DE102015105382A1

DE102015105382A1 - Multiplexer, der mehrere abgestimmte Ausgangsimpedanzen zur verringerten Oberwellenerzeugung verwendet

Info

Publication number: DE102015105382A1
Application number: DE102015105382.9A
Authority: DE
Inventors: Christopher White; Herbert L. Ko
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2015-10-15
Also published as: US20150295559A1

Abstract

Ein Multiplexer weist eine Mehrzahl von Filtern auf, die mit einem gemeinsamen Knoten verbunden sind und von denen jeder eine Mehrzahl von akustischen Resonatoren und eine Mehrzahl von Oberwellen-Fallen, von denen jede in einen entsprechenden einen der Mehrzahl von Filtern integriert ist und dazu ausgelegt ist, eine Oberwellenerzeugung von einem anderen einen der Filter zu unterdrücken, aufweist.

Description

HINTERGRUND
Mobiltelefone und andere drahtlose Geräte können störende Emissionen aufgrund von nicht-linearen Antwortcharakteristiken ihrer Komponententeile erzeugen. Beispielsweise zeigt 1 bestimmte Komponenten einer Kommunikationseinrichtung 100, die störende Emissionen während der Signalübertragung erzeugen. Die in 1 gezeigten Komponenten können beispielsweise ein Front-End eines Mobiltelefons ausbilden.
Mit Verweis auf 1 umfasst eine Kommunikationseinrichtung 100 einen Leistungsverstärker (PA, power amplifier) 105, einen Radiofrequenz(RF)-Schalter 110, Filter 115 und einen Antennenschalter 120. Während der Signalübertragung werden Signale, die an einem PA-Anschluss empfangen werden, von dem PA 105 verstärkt, durch den RF-Schalter 110 zu einem designierten einen der Filter 115 übertragen und dann über den Antennenschalter 120 zu einem Antennenanschluss übertragen. Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, können Signale, die an dem PA-Anschluss empfangen werden, über zusätzliche Filter und/oder Antennenanschlüsse übertragen werden. Zusätzlich können Filter 115 durch Duplexer oder Multiplexer ersetzt werden, um zusätzliche Formen von Kommunikation zu ermöglichen.
Filter 115 (oder alternativ Duplexer oder Multiplexer) können als akustische Resonatoren implementiert sein, wie etwa akustische Oberflächenwellen(SAW, surface acoustic wave)-Resonatoren, akustische Volumenwellen(BAW, bulk acoustic wave)-Resonatoren, akustische Schicht-Volumenwellen-Resonatoren (FBARs, film bulk acoustic wave resonators). Diese akustischen Resonatoren erzeugen typischerweise störende Ausgangssignale auf zweiten oder dritten Oberwellen einer Übertragungsträgerfrequenz aufgrund einer Nichtlinearität eines darin enthaltenen piezoelektrischen Materials. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, diese und andere störende Emissionen zu verringern, um die Qualität der Kommunikation zu verbessern und ein Interferieren mit anderen Kommunikationen zu vermeiden.
Ein herkömmliches Verfahren zum Auslöschen der Leistung der zweiten Oberwellen (H2), die von einer akustischen Resonator-Einrichtung erzeugt wird, besteht darin, zwei parallele, gleiche Flächen aufweisende Resonatoren überkreuz zu verbinden, was ein Splitbar (auf Deutsch etwa Aufteilungsleiste) genannt wird. Ein anderes herkömmliches Verfahren, das Powerbar (auf Deutsch etwa Leistungsleiste) genannt wird, verwendet zwei Resonatoren mit gleicher Fläche in Serie, wobei jeder Resonator zweimal die Fläche der ursprünglichen Einrichtung aufweist, und die Resonatoren mit einander gegenüberliegenden piezoelektrischen Orientierungen verbunden sind. Das Powerbar-Verfahren ist effektiv, vergrößert jedoch die Gesamtfläche der Filter, was die Kosten erhöht.
Im Hinblick auf die obigen Nachteile der herkömmlichen Technologien steht ein allgemeiner Bedarf für verbesserte Filter- und Multiplexer-Schaltkreise, in denen die H2-Erzeugung verringert ist ohne eine Vergrößerung der Fläche der akustischen Resonator-Einrichtungen in jedem Filter oder der Größe eines Multiplexer-Moduls.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beispielhaften Ausführungsformen werden am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn diese mit den beigefügten Figuren der Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen zur Verdeutlichung der Darstellung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein. Wo immer dies anwendbar und praktikabel ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
1 ist ein Blockschaltbild, das ein RF-Front-End vom Leistungsverstärker zu einer Antenne für ein Mobiltelefon oder eine andere drahtlose Einrichtung darstellt.
