WO2007131501A1 - Elektrisches bauelement - Google Patents

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WO2007131501A1
WO2007131501A1 PCT/DE2007/000896 DE2007000896W WO2007131501A1 WO 2007131501 A1 WO2007131501 A1 WO 2007131501A1 DE 2007000896 W DE2007000896 W DE 2007000896W WO 2007131501 A1 WO2007131501 A1 WO 2007131501A1
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filter
circuit
band
stop
resonator
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Christian Block
Alexander Freising
Christian Korden
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Epcos Ag
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    • H03H9/568—Electric coupling means therefor consisting of a ladder configuration
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    • H03H9/46—Filters
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    • H03H9/605—Electric coupling means therefor consisting of a ladder configuration
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    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423—Means for obtaining a particular transfer characteristic
    • H03H9/6433—Coupled resonator filters
    • H03H9/6483—Ladder SAW filters

Definitions

  • JP 10065489 A and JP 10065490 A disclose electrical components with band-stop filters comprising SAW transducers. Further components with SAW converters are known from US 4803449 and US 2005/0099244 Al.
  • An object to be solved is to provide an electrical component which is suitable for the reception of television and multimedia signals and thereby has a high suppression of interference signals in each data transmission band.
  • An electrical component with a filter circuit which comprises a first bandstop filter and a second bandstop filter.
  • the first bandstop filter comprises at least one resonator operating with acoustic waves and has a first stopband.
  • the second bandstop comprises LC elements and has a second stopband that is at least one octave higher than the first stopband.
  • the component is preferably used in the receive filter of a multimedia data receiver.
  • the multimedia data receiver is preferably arranged in a multifunctional portable mobile radio device.
  • the specified component manages the transmission of mobile radio signals, the transmission of short messages (SMS) and the undisturbed reception of television and multimedia signals simultaneously in MobiIfunkmeld.
  • the television reception is released in a frequency range between 470 MHz and 862 MHz (UHF band). Certain channels that are in this frequency range, especially in mobile devices for the reception of digital multimedia data such.
  • B. DVB-H can be used.
  • DVB-H stands for Digital Video Broadcasting for Handhelds.
  • the transmission of mobile data may take place in one of the following bands: GSM900 (880 ... 960 MHz), GSM1800 (1710 ...
  • the transmission power when transmitting the mobile radio signals is usually between 20 and 35 dBm.
  • the transmission signals are preferably suppressed by the filter circuit of the specified device by at least 35 dB.
  • the desired filter characteristic can be achieved in particular by an advantageous combination of resonators operating with acoustic waves and LC elements arranged in the second band-stop filter.
  • the acoustic resonator may be a surface acoustic wave resonator - SAW resonator - having an interdigital transducer.
  • SAW stands for Surface Acoustic Wave.
  • the interdigital transducer is preferably arranged between two acoustic reflectors. Interlocking electrodes of the transducer and reflector structures are preferably arranged on a piezoelectric substrate.
  • the acoustic resonator may also be a bulk acoustic wave resonator - BAW resonator - having a piezoelectric layer arranged between two electrode layers.
  • BAW stands for BuIk Acoustic Wave.
  • BAW resonators are characterized by a particularly high power resistance.
  • the first bandstop filter may comprise any combination of resonators formed in SAW and BAW techniques.
  • the filter circuit has a passband b. Z. in a frequency range between 470 and 869 MHz, in which signals are attenuated only slightly - preferably by 0 to 2 dB.
  • the first stopband is preferably adjacent to the passband, e.g. B. in the frequency range 890 to 915 MHz. In the first stopband, signals are preferably attenuated by at least 35 dB.
  • the filter circuit comprises a third bandstop filter which comprises at least one resonator operating with acoustic waves and has a third blocking region, which is preferably located next to the first blocking region.
  • the first and third blocking regions are preferably within one octave.
  • the first bandstop filter which is preferably arranged in front of the third bandstop filter, is realized in an advantageous variant in BAW technology.
  • the third band-stop filter can also be realized in BAW technology or alternatively in SAW technology.
  • the band-stop filters are preferably notch filters which block at a resonant frequency of the resonator.
  • the band-stop filter may comprise at least one series resonator arranged in a signal path. In the parallel resonance of the series resonators, the signal path is blocked.
  • the band-stop filter may also comprise at least one parallel resonator arranged in a shunt branch. In the series resonance of the parallel resonator, the signal path is blocked because signals are conducted to ground.
  • the band-stop filter may also comprise a series resonator and a parallel resonator. These resonators preferably form a member of a band-locking ladder type arrangement.
  • the series resonance of the parallel resonator preferably coincides substantially with the parallel resonance of the series resonator.
  • the second band-stop filter comprises a shunt branch connected to ground, which comprises a series resonant circuit with an inductance and a capacitance, wherein the resonant frequency of the series resonant circuit lies within the predetermined second stop band.
  • the second band-stop filter comprises a series branch arranged in the signal path with a parallel resonant circuit comprising a parallel connection of an inductance and a capacitor.
  • the resonant frequency of the parallel resonant circuit is in the predetermined second stopband.
  • the quality of the inductance is preferably at least 40 at 800 MHz.
  • an intermediate circuit comprising at least one circuit element selected from an inductance and a capacitor.
  • This intermediate circuit can act as the second bandstop filter.
  • the first bandstop filter is preferably arranged in front of the third bandstop filter.
  • the second bandstop filter can be arranged before the first bandstop filter, behind the third bandstop filter or, as already mentioned, between the first and the third bandstop bandstop.
  • a filter circuit which comprises at least one LC circuit in addition to the first, second and third bandstop filter.
  • the filter circuit may also comprise two or more LC circuits, which are arranged on the input side, output side or between the bandstop filters.
  • the LC circuit arranged on the input side preferably serves to adapt the input impedance of the filter circuit to the impedance of the upstream components (eg antenna).
  • the LC circuit arranged on the output side preferably serves to adapt the output impedance of the filter circuit to the impedance of the components following thereon (eg preamplifier).
