WO2001056153A1 - Schaltungsanordnung mit bandpassfiltern - Google Patents

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Martin Tegeler
Georg Lipperer
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Infineon Technologies Ag
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00—Networks using active elements
    • H03H11/02—Multiple-port networks
    • H03H11/34—Networks for connecting several sources or loads working on different frequencies or frequency bands, to a common load or source

Definitions

  • the present invention relates to a viewing arrangement with at least two bandpass filters.
  • the bandwidth of a signal to be filtered can be greater than the bandwidth of existing bandpass filters which are of sufficiently high quality.
  • the quality of a bandpass filter is usually defined as the quotient of the resonance frequency and bandwidth.
  • this problem is solved in that two bandpass filters with pass regions offset from one another are arranged in parallel in a signal path. On the output side, that is after the filtering, the two signal paths are combined again.
  • Another problem here is that the filters connected in parallel influence one another negatively with regard to their filter characteristics. For example, interference signals or noise can be passed through by a bandpass filter, while the actual useful signal lies in the passband of a filter arranged in parallel with the interference signal filter. For this reason, the signal paths at the inputs of the bandpass filters must not be active at the same time. The greatest possible isolation of the switched on compared to the switched off signal paths should be aimed for.
  • the present invention is based on the object of specifying a circuit arrangement for filtering a high-frequency signal with a plurality of bandpass filters connected in parallel, which has a high degree of isolation and a small space and component requirement.
  • this object is achieved by a circuit arrangement with at least two bandpass filters, each with an input and an output, the outputs being connected to one another, and with a circuit part arranged in an integrated semiconductor module with a number of signal paths corresponding to the number of bandpass filters , which are connected on the input side and led out on the output side from the integrated semiconductor module and are connected to the assigned inputs of the bandpass filter, the signal paths being connected to a control circuit which switches through a signal which can be supplied on the input side to a bandpass filter input.
  • a high-frequency signal which can be fed to the bandpass filters is therefore already divided into a plurality of signal paths in an integrated semiconductor module connected upstream of the bandpass filters.
  • the integrated semiconductor component also has a control circuit for switching the individual signal paths, which is connected to the divided signal paths.
  • the semiconductor module upstream of the bandpass filters has as many signal outputs as there are bandpass filters connected in parallel.
  • One signal output or signal path of the semiconductor module is connected to one input of a bandpass filter.
  • the drive circuit arranged in the semiconductor module ensures that only one signal path is switched through to a bandpass filter. It is therefore prevented that parallel switched bandpass filters are active at the same time, so interference signals and noise are suppressed.
  • the bandpass outputs are connected. A filtered high-frequency signal can be tapped at this common output.
  • circuit for separating the signal paths of a high-frequency signal makes a circuit for signal separation and switchover made up of discrete components, for example PIN diodes, superfluous. This enables a reduction in the space requirement and the number of components required.
  • circuit arrangement described enables greater isolation with respect to the switched-off signal paths.
  • an output stage to which a supply voltage can be supplied, is arranged in each of the signal paths arranged in the semiconductor module.
  • the control circuit acts on the signal paths in such a way that the power supply to the output stages of the signal paths that are not required can be interrupted.
  • the output stages arranged in the semiconductor module which can be switched on or off by means of the control circuit, are at the same time converter circuits which convert a differential signal which can be supplied on the input side into a signal which can be carried on a single line.
