WO2007112724A1 - Mobilfunkmodul für multi-band-multi-mode betrieb - Google Patents

Mobilfunkmodul für multi-band-multi-mode betrieb Download PDF

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WO2007112724A1
WO2007112724A1 PCT/DE2007/000561 DE2007000561W WO2007112724A1 WO 2007112724 A1 WO2007112724 A1 WO 2007112724A1 DE 2007000561 W DE2007000561 W DE 2007000561W WO 2007112724 A1 WO2007112724 A1 WO 2007112724A1
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mobile radio
switch
module
transmitting
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PCT/DE2007/000561
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Christian Block
Christian Korden
Edgar Schmidhammer
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Epcos Ag
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    • H04B1/50—Circuits using different frequencies for the two directions of communication
    • H04B1/52—Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa

Definitions

  • WCDMA uses frequency duplexing (FDD) and requires a duplexer on the antenna to transmit and receive at the same time.
  • FDD frequency duplexing
  • a transmit-receive switch is sufficient, which can also be used as a band switch.
  • FIG. 1 shows the classical architecture of a known multi-mode multiband front end for QB (quad band) GSM / DGE and FIG.
  • Band WCDMA All components are placed as discrete elements on the circuit board of the mobile phone and connected via a coupling element M to an antenna.
  • this coupling element is a 1-on-N switch.
  • RX and TX paths for GSM can be meaningfully arranged and interconnected in the shortest possible path. But as soon as paths for WCDMA are added, one must decide on which side the duplexer component should be arranged.
  • the duplexer is associated with the TX side, with the result that the leads from the RX port the duplexer in the WCDMA receiver (RF IC) crosses other signal paths and / or becomes too long, resulting in either unwanted signal coupling or increased insertion loss.
  • RF IC WCDMA receiver
  • Object of the present invention is to provide a module that can be used in a multi-band multi-mode front end and allows a more elegant, less expensive and / or more compact interconnection in the front end.
  • the invention provides a suitable for the multi-band, multi-mode or multi-band multi-mode operation of a mobile device module, which can be used in the front end, so the antenna side.
  • the central element of the module is a multiple switch, which can optionally connect one or more outputs for transmitting and / or receiving branches of different mobile radio systems with an antenna.
  • An output is thus understood as an (external) connection of the multiple switch, regardless of whether a (Tx) signal to the antenna or a (Rx) signal is conducted away from the antenna.
  • At least one of the mobile radio systems uses the frequency duplex method, in which the transmitting and receiving branch must be connected to the antenna at the same time in order to enable simultaneous transmission and reception.
  • the specified module specifies an architecture that spatially separates the transmission and reception branches and assigns them separately to separate switch outputs.
  • For operation in a mobile radio system with frequency duplex method is for the multiple switch at least one switch position provided that connects the transmitting branch and the receiving branch of the first (frequency-duplexed) mobile radio system simultaneously with the antenna.
  • matching elements are integrated in the module for a number of preferably switchable branches, which are assigned or connected to the branch at the output of the switch in a corresponding switch position and therefore also connected to the antenna in this switch position become.
  • the invention is based on the idea of arranging receive filters (RX filters) and transmit filters (TX filters) of the duplexer in separate branches and to merge all circuits of the at least two different mobile radio systems at the central switch.
  • Other branches may also comprise non-duplexed and therefore individually switchable transmission and reception branches of a mobile radio system which uses a TDD duplexing method (Time Division Duplexing).
  • TDD duplexing method Time Division Duplexing
  • the module has matching elements for each of the branches connectable to the outputs of the switch.
  • These matching elements can represent matching elements or matching networks and thus complex impedances.
  • the matching elements can serve to ensure the desired phase rotation between the transmitting branch and the receiving branch of the mobile radio system duplexed in FDD mode.
  • a simple matching element can also be a line adapted in its electrical length or another electrical connection, the line inductance connected thereto being used as the matching element.
  • the overall adaptation between the transmission branch and the reception branch of said FDD mobile radio system can be divided between the two branches or their matching elements.
  • the matching elements can also ensure impedance matching to a standard impedance of the circuit environment or the filters and, for example, also perform an impedance transformation. It is also possible to use the matching elements to compensate for parasitic elements, which are usually unavoidable because of the spatial extent of the switch.
  • a specially configured matching element is provided in the module between the transmitting branch and the switch output, which performs a phase rotation such that signals lying outside the passband of the transmitting filter, which are reflected at the transmitting filter, are interferred with the "original signal" and extinguished at the same time Configuration is advantageous for transmission filters designed as low-pass filters.
  • the matching elements can be designed such that in certain switch positions in which a plurality of branches are connected simultaneously to the antenna, mutual interference of the elements in the corresponding interconnected branches is suppressed or avoided by setting suitable phase relationships by means of these matching elements. Thus, a multiplex operation is possible.
  • the matching elements are partially or completely integrated in the module substrate.
  • it has a multi-layer structure comprising a plurality of metallization levels separated by insulating intermediate layers.
  • the metalization levels are structured to form passive components, such as resistors, phase lines, capacitances, or inductors.
  • a further embodiment of the invention makes it possible to firmly connect two transmitting branches or two receiving branches or a transmitting branch and a receiving branch of different mobile radio systems or a transmitting and a receiving branch of the same mobile radio system in the switch and these two connected branches via a single switch position or via the flipping of a single switch at the same time to connect to the antenna, so that in this way a Diplexsende admire or a Diplexempfangs surge or a duplex mode is possible. It can be saved by the fixed wiring a single switch.
  • the outputs of the transmitting and receiving branches of a Duplexed in FDD mode mobile radio systems firmly connected. This makes it possible to connect this connection by means of a single switch in a switch position of the switch with the antenna and thus simultaneously connect the transmitting and receiving branch via the single switch to the antenna.
  • the switch may be a semiconductor device comprising switching transistors, each of which can perform a single switching function and open or close a circuit.
  • the switching transistors can be controlled via a switching line.
  • Each of the transistors is driven with a separate switching line. Accordingly, the module has a number of switching lines which corresponds to the number of switching transistors and thus the number of individual switches.
  • a decoder in the module, which is driven with a number of control lines, which is less than the number of switching lines. Via the control lines, a switching code can be transmitted, which corresponds to a switch position or a combination of switch position. In the decoder, the code is converted and the code corresponding switching transistors or their switching lines are driven.
  • Such multiple switches comprising transistors may be formed in CMOS, bipolar or pHEMT technology in silicon, silicon germanium, GaAs or SOI substrates.
  • the switch it is also possible to design the switch as an electromechanical mechanical system or MEMS system, which mechanically enables the switching function.
  • MEMS switch can, for example, function according to the capacitor principle, in which by electrostatic activation Drawing between a movable contact tongue and a fixed switch contact the corresponding switch connection can be made or solved.
  • the filters for the transmission branches can be designed as low-pass filters and integrated in the substrate in the form of LC filters.
  • the required L and C elements are realized as inductors and capacitances by correspondingly structured metallization levels.
  • the module can also be extended by the reception branches and the reception filters arranged therein, wherein the reception filters are preferably designed as SAW or BAW filters. Both types of filters can be implemented with low insertion loss and can also have a built-in BaLun function, which allows the signals fed from the antenna single ended in the receiving branches output signals as balanced signals to a downstream RF IC with symmetric signal processing or implement. A separate balun is then superfluous.
  • the module also comprises power amplifiers, which are arranged in the transmission branches and are likewise arranged in or on the module substrate.
  • An even higher level of integration indicates a module comprising a receiver IC and a transmitter IC, which may be implemented in a further expansion stage as the only transceiver module.
  • the module may comprise directional couplers each disposed between the power amplifier and the FDD duplexed transmission filter.
  • the module can be designed for transmitting and receiving branches of the currently operated four GSM mobile radio systems and for at least three WCDMA mobile radio systems and optionally equipped with the corresponding transmit and receive filters.
  • the module according to the invention with the individual branches converging centrally on the multiple switch makes it possible in a simple manner to connect a virtually unlimited number of branches to the switch, without resulting in increased couplings, since the module helps to avoid conductor crossings of branches of different types.
  • Branches also increases the number of possible mobile radio systems and other wireless standards that can be processed at least on the receiving side of the module according to the invention.
  • Such further wireless communication standards intended exclusively for reception can be, for example, reception branches for GPS, DMB, DVBH and others.
  • FIG. 1 shows the interconnection of components in a known frontend
  • FIG. 2 shows schematically a module according to the invention
  • FIG. 3 schematically shows a possible architecture of a front end with the module according to the invention
  • FIG. 4 shows the complete architecture of a front end with the multiple switch module
  • FIG. 5 shows a split multiple switch
  • FIG. 6 shows a further multiple switch with switching lines
  • FIG. 7 shows the structure of a decoder
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a module with a divided multiple switch
  • FIG. 9 shows a simplified switch module in which a plurality of transmission branches and, independently of this, a plurality of reception branches are combined with one another,
  • FIG. 10 shows a switch module with a reduced number of individual switches
  • FIG. 11 shows a further architecture of a switch module
  • FIG. 12 shows several possibilities for arranging the components of a module on a substrate SU
  • FIG. 13 shows a switch module with a common amplifier used by two branches.
  • Figure 1 shows the interconnection of the components of a front in a mobile device, as it finds use in the known art.
  • the central element here too is a multiple switch MS, which connects the antenna ANT optionally with individual or multiple outputs, which open into corresponding branches of the front end.
  • the four outputs of the multiple switch MS shown in the figure below are assigned to the reception branches of four GSM mobile radio systems.
  • a reception filter EFGl to EFG4 is arranged in each reception branch.
  • the branches terminate in the receiving part of a transceiver IC RFIC.
  • FIG. 2 shows schematically a simple embodiment of the new proposed module.
  • the multiple switch MS connects the antenna ANT optionally with one or more outputs, are connected to the transmission and reception branches of different mobile radio systems.
  • the multi-switch MS adapter elements AE are integrated, which in a corresponding switch position between the antenna and the connected branch in
  • a first transmission branch SZ1 is connected to an output AG1 of the switch MS. Via a first transmission-side matching element AEi 3 , this first transmission branch can be connected to the antenna.
  • a first reception branch EZ1 can be connected to a second output AG2 and connected via a receiving-side matching element AEi E to the antenna ANT.
  • the multiple switch has at least one further pair of outputs AG3, AG4, to which a further transmission branch SZ2 and a further reception branch EZ2 are connected. At least one pair of transmitting and receiving branch is assigned to a mobile radio system which operates according to the frequency duplex method and therefore requires duplexing of the transmitted and received signals.
  • the switch according to the invention it is possible, with the switch according to the invention, to spatially separate the outputs AG for transmitting and receiving branches directly at the multiple switch MS. to separate, so that the corresponding branches can be performed separately by type, without increased couplings between branches of different types can occur.