  • the LC circuit (intermediate circuit) arranged between the bandstop filters serves inter alia as an adaptation element for matching the impedance of the acoustic resonators used in the bandstop filters.
  • Elements of the LC circuits include at least one circuit element selected from an inductance and a capacitance.
  • the elements of the LC circuits may be arranged in the signal path or in a shunt branch, which is connected to ground.
  • the LC circuits can each be realized as a filter, in particular a bandpass, a lowpass or a highpass.
  • Each acoustic resonator comprises in the equivalent circuit a series resonant circuit and a parallel resonant circuit.
  • the series resonance of a parallel resonant circuit comprising a parallel resonator arranged in the transverse branch and the parallel resonance of a series resonant circuit comprising a series resonator arranged in the signal path can lead to a zero in the transfer function of the filter circuit.
  • the elements of the LC circuits including the second bandstop filter and the intermediate circuit can be used in such resonant circuits to achieve a shift of the zeros in the transfer function of the filter circuit.
  • a zero point of the transfer function can be set at a desired frequency, which is preferably in the mobile band, so that the mobile radio signals can be efficiently suppressed.
  • FIG. 1 shows an exemplary filter circuit with two band-stop filters and two LC filters
  • FIG. 2A shows a filter circuit with two band-stop filters, an LC circuit arranged on the input side and an intermediate circuit comprising LC elements;
  • FIG. 2B shows a realization of the filter circuit according to FIG. 2A with SAW converters in the first and third band-stop filter
  • FIG. 2C shows the transfer function of the filter circuit according to FIG. 2B
  • FIG. 3A shows a filter circuit with SAW converters and a plurality of LC circuits
  • FIG. 3B shows a realization of the filter circuit according to FIG. 2A with BAW converters in the first and third band-stop filter;
  • FIG. 4A shows a filter circuit with three band-stop filters, an intermediate circuit comprising LC elements and an LC circuit arranged on the input side;
  • FIG. 4B shows the transfer function of the filter circuit according to FIG. 4A
  • FIG. 5 shows the equivalent circuit diagram of a component with the filter circuit according to FIG. 4A and a preamplifier arranged behind the filter circuit;
  • FIG. 6A shows the equivalent circuit diagram of a component with the filter circuit according to FIG. 2A and a balun arranged behind the filter circuit;
  • FIG. 6B shows the equivalent circuit diagram of a component with the filter circuit according to FIG. 4A, a preamplifier and a balun;
  • FIG. 6C shows a variant of the component according to FIG. 6B with an additional LC circuit
  • FIGS. 7A, 7B each show the equivalent circuit of a high integration device; 8 shows in cross section an electrical component with a carrier substrate and a chip arranged thereon.
  • Figure 1 shows a filter circuit which is arranged in a receiving path.
  • the filter circuit comprises a first bandstop filter 1, a third bandstop filter 3, an intermediate circuit 4 arranged between the bandstop filters 1, 3 and an LC circuit 5 on the input side.
  • Each band-stop filter 1, 3 comprises at least one resonator that works with acoustic waves. Such resonators can be seen in FIGS. 2B, 3A and 3B.
  • the LC circuit 5 is formed in the variant of Figure 1 as a bandpass filter.
  • the LC circuit 5 is also preferably provided as a matching circuit for matching the input impedance of the filter circuit to a predetermined standard impedance (eg, 50 ohms).
  • the intermediate circuit 4, which also comprises an LC circuit, is here also designed as a bandpass filter, which preferably serves as an adapter.
  • the circuits 4, 5 may each comprise a high-pass or a low-pass instead of a band-pass filter shown in FIG.
  • a blocking frequency (or zero point) of the filter circuit depends mainly on the respective band-stop filter and on the circuits directly connected to it.
  • first blocking frequencies 101, 102 of the filter circuit the first bandstop filter 1 and at least one element of the circuits 4 and / or 5 connected to it are important.
  • the 302 of the FiIterSciens is the third band-stop filter 3 and at least one element of the connected circuit 4 of importance.
  • FIG. 2A shows a filter circuit which has an arbitrary LC circuit 5 instead of the input-side bandpass filter shown in FIG.
  • the intermediate circuit 4 and / or the LC circuit 5 is provided here as the second band-stop filter 2.
  • the LC circuit 5, the bandstop filters 1,3 and the intermediate circuit 4 are connected in series.
  • the device may also comprise other circuit blocks which are provided as components of the filter circuit as in FIGS. 4A, 6A or as further functional blocks as in FIGS. 5, 6B, 6C, 7A, 7B. These circuit blocks are preferably also arranged in the signal path.
  • the sequence of said components of the filter circuit can in principle be arbitrary.
  • the circuits 4, 5 may each comprise at least one of the following circuit elements: a series capacitance, a shunt capacitance, a series inductance, a shunt inductance, and a stripline.
  • the first bandstop filter 1 is realized in the variant according to FIG. 2B as a ladder type element with a series resonator 11 and a parallel resonator 12.
  • the third band-stop filter 3 is also realized as a ladder-type member having a series resonator 31 and a parallel resonator 32.
  • the transfer function of the filter circuit according to FIG. 2B is shown in FIG. 2C.
  • the filter circuit is there characterized in that it has a passband 100 in the frequency range between 470 and 862 MHz and a first stopband in the frequency range between 880 and 915 MHz.
  • the series resonator 11 generates a zero 101 at about 894 MHz and the parallel resonator 12 a zero 102 at about 900 MHz.
  • the series resonator 31 generates a zero point 301 at about 900 MHz and the parallel resonator 32 a zero point 302 at about 881 MHz.
  • the insertion loss of the filter circuit shown in FIG. 2B does not exceed the value of -1.3 dB.
  • the attenuation of transmission signals in the GSM900 band is better than the default level of -40 dB.
  • FIG. 3A shows a variant of the filter circuit presented in FIG. 2B.
