WO2008129044A1 - Frontendmodul für multiband multistandard kommunikationsendgerät mit einer gemeinsammen antenne - Google Patents

Frontendmodul für multiband multistandard kommunikationsendgerät mit einer gemeinsammen antenne Download PDF

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WO2008129044A1
WO2008129044A1 PCT/EP2008/054861 EP2008054861W WO2008129044A1 WO 2008129044 A1 WO2008129044 A1 WO 2008129044A1 EP 2008054861 W EP2008054861 W EP 2008054861W WO 2008129044 A1 WO2008129044 A1 WO 2008129044A1
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WO
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path
end module
module according
signal path
transmission
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PCT/EP2008/054861
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Andreas Przadka
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Epcos Ag
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/005—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges
    • H04B1/0053—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges with common antenna for more than one band
    • H04B1/0057—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges with common antenna for more than one band using diplexing or multiplexing filters for selecting the desired band
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/403—Circuits using the same oscillator for generating both the transmitter frequency and the receiver local oscillator frequency
    • H04B1/406—Circuits using the same oscillator for generating both the transmitter frequency and the receiver local oscillator frequency with more than one transmission mode, e.g. analog and digital modes

Definitions

  • a front end module is z. B. from the publication DE 10352642 Al known.
  • An object to be solved is to specify a front-end module that allows data transmission in several radio bands.
  • a front-end module with an antenna path and a crossover is specified.
  • the crossover is connected to the antenna path and a first, second and third signal path.
  • the first signal path is provided for transmitting transceiver signals in at least two first frequency bands, which are assigned to different transmission systems.
  • the second signal path is provided for transmission of transceiver signals in at least two second frequency bands, which are assigned to different transmission systems.
  • the third signal path is provided for the transmission of received signals in a third frequency band.
  • the passband of the third signal path is preferably between the passbands of the first and second signal paths.
  • the first signal path allows for example signals in the frequency range 824 to 960 MHz, the second signal path signals in the frequency range 1710 to 2170 MHz and the third signal path signals in the frequency range 1574.42-1576.42 MHz (GPS band).
  • the crossover comprises a low pass connected to the first signal path and a high pass connected to the second signal path.
  • the high pass and the low pass can each be realized by means of electrically interconnected capacitances and inductances.
  • a broadband bandpass can be used.
  • the broadband bandpass can be realized for example by a suitable connection of a low-pass filter and a high-pass filter.
  • the crossover comprises a bandpass connected to the third signal path, which preferably comprises at least one SAW or BAW filter.
  • the front-end module preferably has a carrier substrate and at least one chip mounted on the substrate.
  • the crossover is realized in an advantageous variant partially in the carrier substrate and partially in the chip.
  • the front-end module comprises a first switch which connects the first signal path alternately to at least four first part-paths.
  • the at least four first partial paths comprise at least two reception paths, at least one transmission path and at least one transceiver path.
  • the front-end module comprises a second switch, which alternately connects the second signal path to at least four second part-paths.
  • the at least four second partial paths comprise at least two reception paths, at least one transmission path and at least one transmission reception path.
  • the switches are preferably realized in at least one chip which is mounted on the carrier substrate. Different switches can be implemented in separate chips or in a common chip.
  • the respective transmission path can for the data transmission of at least two different transmission systems, eg. GSM1800 and GSM1900 or alternatively GSM850 and GSM900.
  • a receive filter is preferably arranged, a transmit filter in the respective transmit path, and a receive filter in the third signal path.
  • the transmission filters can be designed as low-passes or band-passes.
  • the receive filters are preferably bandpasses.
  • the band passes can z. B. be designed as SAW or BAW filter.
  • a duplexer is arranged in a variant.
  • the respective duplexer comprises a transmission filter and a reception filter.
  • the respective duplexer is used in a variant for operation in a CDMA system and in another variant for operation in a WCDMA system.
  • the receive filters and / or the transmit filters are realized in at least one chip which is mounted on the carrier substrate. is animal.
  • the transmission filters can also be realized in the carrier substrate.
  • a low-noise amplifier is arranged in the respective receive path and a power amplifier is arranged in the respective transmit path.
  • the low-noise amplifiers are realized in at least one LNA chip, which may be mounted on the carrier substrate or integrated in a transceiver chip.
  • the power amplifiers are realized in at least one PA chip, which may be mounted on the carrier substrate, or is arranged externally to the module in a separate housing.
  • LNA Low Noise Amplifier.
  • PA Power Amplifier. In principle, it is also possible to realize both the LNAs and the PAs in a common chip.
  • FIG. 1 shows the equivalent circuit of a first front-end module
  • FIG. 2 shows the equivalent circuit diagram of a second front-end module
  • Figure 3 is a perspective view of a frequency module.
  • FIG. 1 shows a front-end module with an antenna path ANT and a frequency divider FW connected to the antenna path.
  • the crossover FW serves to branch the antenna path into a first signal path SP1, a second signal path SP2 and a third signal path SP3.
  • the crossover FW comprises a first filter FlO arranged in the first signal path, a signal applied in the second signal path. arranged second filter F20 and a third signal path arranged in the third filter F30.
  • the first filter Fl0 is preferably a low pass filter
  • the second filter F20 a high pass filter
  • the third filter F30 a bandpass filter.
  • the filters Fl0, F20 and F30 have different passage areas from each other. The respective filter blocks in the passband of the other filters.