  • the module with the multiple switch further outputs, via the other branches can be connected via a respective matching element in a suitable switch position with the antenna ANT.
  • the transmitting and receiving branches can be assigned to GSM systems, WCDMA systems or other mobile radio systems.
  • the simplest module MD1 comprises the switch MS including the matching elements assigned to the individual outputs.
  • a module MD2 may also comprise the transmission branches, in particular the transmission filters arranged therein.
  • An exemplary even more highly integrated module MD3 can also comprise the reception branches or reception filters arranged therein in addition to the transmission branches.
  • appropriate amplifiers and directional couplers can be integrated in the transmitting and receiving branches and thus within the corresponding MD modules.
  • FIG. 3 shows a possible architecture of a front end that is possible with the proposed module.
  • the multiple switch MS has on the left side five outputs AG for five transmission branches, which independently or individually Groups can be connected to the antenna ANT.
  • Each output is associated with a matching element AE 3 , which is arranged between the antenna and the corresponding output.
  • each of the integrated mobile radio systems has its own output and its own separate -mp start branch.
  • a bandpass filter which may be formed for example as a SAW filter or as a BAW filter.
  • Another specifically shown output is connected to the reception branch for GPS signals, in which a bandpass filter is also arranged.
  • Another output is connected to the reception branch for a multimedia reception, for example for DMB, the digital video standard for mobile communication devices.
  • Another output AG16 of the multiple switch MS shown at the bottom right can be connected to any other reception branches for mobile radio systems, information services, navigation services or multimedia services.
  • the reception branches which are provided in a number corresponding to the number of mobile radio standards to be operated, several transmission branches can share elements.
  • common transmission filters which as a rule can be designed as low-pass filters.
  • As a transmission filter and bandpass filter with appropriate bandwidth are suitable.
  • the GSM transmission branches for GSM 850 and GSM 900 are integrated in a common branch SZ4 and use a common transmission filter which is connected to a single output of the multiple switch MS via a corresponding matching element.
  • the GSM transmitters for GSM 1800 and GSM 1900 which are located close to one another, can also use a common branch SZ5 and a transmission filter arranged therein as a low-pass filter and can be connected to a common output of the multiple switch MS.
  • the three other transmission branches SZ1 to SZ3 shown in the figure are each assigned to one of the frequency-duplexed mobile radio systems, in particular a WCDMA system.
  • WCDMA850 SZl
  • WCDMA1900 SZ2
  • SZ3 WCDMA2100
  • each system requires its own transmit filter, since the duplex operation required for these systems requires a bandpass filter as the transmit filter and requires phase and / or impedance matching to the corresponding RX filter.
  • a matching element tailored to the respective corresponding transmission band of the same system is also used in the case of the reception filter, so that a corresponding impedance and phase matching between transmission and reception is achieved. filter is guaranteed. Due to the modular distribution of the matching elements on the individual branches can be realized completely separate branches.
  • FIG. 4 shows the complete architecture of the front end with the multiple switch module shown, for example, in FIG.
  • the transmission and reception branches are shown completely with their respective components.
  • the branches all open into a corresponding transmitter or receiver IC or, as shown in FIG. 4, in a common transceiver IC RFIC.
  • This integrated send and receive block has spatially separated the transmit and receive functions, as well as the corresponding inputs.
  • With the module according to the invention it is possible to supply the branches separately according to their function without crossover to the corresponding input on the corresponding side of the transceiver IC.
  • the transmitting branches also each have a directional coupler RKW, a low-noise transmission amplifier PAW and a second transmission filter SFW.
  • This second transmission filter SFW can also be omitted with correspondingly sufficient quality of the first transmission filter.
  • a receive preamplifier LNA and possibly a second receive filter EFW are respectively provided for the frequency-duplexed WCDMA mobile radio systems.
  • the reception branches for the GSM systems can be fed directly to the corresponding RF semiconductor component, for example the integrated RFIC transceiver, into which the amplification of the GSM RX signals can be carried out.
  • the second receive filter can also be used with low-noise amplifiers integrated in the receiver or transceiver IC LNA be arranged in an additional lead out of the IC circuit loop.
  • the unbalanced (single-ended) signal arriving at the antenna in the receive filter with BALUN function is converted into two mutually symmetrical signals which are present at the output of the receive filter and can now be fed to a symmetrically operating amplifier within the RFIC transceiver IC. Since symmetrical amplifiers have technical advantages over asymmetrically operating amplifiers, this configuration is particularly preferred.
  • the receive filters with BALUN function allow the use of a balanced amplifier without additional BALUN.
  • FIG. 5 shows in a schematic representation of the multiple switch MS how different interconnections can be accomplished therein.
  • the three upper outputs of the switch on the transmitting side (left) and the receiving side (right) are each assigned to a frequency-duplexed mobile radio system. This requires simultaneous transmission and reception, which is only possible if the transmitting and receiving branches of the corresponding mobile radio system are simultaneously connected to the antenna. Accordingly, for the first three pairs of transmit and receive branches of the frequency-duplexed systems, the multiple switch MS has only those switch positions which allow the simultaneous connection of corresponding pairs to the antenna.
  • This part of the multiple switch with the antenna output and the three pairs of transmit and receive gene (for example, for the WCDMA systems) can be designed as a so-called three-to-three-switch.
  • TDD duplexing method For the remaining outputs or for the other still connected mobile radio systems with time-delayed transmission and reception (TDD duplexing method), it may be sufficient to connect only one branch at a time, selected from the transmission and reception branches to the antenna.
  • an SP6T switch is suitable for selectively connecting the antenna to one of the six remaining outputs shown in FIG. These outputs are here connected to two transmission branches and four reception branches.
  • FIG. 6 shows a multiple switch MS connected to transmitting and receiving branches, whose twelve outputs can be connected to the antenna ANT independently of one another.
  • the control of the switch via switching lines SL, with a separate switching line SL is provided for each separately controllable output.
  • Each switching line can turn on or off a single switch designed, for example, as a transistor T, by supplying it with a corresponding switching signal.
  • This makes it possible to control each output individually or in groups, independently of the others.
  • This allows a variable combination of switch positions, although of course only the simultaneous connection of the corresponding transmission and reception branches makes sense for the frequency-duplexed mobile radio systems.
  • the uppermost pair of a transmission branch SZ1 and a reception branch EZ1 shown is connected to the antenna ANT.
  • an SP12T switch can be used.
  • a decoder can be provided, which uses the actually smaller number of possible switching combinations to control the multiple switch MS with a ner compared to the number of switching lines reduced number of control lines. Codes can be transmitted via the control lines that correspond to specific control combinations. The decoder translates these codes and supplies the switching lines with the corresponding signals which correspond to the desired switch position combination.
  • FIG. 7 shows, for example, the structure of such a decoder DC in a schematic representation. Shown below, the switching lines SL are provided for the independently acting twelve individual switches in a corresponding number.
  • the decoder DC control lines STL are shown, which have a reduced number compared to the number of switching lines.
  • the twelve switching lines SL can be operated, for example, with only four control lines STL such that a pairwise switching of the transmission and reception branches for three mobile radio systems (according to the frequency duplex method) is possible, while the six remaining outputs can only be controlled individually.
  • the following table shows a possible simple switching logic for such a decoder:
  • the signal assignments for the four control lines are shown by Cl to C4, while the columns T1 to T12 show the switching signals applied to the corresponding individual switches (for example the individual transistors) and transmitted via the switching lines.
  • the illustrated four control lines a maximum of sixteen different switching combinations can be realized. For a larger number of possible switching combinations, a higher number of control lines is required, e.g. five control lines for thirty-two switch combinations or six control lines for sixty-four switch combinations.
  • FIG 8 shows a further embodiment of a module with the multiple switch MS, which is similar to the arrangement of Figure 5 executed, but additionally opens up the possibility that in addition to a pair of each transmitting and receiving branch of a frequency-duplexed mobile radio system simultaneously a receiving branch of a GSM system can be connected to the antenna.
  • the system acts as a triplexer, since three branches can be operated independently of each other.
  • This requires an in-phase adaptation via the corresponding matching elements AE, which on the one hand enable undisturbed duplexer operation and parallel to this the undisturbed reception operation of the GSM system.
  • Frequency switch for the individually switchable reception branches of GSM systems regularly switch so that on multiple GSM reception branches a simultaneous or time-shifted but constantly alternating monitoring is possible.
  • the receive filters EF4 to EF7 of the reception branches EZ4 to EZ7 are equipped with integrated BALUN functionality, which enables symmetrical further processing of the Rx signals in a balanced amplifier.
  • FIG. 9 shows a switch module which, in a further simplification, combines a plurality of transmission branches and, independently of this, a plurality of reception branches and connects them to the multiple switch MS via a common output.
  • a total of five transmission branches SZ1 to SZ5 and five reception branches EZ1 to EZ5 are provided.
  • the fourth transmission branch SZ4 is designed as a common transmission branch for the mobile radio systems GSM 850 and GSM 900.
  • the fifth transmission branch SZ5 is designed as a common transmission branch for the two adjacent RX bands of GSM 1800 and GSM 1900, wherein the transmission filters for the fourth and fifth transmission branch SZ4, SZ5 are each designed as low-pass filters.
  • the module can also use a common reception branch for two mobile radio systems with closely adjacent RX frequency bands.
  • the first reception branch EZ1 is designed, for example, for reception in WCDMA 850 and GSM 850.
  • the second reception branch EZ2 is designed for simultaneous reception for WCDM 1900 and GSM 1900.
  • the three remaining reception branches EZ3 to EZ5 are each designed only for a mobile radio system, here for WCDMA 2100 (EZ3), GSM 900 (EZ4) and GSM 1800 (EZ5).
  • the multiple switch MS can be designed here as a SPIOT switch and operated with ten switching lines. As illustrated, the switch enables maintenance of a frequency duplexed connection in a WCDMA system with simultaneous reception in a GSM system. When carrying a call in a GSM system can then be switched between the transmitting and receiving branch of this system, while the WCDMA branches may be connected via the switch MS to the antenna ANT or not.
  • the transceiver IC RFIC is designed such that it supports the illustrated architecture.
  • transmitting and / or receiving filters can be integrated together with the multiple switch in a module or arranged discretely or separately. The same applies to all architectures and designs presented here and illustrated in the figures.
  • the embodiment indicated in FIG. 13 makes it possible to provide an amplifier for two branches of the same type (Rx or Rx) both on the receiving side and on the transmitting side
  • Tx and then feed two separate or a common transmit or receive filter.