  • the output stages which convert a differential signal into a (single-ended) signal that can be carried on a single line, each have a differential amplifier and a downstream emitter follower.
  • surface wave filters SAW, surface acoustic wave filters
  • SAW surface acoustic wave filters
  • the bandpass filters connected in parallel have passbands which are offset from one another.
  • FIG. 1 shows a basic circuit arrangement according to the embodiment of the present invention using a block diagram
  • FIG. 2 shows a basic circuit arrangement with PIN diode switches (prior art).
  • Figure 1 shows a circuit arrangement according to the invention with two bandpass filters, which are connected in parallel. This circuit is suitable for frequencies of approx. 1 gigahertz.
  • two bandpass filters 1, 2 are connected in parallel and arranged in a common housing.
  • the bandpass filters each have an input 11, 21 and outputs which are connected to a common output 3.
  • a high-frequency signal can be fed to the inputs 11, 21 of the bandpass filter.
  • This high-frequency signal is divided into different signal paths 41, 51 in a semiconductor module connected upstream of the bandpass filters.
  • the number of signal paths or the signal paths led out from the semiconductor module corresponds to the number of bandpass filters 1, 2 or the number of bandpass filter inputs 11, 21.
  • Output stages 4, 5 are arranged in signal paths 41, 51, one of which was provided - converting the supplyable high-frequency signal, which is present as a differential signal, into an output signal that can be carried on a line.
  • the actual information content is the difference between two signals.
  • the output signal is carried on a single line, which is related to a reference potential (ground).
  • the output stages 4, 5 each have a differential amplifier with a downstream emitter follower. Because of the need described at the beginning that only one signal path may be active at a time, a control circuit 6 is provided which is connected to the output stages 4, 5. This control circuit 6 switches off the supply flow of the output stage which is not required in each case.
  • FIG. 2 shows a possibility, taken from the prior art, of realizing a control circuit of parallel bandpass filters with PIN diodes, as is used, for example, in mobile radio telephones.
  • the integrated semiconductor module 7 is a modulator module in which digital signals are modulated onto an analog signal (not shown). The signal obtained in this way is fed to a differential amplifier 4.
  • the semiconductor module 7 has only one output (single-ended). This signal is only divided outside the semiconductor module 7 into two signal paths, which are connected to the two inputs 11, 21 of the two bandpass filters (SAW filters) 1, 2.
  • a PIN diode 81, 82 is connected to each of the two outputs of the bandpass filter 1, 2.
  • PIN diodes 81, 82 are part of a PIN diode switch 8 which has further elements (not shown) for controlling the PIN diodes.
  • the outputs of the PIN diodes 81, 82 are connected and connected to a mobile radio antenna 10 via a power amplifier 9.
  • An antenna switch usually arranged in front of the antenna 10 is not shown. This arrangement requires a lot because the PIN diode switch 8 is constructed from discrete components Space, leads to a relatively high weight of the entire circuit arrangement and thereby causes high costs.
  • the present exemplary embodiment of the invention is used, for example, in mobile radio.
  • the bandwidth of the high-frequency signal that can be fed in on the input side is approximately 70 megahertz, the signal frequencies are between approximately 890 and 960 megahertz. This bandwidth is too large for only one bandpass filter, in the present case surface wave filters are used. It is therefore necessary to connect two bandpass filters in parallel with staggered passbands.
  • the output 3 of the circuit arrangement can be connected, for example, via an amplifier stage to an antenna of a cellular radio telephone.
  • the semiconductor module 7, which is connected upstream of the bandpass filters, can be, for example, a modulator module which modulates digital signals, for example voice signals, onto an analog carrier frequency. This modulated signal is then divided in the manner described and fed to the output stages 4, 5.