  • the respective filters of the crossover can be designed so that the first signal path SPl, for example, signals in the frequency range 824-960 MHz, the second signal path SP2 signals in the frequency range 1710-2170 MHz and the third signal path SP3 signals in the GPS band 1574.42-1576.42 MHz passes ,
  • the first and second filters Fl0, F20 are realized in a first embodiment by means of inductances and capacitances.
  • the third filter F30 is implemented as a SAW filter or a BAW filter.
  • the first signal path SP1 is connected in a conducting manner by means of a first switch S1 alternately to one of the four first partial paths RX1, RX2, TX12 and TR3.
  • the second signal path SP2 is connected by means of a second switch S2 alternately with one of the four second sub-paths RX5, RX6, TX56 and TR7 conductive.
  • RX paths are receive paths
  • TX paths are transmit paths
  • TR paths are transmit paths.
  • the reception path RX1 is assigned to the GSM850 radio band, the RX2 reception path to the GSM900 radio band, and the TX12 transmission path to the GSM850 and GSM900 radio bands.
  • the transceiver path TR3 is assigned to the CDMA850 radio band.
  • the transmission reception path TR3 branches by means of a duplexer into a transmission path TX3 and a reception path RX3.
  • the duplexer is through a receive filter F31 and a Send filter F32 formed.
  • the reception filter F31 is arranged in the reception path RX3 and the transmission filter F32 in the transmission path TX3.
  • the reception path RX5 of the second signal path SP2 is assigned to the GSM1800 radio band, the reception path RX6 to the GSM1900 radio band and the transmission path TX56 to the two GSM1800 and GSM1900 radio bands.
  • the transmission reception path TR3 is assigned to the radio band CDMA1900.
  • the transceiver path TR7 branches by means of a duplexer into a transmission path TX7 and a reception path RX7.
  • the duplexer is formed by a reception filter F71 and a transmission filter F72.
  • the reception filter F71 is arranged in the reception path RX7 and the transmission filter F72 in the transmission path TX7.
  • the first signal path SP1 is connected to the input of the multi-switch Sl, which has four switchable outputs (SP4T) in the first embodiment.
  • the second signal path SP2 is also connected to the input of another quad switch S2 in the first embodiment.
  • the third signal path SP3 is provided as a reception path RX4, forms here the reception terminal for the GPS system and is connected to a preamplifier LNA4 of a GPS receiver not shown in the figure.
  • the four outputs of the first switch are connected to the receive filter Fl for GSM850, to the receive filter F2 for GSM900, to the transmit low pass F12 for GSM850 / 900, and to the input of the duplexer for CDMA850.
  • the outputs of the receive filters Fl, F2 for GSM850 and GSM900 are then each connected to a preamplifier for GSM850 or GSM900.
  • These preamplifiers are in FIG. 1 Not shown. You are, for example, in an integrated circuit (RF-IC), which also other components of the receiving circuit such. As mixer, VCO, preamplifier other systems, etc. may include.
  • the transmit low pass F12 for GSM850 / 900 is connected to the output of a transmit amplifier PA12 for GSM850 / 900.
  • the receiving output of duplexer F31, F32 is connected to a preamplifier LNA3 for the CDMA850 system.
  • the transmission output of this duplexer is connected to the output of a transmission amplifier PA3 for CDMA850.
  • the four outputs of the second switch S2 are connected in an analogous manner to partial paths in which filters F5, F6, F56, F71, F72, preamplifiers LNA7, LNA8 and transmit amplifiers PA56, PA7, PA8 are arranged for the systems GSM1800, GSM1900 and CDMA1900.
  • the transmit receive path TR3 associated with the duplexer input is activated; H. by means of the switch Sl conductively connected to the signal path SPl.
  • the GPS signal can still be received at the same time.
  • the second switch S2 is used to connect the transceiver path TR7 to the signal path SP2.
  • the first switch S1 alternately switches between the input of the reception filter F1 for GSM850 and the output of the transmission lowpass F12 for GSM850 / 900, in accordance with the TDD method to be used according to the GSM850 standard.
  • TDD stands for Time Division Multiple Access and means the transmission of transmit and receive signals in time slots.
  • the Analog applies to the operation in the GSM900 system.
  • the procedure for operation in the GSM1800 and GSM1900 systems is likewise analogous, with the second switch S2 being used here.
  • a single antenna path i. H. no diversity antenna.
  • the advantage of such a front end module is that all required mobile radio systems are supported and the third signal path is always ready to receive, with a total of only a single antenna being used.
  • the crossover FW is preferably integrated in part in a carrier substrate TS shown in FIG.
  • the carrier substrate TS preferably comprises at least two dielectric layers and metallization planes arranged alternately therewith.
  • the dielectric layers preferably contain ceramic. Therefore, the carrier substrate will be referred to as a multilayer ceramic without loss of generality.
  • the dielectric layers may also contain any electrically insulating, in particular organic materials, if appropriate even exclusively those.
  • the metallization levels are structured to form tracks or conductive surfaces. Elongated, possibly folded interconnects are suitable for realizing at least one inductance and conductive surfaces for the realization of at least one capacitance.
  • the transmission filters F12, F56 and the filters Fl0, F20 can be realized.
  • the front-end module preferably has the following basic blocks: crossover, switch, receive filter, transmit filter, RF-IC, and transmit amplifier, etc.
  • the basic blocks of the front-end module are combined in a compact, preferably SMD-capable component. SMD stands for Surface Mounted Device.
