WO2003030386A1 - Circuit arrangement, switching module comprising said circuit arrangement and use of switching module - Google Patents
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- H04B1/48—Transmit/receive switching in circuits for connecting transmitter and receiver to a common transmission path, e.g. by energy of transmitter
Definitions
- Circuit arrangements of the type mentioned are often used as multiband front-end modules for mobile telephones.
- they are connected to the antenna of the mobile phone at the antenna input. Touching the antenna by an electrically charged user can cause electrostatic
- Electrostatic Discharge ESD Electrostatic Discharge
- circuit arrangements of the type mentioned at the outset are known which are equipped with a protective device against ESD.
- the protection device is formed by an electrical high-pass filter, in which a capacitance is connected in series and an inductance is connected in parallel to the antenna input path.
- an electrostatic discharge can also have a direct effect on the ground potential of the circuit arrangement in the case of a circuit arrangement mentioned at the beginning.
- the voltage pulse resulting from an electrostatic discharge can have an effect on the circuit arrangement in addition to the path via the antenna and also via the control line.
- the high-pass filter used in the known circuit arrangement has the property of being a very simply constructed filter which allows all frequency components of a signal to pass almost unhindered from a certain cut-off frequency.
- a very narrow frequency range is decisive for the further processing of the signals captured by the antenna in a mobile phone.
- frequencies between approximately 1 and 2 GHz are used in mobile telephones according to the GSM, PCN or PCS standard. All other frequencies captured by the antenna are rather annoying and must therefore be filtered out.
- at least one bandpass filter is necessary in order to make the signals collected by the circuit arrangement mentioned above processable for a mobile phone.
- the high-pass filter arranged in the known circuit arrangement can only cut off frequencies below a cut-off frequency. It must therefore be followed by at least one filter circuit in order to cut out the frequency range of interest for the mobile phone from the signals picked up by the antenna.
- the known circuit arrangement has the disadvantage that the high-pass filter circuit used to protect against ESD has an insertion loss, due to which the useful signals also experience a certain amount of attenuation, but the transmitted frequency band is not yet clipped. Accordingly, the known circuit arrangement in conjunction with the further filtering required has the disadvantage of an overall high insertion loss.
- the aim of the present invention is therefore to provide a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning, in which the protective device against electrostatic discharges has a low insertion vaporization.
- a circuit arrangement which contains a switching unit with an antenna input, a signal input and a signal output.
- the switching unit is suitable for connecting the antenna input to the signal input or the signal output in an electrically conductive manner.
- the antenna input is connected to a first protective device against electrostatic discharge.
- the first protective device against electrostatic discharges has an antenna input and a switch output, the switch output having the antenna input Switch unit is connected.
- the antenna input of the protection device and the switch output of the protection device are connected by a line.
- a voltage limiting element which can be, for example, a varistor, a spark gap or a surge arrester, is connected in parallel to ground. The voltage limiting element is connected to a ground.
- overvoltages present at the antenna input of the protective device can be derived against ground.
- the essential function of the protective device is to limit the voltage present at the antenna input of the circuit unit.
- the circuit arrangement according to the invention has the advantage that a filter function is dispensed with due to the special design of the protective device, as a result of which the insertion loss of the first protective device is low.
- the protective mechanism of the circuit arrangement can be improved by connecting an inductor in parallel with the voltage limiting element.
- This inductance is in turn connected to the ground.
- the inductance connected in parallel to the voltage limiting element is suitable for deriving very low frequencies to ground.
- the protective device thus transmits high frequencies unchanged from the antenna input to the switching unit.
- a first inductance is connected between the antenna input and the voltage limiting element and a second inductance is connected in series with the line between the voltage limiting element and the switch output.
- the impedance of the protective device can be adapted to the value of 50 ⁇ which is usual in the high frequency range.
- a suitable choice of the inductances between 0 and 47 nH a low insertion loss of the first protective device ⁇ 0.3 dB can be achieved.
- a control line can be arranged on the switching unit, which controls the switch position of the switching unit.
- protection against overvoltages can be further improved by also connecting the control line of the circuit arrangement to a second protective device against electrostatic discharges.
- ESD protection protection against overvoltages
- the overvoltages applied to the control unit via ground couplings and present at the control line can be reduced particularly effectively.
- the protective devices against electrostatic discharges are advantageously connected to a ground connection, into which the overvoltages of the electrostatic discharge can be derived.
- the switching unit can be, for example, a voltage-controlled switch, as is usually used in mobile telephones due to its low power consumption.
- the switching unit can also have a plurality of signal inputs and outputs. Accordingly, several control lines are required.
- the gallium arsenide switch can also be provided with a decoder, which can be used to reduce the number of control lines.
- a decoder usually requires a power supply that is connected via a supply line.
- the ESD protection of one Such a circuit can be further improved by connecting the supply line to a third protective device against electrostatic discharge.
- the circuit arrangement can also contain frequency filters which are assigned to individual signal inputs or signal outputs. They are particularly suitable for filtering the frequencies picked up by the antenna in a mobile phone so that the filtered signals passed through the signal output can be processed further by the mobile phone. The same applies to the signal inputs of the circuit arrangement that are used in a mobile phone to send voice signals generated in the mobile phone to a receiver via the antenna.
- a second protective device against electrostatic discharge is, for example, the use of a varistor which is connected in parallel with the control line and which is connected to a ground potential. From a certain limit voltage, such a varistor has a very low ohmic resistance, so that overvoltages can be diverted to ground.
- varistors with a low switching voltage are suitable, since in this case the circuit arrangement occurring during a voltage pulse residual stress is lowest. It is therefore possible to use varistors with a varistor voltage between 4 and 20 V. Accordingly, the terminal voltage loading the circuit arrangement in the case of a voltage pulse is approximately 8 to approximately 50 V. As a result, the circuit arrangement can be reliably protected against destruction in the event of an ESD pulse.
- the invention provides a circuit arrangement in which the antenna input is connected to an antenna and in which the signal output is connected to a receiving amplifier of a mobile phone and the signal input is connected to a transmitting amplifier of a mobile phone.
- a switching module which contains a circuit arrangement according to the invention.
- the switching module also contains a multilayer ceramic substrate with integrated passive components that form electrical frequency filters. These frequency filters are assigned to the signal inputs and outputs.
- the switching unit is arranged on the upper side of the multilayer ceramic substrate and can be implemented, for example, with the aid of PIN diodes or also in the form of a gallium arsenide switch.
- the first and optionally second protective device against electrostatic discharge is integrated into the switching module.
- the integration of the first and possibly the second protective device into the Switching module can take place, for example, by building these components on the surface of the ceramic substrate next to the switching unit.
- the switching module is also advantageous to use the switching module as a front-end module in a mobile phone.
- FIG. 2 shows an example of a further circuit arrangement according to the invention in a basic circuit diagram.
- FIG. 3 shows the use of the circuit arrangement according to the invention in a mobile telephone based on a basic circuit diagram.
- FIG. 4 shows an example of a switching module according to the invention in a schematic longitudinal section.
- FIG. 1 shows a circuit arrangement with a switching unit 4, which is provided with a ground 8.
- the switching unit 4 has an antenna input 1, which is connected to an antenna 18.
- the antenna input 1 is connected to a first protective device 6 against electrostatic discharge (symbolized by the lightning in FIG. 1).
- the switching unit 4 contains at least one control line 5 which controls the switching process for connecting the antenna input 1 to the signal inputs 2 or the signal outputs 3 of the switching unit 4.
- Three control lines 5 are shown in FIG. At least one of these control Lines 5 is provided with a second protective device 7 against electrostatic discharge.
- This second protective device 7 is designed in the form of a varistor, which is connected to ground 8.
- the switching unit 4 shown in FIG. 1 also has a decoder, for which a supply line 11 is required.
- the supply line 11 is connected to a supply voltage + Vcc.
- the supply line 11 is connected to a third protective device 12 against electrostatic discharge.