  • 5 further LC circuits 61, 62, 71, 72 are provided.
  • the LC circuit 61 is connected in parallel with the series resonator 11 and the LC circuit 62 is connected in parallel to the series resonator 31.
  • the LC circuit 71 is connected in series with the parallel resonator 12 and the LC circuit 72 in series with the parallel resonator 32.
  • the LC circuits 61, 62 connected in parallel with the resonators preferably each have a capacitance.
  • the LC circuits 71, 72 connected in series with the resonators preferably each comprise an inductance.
  • the LC circuits 61, 62, 71, 72 may each also comprise any desired combination of inductances and capacitances, in particular a series resonant circuit or a parallel resonant circuit.
  • Another filter circuit is shown in FIG. 3B.
  • the resonators 11, 12, 31, 32 shown in FIG. 3B may be BAW resonators or, as in FIG. 2B, SAW resonators.
  • the series resonator 11 is connected in front of the parallel resonator 12 and in the third bandstop filter 3 the series resonator 31 is connected after the parallel resonator 32.
  • FIG. 4A shows a filter circuit which is extended by a further LC circuit in comparison with the circuit shown in FIG. 2A.
  • This output side arranged LC circuit is preferably the second band-stop filter 2, while the circuits 4, 5 each z. B. a bandpass, a low pass or a high pass include.
  • the second band-stop filter comprises a shunt branch with a series resonant circuit having an inductance and a capacitance connected in series therewith.
  • the resonant frequency of the series resonant circuit or the stop band of the second bandstop filter 2 is preferably selected to be in the second stopband 201 of the filter circuit which is at least one octave higher than the first stopband (880 to 915 MHz) of the filter circuit.
  • the transfer function of the filter circuit according to FIG. 4A is shown in FIG. 4B.
  • this filter circuit it is possible to achieve a suppression of transmission signals of the GSM1800 and UMTS radio bands of at least 35 dB.
  • FIG. 5 shows a component which, in addition to the filter circuit explained in conjunction with FIG. 4A, comprises a preamplifier 81. With a solid line in the form of a rectangle is indicated in Fig. 5 and the following figures that the switching blocks 1, 2, 3, 4, 5, 81, 82nd of the component are integrated in a module explained in more detail in FIG.
  • a symmetrizing element (balun) is arranged according to the filter circuit explained in connection with FIG. 2A.
  • the balun 82 may also be provided for impedance transformation.
  • the output impedance of the filter circuit z From 50 ohms to 200 ohms or another reference impedance.
  • a Marchand-type balun comprising leads and LC components is considered to be particularly advantageous since it is particularly easy to integrate in a support substrate 20 ( Figure 8).
  • the second bandstop filter 2 and possibly the preamplifier 81 can be arranged, see FIG. 6B.
  • the arrangement of the preamplifier 81 in front of the balun 82, preferably between the filter circuit 1, 2, 3, 4, 5 and the balun 82, is particularly advantageous in terms of reducing the noise figure of the receiving system realized in the device. It is possible to arrange an LC circuit, in particular the second band-stop filter 2, behind the preamplifier 81.
  • the arrangement of circuit blocks behind the preamplifier, the total insertion loss of the device can be kept low.
  • At least one further band-stop filter 9, which comprises at least one resonator operating with acoustic waves, can be arranged behind the preamplifier 81.
  • the module preferably comprises a carrier substrate 20 and at least one chip 10 arranged thereon, see FIG. 8.
  • the carrier substrate 20 may be, for example, a multilayer substrate. strat based on an LTCC ceramic. LTCC stands for Low Temperature Cofired Ceramics. Between the ceramic layers circuit elements in the form of conductor surfaces and conductor track sections are arranged, the z. B. associated with the second bandstop filter. An integrated inductance can be formed by an elongated, optionally folded conductor track. An integrated capacitance can be formed by opposing conductor surfaces and the intermediate region of the ceramic layer. The wiring between different functional blocks of the component is preferably also realized in the carrier substrate 20. The second bandstop filter and the intermediate circuit are preferably completely integrated in the carrier substrate 20.
  • the chip preferably comprises a piezoelectric substrate with metal strips arranged thereon and associated with an electroacoustic transducer or an acoustic reflector.
  • the chip may also comprise a base substrate on which BAW resonators are arranged.
  • the carrier substrate 20 is particularly suitable as a carrier for semiconductor components. At least one further chip can be arranged on the carrier substrate, in which a circuit is integrated, selected from a balun, a low-noise amplifier, a semiconductor switch and an integrated receiver circuit.
  • the balun can also be arranged in the carrier substrate.
  • the use of the balun is particularly expedient in the exemplary embodiments according to FIGS. 7A and 7B, since highly integrated receive modules 83 and 84, which are realized in SiGe or CMOS technology, are generally designed for symmetric signal processing.
  • the first receiving block 83 includes a tuner.
  • the second receiving module 84 comprises a so-called baseband. This is, for example, a circuit for processing the multimedia signals.
  • the baseband may be part of the module, as indicated in FIG. 7A. Alternatively, as indicated in FIG. 7B, the base band may be realized in another component and connected to the module.
  • the preamplifier 81 may be a single transistor.
  • the preamplifier 81 may also be available in the form of an integrated circuit (MMIC).
  • MMIC stands for Monolithic Microwave Integrated Circuit.
  • MMIC preferably comprises at least one circuit which is suitable for stabilizing the operating point of semiconductor components (transistors).
  • the preamplifier 81 may be an SMD component or a wire-bonded component, which is preferably designed as a monolithic chip.
  • SMD stands for Surface Mounted Device.
  • the entire module can also be designed as an SMD component or a wire-bonded component.
  • the chips are preferably encapsulated by means of a potting compound.
  • the chips may also be covered by a cap which terminates against the top of the carrier substrate.
  • the cap may be made of a metal sheet suitable for electromagnetic shielding of the chips.