  • a first preferred embodiment in the crossover z. B. for the filters FlO, F20 required inductors and capacitors integrated in a multilayer ceramic.
  • the preferably working with acoustic waves filter F30 in the third signal path SP3 can be mounted as a clad SMD element or in bare chip mounting (bare die) on top of the multilayer ceramic.
  • This multilayer ceramic which serves as a carrier for possibly housed switch chips, transmit and receive filters can be soldered to the board of the mobile phone, the electrical connection of the front-end module with other switching blocks in the board done.
  • the inductances and the capacitances of the crossover network, the transmission low-passes F12, F56 and possibly matching elements not shown in the figures are integrated in a multilayer ceramic.
  • the matching elements can z. B. to adapt the input impedance or output impedance of the respective signal path to a predetermined impedance level.
  • the filter F30 for the third signal path of the crossover, the two multiple switches Sl, S2 and the four receiving filters Fl, F2, F5, F6 are then mounted.
  • the receive filters are preferably designed as SAW or BAW filters. det. Variations of this embodiment consist in that the two switches Sl, S2 can each be designed as a clad SMD component, a wire-bonded bare chip or a flip-chip component.
  • the receive filters F1, F2 are implemented in a common chip CH2.
  • the reception filters F5, F6 are realized in a common chip CH3.
  • the reception filter F4 arranged in the third signal path SP3 is realized in the chip CHI.
  • the switches Sl and S2 are preferably housed together and both realized in the chip CH4.
  • the chips CH5 and CH6 comprise further components of the front-end module, in particular ESD protection components and / or elements of adaptation networks such.
  • the duplexers are also integrated in the module.
  • the duplexers comprise an acoustic chip or a plurality of acoustic chips and possibly matching elements, which are preferably integrated in the multilayer ceramic.
  • the chips can be mounted as packaged components or as bare chips in flip-chip or wire bonding technique on the carrier substrate.
  • preamplifiers LNA3, LNA7, etc. for the CDMA or WCDMA receive bands are also part of the module.
  • the preamplifiers are also available in at least realized at least one chip, which are mounted on the carrier substrate TS.
  • a fifth embodiment instead of four GSM and two CDMA systems, four GSM and three WCDMA systems (WCDMA 850, WCDMA 1900, WCDMA2100) are supported. This is done, for example, by increasing the switch S2 in the high-pass path from SP4T to SP5T in its order, see FIG. 2.
  • the passband of the high-pass filter F20 lies in the frequency range from 1710 to 2170 MHz.
  • the front end module can be designed in principle for any transmission bands.
  • one or more of the GSM receive filters Fl, F2, F5, F6 can be omitted if a duplexer receive path is available for the corresponding frequency band. So z.
  • the receive filter F6 associated with band GSM1900 will be removed if the duplexer for WCDMA1900 is also present in the circuit.
  • the duplexer for WCDMA1900 is implemented in the variant according to FIG. 2 by a reception filter F81 and a transmission filter F82. In this case, a common preamplifier can then be used for reception in GSM1900 and WCDMA1900 operation.
  • the receive filters of the duplexers are provided with a differential (balanced) output.
  • Other receive filters or transmit filters may also have a differential output or input.
  • the transition between a single-ended signal path and a differential signal path can be realized by means of a balun.
  • the balun may be integrated in one of the aforementioned filters.
  • a balun functionality can be realized, for example, by means of a DMS track at the output of the respective receive filter or at the input of the respective transmit filter.
  • a balun, whose components are discretely soldered on the top of the module or integrated in the multilayer ceramic, is also considered.
  • F32, F72, F82 receive filter
  • RXl, RX2, RX3, RX4 receive path
  • RX5, RX6, RX7, RX8 receive path
  • TX12, TX3, TX56, TX7, TX8 send path

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transceivers (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

Es wird ein Frontendmodul mit einem Antennenpfad (ANT) und einer Frequenzweiche (FW) angegeben. Die Frequenzweiche ist an den Antennenpfad sowie einen ersten, zweiten und dritten Signalpfad (SP1, SP2, SP3) angeschlossen. Der erste Signalpfad (SP1) ist zur Übertragung von Sendeempfangssignalen in mindestens zwei ersten Frequenzbändern, die unterschiedlichen Übertragungssystemen zugeordnet sind, vorgesehen. Der zweite Signalpfad (SP2) ist zur Übertragung von Sendeempfangssignalen in mindestens zwei zweiten Frequenzbändern, die unterschiedlichen Übertragungssystemen zugeordnet sind, vorgesehen. Der dritte Signalpfad (SP3) ist zur Übertragung von Empfangssignalen in einem dritten Frequenzband vorgesehen.

Description

Beschreibung
FRONTENDMODUL FÜR MULTIBAND MULTISTANDARD KOMMUNIKATIONSENDGERÄT MIT EINER GEMEINSAMMEN ANTENNE
Ein Frontendmodul ist z. B. aus der Druckschrift DE 10352642 Al bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Frontendmodul anzugeben, das die Datenübertragung in mehreren Funkbändern erlaubt .