- the protective device 12 can be a varistor, for example
- the voltage limiting element 114 can be a varistor, for example.
- the inductance L3 and the varistor are connected to the ground 8 of the circuit arrangement.
- the voltage coupled into the switching unit 4 is limited by the varistor.
- the switching voltage of the varistor which should be between 4 and 8 V.
- the lower the switching voltage of the varistor the better the overvoltages can be derived and thus suppressed with regard to the switching unit 4.
- a switching voltage of the varistor of 6 V or less is advantageous. This also applies to the second and third protective devices 7, 12.
- the switching voltage of the varistor indicates the residual voltage that remains from the high-voltage pulse and that is passed through the protective device to the switching unit 4.
- the inductances in the first protective device preferably have the following values:
- Ll from 0 to 5 nH
- L2 from 0 to 5 nH
- L3 from 0 to 47 nH
- FIG. 2 shows a voltage-controlled GaAs switch 9 with an antenna input 1, to which an antenna 18 is connected.
- the GaAs switch 9 has transmitter inputs TX ] _, TX2 and receiver inputs RXi, RX2 and RX3.
- the GaAs switch 9 is controlled via control inputs S ⁇ , S2, S3, S4, S5.
- the control takes place in such a way that exactly one of the control inputs S ] _, S2, S3, S4 and S5 is set to "high", while the other control inputs are set to "low”. Due to the decoder 10 connected to the GaAs switch 9, the
- the decoder 10 can be, for example, a 1 out of 5 decoder. It has control inputs E] _, E2 and E3 as well as control outputs A] _, A2, A3, A4 and A5. The control outputs A ⁇ , A2, A3, A4 and A5 are connected by control lines 24 to the control inputs S] _, S2, S3, S4, S5 of the GaAs switch 9.
- control inputs E] _, E2 and E3 of the decoder 10 are connected to control lines 5.
- the transmitter inputs TX ⁇ , X 2 correspond to the signal inputs 2 from FIG. 1.
- the receiver inputs RX] _, RX / and RX3 correspond to the signal outputs 3 from FIG. 1.
- FIG. 3 shows a switching module with a GaAs switch 9, which has an antenna input 1 and two signal inputs 2 and three signal outputs 3.
- the switching module has two low-pass filters 13, 14, the low-pass filter 13 for the GSM frequency band and the low-pass filter 14 for the PCN / PCS frequency band.
- the GaAs switch 9 optionally connects one of the inputs / outputs 2, 3 to its antenna input 1.
- the switching module also has bandpass filters 15, 16, 17, which are connected to the signal outputs 3.
- the bandpass filter 15 is adapted to the GSM frequency, the bandpass filter 16 to the PCN frequency and the bandpass filter 17 to the PCS frequency.
- FIG. 4 shows a switching module with a multilayer ceramic substrate 20, in which passive components 21, 22, 23 are integrated. These passive components 21, 22, 23 can be, for example, resistors 21, capacitors 22 and inductors 23.
- the multilayer ceramic substrate 20 can be designed in a manner known per se. Ceramic layers 30 stacked on top of one another, which are separated from one another by metallic layers 31, can be used as a multilayer ceramic substrate 20. Some of the metallic layers 31 are connected to one another by vias 32 running inside the ceramic layers 30.
- a switching unit 4 is mounted, which can be, for example, a gallium arsenide multiple switch mounted in flip-chip technology.
- the switching unit 4 can be attached and electrically contacted, for example, by gluing and additional wire bonding.
- a GaAs multiple switch is preferably used as the switching unit 4.
- Such a switch can have an insertion loss of 0.8 dB in the frequency range between 1 and 2 GHz.
- This can be an integrated circuit with FET, based on gallium arsenide, the pin surfaces of which can be connected to the ceramic substrate 20 by soldering.
- the switching unit 4 can also be attached to the multilayer ceramic substrate 20 and electrically connected by means of wire bonding. A connection by means of soldering is preferably used if the switching unit 4 is used with an additional housing.
- the passive components 21, 22, 23 can form the filters 13, 14, 15, 16, 17 required according to FIG.
- the first protective device 6 and the second protective device 7 are also mounted on the surface of the substrate 20. This achieves a high degree of integration for the switching module according to the invention, which has a positive effect on the space requirement of the switching module.
- Such a switching module can be used, for example, in mobile telephones, which is why the advantageous use of the switching module according to the invention as a front-end module in a mobile radio device is a further subject of the invention.
- the invention is not limited to the examples mentioned for the second and third protective device, rather all conceivable protective devices can be used in the circuit arrangement according to the invention.
- the circuit arrangement or the switching module is not restricted to use in mobile telephones.
- TX ⁇ _, TX 2 transmitter inputs
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Abstract
The invention relates to a circuit arrangement comprising an antenna input (1), a signal input (2), a signal output (3), in addition to a switching unit (4). In said arrangement, the antenna input (1) is connected to a first protective device (6) against electrostatic discharges (ESD), said protective device (6) having an antenna input (111) and a switch output (112), which are interconnected by a line (113). A voltage limiting element (114) is connected to ground (8) in parallel with the line (113). The advantage of the inventive circuit arrangement is that the protective device (6) has a low insertion loss. The invention also relates to a switching module and to the use of said switching module as a front-end module.
Description
Beschreibungdescription
Schaltungsanordnung, Schaltmodul mit der Schaltungsanordnung und Verwendung des SchaltmodulsCircuit arrangement, switching module with the circuit arrangement and use of the switching module
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Schalteinheit, die einen Antenneneingang, einen Signaleingang und einen Signalausgang aufweist. Darüber hinaus weist die Schalteinheit eine Kontroll-Leitung auf, mit deren Hilfe das wahlweise Umschalten einer Verbindung zwischen dem Antenneneingang und dem Signaleingang oder dem Signalausgang kontrolliert werden kann. Der Antenneneingang der Schaltungsanordnung ist mit einer Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen verbunden.The invention relates to a circuit arrangement with a switching unit, which has an antenna input, a signal input and a signal output. In addition, the switching unit has a control line, with the help of which the optional switching of a connection between the antenna input and the signal input or the signal output can be controlled. The antenna input of the circuit arrangement is connected to a protective device against electrostatic discharges.
Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art werden oft als Multiband-Frontendmodule für Mobiltelefone verwendet. Sie sind in dieser Anwendung am Antenneneingang mit der Antenne des Mobiltelefons verbunden. Die Berührung der Antenne durch einen elektrisch geladenen Benutzer kann zu elektrostatischenCircuit arrangements of the type mentioned are often used as multiband front-end modules for mobile telephones. In this application, they are connected to the antenna of the mobile phone at the antenna input. Touching the antenna by an electrically charged user can cause electrostatic
Entladung führen, wie sie auch unter dem Namen "Electrostatic Discharge ESD" bekannt sind. Diese elektrostatischen Entladungen können Spannungsspitzen erzeugen, die geeignet sind, die Schaltungsanordnung zu zerstören. Dementsprechend ist es erforderlich, Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art mit einer Schutzvorrichtung gegen ESD auszurüsten.Lead discharge, as they are also known under the name "Electrostatic Discharge ESD". These electrostatic discharges can generate voltage peaks that are suitable for destroying the circuit arrangement. Accordingly, it is necessary to equip circuit arrangements of the type mentioned at the outset with a protective device against ESD.
Aus der Druckschrift WO 00/57515 sind Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art bekannt, die mit einer Schutzvor- richtung gegen ESD ausgerüstet sind. Die Schutzvorrichtung ist durch einen elektrischen Hochpaß-Filter, bei dem eine Kapazität in Reihe und eine Induktivität parallel zum Antenneneingangspfad geschaltet ist, gebildet.From the document WO 00/57515, circuit arrangements of the type mentioned at the outset are known which are equipped with a protective device against ESD. The protection device is formed by an electrical high-pass filter, in which a capacitance is connected in series and an inductance is connected in parallel to the antenna input path.
