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Die Erfindung bezieht sich auf in der SAW- und BAW-Technik hergestellte Schallwellenvorrichtungen, wie z. B. einen Resonator oder ein Filter, mit verbesserter Unterdrückung einer Störmode wie einer Plattenmode.
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In mehrschichtigen gestapelten Schallwellenfiltern und -resonatoren (SAW/BAW) können Störmoden (d. h., Plattenmoden, Volumenwellen usw.) beobachtet werden. Diese Moden, die bei Frequenzen weit entfernt von der Hauptmodenfrequenz des Resonators angeregt werden, beeinflussen das Reflexionsvermögen und die Selektivität des Filters negativ. Ihre Wirkung ist im Fall von Multiplexer-Anwendungen besonders gravierend.
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In den sogenannten TC-SAW-Filtern (den temperaturkompensierten SAW-Filtern) sind die Resonatoren üblicherweise mit einer dielektrischen Schicht bedeckt, um die Unempfindlichkeit der Filter bezüglich Temperaturschwankungen zu verbessern. Zusätzlich zu der sich ausbreitenden Hauptmode verursacht ein Schichtenstapel mit einer derartigen Struktur eine weitere Störmode, die sich ausbreitet. Diese sekundäre Mode, die außerdem als eine Plattenmode bekannt ist, weist eine Anregung auf, die von den Eigenschaften der dielektrischen Schicht abhängt. Um die Spezifikationen an den Temperaturkoeffizienten des Filters zu erfüllen, ist es in einigen Fällen notwendig, das Dielektrikum in einer Menge abzuscheiden, die eine starke Anregung der Plattenmode verursacht.
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Ähnliche Probleme ergeben sich bei den BAW-Vorrichtungen, wo durch die geschichtete Konstruktion der BAW-Resonatoren eine Störmode verursacht wird.
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Die Position dieser störenden Moden kollidiert zunehmend öfter mit anderen LTE-Bändern. Immer mehr Anwendungen fordern neue Bandkombinationen und folglich strengere Anforderungen an die Selektivität und das Reflexionsvermögen der einzelnen Filter. Anstatt zu versuchen, die Störmoden aus den Hauptbändern zu bewegen, besteht deshalb die wirkliche Herausforderung darin, eine Weise zu finden, um sie vollständig zu unterdrücken.
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In den letzten Jahren sind viele Anstrengungen bei dem Versuch unternommen worden, diese Moden zu unterdrücken. Es sind zwei grundlegende Lösungen vorgeschlagen worden:
- 1. Das Modifizieren des Resonators selbst durch das Verringern seines Q-Faktors oder durch das Bewegen der Resonanz des Resonators nach oben, das eine Verschiebung der unerwünschten Mode nach oben verursacht, und das Einführen einer Nebenschlussspule, um den Verlust der Bandbreite zu kompensieren.
- 2. Das Parallelschalten einer Spule zu dem Reihenresonator, um einen „Tankkreis“ zu erreichen, der mit seiner Antiresonanz einen Pol erzeugt.
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Der Nachteil der Lösung 1 (das Modifizieren des Resonators selbst) ist, dass die Verschiebung der störenden Moden die Leistung dieses Resonators, der diese Moden verursacht, beeinträchtigt. Überdies steht die Anregung der störenden Moden mit dem Gütefaktor eines Resonators in Beziehung. Das Verringern der Anregung dieser Moden führt zu verringerten Gütefaktoren und folglich zu einer verringerten Leistung. Die unerwünschte Mode wird nur nach oben verschoben, aber nicht unterdrückt. Bei den zunehmenden Carrier Aggregation Kombinationen könnte dies ein Problem darstellen. Überdies ist diese Lösung nur auf Parallelresonatoren anwendbar. Falls die unerwünschte Mode durch einen Reihenresonator verursacht wird, kann die Kompensationsspule infolge des Verursachens eines negativen Einflusses auf die Bandbreite nicht eingeführt werden.
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Der Nachteil der Lösung 2 ist, dass es nicht möglich ist, einen effizienten Pol in einem Frequenzbereich der unerwünschten Mode des entsprechenden Resonators zu erzeugen, der normalerweise eine Frequenz über der Hauptfrequenz aufweist, und folglich über dem Durchlassbereich der Filtervorrichtung. Überdies verursacht sie eine Verschlechterung der Leistung an den Bandrändern, einen Verlust der Selektivität und eine Verringerung der Bandbreite. Ferner arbeitet sie nur für unerwünschte Moden, die durch Parallelresonatoren verursacht werden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Filterschaltung bereitzustellen, die eine Störmode über der Frequenz des Durchlassbereichs unterdrücken kann, ohne die Filterleistung zu beeinflussen.