  • a reception amplifier LNA1, 2 which is used in common for the reception branches of two mobile radio systems and which has two receive filters EF1 and
  • Each of the two reception filters can be connected to the antenna independently of one another via the switch MS. So can the two branches with the two Receive filters EFl and EF2 use a common amplifier. For mobile radio systems with adjacent frequency bands, common amplifiers can be used without problems. Assuming broadband amplifiers, this is also possible for frequencies further apart from each other mobile systems.
  • FIG. 11 shows another architecture of a switch module similar to the module of FIG. 9.
  • the multiple switch MS here has only nine individual switches which can be operated with nine switching lines and can produce connections to a total of ten transmission or reception branches.
  • two of the reception branches (in the figure, for example, the two receiving branches EZ4 and EZ5 shown at the bottom right) are firmly connected within the multiple switch MS and can be connected to the antenna in common via a single switching operation or a single single switch, but with each of the connected Receiving branches is assigned its own integrated in the multi-switch matching element. By means of this switching position, a reception-side diplexer operation of the two connected reception branches EZ4 and EZ5 can be obtained.
  • Rx and Tx branch of a frequency-duplexed mobile radio system through the multiple switch have leading solid compound.
  • this connection can then be connected to the antenna and thus ensure the duplexer operation.
  • Similar fixed connections through the multiple switch can also connect switchable transmission and reception branches of different mobile radio systems and connect to the antenna via a single common individual switch.
  • Such fixed wirings can also realize a higher-level multiplexer comprising more than two branches fixedly connected to each other by the multiple switch and able to connect them to the antenna with a single common single switch. This simplifies the required multiple switch.
  • FIG. 10 shows an embodiment of a switch module in which an embodiment according to FIG. 6 is provided with a corresponding number of transmit and receive branches with the same assignment.
  • the illustrated switch module is simplified by a number of switches reduced by two.
  • two reception branches of widely spaced GSM mobile radio systems are each designed as a duplexer similar to that in FIG. 11. It can therefore be used with a SPIOT switch, the ten
  • All individual switches in the multiple switches of Figures 2 to 11 may be formed as individual transistors which open or block a current path in response to the signal applied to the switching line and thus set the switch to ON or OFF.
  • the switch may be formed in silicon, silicon germanium, SOI or gallium arsenide substrates or heterojunction substrates.
  • each of the individual switches can be designed as a microelectromechanical switching component (MEMS switch).
  • Figure 12 shows several ways in which the components of a module can be arranged on a multi-layer substrate SU and connected to one another.
  • FIG. 12A shows, for example, an arrangement in which one or more transistors or MEMS switches of the switching component SBE are applied to the substrate and adhesively bonded, for example.
  • the switching device is connected via bonding wires BD with corresponding contacts on the top of the substrate SU.
  • Corresponding interconnections are made in the multilayer substrate itself and, in addition, passive components are integrated which, individually or in combination, form the corresponding matching elements of the multiple switch.
  • Transmit filter SF and receive filter EF can be arranged on the same surface of the substrate SU and be connected to it, for example, by flip-chip mounting. However, it is also possible to connect the filters via bonding wires to the substrate and thus also to the switching component.
  • FIG 12B shows an embodiment in which the switching device
  • SBE is mounted in flip-chip design, so that the contacts over the bonding wires can be omitted.
  • the transmit and receive filters SF, EF can also be applied in flip-chip design.
  • FIG. 12C shows an embodiment in which the switching component SBE is arranged on the side of the substrate SU opposite the transmitting and receiving filters SF, EF.
  • the flip-chip mounting technology also enables the parallel electrical and mechanical connection here. In addition, that can
  • Substrate SU for the module may be a laminate in which metallization layers patterned and interconnected between organic dielectric layers are provided.
  • the substrate SU can also be designed as LTCC ceramic, HTCC ceramic or glass, but always with a multi-layer structure with several metallization levels, which are separated by the respective dielectric layers.
  • all matching elements can be designed as lines, inductors and capacitors. However, it is also possible to arrange matching elements or parts of matching elements as discrete components on the surface of the substrate.
  • the module with the components mounted and electrically contacted can be overmolded or molded to complete the module.
  • the module can be provided with a shielding housing.
  • the module can be provided with a shielding housing.
  • the external connections of the module can be designed as LGA (Land Grid Array) or as BGA (Ball Grid Array). It is also possible to execute the contact pads of the module as castellations. All of the transmit and receive filters, matching elements, switching devices or individual switching transistors may be SMT, flip-chip, or bare-face elements on top or bottom of the substrate, and individual or multiple components may also be located in corresponding recesses within the substrate Substrate are buried in so-called cavities, as shown in Figure 12C.
  • the module according to the invention can have a plurality of integration stages in which different further elements can be arranged on the substrate or integrated within the substrate.
  • the semiconductor device or components for transmitter and receiver IC or for transceiver IC is additionally applied to the substrate.
  • modules relating to the number of branches connected to the multiple switch MS, with regard to the assignment of the different branches to corresponding mobile radio or other wireless communication or information systems, with respect to different combinations of simplified architectures, are also in common use of transmission or reception branches or with respect to common
  • the multiple switch may comprise a switching device in which all the transistors required for the circuit are integrated.
  • the multi-switch may also include a plurality of transistor devices, wherein the Sehaltfunktion and switching combinations are divided between the two or more transistor devices. LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • PAW transmission amplifier for WCDMA PAW transmission amplifier for WCDMA
  • Tl - T12 single switch e.g. transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transceivers (AREA)

Abstract

Es wird ein Modul für eine Mobilfunkeinrichtung vorgeschlagen, dessen zentrales Element ein Mehrfachschalter MS ist, der wahlweise Ausgänge für Sende- und/oder Empfangszweige SZ, EZ unterschiedlicher Mobilfunksysteme mit einer Antenne ANT verbinden kann. Das Modul ist für einen Multi-Band- und gegebenenfalls zusätzlichen Multi-Modebetrieb geeignet und umfasst zumindest ein Paar Ausgänge für Sende- und Empfangszweige eines frequenzgeduplexten Mobilfunksystems. Zwischen jedem Ausgang des Mehrfachschalters und der Antenne ist ein Anpasselement vorgesehen, das eine elektrische Anpassung des daran anzuschließenden Zweiges ermöglicht. Der Duplexbetrieb wird über getrennte Sende- und Empfangsfilter beziehungsweise am Schalter über getrennte Ausgänge für Sende- und Empfangszweige durchgeführt.

Description

Beschreibung
Mobilfunkmodul für Multi-Band-Multi-Mode Betrieb
Im Bereich der mobilen Kommunikation findet eine fortschreitende Miniaturisierung bei immer höherer Integration statt. Bei zukünftigen Telefonen werden beispielsweise neben 4 GSM- Bändern zusätzlich 3 Bänder für WCDMA existieren, für die die Mobiltelefone ausgelegt werden müssen. Hinzu kommt, dass un- terschiedliche Übertragungsstandards wie WCDMA und GSM unterschiedliche Architekturen sowohl bezüglich des Frontends und bezüglich des entsprechenden RF ICs verlangen:
WCDMA nutzt Frequenzduplexverfahren (FDD) und benötigt an der Antenne einen Duplexer, um zeitgleich senden und empfangen zu können. Bei GSM reicht ein Sende-Empfangsumschalter, der auch als Bandumschalter genutzt werden kann.
Figur 1 zeigt die klassische Architektur eines bekannten MuI- timode-Multiband Frontends für QB (Quadband) GSM/ΞDGE und 3-
Band WCDMA. Alle Komponenten sind als diskrete Elemente auf der Schaltungsplatine des Mobiltelefons platziert und über ein Koppelelement M an eine Antenne verbunden. Dieses Koppel- element ist im einfachsten Fall ein 1-auf-N Schalter Wie schon aus Abbildung 1 ersichtlich, können bei dieser Art von Architektur lediglich noch RX und TX Pfade für GSM sinnvoll angeordnet und auf kürzestem Weg verschaltet werden. Sobald aber Pfade für WCDMA hinzukommen, muss man sich entscheiden, auf welcher Seite das Duplexerbauteil angeordnet werden soll.
In Figur 1 ist der Duplexer beispielsweise der TX-Seite zugeordnet, was zur Folge hat, dass die Zuleitungen vom RX-Tor der Duplexer in den WCDMA-Empfänger (RF IC) andere Signalwege kreuzen und/oder zu lang werden, was entweder unerwünschte Signalkopplungen oder erhöhte Einfügedämpfung zur Folge hat .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Modul anzugeben, das in einem Multi-Band-Multi-Mode Frontend eingesetzt werden kann und eine elegantere, kostengünstigere und/oder kompaktere Verschaltung im Frontend ermöglicht .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Modul mit den
Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung gibt ein für den Multi-Band-, Multi-Mode- oder Multi-Band-Multi-Mode-Betrieb einer Mobilfunkeinrichtung geeignetes Modul an, welches im Front End, also antennenseitig, eingesetzt werden kann. Zentrales Element des Moduls ist ein Mehrfachschalter, welcher wahlweise einen oder mehrere Ausgänge für Sende- und/oder Empfangszweige unterschiedlicher Mobilfunksysteme mit einer Antenne verbinden kann. Unter einem Ausgang wird also ein (Aussen-) Anschluss des Mehrfachschalters verstanden, unabhängig ob darüber ein (Tx-) Signal zur Antenne oder ein (Rx-) Signal von der Antenne weg geleitet wird. Mindestens eines der Mobilfunksysteme nutzt dabei das Frequenzduplexverfahren, bei dem Sende- und Empfangszweig gleichzeitig mit der Antenne verbunden werden müssen, um ein zeitgleiches Senden und Empfangen zu ermöglichen.
Im angegebenen Modul wird eine Architektur vorgegeben, die Sende- und Empfangszweige räumlich voneinander trennt und diese separat getrennten Schalterausgängen zuordnet. Zum Betrieb in einem Mobilfunksystem mit Frequenzduplexverfahren ist für den Mehrfachschalter zumindest eine Schalterstellung vorgesehen, die den Sendezweig und den Empfangszweig des ersten (frequenzgeduplexten) Mobilfunksystems gleichzeitig mit der Antenne verbindet . Zur Ermöglichung der FDD-Duplexer- funktion sind im Modul für einige, vorzugsweise für alle zu- schaltbaren Zweige Anpasselemente integriert, die bei einer entsprechenden Schalterstellung dem Zweig am Ausgang des Schalters zugeordnet bzw. zugeschaltet werden und in dieser Schalterstellung daher auch mit der Antenne verbunden werden.