Die bekannte Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß mitThe known circuit arrangement has the disadvantage that with
Hilfe der ESD-Schutzvorrichtung lediglich der direkt über die Antenne in die Schaltungsanordnung eingekoppelte ESD-Puls ge-
mindert werden kann. Neben dem direkt über die Antenne auf die Sehaltungsanordnung einlaufenden Puls kann eine elektrostatische Entladung auch über Massekopplung eine hohe Spannung an der Schaltungsanordnung erzeugen. Dies kann bei- spielsweise dadurch geschehen, daß der in einem Schalter üblicherweise verwendete Kontroll-Eingang entweder auf einem hohen Potential (high) oder auf einem niedrigen Potential (low) liegt. Dabei ist das hohe Potential (high) dadurch definiert, daß es beispielsweise um 2,3 V über dem Massepoten- tial der Schaltungsanordnung liegt. Da bei einem Mobiltelefon genauso wie bei vielen anderen auf Signalübertragung mittels Antennen basierenden Geräten die Signaleinkopplung von der Antenne zur Erde des Systems läuft, kann auch in dem Fall einer eingangs genannten Schaltungsanordnung eine elektrostati- sehe Entladung sich direkt auf das Massepotential der Schaltungsanordnung auswirken. Über die direkte Kopplung einer Kontroll-Leitung an die Masse durch die Bedingung "high" kann sich der durch eine elektrostatische Entladung entstehende Spannungspuls neben dem Pfad über die Antenne auch noch über die Kontroll-Leitung auf die Schaltungsanordnung auswirken.With the help of the ESD protection device, only the ESD pulse coupled directly into the circuit arrangement via the antenna is can be reduced. In addition to the pulse entering the viewing arrangement directly via the antenna, an electrostatic discharge can also generate a high voltage on the circuit arrangement via ground coupling. This can be done, for example, in that the control input usually used in a switch is either at a high potential (high) or at a low potential (low). The high potential is defined in that it is, for example, 2.3 V above the ground potential of the circuit arrangement. Since in a mobile phone, just like in many other devices based on signal transmission by means of antennas, the signal coupling runs from the antenna to the earth of the system, an electrostatic discharge can also have a direct effect on the ground potential of the circuit arrangement in the case of a circuit arrangement mentioned at the beginning. Via the direct coupling of a control line to the ground through the "high" condition, the voltage pulse resulting from an electrostatic discharge can have an effect on the circuit arrangement in addition to the path via the antenna and also via the control line.
Gegen diese Auswirkungen ist die bekannte Schaltungsanordnung nicht geschützt.The known circuit arrangement is not protected against these effects.
Darüber hinaus hat der in der bekannten Schaltungsanordnung verwendete Hochpaß-Filter die Eigenschaft, ein sehr einfach aufgebautes Filter zu sein, das alle Frequenzanteile eines Signals ab einer bestimmten Grenzfrequenz nahezu ungehindert passieren läßt. Für die Weiterverarbeitung der von der Antenne eingefangenen Signale in einem Mobiltelefon ist aber im allgemeinen lediglich ein sehr enger Frequenzbereich maßgeblich. Beispielsweise werden bei Mobiltelefonen nach dem GSM-, PCN- oder PCS-Standard Frequenzen zwischen etwa 1 und 2 GHz verwendet. Alle übrigen von der Antenne eingefangenen Frequenzen sind eher störend und müssen daher weggefiltert wer- den. Es ist demnach wenigstens ein Bandpaß-Filter notwendig, um die von der eingangs genannten Schaltungsanordnung aufgefangenen Signale für ein Mobiltelefon verarbeitbar zu machen.
Das in der bekannten Schaltungsanordnung angeordnete Hochpaß- Filter kann lediglich Frequenzen unterhalb einer Grenzfrequenz abschneiden. Es muß daher im Anschluß daran noch wenigstens eine Filterschaltung dahintergeschaltet sein, um den für das Mobiltelefon interessanten Frequenzbereich aus den von der Antenne aufgefangenen Signalen herauszuschneiden.In addition, the high-pass filter used in the known circuit arrangement has the property of being a very simply constructed filter which allows all frequency components of a signal to pass almost unhindered from a certain cut-off frequency. In general, however, only a very narrow frequency range is decisive for the further processing of the signals captured by the antenna in a mobile phone. For example, frequencies between approximately 1 and 2 GHz are used in mobile telephones according to the GSM, PCN or PCS standard. All other frequencies captured by the antenna are rather annoying and must therefore be filtered out. Accordingly, at least one bandpass filter is necessary in order to make the signals collected by the circuit arrangement mentioned above processable for a mobile phone. The high-pass filter arranged in the known circuit arrangement can only cut off frequencies below a cut-off frequency. It must therefore be followed by at least one filter circuit in order to cut out the frequency range of interest for the mobile phone from the signals picked up by the antenna.
Demnach hat die bekannte Schaltungsanordnung den Nachteil, daß die zum Schutz vor ESD benutzte Hochpaß-Filterschaltung eine Einfügedämpfung aufweist, aufgrund derer auch die Nutzsignale eine gewisse Dämpfung erfahren, jedoch eine Beschneidung des übertragenen Frequenzbandes noch nicht erfolgt . Demnach hat die bekannte Schaltungsanordnung in Zusammenwirkung mit der weiteren benötigten Filterung den Nachteil einer ins- gesamt hohen Einfügedämpfung.Accordingly, the known circuit arrangement has the disadvantage that the high-pass filter circuit used to protect against ESD has an insertion loss, due to which the useful signals also experience a certain amount of attenuation, but the transmitted frequency band is not yet clipped. Accordingly, the known circuit arrangement in conjunction with the further filtering required has the disadvantage of an overall high insertion loss.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen eine geringe Einfugedampfung aufweist.The aim of the present invention is therefore to provide a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning, in which the protective device against electrostatic discharges has a low insertion vaporization.
Dieses Ziel wird durch eine Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1 erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Schaltmodul und die Verwendung des Schaltmoduls sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.This goal is achieved by a circuit arrangement according to claim 1. Further advantageous embodiments of the invention and a switching module and the use of the switching module can be found in the dependent claims.
Es wird eine Schaltungsanordnung beschrieben, die eine Schalteinheit mit einem Antenneneingang, einem Signaleingang und einem Signalausgang enthält. Die Schalteinheit ist dazu geeignet, den Antenneneingang wahlweise mit dem Signaleingang oder dem Signalausgang elektrisch leitend zu verbinden. Darüber hinaus ist der Antenneneingang mit einer ersten Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen verbunden.A circuit arrangement is described which contains a switching unit with an antenna input, a signal input and a signal output. The switching unit is suitable for connecting the antenna input to the signal input or the signal output in an electrically conductive manner. In addition, the antenna input is connected to a first protective device against electrostatic discharge.
Die erste Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen weist einen Antenneneingang und einen Schalterausgang auf, wobei der Schalterausgang mit dem Antenneneingang der
Schalteinheit verbunden ist. Der Antenneneingang der Schutzvorrichtung und der Schalterausgang der Schutzvorrichtung sind mit einer Leitung verbunden. Parallel nach Masse geschaltet ist ein Spannungsbegrenzungselement , das z.B. ein Varistor, eine Funkenstrecke oder ein Abieiter sein kann. Das Spannungsbegrenzungselement ist mit einer Masse verbunden.The first protective device against electrostatic discharges has an antenna input and a switch output, the switch output having the antenna input Switch unit is connected. The antenna input of the protection device and the switch output of the protection device are connected by a line. A voltage limiting element, which can be, for example, a varistor, a spark gap or a surge arrester, is connected in parallel to ground. The voltage limiting element is connected to a ground.
