DE10003704A1 - Schaltungsanordnung mit Bandpaßfiltern - Google Patents
Schaltungsanordnung mit BandpaßfilternInfo
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Abstract
Bei einer Schaltungsanordnung zur Bandpaß-Filterung eines Hochfrequenz-Signals großer Bandbreite sind mehrere Bandpaßfilter 1, 2 mit zueinander versetzten Durchlaßbereichen parallel angeordnet. Hierfür ist eine Schaltungsanordnung mit einem den Bandpaßfiltern vorgeschalteten Umschalter 4, 5, 6 vorgesehen, welcher in einem Halbleiter-Baustein 7 integriert ist. Die Anzahl der Ausgänge des Halbleiter-Bausteins 7 ist dabei gleich der Anzahl der Bandpaßfilter 1, 2. Hierdurch ist die Schaltungsanordnung bezüglich Isolation, Platzbedarf, Bauteilbedarf und Kosten verbessert. Solche Schaltungsanordnungen kommen beispielsweise in der Mobilfunktechnik zum Einsatz.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
mit mindestens zwei Bandpaßfiltern.
Bei einigen Anwendungen in der Hochfrequenztechnik, bei
spielsweise in der Mobilfunktechnik, kann die Bandbreite ei
nes zu filternden Signals größer sein als die Bandbreite exi
stierender Bandpaßfilter, welche eine ausreichend hohe Güte
aufweisen. Die Güte eines Bandpaß-Filters ist üblicherweise
definiert als Quotient aus Resonanzfrequenz und Bandbreite.
In bekannter Weise wird dieses Problem dadurch gelöst, daß
zwei Bandpaßfilter mit zueinander versetzten Durchlaßberei
chen parallel in einem Signalpfad angeordnet sind. Ausgangs
seitig, das heißt nach der Filterung, werden die beiden Si
gnalpfade wieder vereint. Problematisch ist dabei weiter, daß
sich die parallel geschalteten Filter bezüglich ihrer Fil
tercharakteristik gegenseitig in negativer Weise beeinflus
sen. So können beispielsweise Störsignale oder Rauschen von
einem Bandpaßfilter durchgelassen werden, während das eigent
liche Nutzsignal im Durchlaßbereich eines parallel zum Stör
signale durchlassenden Filter angeordneten Filters liegt. Aus
diesem Grund dürfen die an den Eingängen der Bandpaßfilter
anliegenden Signalpfade nicht gleichzeitig aktiv sein. Es ist
eine möglichst große Isolation der eingeschalteten gegenüber
den ausgeschalteten Signalpfaden anzustreben.
Die Abschaltung der jeweils nicht benötigten Signalpfade kann
in bekannter Weise mit einem PIN-(positive-intrinsic-
negative-)Dioden-Schalter realisiert sein, wobei PIN-Dioden
in Serie zu zugehörigen, parallel geschalteten Bandpaßfiltern
angeordnet sind. Nachteile dieser Lösung sind der große
Platzbedarf sowie die große Zahl von Bauteilen einer solchen,
aus diskreten Bauelementen aufgebauten Schaltung. Diese Nach
teile sind insbesondere bei der Anwendung solcher Schaltungen
im Mobilfunkbereich gravierend. Die Reduzierung von Abmessun
gen und Gewicht von Endgeräten sowie der damit verbundenen
Kosten sind wichtige Entwicklungsziele im Mobilfunkbereich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung zur Filterung eines Hochfrequenz-Signals
mit mehreren, parallel geschalteten Bandpaßfiltern anzugeben,
welche eine hohe Isolation sowie einen geringen Platz- und
Bauteilbedarf aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst von einer Schal
tungsanordnung mit zumindest zwei Bandpaßfiltern mit jeweils
einem Eingang und einem Ausgang, wobei die Ausgänge miteinan
der verbunden sind, und mit einem in einem integrierten Halb
leiter-Baustein angeordneten Schaltungsteil mit einer der An
zahl der Bandpaßfilter entsprechenden Anzahl von Signalpfa
den, welche eingangsseitig verbunden und ausgangsseitig aus
dem integrierten Halbleiterbaustein herausgeführt und mit den
zugeordneten Eingängen der Bandpaßfilter verbunden sind, wo
bei die Signalpfade mit einer Ansteuerschaltung verbunden
sind, die ein eingangsseitig zuführbares Signal jeweils auf
einen Bandpaßfilter-Eingang durchschaltet.