  • the cap may also comprise a preferably dimensionally stable electrically insulating material metallized in a variant for the purpose of electromagnetic shielding of the chips. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Es wird ein elektrisches Bauelement mit einer Filterschaltung angegeben, die eine erste Bandsperre (1) und eine zweite Bandsperre (2) umfasst, wobei die erste Bandsperre (1) mindestens einen mit akustischen Wellen arbeitenden Resonator (11, 12) umfasst und einen ersten Sperrbereich aufweist, und wobei die zweite Bandsperre (2) LC-Elemente umfasst und einen zweiten Sperrbereich (201) aufweist, der um mindestens eine Oktave höher als der erste Sperrbereich liegt.

Description

Beschreibung
Elektrisches Bauelement
Aus JP 10065489 A und JP 10065490 A sind elektrische Bauelemente mit Bandsperren bekannt, die SAW-Wandler umfassen. Weitere Bauelemente mit SAW-Wandlern sind aus US 4803449 und US 2005/0099244 Al bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein elektrisches Bauelement anzugeben, das zum Empfang von Fernseh- und Multimediasignalen geeignet ist und dabei in jedem Datenübertragungsband eine hohe Unterdrückung von Störsignalen aufweist.
Es wird ein elektrisches Bauelement mit einer Filterschaltung angegeben, die eine erste Bandsperre und eine zweite Bandsperre umfasst. Die erste Bandsperre umfasst mindestens einen mit akustischen Wellen arbeitenden Resonator und weist einen ersten Sperrbereich auf. Die zweite Bandsperre umfasst LC- Elemente und weist einen zweiten Sperrbereich auf, der um mindestens eine Oktave höher als der erste Sperrbereich liegt.
Das Bauelement wird vorzugsweise im Empfangsfilter eines MuI- timediadatenempfängers eingesetzt. Der Multimediadaten- empfänger ist vorzugsweise in einem multifunktionalen tragbaren MobiIfunkgerät angeordnet. Mit dem angegebenen Bauelement gelingt es, im MobiIfunkgerät die Übertragung von Mobilfunksignalen, die Übertragung von Kurzmittelungen (SMS) und den ungestörten Empfang von Fernseh- und Multimediasignalen gleichzeitig zu gewährleisten. Der Fernsehempfang ist in einem Frequenzbereich zwischen 470 MHz und 862 MHz (UHF-Band) freigegeben. Bestimmte Kanäle, die in diesem Frequenzbereich liegen, können insbesondere in Mobilfunkgeräten für den Empfang von digitalen Multimediadaten wie z. B. DVB-H genutzt werden. DVB-H steht für Digital Video Broadcasting for Handhelds . Die Übertragung von Mobilfunkdaten kann in einem der folgenden Bändern erfolgen: GSM900 (880... 960 MHz), GSM1800 (1710... 1880 MHz), UMTS (1920... 2170 MHz). Die Sendeleistung beim Senden der Mobilfunksignale liegt in der Regel zwischen 20 und 35 dBm. Um einen gleichzeitigen, ungestörten Empfang der Multimediadaten gewährleisten zu können, werden die Sendesignale durch die Filterschaltung des angegebenen Bauelements vorzugsweise um mindestens 35 dB unterdrückt. Die gewünschte Filtercharakteristik lässt sich insbesondere durch eine vorteilhafte Kombination von mit a- kustischen Wellen arbeitenden Resonatoren und von in der zweiten Bandsperre angeordneten LC-Elementen erzielen.
Der akustische Resonator kann ein mit akustischen Oberflächenwellen arbeitender Resonator - SAW-Resonator - sein, der einen Interdigitalwandler aufweist. SAW steht für Surface A- coustic Wave. Der Interdigitalwandler ist vorzugsweise zwischen zwei akustischen Reflektoren angeordnet. Ineinander greifende Elektroden des Wandlers und Reflektorstrukturen sind vorzugsweise auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet .
Der akustische Resonator kann auch ein mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator - BAW-Resonator - sein, der eine zwischen zwei Elektrodenschichten angeordnete piezoelektrische Schicht aufweist. BAW steht für BuIk Acoustic Wave. BAW-Resonatoren zeichnen sich durch eine besonders hohe Leistungsfestigkeit aus. Die erste Bandsperre kann eine beliebige Kombination von Resonatoren aufweisen, die in SAW- und BAW-Technik ausgebildet sind.
Die Filterschaltung weist einen Durchlassbereich b. Z. in einem Frequenzbereich zwischen 470 und 869 MHz auf, in dem Signale nur geringfügig - vorzugsweise um 0 bis 2 dB - gedampft werden. Der erste Sperrbereich liegt vorzugsweise neben dem Durchlassbereich, z. B. im Frequenzbereich 890 bis 915 MHz. Im ersten Sperrbereich werden Signale vorzugsweise um mindestens 35 dB gedämpft.
Mit der zweiten Bandsperre gelingt es, eine relativ hohe Fernselektion (flyback) des Bauelements z. B. bei Frequenzen oberhalb von 1700 MHz zu erzielen.
Die Filterschaltung umfasst in einer vorteilhaften Variante eine dritte Bandsperre, die mindestens einen mit akustischen Wellen arbeitenden Resonator umfasst und einen dritten Sperrbereich aufweist, der vorzugsweise neben dem ersten Sperrbereich liegt. Der erste und dritte Sperrbereich liegen vorzugsweise innerhalb einer Oktave.
Die vorzugsweise vor der dritten Bandsperre angeordnete erste Bandsperre ist in einer vorteilhaften Variante in BAW-Technik realisiert. Die dritte Bandsperre kann auch in BAW-Technik oder alternativ in SAW-Technik realisiert sein.
Die Bandsperren sind vorzugsweise Notch-Filter, die bei einer Resonanzfrequenz des Resonators sperren. Die Bandsperre kann mindestens einen Serienresonator umfassen, der in einem Signalpfad angeordnet ist. Bei der Parallelresonanz des Serien- resonators wird der Signalpfad gesperrt. Die Bandsperre kann auch mindestens einen Parallelresonator umfassen, der in einem Querzweig angeordnet ist. Bei der Serienresonanz des Parallelresonators wird der Signalpfad gesperrt, weil Signale gegen Masse geleitet werden.