Mit Hilfe des Spannungsbegrenzungselements können am Antenneneingang der Schutzvorrichtung anstehende Überspannungen gegen Masse abgeleitet werden. Dies bedeutet, daß die wesentliche Funktion der Schutzvorrichtung darin besteht, die am Antenneneingang der Schaltungseinheit anliegende Spannung zu begrenzen.With the help of the voltage limiting element, overvoltages present at the antenna input of the protective device can be derived against ground. This means that the essential function of the protective device is to limit the voltage present at the antenna input of the circuit unit.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß aufgrund der besonderen Ausgestaltung der Schutzvorrichtung auf eine Filterfunktion verzichtet wird, wodurch die Einfügedämpfung der ersten Schutzvorrichtung niedrig ist.The circuit arrangement according to the invention has the advantage that a filter function is dispensed with due to the special design of the protective device, as a result of which the insertion loss of the first protective device is low.
Allerdings kann der Schutzmechanismus der Schaltungsanordnung verbessert werden, indem parallel zum Spannungsbegrenzungselement eine Induktivität geschaltet wird. Diese Induktivität ist wiederum mit der Masse verbunden. Die parallel zum Spannungsbegrenzungselement geschaltete Induktivität ist dazu ge- eignet, sehr niedrige Frequenzen nach Masse abzuleiten. Es werden also durch die Schutzvorrichtung hohe Frequenzen unverändert von dem Antenneneingang auf die Schalteinheit übertragen.However, the protective mechanism of the circuit arrangement can be improved by connecting an inductor in parallel with the voltage limiting element. This inductance is in turn connected to the ground. The inductance connected in parallel to the voltage limiting element is suitable for deriving very low frequencies to ground. The protective device thus transmits high frequencies unchanged from the antenna input to the switching unit.
Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Antenneneingang und dem Spannungsbegrenzungselement eine erste Induktivität und zwischen dem Spannungsbegrenzungselement und dem Schalterausgang eine zweite Induktivität jeweils in Reihe zur Leitung geschaltet ist. Durch diese beiden zusätzlichen In- duktivitäten kann die Impedanz der Schutzvorrichtung an die im Hochfrequenzbereich üblichen Wert von 50 Ω angepaßt werden.
Insbesondere kann durch geeignete Wahl der Induktivitäten zwischen 0 und 47 nH eine geringe Einfügedämpfung der ersten Schutzvorrichtung < 0,3 dB erzielt werden.Furthermore, it is advantageous if a first inductance is connected between the antenna input and the voltage limiting element and a second inductance is connected in series with the line between the voltage limiting element and the switch output. By means of these two additional inductances, the impedance of the protective device can be adapted to the value of 50 Ω which is usual in the high frequency range. In particular, by a suitable choice of the inductances between 0 and 47 nH, a low insertion loss of the first protective device <0.3 dB can be achieved.
Darüber hinaus kann an der Schalteinheit eine Kontroll- Leitung angeordnet sein, die die Schalterstellung der Schalt- einheit steuert .In addition, a control line can be arranged on the switching unit, which controls the switch position of the switching unit.
Darüber hinaus kann der Schutz gegen Überspannungen (ESD- Schutz) weiter verbessert werden, indem auch die Kontroll- Leitung der Schaltungsanordnung mit einer zweiten Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen verbunden ist. Dadurch können besonders wirksam die über Massekopplungen in die Schalteinheit eingekoppelten, an der Kontroll-Leitung anstehenden Überspannungen vermindert werden.In addition, protection against overvoltages (ESD protection) can be further improved by also connecting the control line of the circuit arrangement to a second protective device against electrostatic discharges. As a result, the overvoltages applied to the control unit via ground couplings and present at the control line can be reduced particularly effectively.
Die Schutzvorrichtungen gegen elektrostatische Entladungen sind vorteilhafterweise mit einem Masseanschluß verbunden, in den die Überspannungen der elektrostatischen Entladung abgeleitet werden können.The protective devices against electrostatic discharges are advantageously connected to a ground connection, into which the overvoltages of the electrostatic discharge can be derived.
Die Schalteinheit kann beispielsweise ein spannungsgesteuerter Schalter sein, wie er üblicherweise in Mobiltelefonen aufgrund seines niedrigen Stromverbrauchs verwendet wird.The switching unit can be, for example, a voltage-controlled switch, as is usually used in mobile telephones due to its low power consumption.
Insbesondere kommt als Schalteinheit ein Galliumarsenid- Schalter in Betracht.A gallium arsenide switch is particularly suitable as the switching unit.
Die Schalteinheit kann auch mehrere Signalein- und -ausgänge aufweisen. Entsprechend werden mehrere Kontroll-Leitungen benötigt .The switching unit can also have a plurality of signal inputs and outputs. Accordingly, several control lines are required.
Der Galliumarsenid-Schalter kann darüber hinaus mit einem Decoder versehen sein, mit dessen Hilfe die Anzahl der Kon- troll-Leitungen reduziert werden kann. Ein solcher Decoder benötigt üblicherweise eine Spannungsversorgung, die über eine Versorgungsleitung angebunden ist. Der ESD-Schutz einer
solchen Schaltung kann noch verbessert werden, indem die Versorgungsleitung mit einer dritten Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen verbunden ist.The gallium arsenide switch can also be provided with a decoder, which can be used to reduce the number of control lines. Such a decoder usually requires a power supply that is connected via a supply line. The ESD protection of one Such a circuit can be further improved by connecting the supply line to a third protective device against electrostatic discharge.
Es wird darüber hinaus ein Schaltmodul angegeben, das eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung enthält. Das Schalt- modul enthält darüber hinaus ein Vielschicht-Keramiksubstrat mit integrierten passiven Bauelementen, die elektrische Frequenzfilter bilden. Diese Frequenzfilter sind den Signalein- gangen beziehungsweise -ausgängen zugeordnet. Auf der Oberseite des Vielschicht-Keramiksubstrats ist die Schalteinheit angeordnet, die beispielsweise mit Hilfe von PIN-Dioden oder auch in Form eines Galliumarsenid-Schalters realisiert sein kann. Ferner ist in das Schaltmodul die erste und zweite Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen integriert .A switching module is also specified which contains a circuit arrangement according to the invention. The switch module also contains a multilayer ceramic substrate with integrated passive components that form electrical frequency filters. These frequency filters are assigned to the signal inputs and outputs. The switching unit is arranged on the top of the multilayer ceramic substrate and can be implemented, for example, with the aid of PIN diodes or in the form of a gallium arsenide switch. Furthermore, the first and second protective devices against electrostatic discharges are integrated in the switching module.
Die Schaltungsanordnung kann darüber hinaus Frequenzfilter enthalten, die einzelnen Signaleingängen beziehungsweise Signalausgängen zugeordnet sind. Sie sind insbesondere dazu geeignet, bei einem Mobiltelefon die von der Antenne aufgenommenen Frequenzen so zu filtern, daß die über den Signal- ausgang geleiteten, gefilterten Signale von dem Mobiltelefon weiter verarbeitet werden können. Entsprechendes gilt für die Signaleingänge der Schaltungsanordnung, die in einem Mobiltelefon dazu verwendet werden, im Mobiltelefon erzeugte Sprachsignale über die Antenne zu einem Empfänger zu senden.The circuit arrangement can also contain frequency filters which are assigned to individual signal inputs or signal outputs. They are particularly suitable for filtering the frequencies picked up by the antenna in a mobile phone so that the filtered signals passed through the signal output can be processed further by the mobile phone. The same applies to the signal inputs of the circuit arrangement that are used in a mobile phone to send voice signals generated in the mobile phone to a receiver via the antenna.