Die Erfindung beruht auf der Idee, Empfangsfilter (RX-Filter) und Sendefilter (TX-Filter) des Duplexers in voneinander getrennten Zweigen anzuordnen und sämtliche Schaltungen der zumindest zwei unterschiedlichen Mobilfunksysteme am zentralen Schalter zusammenzuführen. Weitere Zweige können auch nicht geduplexte und daher einzeln zuschaltbare Sende- und Empfangszweige eines Mobilfunksytems umfassen, welches ein TDD- Duplexverfahren (Time Division Duplexing) nutzt. Mit dem zentralen Mehrfachschalter ist es möglich, alle Sendezweige mit den darin angeordneten TX-Filtern auf einer Seite des Schalters und alle Empfangszweige mit den darin angeordneten RX-Filtern auf der anderen Seite des Schalters anzuordnen und so räumlich nach der Funktion zu trennen. Dadurch ist es möglich, Leiterbahnüberkreuzungen vollständig zu vermeiden und alle Zweige „parallel", aber nach RX- und TX-Zweigen ge- trennt, auf dem Modul oder einer das Modul umfassenden Leiterplatte zu führen. So gelingt es, die Verbindungen zwischen den Schalterausgängen und den entsprechenden Eingängen des Signal verarbeitenden ICs (RF-IC) bezüglich der Länge zu minimieren. Auch ist es beim vorgeschlagenen Modul möglich, sämtliche Zweige und deren Komponenten auf einer Oberfläche des Moduls bzw. der das Modul umfassenden Leiterplatte anzuordnen, ohne dass störende Verkupplungen zwischen den RX- und TX-Zweigen auftreten. Die voneinander unabhängige und beliebige Verschaltung von Sende- und Empfangszweigen untereinander und mit der Antenne bzw. dem Antennenausgang ermöglicht es, das Modul für eine Vielzahl von Mobilfunksystemen mit den entsprechenden Zweigen auszulegen, die zumindest zwei unterschiedlichen Übertragungsstandards gehorchen, beispielsweise dem bereits genannten GSM-Standard oder einem WCDMA Mobilfunksystem.
In einer Ausgestaltung weist das Modul Anpasselemente für jeden der mit den Ausgängen des Schalters verbindbaren Zweige auf. Diese Anpasselemente können Matching-Elemente oder zum Matching einsetzbare Netzwerke und mithin komplexe Impedanzen darstellen. Die Anpasselemente können dazu dienen, die ge- wünschte Phasendrehung zwischen dem Sendezweig und dem Empfangszweig des im FDD-Modus geduplexten Mobilfunksystems zu gewährleisten. Ein einfaches Anpasselement kann auch eine in ihrer elektrischen Länge angepasste Leitung oder sonstige e- lektrische Verbindung sein, wobei die damit verbundene Lei- tungsinduktivität als Anpasselement genutzt wird.
Da jedem der beiden Zweige im erfindungsgemäßen Modul ein Anpasselement zugeordnet ist, kann die Gesamtanpassung zwischen dem Sende- und dem Empfangszweig des genannten FDD- Mobilfunksystems auf die beiden Zweige bzw. den ihnen zugeordneten Anpasselementen aufgeteilt sein.
Die Anpasselemente können auch eine Impedanzanpassung an eine Normimpedanz der Schaltungsumgebung oder der Filter gewähr- leisten und z.B. auch eine Impedanztransformation durchführen. Möglich ist es auch, die Anpasselemente zur Kompensation parasitärer Elemente einzusetzen, die wegen der räumlichen Ausdehnung des Schalters meist nicht vermeidbar sind.
Ein speziell ausgestaltetes Anpasselement ist im Modul zwischen dem Sendezweig und dem Schalterausgang vorgesehen, welches eine Phasendrehung so durchführt, dass außerhalb des Durchlassbereichs des Sendefilters liegende Signale, die am Sendefilter reflektiert werden, mit dem „Originalsignal" in- terferieren und dabei ausgelöscht werden. Diese Ausgestaltung ist für als Tiefpassfilter ausgeführte Sendefilter von Vorteil.
Weiter können die Anpasselemente so ausgebildet sein, dass in bestimmten Schalterstellungen, bei denen mehrere Zweige gleichzeitig mit der Antenne verbunden sind, gegenseitige Störungen der Elemente in den entsprechenden miteinander verbundenen Zweigen durch Einstellen geeigneter Phasenbeziehungen mittels dieser Anpasselemente unterdrückt bzw. vermieden werden. Damit wird ein Multiplexbetrieb möglich.
Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die beiden Zweige des ersten Mobilfunksystems und zumindest einen Sendeoder Empfangszweig eines weiteren Mobilfunksystems zusammen so mit der Antenne zu verbinden, dass über die integrierten
Anpasselemente im Modul ein Triplexerbetrieb möglich ist. Auch höheres Multiplexing ist von der Anpassung her möglich. So sind schon Quintplexer Systeme bekannt, die fünf unterschiedliche Zweige bzw. fünf Filter samt entsprechender An- passung miteinander und mit einer Antenne verbinden und hier auch mit dem zentralen Mehrfachschalter als zentrales Schalt- und/oder Verbindungselement realisiert werden können. Vorzugsweise sind die Anpasselemente teilweise oder vollständig im Modulsubstrat integriert. Dieses weist dazu einen Mehrlagenaufbau auf, der mehrere durch isolierende Zwischenschichten getrennte Metallisierungsebenen umfasst . Die Metal- lisierungsebenen sind so strukturiert, dass sie passive Komponenten ausbilden, beispielsweise Widerstände, Phasenleitungen, Kapazitäten oder Induktivitäten.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es, zwei Sendezweige oder zwei Empfangszweige oder einen Sendezweig und einen Empfangszweig unterschiedlicher Mobilfunksysteme oder einen Sende- und einen Empfangszweig des gleichen Mobil- funksystems im Schalter fest miteinander zu verbinden und diese beiden verbundenen Zweige über eine einzige Schalter- Stellung bzw. über das Umlegen eines Einzelschalters gleichzeitig mit der Antenne zu verbinden, sodass auch auf diese Weise ein Diplexsendebetrieb oder ein Diplexempfangsbetrieb oder ein Duplexbetrieb möglich ist. Dabei kann durch die feste Verdrahtung ein Einzelschalter eingespart werden.
Es ist auch möglich, durch feste über den Schalter verlaufende Verdrahtungen ein höheres Multiplexing von Zweigen auch unterschiedlichen Typs mit einer Schalterstellung eines Einzelschalters zu realisieren. Mit Hilfe der Anpasselemente, die jedem Ausgang und damit jedem Zweig zugeordnet sind, kann dabei ein Diplexbetrieb auch nahe beieinanderliegender Frequenzbänder bzw. entsprechender, diesen Bändern zugeordneter Sende- oder Empfangszweige störungsfrei ermöglicht werden. Das gleiche gilt natürlich auch für Zweige mit weit voneinan- der entfernt liegenden Frequenzbändern.
In einer Ausgestaltung des Moduls sind die Ausgänge der Sende- und Empfangszweige eines im FDD-Mode geduplexten Mobil- funksystems fest miteinander verbunden. Dadurch ist es möglich, diese Verbindung mit Hilfe eines Einzelschalters in einer Schalterstellung des Schalters mit der Antenne zu verbinden und damit Sende- und Empfangszweig über den Einzelschal- ter gleichzeitig an die Antenne anzuschließen.
Der Schalter kann ein Halbleiterbauelement sein, welches Schalttransistoren umfasst, die jeweils eine Einzelschaltfunktion ausüben und einen Stromkreis öffnen oder schließen können. Die Schalttransistoren können über eine Schaltleitung angesteuert werden. Jeder der Transistoren wird dabei mit einer separaten Schaltleitung angesteuert. Dementsprechend weist das Modul eine Anzahl von Schaltleitungen auf, die der Anzahl der Schalttransistoren und damit der Anzahl der Ein- zelschalter entspricht.
Möglich ist es jedoch auch, im Modul einen Decoder vorzusehen, der mit einer Anzahl von Steuerleitungen angesteuert wird, die geringer ist als die Anzahl der Schaltleitungen. Über die Steuerleitungen kann ein Schaltcode übermittelt werden, der einer Schalterstellung bzw. einer Kombination von Schalterstellung entspricht. Im Decoder wird der Code umgesetzt und die dem Code entsprechenden Schalttransistoren bzw. deren Schaltleitungen angesteuert .
Ein solche Transistoren umfassender Mehrfachschalter kann in CMOS-, Bipolar- oder pHEMT- Technik in Silizium, Siliziumgermanium, GaAs- oder SOI Substraten ausgebildet sein. Möglich ist es jedoch auch, den Schalter als elektro- mikromechanisches System oder MEMS System auszubilden, welches auf mechanische Weise die Schaltfunktion ermöglicht. Ein solcher MEMS-Schalter kann beispielsweise nach dem Kondensatorprinzip funktionieren, bei dem durch elektrostatische An- ziehung zwischen einer beweglichen Kontaktzunge und einem festen Schaltkontakt die entsprechende Schaltverbindung hergestellt oder gelöst werden kann.
Verwendet man ein mehrlagiges Modulsubstrat, so können die Filter für die Sendezweige als Tiefpassfilter ausgeführt und in Form von LC-Filtern in das Substrat integriert werden. Die dafür erforderlichen L- und C-Glieder werden dabei als Induktivitäten und Kapazitäten durch entsprechend strukturierte Metallisierungsebenen realisiert.
Das Modul kann außerdem um die Empfangszweige und die darin angeordneten Empfangsfilter erweitert werden, wobei die Empfangsfilter vorzugsweise als SAW- oder BAW-Filter ausgebildet sind. Beide Filtertypen lassen sich mit niedriger Einfügedämpfung realisieren und können außerdem eine eingebaute Ba- lun-Funktion aufweisen, die es erlaubt, die von der Antenne her single-ended in die Empfangszweige eingespeisten Signale als symmetrische Signale an einen nachgeschalteten RF-IC mit symmetrischer Signalverarbeitung auszugeben bzw. umzusetzen. Ein separater Balun ist dann überflüssig.
In einer weiteren höheren Integrationsstufe umfasst das Modul außerdem Leistungsverstärker, die in den Sendezweigen ange- ordnet und ebenfalls in oder auf dem Modulsubstrat angeordnet sind.
Eine noch höhere Integrationsstufe gibt ein Modul an, welches einen Receiver-IC und einen Transmitter-IC umfasst, die in einer weiteren Ausbaustufe als einziger Transceiver-Baustein ausgeführt sein kann. Wahlweise kann das Modul Richtkoppler umfassen, die jeweils zwischen dem Leistungsverstärker und dem FDD geduplexten Sendefilter angeordnet sind.
Das Modul kann für Sende- und Empfangszweige der gegenwärtig betriebenen vier GSM Mobilfunksysteme und für zumindest drei WCDMA Mobilfunksysteme ausgelegt und wahlweise mit den entsprechenden Sende- und Empfangsfiltern bestückt sein.