2 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Einrichtung, die einen Leiterfilter und eine externe Oberwellen-Falle umfasst, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
3A ist ein Blockschaubild eines Duplexers, der eine Oberwellen-Falle zum Unterdrücken einer Oberwellenausgabe eines Übertragungs-(TX)-Filters verwendet, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
3B ist ein Schaltkreisdiagramm eines Empfangs(RX)-Filters, der eine einzelne Oberwellen-Falle zur Unterdrückung einer Erzeugung von zweiten Oberwellen aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
3C ist eine perspektivische Ansicht eines FBAR-Duplexer-Moduls, das abgestimmte Induktoren umfasst, die durch Spuren in einem mehrschichtigen Leiterplatten(PCB)-Substrat implementiert sind, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
3D ist eine Seitenansicht des FBAR-Duplexer-Moduls der 3C, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
4A ist ein vereinfachter äquivalenter Schaltkreis, der eine antennenseitige Impedanz eines einzelnen FBAR-Filters mit Schaltkreiselementen einer Oberwellen-Falle veranschaulicht, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
4B ist ein vereinfachter äquivalenter Schaltkreis für den Oberwellenfilter der 4A bei einer Serienresonanzfrequenz f_res, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
5 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Diplexer veranschaulicht, der doppelt integrierte Oberwellen-Fallen zum Unterdrücken der Erzeugung von zweiten Oberwellen aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
6 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Multiplexer veranschaulicht, der mehrere integrierte Oberwellen-Fallen zum Unterdrücken der Erzeugung von zweiten Oberwellen aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
7 ist ein Schaubild, das eine Ausgangsimpedanz einer Antennenseite eines Diplexers veranschaulicht, die eine niedrige Impedanz enthält, die aus der Falle für die zweite Harmonische resultiert, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
8 ist ein Schaubild, das eine Ausgabe einer simulierten Leistung einer zweiten Oberwelle eines Diplexers mit und ohne einer integrierten doppelten Oberwellen-Falle, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung werden für Zwecke der Erläuterung und nicht zur Beschränkung beispielhafte Ausführungsformen dargelegt, die bestimmte Einzelheiten offenbaren, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Es wird jedoch für einen Fachmann, der den Vorteil der vorliegenden Offenbarung hat, offensichtlich, dass andere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Lehren, die von den hierin offenbarten spezifischen Einzelheiten abweichen, innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche bleiben. Des Weiteren können Beschreibungen von wohl bekannten Vorrichtungen und Verfahren ausgelassen werden, um die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen nicht zu verschleiern. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind in klarer Weise innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehren.
Die hierin verwendete Terminologie ist nur für Zwecke der Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen und ist nicht dazu gedacht, beschränkend zu sein. Die definierten Ausdrücke sind zusätzlich zu den technischen, wissenschaftlichen oder gewöhnlichen Bedeutungen der definierten Ausdrücke, so wie diese gemeinhin verstanden und in dem relevanten Zusammenhang akzeptiert sind.
Die Ausdrücke „ein”, „eine” und „der/die/das” umfassen sowohl einzelne als auch mehrere Objekte, außer wenn der Zusammenhang dies anderweitig vorgibt. Somit umfasst beispielsweise „eine Einrichtung” eine Einrichtung und mehrere Einrichtungen. Der Ausdruck „im Wesentlichen” bedeutet, innerhalb von einer akzeptablen Begrenzung oder Grad zu sein. Der Ausdruck „näherungsweise” bedeutet, innerhalb einer für einen Fachmann akzeptablen Begrenzung oder Menge zu sein. Relative Ausdrücke, wie etwa „über”, „unter”, „oberseitig”, „unterseitig”, „oberer” und „unterer” können verwendet werden, um die Beziehungen der verschiedenen Elemente zueinander zu beschreiben, so wie das in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Für diese relativen Ausdrücke ist beabsichtigt, dass sie verschiedene Orientierungen der Einrichtung und/oder Elemente zusätzlich zu der in den Zeichnungen gezeigten Orientierung umfasst. Wenn beispielsweise die Einrichtung in Bezug auf die Ansicht in den Zeichnungen invertiert wäre, dann würde ein Element, das als „über” einem anderen Element beschrieben ist, nun beispielsweise unter diesem Element sein. Andere relative Ausdrücke können auch verwendet werden, um die relative Anordnung von bestimmten Merkmalen entlang eines Pfades, wie etwa einem Signalpfad, anzugeben. Beispielsweise kann ein zweites Merkmal als auf ein erstes Merkmal entlang eines Signalpfades als „nachfolgend” angesehen werden, wenn ein Signal, das entlang des Pfads übertragen wird, das erste Merkmal vor dem zweiten Merkmal erreicht.