Als zweite Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladung kommt beispielsweise die Verwendung eines Varistors in Betracht, der parallel zur Kontroll-Leitung geschaltet ist und der mit einem Massepotential verbunden ist. Ein solcher Varistor hat ab einer gewissen Grenzspannung einen sehr geringen ohmschen Widerstand, so daß Überspannungen gegen Masse abge- leitet werden können. Insbesondere sind Varistoren mit einer geringen Schaltspannung geeignet, da in diesem Fall die bei einem Spannungspuls auftretende, die Schaltungsanordnung be-
lastende Restspannung am geringsten ist. Es kommt deshalb in Betracht, Varistoren mit einer Varistorspannung zwischen 4 und 20 V einzusetzen. Dementsprechend beträgt die bei einem Spannungspuls die Schaltungsanordnung belastende Klemmenspan- nung etwa 8 bis etwa 50 V. Dadurch kann die Schaltungsanordnung zuverlässig vor Zerstörungen im Falle eines ESD-Pulses geschützt werden.A second protective device against electrostatic discharge is, for example, the use of a varistor which is connected in parallel with the control line and which is connected to a ground potential. From a certain limit voltage, such a varistor has a very low ohmic resistance, so that overvoltages can be diverted to ground. In particular, varistors with a low switching voltage are suitable, since in this case the circuit arrangement occurring during a voltage pulse residual stress is lowest. It is therefore possible to use varistors with a varistor voltage between 4 and 20 V. Accordingly, the terminal voltage loading the circuit arrangement in the case of a voltage pulse is approximately 8 to approximately 50 V. As a result, the circuit arrangement can be reliably protected against destruction in the event of an ESD pulse.
Desweiteren kommt es in Betracht, als zweite Schutzvorrich- tung gegen elektrostatische Entladungen eine Schaltfunkenstrecke oder eine Z-Diode einzusetzen.Furthermore, it is possible to use a switching spark gap or a Zener diode as the second protective device against electrostatic discharge.
Ferner gibt die Erfindung eine Schaltungsanordnung an, bei der der Antenneneingang mit einer Antenne verbunden ist und bei der der Signalausgang mit einem Empfangsverstärker eines Mobiltelefons und der Signaleingang mit einem Sendeverstärker eines Mobiltelefons verbunden ist.Furthermore, the invention provides a circuit arrangement in which the antenna input is connected to an antenna and in which the signal output is connected to a receiving amplifier of a mobile phone and the signal input is connected to a transmitting amplifier of a mobile phone.
Es wird darüber hinaus ein Schaltmodul angegeben, das eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung enthält. Das Schaltmodul enthält darüber hinaus ein Vielschicht-Keramiksubstrat mit integrierten passiven Bauelementen, die elektrische Frequenzfilter bilden. Diese Frequenzfilter sind den Signaleingängen beziehungsweise -ausgängen zugeordnet. Auf der Ober- seite des Vielschicht-Keramiksubstrats ist die Schalteinheit angeordnet, die beispielsweise mit Hilfe von PIN-Dioden oder auch in Form eines Galliumarsenid-Schalters realisiert sein kann. Ferner ist in das Schaltmodul die erste und gegebenenfalls zweite Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entla- düngen integriert.A switching module is also specified which contains a circuit arrangement according to the invention. The switching module also contains a multilayer ceramic substrate with integrated passive components that form electrical frequency filters. These frequency filters are assigned to the signal inputs and outputs. The switching unit is arranged on the upper side of the multilayer ceramic substrate and can be implemented, for example, with the aid of PIN diodes or also in the form of a gallium arsenide switch. Furthermore, the first and optionally second protective device against electrostatic discharge is integrated into the switching module.
Das Schaltmodul hat den Vorteil, daß aufgrund der Integration der passiven Bauelemente in das Keramiksubstrat sowie die Integration der Schutzvorrichtung in das Schaltmodul eine hohe Integration erreicht wird, die sich vorteilhaft auf denThe switching module has the advantage that, due to the integration of the passive components in the ceramic substrate and the integration of the protective device into the switching module, a high level of integration is achieved, which is advantageous to the
Platzbedarf des Schaltmoduls auswirkt. Die Integration der ersten und gegebenenfalls zweiten Schutzvorrichtung in das
Schaltmodul kann beispielsweise durch Aufbau dieser Komponenten auf der Oberfläche des Keramiksubstrats neben der Schalt - einheit erfolgen.Space requirement of the switching module affects. The integration of the first and possibly the second protective device into the Switching module can take place, for example, by building these components on the surface of the ceramic substrate next to the switching unit.
Insbesondere ist es noch vorteilhaft, das Schaltmodul als Frontendmodul in einem Mobiltelefon zu verwenden.In particular, it is also advantageous to use the switching module as a front-end module in a mobile phone.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments and the associated figures.
Figur 1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem Prinzipschaltbild.FIG. 1 shows an example of a circuit arrangement according to the invention in a basic circuit diagram.
Figur 2 zeigt beispielhaft eine weitere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem Prinzipschaltbild.FIG. 2 shows an example of a further circuit arrangement according to the invention in a basic circuit diagram.
Figur 3 zeigt die Verwendung der erfindungsgemäßen Schal- tungsanordnung in einem Mobiltelefon anhand eines Prinzipschaltbilds .FIG. 3 shows the use of the circuit arrangement according to the invention in a mobile telephone based on a basic circuit diagram.
Figur 4 zeigt beispielhaft erfindungsgemäßes Schaltmodul in einem schematischen Längsschnitt.FIG. 4 shows an example of a switching module according to the invention in a schematic longitudinal section.
Für alle Figuren gilt, daß gleiche Bezugszeichen gleiche Ele- mente bezeichnen.It applies to all figures that the same reference numerals designate the same elements.
Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einer Schalteinheit 4, die mit einer Masse 8 versehen ist. Die Schalteinheit 4 weist einen Antenneneingang 1 auf, der mit einer Antenne 18 verbunden ist. Der Antenneneingang 1 ist mit einer ersten Schutzvorrichtung 6 gegen elektrostatische Entladungen (in Figur 1 symbolisiert durch den Blitz) verbunden. Die Schalteinheit 4 enthält wenigstens eine Kontroll-Leitung 5, die den Schaltvorgang zur Verbindung des Antenneneingangs 1 mit den Signaleingängen 2 beziehungsweise den Signalausgängen 3 der Schalteinheit 4 steuert. In Figur 1 sind drei Kontroll - Leitungen 5 gezeigt. Wenigstens eine dieser Kontroll-
Leitungen 5 ist mit einer zweiten Schutzvorrichtung 7 gegen elektrostatische Entladungen versehen. Diese zweite Schutzvorrichtung 7 ist in Form eines Varistors ausgeführt, der mit der Masse 8 verbunden ist . Die in Figur 1 gezeigte Schaltein- heit 4 weist darüber hinaus einen Decoder auf, für den eine Versorgungsleitung 11 erforderlich ist. Die Versorgungsleitung 11 ist mit einer VersorgungsSpannung +Vcc verbunden. Darüber hinaus ist die Versorgungsleitung 11 mit einer dritten Schutzvorrichtung 12 gegen elektrostatische Entladungen verbunden. Bei der Schutzvorrichtung 12 kann es sich beispielsweise um einen Varistor handeln, der mit der Masse 8 verbunden ist.Figure 1 shows a circuit arrangement with a switching unit 4, which is provided with a ground 8. The switching unit 4 has an antenna input 1, which is connected to an antenna 18. The antenna input 1 is connected to a first protective device 6 against electrostatic discharge (symbolized by the lightning in FIG. 1). The switching unit 4 contains at least one control line 5 which controls the switching process for connecting the antenna input 1 to the signal inputs 2 or the signal outputs 3 of the switching unit 4. Three control lines 5 are shown in FIG. At least one of these control Lines 5 is provided with a second protective device 7 against electrostatic discharge. This second protective device 7 is designed in the form of a varistor, which is connected to ground 8. The switching unit 4 shown in FIG. 1 also has a decoder, for which a supply line 11 is required. The supply line 11 is connected to a supply voltage + Vcc. In addition, the supply line 11 is connected to a third protective device 12 against electrostatic discharge. The protective device 12 can be a varistor, for example, which is connected to the ground 8.
