DE102007033233B4

DE102007033233B4 - High pass filter and use

Info

Publication number: DE102007033233B4
Application number: DE200710033233
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Przadka; Thomas Dr. Bauer
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: DE102007033233A1; WO2009010537A1

Abstract

Hochpassfilter, ausgebildet auf einem Trägersubstrat (20),
– mit einem Sperrbereich (SB), einem Durchlassbereich (DB) und einem dazwischen angeordneten Übergangsbereich (UB),
– mit zumindest einem Serienelement (SE) und zumindest einem Parallelelement (PE)
– bei dem die Serienelemente zwischen einem, einen Eingang (IN) und einen Ausgang (OUT) verbindenden, Signalpfad angeordnet und miteinander in Serie geschaltet sind
– bei dem das zumindest eine Parallelelement in mindestens einem Querzweig zwischen je einem Verknüpfungspunkt im Signalpfad und Masse geschaltet ist
– wobei der Verknüpfungspunkt vor oder hinter einem der Serienelemente oder zwischen zwei Serienelementen angeordnet ist
– bei dem jedes Serienelement eine Serienschaltung eines akustischen Resonators (R) und eines ersten Kondensators (C_S) umfasst
– bei dem jedes Parallelelement eine Serienschaltung einer Spule (SP) und eines zweiten Kondensators (C_P) umfasst.High-pass filter formed on a carrier substrate (20),
With a blocking region (SB), a passband (DB) and a transition region (UB) arranged therebetween,
With at least one series element (SE) and at least one parallel element (PE)
- In which the series elements between a, an input (IN) and an output (OUT) connecting signal path and are connected to each other in series
- In which the at least one parallel element is connected in at least one shunt branch between each a node in the signal path and ground
- Where the node is arranged in front of or behind one of the series elements or between two series elements
- Wherein each series element comprises a series connection of an acoustic resonator (R) and a first capacitor (C _S )
- Wherein each parallel element comprises a series connection of a coil (SP) and a second capacitor (C _P ).

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochpassfilter für Endgeräte der mobilen Kommunikation, welches in einem Durchlassbereich eine niedrige Einfügedämpfung und in einem nahe benachbarten Sperrbereich eine ausreichend hohe Unterdrückung aufweist.The invention relates to a high-pass filter for mobile communication terminals, which has a low insertion loss in a passband and a sufficiently high suppression in a closely adjacent stopband.

Ein Hochpassfilter wird in der Regel eingesetzt, wenn in einem Sperrbereich des Hochpassfilters entsprechenden und unterhalb des Durchlassbereichs liegenden Frequenzband niederfrequente Störungen auszufiltern sind. Gleichzeitig soll ein solches Hochpassfilter für im Durchlassbereich liegende Signale eine geringe Einfügedämpfung aufweisen.A high-pass filter is usually used when low-frequency disturbances corresponding to a band of the high-pass filter and located below the passband are to be filtered out. At the same time, such a high-pass filter should have a low insertion loss for signals lying in the passband.

Maßgebliche Design-Anforderungen, die auf eine bestimmte Anwendung bezogen an die Eigenschaften eines solchen Hochpassfilters gerichtet werden, betreffen insbesondere die Breite des Sperrbereichs bei einer gewünschten Unterdrückung, die Einfügedämpfung im Durchlassbereich sowie nicht zuletzt die Breite des Übergangsbereichs, innerhalb der sich die Übertragungsfunktion des Filters von minimaler Dämpfung im Durchlassbereich auf die erforderliche Dämpfung des Sperrbereichs ändern muss.Relevant design requirements, which are directed to a particular application with respect to the properties of such a high-pass filter, relate in particular to the width of the stop band at a desired suppression, the insertion loss in the pass band, and not least the width of the transition region within which the transfer function of the filter from minimum attenuation in the passband to the required attenuation of the stopband.

