WO2015128004A1 - Abstimmbare hf-filterschaltung - Google Patents

Abstimmbare hf-filterschaltung Download PDF

Info

Publication number
WO2015128004A1
WO2015128004A1 PCT/EP2014/061264 EP2014061264W WO2015128004A1 WO 2015128004 A1 WO2015128004 A1 WO 2015128004A1 EP 2014061264 W EP2014061264 W EP 2014061264W WO 2015128004 A1 WO2015128004 A1 WO 2015128004A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tunable
signal path
resonant circuits
filter circuit
impedance
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/061264
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Edgar Schmidhammer
Original Assignee
Epcos Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epcos Ag filed Critical Epcos Ag
Priority to US15/117,383 priority Critical patent/US10236855B2/en
Priority to JP2016554194A priority patent/JP6389266B2/ja
Publication of WO2015128004A1 publication Critical patent/WO2015128004A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/0153—Electrical filters; Controlling thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/0115—Frequency selective two-port networks comprising only inductors and capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/0123—Frequency selective two-port networks comprising distributed impedance elements together with lumped impedance elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/0138—Electrical filters or coupling circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/09—Filters comprising mutual inductance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/17—Structural details of sub-circuits of frequency selective networks
    • H03H7/1708—Comprising bridging elements, i.e. elements in a series path without own reference to ground and spanning branching nodes of another series path
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/17—Structural details of sub-circuits of frequency selective networks
    • H03H7/1741—Comprising typical LC combinations, irrespective of presence and location of additional resistors
    • H03H7/1775—Parallel LC in shunt or branch path
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/462—Microelectro-mechanical filters
    • H03H9/465—Microelectro-mechanical filters in combination with other electronic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/542—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material including passive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20336—Comb or interdigital filters