Die erste Schutzvorrichtung 6 weist einen Antenneneingang 111 und einen Schalterausgang 112 auf. Antenneneingang 111 und Schalterausgang 112 sind durch eine Leitung 113 miteinander verbunden. In Reihe zu der Leitung 113 sind zwei Induktivitäten Ll und L2 geschaltet. Diese beiden Induktivitäten Ll, L2 dienen der Impedanz npassung an den Wert von 50 Ω. Zwischen den Induktivitäten Ll, L2 zweigen in Parallelschaltung zurThe first protective device 6 has an antenna input 111 and a switch output 112. Antenna input 111 and switch output 112 are connected to one another by a line 113. Two inductors L1 and L2 are connected in series with line 113. These two inductors L1, L2 serve to match the impedance to the value of 50 Ω. Between the inductors L1, L2 branch in parallel
Leitung 113 eine weitere Induktivität L3 sowie ein Spannungsbegrenzungselement 114 ab. Das Spannungsbegrenzungselement 114 kann z.B. ein Varistor sein. Die Induktivität L3 sowie der Varistor sind mit der Masse 8 der Schaltungsanordnung verbunden. Durch den Varistor wird die in die Schalteinheit 4 eingekoppelte Spannung begrenzt . Insbesondere von Bedeutung ist an dieser Stelle die SchaltSpannung des Varistors, die zwischen 4 und 8 V liegen sollte. Je kleiner die Schaltspannung des Varistors ist, um so besser können Überspannungen abgeleitet und damit hinsichtlich der Schalteinheit 4 unterdrückt werden. Vorteilhaft ist eine Schaltspannung des Varistors von 6 V oder kleiner. Dies gilt auch für die zweite und dritte Schutzvorrichtung 7, 12. Die SchaltSpannung des Varistors gibt die RestSpannung an, die von dem Hochspannungspuls noch übrig bleibt und die durch die Schutzvorrichtung auf die Schalteinheit 4 durchgeleitet wird.
Die Induktivitäten in der ersten Schutzvorrichtung weisen vorzugsweise folgende Werte auf:Line 113 a further inductor L3 and a voltage limiting element 114. The voltage limiting element 114 can be a varistor, for example. The inductance L3 and the varistor are connected to the ground 8 of the circuit arrangement. The voltage coupled into the switching unit 4 is limited by the varistor. Of particular importance at this point is the switching voltage of the varistor, which should be between 4 and 8 V. The lower the switching voltage of the varistor, the better the overvoltages can be derived and thus suppressed with regard to the switching unit 4. A switching voltage of the varistor of 6 V or less is advantageous. This also applies to the second and third protective devices 7, 12. The switching voltage of the varistor indicates the residual voltage that remains from the high-voltage pulse and that is passed through the protective device to the switching unit 4. The inductances in the first protective device preferably have the following values:
Ll = von 0 bis 5 nH L2 = von 0 bis 5 nH L3 = von 0 bis 47 nHLl = from 0 to 5 nH L2 = from 0 to 5 nH L3 = from 0 to 47 nH
Insbesondere kann durch geeignete Wahl der Induktivitäten (Ll = 0 nH, L2 = 1 nH, L3 = 47 nH) eine Einfügedämpfung der er- sten Schutzvorrichtung kleiner als 0,3 dB erzielt werden.In particular, a suitable choice of inductances (Ll = 0 nH, L2 = 1 nH, L3 = 47 nH) enables insertion loss of the first protective device to be less than 0.3 dB.
Figur 2 zeigt einen spannungsgesteuerten GaAs-Schalter 9 mit einem Antenneneingang 1, an dem eine Antenne 18 angeschlossen ist. Der GaAs-Schalter 9 hat Sendereingänge TX]_ , TX2 und Emp- fängereingänge RXi, RX2 und RX3. Der GaAs-Schalter 9 wird über Steuereingänge S^, S2 , S3 , S4, S5 gesteuert. Die Steuerung erfolgt dabei dergestalt, daß genau einer der Steuereingänge S]_, S2, S3, S4 und S5 auf "high" gesetzt ist, während die anderen Steuereingänge auf "low" gesetzt sind. Durch den an den GaAs-Schalter 9 angeschlossenen Decoder 10 kann dieFIG. 2 shows a voltage-controlled GaAs switch 9 with an antenna input 1, to which an antenna 18 is connected. The GaAs switch 9 has transmitter inputs TX ] _, TX2 and receiver inputs RXi, RX2 and RX3. The GaAs switch 9 is controlled via control inputs S ^, S2, S3, S4, S5. The control takes place in such a way that exactly one of the control inputs S ] _, S2, S3, S4 and S5 is set to "high", while the other control inputs are set to "low". Due to the decoder 10 connected to the GaAs switch 9, the
Zahl der benötigten Eingänge reduziert werden. Der Decoder 10 kann beispielsweise ein 1- aus 5-Decoder sein. Er weist Steuereingänge E]_, E2 und E3 sowie Steuerausgänge A]_, A2, A3, A4 und A5 auf. Die Steuerausgänge A^, A2 , A3, A4 und A5 sind durch Steuerleitungen 24 mit den Steuereingängen S]_, S2, S3, S4 , S5 des GaAs-Schalters 9 verbunden.Number of inputs required can be reduced. The decoder 10 can be, for example, a 1 out of 5 decoder. It has control inputs E] _, E2 and E3 as well as control outputs A] _, A2, A3, A4 and A5. The control outputs A ^, A2, A3, A4 and A5 are connected by control lines 24 to the control inputs S] _, S2, S3, S4, S5 of the GaAs switch 9.
Die Steuereingänge E]_, E2 und E3 des Decoders 10 sind mit Kontroll-Leitungen 5 verbunden.The control inputs E] _, E2 and E3 of the decoder 10 are connected to control lines 5.
Die beispielhafte Decodierung eines an den Eingängen E^, E2 und E3 des Decoders 10 anliegenden logischen Signals in für die Steuerung des GaAs-Schalters 9 geeignete, an den Steuereingängen S]_, S2, S3, S4, S5 des GaAs-Schalters 9 anliegenden Signale wird durch die folgende Übersetzungstabelle beschrieben:
Tabelle 1: Logische Zustände der Steuereingänge S]_, S2 , S3 , S4, S5 in Abhängigkeit der logischen Zustände an den Steuereingängen E^, E2 und E3. Es bedeutet 1 = „high" und 0 = „low" .The exemplary decoding of a logic signal present at the inputs E ^, E2 and E3 of the decoder 10 into signals suitable for controlling the GaAs switch 9 and present at the control inputs S ] _, S2, S3, S4, S5 of the GaAs switch 9 Signals is described by the following translation table: Table 1: Logical states of the control inputs S] _, S2, S3, S4, S5 depending on the logic states at the control inputs E ^, E2 and E3. It means 1 = "high" and 0 = "low".
Die Sendereingänge TX^, X2 entsprechen dabei den Signaleingängen 2 aus Figur 1. Die Empfängereingänge RX]_, RX / und RX3 entsprechen den Signalausgängen 3 aus Figur 1.The transmitter inputs TX ^, X 2 correspond to the signal inputs 2 from FIG. 1. The receiver inputs RX] _, RX / and RX3 correspond to the signal outputs 3 from FIG. 1.