Eine Anwendung für ein Hochpassfilter mit breitem Sperrbereich und schmalem Übergangsbereich besteht z. B. in dem Problem, das für DVB-H-Systeme in Europa freigegebene Band von 470 bis 750 MHz vom Übersprechen durch den Betrieb des benachbarten Mobilfunkstandards GSM850/900 im selben Endgerät und in der Nähe befindlichen Endgeräten freizuhalten. Solche Störfrequenzen treten als Rauschen des Leistungsverstärkers des dazugehörigen Sendezweigs auf und müssen in den Endgeräten zur Entstörung des DVB-H-Systems mit einer Unterdrückung von mehr als 25 dB ausgefiltert werden, um einen gleichzeitigen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Da ein solches Hochpass-Filter gleichzeitig für die Frequenzen des Mobilfunkstandards GSM850/900 durchlässig sein soll, sollte es dort eine Einfügedämpfung im Bereich von ungefähr 1 dB oder weniger aufweisen. Die Entfernung der GSM850/900-Frequenzbänder (824 bis 960 MHz) zum DVB-H-Band beträgt nur 74 MHz, was einer Übergangsbandbreite zwischen Sperr- und Durchlassbereich von 9% entspricht.An application for a high-pass filter with a wide stopband and narrow transition range is z. For example, in the problem of keeping the 470 to 750 MHz band released for DVB-H systems in Europe from crosstalk through the operation of the neighboring GSM850 / 900 mobile standard in the same terminal and nearby terminals. Such interference frequencies occur as noise of the power amplifier of the associated transmission branch and must be filtered out in the terminal equipment for interference suppression of the DVB-H system with a suppression of more than 25 dB, to ensure a simultaneous trouble-free operation. At the same time, since such a high-pass filter should be transparent to the GSM850 / 900 cellular standard, it should have an insertion loss in the range of about 1 dB or less. The removal of the GSM850 / 900 frequency bands (824 to 960 MHz) to the DVB-H band is only 74 MHz, which corresponds to a transition bandwidth between the blocking and transmission band of 9%.

Aus der US 2004/246077 A1 ist ein Netzwerkfilter bekannt, welches in einem seriellen Zweig SAW-Resonatoren und in parallel dazu geschalteten Querzweigen nach Masse jeweils eine Serienschaltung einer Spule mit einem Kondensator, also einen Serienschwingkreis, aufweist. Ein solches Filter weist Hochpasscharakteristiken auf, besitzt jedoch nur eine relativ geringe Sperrbereichsbandbreite von ca. 10%. Eine solche ist für die oben genannte Anwendung nicht ausreichend.From the US 2004/246077 A1 a network filter is known, which in a serial branch SAW resonators and in parallel connected transverse branches to ground in each case a series connection of a coil with a capacitor, ie a series resonant circuit. Such a filter has high-pass characteristics, but has only a relatively small stopband bandwidth of about 10%. Such is not sufficient for the above application.

Aus der US 2004/51601 A1 ist ein weiteres Hochpassfilter bekannt, welches im seriellen Zweig BAW-Resonatoren (Bulk Acoustic Wave Resonator) aufweist. In dazu parallel geschalteten Querzweigen ist jeweils eine Spule angeordnet. Auch dieses Filter weist eine Hochpasscharakteristik auf. Mit diesem Filter ist es jedoch nicht möglich, die für die oben genannte Anwendung erforderliche geringe Übergangsbandbreite einzuhalten bzw. eine steile Flanke zwischen Sperrbereich und Durchlassbereich zu erzeugen.From the US 2004/51601 A1 is another high-pass filter is known, which has in the serial branch BAW resonators (Bulk Acoustic Wave Resonator). In parallel transverse branches in each case a coil is arranged. This filter also has a high-pass characteristic. With this filter, however, it is not possible to comply with the low transition bandwidth required for the above-mentioned application or to produce a steep edge between the stopband and the passband.

Aus dem Artikel „An m-Derived ladder High-Pass SAW Filter” von K. Ibata et al. in: 2003 IEEE Symposium an Ultrasonics, Volume 1, 5.-8.-10.2003, Seiten 397–400 ist ein ladder type SAW Filter bekannt, welches Eintorresonatoren in einem Serienzweig und in einem Querzweig dazu eine Serienschaltung aus einem Kapazität und einer Induktivität aufweist.From the article "An Derived Ladder High-Pass SAW Filter" by K. Ibata et al. in: 2003 IEEE Symposium on Ultrasonics, Volume 1, 5.-8.-10.2003, pages 397-400 a ladder type SAW filter is known, which has one-port resonators in a series branch and in a shunt branch to a series circuit of a capacitance and an inductance ,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Filter mit ausreichend breitem Sperrbereich und steiler Flanke zwischen Sperrbereich und Durchlassbereich zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the present invention to provide a filter with a sufficiently wide stop band and steep edge between stop band and pass band.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Hochpassfilter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.This object is achieved with a high-pass filter having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from further claims.