Es wird also ein Hochfrequenz-Signal, welches den Bandpaßfil
tern zuführbar ist, bereits in einem den Bandpaßfiltern vor
geschalteten, integrierten Halbleiter-Baustein in mehrere Si
gnalpfade geteilt. Der integrierte Halbleiter-Baustein weist
außerdem eine Ansteuerschaltung zum Schalten der einzelnen
Signalpfade auf, welche mit den aufgeteilten Signalpfaden
verbunden ist. Der den Bandpaßfiltern vorgeschaltete Halblei
ter-Baustein weist so viele Signalausgänge auf, wie parallel
geschaltete Bandpaßfilter vorgesehen sind. Je ein Signalaus
gang beziehungsweise Signalpfad des Halbleiter-Bausteins ist
mit je einem Eingang eines Bandpaßfilters verbunden. Die im
Halbleiter-Baustein angeordnete Ansteuerschaltung sorgt da
für, daß jeweils nur ein Signalpfad auf einen Bandpaß durch
geschaltet wird. Es wird also verhindert, daß parallelgeschaltete
Bandpaßfilter gleichzeitig aktiv sind, somit werden
Störsignale und Rauschen unterdrückt. Die Ausgänge der Band
pässe sind miteinander verbunden. An diesem gemeinsamen Aus
gang ist ein gefiltertes Hochfrequenz-Signal abgreifbar.
Die Integration der Schaltung zur Auftrennung der Signalpfade
eines Hochfrequenz-Signals, sowie die Ansteuerung beziehungs
weise Umschaltung der einzelnen Signalwege, die mit den Ein
gängen von Bandpaßfiltern verbunden sind, erübrigt eine aus
diskreten Bauelementen, beispielsweise PIN-Dioden, aufgebaute
Schaltung zur Signaltrennung und -umschaltung. Hierdurch ist
eine Reduzierung des Platzbedarfs sowie der Anzahl der benö
tigten Bauteile erzielbar. Darüberhinaus ermöglicht die be
schriebene Schaltungsanordnung eine höhere Isolation bezüg
lich der ausgeschalteten Signalpfade.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Er
findung ist in den im Halbleiter-Baustein angeordneten, Si
gnalpfaden jeweils eine Ausgangsstufe angeordnet, welcher ei
ne Versorgungsspannung zuführbar ist. Die Ansteuerschaltung
wirkt derart auf die Signalpfade, daß jeweils die Stromver
sorgung der Ausgangsstufen der nicht benötigten Signalpfade
unterbrochen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung sind die im Halbleiter-Baustein angeordneten
Ausgangsstufen, welche mittels der Ansteuerschaltung zu- oder
abschaltbar sind, zugleich Konverterschaltungen, welche ein
jeweils eingangsseitig zuführbares Differenzsignal in ein auf
einer einzigen Leitung führbares Signal umwandeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung weisen die Ausgangsstufen, welche ein Diffe
renzsignal in ein auf einer einzigen Leitung führbares (sin
gle-ended-) Signal umwandeln, jeweils einen Differenzverstär
ker und einen nachgeschalteten Emitterfolger auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung werden als Bandpaßfilter Oberflächenwellen
filter (SAW-, surface-acoustic-wave-filter) eingesetzt. Diese
können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung schließlich haben die parallel geschalteten
Bandpaßfilter Durchlaßbereiche, welche zueinander versetzt
sind.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Schaltungsanordnung gemäß dem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an
hand eines Blockschaltbilds, und
Fig. 2 eine prinzipielle Schaltungsanordnung mit PIN-
Dioden-Schaltern (Stand der Technik).