Es wird ein Frontendmodul mit einem Antennenpfad und einer Frequenzweiche angegeben. Die Frequenzweiche ist an den Antennenpfad sowie einen ersten, zweiten und dritten Signalpfad angeschlossen. Der erste Signalpfad ist zur Übertragung von Sendeempfangssignalen in mindestens zwei ersten Frequenzbändern, die unterschiedlichen Übertragungssystemen zugeordnet sind, vorgesehen. Der zweite Signalpfad ist zur Übertragung von Sendeempfangssignalen in mindestens zwei zweiten Frequenzbändern, die unterschiedlichen Übertragungssystemen zugeordnet sind, vorgesehen. Der dritte Signalpfad ist zur Ü- bertragung von Empfangssignalen in einem dritten Frequenzband vorgesehen .
Der Durchlassbereich des dritten Signalpfades liegt vorzugsweise zwischen den Durchlassbereichen des ersten und des zweiten Signalpfades. Der erste Signalpfad lässt beispielsweise Signale im Frequenzbereich 824 bis 960 MHz, der zweite Signalpfad Signale im Frequenzbereich 1710 bis 2170 MHz und der dritte Signalpfad Signale im Frequenzbereich 1574.42- 1576.42 MHz (GPS-Band) durch. Die Frequenzweiche umfasst in einer Variante einen an den ersten Signalpfad angeschlossenen Tiefpass und einen an den zweiten Signalpfad angeschlossenen Hochpass. Der Hochpass und der Tiefpass können jeweils mittels elektrisch miteinander verbundenen Kapazitäten und Induktivitäten realisiert sein.
Anstelle des Hochpasses und/oder Tiefpasses kann im Prinzip ein breitbandiger Bandpass verwendet werden. Der breitbandige Bandpass lässt sich beispielsweise durch eine geeignete Ver- schaltung eines Tiefpassfilters und eines Hochpassfilters realisieren .
Die Frequenzweiche umfasst in einer Variante einen an den dritten Signalpfad angeschlossenen Bandpass, der vorzugsweise mindestens ein SAW- oder BAW-Filter umfasst.
Das Frontendmodul weist vorzugsweise ein Trägersubstrat und mindestens einen auf dem Substrat montierten Chip auf. Die Frequenzweiche ist in einer vorteilhaften Variante teilweise im Trägersubstrat und teilweise im Chip realisiert. Insbesondere besteht die Möglichkeit, den Tiefpass und den Hochpass im Trägersubstrat und Bandpässe im Chip oder in separaten Chips zu realisieren. Möglich ist auch, mindestens ein Schaltungselement des Tiefpasses oder des Hochpasses auf der Oberfläche des Substrats zu montieren.
Das Frontendmodul umfasst in einer Variante einen ersten Schalter, der den ersten Signalpfad abwechselnd mit mindestens vier ersten Teilpfaden verbindet. Die mindestens vier ersten Teilpfade umfassen mindestens zwei Empfangspfade, mindestens einen Sendepfad und mindestens einen Sendeempfangs- pfad. Das Frontendmodul umfasst in einer Variante einen zweiten Schalter, der den zweiten Signalpfad abwechselnd mit mindestens vier zweiten Teilpfaden verbindet. Die mindestens vier zweiten Teilpfade umfassen mindestens zwei Empfangspfade, mindestens einen Sendepfad und mindestens einen Sendeemp- fangspfad.
Die Schalter sind vorzugsweise in mindestens einem Chip realisiert, der auf dem Trägersubstrat montiert ist. Unterschiedliche Schalter können in separaten Chips oder in einem gemeinsamen Chip realisiert sein.
Der jeweilige Sendepfad kann für die Datenübertragung von mindestens zwei verschiedenen Übertragungssystemen, z. B. GSM1800 und GSM1900 oder alternativ GSM850 und GSM900 geeignet sein.
Im jeweiligen Empfangspfad ist vorzugsweise ein Empfangsfilter, im jeweiligen Sendepfad ein Sendefilter und im dritten Signalpfad ein Empfangsfilter angeordnet. Die Sendefilter können als Tiefpässe oder Bandpässe ausgebildet sein. Die Empfangsfilter sind vorzugsweise Bandpässe. Die Bandpässe können z. B. als SAW- oder BAW-Filter ausgebildet sein.
Im jeweiligen Sendeempfangspfad ist in einer Variante ein Duplexer angeordnet. Der jeweilige Duplexer umfasst ein Sendefilter und ein Empfangsfilter. Der jeweilige Duplexer wird in einer Variante für den Betrieb in einem CDMA-System und in einer weiteren Variante für den Betrieb in einem WCDMA-System verwendet .
Die Empfangsfilter und/oder die Sendefilter sind in mindestens einem Chip realisiert, der auf dem Trägersubstrat mon- tiert ist. Die Sendefilter können auch im Trägersubstrat realisiert sein.
In einer Variante ist im jeweiligen Empfangspfad ein rauscharmer Verstärker und im jeweiligen Sendepfad ein Leistungsverstärker angeordnet. Die rauscharmen Verstärker sind in mindestens einem LNA-Chip realisiert, der auf dem Trägersubstrat montiert sein kann, oder in einem Transceiverchip integriert ist. Die Leistungsverstärker sind in mindestens einem PA-Chip realisiert, der auf dem Trägersubstrat montiert sein kann, oder extern zum Modul in einem eigenen Gehäuse angeordnet ist. LNA steht für Low Noise Amplifier. PA steht für Power Amplifier. Möglich ist im Prinzip auch, sowohl die LNAs als auch die PAs in einem gemeinsamen Chip zu realisieren.