Die beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Multiplexer, die auf akustischen Resonatoren beruhende Filter umfassen, in denen eine Erzeugung von Oberwellen zweiter oder höherer Ordnung an einem Antennenanschluss (oder einem anderen gemeinsamen Knoten) unterdrückt ist, indem eine Ausgangsimpedanz von jedem Filter auf eine Serienresonanz bei oder in der Nähe einer Frequenz einer zweiten Oberwelle von einem oder mehreren der anderen Filter abgestimmt ist. Beispielsweise umfasst in bestimmten Ausführungsformen ein Diplexer (d. h. einen 1:2 Multiplexer) einen ersten Filter und einen zweiten Filter, wobei eine Impedanz des ersten Filters abgestimmt ist, um mit einer Frequenz einer zweiten Oberwelle des zweiten Filters in Resonanz zu sein, und eine Impedanz des zweiten Filters abgestimmt ist, um mit einer Frequenz einer zweiten Oberwelle des ersten Filters in Resonanz zu sein. Eine Serienresonanz- oder Oberwellen-Falle für jeden Filterschaltkreis kann unter Verwendung einer antennenseitigen Serieneingangsinduktivität (LTx), einer Kapazität eines ersten Serien-FBAR-Resonators auf der Antennenseite (Cs1), einer Kapazität eines ersten Abzweig-FBAR-Resonators auf der Antennenseite (Ch1), und einer PCB-Induktivität von einem ersten Abzweig-FBAR auf der Antennenseite zu einer Modulmasse (L1) implementiert sein. Die Serien-(oder serielle)Kombination von LTX, Cs1, Ch1 und L1 bildet einen Serienresonanz-Schaltkreis. Die PCB-Induktivität nach Masse L1 kann während eines Entwurfsprozesses eingestellt werden, um eine gewünschte Resonanzfrequenz auf oder bei der zweiten Oberfläche eines gegenüberliegenden Filters zu erzielen.
Die Kombination von mehreren abgestimmten Ausgangsimpedanzen kann H2-Emissionen potentiell auf Leistungsniveaus verringern, die niedriger als für eine einzelne Oberwellen-Falle sind, und ohne die Größe oder Kosten zu erhöhen oder zusätzliche externe Komponenten des Multiplexer-Moduls hinzuzufügen.
2 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Vorrichtung 200, die einen Leiterfilter 205 und eine externe Oberwellen-Falle 210 umfasst, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Mit Verweis auf 2 umfasst ein Leiterfilter 205 drei Serien-FBARs, die als FBAR_series1, FBAR_series2 und FBAR_series3 bezeichnet sind, und zwei Abzweig-FBARs, die als FBAR_shunt1 und FBAR_shunt2 bezeichnet sind. Alternativ könnte er noch mehr FBARs umfassen, z. B. vier Serien-FBARs und drei Abzweig-FBARs. Die dargestellten FBARs sind zwischen einem PA-Anschluss und einem Antennenanschluss angeordnet, wie in dem Schaubild gezeigt. Eine Oberwellen-Falle 210 umfasst eine Serienresonanz, die parallel zu einem Ausgang des Leiterfilters verbunden ist. Die Serienresonanz umfasst eine Falleninduktivität L_trap und eine Fallenkapazität C_trap, die in Serie zwischen dem Antennenanschluss und Masse angeordnet sind.
Der Oberwellen-Fallen-Schaltkreis kann beispielsweise auf eine Serienresonanz (niedrige Impedanz) bei der zweiten Oberwelle eines Filterbetriebsbandes oder Filterarbeitsbandes abgestimmt sein. Die Falle kann eine niedrige Impedanz bei der zweiten Oberwelle aufweisen, was zu einer Fehlanpassung mit der Last des Filters, und damit zu einer verringerten Oberwellenleistung bei der Antenne oder Last, führt.
Ein Leiterfilter 205 ist typischerweise in einem Modul implementiert, das auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB, printed circuit board) montiert ist, und die externe Oberwellen-Falle ist typischerweise als Oberflächen-montierte Komponenten, die auf der PCB angeordnet oder in Schichten der PCB integriert sind, implementiert. Beispiele von derartigen Implementierungen sind in den 3C und 3D dargestellt.
3A ist ein Blockdiagramm eines Duplexers 300A, der eine Oberwellen-Falle zum Unterdrücken der TX-Filter-Oberwellenausgabe verwendet, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Mit Verweis auf 3A umfasst der Duplexer 300A ein TX-Filter 305A und ein RX-Filter 310A, die mit einem Antennenanschluss verbunden sind. Der TX-Filter 305A empfängt relativ hohe Leistungssignale von einem Leistungsverstärker, filtert die empfangenen Signale gemäß einem TX-Band und überträgt die gefilterten Signale zu dem Antennenanschluss. Der RX-Filter 310A empfängt Signale mit relativ niedriger Leistung von dem Antennenanschluss, filtert die empfangenen Signale gemäß einem RX-Band und überträgt die gefilterten Signale zu einem rauscharmen Verstärker (LNA, low noise amplifier). Jeder von dem TX-Elter und dem RX-Filter kann beispielsweise als ein Leiterfilter implementiert sein, wie in der 2, dargestellt.
Die Signale mit hoher Leistung aus dem TX-Filter 305A erzeugen Oberwellen an einem TX-Filterausgang aufgrund von Nichtlinearitäten von Einrichtungen in dem TX-Filter 305, einschließlich akustischer Resonatoren. Um die von dem TX-Filter 305 erzeugten Oberwellen zu unterdrücken, ist eine Ausgangsimpedanz des RX-Filters 301A abgestimmt, um einen Kurzschluss bei der zweiten (oder dritten) Oberwelle des TX-Bandes zu erzeugen. Dies wiederum verringert die an dem Antennenanschluss zugeführte Oberwellenleistung.