Die Bandsperre kann auch einen Serienresonator und einen Parallelresonator umfassen. Diese Resonatoren bilden vorzugsweise ein Glied einer bandsperrenden Laddertype-Anordnung. Die Serienresonanz des Parallelresonators stimmt vorzugsweise mit der Parallelresonanz des Serienresonators im Wesentlichen überein.
Die zweite Bandsperre umfasst in einer Variante einen gegen Masse geschalteten Querzweig, der einen Serienschwingkreis mit einer Induktivität und einer Kapazität umfasst, wobei die Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises im vorgegebenen zweiten Sperrbereich liegt.
Die zweite Bandsperre umfasst in einer anderen Variante einen im Signalpfad angeordneten Serienzweig mit einem Parallelschwingkreis, der eine Parallelschaltung einer Induktivität und einer Kapazität umfasst. Die Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises liegt im vorgegebenen zweiten Sperrbereich.
Die Güte der Induktivität beträgt vorzugsweise mindestens 40 bei 800 MHz.
Zwischen der ersten und der dritten Bandsperre kann eine Zwischenschaltung angeordnet sein, die mindestens ein Schaltungselement umfasst, das aus einer Induktivität und einer Kapazität ausgewählt ist. Diese Zwischenschaltung kann als die zweite Bandsperre fungieren. Die erste Bandsperre ist vorzugsweise vor der dritten Bandsperre angeordnet. Die zweite Bandsperre kann je nach Ausführung vor der ersten Bandsperre, hinter der dritten Bandsperre oder - wie bereits erwähnt - zwischen der ersten und der dritten Bandsperre angeordnet sein.
Als besonders vorteilhaft wird eine Filterschaltung betrachtet, die neben der ersten, zweiten und dritten Bandsperre mindestens eine LC-Schaltung umfasst. Die Filterschaltung kann aber auch zwei oder mehr LC-Schaltungen umfassen, die eingangsseitig, ausgangsseitig oder zwischen den Bandsperren angeordnet sind. Die eingangsseitig angeordnete LC-Schaltung dient vorzugsweise zur Anpassung der Eingangsimpedanz der FiIterSchaltung an die Impedanz der vorgeschalteten Komponenten (z. B. Antenne). Die ausgangsseitig angeordnete LC- Schaltung dient vorzugsweise zur Anpassung der Ausgangsimpedanz der Filterschaltung an die Impedanz der darauf folgenden Komponenten (z. B. Vorverstärker). Die zwischen den Bandsperren angeordnete LC-Schaltung (Zwischenschaltung) dient unter - anderem als Anpassglied zur Anpassung der Impedanz der in den Bandsperren eingesetzten akustischen Resonatoren.
Zu Elementen der LC-Schaltungen gehört mindestens ein Schaltungselement, ausgewählt aus einer Induktivität und einer Kapazität. Die Elemente der LC-Schaltungen können im Signalpfad oder in einem Querzweig angeordnet sein, der gegen Masse geschaltet ist. Die LC-Schaltungen können jeweils als Filter, insbesondere ein Bandpass, ein Tiefpass oder ein Hochpass realisiert sein.
Jeder akustische Resonator umfasst im Ersatzschaltbild einen Serienschwingkreis und einen Parallelschwingkreis. Durch die - S -
an den jeweiligen Resonator angeschlossenen Elemente der LC- Schaltungen bietet sich die Möglichkeit an, diese Schwingkreise zu erweitern und somit deren Resonanzfrequenz zu beeinflussen.
Die Serienresonanz eines Parallelschwingkreises, der einen im Querzweig angeordneten Parallelresonator umfasst, sowie die Parallelresonanz eines Serienschwingkreises, der einen im Signalpfad angeordneten Serienresonator umfasst, kann zu einer Nullstelle in der Übertragungsfunktion der Filterschaltung führen. Die Elemente der LC-Schaltungen inklusive der zweiten Bandsperre und der Zwischenschaltung können in solchen Schwingkreisen mit verwendet werden, um eine Verschiebung der Nullstellen in der Übertragungsfunktion der Filterschaltung zu erzielen. Dadurch kann eine Nullstelle der Übertragungsfunktion bei einer gewünschten Frequenz eingestellt werden, die vorzugsweise im Mobilfunkband liegt, so dass die Mobilfunksignale effizient unterdrückt werden können.
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen des Bauelements anhand von schematischen und nicht maßstabgetreuen Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine beispielhafte Filterschaltung mit zwei Bandsperren und zwei LC-FiItem;
Figur 2A eine Filterschaltung mit zwei Bandsperren, einer eingangsseitig angeordneten LC-Schaltung und einer Zwischenschaltung, die LC-Elemente umfasst;
Figur 2B eine Realisierung der Filterschaltung gemäß der Figur 2A mit SAW-Wandlern in der ersten und dritten Bandsperre; Figur 2C die Übertragungsfunktion der Filterschaltung gemäß der Figur 2B;
Figur 3A eine Filterschaltung mit SAW-Wandlern und mehreren LC-Schaltungen;
Figur 3B eine Realisierung der Filterschaltung gemäß der Figur 2A mit BAW-Wandlern in der ersten und dritten Bandsperre;
Figur 4A eine Filterschaltung mit drei Bandsperren, einer LC-Elemente umfassenden Zwischenschaltung und einer eingangs- seitig angeordneten LC-Schaltung;
Figur 4B die Übertragungsfunktion der Filterschaltung gemäß der Figur 4A;
Figur 5 das Ersatzschaltbild eines Bauelements mit der Filterschaltung gemäß der Figur 4A und einem hinter der Filterschaltung angeordneten Vorverstärker;
Figur 6A das Ersatzschaltbild eines Bauelements mit der Filterschaltung gemäß der Figur 2A und einem hinter der Filterschaltung angeordneten Balun;
Figur 6B das Ersatzschaltbild eines Bauelements mit der Filterschaltung gemäß der Figur 4A, einem Vorverstärker und einem Balun;
Figur 6C eine Variante des Bauelements gemäß der Figur 6B mit einer zusätzlichen LC-Schaltung;
Figuren 7A, 7B jeweils das Ersatzschaltbild eines Bauelements mit hoher Integration; Figur 8 im Querschnitt ein elektrisches Bauelement mit einem Trägersubstrat und einem darauf angeordneten Chip.