Figur 3 zeigt ein Schaltmodul mit einem GaAs-Schalter 9, der einen Antenneneingang 1 sowie zwei Signaleingänge 2 und drei Signalausgänge 3 aufweist. Darüber hinaus weist das Schaltmodul zwei Tiefpaßfilter 13, 14 auf, wobei das Tiefpaßfilter 13 für das GSM-Frequenzband und das Tiefpaßfilter 14 für das PCN/PCS-Frequenzband ausgelegt sein kann. Der GaAs-Schalter 9 verbindet wahlweise einen der Ein-/Ausgänge 2, 3 mit dessen Antenneneingang 1. Das Schaltmodul weist ferner Bandpaßfilter 15, 16, 17 auf, die mit den Signalausgängen 3 verbunden sind. Das Bandpaßfilter 15 ist an die GSM-Frequenz, das Bandpaßfilter 16 an die PCN-Frequenz und das Bandpaßfilter 17 an die PCS-Frequenz angepaßt.FIG. 3 shows a switching module with a GaAs switch 9, which has an antenna input 1 and two signal inputs 2 and three signal outputs 3. In addition, the switching module has two low-pass filters 13, 14, the low-pass filter 13 for the GSM frequency band and the low-pass filter 14 for the PCN / PCS frequency band. The GaAs switch 9 optionally connects one of the inputs / outputs 2, 3 to its antenna input 1. The switching module also has bandpass filters 15, 16, 17, which are connected to the signal outputs 3. The bandpass filter 15 is adapted to the GSM frequency, the bandpass filter 16 to the PCN frequency and the bandpass filter 17 to the PCS frequency.
Es sind die Signaleingänge 2 des GaAs-Schalters 9 mit Sender- Verstärkern 19 elektrisch leitend verbunden. Die Senderverstärker 19 sind wie die Tiefpaßfilter 13, 14 an die Funkfrequenzen GSM beziehungsweise PCN/PCS angepaßt. Die Signalausgänge 3 sind über die Bandpaßfilter 15, 16, 17 mit Empfängerverstärkern 19a elektrisch leitend verbunden, wobei die Emp- fangerverstärker 19a an die Frequenzbändern GSM, PCN beziehungsweise PCS angepaßt sind. Der Antenneneingang 1 des GaAs-
Schalters 9 ist mit einer Antenne 18 verbunden. Die von der Antenne 18 empfangenen Signale können nun mittels des GaAs- Schalters 9 entweder dem Bandpaßfilter 16, dem Bandpaßfilter 17 oder dem Bandpaßfilter 15 zugeleitet werden, wo sie je nach verwendeter Funkfrequenz gefiltert und in Verstärkern 19a weiter verarbeitet werden. Die von den Senderverstärkern 19 gelieferten Signale werden durch die Tiefpaßfilter 13, 14 gefiltert und wahlweise der Antenne 18 zum Senden eines Signals zugeführt.There are the signal inputs 2 of the GaAs switch 9 with transmitter amplifiers 19 electrically connected. The transmitter amplifiers 19, like the low-pass filters 13, 14, are adapted to the radio frequencies GSM or PCN / PCS. The signal outputs 3 are electrically conductively connected to receiver amplifiers 19a via the bandpass filters 15, 16, 17, the receiver amplifiers 19a being adapted to the frequency bands GSM, PCN or PCS. The antenna input 1 of the GaAs Switch 9 is connected to an antenna 18. The signals received by the antenna 18 can now be fed to either the bandpass filter 16, the bandpass filter 17 or the bandpass filter 15 by means of the GaAs switch 9, where they are filtered depending on the radio frequency used and further processed in amplifiers 19a. The signals supplied by the transmitter amplifiers 19 are filtered by the low-pass filters 13, 14 and optionally supplied to the antenna 18 for transmitting a signal.
Figur 4 zeigt ein Schaltmodul mit einem Vielschicht-Keramiksubstrat 20, in das passive Bauelemente 21, 22, 23 integriert sind. Diese passiven Bauelemente 21, 22, 23 können beispielsweise Widerstände 21, Kapazitäten 22 und Induktivitäten 23 sein. Das Vielschicht-Keramiksubstrat 20 kann nach an sich bekannter Art und Weise ausgeführt sein. Es können über- einader gestapelte Keramikschichten 30, die durch metallische Schichten 31 voneinander getrennt werden, als VielSchicht- Keramik-Substrat 20 verwendet werden. Einige der metallischen Schichten 31 sind durch innerhalb der Keramikschichten 30 verlaufende Durchkontaktierungen 32 miteinander verbunden. Auf der Oberseite des- Keramiksubstrats 20 ist eine Schalteinheit 4 montiert, die beispielsweise ein in Flip-Chip- Technologie montierter Galliumarsenid-Mehrfachschalter sein kann .FIG. 4 shows a switching module with a multilayer ceramic substrate 20, in which passive components 21, 22, 23 are integrated. These passive components 21, 22, 23 can be, for example, resistors 21, capacitors 22 and inductors 23. The multilayer ceramic substrate 20 can be designed in a manner known per se. Ceramic layers 30 stacked on top of one another, which are separated from one another by metallic layers 31, can be used as a multilayer ceramic substrate 20. Some of the metallic layers 31 are connected to one another by vias 32 running inside the ceramic layers 30. On the top of the ceramic substrate 20, a switching unit 4 is mounted, which can be, for example, a gallium arsenide multiple switch mounted in flip-chip technology.
Die Schalteinheit 4 kann beispielsweise durch Kleben und zusätzliches Drahtbonden befestigt und elektrisch kontaktiert werden. Als Schalteinheit 4 wird vorzugsweise ein GaAs- Mehrfachschalter verwendet. Ein solcher Schalter kann im Frequenzbereich zwischen 1 und 2 GHz eine Einfügedämpfung von 0,8 dB aufweisen. Es kann sich dabei um einen auf Galliumar- senid-Basis gefertigten integrierten Schaltkreis mit FET handeln, dessen Pinflächen durch Löten mit dem Keramiksubstrat 20 verbunden werden können.
Die Schalteinheit 4 kann auch auf das Vielschicht-Keramiksubstrat 20 befestigt und mittels Drahtbonden elektrisch verbunden werden. Eine Verbindung mittels Löten wird vorzugsweise angewandt, wenn die Schalteinheit 4 mit einem zusätzlichen Gehäuse Verwendung finde .The switching unit 4 can be attached and electrically contacted, for example, by gluing and additional wire bonding. A GaAs multiple switch is preferably used as the switching unit 4. Such a switch can have an insertion loss of 0.8 dB in the frequency range between 1 and 2 GHz. This can be an integrated circuit with FET, based on gallium arsenide, the pin surfaces of which can be connected to the ceramic substrate 20 by soldering. The switching unit 4 can also be attached to the multilayer ceramic substrate 20 and electrically connected by means of wire bonding. A connection by means of soldering is preferably used if the switching unit 4 is used with an additional housing.
Die passiven Bauelemente 21, 22, 23 können die gemäß Figur 3 erforderlichen Filter 13, 14, 15, 16, 17 bilden.The passive components 21, 22, 23 can form the filters 13, 14, 15, 16, 17 required according to FIG.
Neben der Schalteinheit 4 ist auch die erste Schutzvorrichtung 6 sowie die zweite Schutzvorrichtung 7 auf der Oberfläche des Substrates 20 montiert. Dadurch gelingt ein hoher Grad an Integration für das erfindungsgemäße Schaltmodul, was sich positiv auf den Platzbedarf des Schaltmoduls auswirkt.In addition to the switching unit 4, the first protective device 6 and the second protective device 7 are also mounted on the surface of the substrate 20. This achieves a high degree of integration for the switching module according to the invention, which has a positive effect on the space requirement of the switching module.
Eine solches Schaltmodul kann beispielsweise in Mobiltelefonen benutzt werden, weswegen die vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Schaltmoduls als Frontendmodul in einem Mobilfunkgerät ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist.Such a switching module can be used, for example, in mobile telephones, which is why the advantageous use of the switching module according to the invention as a front-end module in a mobile radio device is a further subject of the invention.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die genannten Beispiele für die zweite und dritte Schutzvorrichtung, vielmehr können alle denkbaren Schutzvorrichtungen in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Verwendung finden. Darüber hinaus ist die Schaltungsanordnung beziehungsweise das Schaltmodul nicht auf die Anwendung in Mobiltelefonen beschränkt .