Es wird ein Hochpassfilter vorgeschlagen, welches einen Sperrbereich, einen Durchlassbereich und einen dazwischen angeordneten Übergangsbereich aufweist. Das Hochpassfilter ist auf einem Trägersubstrat aufgebaut und umfasst zumindest ein Serienelement, das in einem Signalpfad zwischen einem Eingang und einem Ausgang in Serie geschaltet ist, sowie zumindest ein Parallelelement, das in einem Querzweig zwischen Signalpfad und Masse geschaltet ist. Jedes der Serienelemente umfasst eine Serienschaltung eines akustischen Resonators und eines ersten Kondensators. Die Parallelelemente umfassen eine Serienschaltung einer Spule und eines zweiten Kondensators.A high-pass filter is proposed which has a stop band, a pass band and a transition region arranged therebetween. The high-pass filter is constructed on a carrier substrate and comprises at least one series element, which is connected in series in a signal path between an input and an output, and at least one parallel element, which is connected in a shunt path between signal path and ground. Each of the series elements comprises a series circuit of an acoustic resonator and a first capacitor. The parallel elements comprise a series connection of a coil and a second capacitor.

Mit einem solchen Filter gelingt es, die Bandbreite des Sperrbereichs auf ca. 30% und mehr zu erhöhen. Gleichzeitig ist es möglich, mit dem Hochpassfilter die Flanke des Durchlassbereichs hin zum Sperrbereich so steil zu gestalten, dass eine geringe Bandbreite des Übergangsbereichs von beispielsweise nur 9% erhalten werden kann. With such a filter, it is possible to increase the bandwidth of the stop band to about 30% or more. At the same time, it is possible with the high-pass filter to make the edge of the passband towards the stopband so steep that a narrow bandwidth of the transitional range of, for example, only 9% can be obtained.

Gegenüber einem bekannten Hochpassfilter, welches im Signalpfad ausschließlich Resonatoren aufweist und damit eine Bandbreite des Sperrbereichs von ca. 10% erzielt, wird die erweiterte Bandbreite im vorgeschlagenen Hochpassfilter mit den im Signalpfad zusätzlich angeordneten ersten Kondensatoren erreicht.Compared with a known high-pass filter, which has only resonators in the signal path and thus achieves a bandwidth of the blocking range of about 10%, the extended bandwidth in the proposed high-pass filter with the in Signal path additionally arranged arranged first capacitors.

Mit einer optimierten Anzahl von Serienelementen kann auch ein Hochpassfilter erhalten werden, das eine niedrige Einfügedämpfung im Bereich von ca. 1 dB im Durchlassbereich aufweist, die bis zu sehr hohen Frequenzen gewährleistet werden kann.With an optimized number of series elements, a high-pass filter can also be obtained, which has a low insertion loss in the range of about 1 dB in the passband, which can be guaranteed up to very high frequencies.

Daneben wird der Sperrbereich von dem zumindest einen Parallelelement bestimmt, welches einen Serienschwingkreis darstellt, der bei jeweils einer im Sperrband liegenden Resonanzfrequenz einen Kurzschluss gegen Masse herstellt. Dazu werden die Induktivität der Spule und die Kapazität des zweiten Kondensators jedes Parallelelements geeignet dimensioniert, um die Resonanzfrequenz an der gewünschten Stelle im Sperrbereich und vorzugsweise an dessen unteren Ende zu positionieren.In addition, the blocking region of the at least one parallel element is determined, which represents a series resonant circuit which produces a short circuit to ground at each one lying in the stopband resonance frequency. For this purpose, the inductance of the coil and the capacitance of the second capacitor of each parallel element are suitably dimensioned to position the resonant frequency at the desired location in the stopband and preferably at its lower end.

Eine besonders steile Flanke des Durchlassbereichs bzw. ein besonders schmaler Übergangsbereich kann durch eine geeignete Frequenzlage des akustischen Resonators erhalten werden. Vorteilhaft wird dazu die Antiresonanz des akustischen Resonators in den Sperrbereich verschoben, wo sie an dessen oberem Ende angesiedelt ist. Im Ergebnis bedeutet dies, dass die Bandbreite des Übergangsbereichs durch die Kopplung des akustischen Resonators, also dem Maß für den Abstand zwischen Antiresonanzfrequenz und Resonanzfrequenz bestimmt ist.A particularly steep edge of the passband or a particularly narrow transition region can be obtained by a suitable frequency position of the acoustic resonator. Advantageously, the antiresonance of the acoustic resonator is moved to the stopband, where it is located at the upper end. As a result, this means that the bandwidth of the transition region is determined by the coupling of the acoustic resonator, ie the measure of the distance between the anti-resonant frequency and the resonant frequency.

Mit zunehmender Anzahl an Serienelementen im Signalpfad kann die Steilheit der Flanke verbessert werden. Ab einer bestimmten Anzahl von Serienelementen verschlechtert sich jedoch die Qualität des Durchlassbereichs und insbesondere dessen Einfügedämpfung, so dass die optimale Anzahl in einem Trade-off zwischen steiler Flanke und niedriger Einfügedämpfung ermittelt werden muss.As the number of series elements in the signal path increases, the slope of the edge can be improved. However, beyond a certain number of series elements, the quality of the passband, and in particular its insertion loss, deteriorates, so that the optimum number must be determined in a tradeoff between steep edge and low insertion loss.