Figur 1 zeigt eine Filterschaltung, die in einem Empfangspfad angeordnet ist. Die Filterschaltung umfasst eine erste Bandsperre 1, eine dritte Bandsperre 3, eine zwischen den Bandsperren 1, 3 angeordnete Zwischenschaltung 4 und eine ein- gangsseitige LC-Schaltung 5.
Jede Bandsperre 1, 3 umfasst mindestens einen Resonator, der mit akustischen Wellen arbeitet. Solche Resonatoren sind in den Figuren 2B, 3A und 3B zu sehen.
Die LC-Schaltung 5 ist in der Variante gemäß Figur 1 als Bandpassfilter ausgebildet. Die LC-Schaltung 5 ist vorzugsweise darüber hinaus als eine AnpassSchaltung zur Anpassung der Eingangsimpedanz der FiIterSchaltung an eine vorgegebene Standardimpedanz (z. B. 50 Ohm) vorgesehen.
Die Zwischenschaltung 4, die auch eine LC-Schaltung umfasst, ist hier auch als Bandpassfilter ausgebildet, das vorzugsweise als Anpassglied dient. Die Schaltungen 4, 5 können jeweils anstelle eines in Fig. 1 gezeigten Bandpassfilters einen Hochpass oder einen Tiefpass umfassen.
Eine Sperrfrequenz (oder Nullstelle) der Filterschaltung hängt vor allem von der jeweiligen Bandsperre sowie von den direkt an sie angeschlossenen Schaltungen ab. Für die Einstellung von ersten Sperrfrequenzen 101, 102 der Filterschaltung ist die erste Bandsperre 1 sowie zumindest ein Element der an sie angeschlossenen Schaltungen 4 und/oder 5 von Bedeutung. Für die Einstellung von dritten Sperrfrequenzen 301, - S -
302 der FiIterSchaltung ist die dritte Bandsperre 3 sowie zumindest ein Element der an diese angeschlossenen Schaltung 4 von Bedeutung.
In Figur 2A ist eine Filterschaltung gezeigt, die anstelle des in Fig. 1 gezeigten eingangsseitigen Bandpasses eine beliebige LC-Schaltung 5 aufweist. Im Unterschied zu der Variante gemäß der Figur 1 ist hier die Zwischenschaltung 4 und/oder die LC-Schaltung 5 als die zweite Bandsperre 2 vorgesehen.
Die LC-Schaltung 5, die Bandsperren 1,3 und die Zwischenschaltung 4, sind in Serie geschaltet. Das Bauelement kann auch weitere Schaltungsblöcke umfassen, die wie in Fig. 4A, 6A als Komponenten der FilterSchaltung oder wie in Fig. 5, 6B, 6C, 7A, 7B als weitere Funktionsblöcke vorgesehen sind. Diese Schaltungsblöcke sind vorzugsweise auch im Signalpfad angeordnet. Die Reihenfolge der genannten Komponenten der FiIterSchaltung kann im Prinzip beliebig sein.
Die Schaltungen 4, 5 können jeweils mindestens eine der folgenden Schaltungselemente umfassen: eine Serienkapazität, eine Parallelkapazität, eine Serieninduktivität, eine Parallelinduktivität und eine Streifenleitung.
Die erste Bandsperre 1 ist in der Variante gemäß der Figur 2B als ein Laddertype-Glied mit einem Serienresonator 11 und einem Parallelresonator 12 realisiert. Die dritte Bandsperre 3 ist auch als ein Laddertype-Glied mit einem Serienresonator 31 und einem Parallelresonator 32 realisiert.
Die Übertragungsfunktion der Filterschaltung gemäß der Figur 2B ist in der Figur 2C gezeigt. Die Filterschaltung ist da- durch charakterisiert, dass sie im Frequenzbereich zwischen 470 und 862 MHz einen Durchlassbereich 100 und im Frequenzbereich zwischen 880 und 915 MHz einen ersten Sperrbereich aufweist. Dabei erzeugt der Serienresonator 11 eine Nullstelle 101 bei ca. 894 MHz und der Parallelresonator 12 eine Nullstelle 102 bei ca. 900 MHz. Der Serienresonator 31 erzeugt eine Nullstelle 301 bei ca. 900 MHz und der Parallelresonator 32 eine Nullstelle 302 bei ca. 881 MHz.
Im Durchlassbereich 100 übersteigt die Einfügedämpfung der in Fig. 2B gezeigten Filterschaltung nicht den Wert von -1,3 dB. Die Dämpfung von Sendesignalen im GSM900 Band ist dabei besser als der vorgegebene Pegel von -40 dB.
In Figur 3A ist eine Variante der in Figur 2B vorgestellten Filterschaltung gezeigt. In diesem Fall sind neben den Schaltungen 4, 5 weitere LC-Schaltungen 61, 62, 71, 72 vorgesehen.
Die LC-Schaltung 61 ist parallel zum Serienresonator 11 und die LC-Schaltung 62 parallel zum Serienresonator 31 geschaltet. Die LC-Schaltung 71 ist in Serie mit dem Parallelresonator 12 und die LC-Schaltung 72 in Serie mit dem Parallelresonator 32 geschaltet.