Definitions

  • Tunable RF filter circuit The invention relates to tunable filter circuits for RF signals as they can find, for example, in non-wired Kommunikati ⁇ onsandern use.
  • Portable communication devices, wireless routers, etc., or more generally: transceivers that communicate using RF signals require RF filters to isolate desired from unwanted signals.
  • Such filters can, for. B. in front-end circuits, eg in duplexers, interconnected.
  • the filter should be performing, the object of the distribution of the Sig ⁇ dimensional between a chipset and optionally further existing filters.
  • the circuit complexity should be as low as possible.
  • the filter should be compatible with a variety of different filter technologies of other filters, allow a small size of a corresponding Bau ⁇ elements and in particular a high selection he ⁇ let.
  • RF circuits can be said in summary that essentially borrowed filter topologies by adding variable elements, such.
  • switches or adjustable impedance elements tunable filter circuits can be obtained.
  • the problem with this is that the known filter topologies used are essentially optimized for the use of constant impedance impedance elements.
  • tunable filters are possible. The performance suffers because ⁇ in but under the tunability.
  • a tunable RF filter circuit includes an input, an output, and a signal path.
  • the signal path is arranged Zvi ⁇ rule the input and the output and connects the input to the output, so that RF signals to pass through the Fil ⁇ terscnies are routed from the input to the output.
  • the signal path itself comprises a first signal path and a second signal path.
  • the first signal path and the second signal path are parallel to each other.
  • an impedance element is connected.
  • Each resonant circuit is thus virtually constitutes a shunt element, so that the Reso ⁇ nanz Vietnamesee the second Sig representing parallel connections ⁇ nalwegs to ground.
  • the resonant circuits are
  • This RF filter circuit has a filter topology with intrinsic poles in the transmission characteristic. These poles could then be used to purposefully suppress power peaks of unwanted signals, eg, harmonic or interference products.
  • the relative position of the pole further loading is true with respect to the center frequency with ⁇ the slope, so that by the positio ⁇ ne of the poles affects the slope, z. B. can be increased.
  • this topology allows a good adjustability of the bandwidth and the center frequencies, if the corresponding filter should be used as a bandpass filter.
  • the circuit complexity is low compared to the possible selection. The level of complexity is relatively low and the effort that is needed to drive the filter is just ⁇ if low.
  • boundary tape cross in a high slope is additionally Sustainer ⁇ th.
  • the impedance element in the first signal path has a quality Q -S 100.
  • the resonant circuits arranged in the signal path can each have a quality Q> 100.
  • the resonant circuits can via coupling elements, for. B. coupled inductive elements or capacitive elements, of which each one electrode is associated with a resonant circuit, a quality Q -S 200 have.
  • the quality Q (also called quality factor or Q factor) is a measure of the damping of a vibratory system. The value of quality Q is higher, the lower the Dämp ⁇ tion.
  • a Q is associated with both a resonance circuit or for individual circuit elements such as capaci tive ⁇ elements or inductive elements.
  • the RF filter circuit may each comprise a tunable capacitive element in each of the resonant circuits.
  • Tunable impedance elements - as described below - can also be used for impedance matching.
  • the value of the capacitance of the capacitive element can be adjusted ⁇ to tune the resonant frequency of the resonant circuit.
  • the tuning of all resonant circuits of the RF filter circuit then makes it possible to adjust the bandwidth of a bandpass filter, as the filter circuit can be realized, and the frequency position of the center frequency.
  • the resonant circuits may each include a tunable inductive element to adjust the resonant frequencies of the resonant circuits.
  • a tunable capacitive element since the realization of a tunable capacitive element is generally simpler, the use of a tunable capacitive element is preferred.
  • the tunable capacitive elements can be realized as adjustable MEMS capacitors, as variators or as capacitance banks with capacitors that can be switched on or off individually.
  • the tunable capacitive elements may have Q> 100.
  • the RF filter circuit may be implemented such that the ratio of the capacitance values of the tunable capacitive elements is constant if capacitive elements are used as tunable impedance elements. Otherwise, the ratio of the inductance values can Ver ⁇ tunable inductive Ele ⁇ elements relative to each other to be constant.
  • the driving of the tunable RF filter circuit is significantly simplified because of a logic circuit, e.g. in the chipset of a mobile communication device, only one value per control interval, e.g. a binary word to be transmitted to the filter circuit which sets the required capacity.
  • the binary word has n bits and n is at least so large that any possible adjustable impedance value can be coded with the 2n representable values. So z. B. with an 8-bit word 256 impedance values codable.
  • the tunable RF filter circuit may include oscillatable circuit sections in each of its resonant circuits. These circuit sections can be an LC
  • Resonant circuit a ceramic resonator, a MEMS resonator, an acoustic resonator, a disk resonator, a resonator with a waveguide integrated in a substrate or a cavity resonator.
  • the realization of the individual resonant circuits can be carried out independently.
  • the technologies on which the oscillatory circuit sections are based may be identical. However, it is also possible that the oscillatory circuit sections based on different Technolo gies ⁇ .
  • LC resonant circuits in the resonant circuits allows for a simple and inexpensive construction at - by the selected topology - together with good electrical ⁇ rule properties of the filter.
  • the use of a ceramic resonator see, so a ceramic body, are structured in the Ausneh ⁇ regulations with metallized surfaces, also allows good electrical properties, al ⁇ lerdings demand in return relatively large dimensions.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • resonator means the use of a resonator in which Ma ⁇ TERIAL be excited to mechanical oscillation.
  • An example of a MEMS resonator is an acoustic resonator in which a - generally piezoelectric - material is excitable to acoustic vibrations.
  • the wave propagation can be selectively adjusted with de ⁇ NEN, integrated wave guide and a resonator with an integrated substrate in a wave guide is ten conservation.
  • the resonant circuits in which MEMS resonators operate provide good electrical properties with a relatively small sizes, because the Sound Velocity ⁇ ness is orders of magnitude smaller than the propagation velocity of an electrical signal in a conductor.
  • an inductive element can have an inductance of approximately 1 nH in the resonant circuit connected to the input or output.
  • the capacity ei ⁇ nes tunable capacitive element may be adjustable in a range of values to the capacitance value of 1 pF.
  • Capacitive elements that cause resonant circuit coupling can have a capacitance between 10 fF and 100 pF.
  • Inductive elements, causing a coupling of Reso ⁇ nanz Vietnameseen an inductance of 1 nH and 300 nF may have.
  • Inductive elements in the resonant circuits may have Induktivitä ⁇ th between 0.1 nH and 50 nH.
  • Capacitive elements in the resonant circuits may have capacitances between 0.1 pF and 100 pF.
  • the impedance element in the first signal path can be an induct ⁇ tive element.
  • the signal path can comprise on the input side and on the output side in each case a capacitive element. See intermediate the input of the signal path and the point at which the signal path in the first signal and the second Sig ⁇ nalweg splits, thus a capacitive element may be ver ⁇ on. Likewise, between the exit and the Place where the two signal paths reunite, be arranged a capacitive element.
  • the signal path each comprising one or input side and / or output side, a plurality of tunable capaci tive ⁇ elements.
  • one adjustment of the inputs can input impedance or the output impedance can be achieved.
  • Such adjustment may be necessary, since the filter circuit is frequency-tunable, and tuning charac ⁇ shear frequencies as the center frequency and / or the frequency width requires impedance matching of the circuit.
  • the tunable RF filter circuit may further include a control logic, ie a control circuit in which a circuit logic is implemented to control the resonant circuits to take ⁇ .
  • the control logic can be interconnected via control lines with the tunable impedance elements of the resonant circuits.
  • the control logic is then provided to control the impedance values of the impedance elements.
  • signal lines can be provided which interconnect the control logic with the respective tunable impedance element of the resonant circuits.
  • the tunable RF filter circuit may be configured such that the "outer" resonant circuits, that is, the resonant circuits that include or include the one or more resonant circuits, have a higher Q than the enclosed "inner” resonant circuits.
  • the "outer” resonant circuits are the resonant circuits closest to the or the output are interconnected. More generally, however, it is more important that the resonant circuits have a higher Q than the coupling elements.
  • the tunable RF filter circuit can be designed from ⁇ particular such that the resonant circuits having higher Q than the coupling elements through which the resonance circuits are verkop ⁇ pelt.
  • circuit elements of the tunable RF filter circuit are particularly sensitive to a variation in the quality factor.
  • circuit elements whose quality has virtually no effect on the electrical properties of the filter.
  • the electrical properties of the filter circuit depend very much on the quality factors of the circuit elements in the resonant circuits.
  • the quality factors of the coupling elements show significantly less influence on the electrical properties of the filter circuit.
  • Circuit parts by relatively cheap components to reali ⁇ Sieren, while the expensive and complex circuit elements are provided with a high quality factor only for the sensitive areas of the tunable filter circuit.
  • the tunable RF filter circuit may have transmission poles . That is, there are frequencies at which the transfer function of the filter circuit has a pole and thus attenuates signals with just these frequency components particularly effective.
  • the specified tunable circuit topology thus differs from known tunable circuit topologies in that there are intrinsic poles to be added in the known circuit topologies without these intrinsic poles by adding further - usually high-quality - impedance elements.
  • the tunable RF filter circuit may be included in a transmit filter and / or a receive filter, e.g. a non-wired communication device, use find.
  • a receive filter e.g. a non-wired communication device
  • the use in a communication device which is intended to be able to serve a plurality of frequency bands, is advantageous. Because a single tunable filter can replace two or more filters with non-changeable passbands.
  • One or more filters with the presented topology can be used in a duplexer which has to separate relatively closely adjacent transmit and receive signals.
  • a tunable RF filter can be controlled by the following method.
  • Each of the resonant circuits comprises a tunable impedance element .
  • the filter further comprises a control logic, which controls the starting ⁇ tunable impedance elements of the resonant circuits.
  • the method is particularly distinguished by the fact that the Control logic always maintains a constant ratio of the impedance values, such as the capacitance values, the tunable impedance elements, such as the tunable capacitance elements.
  • the control logic can thereby an information signal of an ex ⁇ ternal circuit environment, such as a chipset of a mobile communication device is received, and set based on the impedance value of an impedance element of the resonant circuits.
  • the control logic is connected via a signal line with the corresponding impedance element.
  • the STEU ⁇ erlogik is further connected via further signal lines with the remaining tunable impedance elements whose impedance value, and controls also. Their impedance value results from the fixed ratio of the impedance elements.
  • MIPI Mobile Industry Processor Interface
  • RFFE RF front end
  • the individual circuit components of the RF filter circuit can be integrated together in a package.
  • a package may include a substrate which serves as a carrier for discrete components and also has at least one wiring plane.
  • a semiconductor component can be mounted in a first component layer and electrically connected to the first wiring level. to be bound.
  • the semiconductor device has high kind from ⁇ tunable passive components that enable a Frequenzabstim ⁇ tion of the filter.
  • a control unit is arranged in the first component layer. The control unit is adapted to drive the starting ⁇ tunable components and produce a switching state in this manner, which is characterized by a desired cut-off frequency or a desired frequency band.
  • Above the first component layer is a dielectric
  • the dielectric layer have preferably ⁇ as an at least substantially leveled surface.
  • a second component layer Over the dielectric layer is a second component layer, discrete passive components are arranged in the ver ⁇ switched with the semiconductor device.
  • the discrete passive components and optionally other components a tunable with respect to its cutoff frequency or its frequency band filter is realized.
  • a filter can be designed as a bandpass filter. However, it is also possible to execute the filter as a high pass or as a low pass.
  • a band stop filter can also be realized as a tunable filter.
  • the tunable passive components in the semiconductor device can be manufactured integrated and integrated with each other ver ⁇ on. In the semiconductor component, these components can be distributed over the surface of the semiconductor component. In the second component layer - disposed therefore above the semiconducting ⁇ terbauelement - High kind discrete components can then be provided in optimally small distance or directly through circuit node or contact surfaces of the semiconductor device so that the shortest mög ⁇ Liche electrical connections between the circuit node of the semiconductor component and Discrete passive Bauele ⁇ ments can be realized. Short electrical connections have a magnitude only small parasitic coating, so that between the interconnections between the discrete passive components and the semiconductor device or between the compounds of these components with each other only slight couplings can occur. Differential couplings have that the filter has a high frequency accuracy, a high edge steepness and we ⁇ nig electrical losses advantage.
  • Fig. 3 the equivalent circuit of a filter circuit with four
  • Fig. 4 the equivalent circuit of a filter circuit with four
  • Fig. 5 a possible realization of the resonant circuits as LC
  • Fig. 7 resonant circuits with acoustic resonators
  • Fig. 8 shows a possible form of circuit in which the input ⁇ and / or output impedance is adjustable
  • 9 calculated frequency dependencies of the matrix elements S i, i and S 2 , i,
  • FIG. 10 shows a cross section through a package for and with a tunable filter.
  • FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of the tunable HF filter circuit AHF, in which a signal path SP is arranged between an input E and an output A.
  • the signal path SP comprises two parallel sections, namely the first signal path SW1 and the second signal path SW2.
  • an impedance element IMP is ver ⁇ on.
  • the impedance element IMP can be implemented as a capacitive ele ⁇ ment or as an inductive element.
  • the second signal path SW2 are the three resonant circuits RK1, RK2, RK3 disposed toward ⁇ behind the other.
  • the resonant circuits are electrically or magnetically coupled and each comprise at least one tunable impedance element.
  • Each of the three resonant circuits interconnects the second signal path with ground.
  • the first resonant circuit RK1 is coupled to the input E ge ⁇ .
  • the third resonant circuit RK3 is linked to the off ⁇ gang A.
  • These two outer resonant circuits thus include the one or more resonant circuits, which thus "internal""Represent resonant circuits.
  • the first re ⁇ sonanz Vietnamese RK1, and the third resonant circuit RK3 represent the external resonant circuits, while the second resonant circuit RK2 represents the (single) internal resonant circuit.
  • the electric and / or magnetic coupling of the Reso ⁇ nanz Vietnamesee is designated by the coupling symboli K ⁇ Siert.
  • the first resonant circuit RK1 is electrically and / or magnetically coupled to the second resonant circuit RK2.
  • the second resonant circuit RK2 is verkop pelt ⁇ adjacent the first Reso ⁇ nanz Vietnamese RK1 also with the third resonant circuit RK3.
  • An electrical signal from the resonant circuit can be passed to the resonant circuit who so can pagieren an RF signal per ⁇ ⁇ in the second signal path SW2 via the coupling of the resonant circuits.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the tunable HF filter circuit, in which an impedance element IMP is arranged between the input E and the first resonant circuit RK1.
  • the impedance element is reali ⁇ Siert as a capacitive element KE. But an inductive element at this point is just ⁇ if possible.
  • an impedance element IMP which is also realized as a capacitive element.
  • This capacitive element can also be replaced by an inductive element.
  • Figure 3 shows the equivalent circuit diagram of the RF filter circuit, wherein the four resonant circuits in the second signal path SW2 EXISTING ⁇ are the. Between the third resonant circuit RK3 and the output A, a fourth resonant circuit RK4 is thus arranged.
  • RK1, RK4 the outer Reso ⁇ nanz Vietnamesee
  • RK2, RK3 the inner Form resonant circuits.
  • the couplings between the resonant circuits have, z. B. by a symmetrical structure, the strengths Kl and K2.
  • the second signal SW2 5, 6, 7, 8, 9 or 10 comprising resonant circuits which are arranged in accordance with Se rie ⁇ between the input E and output A.
  • Figure 4 shows the equivalent circuit of the tunable RF filter circuit, in which four resonant circuits RK4 are arranged in the second signal path and in which a capacitive element KE is arranged between the input E and the first resonant circuit RK1. Furthermore, a further capacitive element KE is arranged between the last external resonant circuit RK4 and the output A.
  • FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram of the tunable HF filter circuit, in which the resonant circuits are realized as LC circuits.
  • Each resonant circuit shown here by the example of the first resonant circuit RK1 - comprises a parallel connection of an inductive element IE and a tunable capacitive element AKE.
  • the tunable kapa ⁇ zitive element AKE is thereby tunable Impedanzele ⁇ ment of the corresponding resonant circuit is.
  • each resonant circuit could also include a tunable inductive element. Then the corresponding parallel impedance element of the resonant circuit would be a capacitive element.
  • the tunable capacitive element AKE is connected to a control logic STL.
  • the control logic STL comprises scarf ⁇ tion elements, via which a control signal of an external
  • the electromagnetic coupling between the resonant circuits is realized by a capacitive coupling of capacitive elements KE as coupling elements KO.
  • capacitive coupling of capacitive elements KE includes any Reso ⁇ nanz Vietnamese substantially an electrode of a capacitive element KE, via which it is coupled to the neighboring or adjacent resonant circuits.
  • a coupling via capacitive elements KE is thereby essentially a ka ⁇ pazitive electrical coupling.
  • the Q of this capaci tive ⁇ elements may in this case be less than the Q of the elements used in the resonance circuits.
  • FIG. 6 shows the equivalent circuit of the tunable RF filter circuit, in which the coupling between the resonant circuits RK is made inductively.
  • Each resonant circuit has at least one inductive element IE, via which a coupling to another inductive element of the corresponding resonant circuit takes place. Since the first resonant circuit RK1 is only inductively coupled to the second resonant circuit RK2, the first resonant circuit RK1 needs only an inductive element IE1 for coupling.
  • the second resonant circuit RK2 is inductively coupled both to the first resonant circuit RK1 and to the third resonant circuit and therefore requires two inductive elements.
  • resonant circuits are inductively or capacitively coupled does not matter for the fact that RF signals can be transmitted so that the series arrangement of resonant circuits represents the second signal path SW2.
  • the capacitive elements for coupling between the resonant circuits in FIG. 5 and the inductive elements for coupling the resonant circuits in FIG. 6 are arranged and configured such that the correct degree of coupling is obtained.
  • the degree of coupling can be adjusted by the distance of the electrodes or the electrode surface or the coil shape, coil size and coil removal.
  • FIG. 7 shows an equivalent circuit diagram of the tunable HF filter circuit, in which the resonant circuits comprise, in addition to a tunable capacitive element AKE, an acoustic or ceramic resonator AR.
  • Acoustic or ceramic resonators are characterized by high quality factors and at the same time by small dimensions. However, since they cause relatively high manufacturing costs and because of their mechanical operation require measures for decoupling and to protect against disturbing environmental conditions, the use of LC components may be preferred.
  • FIG. 8 illustrates the possibility for impedance matching using the example of the input impedance.
  • the filter circuit is adjusted by varying the capacitances of the capacitive elements AKE the first resonant circuit RK1 and the input E 29al ⁇ ended capacitive element AKE able matterssimpe ⁇ the impedance of the circuit change.
  • corresponding tunable impedance elements On the output side, corresponding tunable impedance elements, for.
  • capacitive elements used in series at the output A or ground in the last resonant circuit for adjusting the output impedance.
  • the control can also via the control logic STL respectively.
  • FIG. 9 shows calculated frequency dependencies of the insertion loss IS 2, I 1 and the reflection
  • FIG. 10 shows a simple embodiment of a packaging in which the HF filter circuit with its components can be integrated.
  • the package is built on a substrate S on ⁇ , which is a single- or multi-layer substrate and at least one wiring level VE1.
  • the Ver ⁇ drahtungsebene VE1 may be formed on the surface of the substrate S of the o-, as shown in Figure 1 between two insulating layers of a multilayer substrate.
  • On the substrate is at least one semiconductor component HLB mon ⁇ advantage and electrically connected to the first wiring level VE1.
  • On the substrate S in the first component layer KL1 further dis ⁇ crete, integrated or other components may be arranged in addition to the semiconductor device HLB (not shown in the figure).
  • the semiconductor device comprises at least high HLB kind tunable passive components ⁇ Comp.
  • a control unit can be integrated in the semiconductor component HLB.
  • the control unit may also be implemented as a further separa ⁇ th semiconductor component and arranged in the first compo ⁇ nentenlage KL1.
  • the components of the first component layer KL1 are covered with a dielectric layer DS or embedded in a dielectric layer DS which terminates upwardly with a Annae ⁇ hernd flat surface.
  • a second component layer KL2 is provided above the dielectric layer DS with the first component layer KL1 covered or embedded beneath it.
  • discrete high-quality passive components DP are arranged.
  • the discrete high-quality passive components DPB are electrically connected to the components of the first component layer KL1. This can be done by the components of the second component layer KL towards the contacts of the Halbleiterbauele ⁇ elements HLB in the first component layer directly through vias KL1 DK.
  • first and second component layer KE1, KE2 provide a second Ver ⁇ wire level VE2.
  • the line sections of the second wiring level VE2 are electrically connected to the corresponding contacts of the discrete passive components DPB and likewise to contacts of the semiconductor components by means of through-contacts DK.
  • the second wiring level VE2 may be embedded between two layers of a dielectric.
  • On the underside of the substrate S external contacts AK are AK ⁇ seen, which are connected via vias DK either directly to the components of the first component layer KL1 or as shown in the figure with the first wiring level SEI.
  • Not shown in Figure 1 are other passivations or protective covers that seal the components of the package P against environmental influences.
  • Such passivation may for example be at least one directly on the surface of the discrete passive components istschie ⁇ dene or applied layer, in particular a thin film.
  • the passivation may also comprise a layer sequence ist ⁇ VARIOUS or applied layers.
  • a first form-fitting cover to the discrete passive components DPB, which terminates with the surface of the dielectric layer DS.
  • This may be, for example, a thermoplastic film.
  • This film can then be provided with a metallization, which can optionally be galvanically or electrolessly amplified. It is also possible to increase the surface of the substrate S relative to the area provided with components and to allow the passivation to be completed with the then projecting substrate surface.
  • the tunable RF filter circuit is not limited to the ge Stand ⁇ th circuit details. Having filter circuits, the wei ⁇ tere circuit elements such as capacitive elements, induct ⁇ tive elements or tuned circuits, are also comprises of the filter circuit.
  • AHF tunable radio frequency (RF) filter circuit
  • DPE discrete passive component
  • KL1, KL2 first, second component layer
  • RK, RK1-4 resonant circuit
  • VE1, VE2 first, second wiring level