3B ist ein Schaltkreisdiagramm eines RX-Filters 310A, der eine einzige Oberwellen-Falle zum Unterdrücken der Erzeugung der zweiten Oberwelle umfasst, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Mit Verweis auf 3B umfasst der RX-Filter 310A einen Leiterfilter, der ähnlich wie der in 2 dargestellte ist. Er umfasst ferner eine Eingangsinduktivität LTX_input, die zwischen FBAR_series1 und FBAR_series2 verbunden ist, und eine Abzweig-Induktivität L_shunt, die zwischen FBAR_shunt1 und Masse verbunden ist. Obwohl dies in 3B nicht gezeigt ist, arbeiten intrinsische Kapazitäten der FBARs in dem Leiterfilter des RX-Filters 310A in Kombination mit der Eingangsinduktivität und der Abzweiginduktivität, um eine Oberwellen-Falle ohne die in 2 dargestellten externen Komponenten auszubilden. Mit anderen Worten, die Oberwellen-Falle ist in dem Leiterfilter integriert. Die Oberwellen-Falle unterdrückt eine Erzeugung von Oberwellen durch den TX-Filter 305A. Eine Analyse des RX-Filters 310A ist in den 4A und 4B dargestellt.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Oberwellen-Falle aus der 2 und derjenigen aus der 3B ist, dass die Oberwellen-Falle aus der 3B keine externen Kapazitäten erfordert, was es ermöglichen kann, dass ein Duplexer mit verringerter Größe und Kosten hergestellt werden kann. Ein Beispiel eines auf diese Weise hergestellten Duplexers ist in den 3C und 3D gezeigt.
3C und 3D sind eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht, respektive, eines FBAR-Duplexer-Moduls 300C, der abgestimmte Induktivitäten aufweist, die durch Spuren in einem mehrschichtigen PCB-Substrat implementiert sind, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Mit Verweis auf die 3C und 3D umfasst das Duplexer-Modul 300C ein Modulsubstrat 305C, zwei mit Flip-Chips verbundene FBAR-Silizium-Chips 315C, die mit dem Substrat 305C durch Löthügel 320C verbunden sind, und eine Epoxy-Einkapselungsschicht 325C, die über dem Silizium-Chip 315C ausgebildet ist. Das Modulsubstrat 305C umfasst eine mehrschichtige PCB (z. B. eine 7-Schicht-PCB) mit integrierten Induktor-Spuren 330C, 335C und 340C, und ebenso Durchverbindungen (oder Vias) 355C mit entsprechenden Induktivitäten. Die Impedanz der integrierten Induktor-Spuren kann unter Verwendung eines elektromagnetischen Finite-Elemente-Simulators, der parasitäre Kapazitäten und Kopplungen, die in dem vereinfachten zusammengezogenen Elementmodell des Schaltkreises nicht modelliert sind, mit einbeziehen wird, simuliert werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der FBAR-Silizium-Chip mit der PCB auch unter Verwendung von Drahtanschlüssen verbunden sein, und in diesem Fall kann die Induktivität des Drahtanschlusses in der Oberwellen-Falle enthalten sein.
Der Silizium-Chip in Kombination mit den Induktor-Spuren und Via-Induktivitäten kann verwendet werden, um ein Duplexer-Modul mit Oberwellen-Fallen zu implementieren, wie in den 3A und 3B dargestellt. In einem derartigen Modul kann einer der Silizium-Chips 315C den TX-Filter aus der 3A implementieren, während der andere Silizium-Chip 315C den RX-Filter aus der 3A implementiert. Das Duplexer-Modul 300C kann auf einem Mikrostreifen oder einem Kunden-PCB 310C montiert sein, der/die Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 345C und 350C zum Übertragen von Signalen zu und von einem PA, LNA oder Antennenanschluss umfasst.
4A ist ein vereinfachter äquivalenter Schaltkreis, der eine antennenseitige Impedanz des RX-Filters 310A aus der 3B darstellt, und 4B ist ein vereinfachter äquivalenter Schaltkreis für den Duplexer aus der 3A bei einer Serienresonanzfrequenz f_res, der die Ausgangsimpedanz R_txout des TX-Filters 305A, die antennenseitige Eingangsimpedanz R_res des RX-Filters 310A und die Antennenimpedanz R_ant zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Mit Verweis auf 4A sind die Eingangsinduktivität LTX_input und die Abzweiginduktivität L_shunt die gleichen wie die in 3B dargestellten. Die Kapazitäten C_series und C_shunt repräsentieren Plattenkapazitäten von FBAR_series1 und FBAR_shunt1 in 3B. Die Kapazität C_eq repräsentiert die äquivalente Kapazität der verbleibenden FBAR-Einrichtungen in der 3B.