Die parallel zu den Resonatoren geschalteten LC-Schaltungen 61, 62 umfassen vorzugsweise jeweils eine Kapazität. Die seriell zu den Resonatoren geschalteten LC-Schaltungen 71, 72 umfassen vorzugsweise jeweils eine Induktivität. Die LC- Schaltungen 61, 62, 71, 72 können jeweils auch eine beliebige Kombination von Induktivitäten und Kapazitäten, insbesondere einen Serienschwingkreis oder einen Parallelschwingkreis, umfassen. Eine weitere Filterschaltung ist in Fig. 3B gezeigt. Die in Fig. 3B gezeigten Resonatoren 11, 12, 31, 32 können BAW- Resonatoren oder wie in Fig. 2B SAW-Resonatoren sein. Im Unterschied zu Fig. 2B ist bei der ersten Bandsperre 1 der Serienresonator 11 vor dem Parallelresonator 12 und bei der dritten Bandsperre 3 der Serienresonator 31 nach dem Parallelresonator 32 geschaltet.
In Figur 4A ist eine FiIterSchaltung gezeigt, die gegenüber der in Fig. 2A gezeigten Schaltung um eine weitere LC- Schaltung erweitert ist. Diese ausgangsseitig angeordnete LC- Schaltung ist vorzugsweise die zweite Bandsperre 2, während die Schaltungen 4, 5 jeweils z. B. einen Bandpass, einen Tiefpass oder einen Hochpass umfassen. Vorzugsweise umfasst die zweite Bandsperre einen Querzweig mit einem Serienschwingkreis, der eine Induktivität und eine in Serie zu dieser geschaltete Kapazität aufweist. Die Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises oder der Sperrbereich der zweiten Bandsperre 2 ist vorzugsweise so gewählt, dass sie im zweiten Sperrbereich 201 der Filterschaltung liegt, der um mindestens eine Oktave höher liegt als der erste Sperrbereich (880 bis 915 MHz) der Filterschaltung.
Die Übertragungsfunktion der Filterschaltung gemäß der Figur 4A ist in der Figur 4B gezeigt. Mit dieser FiIterSchaltung gelingt es, eine Unterdrückung von Sendesignalen der Funkbänder GSM1800 und UMTS von mindestens 35 dB zu erreichen.
In Figur 5 ist ein Bauelement gezeigt, das neben der in Zusammenhang mit der Figur 4A erläuterten Filterschaltung einen Vorverstärker 81 umfasst. Mit einer durchgezogenen Linie in Form eines Rechtecks ist in Fig. 5 und den nachfolgenden Figuren angedeutet, dass die Schaltblöcke 1, 2, 3, 4, 5, 81, 82 des Bauelements in einem in Figur 8 näher erläuterten Modul integriert sind.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6A ist nach der in Zusammenhang mit der Figur 2A erläuterten Filterschaltung ein Sym- metrierglied (Balun) angeordnet. Der Balun 82 kann auch für eine Impedanztransformation vorgesehen sein. Insbesondere kann mittels des Baluns die Ausgangsimpedanz der Filterschaltung z. B. von 50 Ohm auf 200 Ohm oder eine andere Referenzimpedanz geändert werden . Ein Balun des Marchand-Typs , der Leitungen und gg. LC-Komponenten umfasst, wird als besonders vorteilhaft betrachtet, da er sich in einem TrägerSubstrat 20 (Fig. 8) besonders leicht integrieren lässt.
Zwischen der dritten Bandsperre 3 und dem Balun 82 kann die zweite Bandsperre 2 und ggf. der Vorverstärker 81 angeordnet sein, siehe Figur 6B. Die Anordnung des Vorverstärkers 81 vor dem Balun 82, vorzugsweise zwischen der Filterschaltung 1, 2, 3, 4, 5 und dem Balun 82, ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Verringerung der Rauschzahl des im Bauelement realisierten EmpfangsSystems . Es besteht die Möglichkeit, eine LC-Schaltung, insbesondere die zweite Bandsperre 2, hinter dem Vorverstärker 81 anzuordnen. Durch die Anordnung von Schaltungsblöcken hinter dem Vorverstärker kann die Gesamt- einfügedämpfung des Bauelements gering gehalten werden.
Hinter dem Vorverstärker 81 kann mindestens eine weitere Bandsperre 9 angeordnet sein, die mindestens einen mit akustischen Wellen arbeitenden Resonator umfasst.
Das Modul umfasst vorzugsweise ein Trägersubstrat 20 und mindestens einen auf diesem angeordneten Chip 10, siehe Fig. 8. Als Trägersubstrat 20 ist beispielsweise ein mehrlagiges Sub- strat auf der Basis einer LTCC-Keramik geeignet. LTCC steht für Low Temperature Cofired Ceramics. Zwischen den Keramiklagen sind Schaltungselemente in Form von Leiterflächen und Leiterbahnabschnitten angeordnet, die z. B. der zweiten Bandsperre zugeordnet sind. Eine integrierte Induktivität kann dabei durch eine lang gestreckte, ggf. gefaltete Leiterbahn gebildet werden. Eine integrierte Kapazität kann durch gegenüberliegende Leiterflächen und den dazwischen liegenden Bereich der Keramiklage gebildet werden. Im Trägersubstrat 20 ist vorzugsweise auch die Verdrahtung zwischen verschiedenen Funktionsblöcken des Bauelements realisiert. Die zweite Bandsperre und die Zwischenschaltung ist vorzugsweise vollständig im Trägersubstrat 20 integriert.
Der Chip umfasst vorzugsweise ein piezoelektrisches Substrat mit darauf angeordneten Metallstreifen, die einem elektro- akustischen Wandler oder einem akustischen Reflektor zugeordnet sind. Der Chip kann auch ein Basissubstrat umfassen, auf dem BAW-Resonatoren angeordnet sind.
Das Trägersubstrat 20 ist insbesondere als Träger für Halbleiterkomponenten geeignet. Auf dem Trägersubstrat kann mindestens ein weiterer Chip angeordnet sein, in dem eine Schaltung integriert ist, ausgewählt aus einem Balun, einem rauscharmen Verstärker, einem Halbleiterschalter und einer integrierten Empfängerschaltung. Der Balun kann auch im Trägersubstrat angeordnet sein.