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Filters And Equalizers (AREA)

Abstract

Es wird eine abstimmbare HF-Filterschaltung (AHF) angegeben, die trotz geringer Komplexität gute elektrische Eigenschaften, eine gute Abstimmbarkeit und eine einfache Ansteuerung ermöglich. Die Filterschaltung umfasst dabei einen ersten und einen zweiten Signalweg (SW1, SW2) in einem Signalpfad (E,A). Zumindest drei Resonanzkreise (RK1, RK2, RK3) sind hintereinander im zweiten Signalweg angeordnet und verschalten den zweiten Signalweg mit Masse. Die Resonanzkreise sind elektrisch und/ oder magnetisch (K) verkoppelt und umfassen jeweils ein abstimmbares Impedanzelement. Der zweite Signalweg enthält ein Impedanzelement (IMP).

Description

Beschreibung
Abstimmbare HF-Filterschaltung Die Erfindung betrifft abstimmbare Filterschaltungen für HF- Signale, wie sie z.B. in nicht kabelgebundenen Kommunikati¬ onsgeräten Verwendung finden können.
Tragbare Kommunikationsgeräte, WLAN-Router usw. oder allge- meiner: Sende-/Empfangseinrichtungen, die mittels HF-Signalen kommunizieren, benötigen HF-Filter, um erwünschte von unerwünschten Signalen zu trennen. Solche Filter können z. B. in Frontend-Schaltungen, z.B. in Duplexern, verschaltet werden. Das Filter sollte dabei die Aufgabe der Verteilung der Sig¬ nale zwischen einem Chipsatz und gegebenenfalls weiterhin vorhandenen Filtern wahrnehmen. Der Schaltungsaufwand sollte möglichst gering sein. Das Filter sollte kompatibel mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Filtertechnologien weiterer Filter sein, eine geringe Baugröße eines entsprechenden Bau¬ elements ermöglichen und insbesondere eine hohe Selektion er¬ lauben .
Der Trend zu Kommunikationsgeräten, die immer mehr Frequenz- bänder bedienen können, führt zu komplexen Verschaltungen verschiedener Filter für die verschiedenen Frequenzbänder. Es entsteht deshalb der Bedarf an abstimmbaren Filter, um verschiedene Frequenzbänder mit demselben Filter nutzen zu können .
Bisherige Lösungen dieser Anforderungen basieren im Wesentlichen darauf, bekannte Filterschaltungen um abstimmbare Impe- danzelemente zu erweitern, oder auf der Verwendung von Schaltern, mittels derer Filterelemente zu einer Filtertopologie hinzuschaltbar sind. So sind aus dem Beitrag „Reconfigurable Multi-band SAW Fil¬ ters For LTE Applications", Xiao Ming et al . , Power Amplifi- ers For Wireless And Radio Applications (PAWR) , 2013 IEEE Topical Conference, 20. Januar 2013, Seiten 82 - 84, im We¬ sentlichen konventionelle HF-Filter bekannt, die mittels Schalter rekonfigurierbar sind. Mittels Schalter rekonfigu- rierbare Filter ermöglichen dabei jedoch keine kontinuierlich abstimmbaren Duplexer.
Aus dem Beitrag „Tunable Filters Using Wideband Elastic (?) Resonators", Kadota et al . , IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 60, Nr. 10, Okto¬ ber 2013, Seiten 2129 - 2136, sind Filterschaltungen bekannt, bei denen abstimmbare Kondensatoren zu HF-Filtern mit akustischen Resonatoren hinzugefügt werden.
Aus dem Beitrag „A Novel Tunable Filter Enabling Both Center Frequency and Bandwidth Tunability", Inoue et al . , Proceed- ings Of The 42nd European Microwave Conference, 29. Oktober - 1. November 2012, Amsterdam, The Netherlands, Seiten 269 - 272, sind HF-Filter mit abstimmbaren Kondensatoren und abstimmbaren Induktivitäten bekannt.
Auch aus dem Beitrag „RFMEMS-Based Tunable Filters", Brank et al . , 2001, John Wiley & Sons, Inc. Int J RF and Microwave CAE11: Seiten 276 - 284, 2001, sind Verschaltungen aus L und C Elementen bekannt, wobei die Kapazitäten der kapazitiven Elemente einstellbar sind. Aus dem Beitrag „Design of a Tunable Bandpass Filter With the Assistance of Modified Parallel Coupled Lines", Tseng et al . , 978-l-4673-2141-9/13/$31.00, 2013 IEEE, sind abstimmbare Fil¬ ter mit gekoppelten Übertragungsleitungen bekannt.
Aus dem Beitrag „Tunable Isolator Using Variable Capacitor for Multi-band System", Wada et al . , 978-1-4673-2141- 9/13/$31.00, 2013 IEEE MTT-S Symposium bzw. aus der Veröf¬ fentlichungsschrift WO2012/020613 ist die Verwendung von Iso- latoren in HF-Filtern bekannt.
Aus dem Beitrag „Filters with Single Transmission Zeros at Real or Imaginary Frequencies" , Levy, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-24, No . 4, April 1976 sind Ausführungsformen verschiedener Tschebyscheff-Filter mit gekoppelten Schaltungselementen bekannt.
Für die aus den oben genannten Beiträgen bekannten HF- Schaltungen lässt sich zusammenfassend sagen, dass im Wesent- liehen bekannte Filtertopologien durch das Hinzufügen variabler Elemente, z. B. Schalter oder einstellbarer Impedanzelemente, abstimmbare Filterschaltungen erhalten werden. Problematisch daran ist, dass die herangezogenen bekannten Filtertopologien im Wesentlichen für die Verwendung von Impedan- zelementen mit konstanter Impedanz optimiert sind. Zwar werden abstimmbare Filter ermöglicht. Die Performance leidet da¬ bei allerdings unter der Abstimmbarkeit .
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungstopologie anzugeben, die in der Verwendung mit ab¬ stimmbaren Schaltungselementen und in einem großen Abstimmungsbereich eine gute Performance bietet. Die unabhängigen Ansprüche geben dabei eine abstimmbare HF-Schaltung, ein Ver¬ fahren zum Ansteuern einer abstimmbaren HF-Schaltung sowie eine vorteilhafte Verwendung eines abstimmbaren HF-Filters an. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltun- gen an.
Eine abstimmbare HF-Filterschaltung umfasst einen Eingang, einen Ausgang und einen Signalpfad. Der Signalpfad ist zwi¬ schen dem Eingang und dem Ausgang angeordnet und verbindet den Eingang mit dem Ausgang, so dass HF-Signale, die die Fil¬ terschaltung passieren sollen, von dem Eingang an den Ausgang geleitet werden. Der Signalpfad selbst umfasst einen ersten Signalweg und einen zweiten Signalweg. Der erste Signalweg und der zweite Signalweg verlaufen parallel zueinander. Im ersten Signalweg ist ein Impedanzelement verschaltet. Im zweiten Signalweg sind N > 3 - also drei oder mehr - Reso¬ nanzkreise hintereinander angeordnet und verschalten den zweiten Signalweg jeweils mit Masse. Jeder Resonanzkreis stellt damit quasi ein Shunt-Element dar, so dass die Reso¬ nanzkreise parallel geschaltete Verbindungen des zweiten Sig¬ nalwegs mit Masse darstellen. Die Resonanzkreise sind
elektrisch oder magnetisch miteinander verkoppelt und umfassen jeweils zumindest ein abstimmbares Impedanzelement. Diese HF-Filterschaltung weist eine Filtertopologie mit intrinsischen Polstellen in der Übertragungscharakteristik auf. Diese Polstellen könnten dann dazu genutzt werden, Leistungsspitzen unerwünschter Signale, z.B. harmonische oder In- termodulationsprodukte, gezielt zu unterdrücken. Weiter be- stimmt die relative Lage der Polstellen bezogen auf die Mit¬ tenfrequenz die Flankensteilheit, so dass durch die Positio¬ nieren der Polstellen die Flankensteilheit beeinflusst, z. B. erhöht, werden kann. Ferner ermöglicht diese Topologie eine gute Einstellbarkeit der Bandbreite sowie der Mittenfrequenzen, wenn das entsprechende Filter als Bandpassfilter genutzt werden sollte. Der Schaltungsaufwand ist verglichen mit der möglichen Selektion gering. Der Grad an Komplexität ist relativ niedrig und der Aufwand, der zum Ansteuern des Filters nötig ist, ist eben¬ falls gering.
Neben der guten Einstellbarkeit der Frequenzlagen der Pass- bandflanken wird zusätzlich eine hohe Flankensteilheit erhal¬ ten .
Als Resonanzkreise kommen alle Arten von elektrischen Schal¬ tungen in Frage, die zu einer Schwingung angeregt werden kön- nen. Dazu zählen z. B. LC-Kreise, Schaltungen mit elektroa- kustischen Resonatoren, keramische Resonatoren, Disk- Resonatoren, wie sie aus dem Beitrag „Distributed Coupling in a Circular Dielectric Disk Resonator and Ist Application to a Square Dielectric Disk Resonator to Fabricate a Low-Profile Dual-Mode BPF" , A. C. Kundu und I. Awai, 1998 IEEE MTT-S Digest, S. 837-840 bekannt sind, oder sogenannte Cavity- Resonatoren, wie sie z. B. aus dem Beitrag „Highly Loaded Evanescent Cavities for Widely Tunable High-Q Filters" von H. Joshi, H. H. Sigmarsson, D. Peroulis und W. J. Chappell, Microwave Symposium, 2007. IEEE/MTT-S International, S. 2133- 2136 bekannt sind.
Es ist möglich, dass das Impedanzelement im ersten Signalweg eine Güte Q -S 100 aufweist. Die im Signalweg angeordneten Re- sonanzkreise können jeweils eine Güte Q > 100 aufweisen. Die Resonanzkreise können über Koppelelemente, z. B. gekoppelte induktive Elemente oder über kapazitive Elemente, von denen jeweils eine Elektrode einem Resonanzkreis zugeordnet ist, eine Güte Q -S 200 aufweisen.
Die Güte Q (auch Gütefaktor oder Q-Faktor genannt) ist dabei ein Maß für die Dämpfung eines schwingfähigen Systems. Der Wert der Güte Q ist dabei umso höher, je geringer die Dämp¬ fung ist. Eine Güte Q ist dabei sowohl für einen Resonanzkreis oder auch für einzelne Schaltungselemente wie kapazi¬ tive Elemente oder induktive Elemente zugeordnet.
Die HF-Filterschaltung kann jeweils ein abstimmbares kapazitives Element in jedem der Resonanzkreise umfassen. Abstimmbare Impedanzelemente - wie unten beschrieben - können auch zur Impedanzanpassung verwendet werden.
Der Wert der Kapazität des kapazitiven Elements kann einge¬ stellt werden, um die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises abzustimmen. Das Abstimmen aller Resonanzkreise der HF- Filterschaltung ermöglicht es dann, die Bandbreite eines Bandpassfilters, als das die Filterschaltung realisiert sein kann, und die Frequenzlage der Mittenfrequenz einzustellen.
Alternativ dazu können die Resonanzkreise auch jeweils ein abstimmbares induktives Element umfassen, um die Resonanzfre- quenzen der Resonanzkreise einzustellen. Da die Realisierung eines abstimmbaren kapazitiven Elements jedoch im Allgemeinen einfacher ist, ist die Verwendung eines abstimmbaren kapazitiven Elements bevorzugt. Die abstimmbaren kapazitiven Elemente können dabei als einstellbare MEMS-Kapazitäten, als Va- raktoren oder als Kapazitätsbänke mit einzeln zu- oder weg- schaltbaren Kondensatoren realisiert sein. Die abstimmbaren kapazitiven Elemente können eine Güte Q > 100 aufweisen.