Die Kapazitäten C_series und C_shunt, in Kombination mit der Eingangsinduktivität LTX_input und der Abzweiginduktivität L_shunt, werden verwendet, um eine Oberwellen-Falle, oder LC-Serienresonanz, bei der zweiten Oberwelle eines benachbarten Filters in einem Multiplexer zu implementieren. Bei Frequenzen, die weit entfernt von einer piezoelektrischen Resonanzfrequenz der FBAR-Einrichtungen sind, sind die FBAR-Einrichtungen elektrisch äquivalent zu Kondensatoren, deren Kapazitäten näherungsweise gleich der Plattenkapazität der Einrichtung sind.
Die nachfolgende Analyse beschreibt die Funktion des RX-Filters 310A beruhend auf den in den 4A und 4B gezeigten äquivalenten Schaltkreisen. Bestimmte Teile der Analyse sind vereinfacht worden, um eine deutliche Erläuterung bereitzustellen. Beispielsweise ist die Kapazität C_eq ignoriert worden.
Die Eingangsimpedanz des RX-Filters hat eine Serienresonanz bei einer Frequenz f_res, die durch die folgende Gleichung (1) beschrieben wird.
Bei der Serienresonanzfrequenz f_res wird, wenn man annimmt, dass die Verluste des Resonanz-Schaltkreises durch die äquivalenten Serienwiderstände R_tx und R_shunt der Induktoren LTX_input und L_shunt dominiert sind, die Eingangsimpedanz des Filters bei f_res durch die folgende Gleichung (2) beschrieben. R_res = R_tx + R_shunt (2)
Zum Zweck der Vereinfachung der Analyse des Oberflächenfallen-Schaltkreises wird angenommen, dass die Ausgangsimpedanz des TX-Filters bei der Frequenz f_res eine reale Impedanz R_out ist, und dass die Antennenanschlussimpedanz bei der Frequenz f_res eine reale Impedanz R_ant ist. Der vereinfachte Schaltkreis ist in 4B gezeigt.
In der Abwesenheit der Oberwellen-Falle hängt die Leistung an dem Antennenanschluss ab von dem Verhältnis der Filterausgangsimpedanz R_txout zu der Antennenimpedanz R_ant, wenn man annimmt, dass der RX-Filter ohne Oberwellen-Falle ein effektiver offener Schaltkreis bei der Frequenz f_res ist, so wie das näherungsweise durch die folgende Gleichung (3) angegeben ist.
Andererseits, mit dem Oberwellen-Fallen-Schaltkreis, ist das meiste der Oberwellenleistung (Harmonic Power) nach Masse kurzgeschlossen, und die Oberwellenleistung an dem Antennenanschluss wird durch die folgende Gleichung (4) beschrieben.
Der Parallelwiderstand der Serienresonanz und der Antennenimpedanz wird durch die folgende Gleichung (5) beschrieben.
Wenn man annimmt, dass der Serienwiderstand der Oberwellen-Falle R_res viel kleiner ist als die Antennenimpedanz R_ant, wird die Oberwellenleistung durch die folgende Gleichung (6) beschrieben.
Wenn man beispielsweise annimmt, dass bei der zweiten Oberwellenfrequenz der äquivalente Serienwiderstand der Oberwellen-Falle 3 Ohm ist, ist die Antennenimpedanz 50 Ohm und ist die TX-Filter-Ausgangsimpedanz 15 Ohm. Dann wird durch Implementieren der Oberwellen-Falle die Leistung der zweiten Oberwelle an der Antenne um näherungsweise 13 dB verringert.
5 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Diplexer 500 darstellt, der eine integrierte doppelte Oberwellen-Falle zum Unterdrücken der Erzeugung der zweiten Oberwelle umfasst, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. So wie das für Fachleute offensichtlich wird, können die Arbeitsprinzipien des Diplexers 500 zur Unterdrückung der Erzeugung der dritten Oberwelle oder zur Unterdrückung von Oberwellen höherer Ordnung angepasst werden.
Mit Verweis auf 5 umfasst der Diplexer 500 einen ersten Filter 505, einen zweiten Filter 510 und ein Antennenanpassungsnetzwerk 515. Das Antennenanpassungsnetzwerk 515 kann, beispielsweise, ein Abzweiginduktor nach Masse sein. Der erste Filter 505 ist zwischen einem ersten PA-Anschluss („PA Port 1”) und dem Antennenanpassungsnetzwerk 515 verbunden, und der zweite Filter 510 ist zwischen einem zweiten PA-Anschluss („PA Port 2”) und dem Antennenanpassungsnetzwerk 515 verbunden. Für Zwecke der Erklärung wird angenommen, dass der erste und der zweite Filter 505 und 510 als Sendefilter arbeiten, obwohl sie zusätzlich oder alternativ als Empfangsfilter arbeiten könnten. Beispielsweise kann ein Zeitduplex-(TDD, time division duplexing)-System denselben Filter sowohl im Sende- als auch im Empfangs-Modus verwenden, z. B. in einem Diplexer für zwei TDD-Bänder, wobei jeder Filter während einiger Zeitfenster als ein TX-Filter und während anderer Zeitfenster als ein RX-Filter arbeitet.