Das erfindungsgemäße Modul mit den zentral am Mehrfachschalter zusammenlaufenden einzelnen Zweigen erlaubt es in einfacher Weise, eine nahezu beliebig hohe Anzahl von Zweigen an den Schalter anzuschließen, ohne dass dies zu erhöhten Kopplungen führt, da das Modul Leiterbahnkreuzungen von Zweigen unterschiedlichen Typs vermeiden hilft. Mit der Anzahl der
Zweige steigt auch die Anzahl der möglichen Mobilfunksysteme und anderer drahtloser Standards, die zumindest empfangssei- tig von dem erfindungsgemäßen Modul verarbeitet werden können. Solche weiteren, ausschließlich für den Empfang vorgese- henen drahtlosen Kommunikationsstandards können beispielsweise Empfangszweige für GPS, DMB, DVBH und andere sein.
Erfindungsgemäß ist es zwar möglich, alle für die verschiedenen Betriebssysteme, Mobilfunkstandards und andere Kommunika- tionsstandards erforderlichen Zweige einzeln am Schalter anzuschließen und diese potenziell auch einzeln zu schalten. Möglich ist es jedoch auch, zur Erniedrigung der Komplexität zwei oder mehr Zweige oder auch nur deren darin angeordnete Bauelemente wie beispielsweise Filter gemeinsam für mehrere Mobilfunksysteme zu nutzen. Dies betrifft insbesondere Empfangsfilter, die in Empfangszweigen angeordnet sind, die bei übereinstimmenden Frequenzbändern für die Empfangszweige un- terschiedlicher Mobilfunksysteme und Mobilfunkstandards genutzt können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert . Die Figuren sind rein schematische Darstellungen, die nur dem besseren Verständnis der Erfindung dienen.
Figur 1 zeigt die Verschaltung von Komponenten in einem be- kannten Frontend,
Figur 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Modul,
Figur 3 zeigt schematisch eine mögliche Architektur eines Frontends mit dem erfindungsgemäßen Modul,
Figur 4 zeigt die vollständige Architektur eines Frontends mit dem Mehrfachschaltermodul ,
Figur 5 zeigt einen aufgeteilten Mehrfachschalter,
Figur 6 zeigt einen weiteren Mehrfachschalter mit Schaltlei- tungen,
Figur 7 zeigt den Aufbau eines Decoders,
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführung eines Moduls mit einem aufgeteilten Mehrfachschalter,
Figur 9 zeigt ein vereinfachtes Schaltermodul, bei dem mehrere Sendezweige und unabhängig davon mehrere Empfangszweige miteinander kombiniert sind,
Figur 10 zeigt ein Schaltermodul mit einer reduzierten Anzahl von Einzelschaltern, Figur 11 zeigt eine weitere Architektur eines Schaltermoduls,
Figur 12 zeigt mehrere Möglichkeiten, die Komponenten eines Moduls auf einem Substrat SU anzuordnen,
Figur 13 zeigt ein Schaltermodul mit einem von zwei Zweigen genutzten gemeinsamen Verstärker.
Figur 1 zeigt die Verschaltung der Komponenten eines Fron- tends in einem Mobilfunkgerät, wie es in der bekannten Technik Verwendung findet . Zentrales Element ist auch hier ein Mehrfachschalter MS, der die Antenne ANT wahlweise mit einzelnen oder mehreren Ausgängen verbindet, die in entsprechen- de Zweige des Frontends münden. So sind beispielsweise die in der Figur unten dargestellten vier Ausgänge des Mehrfachschalter MS den Empfangszweigen von vier GSM-Mobilfunksystemen zugeordnet. In jedem Empfangszweig ist ein Empfangsfilter EFGl bis EFG4 angeordnet. Die Zweige münden in den Empfangsteil eines Transceiver-IC RFIC.
In der Figur auf der rechten Seite des Mehrfachschalters MS dargestellt sind von oben beginnend drei Ausgänge für drei WCDMA-Mobilfunksysteme vorgesehen, die jeweils mit einem Duplexer DPWl, DPW2 , DPW3 verbunden sind. Die zwei untersten
Ausgänge auf der linken Seite des Mehrfachschalters MS münden in je einen Sendezweig für die vier GSM-Mobilfunksysteme. Während für die GSM-Systeme eine räumliche Trennung von Sende- und Empfangszweigen möglich ist, findet an den Duplexern der WCDMA-Systeme eine Verzweigung in Sende- und Empfangspfade statt, die beide jeweils die dementsprechenden Transmit- ter- oder Receiver-IC oder wie hier einem beide Funktionen vereinenden Transceiver-IC RFIC zugeführt werden. Diese ICs übernehmen die Signalverarbeitung für alle Mobilfunksysteme, sind aber zur besseren Entkopplung intern in einen Empfangsteil (Receiver-IC) und einen Sendeteil (Transmitter-IC) getrennt. Die getrennte Zuführung bedingt wegen der Verzwei- gungsstelle an den Duplexern jedoch eine Überkreuzung der entsprechenden Sende- und Empfangszweige und damit eine erhöhte Kopplung.
Figur 2 zeigt schematisch eine einfache Ausführung des neuen vorgeschlagenen Moduls. Der Mehrfachschalter MS verbindet die Antenne ANT wahlweise mit einem oder mehreren Ausgängen, an die Sende- und Empfangszweige unterschiedlicher Mobilfunksysteme angeschlossen sind. In den Mehrfachschalter MS sind Anpasselemente AE integriert, die bei entsprechender Schalter- Stellung zwischen Antenne und dem angeschlossenen Zweig in
Serie geschaltet sind. So ist beispielsweise ein erster Sendezweig SZl mit einem Ausgang AGl des Schalters MS verbunden. Über ein erstes sendeseitiges Anpasselement AEi3 kann dieser erste Sendezweig mit der Antenne verbunden werden. Ein erster Empfangszweig EZl kann an einen zweiten Ausgang AG2 angeschlossen und über ein empfangsseitiges Anpasselement AEiE mit der Antenne ANT verbunden werden.
Der Mehrfachschalter weist zumindest ein weiteres Paar von Ausgängen AG3 , AG4 auf, an die ein weiterer Sendezweig SZ2 und ein weiterer Empfangszweig EZ2 angeschlossen sind. Zumindest ein Paar aus Sende- und Empfangszweig ist dabei einem Mobilfunksystem zugeordnet, welches nach dem Frequenzduplex- verfahren arbeitet und daher ein Duplexing der Sende- und Empfangssignale erfordert. Im Gegensatz zu der in Figur 1 dargestellten bekannten Anordnung ist es mit dem erfindungsgemäßen Schalter möglich, direkt am Mehrfachschalter MS die Ausgänge AG für Sende- und Empfangszweige räumlich voneinan- der zu trennen, so dass auch die entsprechenden Zweige nach Typ getrennt geführt werden können, ohne dass erhöhte Kopplungen zwischen Zweigen unterschiedlichen Typs auftreten können.
Vorzugsweise weist das Modul mit dem Mehrfachschalter weitere Ausgänge auf, über die weitere Zweige über jeweils ein Anpasselement in einer geeigneten Schalterstellung mit der Antenne ANT verbunden werden können. Die Sende- und Empfangs- zweige können GSM-Systemen, WCDMA-Systemen oder anderen Mobilfunksystemen zugeordnet sein. Möglich ist es jedoch auch, am Mehrfachschalter MS Ausgänge und entsprechende Anpasselemente AE für einseitig drahtlos zu übermittelnde und nur je einen Empfangszweig erfordernde Informationsdienste oder Sa- tellitennavigationssystemen vorzusehen, oder an diesen Ausgängen Empfangszweige für Radio- oder Fernsehempfang oder weitere Multimediadienste vorzusehen.
Das einfachste Modul MDl umfasst den Schalter MS inklusive der den einzelnen Ausgängen zugeordneten Anpasselemente. In einer weiteren Integrationsstufe kann ein Modul MD2 noch die Sendezweige insbesondere die darin angeordneten Sendefilter umfassen. Ein beispielhaftes noch höher integriertes Modul MD3 kann neben den Sendezweigen auch noch die Empfangszweige beziehungsweise darin angeordnete Empfangsfilter umfassen. In den Sende- und Empfangszweigen und damit innerhalb der entsprechenden Module MD können außerdem noch entsprechende Verstärker und Richtkoppler integriert sein.
Figur 3 zeigt eine mögliche Architektur eines Frontends, die mit dem vorgeschlagenen Modul möglich ist. Der Mehrfachschalter MS weist auf der linken Seite fünf Ausgänge AG für fünf Sendezweige auf, die unabhängig voneinander einzeln oder in Gruppen mit der Antenne ANT verbunden werden können. Jedem Ausgang ist ein Anpasselement AE3 zugeordnet, welches zwischen Antenne und dem dementsprechenden Ausgang angeordnet ist.
Auf der rechten Seite sind zehn Ausgänge AG6 bis AG16 für Empfangszweige angeordnet, über die ebenfalls unabhängig voneinander entsprechende Sendezweige einzeln oder in Gruppen mit der Antenne verbunden werden können. Auf der Empfangssei- te ist jedem Ausgang je ein Anpasselement AEe zugeordnet. Auf der Empfangsseite ist für jedes der integrierten Mobilfunksysteme ein eigener Ausgang und je ein eigener separater Ξmp- fangszweig vorgesehen. So sind beispielsweise an die drei ersten empfangsseiten Ausgänge (in der Figur rechts oben dar- gestellt) drei Empfangszweige für drei im Frequenzduplexverfahren geduplexte Mobilfunksysteme angeschlossen, beispielsweise die Empfangszweige für WCDMA 850, 1900 und 2100. Weiterhin sind hier vier Empfangszweige für unterschiedliche GSM-Mobilfunksysteme vorgesehen, hier für GSM 850, GSM 900, GSM 1800 und GSM 1900. Jeder der genannten Empfangszweige enthält hier ein Bandpassfilter, welches beispielsweise als SAW-Filter oder als BAW-Filter ausgebildet sein kann.
Ein weiterer konkret dargestellter Ausgang ist mit dem Emp- fangszweig für GPS-Signale verbunden, in dem ebenfalls ein Bandpassfilter angeordnet ist. Ein weiterer Ausgang ist mit dem Empfangszweig für einen Multimediaempfang, beispielsweise für DMB, den digitalen Videostandard für mobile Kommunikationsgeräte, verbunden. Ein weiterer ganz rechts unten darge- stellter Ausgang AG16 des Mehrfachschalters MS kann mit beliebigen anderen Empfangszweigen für Mobilfunksysteme, Informationsdienste, Navigationsdienste oder Multimediadienste verbunden sein. Im Gegensatz zu den Empfangszweigen, die in einer der Anzahl der zu bedienenden Mobilfunkstandards entsprechenden Anzahl vorgesehen sind, können mehrere Sendezweige Elemente gemein- sam nutzen. So können insbesondere Mobilfunksysteme mit nahe beieinander liegenden Sendebändern z.B. gemeinsame Sendefilter, die in der Regel als Tiefpässe ausgeführt sein können. Als Sendefilter sind auch Bandpassfilter mit entsprechender Bandbreite geeignet.