Die HF-Filterschaltung kann so realisiert sein, dass das Ver- hältnis der Kapazitätswerte der abstimmbaren kapazitiven Elemente konstant ist, falls kapazitive Elemente als abstimmbare Impedanzelemente verwendet werden. Ansonsten kann das Ver¬ hältnis der Induktivitätswerte abstimmbarer induktiver Ele¬ mente relativ zueinander konstant sein.
Dies bedeutet, dass lediglich der Impedanzwert eines einzigen abstimmbaren Impedanzelements von einer Logikschaltung zu steuern ist. Die Impedanzwerte der N - 1 übrigen abstimmbaren Impedanzelemente ergibt sich dann durch Skalierung des zu steuernden Impedanzwerts.
Dadurch ist die Ansteuerung der abstimmbaren HF- Filterschaltung deutlich vereinfacht, da von einer Logikschaltung, z.B. im Chipsatz eines mobilen Kommunikationsge- räts, pro Steuerungsintervall nur ein einziger Wert, z.B. ein binäres Wort, an die Filterschaltung zu übertragen ist, welches die benötigte Kapazität einstellt. Das binäre Wort hat dabei n Bits und n ist zumindest so groß, dass mit den 2n darstellbaren Werten jeder mögliche einstellbare Impedanzwert codiert werden kann. So sind z. B. mit einem 8 Bit Wort 256 Impedanzwerte codierbar.
Die abstimmbare HF-Filterschaltung kann in jedem ihrer Resonanzkreise jeweils schwingungsfähige Schaltungsabschnitte um- fassen. Diese Schaltungsabschnitte können einen LC-
Schwingkreis , einen keramischen Resonator, einen MEMS- Resonator, einen akustischen Resonator, einen Disk-Resonator, einen Resonator mit einer in einem Substrat integrierten Wellenführung oder einen Cavity-Resonator umfassen.
Die Realisierung der einzelnen Resonanzkreise kann unabhängig vorgenommen werden. Die Technologien, auf denen die schwingungsfähigen Schaltungsabschnitte beruhen, können zwar identisch sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die schwingungsfähigen Schaltungsabschnitte auf unterschiedlichen Technolo¬ gien basieren.
Die Verwendung von LC-Schwingkreise in den Resonanzkreisen ermöglicht einen einfachen und kostengünstigen Aufbau bei - durch die gewählte Topologie - gleichzeitig guten elektri¬ schen Eigenschaften des Filters. Die Verwendung eines kerami- sehen Resonators, also eines Keramikkörpers, in dem Ausneh¬ mungen mit metallisierten Oberflächen strukturiert sind, ermöglicht ebenfalls gute elektrische Eigenschaften, bedarf al¬ lerdings im Gegenzug relativ großer Abmessungen. Die Verwendung eines MEMS- (MEMS = Micro Electro Mechanical System) Re- sonators bedeutet die Verwendung eines Resonators, in dem Ma¬ terial zu einer mechanischen Schwingung anregbar ist. Ein Beispiel eines MEMS-Resonators ist ein akustischer Resonator, in dem ein - im Allgemeinen piezoelektrisches - Material zu akustischen Schwingungen anregbar ist.
Umfasst der Resonator ferner strukturierte Elemente, mit de¬ nen die Wellenausbreitung gezielt eingestellt werden kann, wird eine integrierte Wellenführung und damit ein Resonator mit einer in einem Substrat integrierten Wellenführung erhal- ten. Insbesondere die Resonanzkreise, in denen MEMS-Resonatoren arbeiten, bieten gute elektrische Eigenschaften bei gleichzeitig relativ geringen Baugrößen, da die Schallgeschwindig¬ keit um Größenordnungen kleiner als die Ausbreitungsgeschwin- digkeit eines elektrischen Signals in einem Leiter ist.
Werden die Resonanzkreise mit schwingungsfähigen LC- Schwingkreisen ausgestattet, so kann ein induktives Element in den mit dem Ein- oder Ausgang verschalteten Resonanzkreis eine Induktivität von etwa 1 nH aufweisen. Die Kapazität ei¬ nes abstimmbaren kapazitiven Elements kann in einem Wertebereich um den Kapazitätswert 1 pF einstellbar sein.
Kapazitive Elemente, die eine Verkopplung von Resonanzkreisen bewirken, können einen Kapazität zwischen 10 fF und 100 pF aufweisen. Induktive Elemente, die eine Verkopplung von Reso¬ nanzkreisen bewirken, können eine Induktivität zwischen 1 nH und 300 nF aufweisen. Induktive Elemente in den Resonanzkreisen können Induktivitä¬ ten zwischen 0,1 nH und 50 nH aufweisen. Kapazitive Elemente in den Resonanzkreisen können Kapazitäten zwischen 0,1 pF und 100 pF aufweisen. Die abstimmbare HF-Filterschaltung kann N = 4 Resonanzkreise im zweiten Signalpfad umfassen, die hintereinander angeordnet sind. Das Impedanzelement im ersten Signalweg kann ein induk¬ tives Element sein. Der Signalpfad kann eingangsseitig und ausgangsseitig jeweils ein kapazitives Element umfassen. Zwi- sehen dem Eingang des Signalpfads und der Stelle, an der sich der Signalpfad in den ersten Signalweg und den zweiten Sig¬ nalweg aufspaltet, kann somit ein kapazitives Element ver¬ schaltet sein. Ebenso kann zwischen dem Ausgang und der Stelle, an der sich die beiden Signalwege wieder vereinigen, ein kapazitives Element angeordnet sein.
Es ist möglich, dass der Signalpfad eingangsseitig und/oder ausgangsseitig jeweils eines oder mehrere abstimmbare kapazi¬ tive Elemente umfasst.
Durch ein solches Element, das im Signalpfad in Serie ver¬ schaltet sein kann, kann jeweils eine Anpassung der Ein- gangsimpedanz bzw. der Ausgangsimpedanz erreicht werden. Eine solche Anpassung kann notwendig sein, da die Filterschaltung frequenzmäßig abstimmbar ist und ein Abstimmen charakteristi¬ scher Frequenzen wie der Mittenfrequenz und/oder der Frequenzbreite eine Impedanzanpassung der Schaltung erfordert.
Die abstimmbare HF-Filterschaltung kann weiterhin eine Steuerlogik, d.h. eine Steuerschaltung, in der eine Schaltungslogik zur Steuerung der Resonanzkreise implementiert ist, um¬ fassen. Die Steuerlogik kann dabei über Steuerleitungen mit den abstimmbaren Impedanzelementen der Resonanzkreise verschaltet sein. Die Steuerlogik ist dann dazu vorgesehen, die Impedanzwerte der Impedanzelemente zu steuern. Dazu können Signalleitungen vorgesehen sein, die die Steuerlogik jeweils mit dem entsprechenden abstimmbaren Impedanzelement der Reso- nanzkreise verschalten.
Die abstimmbare HF-Filterschaltung kann so ausgestaltet sein, dass die „äußeren" Resonanzkreise, also die Resonanzkreise die den oder die übrigen Resonanzkreise einschließen oder um- fassen, eine höhere Güte Q als die eingeschlossenen „inneren" Resonanzkreise aufweisen. Die „äußeren" Resonanzkreise sind dabei diejenigen Resonanzkreise die am nächsten mit dem Ein- gang oder dem Ausgang verschaltet sind. Im Allgemeinen wichtiger ist jedoch, dass die Resonanzkreise eine Höhere Güte Q als die Koppelelemente aufweisen. Die abstimmbare HF-Filterschaltung kann insbesondere so aus¬ gestaltet sein, dass die Resonanzkreise eine höhere Güte Q als die Koppelelemente, über die die Resonanzkreise verkop¬ pelt sind, aufweisen. Es wurde herausgefunden, dass bestimmte Schaltungselemente der abstimmbaren HF-Filterschaltung besonders empfindlich gegenüber einer Variation des Gütefaktors reagieren. Im Gegensatz dazu gibt es Schaltungselemente, deren Güte quasi keine Auswirkung auf die elektrischen Eigenschaften des Filters hat. Die elektrischen Eigenschaften der Filterschaltung hängen dabei sehr stark von den Gütefaktoren der Schaltungselemente in den Resonanzkreisen ab. Die Gütefaktoren der Koppelelemente zeigen dabei deutlich weniger Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Filterschaltung.
Diese Einsicht kann dazu genutzt werden, unempfindliche
Schaltungsteile durch relativ günstige Bauelemente zu reali¬ sieren, während die teuren und aufwändigen Schaltungselemente mit einem hohen Gütefaktor lediglich für die sensiblen Berei- che der abstimmbaren Filterschaltung vorzusehen sind.
Da die weniger kritischen Schaltungsbereiche damit auch durch relativ kompakt bauende Impedanzelemente realisiert sein kön¬ nen, kann dem Trend zur Miniaturisierung quasi ohne Quali- tätseinbußen gefolgt werden. Die abstimmbare HF-Filterschaltung kann Übertragungspole auf¬ weisen. D.h. es gibt Frequenzen, bei denen die Übertragungsfunktion der Filterschaltung eine Polstelle aufweist und somit Signale mit eben diesen Frequenzkomponenten besonders effektiv dämpft.
Die angegebene abstimmbare Schaltungstopologie unterscheidet sich somit dadurch von bekannten abstimmbaren Schaltungstopo- logien, dass intrinsische Polstellen existieren, die in den bekannten Schaltungstopologien ohne diese intrinsischen Polstellen durch Hinzufügen weiterer - in der Regel hochgütiger - Impedanzelemente hinzuzufügen sind.
Die abstimmbare HF-Filterschaltung kann in einem Sendefilter und/oder einem Empfangsfilter, z.B. eines nicht drahtgebundenen Kommunikationsgeräts, Verwendung finden. Insbesondere die Verwendung in einem Kommunikationsgerät, das dazu vorgesehen ist, eine Vielzahl an Frequenzbändern bedienen zu können, ist vorteilhaft. Denn ein einzelnes abstimmbares Filter kann zwei oder mehrere Filter mit nicht veränderbaren Passbändern ersetzen .
Eines oder mehrere Filter mit der vorgestellten Topologie kann dabei in einem Duplexer Verwendung finden, der relativ dicht benachbarte Sende- und Empfangssignale zu trennen hat.
Ein abstimmbares HF-Filter kann durch folgendes Verfahren gesteuert werden. Das Filter umfasst dabei zumindest N = 3 Re¬ sonanzkreise, die einen Signalweg mit Masse verschalten. Je- der der Resonanzkreise umfasst ein abstimmbares Impedanzele¬ ment. Das Filter umfasst ferner eine Steuerlogik, die die ab¬ stimmbaren Impedanzelemente der Resonanzkreise steuert. Das Verfahren ist insbesondere dadurch ausgezeichnet, dass die Steuerlogik stets ein konstantes Verhältnis der Impedanzwerte, z.B. der Kapazitätswerte, der abstimmbaren Impedanzelemente, z.B. der abstimmbaren Kapazitätselemente, aufrecht erhält .