The invention is not limited to the examples mentioned for the second and third protective device, rather all conceivable protective devices can be used in the circuit arrangement according to the invention. In addition, the circuit arrangement or the switching module is not restricted to use in mobile telephones.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Antenneneingang1 antenna input
2 Signaleingang 3 Signalausgang2 signal input 3 signal output
4 Schalteinheit4 switching unit
5 Kontroll-Leitung5 control line
6, 7, 12 erste, zweite, dritte Schutzvorrichtung6, 7, 12 first, second, third protection device
8 Masse 9 Galliumarsenid-Schalter8 ground 9 gallium arsenide switch
10 Decoder10 decoders
11 Versorgungsleitung 13, 14 Tiefpaßfilter11 supply line 13, 14 low-pass filter
15, 16, 17 Bandpaßfilter 18 Antenne15, 16, 17 bandpass filter 18 antenna
19 Sendeverstärker19 transmitter amplifiers
19a Empfangsverstärker19a receiving amplifier
20 Vielschicht -Keramiksubstrat 21 Widerstand 22 Kapazität20 multilayer ceramic substrate 21 resistance 22 capacitance
23 Induktivität23 inductance
24 Steuerleitung24 control line
30 Keramikschichten30 ceramic layers
31 metallische Schichten 32 Durchkontaktierungen31 metallic layers 32 vias
TX}_, TX2 SendereingängeTX } _, TX 2 transmitter inputs
RX]_, RX2, R 3 EmpfängereingängeRX ] _, RX 2 , R 3 receiver inputs
S]_, S2, S3, S4, S5 Steuereingänge des SchaltersS ] _, S 2 , S3, S4, S5 control inputs of the switch
A]_, A2 , A3, A4, A5 Steuerausgänge des Decoders E^, E2/ E3 Steuereingänge des DecodersA ] _, A 2 , A3, A4, A5 control outputs of the decoder E ^, E 2 / E3 control inputs of the decoder
Vcc VersorgungsSpannungVcc supply voltage
111 Antenneneingang111 antenna input
112 Schalterausgang112 switch output
113 Leitung 114 Spannungsbegrenzungselement113 line 114 voltage limiting element
Ll, L2, L3 Induktivitäten
Ll, L2, L3 inductors
Claims
1. Schaltungsanordnung1. Circuit arrangement
- mit einem Antenneneingang (1) , einem Signaleingang (2) und einem Signalausgang (3) ,- With an antenna input (1), a signal input (2) and a signal output (3),
- mit einer Schalteinheit (4) , die den Antenneneingang (1) wahlweise mit dem Signaleingang (2) oder dem Signalausgang- With a switching unit (4), the antenna input (1) either with the signal input (2) or the signal output
(3) verbinden kann,(3) can connect
- bei der der Antenneneingang (1) mit einer ersten Schutzvor- richtung (6) gegen elektrostatische Entladungen verbunden ist und,- in which the antenna input (1) is connected to a first protective device (6) against electrostatic discharges and,
- bei der die erste Schutzvorrichtung (6) einen Antenneneingang (111) und einen Schalterausgang (112) aufweist, die durch eine Leitung (113) miteinander verbunden sind und bei der in der ersten Schutzvorrichtung (6) in Parallelschaltung zur Leitung (113) ein Spannungsbegrenzungselement (114) mit einer Masse (8) verbunden ist.- In which the first protective device (6) has an antenna input (111) and a switch output (112) which are connected to one another by a line (113) and in which in the first protective device (6) in parallel with the line (113) Voltage limiting element (114) is connected to a ground (8).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der parallel zum Spannungsbegrenzungselement (114) eine2. Circuit arrangement according to claim 1, in which a parallel to the voltage limiting element (114)
Induktivität (L3) geschaltet ist.Inductance (L3) is switched.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , bei der zwischen dem Antenneneingang (111) und dem Spannungs- begrenzungselement (114) eine erste Induktivität (Ll) und zwischen dem Spannungsbegrenzungselement (114) und dem Schalterausgang (112) eine zweite Induktivität (L2) jeweils in Reihe zur Leitung (113) geschaltet ist.3. Circuit arrangement according to one of claims 1 or 2, in which between the antenna input (111) and the voltage limiting element (114) a first inductor (L1) and between the voltage limiting element (114) and the switch output (112) a second inductor ( L2) is connected in series to line (113).
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die erste Schutzvorrichtung (6) eine Einfügedämpfung < 0,3 dB aufweist. 4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein the first protective device (6) has an insertion loss <0.3 dB.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4,
- die eine Kontroll-Leitung (5) aufweist, die die Schalterstellung der Schalteinheit (4) steuert und,- Which has a control line (5) which controls the switch position of the switching unit (4) and,
- bei der die Kontroll-Leitung (5) mit einer zweiten Schutz- Vorrichtung (7) gegen elektrostatische Entladungen verbunden ist.- In which the control line (5) is connected to a second protective device (7) against electrostatic discharge.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Schutzvorrichtungen (6, 7) mit einer Masse (8) verbunden sind.6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, in which the protective devices (6, 7) are connected to a ground (8).
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Schalteinheit (4) ein spannungsgesteuerter Schalter ist .7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, wherein the switching unit (4) is a voltage-controlled switch.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der die Schalteinheit (4) ein Galliumarsenid-Schalter (9) ist .8. Circuit arrangement according to claim 7, wherein the switching unit (4) is a gallium arsenide switch (9).
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der zusätzlich ein Decoder (10) vorgesehen ist, der eine Versorgungsleitung (11) aufweist und bei der die Versorgungsleitung (11) mit einer dritten Schutzvorrichtung (12) gegen elektrostatische Entladungen versehen ist .9. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, in which a decoder (10) is additionally provided, which has a supply line (11) and in which the supply line (11) is provided with a third protective device (12) against electrostatic discharges.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die zusätzlich Frequenzfilter (13, 14, 15, 16, 17) enthält, welche jeweils einem Signaleingang (2) beziehungsweise einem Signalausgang (3) zugeordnet und jeweils in Reihe dazu ge- schaltet sind.10. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9, which additionally contains frequency filters (13, 14, 15, 16, 17), which are each assigned to a signal input (2) or a signal output (3) and are each connected in series ,
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei' der das Spannungsbegrenzungselement (114) ein Varistor ist .11. Circuit arrangement according to one of claims 5 to 10, in which ' the voltage limiting element (114) is a varistor.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei der die zweite Schutzvorrichtung (7) eine Funkenstrecke, ein Varistor oder eine Z-Diode ist.12. Circuit arrangement according to one of claims 5 to 10, in which the second protective device (7) is a spark gap, a varistor or a Zener diode.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, bei der wenigstens einer der Varistoren eine Schaltspannung aufweist, die kleiner als 6 V ist.13. Circuit arrangement according to one of claims 11 to 12, in which at least one of the varistors has a switching voltage which is less than 6 V.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Antenneneingang (1) mit einer Antenne (18), der Signaleingang (2) mit einem Sendeverstärker (19) und der14. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 13, wherein the antenna input (1) with an antenna (18), the signal input (2) with a transmission amplifier (19) and the
Signalausgang (3) mit einem Empfangsverstärker (19a) verbunden ist .Signal output (3) is connected to a receiving amplifier (19a).
15. Schaltmodul mit einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,15. Switch module with a circuit arrangement according to one of claims 1 to 14,
- enthaltend ein Vielschicht-Keramiksubstrat (20) mit integrierten passiven Bauelementen (21, 22, 23), die Frequenzfilter (13, 14, 15, 16, 17) bilden,comprising a multilayer ceramic substrate (20) with integrated passive components (21, 22, 23) which form frequency filters (13, 14, 15, 16, 17),
- auf dessen Oberseite die Schalteinheit (4) angeordnet ist, - und in das die erste Schutzvorrichtung (6) integriert ist.- On the top of which the switching unit (4) is arranged, - and in which the first protective device (6) is integrated.
16. Verwendung eines Schaltmoduls nach Anspruch 15 als Frontendmodul in einem Mobiltelefon. 16. Use of a switching module according to claim 15 as a front end module in a mobile phone.
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