Im Folgenden werden das angegebene Frontendmodul und seine vorteilhaften Ausgestaltungen anhand von schematischen und nicht maßstabgetreuen Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 das Ersatzschaltbild eines ersten Frontendmoduls;
Figur 2 das Ersatzschaltbild eines zweiten Frontendmoduls;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Frequenzmoduls.
In der Figur 1 ist ein Frontendmodul mit einem Antennenpfad ANT und einer an den Antennenpfad angeschlossenen Frequenzweiche FW gezeigt. Die Frequenzweiche FW dient zur Verzweigung des Antennenpfads in einen ersten Signalpfad SPl, einen zweiten Signalpfad SP2 und einen dritten Signalpfad SP3.
Die Frequenzweiche FW umfasst ein im ersten Signalpfad angeordnetes erstes Filter FlO, ein im zweiten Signalpfad ange- ordnetes zweites Filter F20 und ein im dritten Signalpfad angeordnetes drittes Filter F30. Das erste Filter FlO ist vorzugsweise ein Tiefpass, das zweite Filter F20 ein Hochpass und das dritte Filter F30 ein Bandpass. Die Filter FlO, F20 und F30 weisen voneinander unterschiedliche Durchlassbereiche auf. Das jeweilige Filter sperrt im Durchlassbereich der anderen Filter.
Die jeweiligen Filter der Frequenzweiche können so ausgelegt sein, dass der erste Signalpfad SPl beispielsweise Signale im Frequenzbereich 824-960 MHz, der zweite Signalpfad SP2 Signale im Frequenzbereich 1710-2170 MHz und der dritte Signalpfad SP3 Signale im GPS-Band 1574.42-1576.42 MHz durchlässt. Das erste und zweite Filter FlO, F20 ist in einer ersten Ausführungsform mittels Induktivitäten und Kapazitäten realisiert. Das dritte Filter F30 ist dabei als ein SAW-Filter oder ein BAW-Filter realisiert.
Der erste Signalpfad SPl wird mittels eines ersten Schalters Sl abwechselnd mit einem der vier ersten Teilpfade RXl, RX2, TX12 und TR3 leitend verbunden. Der zweite Signalpfad SP2 wird mittels eines zweiten Schalters S2 abwechselnd mit einem der vier zweiten Teilpfade RX5, RX6, TX56 und TR7 leitend verbunden. RX-Pfade sind Empfangspfade, TX-Pfade sind Sendepfade und TR-Pfade sind Sendeempfangspfade .
In einer Variante ist der Empfangspfad RXl dem Funkband GSM850, der Empfangspfad RX2 dem Funkband GSM900 und der Sendepfad TX12 den beiden Funkbändern GSM850 und GSM900 zugeordnet. Der Sendeempfangspfad TR3 ist dem Funkband CDMA850 zugeordnet. Der Sendeempfangspfad TR3 verzweigt sich mittels eines Duplexers in einen Sendepfad TX3 und einen Empfangspfad RX3. Der Duplexer ist durch ein Empfangsfilter F31 und ein Sendefilter F32 gebildet. Das Empfangsfilter F31 ist im Empfangspfad RX3 und das Sendefilter F32 im Sendepfad TX3 angeordnet .
In einer Variante ist der Empfangspfad RX5 des zweiten Signalpfads SP2 dem Funkband GSM1800, der Empfangspfad RX6 dem Funkband GSM1900 und der Sendepfad TX56 den beiden Funkbändern GSM1800 und GSM1900 zugeordnet. Der Sendeempfangspfad TR3 ist dem Funkband CDMA1900 zugeordnet. Der Sendeempfangs- pfad TR7 verzweigt sich mittels eines Duplexers in einen Sendepfad TX7 und einen Empfangspfad RX7. Der Duplexer ist durch ein Empfangsfilter F71 und ein Sendefilter F72 gebildet. Das Empfangsfilter F71 ist im Empfangspfad RX7 und das Sendefilter F72 im Sendepfad TX7 angeordnet.
Der erste Signalpfad SPl ist mit dem Eingang des Mehrfachschalters Sl verbunden, der in der ersten Ausführungsform vier schaltbare Ausgänge hat (SP4T) . Der zweite Signalpfad SP2 ist in der ersten Ausführungsform ebenfalls mit dem Eingang eines weiteren Vierfachschalters S2 verbunden. Der dritte Signalpfad SP3 ist als Empfangspfad RX4 vorgesehen, bildet hier den Empfangsanschluss für das GPS-System und ist mit einem Vorverstärker LNA4 eines in der Figur nicht gezeigten GPS-Empfängers verbunden.
Die vier Ausgänge des ersten Schalters sind mit dem Empfangsfilter Fl für GSM850, mit dem Empfangsfilter F2 für GSM900, mit dem Sendetiefpass F12 für GSM850/900 und mit dem Eingang des Duplexers für CDMA850 verbunden.
Die Ausgänge der Empfangsfilter Fl, F2 für GSM850 und GSM900 sind dann jeweils mit einem Vorverstärker für GSM850 bzw. GSM900 verbunden. Diese Vorverstärker sind in der Figur 1 nicht gezeigt. Sie befinden sich beispielsweise in einem Integrierten Schaltkreis (RF-IC) , der auch noch andere Baugruppen der Empfangsschaltung wie z. B. Mixer, VCO, Vorverstärker anderer Systeme, etc. umfassen kann. Der Sendetiefpass F12 für GSM850/900 ist mit dem Ausgang eines Sendeverstärkers PA12 für GSM850/900 verbunden. Der Empfangsausgang des Duplexers F31, F32 ist mit einem Vorverstärker LNA3 für das CDMA850 System verbunden. Der Sendeausgang dieses Duplexers ist mit dem Ausgang eines Sendeverstärkers PA3 für CDMA850 verbunden .