In der Figur 3 sind dazu beispielsweise die GSM Sendezweige für GSM 850 und GSM 900 in einem gemeinsamen Zweig SZ4 integriert und nutzen ein gemeinsames Sendefilter, das an einen einzigen Ausgang des Mehrfachschalters MS über ein entspre- chendes Anpasselement angeschlossen ist. Auch die nahe beieinander liegenden GSM Sendebänder für GSM 1800 und GSM 1900 können einen gemeinsamen Zweig SZ5 und ein darin angeordnetes gemeinsames als Tiefpass ausgeführtes Sendefilter nutzen und an einen gemeinsamen Ausgang des Mehrfachschalters MS ange- schlössen sein.
Die drei weiteren in der Figur dargestellten Sendezweige SZl bis SZ3 sind jeweils einem der frequenzgeduplexten Mobilfunksysteme insbesondere einem WCDMA-System zugeordnet. Z.B. WCDMA850 (SZl) , WCDMA1900 (SZ2) und WCDMA2100 (SZ3) . Hier erfordert jedes System ein eigenes Sendefilter, da der für diese Systeme nötige Duplexbetrieb ein Bandpassfilter als Sendefilter erfordert und einer Phasen- und/oder Impedanzanpassung an das entsprechende RX-Filter bedarf. Darüber wird für den Frequenzduplexbetrieb auch beim Empfangsfilter ein auf das jeweilige entsprechende Sendeband des gleichen Systems zugeschnittenes Anpasselement eingesetzt, damit eine entsprechende Impedanz- und Phasenanpassung zwischen Sende- und Emp- fangsfilter gewährleistet ist . Durch die modulare Aufteilung der Anpasselemente auf die einzelnen Zweige kann man vollständig voneinander getrennte Zweige realisieren.
Figur 4 zeigt die vollständige Architektur des Frontends mit dem beispielsweise in Figur 3 dargestellten Mehrfachschaltermodul. Zusätzlich sind in dieser Figur die Sende- und Empfangszweige vollständig mit ihren entsprechenden Komponenten dargestellt. Die Zweige münden alle in einen entsprechenden Transmitter- oder Receiver-IC oder wie in der Figur 4 dargestellt in einem gemeinsamen Transceiver-IC RFIC. Dieser integrierte Sende- und Empfangsbaustein hat die Sende- und Empfangsfunktionen räumlich voneinander getrennt, ebenso die entsprechenden Eingänge. Mit dem erfindungsgemäßen Modul ist es möglich, die Zweige nach ihrer Funktion getrennt voneinander ohne Überkreuzung dem entsprechenden Eingang auf der entsprechenden Seite des Transceiver-IC zuzuführen.
Neben den eingangsseitigen bereits beschriebenen Filtern wei- sen die Sendezweige hier zumindest für die frequenzgeduplex- ten WCDMA-Mobilfunksysteme jeweils noch einen Richtkoppler RKW, einen rauscharmen Sendeverstärker PAW und ein zweites Sendefilter SFW auf. Dieses zweite Sendefilter SFW kann bei entsprechend ausreichender Qualität des ersten Sendefilters auch entfallen. In den Empfangszweigen ist für die frequenz- geduplexten WCDMA-Mobilfunksysteme jeweils ein Empfangsvorverstärker LNA und gegebenenfalls ein zweites Empfangszfilter EFW vorgesehen. Die Empfangszweige für die GSM-Systeme können direkt dem entsprechenden RF-Halbleiterbaustein, beispiels- weise dem integrierten Transceiver RFIC zugeführt werden, in den die Verstärkung der GSM RX-Signale vorgenommen werden kann. Das zweite Empfangsfilter kann auch bei in den Recei- ver- oder Transceiver-IC integrierten rauscharmen Verstärkern LNA in einer zusätzlichen aus dem IC herausgeführten Schaltungsschleife angeordnet sein.
Für die Empfangszweige der GSM-Mobilfunksysteme ist in der Figur eine weitere Ausgestaltung dargestellt, nämlich die in die Empfangsfilter integrierte BALUN-Funktion. Das an der Antenne ankommende unsymmetrische (Single-Ended) Signal im Empfangsfilter mit BALUN-Funktion in zwei zueinander symmetrische Signale umgesetzt, die am Ausgang des Empfangsfilters anliegen und so nun einem symmetrisch arbeitenden Verstärker innerhalb des Transceiver-IC RFIC zugeführt werden können. Da symmetrische Verstärker gegenüber unsymmetrisch arbeitenden Verstärkern technische Vorteile aufweisen, ist diese Ausgestaltung besonders bevorzugt . Die Empfangsfilter mit BALUN- Funktion ermöglichen die Verwendung eines symmetrischen Verstärkers ohne zusätzlichen BALUN.
In Figur 5 ist in einer schematischen Darstellung des Mehrfachschalters MS verdeutlicht, wie darin unterschiedliche Verschaltungen bewerkstelligt werden können. In Analogie zu den bisher dargestellten erfindungsgemäßen Mehrfachschaltern der Figuren 3 und 4 sind die jeweils drei oberen Ausgänge des Schalters auf Sendeseite (links) und Empfangsseite (rechts) jeweils einem frequenzgeduplexten Mobilfunksystem zugeordnet. Dieses erfordert gleichzeitiges Senden und Empfangen, welches nur möglich ist, wenn Sende- und Empfangszweig des entsprechenden Mobilfunksystem gleichzeitig mit der Antenne verbunden sind. Dementsprechend weist der Mehrfachschalter MS für die ersten drei Paare von Sende- und Empfangszweigen der fre- quenzgeduplexten Systeme nur solche Schalterstellungen auf, die das gleichzeitige Verbinden entsprechender Paare mit der Antenne erlauben. Dieser Teil des Mehrfachschalters mit dem Antennenausgang und den drei Paaren Sende- und Empfangszwei- gen (zum Beispiel für die WCDMA-Systeme) kann als sogenannter Drei-auf-Drei-Schalter ausgeführt sein.
Für die übrigen Ausgänge beziehungsweise für die übrigen noch angeschlossenen Mobilfunksysteme mit zeitversetztem Senden und Empfangen (TDD Duplexverfahren) kann es ausreichend sein, zu einem gegebenen Zeitpunkt jeweils nur einen Zweig, ausgewählt aus Sende- und Empfangszweig mit der Antenne zu verbinden. Dafür ist beispielsweise ein SP6T-Schalter geeignet, der die Antenne wahlweise mit einem der in der Figur 5 dargestellten sechs verbleibenden Ausgänge verbindet . Diese Ausgänge sind hier mit zwei Sendezweigen und vier Empfangszweigen verbunden .
Figur 6 zeigt einen mit Sende- und Empfangszweigen verbunden Mehrfachschalter MS, dessen zwölf Ausgänge unabhängig voneinander mit der Antenne ANT verbunden werden können. Die Steuerung des Schalters erfolgt über Schaltleitungen SL, wobei für jeden separat ansteuerbaren Ausgang eine eigene Schaltleitung SL vorgesehen ist. Jede Schaltleitung kann einen zum Beispiel als Transistor T ausgebildeten Einzelschalter ein- oder ausschalten, indem sie diesem ein einem entsprechendes Schalt- signal zuführt. Dadurch ist es möglich, jeden Ausgang einzeln und unabhängig von den anderen einzeln oder in Gruppen anzu- steuern. Dies ermöglicht eine variable Kombination von Schalterstellungen, obwohl für die frequenzgeduplexten Mobilfunksysteme natürlich nur der gleichzeitige Anschluss der entsprechenden Sende- und Empfangszweige sinnvoll ist. In der Figur ist beispielsweise das oberste dargestellte Paar aus einem Sendezweig SZl und einem Empfangszweig EZl mit der Antenne ANT verbunden. Für die dargestellte Ausführung kann eine SP12T-Schalter eingesetzt werden. In den Mehrfachschalter MS integriert oder als diskreter Baustein mit diesem verbunden kann außerdem ein Decoder vorgesehen sein, der die in der Praxis geringere Anzahl möglicher Schaltkombinationen nutzt, um den Mehrfachschalter MS mit ei- ner gegenüber der Anzahl der Schaltleitungen reduzierten Anzahl von Steuerleitungen zu steuern. Über die Steuerleitungen können Codes übermittelt werden, die bestimmten Ansteuerkombinationen entsprechen. Der Decoder übersetzt diese Codes und beaufschlagt die Schaltleitungen mit den entsprechenden Sig- nalen, die der gewünschten Schalterstellungskombination entsprechen. Figur 7 zeigt beispielsweise den Aufbau eines solchen Decoders DC in schematischer Darstellung. Unten dargestellt sind die Schaltleitungen SL für die unabhängig fungierenden zwölf Einzelschalter in einer entsprechenden Anzahl vorgesehen. Auf der rechten Seite des Decoders DC sind Steuerleitungen STL dargestellt, die eine gegenüber der Anzahl der Schaltleitungen verringerte Anzahl besitzen. Für den SP12T-Schalter von Figur 6 können die zwölf Schaltleitungen SL beispielsweise mit nur vier Steuerleitungen STL so betrie- ben werden, dass ein paarweises Schalten der Sende- und Empfangszweige für drei Mobilfunksysteme (nach dem Frequenz- duplexverfahren) möglich ist, während die sechs übrigen Ausgänge jeweils nur einzeln angesteuert werden können. In der folgenden Tabelle ist eine mögliche einfache Schaltlogik für einen solchen Decoder dargestellt :
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000022_0001
Mit Cl bis C4 sind die Signalbelegungen für die vier Steuerleitungen dargestellt, während in den Spalten Tl bis T12 die an den entsprechenden Einzelschaltern (z.B. den Einzeltransistoren) anliegenden und über die Schaltleitungen übermittelten Schaltsignale dargestellt sind. Mit Hilfe der dargestellten vier Steuerleitungen sind maximal sechzehn unterschiedliche Schaltkombinationen realisierbar. Für eine höhere Anzahl möglicher Schaltkombinationen ist eine höhere Anzahl von Steuerleitungen erforderlich, z.B. fünf Steuerleitungen für zweiunddreißig Schaltkombinationen oder sechs Steuerleitungen für vierundsechzig Schaltkombinationen.