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Diese und andere Aufgaben werden durch eine Filterschaltung nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen, die vorteilhafte Merkmale enthalten, sind durch die abhängigen Ansprüche angegeben.
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Es ist die Grundidee der Erfindung, eine Nebenschlussleitung an die Signalleitung einer Filterschaltung zu koppeln und darin einen Resonanzkreis aufzunehmen. Der Resonanzkreis erzeugt einen Pol in der Übertragungskurve des Filters. Der Pol ist auf eine Frequenz einer Störmode gesetzt. In der Tat kann das Signal der Störmode gedämpft oder gelöscht werden, so dass eine Störung in einem Nachbarband vermieden werden kann.
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Eine mögliche Lösung für einen derartigen Resonanzkreis ist ein Parallelresonanzkreis aus einer Kapazität und einer Induktivität oder einer Spule.
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Vorzugsweise ist der Resonanzkreis ein Reihenresonanzkreis aus einer Kapazität und einer Induktivität oder einer Spule.
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Der Resonanzkreis kann an ein beliebiges Bandpassfilter mit irgendeinem Durchlassbereich, das in irgendeiner Filtertechnik verwirklicht ist, gekoppelt sein.
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Eine bevorzugte Filtertechnik verwendet eine Ladder Type Struktur, die Reihenimpedanzelemente und Parallelimpedanzelemente umfasst, die in einem Reihenzweig (= einer Signalleitung) und in einer Anzahl von Parallelzweigen angeordnet sind. Ein Impedanzelement für ein derartiges Filter kann aus einem Kondensator, einer Induktivität oder einem Resonator gewählt werden. Der Resonator kann eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung einer diskreten Kapazität und einer Induktivität sein. Alternativ kann der Resonator mit Schallwellen arbeiten, wobei er einen SAW- oder einen BAW-Resonator umfasst.
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Das Bandpassfilter (ohne den Resonanzkreis) kann eine Störmode erzeugen, die eine Störfrequenz aufweist, die sich über dem Durchlassbereich befindet. Die Störmode kann durch die Konstruktion des Bandpassfilters und vorzugsweise durch die Konstruktion der Ladder Type Struktur gefördert werden.
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Die Resonanz des Resonanzkreises kann durch die richtige Dimensionierung der Größe und des Wertes der Elemente des Resonanzkreises auf eine Sollfrequenz gesetzt werden. Eine Resonanz bei der Frequenz einer Störmode des Bandpassfilters ist bevorzugt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Reihenresonanzkreis eine Reihenschaltung eines Resonators und einer Induktivität. Eine derartige Lösung ist bevorzugt, wenn das Bandpassfilter ebenfalls Resonatoren umfasst, die die gleiche Technik verwenden können. Vorzugsweise ist der Resonator des Resonanzkreises in der SAW-Technik hergestellt. Dann kann der Fingerabstand dieses Resonators einfach größer als der Fingerabstand der Resonatoren in dem Bandpassfilter gemacht werden, so dass eine Resonanzfrequenz des Resonators tiefer als der Durchlassbereich des Filters ist und sich außerhalb des Durchlassbereichs des Filters befindet. Dann kann sich die erreichte Resonanz des Resonanzkreises bei der Frequenz über dem Durchlassbereich befinden.
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Der Resonator und die Induktivität des Resonanzkreises in der Nebenschlussleitung können zusätzliche Elemente sein, die an die Signalleitung gekoppelt sind. Dies bedeutet, dass das Bandpassfilter unabhängig von dem Resonanzkreis optimiert werden kann, um einen gewünschten Durchlassbereich zu erreichen. Dann weist die zusätzliche Nebenschlussleitung keine entscheidende Auswirkung auf die Leistung des Durchlassbereichs auf.
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Die Nebenschlussleitung kann mit einem Knoten zwischen zwei Reihenimpedanzelementen der Schaltung des Leitertyps verbunden sein. Alternativ kann die Nebenschlussleitung separat und möglicherweise entfernt von dem Bandpassfilter an die Signalleitung der Filterschaltungen gekoppelt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Reihenresonanzkreis eine Reihenschaltung einer Spule und eines modifizierten Resonators, der vor dem Modifizieren ein Teil der Schaltung des Ladder Type Typs gewesen ist, die verwendet wird, um den Durchlassbereich zu erzeugen, der aber eine Resonanzfrequenz aufweist, die größer als die Resonanzfrequenz der verbleibenden Resonatoren ist, die als Parallelimpedanzelemente verwendet werden.