Die Steuerlogik kann dabei ein Informationssignal einer ex¬ ternen Schaltungsumgebung, z.B. eines Chipsatzes eines mobilen Kommunikationsgeräts, empfangen und basierend darauf den Impedanzwert eines Impedanzelements eines der Resonanzkreise einstellen. Dazu ist die Steuerlogik über eine Signalleitung mit dem entsprechenden Impedanzelement verschaltet. Die Steu¬ erlogik ist ferner über weitere Signalleitungen mit den übrigen abstimmbaren Impedanzelementen verschaltet und steuert deren Impedanzwert ebenfalls. Deren Impedanzwert ergibt sich dabei durch das feste Verhältnis der Impedanzelemente. Eine
Vielzahl diskreter Steuerleitungen zu den einstellbaren Impedanzelementen ist somit erst ab der Steuerlogik notwendig. Die Verschaltung des Chipsatzes mit der Steuerlogik kann über einfach gehaltene Signalwege erfolgen.
Insbesondere die Ansteuerung über ein MIPI-RFFE (MIPI = Mobil Industry Processor Interface, RFFE = RF-Front End) ist mög¬ lich. Die einzelnen Schaltungskomponenten der HF-Filterschaltung können gemeinsam in einem Package integriert sein. Ein solches Package kann ein Substrat aufweisen, welches als Träger für diskrete Komponenten dient und außerdem zumindest eine Verdrahtungsebene aufweist. Auf der Oberseite des Substrats kann in einer ersten Komponentenlage ein Halbleiterbauelement montiert und elektrisch mit der ersten Verdrahtungsebene ver- bunden sein. Das Halbleiterbauelement weist hochgütige ab¬ stimmbare passive Komponenten auf, die eine Frequenzabstim¬ mung des Filters ermöglichen. Weiter ist in der ersten Komponentenlage eine Steuereinheit angeordnet. Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, die ab¬ stimmbaren Komponenten anzusteuern und auf diese Weise einen Schaltzustand herzustellen, der sich durch eine gewünschte Grenzfrequenz oder ein gewünschtes Frequenzband auszeichnet. Über der ersten Komponentenlage ist eine dielektrische
Schicht angeordnet. Die dielektrische Schicht weist vorzugs¬ weise eine zumindest weitgehend eingeebnete Oberfläche auf.
Über der dielektrischen Schicht befindet sich eine zweite Komponentenlage, in der mit dem Halbleiterbauelement ver¬ schaltete, diskrete passive Bauelemente angeordnet sind.
Aus den abstimmbaren passiven Komponenten, den diskreten passiven Bauelementen und gegebenenfalls weiteren Komponenten ist ein bezüglich seiner Grenzfrequenz oder seines Frequenzbands abstimmbares Filter realisiert. Ein solches Filter kann als Bandpassfilter ausgebildet sein. Möglich ist es jedoch auch, das Filter als Hochpass oder als Tiefpass auszuführen. Auch ein Bandstoppfilter ist als abstimmbares Filter reali- sierbar.
Die abstimmbaren passiven Komponenten im Halbleiterbauelement können integriert gefertigt und integriert miteinander ver¬ schaltet sein. Im Halbleiterbauelement können diese Komponen- ten über die Fläche des Halbleiterbauelements verteilt sein. Die in der zweiten Komponentenlage - also über dem Halblei¬ terbauelement angeordneten - hochgütigen diskreten Bauelemente können dann in optimal geringer Entfernung beziehungsweise direkt über Schaltungsknoten bzw. Kontaktflächen des Halbleiterbauelements vorgesehen werden, so dass kürzest mög¬ liche elektrische Verbindungen zwischen den Schaltungsknoten des Halbleiterbauelements und den diskreten passiven Bauele¬ menten realisiert werden können. Kurze elektrische Verbindungen haben einen betragsmäßig nur geringen parasitären Belag, so dass zwischen den Verbindungsleitungen zwischen den diskreten passiven Bauelementen und dem Halbleiterbauelement beziehungsweise zwischen den Verbindungen dieser Komponenten untereinander nur geringfügige Kopplungen auftreten können. Geringe Kopplungen haben den Vorteil, dass das Filter eine hohe Frequenzgenauigkeit, eine hohe Flankensteilheit und we¬ nig elektrische Verluste aufweist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass diese 3D-Integration der Komponenten der Filterschaltung beziehungsweise das Pack- age selbst eine kleine Grundfläche benötigt. Dadurch, dass lange Verbindungsleitungen eingespart werden, weist das Pack- age ein geringeres Volumen als herkömmliche abstimmbare Fil¬ ter im Package auf. Werden für die hochgütigen Komponenten, also für die diskreten Bauelemente und die hochgütigen abstimmbaren Komponenten solche mit einer Güte von zumindest 100 ausgewählt, so können Filter erhalten werden, die einen Abstimmfaktor bis 4:1 aufweisen. Dies entspricht auf die Frequenz umgerechnet einem Faktor 2 zwischen niedrigster und höchster einzustellender Grenzfrequenz oder Frequenzbereich. Für höhere Frequenzen lassen sich höhere Güten in einfacherer Weise realisieren. Ein Einsatz in einem Frequenzbereich zwischen 400 MHz und 8 GHz ist möglich.
Im Folgenden werden die abstimmbare HF-Filterschaltung und Verfahren zum Ansteuern eines abstimmbaren HF-Filters anhand von schematischen Figuren und Ausführungsbeispielen näher er läutert .
Es zeigen:
Fig. 1: ein Ersatzschaltbild einer abstimmbaren HF- Filterschaltung,
Fig. 2: das Ersatzschaltbild einer Filterschaltung mit zusätzlichen Impedanzelementen,
Fig. 3: das Ersatzschaltbild einer Filterschaltung mit vier
Resonanzkreisen,
Fig. 4: das Ersatzschaltbild einer Filterschaltung mit vier
Resonanzkreisen und weiteren kapazitiven Elementen,
Fig. 5: eine mögliche Realisierung der Resonanzkreise als LC
Schwingkreis ,
Fig. 6: induktiv gekoppelte Resonanzkreise,
Fig. 7: Resonanzkreise mit akustischen Resonatoren, Fig. 8: eine mögliche Form der Schaltung, bei der die Eingangs¬ und/oder Ausgangsimpedanz einstellbar ist, Fig. 9: berechnete Frequenzabhängigkeiten der Matrixelemente S i , i und S2 , i ,
Fig. 10: einen Querschnitt durch ein Package für und mit ei- nem abstimmbaren Filter.
Figur 1 zeigt ein Ersatzschaltbild der abstimmbaren HF- Filterschaltung AHF, bei der ein Signalpfad SP zwischen einem Eingang E und einem Ausgang A angeordnet ist. Der Signalpfad SP umfasst dabei zwei parallel geschaltete Teilabschnitte, nämlich den ersten Signalweg SW1 und den zweiten Signalweg SW2. Im ersten Signalweg SW1 ist ein Impedanzelement IMP ver¬ schaltet. Das Impedanzelement IMP kann als kapazitives Ele¬ ment oder als induktives Element realisiert sein. Im zweiten Signalweg SW2 sind die drei Resonanzkreise RK1, RK2, RK3 hin¬ tereinander angeordnet. Die Resonanzkreise sind elektrisch o- der magnetisch verkoppelt und umfassen jeweils zumindest ein abstimmbares Impedanzelement. Jeder der drei Resonanzkreise verschaltet den zweiten Signalweg mit Masse.
Der erste Resonanzkreise RK1 ist dabei an den Eingang E ge¬ koppelt. Der dritte Resonanzkreis RK3 ist dabei an den Aus¬ gang A gekoppelt. Diejenigen Resonanzkreise, die nicht über einen anderen Resonanzkreis sondern direkt an den Eingang E oder an den Ausgang A gekoppelt sind, stellen die so genannten „äußeren" Resonanzkreise dar. Diese beiden äußeren Resonanzkreise schließen somit den oder die übrigen Resonanzkreise ein, die somit „innere" Resonanzkreise darstellen. Im Ersatzschaltbild der Figur 1 stellen deshalb der erste Re¬ sonanzkreis RK1 und der dritte Resonanzkreis RK3 die äußeren Resonanzkreise dar, während der zweite Resonanzkreis RK2 den (einzigen) inneren Resonanzkreis darstellt. Die elektrische und/oder magnetische Verkopplung der Reso¬ nanzkreise ist durch die mit K bezeichnete Kopplung symboli¬ siert. Dabei ist der erste Resonanzkreis RK1 elektrisch und/oder magnetisch mit dem zweiten Resonanzkreis RK2 verkop- pelt. Der zweite Resonanzkreis RK2 ist neben dem ersten Reso¬ nanzkreis RK1 auch mit dem dritten Resonanzkreis RK3 verkop¬ pelt.
Über die Verkopplung der Resonanzkreise kann ein elektrisches Signal von Resonanzkreis zu Resonanzkreis weitergegeben wer¬ den, so dass auch im zweiten Signalweg SW2 ein HF-Signal pro¬ pagieren kann.
Figur 2 zeigt ein Ersatzschaltbild der abstimmbaren HF- Filterschaltung, bei der zwischen dem Eingang E und dem ersten Resonanzkreis RK1 ein Impedanzelement IMP angeordnet. Das Impedanzelement ist dabei als kapazitives Element KE reali¬ siert. Ein induktives Element an dieser Stelle ist aber eben¬ falls möglich.
Zwischen dem dritten (d.h. dem zweiten äußeren) Resonanzkreis RK3 und dem Ausgang A ist ebenfalls ein Impedanzelement IMP angeordnet, das ebenfalls als kapazitives Element realisiert ist. Auch dieses kapazitive Element kann durch ein induktives Element ersetzt sein.
Figur 3 zeigt das Ersatzschaltbild der HF-Filterschaltung, bei der vier Resonanzkreise im zweiten Signalweg SW2 vorhan¬ den sind. Zwischen dem dritten Resonanzkreis RK3 und dem Aus- gang A ist somit ein vierter Resonanzkreis RK4 angeordnet. Damit bilden die Resonanzkreise RK1, RK4 die äußeren Reso¬ nanzkreise, während die Resonanzkreise RK2, RK3 die inneren Resonanzkreise bilden. Die Kopplungen zwischen den Resonanzkreisen haben, z. B. durch einen symmetrischen Aufbau, die Stärken Kl und K2. Ferner ist es möglich, dass der zweite Signalweg SW2 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Resonanzkreise umfasst, die entsprechend in Se¬ rie zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A angeordnet sind.
Figur 4 zeigt das Ersatzschaltbild der abstimmbaren HF- Filterschaltung, bei der im zweiten Signalweg vier Resonanzkreise RK4 angeordnet sind und bei der zwischen dem Eingang E und dem ersten Resonanzkreis RK1 ein kapazitives Element KE angeordnet ist. Ferner ist zwischen dem letzten äußeren Resonanzkreis RK4 und dem Ausgang A ein weiteres kapazitives Ele- ment KE angeordnet.
Figur 5 zeigt ein Ersatzschaltbild der abstimmbaren HF- Filterschaltung, bei der die Resonanzkreise als LC- Schaltungen realisiert sind. Jeder Resonanzkreis, hier am Beispiel des ersten Resonanzkreises RK1 gezeigt - umfasst eine Parallelschaltung eines induktiven Elements IE und eines abstimmbaren kapazitiven Elements AKE . Das abstimmbare kapa¬ zitive Element AKE stellt dabei das abstimmbare Impedanzele¬ ment des entsprechenden Resonanzkreises dar. Umgekehrt könnte jeder Resonanzkreis auch ein abstimmbares induktives Element umfassen. Dann wäre das entsprechende parallel geschaltete Impedanzelement des Resonanzkreises ein kapazitives Element.
Das abstimmbare kapazitive Element AKE ist mit einer Steuer- logik STL verschaltet. Die Steuerlogik STL umfasst Schal¬ tungselemente, über die ein Steuersignal einer externen