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführung eines Moduls mit dem Mehrfachschalter MS, die ähnlich wie die Anordnung von Figur 5 ausgeführt ist, aber zusätzlich die Möglichkeit eröffnet, dass neben einem Paar je eines Sende- und Empfangszweigs eines frequenzgeduplexten Mobilfunksystems gleichzeitig ein Empfangszweig eines GSM-Systems mit der Antenne verbunden sein kann. In der dargestellten Schalterstellung fungiert das System als Triplexer, da drei Zweige unabhängig voneinander betrieben werden können. Dies erfordert eine phasenrichtige Anpassung über die entsprechenden Anpasselemente AE, die zum Einen einen ungestörten Duplexerbetrieb und parallel dazu den ungestörten Empfangsbetrieb des GSM-Systems ermöglichen. Auf diese Weise ist es möglich, gleichzeitig eine Gesprächsverbindung im frequenzgeduplexten Mobilfunksystem durchzuführen und parallel dazu den GSM-Kanal auf mögliche ankommende Rufe zu überwachen. Im Betrieb ist es sogar möglich, diesen Ein- zelschalter für die einzeln zuschaltbaren Empfangszweige von GSM-Systemen regelmäßig so zu schalten, dass auf mehreren GSM-Empfangszweigen ein gleichzeitiges beziehungsweise zeitversetztes aber stetig alternierendes Monitoring möglich ist.
Darüber hinaus sind die Empfangsfilter EF4 bis EF7 der Empfangszweige EZ4 bis EZ7 mit integrierter BALUN Funktionalität ausgestattet, die eine symmetrische Weiterverarbeitung der Rx Signale in einem symmetrischen Verstärker ermöglicht .
Figur 9 zeigt ein Schaltermodul, welches in einer weiteren Vereinfachung mehrere Sendezweige und unabhängig davon mehrere Empfangszweige miteinander kombiniert und über einen gemeinsamen Ausgang an den Mehrfachschalter MS anschließt. Es sind insgesamt fünf Sendezweige SZl bis SZ5 und fünf Empfangszweige EZl bis EZ5 vorgesehen. Der vierte Sendezweig SZ4 ist dabei als gemeinsamer Sendezweig für die Mobilfunksysteme GSM 850 und GSM 900 ausgelegt. Ebenso ist der fünfte Sendezweig SZ5 als gemeinsamer Sendezweig für die beiden benach- barten RX-Bänder von GSM 1800 und GSM 1900 ausgelegt, wobei die Sendefilter für vierten und fünften Sendezweig SZ4, SZ5 jeweils als Tiefpassfilter ausgeführt sind.
Das Modul kann auch für zwei Mobilfunksysteme mit nahe be- nachbarten RX-Frequenzbändern einen gemeinsamen Empfangszweig nutzen. Entsprechend ist in der Ausführung nach Figur 9 der erste Empfangszweig EZl beispielsweise zum Empfang im WCDMA 850 und GSM 850 ausgelegt. Der zweite Empfangszweig EZ2 ist zum gleichzeitigen beziehungsweise gemeinsamen Empfang für WCDM 1900 und GSM 1900 ausgelegt. Die drei verbliebenen Empfangszweige EZ3 bis EZ5 sind jeweils nur für ein Mobilfunksystem ausgelegt, hier für WCDMA 2100 (EZ3) , GSM 900 (EZ4) und GSM 1800 (EZ5) . Der Mehrfachschalter MS kann hier als SPIOT-Schalter ausgeführt sein und mit zehn Schaltleitungen betrieben werden. Wie dargestellt ermöglicht der Schalter das Aufrechterhalten ei- ner frequenzgeduplexten Verbindung in einem WCDMA-System mit gleichzeitigem Empfang in einem GSM-System. Beim Führen eines Gesprächs in einem GSM System kann dann zwischen Sende- und Empfangszweig dieses Systems umgeschaltet werden, während dabei die WCDMA Zweige über den Schalter MS mit der Antenne ANT verbunden sein können oder nicht.
Neben der entsprechenden Anpassung der unterschiedlichen miteinander und mit der Antenne verschalteten Zweige durch die entsprechenden Anpasselemente AE ist bei dieser Ausgestaltung der Transceiver-IC RFIC so ausgebildet, dass er die dargestellte Architektur unterstützt. In der Ausführung nach Figur 9 können Sende- und/oder Empfangsfilter zusammen mit dem Mehrfachschalter in einem Modul integriert oder diskret bzw. separat angeordnet sein. Gleiches gilt für alle hier vorge- stellten und in den Figuren dargestellten Architekturen und Ausführungen .
Die in Figur 13 angedeutete Ausführungsform ermöglicht es, sowohl auf der Empfangsseite als auch auf der Sendeseite je einen Verstärker für zwei Zweige des gleichen Typs (Rx oder
Tx) zu verwenden und dann zwei getrennten oder einem gemeinsamen Sende- oder Empfangsfilter zuzuführen. Dargestellt ist hier beispielhaft für weitere Kombinationen ein für die Empfangszweige zweier Mobilfunksysteme gemeinsam genutzter Emp- fangsverstärker LNAl, 2, der mit zwei Empfangsfiltern EFl und
EF2 verbunden ist. Jeder der beiden Empfangsfilter kann unabhängig voneinander über den Schalter MS mit der Antenne verbunden werden. So können die beiden Zweige mit den beiden Empfangsfiltern EFl und EF2 einen gemeinsamen Verstärker nützen. Für Mobilfunksysteme mit benachbarten Frequenzbändern sind gemeinsame Verstärker problemlos einsetzbar. Entsprechend breitbandige Verstärker vorausgesetzt, ist dies auch für frequenzmäßig weiter voneinander entfernte Mobilfunksysteme möglich.
Figur 11 zeigt eine weitere Architektur eines Schaltermoduls die ähnlich wie das Modul von Figur 9 ausgeführt ist. Im Un- terschied zu Figur 9 hat hier der Mehrfachschalter MS jedoch nur neun Einzelschalter, die mit neun Schaltleitungen betrieben werden können und Anschlüsse zu insgesamt zehn Sende- beziehungsweise Empfangszweigen herstellen können. Zwei der Empfangszweige (in der Figur z.B. die beiden rechts unten dargestellten Empfangszweige EZ4 und EZ5) sind jedoch innerhalb des Mehrfachschalters MS fest miteinander verbunden und können über einen einzigen Schaltvorgang bzw. einen einzigen Einfachschalter gemeinsam mit der Antenne verbunden werden, wobei jedoch jedem der verbundenen Empfangszweige ein eige- nes in den Mehrfachschalter integriertes Anpasselement zugeordnet ist. Über diese Schaltstellung kann ein empfangsseiti- ger Diplexerbetrieb der beiden verbundenen Empfangszweige EZ4 und EZ5 erhalten werden. Mit entsprechender Anpassung mittels der Anpasselemente AE ist dies auch für zwei frequenzmäßig weit voneinander beabstandete Frequenzbänder unterschiedlicher Mobilfunksysteme möglich, beispielsweise für die Empfangszweige von GSM 900 und GSM 1800. Unabhängig davon oder zusätzlich können Rx- und Tx-Zweig eines frequenzgeduplexten Mobilfunksystems eine durch den Mehrfachschalter hindurch führende feste Verbindung aufweisen. Mittels eines Einfachschalters kann dann diese Verbindung mit der Antenne verbunden werden und so den Duplexerbetrieb gewährleisten. Ähnliche feste Verbindungen durch den Mehrfachschalter hindurch können auch gemeinsam zuschaltbare Sende- und Empfangszweige unterschiedlicher Mobilfunksystems verbinden und über einen einzigen gemeinsamen Einzelschalter an die Antenne zu- schalten. Solche festen Verdrahtungen können auch einen hö- hergradigen Multiplexer realisieren, der mehr als zwei durch den Mehrfachschalter hindurch fest miteinander verbundene Zweige umfasst und diese mit einem einzigen gemeinsamen Einzelschalter an die Antenne zuschalten kann. Dies vereinfacht den dafür erforderlichen Mehrfachschalter.
Figur 10 zeigt eine Ausführungsform eines Schaltermoduls, bei der eine Ausführung nach Figur 6 entsprechende Anzahl von Sende- und Empfangszweigen mit gleicher Zuordnung vorgesehen ist. Gegenüber der Anordnung nach Figur 6 ist das dargestellte Schaltermodul jedoch durch eine um zwei reduzierte Anzahl von Schaltern vereinfacht. Jeweils zwei Empfangszweige weit voneinander beabstandeter GSM-Mobilfunksysteme sind dabei jeweils als Duplexer ähnlich wie in Figur 11 ausgeführt. Es kann daher ein SPIOT-Schalter eingesetzt werden, der mit zehn
Schaltleitungen angesteuert wird.
Sämtliche Einzelschalter in den Mehrfachschaltern der Figuren 2 bis 11 können als einzelne Transistoren ausgebildet sein, die in Abhängigkeit von dem an der Schaltleitung anliegenden Signal ein Strompfad öffnen oder sperren und damit den Schalter auf EIN oder AUS setzen. Ein solcher Transistor kann in bipolarer oder CMOS-Technik oder als pHEMT-Element (= p-High Electron Mobility Transistor) ausgeführt sein. Der Schalter kann in Silizium-, Siliziumgermanium, SOI- oder Galliumarse- nidsubstraten oder Heterojunctionsubstraten ausgebildet sein. Alternativ kann jeder der Einzelschalter als mikroelektrome- chanisches Schaltbauelement (MEMS-Schalter) ausgeführt sein. Figur 12 zeigt mehrere Möglichkeiten, wie die Komponenten eines Moduls auf einem Mehrlagensubstrat SU angeordnet und miteinander verschaltet werden können. Figur 12A zeigt bei- spielsweise eine Anordnung, bei der ein oder mehrere Transistoren oder MEMS-Schalter des Schaltbauelements SBE auf dem Substrat aufgebracht und beispielsweise aufgeklebt ist. Das Schaltbauelement ist über Bonddrähte BD mit entsprechenden Kontakten auf der Oberseite des Substrats SU verbunden. In dem Mehrlagensubstrat selbst sind entsprechende Verschaltungen vorgenommen und zusätzlich passive Bauelemente integriert, die einzeln oder in Kombination die entsprechenden Anpasselemente des Mehrfachschalters bilden. Sendefilter SF und Empfangsfilter EF können auf der gleichen Oberfläche des Sub- strats SU angeordnet sein und beispielsweise mittels Flipchip-Montage mit diesem verbunden sein. Möglich ist es jedoch, auch die Filter über Bonddrähte mit dem Substrat und damit auch mit dem Schaltbauelement zu verbunden.