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Im Folgenden wird die Filterschaltung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen und die beigefügten Figuren ausführlicher erklärt. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgerecht. Auf Elemente, die in Form oder Funktion völlig gleich sind, wird mit den gleichen Bezugszeichen verwiesen.
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Es zeigen
- 1 eine Kurve der Admittanz einer üblichen Filterschaltung der Technik, die ein Störsignal zeigt, das auf eine Plattenmode zurückzuführen ist;
- 2 eine allgemeine Filterschaltung gemäß der Erfindung;
- 3 verschiedene Beispiele des Erzeugens eines Resonanzkreises in der Nebenschlussleitung;
- 4 eine spezifizierte Ausführungsform mit einem Filter, das in einer Struktur des Leitertyps verwirklicht ist, und einem Resonanzkreis, der eine Reihenschaltung eines Resonators und einer Spule umfasst; und
- 5 die Übertragungsfunktion eines Resonators im Vergleich zur Übertragungsfunktion desselben Resonators, der mit einer Spule und mit einem Resonator gekoppelt ist, gemäß der Erfindung.
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1 repräsentiert die Admittanz eines Bandpassfilters gemäß der Technik. Ein Resonator, der entworfen ist, so dass er seine Hauptmode im Band 3 (uplink) aufweist, weist seine Plattenmode im Band 1 (downlink) auf. Falls ein derartiger Resonator in einer multiplexierten Anwendung (Band 1 + Band 3) verwendet würde, würde die Gesamtleistung aufgrund einer mittelmäßigen Querisolierung zwischen den beiden Betriebsbändern beträchtlich leiden. Abermals könnte versucht werden, die Frequenz der Plattenmode zu bewegen, wobei dies aber zu Verletzungen anderer Einschränkungen, z. B. im Fall der Carrier Aggregation mit dem Band 40, führt.
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Die Erfindung zielt darauf ab, diese unerwünschten Moden einschließlich der Plattenmoden weit entfernt von dem Durchlassbereich, aber nicht eingeschränkt auf diese, ohne irgendeine signifikante begleitende Wirkung auf den Durchlassbereich selbst zu unterdrücken.
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2 zeigt eine allgemeine Filterschaltung gemäß der Erfindung. Eine Signalleitung SIL koppelt einen ersten Anschluss T1 an einen zweiten Anschluss T2, wobei einer von ihnen ein Antennenanschluss sein kann. In der Signalleitung SIL ist ein Bandpassfilter BF angeordnet, das einen Durchlassbereich aufspannt. Eine Nebenschlussleitung SHL koppelt einen Knoten N in der Signalleitung SIL an Masse. In der Nebenschlussleitung ist ein Resonanzkreis RC angeordnet, der eine Resonanz bei einer Sollfrequenz erzeugt. Der Resonanzkreis ist durch eine Resonanzfrequenz gekennzeichnet, die von dem Produkt aus der Induktivität und der Kapazität der beiden reaktiven Elemente invers abhängt. Deren Frequenz ist auf eine Frequenz einer Störmode gesetzt, die durch das Bandpassfilter BF angeregt wird.
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3 zeigt drei verschiedene Beispiele, wie ein derartiger Resonanzkreis erzeugt werden kann. Auf einen Parallelresonanzkreis RCp aus einer Kapazität CRC und einer Induktivität LRC wird durch a) verwiesen. Die Kapazität und die Induktivität können als diskrete Elemente verwirklicht sein, die zusammen mit der Filterschaltung an einer Platine angebracht sein können. Überdies können diese Elemente Elemente sein, die sich innerhalb der Filterschaltung integriert in einem Mehrschichtträger des Chips, der die Filterschaltung trägt, befinden können. Ferner kann die Kapazität CRC eine Interdigital-Kammstruktur sein. Die Induktivität kann z. B. eine Metallisierung auf einem Chip, eine Platine oder eine diskrete Spule aus Kupfer sein.
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Auf einen Reihenresonanzkreis RCs aus einer Kapazität CRC und einer Induktivität LRC wird durch b) verwiesen. Hier können die Elemente CRC und LRC ebenfalls wie oben beschrieben verkörpert sein.
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Auf einen Reihenresonanzkreis RCS aus einem Resonator RRC und einer Induktivität LRC wird durch c) verwiesen. Hier kann der Resonator ebenfalls ein LC-Resonator oder ein Resonator, der als ein SAW- oder BAW-Resonator ausgebildet ist, sein.