Die vier Ausgänge des zweiten Schalters S2 sind in analoger Weise mit Teilpfaden verbunden, in denen Filter F5, F6, F56, F71, F72, Vorverstärker LNA7, LNA8 und Sendeverstärker PA56, PA7, PA8 für die Systeme GSM1800, GSM1900 und CDMA1900 angeordnet sind.
Für den Mobilfunkbetrieb im CDMA850 System wird der mit dem Duplexereingang verbundene Sendeempfangspfad TR3 aktiviert, d. h. mittels des Schalters Sl mit dem Signalpfad SPl leitend verbunden. Im dritten Signalpfad SP3 kann gleichzeitig immer noch das GPS-Signal empfangen werden. Das Analoge gilt für Betrieb im CDMA1900 System, wobei hier der zweite Schalter S2 zur Verbindung des Sendeempfangspfads TR7 mit dem Signalpfad SP2 verwendet wird.
Für den Mobilfunkbetrieb im Funkband GSM850 schaltet der erste Schalter Sl alternierend zwischen dem Eingang des Empfangsfilters Fl für GSM850 und dem Ausgang des Sendetiefpasses F12 für GSM850/900 hin und her, wie es dem gemäß GSM850- Standard anzuwendenden TDD-Verfahren entspricht. TDD steht für Time Division Multiple Access und bedeutet die Übertragung von Sende- bzw. Empfangssignalen in Zeitschlitzen. Das Analoge gilt für den Betrieb im GSM900 System. Ebenfalls analog ist das Vorgehen für den Betrieb im GSM1800 und GSM1900 System, wobei hier der zweite Schalter S2 zum Einsatz kommt.
In einer vorteilhaften Variante ist im Frontendmodul ein einziger Antennenpfad, d. h. keine Diversity Antenne, vorgesehen. Der Vorteil eines solchen Frontendmoduls besteht darin, dass alle geforderten Mobilfunksysteme unterstützt werden und der dritte Signalpfad stets empfangsbereit ist, wobei insgesamt nur eine einzige Antenne benutzt wird.
Die Frequenzweiche FW ist vorzugsweise zum Teil in einem in der Figur 3 gezeigten Trägersubstrat TS integriert.
Das Trägersubstrat TS umfasst vorzugsweise mindestens zwei dielektrische Schichten und abwechselnd mit diesen angeordneten Metallisierungsebenen. Die dielektrischen Schichten enthalten vorzugsweise Keramik. Daher wird das Trägersubstrat nachstehend ohne Einschränkung der Allgemeinheit als Mehrlagenkeramik bezeichnet. Die dielektrischen Schichten können aber auch beliebige elektrisch isolierende, insbesondere organische Materialien enthalten, gegebenenfalls sogar ausschließlich solche.
Die Metallisierungsebenen sind zur Bildung von Leiterbahnen oder leitfähigen Flächen strukturiert. Langgestreckte, ggf. gefaltete Leiterbahnen sind zur Realisierung mindestens einer Induktivität und leitfähige Flächen zur Realisierung mindestens einer Kapazität geeignet. Somit können insbesondere die Sendefilter F12, F56 und die Filter FlO, F20 verwirklicht werden . Das Frontendmodul weist vorzugsweise die folgenden Grundblöcke auf: Frequenzweiche, Schalter, Empfangsfilter, Sendefilter, RF-IC, und Sendeverstärker, usw. Die Grundblöcke des Frontendmoduls sind in einem kompakten, vorzugsweise SMD- fähigen Bauteil vereinigt. SMD steht für Surface Mounted Device .
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform (diskrete Lösung) werden die in der Frequenzweiche z. B. für die Filter FlO, F20 benötigten Induktivitäten und Kapazitäten in einer Mehrlagenkeramik integriert. Das vorzugsweise mit akustischen Wellen arbeitende Filter F30 im dritten Signalpfad SP3 kann als gehäustes SMD-Element oder in Nacktchipmontage (bare die) auf der Oberseite der Mehrlagenkeramik montiert sein. Diese Mehrlagenkeramik, die als Träger für ggf. gehäuste Schalter- Chips, Sende- und Empfangsfilter dient, kann auf der Platine des Mobiltelefons aufgelötet werden, wobei die elektrische Verbindung des Frontendmoduls mit weiteren Schaltblöcken in der Platine erfolgen.
In einer in der Figur 3 gezeigten zweiten Ausführungsform sind in einer Mehrlagenkeramik die Induktivitäten und die Kapazitäten der Frequenzweiche, die Sendetiefpässe F12, F56 und eventuell in den Figuren nicht gezeigte Anpasselemente integriert. Die Anpasselemente können z. B. zur Anpassung der Eingangsimpedanz oder Ausgangsimpedanz des jeweiligen Signalpfades an einen vorgegebenen Impedanzpegel dienen.