Vorzugsweise werden mehrere Parallelelemente im Hochpassfilter vorgesehen. Die Parallelelemente können gleich oder unterschiedlich sein. Vorteilhaft ist es jedoch, die Resonanzfrequenzen der Parallelelemente voneinander unterschiedlich zu gestalten, um die Qualität des Sperrbereichs zu verbessern.Preferably, a plurality of parallel elements are provided in the high-pass filter. The parallel elements can be the same or different. However, it is advantageous to make the resonance frequencies of the parallel elements different from one another in order to improve the quality of the blocking region.

Auch über die Variation der Serienelemente und insbesondere mittels über einen Frequenzbereich verteilter Resonanzfrequenzen kann die Qualität des Hochpassfilters verbessert werden. In einem Filter können aber prinzipiell gleiche oder unterschiedliche Serienelemente realisiert sein.The quality of the high-pass filter can also be improved by varying the series elements and in particular by means of resonance frequencies distributed over a frequency range. In principle, the same or different series elements can be realized in a filter.

Die akustischen Resonatoren der Serienelemente können mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende SAW-Resonatoren (Surface Acoustic Wave) oder mit akustischen Volumenwellen arbeitende Resonatoren, auch BAW (Bulk Acoustic Wave) umfassen. Beide Resonatortypen lassen sich mit hohen Güten und hoher Frequenzgenauigkeit bezüglich der Resonanzfrequenz realisieren.The acoustic resonators of the series elements may comprise SAW (surface acoustic wave) or SAW (bulk acoustic wave) resonators, or BAW (bulk acoustic wave) resonators. Both resonator types can be realized with high quality and high frequency accuracy with respect to the resonance frequency.

Ein SAW-Resonator ist vorzugsweise ein Eintor-Resonator, bei dem auf einem piezoelektrischen Substrat ein Interdigitalwandler zwischen zwei akustischen Reflektoren angeordnet ist. Jedes der Serienelemente kann dabei einen solchen Eintor-Resonator umfassen. Möglich ist es jedoch auch, zwei oder mehrere der SAW-Resonatoren der Serienelemente mittels eines Mehrtor-Resonators zu realisieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die als SAW-Resonatoren ausgebildeten akustischen Resonatoren auf dem piezoelektrischen Substrat in-line, d. h. innerhalb einer einzigen akustischen Spur, anzuordnen und wahlweise zwischen jeweils zwei Interdigitalwandlern akustisch durchlässige Strukturen vorzusehen, beispielsweise einen nicht vollständig reflektierenden Reflektor. Auf diese Weise können die SAW-Resonatoren der verschiedenen Serienelemente miteinander akustisch gekoppelt werden.A SAW resonator is preferably a one-port resonator, in which an interdigital transducer is arranged between two acoustic reflectors on a piezoelectric substrate. Each of the series elements may comprise such a one-port resonator. However, it is also possible to realize two or more of the SAW resonators of the series elements by means of a multi-port resonator. Another possibility is to design the acoustic resonators formed as SAW resonators on the piezoelectric substrate in-line, d. H. within a single acoustic track, and optionally provide between each two interdigital transducers acoustically transparent structures, such as a not completely reflecting reflector. In this way, the SAW resonators of the various series elements can be acoustically coupled with each other.

