur Masse verläuft, wobei im ersten Querzweig ein erstes Schaltelement (Sl) angeordnet ist .
2. Schaltung nach Anspruch 1, mit einem zweiten Querzweig, der vom zweiten Anschluss (T22) des zweiten Tores (T2) zur Masse verläuft, wobei im zweiten Querzweig ein zweites Schaltelement (S2) angeordnet ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der elektrische Vierpol (F) ein Filter ist.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der elektrische Vierpol (F) mit akustischen Volumen¬ wellen arbeitende Resonatoren (Rl, R2) aufweist.
5. Schaltung nach Anspruch 4, mit einer Resonatoreinheit, die zwei Resonatoren (Rl, R2) aufweist, die akustisch miteinander gekoppelt und galvanisch voneinander getrennt sind.
6. Schaltung nach Anspruch 5, wobei jeder Resonator (Rl, R2) der Resonatoreinheit in einem eigenen Signalpfad (SPl, SP2) angeordnet ist.
7. Schaltung nach Anspruch 5, wobei der erste Resonator (Rl) der Resonatoreinheit zwischen den zwei Anschlüssen des ersten Tores (Tl) angeordnet ist, wobei der zweite Resonator (R2) der Resonatoreinheit zwischen den zwei Anschlüssen des zweiten Tores (T2) angeordnet ist.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Resonatoren (Rl, R2) übereinander angeordnet und über eine dazwischen angeordnete, akustisch teilweise durch¬ lässige Koppelschicht (KS) akustisch miteinander gekoppelt sind.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Resonatoren (Rl, R2) nebeneinander angeordnet und über eine laterale akustische Kopplung akustisch miteinander gekoppelt sind.
10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der elektrische Vierpol (F) mit akustischen Oberflä¬ chenwellen arbeitende Wandler (Wl, W2) aufweist.
11. Schaltung nach Anspruch 10, bei der zwei Wandler (Wl, W2) akustisch miteinander gekoppelt und galvanisch voneinander getrennt sind.
12. Schaltung nach Anspruch 11, wobei jeder Wandler (Wl, W2) in einem eigenen Signalpfad (SPl, SP2) angeordnet ist.
13. Schaltung nach Anspruch 12, wobei jeder Wandler (Wl, W2) zwischen zwei Anschlüssen des ersten bzw. des zweiten Tores (Tl, T2) angeordnet ist.
14. Schaltung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Wandler (Wl, W2) nebeneinander in einer akustischen Spur angeordnet sind.
15. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der das erste und/oder zweite Schaltelement (Sl, S2) eine PIN-Diode ist.
16. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der das erste und/oder zweite Schaltelement (Sl, S2) ein Transistor ist.
17. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der das erste und/oder zweite Schaltelement (Sl, S2) ein mikromechanischer Schalter ist.
18. Bauelement mit der Schaltung nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, mit Außenanschlüssen, die zur Kontaktierung des ersten oder des zweiten Schaltelements (Sl, S2) dienen.
19. Bauelement mit der Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der elektrische Vierpol (F) und das erste oder das zweite Schaltelement (Sl, S2) in einem gemeinsamen Substrat realisiert oder auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind.
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