Die Verwendung des Baluns ist insbesondere in den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 7A und 7B zweckmäßig, da hochintegrierte Empfangsbausteine 83 und 84, die in SiGe oder CMOS Technologie realisiert sind, in der Regel für eine symmetrische SignalVerarbeitung ausgelegt sind. Der erste Empfangsbaustein 83 umfasst einen Tuner. Der zweite Empfangsbaustein 84 umfasst ein so genanntes Basisband. Dies ist beispielsweise eine Schaltung zur Verarbeitung der Multimediasignalen. Das Basisband kann, wie in Fig. 7A angedeutet, ein Bestandteil des Moduls sein. Das Basisband kann alternativ, wie in Fig. 7B angedeutet, in einem anderen Bauelement realisiert und an das Modul anschließbar sein.
Der Vorverstärker 81 kann ein einzelner Transistor sein. Der Vorverstärker 81 kann auch in Form eines integrierten Schaltkreises (MMIC) zur Verfügung stehen. MMIC steht für Mono- lithic Microwave Integrated Circuit. MMIC umfasst vorzugsweise mindestens einen Schaltkreis, der zur Stabilisierung des Arbeitspunktes von Halbleiterkomponenten (Transistoren) geeignet ist. Der Vorverstärker 81 kann ein SMD-Bauteil oder ein drahtgebondetes Bauteil ausgebildet sein, das vorzugsweise als ein monolithischer Chip ausgebildet ist. SMD steht für Surface Mounted Device.
Das gesamte Modul kann auch als ein SMD-Bauteil oder ein drahtgebondetes Bauteil ausgebildet sein. Die Chips sind vorzugsweise mittels einer Vergussmasse verkapselt. Die Chips können auch durch eine Kappe abgedeckt werden, die gegen die Oberseite des Trägersubstrats abschließt. Die Kappe kann aus einem Metallblech gefertigt sein, das zur elektromagnetischen Abschirmung der Chips geeignet ist. Die Kappe kann auch ein vorzugsweise formstabiles elektrisch isolierendes Material umfassen, das in einer Variante zum Zwecke der elektromagnetischen Abschirmung der Chips metallisiert ist. Bezugszeichenliste
1 erste Bandsperre
2 zweite Bandsperre
3 dritte Bandsperre
4 Zwischenschaltung
5 LC-Filter
9 zusätzliche Bandsperre mit einem akustischen Resonator
10 Chip
11 Serienresonator
12 Parallelresonator 20 Trägersubstrat
31 Serienresonator
32 Parallelresonator 61, 62 LC-Schaltung
71, 7,2 LC-Schaltung im Querzweig
81 Vorverstärker
82 Balun
83 Empfänger-IC (Tuner)
84 Schaltung zur Bearbeitung von Multimediadaten 100 Durchlassbereich der FiIterSchaltung
101, 102 erste Nullstellen
201 Sperrbereich der zweiten Bandsperre
301, 302 dritte Nullstellen

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Bauelement
- mit einer Filterschaltung, die eine erste Bandsperre (1) und eine zweite Bandsperre (2) umfasst,
- wobei die erste Bandsperre (1) mindestens einen mit akustischen Wellen arbeitenden Resonator (11, 12) umfasst und einen ersten Sperrbereich aufweist,
- wobei die zweite Bandsperre (2) LC-Elemente umfasst und einen zweiten Sperrbereich (201) aufweist, der um mindestens eine Oktave höher als der erste Sperrbereich liegt.
2. Bauelement nach Anspruch 1,
- wobei die FiIterSchaltung einen Durchlassbereich (100) aufweist,
- wobei der erste Sperrbereich neben dem Durchlassbereich (100) liegt.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2,
- wobei die Filterschaltung eine dritte Bandsperre (3) umfasst, die mindestens einen mit akustischen Wellen arbeitenden Resonator (31, 32) umfasst und einen dritten Sperrbereich (301) aufweist,
- wobei der erste Sperrbereich und der dritte Sperrbereich (301) nebeneinander liegen.
4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- wobei die erste Bandsperre (1) einen ersten Resonator (11) in einem Serienzweig aufweist.
5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
- wobei die erste Bandsperre (1) einen zweiten Resonator (12) in einem Querzweig aufweist.
6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
- wobei die zweite Bandsperre (2) einen gegen Masse geschalteten Querzweig umfasst, der einen Serienschwingkreis mit einer Induktivität und einer Kapazität umfasst,
- wobei die Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises im vorgegebenen zweiten Sperrbereich (201) liegt.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
- wobei die zweite Bandsperre (2) einen im Signalpfad angeordneten Serienzweig umfasst, der einen Parallelschwingkreis mit einer Induktivität und einer Kapazität umfasst,
- wobei die Resonanzfrequenz des ParallelSchwingkreises im vorgegebenen zweiten Sperrbereich (201) liegt.
8. Bauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
- wobei die Filterschaltung eine zwischen der ersten und dritten Bandsperre (1, 3) angeordnete Zwischenschaltung (4) umfasst, die mindestens ein Schaltungselement umfasst, das aus einer Induktivität und einer Kapazität ausgewählt ist.
9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ,
- wobei die Filterschaltung in einem Empfangspfad des Bauelements angeordnet ist.
10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
- wobei die zweite Bandsperre (2) in einem Trägersubstrat (20) integriert ist, auf dem ein Chip (10) angeordnet ist, der den mindestens einen mit akustischen Wellen arbeitenden Resonator (11, 12) aufweist.
11. Bauelement nach Anspruch 10,
- wobei auf dem Trägersubstrat (20) mindestens ein weiterer Chip angeordnet ist, in dem eine Schaltung integriert ist, ausgewählt aus einem Balun, einem rauscharmen Verstärker, einem Halbleiterschalter und einer integrierten Empfängerschaltung.
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