Ein als BAW-Resonator ausgebildeter akustischer Resonator umfasst zumindest eine piezoelektrische Schicht, die zwischen zwei Elektrodenschichten angeordnet ist. Die Resonanzfrequenz des BAW-Resonators ist dann insbesondere durch seine Dicke bestimmt, zu der neben der piezoelektrischen Schicht im geringeren Umfang auch die Dicke der Elektrodenschichten hinzugerechnet wird. Der BAW Resonator kann vom Bridgetype sein, bei dem die akustische Volumenwelle durch einen Sprung der akustischen Impedanz gegen eine unter dem Resonator im Substrat vorgesehene Ausnehmung oder einen Hohlraum innerhalb des Resonators gehalten wird. Der BAW Resonator kann auch vom SMR Typ (solidly mounted resonator) sein, bei dem zwischen Substrat und Resonator ein akustischer Spiegel vorgesehen ist.An acoustic resonator embodied as a BAW resonator comprises at least one piezoelectric layer which is arranged between two electrode layers. The resonant frequency of the BAW resonator is then determined in particular by its thickness, to which the thickness of the electrode layers is added in addition to the piezoelectric layer to a lesser extent. The BAW resonator may be of the bridged type, in which the bulk acoustic wave is held by a jump of the acoustic impedance against a recess provided under the resonator in the substrate or a cavity within the resonator. The BAW resonator can also be of the SMR type (solidly mounted resonator), in which an acoustic mirror is provided between the substrate and the resonator.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Hochpassfilter auf einem Trägersubstrat angeordnet, welches ein Mehrlagensubstrat umfasst. Dabei sind zwischen dielektrischen Schichten strukturierte Metallisierungsebenen angeordnet, die Bauelementstrukturen von passiven Komponenten realisieren können. In dem Mehrlagensubstrat können daher einzelne passive Komponenten des Hochpassfilters oder alle passiven Komponenten eines Typs integriert sein, wobei die Typen ausgewählt sind als erster und zweiter Kondensator und Spule.In a further embodiment, the high-pass filter is arranged on a carrier substrate, which comprises a multilayer substrate. In this case, structured metallization levels are arranged between dielectric layers, which can realize component structures of passive components. Therefore, individual passive components of the high-pass filter or all passive components of one type can be integrated in the multilayer substrate, the types being selected as first and second capacitor and coil.

Auf dem Trägersubstrat können dann die nicht in das Mehrlagensubstrat integrierten Komponenten als diskrete Bauelemente angeordnet und mit den passiven Komponenten im Mehrlagensubstrat elektrisch verschaltet sein. Die diskreten Bauelemente können Einzelbauelemente, z. B. einzelne Resonatoren sein. Möglich ist es jedoch auch, dass ein diskretes Bauelement auf dem Trägersubstrat mehrere akustische. Resonatoren umfasst. Beispielsweise kann das diskrete Bauelement einen einzigen piezoelektrischen Chip umfassen, auf dem die für das Hochpassfilter erforderliche Anzahl von SAW-Resonatoren ausgebildet ist. Der Chip mit den SAW-Resonatoren kann gehäust sein und mit dem Gehäuse auf dem Trägersubstrat aufgebondet bzw. verlötet sein.The components which are not integrated into the multi-layer substrate can then be arranged as discrete components on the carrier substrate and electrically connected to the passive components in the multi-layer substrate. The discrete components can individual components, eg. B. individual Be resonators. However, it is also possible that a discrete component on the carrier substrate several acoustic. Resonators includes. For example, the discrete component may comprise a single piezoelectric chip on which the number of SAW resonators required for the high-pass filter is formed. The chip with the SAW resonators can be housed and soldered or soldered to the housing on the carrier substrate.

Auch bei einem mit BAW-Resonatoren ausgerüsteten Hochpassfilter können die einzelnen Resonatoren als einzeln verpackte Bauelemente realisiert sein. Vorzugsweise sind jedoch auch hier sämtliche für das Hochpassfilter erforderlichen BAW-Resonatoren auf einem einzigen Substrat angeordnet. Dieses Substrat ist beispielsweise ein zweites Trägersubstrat, auf dem die Elektrodenschichten und die dazwischen angeordnete piezoelektrische Schicht, die den BAW-Resonator bilden, aufgebracht sind. Das zweite Trägersubstrat für die BAW-Resonatoren umfasst vorzugsweise ein mechanisch stabiles und kostengünstiges Substrat, insbesondere jedoch Silizium, Glas oder Keramik.Even with a high-pass filter equipped with BAW resonators, the individual resonators can be realized as individually packaged components. However, all BAW resonators required for the high-pass filter are also preferably arranged on a single substrate. This substrate is, for example, a second carrier substrate on which the electrode layers and the piezoelectric layer arranged therebetween, which form the BAW resonator, are applied. The second carrier substrate for the BAW resonators preferably comprises a mechanically stable and inexpensive substrate, but in particular silicon, glass or ceramic.

Die diskreten Bauelemente sind vorzugsweise in Flip-Chip-Technik auf dem ersten Trägersubstrat aufgebracht. Als erstes Trägersubstrat ist ein Mehrlagensubstrat mit dielektrischen Schichten auf keramischer Basis bevorzugt, insbesondere ein LTCC-Mehrlagensubstrat mit integrierten passiven Komponenten. Die dielektrischen Schichten können jedoch auch auf organischer Basis, beispielsweise auf einem FR4-Material basieren. Das erste Trägersubstrat muss aber nicht ein Mehrlagensubstrat sein und kann beispielsweise einzelne Schichten aus Glas, Saphir, Keramik oder LCP (Liquid Crystal Polymer) umfassen.The discrete components are preferably applied in flip-chip technology on the first carrier substrate. The preferred first carrier substrate is a multilayer substrate with ceramic-based dielectric layers, in particular a LTCC multilayer substrate with integrated passive components. However, the dielectric layers may also be based on organic base, for example on an FR4 material. However, the first carrier substrate need not be a multi-layer substrate and may, for example, comprise individual layers of glass, sapphire, ceramic or LCP (liquid crystal polymer).