Auf der Oberseite der Mehrlagenkeramik werden dann das Filter F30 für den dritten Signalpfad der Frequenzweiche, die beiden Mehrfachschalter Sl, S2 und die vier Empfangsfilter Fl, F2, F5, F6 montiert. In dieser Ausführungsform sind auch die Empfangsfilter vorzugsweise als SAW- oder BAW-Filter ausgebil- det. Variationen dieser Ausführungsform bestehen darin, dass die beiden Schalter Sl, S2 jeweils als ein gehäustes SMD- Bauelement, ein drahtgebondeter Nacktchip (bare die) oder ein Flip-Chip-Bauteil ausgebildet sein können.
In einer in Figur 3 vorgestellten Variante sind die Empfangsfilter Fl, F2 in einem gemeinsamen Chip CH2 realisiert. Die Empfangsfilter F5, F6 sind in einem gemeinsamen Chip CH3 realisiert. Das im dritten Signalpfad SP3 angeordnete Empfangsfilter F4 ist im Chip CHI verwirklicht. Die Schalter Sl und S2 sind vorzugsweise gemeinsam gehaust und beide im Chip CH4 realisiert .
Die Chips CH5 und CH6 umfassen weitere Komponenten des Frontendmoduls, insbesondere ESD-Schutz-Komponenten und/oder Elemente von Anpassungsnetzwerken wie z. B. Induktivitäten und Kapazitäten. In Chips realisierte Induktivitäten zeichnen sich durch eine besonders hohe Güte aus. In Chips realisierte Kapazitäten zeichnen sich durch eine besonders hohe Kapazität aus .
In einer dritten Ausführungsform (Frontendmodul mit integrierten Duplexern) sind die Duplexer ebenfalls im Modul integriert. Die Duplexer umfassen dabei einen akustischen Chip oder mehrere akustische Chips und ggf. Anpasselemente, welche vorzugsweise in der Mehrlagenkeramik integriert sind. Die Chips können dabei als gehäuste Bauelemente oder als Nacktchips in Flip-Chip- oder Drahtbondtechnik auf dem Trägersubstrat montiert sein.
In einer vierten Ausführungsform sind Vorverstärker LNA3, LNA7 usw. für die CDMA oder WCDMA Empfangsbänder auch Bestandteil des Moduls. Die Vorverstärker sind auch in mindes- tens einem Chip realisiert, der auf dem Trägersubstrat TS montiert sind.
In einer fünften Ausführungsform werden - statt vier GSM und zwei CDMA Systemen - vier GSM und drei WCDMA Systeme (WCDMA 850, WCDMA 1900, WCDMA2100) unterstützt. Dies erfolgt beispielsweise, indem der im Hochpasspfad liegende Schalter S2 in seiner Ordnung von SP4T auf SP5T erhöht wird, siehe Figur 2. Der Durchlassbereich des Hochpassfilters F20 liegt im Frequenzbereich von 1710 bis 2170 MHz.
Auch eine größere oder kleinere Anzahl von GSM, CDMA und WCDMA Systemen kann unterstützt werden, wenn die Ordnung der Schalter entsprechend angepasst wird. Das Frontendmodul kann im Prinzip für beliebige Übertragungsbänder ausgelegt sein.
In einer sechsten Ausführungsform kann auf ein oder mehrere der GSM Empfangsfilter Fl, F2, F5, F6 verzichtet werden, wenn für das entsprechende Frequenzband ein Duplexer-Empfangspfad zur Verfügung steht. So kann z. B. das dem Band GSM1900 zugeordnete Empfangsfilter F6 entfernt werden, wenn der Duplexer für WCDMA1900 ebenfalls in der Schaltung vorhanden ist. Der Duplexer für WCDMA1900 ist in der Variante gemäß der Figur 2 durch ein Empfangsfilter F81 und ein Sendefilter F82 realisiert. In diesem Fall kann dann ein gemeinsamer Vorverstärker für den Empfang im GSM1900 und WCDMA1900 Betrieb verwendet werden .
In einer siebten Ausführungsform sind die Empfangsfilter der Duplexer mit einem differentiellen (balanced) Ausgang versehen. Andere Empfangsfilter oder Sendefilter können auch einen differentiellen Ausgang bzw. Eingang aufweisen. Der Übergang zwischen einem erdunsymmetrischen (single-ended) Signalpfad und einem differentiellen Signalpfad kann mittels eines Baluns verwirklicht werden. Der Balun kann in einem der vorstehend genannten Filter integriert sein. Eine Balun-Funk- tionalität lässt sich beispielsweise mittels einer DMS-Spur am Ausgang des jeweiligen Empfangsfilters oder am Eingang des jeweiligen Sendefilters realisieren. Auch ein Balun, dessen Komponenten diskret auf der Moduloberseite aufgelötet oder in der Mehrlagenkeramik integriert sind, kommt in Betracht.
Bezugszeichenliste
ANT Antennenpfad
CHI, CH2, CH3, CH4, CH5, CH6 Chips
FW Frequenzweiche
FlO, F20, F30 Filter der Frequenzweiche
Fl, F2, F31, F4 Empfangsfilter
F32, F72, F82 Empfangsfilter
F5, F6, F71, F81 Empfangsfilter
F12 Sendefilter
RXl, RX2, RX3, RX4 Empfangspfad
RX5, RX6, RX7, RX8 Empfangspfad
SPl erster Signalpfad
SP2 zweiter Signalpfad
SP3 dritter Signalpfad
TS Trägersubstrat
TR3 Sendeempfangspfad
TR7, TR8 Sendeempfangspfad
TX12, TX3, TX56, TX7, TX8 Sendepfad

Claims

Patentansprüche
1. Frontendmodul
- mit einem Antennenpfad (ANT) ,
- mit einer Frequenzweiche (FW) , die an den Antennenpfad sowie einen ersten, zweiten und dritten Signalpfad (SPl, SP2, SP3) angeschlossen ist,
- wobei der erste Signalpfad (SPl) zur Übertragung von Sende- empfangssignalen in mindestens zwei ersten Frequenzbändern, die unterschiedlichen Übertragungssystemen zugeordnet sind, vorgesehen ist,
- wobei der zweite Signalpfad (SP2) zur Übertragung von Sen- deempfangssignalen in mindestens zwei zweiten Frequenzbändern, die unterschiedlichen Übertragungssystemen zugeordnet sind, vorgesehen ist, und
- wobei der dritte Signalpfad (SP3) zur Übertragung von Empfangssignalen in einem dritten Frequenzband vorgesehen ist.