Jeder von dem ersten und zweiten Filter 505 und 510 hat im Wesentlichen die gleiche Struktur wie der RX-Filter 310A aus der 3B, außer dass die Oberwellen-Falle von jedem dieser Filter gemäß einer Betriebsfrequenz (z. B. einer Mittenfrequenz eines Durchlassbandes) des anderen Filters abgestimmt ist. Beispielsweise können die Oberwellen-Falle des Eingangs des ersten Filters 505 auf das Zweifache der Betriebsfrequenz des zweiten Filters 510 abgestimmt sein, und die Oberwellen-Falle an dem Eingang des zweiten Filters 510 kann auf das Zweifache der Betriebsfrequenz des ersten Filters 505 abgestimmt sein.
Während eines typischen Betriebs können sowohl der erste Filter 505 als auch der zweite Filter 510 verwendet werden, um RF-Leistung zu der Antenne zu übertragen, und die Erzeugung der zweiten Oberwelle von jedem Sendefilter wird durch die Oberwellen-Falle, die an der Antennenseite des benachbarten Filters implementiert ist, unterdrückt. Der Einschluss der Oberwellen-Falle in jedem Filter wird typischerweise nur einen geringen oder keinen Einfluss auf die Größe eines Moduls einschließlich des Diplexers haben. Die abgestimmten Induktoren L_series und L_shunt in dem ersten und dem zweiten Filter 505 und 510 können als integrierte Komponenten auf einer PCB-Platte des Moduls implementiert sein, ähnlich wie die Implementierung des in den 3C und 3D gezeigten Moduls 300C.
In einem veranschaulichenden Beispiel wird angenommen, dass der erste Filter 505 eine Betriebsfrequenz von f₁ und eine zweite Oberwelle bei 2f₁ hat. Die Oberwellen-Falle des zweiten Filters 510 kann dann so abgestimmt sein, dass sie eine niedrige Impedanz bei 2f₁ hat, um die zweite Oberwelle des ersten Filters 505 zu entfernen. Gleichermaßen wird angenommen, dass der zweite Filter 510 eine Betriebsfrequenz von f₂ und eine zweite Oberwelle bei 2f₂ hat. Die Oberwellen-Falle des ersten Filters 505 kann dann so abgestimmt sein, dass sie eine niedrige Impedanz bei 2f₂ hat, um die zweite Oberwelle des zweiten Filters 510 zu entfernen.
6 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Multiplexer 600 zeigt, der mehrere integrierte Oberwellen-Fallen zum Unterdrücken der Erzeugung der zweiten Oberwelle in einem Multiplexer aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. So wie das für Fachleute offensichtlich wird, können die Arbeitsprinzipien des Multiplexers 600 zur Unterdrückung der Erzeugung der dritten Oberwelle oder der Unterdrückung von Oberwellen höherer Ordnung angepasst werden.
Mit Verweis auf 6 umfasst der Multiplexer 600 N Filter, einschließlich eines ersten Filters 605, eines zweiten Filters 610 und eines N-ten Filters 620. Er umfasst ferner ein Antennenanpassungsnetzwerk 615. In diesem Zusammenhang kann die Anzahl N der Filter irgendeine Zahl größer als 2 sein.
Der erste Filter 605 ist ein TX-Filter, der zwischen einem ersten PA-Anschluss („PA Port 1”) und dem Antennenanpassungsnetzwerk 615 verbunden ist, der zweite Filter 610 ist ein TX-Filter, der zwischen einem zweiten PA-Anschluss („PA Port 2”) und dem Antennenanpassungsnetzwerk 615 verbunden ist, und der N-te Filter 620 ist ein TX-Filter, der zwischen einem N-ten PA-Anschluss („PA Port N”) und dem Antennenanpassungsnetzwerk 615 verbunden ist. Für Zwecke der Erklärung wird angenommen werden, dass der erste bis N-te Filter als Sendefilter arbeiten, obwohl sie zusätzlich oder alternativ als Empfangsfilter arbeiten könnten. Beispielsweise kann in einem typischen Multiplexer ein einzelner Filter verwendet werden, um sowohl übertragene als auch empfangene Signale über ein bestimmtes Frequenzband zu filtern.
Die Filter in dem Multiplexer 600 können ähnlich wie diejenigen des Diplexers 500 sein. Zusätzlich kann der Betrieb des Multiplexers 600 ähnlich wie der des Diplexers 500 sein, außer dass die Oberwellen-Falle in jedem Filter gemäß einer Betriebsfrequenz von irgendeinem der anderen Filter, nicht notwendigerweise dem einen direkt benachbarten, abgestimmt sein kann. Beispielsweise könnte in einem Quadplexer (d. h. N = 4), die Oberwellen-Falle des ersten Filters 605 gemäß einer Betriebsfrequenz eines dritten oder vierten Filters, und umgekehrt, abgestimmt sein.