Schaltungsumgebung empfangen werden kann. Das Steuersignal der externen Schaltungsumgebung wird interpretiert und Steuersignale werden über entsprechende Signalleitungen SL an die einzelnen abstimmbaren kapazitiven Elemente AKE ausgegeben. Die elektromagnetische Kopplung zwischen den Resonanzkreisen ist durch eine kapazitive Kopplung kapazitiver Elementen KE als Koppelelemente KO realisiert. Dazu umfasst jeder Reso¬ nanzkreis im Wesentlichen eine Elektrode eines kapazitiven Elements KE, über die er mit dem benachbarten oder den be- nachbarten Resonanzkreisen gekoppelt ist. Eine Kopplung über kapazitive Elemente KE stellt dabei im Wesentlichen eine ka¬ pazitive elektrische Kopplung dar. Die Güte Q dieser kapazi¬ tiven Elemente darf dabei geringer sein als die Güte Q der in den Resonanzkreisen verwendeten Elemente.
Figur 6 zeigt das Ersatzschaltbild der abstimmbaren HF- Filterschaltung, bei der die Kopplung zwischen den Resonanzkreisen RK induktiv erfolgt. Dabei hat jeder Resonanzkreis zumindest ein induktives Element IE, über das eine Kopplung zu einem anderen induktiven Element des entsprechenden Resonanzkreises erfolgt. Da der erste Resonanzkreis RK1 lediglich induktiv an den zweiten Resonanzkreis RK2 gekoppelt ist, braucht der erste Resonanzkreis RK1 lediglich ein induktives Element IE1 zur Kopplung. Der zweite Resonanzkreis RK2 ist induktiv sowohl an den ersten Resonanzkreis RK1 als auch an den dritten Resonanzkreis gekoppelt und benötigt deshalb zwei induktive Elemente.
Ob die Resonanzkreise induktiv oder kapazitiv gekoppelt sind, spielt für die Tatsache, dass HF-Signale übertragen werden können, keine Rolle, so dass die Serienanordnung an Resonanzkreisen den zweiten Signalweg SW2 darstellt. Die kapazitiven Elemente zur Kopplung zwischen den Resonanzkreisen in Figur 5 bzw. die induktiven Elemente zur Kopplung der Resonanzkreise in Figur 6 sind dabei so angeordnet und ausgestaltet, dass der richtige Grad an Kopplung erhalten wird. Der Kopplungsgrad kann dabei durch den Abstand der Elektroden bzw. die Elektrodenfläche oder die Spulenform, Spulengröße und Spulenentfernung eingestellt sein.
Jeweils zwei induktiv verkoppelte induktive Elemente benach- barter Resonanzkreise bilden dabei im Wesentlichen eine
TransformatorSchaltung .
Figur 7 zeigt ein Ersatzschaltbild der abstimmbaren HF- Filterschaltung, bei der die Resonanzkreise neben einem ab- stimmbaren kapazitiven Element AKE einen akustischen oder keramischen Resonator AR umfassen. Akustische bzw. keramische Resonatoren zeichnen sich durch hohe Gütefaktoren und gleichzeitig durch geringe Abmessungen auf. Da sie jedoch vergleichsweise hohe Herstellungskosten verursachen und aufgrund ihrer mechanischen Arbeitsweise Maßnahmen zur Entkopplung und zum Schutz vor störenden Umgebungsbedingungen erfordern, kann die Verwendung von LC-Komponenten bevorzugt sein.
Figur 8 veranschaulicht die Möglichkeit zur Impedanzanpassung am Beispiel der Eingangsimpedanz. Die Filterschaltung ist durch Verändern der Kapazitäten der kapazitiven Elemente AKE des ersten Resonanzkreises RK1 und des am Eingang E verschal¬ teten kapazitiven Elements AKE in der Lage, die Eingangsimpe¬ danz der Schaltung einzustellen. Auch ausgangsseitig können entsprechende abstimmbare Impedanzelemente, z. B. kapazitive Elemente, in Serie am Ausgang A oder gegen Masse im letzten Resonanzkreis zum Einstellen der Ausgangsimpedanz verwendet werden. Die Regelung kann ebenfalls über die Steuerlogik STL erfolgen. Eine Kapazität des kapazitiven Elements am Eingang E in Höhe von 5 pF und eine Kapazität des kapazitiven Ele¬ ments im ersten Resonanzkreis RK1 in Höhe von 34,34 pF ermög¬ lichen beispielsweise eine Eingangsimpedanz von 5 Ω, so dass etwa eine Impedanzanpassung an eine Verstärkerschaltung erhalten werden kann. Eine Kapazität des kapazitiven Elements am Eingang E in Höhe von 18 pF und eine Kapazität des kapazi¬ tiven Elements im ersten Resonanzkreis RK1 in Höhe von 38,81 pF ermöglichen beispielsweise eine Eingangsimpedanz von 50 Ω, so dass etwa Normimpedanz dieser Größe erhalten werden kann.
Durch das Einstellen der Eingangs- oder Ausgangsimpedanzen bleibt der Verlauf der Übertragungsfunktion im Wesentlichen unverändert .
Figur 9 zeigt berechnete Frequenzabhängigkeiten der Einfügedämpfung I S 2 , l I sowie der Reflexion | Si,i| . In der Einfügedämp¬ fung ist ein Passband mit steilen Flanken im Übergangsbereich ausgebildet. Innerhalb des Passbands ist die Einfügedämpfung gering. Außerhalb des Passbandes ist der Reflexionsgrad so groß, dass quasi keine HF-Leistung die Filterschaltung pas¬ sieren kann.
Außerhalb des Passbandes existieren zwei Polstellen.
Innerhalb des Passbands existieren vier Polstellen, die auf vier Resonanzkreise zurückgeführt werden können.
Figur 10 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel eines Pack- age, in dem die HF-Filterschaltung mit ihren Komponenten integriert sein kann. Das Package ist auf einem Substrat S auf¬ gebaut, welches ein ein- oder mehrschichtiges Substrat ist und zumindest eine Verdrahtungsebene VE1 aufweist. Die Ver¬ drahtungsebene VE1 kann auf der Oberfläche des Substrat S o- der wie in der Figur 1 dargestellt zwischen zwei isolierenden Lagen eines mehrschichtigen Substrats ausgebildet sein. Auf dem Substrat ist zumindest ein Halbleiterbauelement HLB mon¬ tiert und mit der ersten Verdrahtungsebene VE1 elektrisch verbunden. Auf dem Substrat S in der ersten Komponentenlage KL1 können neben dem Halbleiterbauelement HLB weitere dis¬ krete, integrierte oder sonstige Bauelemente angeordnet sein (in der Figur nicht dargestellt) . Das Halbleiterbauelement HLB umfasst zumindest hochgütige abstimmbare passive Kompo¬ nenten .
In dem Halbleiterbauelement HLB kann eine Steuereinheit inte- griert sein. Die Steuereinheit kann auch als weiteres separa¬ tes Halbleiterbauelement realisiert und in der ersten Kompo¬ nentenlage KL1 angeordnet sein.
Die Bauelemente der ersten Komponentenlage KL1 sind mit einer dielektrischen Schicht DS abgedeckt oder in eine dielektrische Schicht DS eingebettet, die nach oben mit einer annä¬ hernd ebenen Oberfläche abschließt. Über der dielektrischen Schicht DS mit der abgedeckt darunter angeordneten oder eingebetteten ersten Komponentenlage KL1 ist eine zweite Kompo- nentenlage KL2 vorgesehen. Darin sind diskrete hochgütige passive Bauelemente DP angeordnet. Die diskreten hochgütigen passiven Bauelemente DPB sind mit den Komponenten der ersten Komponentenlage KL1 elektrisch verschaltet. Dies kann direkt über Durchkontaktierungen DK von den Bauelementen der zweiten Komponentenlage KL hin zu den Kontakten der Halbleiterbauele¬ mente HLB in der ersten Komponentenlage KL1 erfolgen. Möglich ist es jedoch auch, wie in der Figur dargestellt, zwischen erster und zweiter Komponentenlage KE1, KE2 eine zweite Ver¬ drahtungsebene VE2 vorzusehen. Die Leitungsabschnitte der zweiten Verdrahtungsebene VE2 sind mit den entsprechenden Kontakten der diskreten passiven Bauelemente DPB und eben- falls mit Kontakten der Halbleiterbauelemente mittels Durch- kontaktierungen DK elektrisch verbunden. Die zweite Verdrahtungsebene VE2 kann zwischen zwei Lagen eines Dielektrikums eingebettet sein. An der Unterseite des Substrats S sind Außenkontakte AK vor¬ gesehen, die über Durchkontaktierungen DK entweder direkt mit den Komponenten der ersten Komponentenlage KL1 oder wie in der Figur dargestellt mit der ersten Verdrahtungsebene SEI verbunden sind. Nicht dargestellt in der Figur 1 sind weitere Passivierungen oder Schutzabdeckungen, die die Komponenten des Packages P gegen Umwelteinflüsse abdichten. Eine solche Passivierung kann beispielsweise zumindest eine direkt auf die Oberfläche der diskreten passiven Bauelemente abgeschie¬ dene oder aufgebrachte Schicht, insbesondere eine Dünnschicht sein. Die Passivierung kann auch eine Schichtenfolge abge¬ schiedener oder aufgebrachter Schichten umfassen. Beispielsweise ist es möglich, eine erste formschlüssige Abdeckung auf die diskreten passiven Bauelemente DPB aufzubringen, die mit der Oberfläche der dielektrischen Schicht DS abschließt. Dies kann beispielsweise eine thermoplastische Folie sein. Diese Folie kann anschließend mit einer Metallisierung versehen werden, die gegebenenfalls noch galvanisch oder stromlos verstärkt werden kann. Möglich ist es auch, die Oberfläche des Substrats S gegenüber dem mit Komponenten versehenen Bereich zu vergrößern und die Passivierung mit der dann überstehenden Substratoberfläche abschließen zu lassen. Weiterhin ist es möglich, eine starre und mechanisch formstabile Kappe auf die Oberfläche der die¬ lektrischen Schicht DS oder auf überstehende Oberflächenbe¬ reiche des Substrats S aufzusetzen und gegen dieses abzudich¬ ten. Sowohl mit einer formschlüssigen Abdeckung als auch mit einer starren Kappe kann anschließend noch ein Verguss des gesamten Packages P erfolgen, wobei vorteilhaft entweder eine Glob Top-Masse aufgebracht oder das Ganze mit einer Kunst¬ stoffmasse umspritzt wird. Die abstimmbare HF-Filterschaltung ist nicht auf die gezeig¬ ten Schaltungsdetails beschränkt. Filterschaltungen, die wei¬ tere Schaltungselemente wie z.B. kapazitive Elemente, induk¬ tive Elemente oder Schwingkreise aufweisen, werden ebenso von der Filterschaltung umfasst.
Bezugs zeichenliste
I Sl, 1 I : Reflexion
I S2, 1 I : Einfügedämpfung
A: Ausgang
AHF: abstimmbare Hochfrequenz (HF) Filterschaltung
AK: Außenkontakt
AKE : abstimmbares kapazitives Element
AR: akustischer Resonator
DK: Durchkontaktierung
DPE : diskretes passives Bauelement
DS : dielektrische Schicht
E: Eingang
HLB : Halbleiterbauelement
IE: induktives Element
IMP: Impedanzelement
K: elektrische und/oder magnetische Kopplung
KE : kapazitives Element
KL1, KL2 : erste, zweite Komponentenlage
KO: Koppelelement
P: Package
RK, RK1-4: Resonanzkreis
S: Substrat
SL: Steuerleitung
SP: Signalpfad
STL: Steuerlogik
SW1 : erster Signalweg
SW2 : zweiter Signalweg
VE1, VE2 : erste, zweite Verdrahtungsebene