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit
zwei Bandpaßfiltern, welche parallel geschaltet sind. Diese
Schaltung ist für Frequenzen von ca. 1 Gigahertz geeignet.
Wie Fig. 1 entnehmbar ist, sind zwei Bandpaßfilter 1, 2 par
allel geschaltet und in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Die Bandpaßfilter weisen jeweils einen Eingang 11, 21 sowie
Ausgänge, die zu einem gemeinsamen Ausgang 3 verbunden sind,
auf. Den Eingängen 11, 21 der Bandpaßfilter ist ein Hochfre
quenzsignal zuführbar. Die Aufteilung dieses Hochfrequenzsi
gnals in verschiedene Signalpfade 41, 51 erfolgt in einem den
Bandpaßfiltern vorgeschalteten Halbleiter-Baustein. Die An
zahl der Signalpfade beziehungsweise der aus dem Halbleiter-
Baustein ausgangsseitig herausgeführten Signalwege entspricht
der Anzahl der Bandpaßfilter 1, 2 beziehungsweise der Anzahl
der Bandpaßfilter Eingänge 11, 21. In den Signalpfaden 41, 51
sind Ausgangsstufen 4, 5 angeordnet, welche ein der vorliegenden
Schaltung zuführbares Hochfrequenz-Signal, welches als
Differenzsignal vorliegt, in ein auf einer Leitung führbares
Ausgangssignal umwandeln. Bei einem Differenzsignal liegt der
eigentliche Informationsgehalt in der Differenz zweier Signa
le. Das Ausgangssignal hingegen ist auf einer einzigen Lei
tung geführt, welche auf ein Referenzpotential (Masse) bezo
gen ist. Die Ausgangsstufen 4, 5 weisen hierfür jeweils einen
Differenzverstärker mit nachgeschaltetem Emitterfolger auf.
Aufgrund der eingangs beschriebenen Notwendigkeit, daß je
weils nur ein Signalpfad gleichzeitig aktiv sein darf, ist
eine Ansteuerschaltung 6 vorgesehen, welche mit den Ausgangs
stufen 4, 5 verbunden ist. Diese Ansteuerschaltung 6 schaltet
den Versorgungsstrom der jeweils, nicht benötigten Ausgangs
stufe ab.
Fig. 2 zeigt eine dem Stand der Technik entnommene Möglich
keit der Realisierung einer Steuerschaltung parallelgeschal
teter Bandpaßfilter mit PIN-Dioden, wie sie beispielsweise in
Mobilfunktelefonen Verwendung findet. Der integrierte Halb
leiter-Baustein 7 ist im vorliegenden Beispiel ein Modulator-
Baustein, in dem einem analogen Signal digitale Signale auf
moduliert werden (nicht eingezeichnet). Das so gewonnene Si
gnal wird einem Differenzverstärker 4 zugeführt. Der Halblei
ter-Baustein 7 weist nur einen Ausgang (single-ended) auf.
Dieses Signal wird erst außerhalb des Halbleiter-Bausteins 7
in zwei Signalpfade aufgeteilt, die an die beiden Eingänge
11, 21 der beiden Bandpaß-Filter (SAW-Filter) 1, 2 ange
schlossen sind. An den beiden Ausgängen der Bandpaß-Filter 1,
2 ist jeweils eine PIN-Diode 81, 82 angeschlossen. Diese bei
den PIN-Dioden 81, 82 sind Teil eines PIN-Dioden-Schalters 8,
der weitere Elemente (nicht eingezeichnet) zur Ansteuerung
der PIN-Dioden aufweist. Die Ausgänge der PIN-Dioden 81, 82
sind verbunden und über einen Leistungsverstärker 9 an eine
Mobilfunk-Antenne 10 angeschlossen. Ein vor der Antenne 10
üblicherweise angeordneter Antennenumschalter ist nicht ein
gezeichnet. Diese Anordnung benötigt, da der PIN-Dioden-
Umschalter 8 aus diskreten Bauelementen aufgebaut ist, viel
Platz, führt zu einem relativ hohen Gewicht der gesamten
Schaltungsanordnung und verursacht dadurch hohe Kosten.