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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

Beschreibung
Schaltungsanordnung mit Bandpaßfiltern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sehaltungsanordnung mit mindestens zwei Bandpaßfiltern.
Bei einigen Anwendungen in der Hochfrequenztechnik, beispielsweise in der Mobilfunktechnik, kann die Bandbreite ei- nes zu filternden Signals größer sein als die Bandbreite existierender 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 Durchlaßbereichen parallel in einem Signalpfad angeordnet sind. Ausgangs- seitig, das heißt nach der Filterung, werden die beiden Signalpfade wieder vereint. Problematisch ist dabei weiter, daß sich die parallel geschalteten Filter bezüglich ihrer Fil- tercharakteristik gegenseitig in negativer Weise beeinflussen. So können beispielsweise Störsignale oder Rauschen von einem Bandpaßfilter durchgelassen werden, während das eigentliche Nutzsignal im Durchlaßbereich eines parallel zum Störsignale 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 Nachteile sind insbesondere bei der Anwendung solcher Schaltungen im Mobilfunkbereich gravierend. Die Reduzierung von Abmessungen 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 Schaltungsanordnung mit zumindest zwei Bandpaßfiltern mit jeweils einem Eingang und einem Ausgang, wobei die Ausgänge miteinander verbunden sind, und mit einem in einem integrierten Halb- leiter-Baustein angeordneten Schaltungsteil mit einer der Anzahl der Bandpaßfilter entsprechenden Anzahl von Signalpfaden, 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 vorgeschalteten, integrierten Halbleiter-Baustein in mehrere Signalpfade 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 Halbleiter-Baustein weist so viele Signalausgänge auf, wie parallelgeschaltete Bandpaßfilter vorgesehen sind. Je ein Signalausgang beziehungsweise Signalpfad des Halbleiter-Bausteins ist mit je einem Eingang eines Bandpaßfilters verbunden. Die im Halbleiter-Baustein angeordnete Ansteuerschaltung sorgt dafür, daß jeweils nur ein Signalpfad auf einen Bandpaß durchgeschaltet wird. Es wird also verhindert, daß parallelge- schaltete Bandpaßfilter gleichzeitig aktiv sind, somit werden Störsignale und Rauschen unterdrückt . Die Ausgänge der Bandpässe sind miteinander verbunden. An diesem gemeinsamen Ausgang ist ein gefiltertes Hochfrequenz-Signal abgreifbar.
Die Integration der Schaltung zur Auftrennung der Signalpfade eines Hochfrequenz-Signals, sowie die Ansteuerung beziehungsweise Umschaltung der einzelnen Signalwege, die mit den Eingängen 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 benötigten Bauteile erzielbar. Darüberhinaus ermöglicht die beschriebene Schaltungsanordnung eine höhere Isolation bezüg- lieh der ausgeschalteten Signalpfade.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den im Halbleiter-Baustein angeordneten, Signalpfaden jeweils eine Ausgangsstufe angeordnet, welcher ei- ne VersorgungsSpannung zuführbar ist. Die Ansteuerschaltung wirkt derart auf die Signalpfade, daß jeweils die Stromversorgung der Ausgangsstufen der nicht benötigten Signalpfade unterbrochen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden 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 vorliegenden Erfindung weisen die Ausgangsstufen, welche ein Differenzsignal in ein auf einer einzigen Leitung führbares (sin- gle-ended-) Signal umwandeln, jeweils einen Differenzverstärker und einen nachgeschalteten Emitterfolger auf. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden 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 vorliegenden 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:
Figur 1 eine prinzipielle Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand eines Blockschaltbilds, und
Figur 2 eine prinzipielle Schaltungsanordnung mit PIN- Dioden-Schaltern (Stand der Technik) .
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit zwei Bandpaßfiltern, welche parallel geschaltet sind. Diese Schaltung ist für Frequenzen von ca. 1 Gigahertz geeignet.
Wie Figur 1 entnehmbar ist, sind zwei Bandpaßfilter 1, 2 parallel 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 Hochfrequenzsignals in verschiedene Signalpfade 41, 51 erfolgt in einem den Bandpaßfiltern vorgeschalteten Halbleiter-Baustein. Die Anzahl 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 vorlie- genden 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 Leitung geführt, welche auf ein Referenzpotential (Masse) bezogen 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 Ausgangsstufen 4, 5 verbunden ist. Diese Ansteuerschaltung 6 schaltet den Versorgungsström der jeweils nicht benötigten Ausgangsstufe ab.
Figur 2 zeigt eine dem Stand der Technik entnommene Möglichkeit der Realisierung einer Steuerschaltung parallelgeschalteter 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 aufmoduliert werden (nicht eingezeichnet) . Das so gewonnene Signal wird einem Differenzverstärker 4 zugeführt. Der Halbleiter-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 angeschlossen 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 eingezeichnet. 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 Figur 1 hingegen erlaubt eine hohe Isolation des eingeschalteten 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 beispielsweise im Mobilfunk Anwendung. Die Bandbreite des eingangsseitig zuführbaren Hochfrequenz-Signals beträgt hier ca. 70 Megahertz, die Signalfrequenzen liegen zwischen ca. 890 und 960 Megahertz. Diese Bandbreite ist für nur ein Bandpaßfilter, 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 Mobi1funktelefons anschließbar. Der den Bandpaßfiltern vorgeschaltete, beschriebene Halbleiter-Baustein 7 kann beispielsweise ein Modulatorbaustein 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 Figur 1 ist es zur weiteren Vergrößerung der Bandbreite der Schal- tung denkbar, mehr als zwei Bandpaßfilter parallel zu schalten.

Claims

Patentansprüche
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 eingangsseitig 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ausgangsstufen (4, 5) ein eingangsseitig zuführbares Differenzsignal in ein auf einer Leitung führbares Signal umwandeln.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ausgangsstufen (4, 5) jeweils einen Differenzverstärker und einen nachgeschalteten Emitterfolger aufweisen.
5. Schal tungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bandpaßfilter Oberflächenwellen-Filter sind, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
6. Schal tungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bandpaßfilter (1, 2) zueinander versetzte Durchlaßbereiche haben.
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