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Gemäß einer ausführlicheren Ausführungsform wird der Resonanzkreis RC als eine Ladder Type Struktur eines Bandpassfilters BF eingeführt, wie in 4 gezeigt ist. Falls dieser Resonanzkreis RC richtig dimensioniert ist, führt er einen Pol in die Übertragungsfunktion des Filters selbst ein.
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Eine Nebenschlussspule LRC ist zu dem Parallelresonator RRC in Reihe geschaltet. Der Hauptaspekt ist, dass die Resonanzfrequenz fr' des Resonators RRC , der den Resonanzkreis RC bildet, viel tiefer als die Resonanzfrequenz fr der anderen Resonatoren ist: fr' << fr. Dies vermeidet nicht nur eine Verschlechterung des Durchlassbereichs aufgrund der Spule, sondern garantiert die Unterdrückung irgendeiner unerwünschten Mode, die sowohl durch die anderen Parallelresonatoren als auch durch die Reihenresonatoren erzeugt wird.
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Diese vorgeschlagene Lösung bietet nicht einfach nur eine alternative Weise des Erzeugens eines Resonanzkreises RC an. Bei der vorgeschlagenen Herangehensweise leidet die Leistung des Filters BF in dem Durchlassbereich nicht, wie sie im Fall der herkömmlichen Lösungen leidet. Das Schlüsselmerkmal ist, dass der Resonator, der verwendet wird, um den Resonanzkreis zu erzeugen, nicht zu der Selektivität des Filters beiträgt. Wenn eine Spule hinzugefügt ist, um den Resonanzkreis zu bilden, ändert sich der Pol-Nullstellen-Abstand des Resonators im hohen Maße (siehe die Kurve 2 in 5). Dies beeinflusst die Selektivität des Filters am rechten Rand negativ.
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Die Tatsache, dass sich der Parallelresonator auf einer sehr verschiedenen Frequenz bezüglich aller anderen Resonatoren befindet, ist ein entscheidender Aspekt für die Erfindung. Mit einer guten Approximation kann ein Resonator nur in den Bereichen des Filterspektrums weit entfernt von seiner Hauptmode und weit entfernt von seiner Plattenmode als ein Kondensator modelliert werden. In diesen Bereichen kann ein elektromagnetischer Pol für die Unterdrückung der Plattenmode erzeugt werden. Falls eine Resonanz bereits vorhanden ist, tritt eine Singularität zweiter Ordnung in der Übertragungsfunktion auf, die die Unterdrückung der unerwünschten Mode verhindert (siehe die Kurve 2 in 5). Dies ist hauptsächlich der Grund, aus dem es nicht möglich ist, eine Plattenmode eines bestimmten Resonators unter Verwendung des Resonators selbst (oder in allgemeinen Resonatoren bei der gleichen Frequenzposition) zu unterdrücken, um einen Resonanzkreis zu erzeugen. Dies ist außerdem der Grund, aus dem ein herkömmlicher Tankkreis nur die Plattenmoden von Parallelresonatoren unterdrücken kann.
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5 zeigt die Übertragungsfunktion eines Resonators (siehe die Kurve 1) im Vergleich mit der Übertragungsfunktion desselben Resonators, der mit einer Spule gekoppelt ist (siehe die Kurve 2), und mit einem Resonator gemäß der Erfindung (siehe die Kurve 3).
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Andererseits kann die vorgeschlagene Herangehensweise den elektromagnetischen Pol erfolgreich da erzeugen, wo er benötigt wird (die Kurve 3 in 5). Weiterhin ist aufgrund seines Abstands von dem Durchlassbereich die Gesamtleistung in dem Durchlassbereich selbst nicht wie in dem Fall des herkömmlichen Tankkreises vermindert.
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Aufgrund der eingeschränkten Anzahl der Ausführungsformen soll die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen eingeschränkt werden. Der volle Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2, 3
- Admittanz-Kurven der verschiedenen Resonatoren
- BF
- Bandpassfilter
- CRC
- Kapazität in einem Resonanzkreis
- IEP
- Parallelimpedanzelement
- IES
- Reihenimpedanzelement
- LRC
- Induktivität in einem Resonanzkreis
- N
- Knoten
- RC
- Resonanzkreis
- RRC
- Resonator in einem Resonanzkreis
- SHL
- Nebenschlussleitung
- SIL
- Signalleitung
- T1, T2
- Anschlüsse