Claims

Patentansprüche
1. Abstimmbare HF-Filterschaltung (AHF) , umfassend
- einen Eingang (E) , einen Ausgang (A) und dazwischen einen Signalpfad (SP) mit einem ersten Signalweg (SW1) und einem zweiten Signalweg (SW2) parallel zum ersten Signalweg (SW1), wobei
- im ersten Signalweg (SW1) ein Impedanzelement (IMP) verschaltet ist,
- im zweiten Signalweg (SW2) N > 3 Resonanzkreise (RK) hintereinander angeordnet sind und den zweiten Signalweg (SW2) jeweils mit Masse verschalten,
- die Resonanzkreise (RK) elektrisch und/oder magnetisch verkoppelt sind und jeweils ein abstimmbares Impedanzelement (IMP, AKE) umfassen.
2. HF-Filterschaltung nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- das Impedanzelement (IMP) im ersten Signalweg (SW1) eine Güte Q -S 100 aufweist,
- die im zweiten Signalweg (SW2) angeordneten Resonanzkreise (RK) jeweils eine Güte Q > 100 aufweisen und
- die Resonanzkreise (RK) miteinander über Koppelelemente (KO) , die eine Güte Q -S 200 aufweisen, verkoppelt sind.
3. HF-Filterschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Resonanzkreise (RK) jeweils ein abstimmbares kapazitives Element (AKE) umfassen.
4. HF-Filterschaltung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die abstimmbaren kapazitiven Elemente (AKE) eine Güte Q > 100 aufweisen .
5. HF-Filterschaltung nach einem der beiden vorherigen
Ansprüche, wobei das Verhältnis der Kapazitätswerte der abstimmbaren kapazitiven Elemente (AKE) in den
Resonanzkreisen (RK) konstant ist.
6. HF-Filterschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Resonanzkreise (RK) jeweils schwingungsfähige Schaltungsabschnitte umfassen, die ausgewählt sind aus: einem LC-Schwingkreis , einem keramischen Resonator, einem MEMS- Resonator, einem akustischen Resonator, einem Resonator mit einer in einem Substrat integrierten Wellenführung, einem Cavity-Resonator.
7. HF-Filterschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- im zweiten Signalweg (SW2) N = 4 Resonanzkreise (RK) hintereinander angeordnet sind,
- das Impedanzelement (IMP) im ersten Signalweg (SW1) ein induktives Element (IE) ist und
- der Signalpfad (SP) eingangsseitig und ausgangsseitig jeweils ein kapazitives Element (KE) umfasst.
8. HF-Filterschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Signalpfad (SP) eingangsseitig und/oder
ausgangsseitig jeweils ein abstimmbares kapazitives Element (AKE) umfasst.
9. HF-Filterschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Steuerlogik (STL) , die über
Steuerleitungen (SL) mit den abstimmbaren Impedanzelementen (IMP) der Resonanzkreise (RK) verschaltet ist und dazu vorgesehen ist, die Impedanzwerte der Impedanzelemente (IMP, AKE) zu steuern.
10. HF-Filterschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Resonanzkreise (RK) eine höhere Güte Q als die Koppelelemente (KO) , über die die Resonanzkreise (RK) verkoppelt sind, aufweisen.
11. HF-Filterschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, deren Übertragungskurve Pole aufweist.
12. Verwendung einer abstimmbaren HF-Filterschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche in einem Sende- und/oder
Empfangsfilter eines Kommunikationsgeräts.
13. Verfahren zum Ansteuern eines abstimmbaren HF-Filters, das N > 3 Resonanzkreise (RK) , die einen Signalweg (SW2) mit Masse verschalten, umfasst, wobei
- jeder Resonanzkreis (RK) ein abstimmbares Impedanzelement (IMP, AKE) umfasst und eine Steuerlogik (STL) deren
Impedanzwert steuert und
- die Steuerlogik (STL) stets ein konstantes Verhältnis der Impedanzwerte der abstimmbaren Impedanzelemente (IMP, AKE) aufrechterhält .
PCT/EP2014/061264 2014-02-26 2014-05-30 Abstimmbare hf-filterschaltung WO2015128004A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/117,383 US10236855B2 (en) 2014-02-26 2014-05-30 Tunable RF filter circuit
JP2016554194A JP6389266B2 (ja) 2014-02-26 2014-05-30 チューナブルｈｆフィルタ回路

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014102521.0A DE102014102521B4 (de) 2014-02-26 2014-02-26 Abstimmbare HF-Filterschaltung
DE102014102521.0 2014-02-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015128004A1 true WO2015128004A1 (de) 2015-09-03