Die Spulen der Parallelzweige sind wegen deren hoher Güte vorzugsweise als diskrete Bauelemente und insbesondere als luftgewickelte Spulen realisiert. Mit deren hoher Güte Q von bis zu ca. 85 kann eine entsprechend niedrige Einfügedämpfung erzielt werden. Auch der erste und der zweite Kondensator können als diskrete SMD-Elemente ausgebildet sein. Aber auch in ein Mehrlagensubstrat und insbesondere in ein LTCC-Substrat integrierte Kondensatoren können hohe Güten von mehr als 150 besitzen, sodass auch mit integrierten Kondensatoren ein hochwertiges Hochpassfilter realisiert werden kann.The coils of the parallel branches are preferably realized as discrete components and in particular as air-wound coils because of their high quality. With their high quality Q of up to about 85, a correspondingly low insertion loss can be achieved. Also, the first and the second capacitor may be formed as discrete SMD elements. However, capacitors integrated in a multi-layer substrate and in particular in an LTCC substrate can also have high grades of more than 150, so that even with integrated capacitors a high-quality high-pass filter can be realized.

SAW-Resonatoren sind vorzugsweise auf einem Substrat aus Lithiumtantalat oder Lithiumniobat ausgebildet. Die im Signalpfad angeordneten Resonatoren sind vorzugsweise mit einer erhöhten Leistungsfestigkeit ausgestattet, die sich durch eine besondere Metallisierung oder durch eine Kaskadierung der Resonatoren realisieren lässt. Eine hochwertige Metallisierung kann eine mehrschichtige, z. B. Aluminium und Kupfer umfassende Metallisierung sein oder kann epitaktisch aufgewachsene Elektrodenschichten umfassen, die ebenfalls eine hohe Leistungsverträglichkeit aufweisen.SAW resonators are preferably formed on a lithium tantalate or lithium niobate substrate. The resonators arranged in the signal path are preferably equipped with an increased power resistance, which can be realized by a special metallization or by a cascading of the resonators. A high-quality metallization can be a multilayer, z. B. aluminum and copper comprising metallization or may include epitaxially grown electrode layers, which also have a high power compatibility.

Eine Kaskadierung von SAW-Resonatoren wird durch eine Hintereinanderschaltung von zwei oder mehr Resonatoren erreicht. Die erhöhte Leistungsverträglichkeit kaskadierter Resonatoren ergibt sich dann sowohl aus der durch die Serienverschaltung bewirkten Spannungsteilung und der dadurch an jedem Teilresonator anliegenden reduzierten Spannung, als auch aus der vergrößerten Fläche jedes einzelnen Teilresonators.A cascading of SAW resonators is achieved by a series connection of two or more resonators. The increased power compatibility of cascaded resonators then results both from the voltage division effected by the series connection and the reduced voltage applied to each partial resonator, as well as from the increased area of each individual partial resonator.

Ein vorgeschlagenes Hochpassfilter wird vorzugsweise in Endgeräten der mobilen Kommunikation und insbesondere in Handys eingesetzt. Dort kann es dazu dienen, in einem ersten Frequenzband niederfrequente Störungen auszufiltern und die Frequenzbänder eines nahe benachbarten frequenzmäßig höher angesiedelten Mobilfunksystems möglichst wenig gedämpft durchzulassen.A proposed high-pass filter is preferably used in mobile communication terminals and in particular in mobile phones. There it can be used to filter out low-frequency interference in a first frequency band and to pass the frequency bands of a near-adjacent frequency-higher mobile radio system as little as possible attenuated.

Vorteilhaft wird das Hochpassfilter in einem Handy eingesetzt, welches sowohl zum Sende-/Empfangsbetrieb in dem genannten Mobilfunkband als auch zum Empfang in einem frequenzmäßig darunter angesiedelten zweiten Band geeignet ist, insbesondere zum Betrieb in GSM850/900-Mobilfunkband und zum Empfang von DVB-H-Signalen zwischen 470 und 750 MHz. Mit dem vorgeschlagenen Filter ist es möglich, die gesamte Bandbreite des DVB-H-Systems zum Empfang zu nutzen, was mit bekannten Hochpassfiltern und deren geringer Sperrbereichsbandbreite oder zu großer Übergangsbandbreite nicht möglich war.Advantageously, the high-pass filter is used in a mobile phone, which is suitable both for transmitting / receiving operation in said mobile radio band as well as for receiving in a second frequency located below frequency band, in particular for operation in GSM850 / 900 mobile band and for receiving DVB-H Signals between 470 and 750 MHz. With the proposed filter, it is possible to use the entire bandwidth of the DVB-H system for reception, which was not possible with known high-pass filters and their low stopband bandwidth or too large transition bandwidth.