Die Aufteilung des Hochfrequenz-Signals bereits in einem den
Bandpaßfiltern vorgeschalteten Halbleiter-Baustein gemäß
Fig. 1 hingegen erlaubt eine hohe Isolation des eingeschalte
ten gegenüber dem ausgeschalteten Signalpfad von ca. 66 dB.
Gegenüber einer Lösung mit PIN-Dioden ergibt sich außerdem
eine deutliche Platz-, Gewichts- und Bauteilersparnis.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel der Erfindung findet bei
spielsweise im Mobilfunk Anwendung. Die Bandbreite des ein
gangsseitig zuführbaren Hochfrequenz-Signals beträgt hier ca.
70 Megahertz, die Signalfrequenzen liegen zwischen ca. 890
und 960 Megahertz. Diese Bandbreite ist für nur ein Bandpaß
filter, im vorliegenden Fall werden Oberflächenwellenfilter
eingesetzt, zu groß. Deshalb ist die Parallelschaltung zweier
Bandpaßfilter mit versetzten Durchlaßbereichen erforderlich.
Der Ausgang 3 der Schaltungsanordnung ist beispielsweise über
eine Verstärkerstufe an eine Antenne eines Mobilfunktelefons
anschließbar. Der den Bandpaßfiltern vorgeschaltete, be
schriebene Halbleiter-Baustein 7 kann beispielsweise ein Mo
dulatorbaustein sein, welcher auf eine analoge Trägerfrequenz
digitale Signale, beispielsweise Sprachsignale, aufmoduliert.
Dieses modulierte Signal wird dann in beschriebener Weise
aufgeteilt und den Ausgangsstufen 4, 5 zugeführt.
In Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig.
1 ist es zur weiteren Vergrößerung der Bandbreite der Schal
tung denkbar, mehr als zwei Bandpaßfilter parallel zu schal
ten.
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung mit zumindest zwei Bandpaßfiltern (1,
2) mit jeweils einem Eingang (11, 21) und einem Ausgang (3),
wobei die Ausgänge miteinander verbunden sind, und mit einem
in einem integrierten Halbleiter-Baustein (7) angeordneten
Schaltungsteil mit einer der Anzahl der Bandpaßfilter (1, 2)
entsprechenden Anzahl von Signalpfaden (41, 51), welche ein
gangsseitig verbunden und ausgangsseitig aus dem integrierten
Halbleiterbaustein herausgeführt und mit den zugeordneten
Eingängen (11, 21) der Bandpaßfilter (1, 2) verbunden sind,
wobei die Signalpfade mit einer Ansteuerschaltung verbunden
sind, die ein eingangsseitig zuführbares Signal jeweils auf
einen Bandpaßfilter-Eingang (11, 21) durchschaltet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Signalpfaden (41, 51) je eine Ausgangsstufe (4, 5)
angeordnet ist, deren Versorgungsstromzuführung (61, 62)
durch die Ansteuerschaltung (6) zu- oder abschaltbar ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangsstufen (4, 5) ein eingangsseitig zuführbares
Differenzsignal in ein auf einer Leitung führbares Signal um
wandeln.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangsstufen (4, 5) jeweils einen Differenzverstär
ker und einen nachgeschalteten Emitterfolger aufweisen.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bandpaßfilter Oberflächenwellen-Filter sind, die in
einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bandpaßfilter (1, 2) zueinander versetzte Durchlaßbe
reiche haben.
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