7 ist ein Schaubild, das eine Ausgangsimpedanz einer Antennenseite eines Diplexers, einschließlich einer von einer doppelten Oberwellen-Falle herrührenden niedrigen Impedanz, darstellt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, darstellt, und 8 ist ein Schaubild, das eine simulierte Leistung der zweiten Oberwelle, die von einem Diplexer mit und ohne einer integrierten doppelten Oberwellen-Falle ausgegeben wird, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die in den 7 und 8 gezeigten Daten wurden durch eine Simulation des Diplexers 500 erzeugt, wobei der erste Filter 505 eine Betriebsfrequenz f₁ und eine Oberwellen-Falle, die auf einer Frequenz 2f₂ abgestimmt ist, aufweist, und der zweite Filter 510 eine Betriebsfrequenz f₂ und eine Oberwellen-Falle, die auf eine Frequenz 2f₁ abgestimmt ist, aufweist. Simulierte Messungen der Impedanz und der Leistung der zweiten Oberwelle wurden an dem von den beiden Filtern geteilten Antennenanschluss genommen.
Mit Verweis auf 7, hat die Ausgangsimpedanz an dem Antennenanschluss lokale Minima in der Nähe der zweiten Oberwelle der entsprechenden Betriebsfrequenzen des ersten und des zweiten Filters 505 und 510. Diese lokalen Minima entsprechen den Serienresonanzen der Oberwellen-Fallen des ersten und des zweiten Filters 505 und 510, respektive. Das Vorhandensein dieser lokalen Impedanz-Minima neigt dazu, die zweite Oberwelle nach Masse abzuzweigen. In der Praxis können die integrierten Induktor-Spuren in der PCB zusätzliche gegenseitige Kopplungen aufweisen, die in dem vereinfachten, zusammengesetzten Elemente-Schaltkreis nicht modelliert sind, und die erste und die zweite Serienresonanz können in eine einzelne Niedrigimpedanz-Resonanz in dem Frequenzbereich nahe bei 2f₁ und 2f₂ zusammenfallen, anstatt dass sie als zwei gesonderte Serienresonanzen erscheinen.
Mit Verweis auf 8 repräsentiert eine erste Kurve C1 die Ausgangsleistung der zweiten Oberwelle des Diplexers 500 ohne die Oberwellen-Fallen in dem ersten und zweiten Filter 505 und 510, und eine zweite Kurve C2 repräsentiert die Ausgangsleistung der zweiten Harmonischen des Diplexers 500 mit der Oberwellen-Falle in dem ersten und dem zweiten Filter 505 und 510. Bei den entsprechenden Betriebsfrequenzen des ersten und des zweiten Filters 505 und 510 verringern die Oberwellen-Fallen die Ausgangsleistung der zweiten Oberwelle um etwa 20 dB.
Während hierin beispielhafte Ausführungsformen offenbart sind, wertschätzt ein Fachmann, dass viele Variationen, die in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren sind, möglich sind und innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche bleiben. Die Ausführungsformen sollen daher nicht beschränkt werden außer innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Ein Multiplexer aufweisend: eine Mehrzahl von auf akustischen Resonatoren beruhenden Filtern, die verschiedene Betriebsfrequenzen aufweisen und mit einem gemeinsamen Knoten verbunden sind, und eine Mehrzahl von Oberwellen-Fallen, von denen jede mit einem entsprechenden einem der Filter integriert ist und abgestimmt ist, um mindestens eine von einem anderen einen der Filter erzeugte Oberwelle zu unterdrücken.
Der Multiplexer gemäß Anspruch 1, wobei der gemeinsame Knoten ein Antennenknoten einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung ist.
Der Multiplexer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens einer der Filter einen Sendefilter umfasst, der dazu ausgebildet ist, Signale, die von einem Leistungverstärker zu dem Antennenanschluss übertragen werden, zu filtern, und mindestens einer der Filter einen Empfangsfilter umfasst, der dazu ausgebildet ist, Signale, die von dem Antennenanschluss zu einem rauscharmen Verstärker übertragen werden, zu filtern.
Der Multiplexer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens einer der Filter dazu ausgebildet ist, sowohl als ein Sendefilter, um von einem Leistungsverstärker zu dem Antennenanschluss übertragene Signale zu filtern, als auch als ein Empfangsfilter, um von dem Antennenanschluss zu einem rauscharmen Verstärker übertragene Signale zu filtern, zu arbeiten.
Der Multiplexer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens einer der auf akustischen Resonatoren beruhenden Filter eine Mehrzahl von seriell verbundenen akustischen Schicht-Volumenresonatoren (FBAR, film bulk acoustic resonator) und eine Mehrzahl von als Abzweig verbundenen FBARs, die in einem Leiterfilter angeordnet sind, umfasst.
Der Multiplexer gemäß Anspruch 5, wobei eine mit dem Leiterfilter integrierte Oberwellen-Falle eine Abstimmung aufweist, die durch eine intrinsische Kapazität von mindestens einem der seriell verbundenen FBARs, eine intrinsische Kapazität von mindestens einem der als Abzweig verbundenen FBARs und eine Induktivität, die in eine Leiterplatte (PCB, printed circuit board) integriert ist, definiert ist.