Im Front End eines Mobilfunkendgeräts kann das Bandpassfilter entweder direkt am Ausgang des Leistungsverstärkers für das genannte Mobilfunkband oder direkt an der Antenne des Mobilfunkteils angebracht sein. Auf diese Weise wird das Rauschen des Leistungsverstärkers im Bereich der DVB-H-Frequenzen unterdrückt. Damit ist es möglich, ein DVB-H-System und ein GSM850/900 Mobilfunksystem im gleichen Endgerät und zur gleichen Zeit zu betreiben, ohne dass deren Signale sich gegenseitig stören. Damit ist eine Interoperabilität gewährleistet.In the front end of a mobile station, the bandpass filter can be attached either directly to the output of the power amplifier for said mobile radio band or directly to the antenna of the mobile radio part. In this way, the noise of the power amplifier in the range of DVB-H frequencies is suppressed. This makes it possible to operate a DVB-H system and a GSM850 / 900 mobile radio system in the same terminal and at the same time, without their signals interfering with each other. This ensures interoperability.

Die Integration dieses Filters in das Front End eines Mobilfunkgeräts kann in einem Modul erfolgen, wobei das genannte Trägersubstrat auch als Modulsubstrat für weitere Komponenten des Front-End-Moduls dienen kann. Möglich ist es jedoch auch, das vorgeschlagene Hochpassfilter auf einem weiteren Modulsubstrat aufzubringen.The integration of this filter in the front end of a mobile device can be done in a module, said carrier substrate can also serve as a module substrate for other components of the front-end module. However, it is also possible to apply the proposed high-pass filter on a further module substrate.

Vorteilhaft ist es, das Hochpassfilter mit einem Schalter und einer Überbrückung zu versehen. Diese dienen dazu, das Hochpassfilter durch entsprechende Schalterstellung zu überbrücken, um die Einfügedämpfung im Mobilfunkband bei nicht aktivem DVB-H Betrieb zu reduzieren. It is advantageous to provide the high-pass filter with a switch and a lock. These serve to bridge the high-pass filter by appropriate switch position, in order to reduce the insertion loss in the mobile radio band in non-active DVB-H operation.

Weiterhin ist es möglich, das Hochpassfilter in Frontend-Module oder andere RF-Module zu integrieren, beispielsweise in Antennenschaltermodule, Front-End-Module, Power-Amplifier-Module, Power-Amplifier-Switch-Module, Single-Package-Radio-Module oder andere Integrationsstufen aufweisende Module einzubauen.Furthermore, it is possible to integrate the high-pass filter in front-end modules or other RF modules, for example in antenna switch modules, front-end modules, power amplifier modules, power amplifier switch modules, single-package radio modules or incorporate other integration levels.

In allen Fällen ist es vorteilhaft, in das Modul Schutzvorrichtungen zu integrieren, mit denen z. B. Überspannungen, hochfrequente Störsignale oder niederfrequentes Rauschen, die alle durch ESD erzeugt sein können, unschädlich gegen Masse abgeleitet werden können. Eine solche Schutzvorrichtung kann z. B. eine nach Masse geschaltete Spule am antennenseitigen Anschluss des Moduls sein. Möglich ist es auch, dass die Schutzvorrichtung ein spannungsbegrenzendes Element und insbesondere einen Varistor, eine Funkenstrecke oder einen Ableiter umfasst. Solche Schutzvorrichtungen können mit zusätzlichen Parallelspulen kombiniert und in das Modul integriert sein.In all cases, it is advantageous to integrate in the module protection devices with which z. As overvoltages, high-frequency noise or low-frequency noise, all of which may be generated by ESD, harmless can be derived to ground. Such a protection device may, for. B. be switched to ground coil on the antenna side connection of the module. It is also possible that the protective device comprises a voltage-limiting element and in particular a varistor, a spark gap or an arrester. Such protections may be combined with additional parallel coils and integrated into the module.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Diese sind rein schematisch und daher nicht maßstabsgetreu ausgeführt.In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and the associated figures. These are purely schematic and therefore not true to scale.