Figur 12B zeigt eine Ausführung, bei der das Schaltbauelement
SBE in Flipchip-Bauweise montiert ist, so dass die Kontaktierungen über die Bonddrähte entfallen können. Die Sende- und Empfangsfilter SF, EF können ebenfalls in Flipchip-Bauweise aufgebracht sein.
Figur 12C zeigt eine Ausführung, bei der das Schaltbauelement SBE auf der den Sende- und Empfangsfiltern SF, EF gegenüberliegenden Seite des Substrats SU angeordnet ist. Die Flipchip-Montagetechnik ermöglicht auch hier die parallele elekt- rische und mechanische Verbindung. Zusätzlich kann das
Schaltbauelement SBE ebenso wie andere Komponenten auf dem Substrat in einer Ausnehmung des Substrats SU versenkt angeordnet sein. Das Substrat SU für das Modul kann ein Laminat sein, bei dem zwischen organischen dielektrischen Schichten zu Schaltungen strukturierte und miteinander verbundene Metallisierungsebe- nen vorgesehen sind. Das Substrat SU kann auch als LTCC- Keramik, als HTCC-Keramik oder aus Glas ausgeführt sein, stets jedoch mit Mehrschichtaufbau mit mehreren Metallisierungsebenen, die durch die entsprechenden dielektrischen Schichten voneinander getrennt sind. Innerhalb des Mehrlagen- Substrats können sämtliche Anpasselemente als Leitungen, Induktivitäten und Kondensatoren ausgebildet sein. Möglich ist es jedoch auch, Anpasselemente oder Teile von Anpasselementen als diskrete Bauelemente auf der Oberfläche des Substrats anzuordnen .
Das Modul mit den darauf montierten und elektrisch kontaktierten Komponenten kann zur Fertigstellung des Moduls umspritzt oder vergossen werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Modul mit einem schirmenden Gehäuse versehen werden. Möglich ist es jedoch auch, auf dem Modul getrennte Schirmungen für die Sendezweige und die Empfangszweige anzuordnen, um eine zusätzliche elektromagnetische Abschirmung zwischen Sende- und Empfangszweigen vorzu- sehen.
Die Außenanschlüsse des Moduls, mit denen dies mit einer Schaltungsumgebung verbunden und insbesondere auf der Platine eines MobiIfunkgeräts montiert werden kann, können als LGA (Land-Grid-Array) oder als BGA (Ball-Grid-Array) ausgeführt sein. Möglich ist es auch, die Kontaktpads des Moduls als Castellations auszuführen. Alle Sende- und Empfangsfilter, Anpasselemente, Schaltbauelemente oder einzelne Schalttransistoren können in SMT-Technik, in Flipchip-Technik oder als „bare die" Elemente oben oder unten auf dem Substrat angeordnet sein. Einzelne oder mehrere der Komponenten können auch in entsprechenden Ausnehmungen innerhalb des Substrats in sogenannten Cavities vergraben werden, wie dies in Figur 12C dargestellt ist.
Das erfindungsgemäße Modul kann wie bereits erwähnt mehrere Integrationsstufen aufweisen, bei denen unterschiedliche weitere Elemente auf dem Substrat angeordnet oder innerhalb des Substrats integriert sein können. In der höchsten Integrationsstufe ist auf dem Substrat zusätzlich noch der oder die Halbleiterbauelemente für Transmitter- und Receiver-IC oder für Transceiver-IC aufgebracht.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung liegen auch Module, die bezüglich der Anzahl der an den Mehr- fachschalter MS angeschlossenen Zweige, bezüglich der Zuordnung der unterschiedlichen Zweige zu entsprechenden Mobilfunk- oder anderen drahtlosen Kommunikations- oder Informationssystemen, bezüglich unterschiedlicher Kombinationen von vereinfachten Architekturen, bezüglich gemeinsamer Nutzung von Sende- oder Empfangszweigen oder bezüglich gemeinsamer
Schaltung unterschiedliche Zweige und der dadurch reduzierten Komplexität des Schalters weiter modifiziert sind. Der Mehrfachschalter kann ein Schaltbauelement umfassen, in das sämtliche zur Schaltung erforderlichen Transistoren integriert sind. Der Mehrfachschalter kann auch mehrere Transistorbauelemente umfassen, wobei die Sehaltfunktion und Schaltkombinationen auf die zwei oder mehr Transistorbauelemente aufgeteilt sind. Bezugszeichenliste
MS Mehrfachschalter
EFG GSM Empfangsfilter
EFW WCDMA Empfangsfilter
DPW Duplexer für WCDMA
PAW Sendeverstärker für WCDMA
PAG Sendeverstärker für GSM
LNAW rauscharmer EmpfangsVerstärker für WCDMA
RKW Richtkoppler für WCDMA
WCDMA TX Eingang für WCDMA am Transmitter IC
GSM TX Eingang für GSM am Transmitter IC
GSM RX Eingang für GSM am Receiver IC
WCDMA RX Eingang für WCDMA am Receiver IC
RF IC Gemeinsamer Sende- und Empfänger IC
SZl - SZ5 Sendezweige
EZl - EZ6 Empfangszweige
AE13 1.Anpasselement (Sendezweig)
AE2E 2.Anpasselement (Empfangszweig)
AG Ausgang des Mehrfachschalters MS
MDl - MD4 Unterschiedlich integrierte Module
ANT Antenne
STL Steuerleitung
SL Schaltleitung
DC Decoder
Tl - T12 Einzelschalter, z.B. Transistoren
SF Sendefilter
EF Empfangsfilter
BD Bonddraht
SU Substrat
SBE Schaltbauelement
LNAx,2 gemeinsamer Sendeverstärker

Claims

Patentansprüche
1. Modul für eine Mobilfunkeinrichtung, mit einem Mehrfachschalter, der wahlweise Ausgänge für Sende- und/oder Empfangszweige unterschiedlicher Mobilfunksysteme mit einer Antenne verbinden kann mit einem ersten Ausgang für den Sendezweig eines im FDD-Mode geduplexten ersten Mobilfunksystems mit einem zweiten Ausgang für den Empfangszweig des ersten Mobilfunksystems mit einem dritten Ausgang für den Sendezweig eines vom ersten verschiedenen zweiten Mobilfunksystems mit einem vierten Ausgang für den Empfangszweig des zweiten Mobilfunksystems - bei dem im Mehrfachschalter eine Schalterstellung vorgesehen ist, die den Sendezweig und den Empfangszweig des ersten Mobilfunksystems gleichzeitig mit der Antenne verbindet, wobei im Modul Anpasselemente integriert sind, die den FDD-Duplexbetrieb für die im Sende- und Empfangszweig angeordneten Filter des ersten Mobilfunksystems gewährleisten und in dieser Schalterstellung den entsprechenden Zweigen zugeschaltet sind.
2. Modul nach Anspruch 1, umfassend Sende- und Empfangszweige von zumindest zwei im FDD-Mode geduplexten Mobilfunksystemen.
3. Modul nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem am Schalter zumindest zwei weitere Ausgänge für jeweils den Sende- und den Empfangszweig zumindest eines weiteren Mobilfunksystems vorgesehen sind, wobei die zumindest zwei Mobilfunksysteme zumindest zwei unterschiedlichen Übertragungsstandards gehorchen.
4. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Ausgänge für die Sendezweige einander benachbart aber räumlich von den Ausgängen der Empfangszweige getrennt angeordnet sind.
5. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem in das Modul Anpasselemente für jeden mit den Ausgängen verbindbaren Zweig integriert sind, wobei die Anpasselemente ausgewählt sind aus Phasenleitungen, Induktivitäten, Kapazitäten, Impedanzanpassnetzwerken und Impedanztransformationselementen .
6. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im Schalter eine Schalterstellung vorgesehen ist, die die beiden Zweige des ersten Mobilfunksystems sowie zumindest einen Sende- oder Empfangszweig eines weiteren Mobilfunksys- tems mit der Antenne so verbindet, dass über die integrierten
Anpasselemente ein Multiplexbetrieb möglich ist.
7. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Schalter auf einem Modulsubstrat montiert ist, das einen Mehrlagenaufbau mit mehreren Metallisierungsebenen aufweist, die zu Verschaltungen strukturiert sind, die passive Komponenten umfassen, ausgewählt aus Widerstand, Phasenleitung, Kapazität und Induktivität.
8. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Ausgänge zweier Empfangszweige schalterseitig miteinander verbunden sind und mit Hilfe der Anpasselemente ein Diplexerempfangsbetrieb möglich ist.
9. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Ausgänge der Sende- und Empfangszweige eines im FDD-Mode geduplexten Mobilfunksystems fest miteinander ver- bunden sind und die beiden Zweige über diese Verbindung in einer Schalterstellung des Schalters gleichzeitig und gemeinsam mit der Antenne verbunden werden können.
10. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Schalter Schalttransistoren oder andere Schalt- mittel umfasst, die über je eine Schaltleitung angesteuert werden können.
11. Modul nach Anspruch 10, bei dem das Modul einen Dekoder umfasst, der mit einer Anzahl Steuerleitungen angesteuert wird, die geringer ist als die Anzahl der Schaltleitungen, wobei die der Dekoder die über den über die Steuerleitungen übermittelten Kode in eine Kombination von Schalterstellungen übersetzt .
12. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Mehrfachschalter (MS) MEMS Schalter oder Halbleiterschaltelemente in pHEMT- , Bipolar- oder CMOS- umfasst ist.
13. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Modul die Sendezweige der diversen Mobilfunksys- teme samt der darin angeordneten Sendefilter umfasst, die als LC Filter im Substrat des Moduls integriert sind.
14. Modul nach Anspruch 13 , bei dem das Modul die Empfangszweige der diversen Mobilfunksysteme samt der darin angeordneten Empfangsfilter umfasst, die als SAW oder BAW-Filter ausgebildet sind.
15. Modul nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das Modul Leistungsverstärker in den Sendezweigen umfasst .
16. Modul nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Modul einen Receiver IC und einen Transmitter IC umfasst .
17. Modul nach Anspruch 15 oder 16, bei dem zwischen dem Leistungsverstärker und dem FDD ge- duplexten Sendefilter ein Richtkoppler angeordnet ist .
18. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem Sende- und Empfangszweige für vier GSM Mobilfunksysteme und für zumindest drei WCDMA Mobilfunksysteme mit den entsprechenden Sende und Empfangsfiltern auf dem Modul angeordnet sind.
19. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der Schalter wahlweise Ausgänge für Sende- und/oder Empfangszweige unterschiedlicher Mobilfunksysteme mit einer ersten oder einer weiteren Antenne verbinden kann.
20. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem ein Empfangszweig mit einem darin angeordneten Emp- fangsfilter vorgesehen ist, welches für zwei unterschiedliche aber im gleichen Frequenzband arbeitende Mobilfunksysteme genutzt werden kann.
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