Der Multiplexer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jede der Oberwellen-Fallen eine mindestens einem akustischen Resonator zugeordnete Kapazität, eine Eingangsinduktivität des gemeinsamen Knotens und eine in einer Leiterplatte (PCB) integrierte Induktivität umfasst.
Der Multiplexer gemäß Anspruch 7, wobei die akustischen Resonatorfilter auf der Leiterplatte montiert sind.
Der Multiplexer gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die akustischen Resonatorfilter in einem Flip-Chip-Gehäuse, das auf der PCB über mindestens einem Abschnitt der integrierten Induktivitäten angeordnet ist, angeordnet sind.
Der Multiplexer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Mehrzahl der auf akustischen Resonatoren beruhenden Filter einen ersten Filter, der eine erste Betriebsfrequenz aufweist, und einen zweiten Filter, der eine von der ersten Betriebsfrequenz verschiedene zweite Betriebsfrequenz aufweist, umfasst, und wobei eine mit dem ersten Filter integrierte Oberwellen-Falle eine Serienresonanz bei ungefähr zweimal der zweiten Betriebsfrequenz aufweist und eine mit dem zweiten Filter integrierte Oberflächenfalle eine Serienresonanz bei etwa zweimal der ersten Betriebsfrequenz aufweist.
Der Multiplexer gemäß Anspruch 10, wobei der erste und der zweite Filter einen Duplexer ausbilden, wobei der erste Filter ein Empfangsfilter des Duplexers und der zweite Filter ein Sendefilter des Duplexers ist.
Der Multiplexer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Mehrzahl der auf akustischen Resonatoren beruhenden Filter zumindest drei Filter umfassen.
Der Multiplexer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die mindestens eine unterdrückte Oberwelle eine Oberwelle zweiter Ordnung von einer Betriebsfrequenz von mindestens einem der auf akustischen Resonatoren beruhenden Filter umfasst.
Der Multiplexer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die mindestens eine unterdrückte Oberwelle eine Oberwelle von dritter oder höherer Ordnung von einer Betriebsfrequenz von mindestens einem der auf akustischen Resonatoren beruhenden Filter umfasst.
Eine Vorrichtung aufweisend: ein Modulsubstrat und ein Filtermodul, das auf dem Modulsubstrat angeordnet ist und eine Mehrzahl von auf akustischen Resonatoren beruhenden Filtern, die verschiedene Betriebsfrequenzen aufweisen und mit einem gemeinsamen Knoten verbunden sind, und eine Mehrzahl von Oberwellen-Fallen, von denen jede mit einem entsprechenden einen der Filter integriert ist und abgestimmt ist, um mindestens eine von einem anderen einen der Filter erzeugte Oberwelle zu unterdrücken, umfasst.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei das Modulsubstrat eine Leiterplatte (PCB) umfasst und mindestens eine der Oberwellen-Fallen eine in der PCB integrierte Induktivität und eine intrinsische Kapazität von mindestens einem akustischen Resonator von einem entsprechenden einen der Filter umfasst.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, ferner aufweisend: einen Antennenanschluss, der mit dem gemeinsamen Knoten verbunden ist, einen Antennenschalter, der dazu ausgebildet ist, den Antennenanschluss selektiv mit der Mehrzahl der auf akustischen Resonatoren beruhenden Filter zu verbinden, einen Verstärker und einen Radiofrequenzschalter, der dazu ausgebildet ist, den Verstärker selektiv mit einem der Filter zu verbinden.
Ein Multiplexer aufweisend: eine Mehrzahl von Filtern, die mit einem gemeinsamen Knoten verbunden sind und von denen jeder eine Mehrzahl von akustischen Resonatoren aufweist, und eine Mehrzahl von Oberwellen-Fallen, von denen jede in einem entsprechenden einen der Mehrzahl der Filter integriert ist und dazu ausgebildet ist, eine Oberwellenerzeugung von einem anderen einen der Filter zu unterdrücken.
Der Multiplexer gemäß Anspruch 18, wobei mindestens einer der Filter eine Mehrzahl von seriell verbundenen akustischen Resonatoren und eine Mehrzahl von akustischen Abzweigresonatoren, die parallel zu den seriell verbundenen akustischen Resonatoren verbunden sind, aufweist, und wobei mindestens eine der integrierten Oberwellen-Fallen einen ersten Induktor, der in Serie mit den seriell verbundenen akustischen Resonatoren angeordnet ist, und einen zweiten Induktor, der zwischen einem der akustischen Abzweigresonatoren und Masse angeordnet ist, aufweist.
Der Multiplexer gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei der Multiplexer ein Diplexer ist und die Mehrzahl der Filter einen ersten und einen zweiten Filter aufweist, die integrierte erste und zweite Oberwellen-Fallen, respektive, aufweisen.
Der Multiplexer gemäß Anspruch 20, wobei die erste Oberwellen-Falleauf näherungsweise zweimal eine Betriebsfrequenz des zweiten Filters abgestimmt ist und die zweite Oberwellen-Falle auf näherungsweise zweimal eine Betriebsfrequenz des ersten Filters abgestimmt ist.