2. Frontendmodul nach Anspruch 1,
- wobei der Durchlassbereich des dritten Signalpfades (SP3) zwischen den Durchlassbereichen des ersten und des zweiten Signalpfades (SPl, SP2) liegt.
3. Frontendmodul nach Anspruch 1 oder 2,
- wobei die Frequenzweiche (FW) einen an den ersten Signalpfad (SPl) angeschlossenen Tiefpass (FlO) und einen an den zweiten Signalpfad (SP2) angeschlossenen Hochpass (F20) um- fasst .
4. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- wobei die Frequenzweiche (FW) einen an den dritten Signalpfad (SP3) angeschlossenen Bandpass (F30) umfasst.
5. Frontendmodul nach Anspruch 3 und 4,
- wobei der Hochpass (F20) und der Tiefpass (FlO) jeweils mittels elektrisch miteinander verbundenen Kapazitäten und Induktivitäten realisiert sind,
- wobei der Bandpass (F30) mittels mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelementstrukturen realisiert ist.
6. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
- mit einem Trägersubstrat (TS) und mindestens einem auf dem Substrat angeordneten Chip (CHI, CH2, CH3, CH4, CH5, CH6) ,
- wobei die Frequenzweiche (FW) teilweise im Trägersubstrat und teilweise in mindestens einem der Chips realisiert ist.
7. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
- mit einem ersten Schalter (Sl), der den ersten Signalpfad (SPl) abwechselnd mit mindestens vier ersten Teilpfaden (RXl,
RX2, TX12, TR3) verbindet.
8. Frontendmodul nach Anspruch 7,
- wobei die mindestens vier ersten Teilpfade (RXl, RX2, TX12, TR3) mindestens zwei Empfangspfade (RXl, RX2), mindestens einen Sendepfad (TX12) und mindestens einen Sendeempfangspfad
(TR3) umfassen.
9. Frontendmodul nach Anspruch 7 oder 8,
- mit einem zweiten Schalter (S2), der den zweiten Signalpfad (SP2) abwechselnd mit mindestens vier zweiten Teilpfaden (RX5, RX6, TX56, TR7, TR8) verbindet.
10. Frontendmodul nach Anspruch 9,
- wobei die mindestens vier zweiten Teilpfade (RX5, RX6, TX56, TR7, TR8) mindestens zwei Empfangspfade (RX5, RX6) , mindestens einen Sendepfad (TX56) und mindestens einen Sende- empfangspfad (TR7, TR8) umfassen.
11. Frontendmodul nach Anspruch 8 oder 10,
- wobei der Sendepfad (TX12, TX56) zur Datenübertragung von mindestens zwei verschiedenen Übertragungssystemen vorgesehen ist .
12. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
- wobei im jeweiligen Empfangspfad (RXl, RX2, RX3, RX4, RX5, RX6, RX7, RX8) ein Empfangsfilter (Fl, F2, F5, F6) angeordnet ist,
- wobei im jeweiligen Sendepfad (TX12, TX56) ein Sendefilter (F12, F56) angeordnet ist,
- wobei im dritten Signalpfad (SP3) ein Empfangsfilter (F4) angeordnet ist.
13. Frontendmodul nach Anspruch 12,
- wobei die Empfangsfilter (Fl, F2, F4, F5, F6) und die Sendefilter (TX12, TX56) in mindestens einem Chip realisiert sind, der auf dem Trägersubstrat (TS) montiert ist.
14. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
- wobei im jeweiligen Sendeempfangspfad (TR3, TR7, TR8) ein Duplexer angeordnet ist.
15. Frontendmodul nach Anspruch 14,
- wobei der Duplexer in einem Chip realisiert ist, der auf dem Trägersubstrat (TS) montiert ist.
16. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 15,
- wobei die Schalter (Sl, S2) in mindestens einem Chip (CH4) realisiert sind, der auf dem Trägersubstrat (TS) montiert ist .
17. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 16,
- wobei im jeweiligen Empfangspfad (RXl, RX2, RX3, RX4, RX5, RX6, RX7, RX8) ein Vorverstärker (LNA3, LNA4, LNA7, LNA8) und im jeweiligen Sendepfad (TX12, TX3, TX56, TX7, TX8) ein Leistungsverstärker (PA12, PA3, PA7, PA8) angeordnet ist,
- wobei die Vorverstärker in mindestens einem LNA-Chip realisiert sind, der auf dem Trägersubstrat (TS) montiert ist,
- wobei die Leistungsverstärker in mindestens einem PA-Chip realisiert sind, der auf dem Trägersubstrat (TS) montiert ist .
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