Family

ID=50896265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/061264 WO2015128004A1 (de) 2014-02-26 2014-05-30 Abstimmbare hf-filterschaltung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10236855B2 (de)
JP (1) JP6389266B2 (de)
DE (1) DE102014102521B4 (de)
WO (1) WO2015128004A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014102518B4 (de) * 2014-02-26 2022-04-28 Snaptrack, Inc. Package für ein abstimmbares Filter
CN108011605A (zh) * 2017-12-06 2018-05-08 深圳振华富电子有限公司 一种小型化高抑制ltcc带通滤波器
JP7313477B2 (ja) * 2019-05-08 2023-07-24 テレフオンアクチーボラゲット エルエム エリクソン（パブル） マルチバンドイコライザ
CN111030643B (zh) * 2019-11-22 2023-05-16 北京北方华创微电子装备有限公司 滤波电路以及半导体设备
JP7424176B2 (ja) * 2020-04-08 2024-01-30 株式会社村田製作所 回路
US11201602B1 (en) 2020-09-17 2021-12-14 Analog Devices, Inc. Apparatus and methods for tunable filtering
US11201600B1 (en) 2020-10-05 2021-12-14 Analog Devices, Inc. Apparatus and methods for control and calibration of tunable filters

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4835499A (en) * 1988-03-09 1989-05-30 Motorola, Inc. Voltage tunable bandpass filter
US5150089A (en) * 1988-10-18 1992-09-22 Oki Electric Industry Co., Ltd. Dielectric filter having an attenuation pole tunable to a predetermined frequency
US5525942A (en) * 1993-08-09 1996-06-11 Oki Electric Industry Co., Ltd. LC-type dielectric filter and duplexer
US20020093400A1 (en) * 2000-12-12 2002-07-18 Yongfei Zhu Electronic tunable filters with dielectric varactors
WO2002084686A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-24 Kyocera Wireless Corporation Band switchable filter
US20030085780A1 (en) * 2001-11-07 2003-05-08 Chin-Li Wang Asymmetric high frequency filtering apparatus
DE10202475A1 (de) * 2002-01-23 2003-08-07 Rohde & Schwarz Abstimmbares Filterelement und abstimmbares Bandpaßfilter
US20040183626A1 (en) * 2003-02-05 2004-09-23 Qinghua Kang Electronically tunable block filter with tunable transmission zeros
US20080252395A1 (en) * 2007-04-12 2008-10-16 Stats Chippac, Ltd. Compact Coils for High Performance Filters
WO2012020613A1 (ja) 2010-08-09 2012-02-16 株式会社村田製作所 非可逆回路素子
US20130076454A1 (en) * 2011-09-23 2013-03-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Band-pass filter

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29508163U1 (de) * 1995-05-17 1995-07-27 Christian Schwaiger Kg, 90579 Langenzenn Mehrstufige Bandpaßfilteranordnung
FI104561B (fi) 1998-02-27 2000-02-29 Fortum Oil And Gas Oy Fortum O Menetelmä hiilipitoisten lähtöaineiden pyrolysoimiseksi
US6882246B2 (en) * 2003-01-02 2005-04-19 Harris Corporation System and method for an electronically tunable frequency filter having constant bandwidth and temperature compensation for center frequency, bandwidth and insertion loss
US20050195541A1 (en) * 2004-03-05 2005-09-08 Hsiao-Chin Chen Load and matching circuit having electrically controllable frequency range
WO2005088832A1 (ja) 2004-03-16 2005-09-22 Nec Corporation フィルタ回路
US7323955B2 (en) * 2005-06-06 2008-01-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Narrow-band absorptive bandstop filter with multiple signal paths
CN101490898B (zh) 2005-11-18 2013-04-24 超导技术公司 低损耗可调射频滤波器
EP2106023A4 (de) 2006-11-20 2010-02-03 Panasonic Corp Filtervorrichtung
US7468642B2 (en) * 2006-12-12 2008-12-23 International Business Machines Corporation Multi band pass filters
JP4605404B2 (ja) * 2007-11-12 2011-01-05 Ｔｄｋ株式会社 電子部品
US8547188B2 (en) * 2009-02-23 2013-10-01 Tdk Corporation Filter with integrated loading capacitors
JP5339092B2 (ja) * 2010-07-22 2013-11-13 Ｔｄｋ株式会社 バンドパスフィルタモジュール及びモジュール基板
US9196406B2 (en) * 2013-03-15 2015-11-24 Rf Micro Devices, Inc. High Q factor inductor structure
US9178487B2 (en) * 2013-06-28 2015-11-03 Nokia Technologies Oy Methods and apparatus for signal filtering

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4835499A (en) * 1988-03-09 1989-05-30 Motorola, Inc. Voltage tunable bandpass filter
US5150089A (en) * 1988-10-18 1992-09-22 Oki Electric Industry Co., Ltd. Dielectric filter having an attenuation pole tunable to a predetermined frequency
US5525942A (en) * 1993-08-09 1996-06-11 Oki Electric Industry Co., Ltd. LC-type dielectric filter and duplexer
US20020093400A1 (en) * 2000-12-12 2002-07-18 Yongfei Zhu Electronic tunable filters with dielectric varactors
WO2002084686A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-24 Kyocera Wireless Corporation Band switchable filter
US20030085780A1 (en) * 2001-11-07 2003-05-08 Chin-Li Wang Asymmetric high frequency filtering apparatus
DE10202475A1 (de) * 2002-01-23 2003-08-07 Rohde & Schwarz Abstimmbares Filterelement und abstimmbares Bandpaßfilter
US20040183626A1 (en) * 2003-02-05 2004-09-23 Qinghua Kang Electronically tunable block filter with tunable transmission zeros
US20080252395A1 (en) * 2007-04-12 2008-10-16 Stats Chippac, Ltd. Compact Coils for High Performance Filters
WO2012020613A1 (ja) 2010-08-09 2012-02-16 株式会社村田製作所 非可逆回路素子
US20130076454A1 (en) * 2011-09-23 2013-03-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Band-pass filter

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. C. KUNDU; I. AWAI: "Distributed Coupling in a Circular Dielectric Disk Resonator and 1st Application to a Square Dielectric Disk Resonator to Fabricate a Low-Profile Dual-Mode BPF", IEEE MTT-S DIGEST, 1998, pages 837 - 840, XP010290311, DOI: doi:10.1109/MWSYM.1998.705120
BRANK ET AL.: "Int J RF and Microwave", 2001, JOHN WILEY & SONS, INC., article "RFMEMS-Based Tunable Filters", pages: 276 - 284
CHING-WEN TANG ET AL: "Development of Ultra-wideband LTCC Filter", IEEE CONFERENCE ON ULTRA-WIDEBAND, 2005, 5 September 2005 (2005-09-05), pages 320 - 322, XP010872939 *
H. JOSHI; H. H. SIGMARSSON; D. PEROULIS; W. J. CHAPPELL: "Highly Loaded Evanescent Cavities for Widely Tunable High-Q Filters", MICROWAVE SYMPOSIUM, 2007. IEEE/MTT-S INTERNATIONAL, 2007, pages 2133 - 2136, XP031112394
HOFT M ET AL: "Design of Symmetric Trisection Filters for Compact Low-Temperature Co-Fired Ceramic Realization", IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, vol. 58, no. 1, January 2010 (2010-01-01), pages 165 - 175, XP011298274 *
INOUE ET AL.: "A Novel Tunable Filter Enabling Both Center Frequency and Bandwidth Tunability", PROCEEDINGS OF THE 42 EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE, 29 October 2012 (2012-10-29), pages 269 - 272
JERVIS B W ET AL: "SENSITIVITY-BASED FILTER TUNING", ELECTRONICS & WIRELESS WORLD, vol. 94, no. 1027, May 1988 (1988-05-01), pages 429 - 432, XP001160477 *
KADOTA ET AL.: "Tunable Filters Using Wideband Elastic (?) Resonators", IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS AND FREQUENCY CONTROL, vol. 60, no. 10, October 2013 (2013-10-01), pages 2129 - 2136, XP011527599, DOI: doi:10.1109/TUFFC.2013.2803
KADOTA MICHIO ET AL: "Tunable filters using wideband elastic resonators", IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS AND FREQUENCY CONTROL, vol. 60, no. 10, October 2013 (2013-10-01), XP011527599 *
TSENG ET AL.: "Design of a Tunable Bandpass Filter With the Assistance of Modified Parallel Coupled Lines", IEEE, 2013
WADA ET AL.: "Tunable Isolator Using Variable Capacitor for Multi-band System", IEEE MTT-S SYMPOSIUM
XIAO MING ET AL.: "Reconfigurable Multi-band SAW Filters For LTE Applications", POWER AMPLIFIERS FOR WIRELESS AND RADIO APPLICATIONS (PAWR, 20 January 2013 (2013-01-20), pages 82 - 84

Also Published As

Publication number Publication date
JP6389266B2 (ja) 2018-09-12
JP2017508385A (ja) 2017-03-23
DE102014102521A1 (de) 2015-08-27
DE102014102521B4 (de) 2023-10-19
US10236855B2 (en) 2019-03-19
US20160359466A1 (en) 2016-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015128004A1 (de) Abstimmbare hf-filterschaltung
DE102008050743B4 (de) Impedanzanpass-Schaltung zur Anpassung von Planarantennen
DE102007024895B4 (de) Multiband-Filter
EP1196991B1 (de) Saw-filter des reaktanzfiltertyps mit verbesserter sperrbereichsunterdrückung und verfahren zur optimierung der sperrbereichsunterdrückung
WO2010023167A1 (de) Antennenanpassschaltung
DE112006001884B4 (de) Elektrisches Bauelement
DE10225202A1 (de) Mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement mit einem Anpaßnetzwerk
WO2004001963A1 (de) Elektronisches bauelement mit einem mehrlagensubstrat und herstellungsverfahren
DE10248493A1 (de) Verzweigungsfilter und Kommunikationsvorrichtung
DE102008020597B4 (de) Schaltungsanordnung
DE102005061601A1 (de) Resonatorfilter
DE102014102518B4 (de) Package für ein abstimmbares Filter
DE102014112676A1 (de) Filter mit verbesserter Linearität
DE102005003834A1 (de) Film-Bulk-Acoustic-Resonator-Filter mit unbalancierter-balancierter Eingabe-Ausgabe-Struktur
WO2015124368A1 (de) Abstimmbarer duplexer mit einem zirkulator
DE102007033233B4 (de) Hochpassfilter und Verwendung
WO2015128006A1 (de) Kombinierte impedanzanpass- und hf-filterschaltung
DE60316457T2 (de) Dünnfilmresonator-Abzweigfilter und Verfahren zur Erdung dieser Filter
DE102004053319A1 (de) Frequenzweiche
WO2006032366A1 (de) Integriertes filter
WO2003105340A1 (de) Abstimmbares filter und verfahren zur frequenzabstimmung
DE102004032928B4 (de) RF-Modul mit verbesserter Integration
DE102019106670B4 (de) HF-Filter mit vergrößerter Bandbreite und Filterkomponente
DE10163462A1 (de) Symmetrisch arbeitendes Reaktanzfilter
US20040183626A1 (en) Electronically tunable block filter with tunable transmission zeros

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14728510

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15117383

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016554194

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14728510

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1