1 zeigt ein Hochpassfilter, 1 shows a high pass filter,

2 zeigt verschiedene Ausführungen von Serienelement und Parallelelement, 2 shows different versions of series element and parallel element,

3 zeigt verschiedene mögliche Anordnungen von Serien- und Parallelelementen in einem Hochpassfilter, 3 shows various possible arrangements of series and parallel elements in a high-pass filter,

4 zeigt eine schematische Übertragungskurve des Filters, 4 shows a schematic transmission curve of the filter,

5 zeigt eine mögliche Verschaltung des Hochpassfilters in einem Front-End-Modul, 5 shows a possible interconnection of the high-pass filter in a front-end module,

6 und 7 zeigen weitere Verschaltung des Hochpassfilters und wahlweise Zu- und Abschaltung, 6 and 7 show further interconnection of the high-pass filter and optional connection and disconnection,

8 zeigt auf einem Mehrlagensubstrat angeordnete und teilweise in dieses integrierte Komponenten des Hochpassfilter. 8th shows arranged on a multi-layer substrate and partially integrated in this components of the high-pass filter.

1 zeigt die einfachste Ausführungsform des vorgeschlagenen Hochpassfilters, bestehend aus einem Serienelement SE, welches in einem zwischen einem. Eingang IN und einem Ausgang OUT verlaufenden Signalpfad angeordnet ist. Parallel zum Signalpfad und diesen mit Masse verbindend ist ein Querzweig mit einem Parallelelement PE vorgesehen. Eingang IN und Ausgang OUT und damit die Reihenfolge der Elemente in der Schaltung des Hochpassfilters können auch vertauscht sein. 1 shows the simplest embodiment of the proposed high-pass filter, consisting of a series element SE, which in one between a. Input IN and an output OUT extending signal path is arranged. Parallel to the signal path and connecting them to ground, a shunt branch is provided with a parallel element PE. Input IN and output OUT and thus the order of the elements in the circuit of the high-pass filter can also be reversed.

2A zeigt die einfachste Möglichkeit, wie ein Serienelement SE ausgebildet ist. Dieses umfasst einen akustischen Resonator R, der in Serie mit einem ersten Kondensator C_S geschaltet ist. Auch für die Anordnung dieser beiden Elemente ist es ohne Belang, wenn deren Reihenfolge im Signalpfad vertauscht wird. 2A shows the simplest way how a series element SE is formed. This comprises an acoustic resonator R, which is connected in series with a first capacitor C _S. Also for the arrangement of these two elements, it does not matter if their order is reversed in the signal path.

2B zeigt die einfachste Ausführungsform eines Parallelelements PE, bestehend aus einem Serienschwingkreis mit einer Spule SP und einem zweiten Kondensators C_P. 2 B shows the simplest embodiment of a parallel element PE, consisting of a series resonant circuit with a coil SP and a second capacitor C _P.

Ein Serienelement SE kann auch einen kaskadierten Resonator umfassen, beispielsweise eine Zweierkaskade, wie in 2C dargestellt. Dieses Serienelement SE umfasst eine Serienschaltung eines ersten Teilresonators R1, eines zweiten Teilresonators R2 und eines ersten Kondensators C_S.A series element SE can also comprise a cascaded resonator, for example a two-cascade, as in FIG 2C shown. This series element SE comprises a series circuit of a first partial resonator R1, a second partial resonator R2 and a first capacitor C _S.

3 zeigt verschiedene Möglichkeiten, wie ein Hochpassfilter aus mehreren solcher Serien- und Parallelelemente SE, PE aufgebaut werden kann. Serien- und Parallelelemente können in beliebiger Anordnung und gegebenenfalls unter Wiederholung gleicher bzw. gleichartiger Elemente aufgebaut sein. 3A zeigt beispielsweise eine vorteilhafte Ausführung, umfassend ein erstes Serienelement SE1, ein erstes Parallelelement PE1, ein zweites Serienelement SE2, ein zweites Parallelelement PE2 und ein drittes Serienelement SE3. 3 shows various ways in which a high-pass filter can be built up from several such series and parallel elements SE, PE. Series and parallel elements can be constructed in any arrangement and optionally with repetition of the same or similar elements. 3A shows, for example, an advantageous embodiment, comprising a first series element SE1, a first parallel element PE1, a second series element SE2, a second parallel element PE2 and a third series element SE3.

Die Serienelemente können identisch sein, sind vorzugsweise aber mit leicht unterschiedlichen Resonanzfrequenzen des akustischen Resonators ausgebildet. Vorteilhaft liegen die Antiresonanzfrequenzen der akustischen Resonatoren der Serienelemente jedoch nahe beieinander, beispielsweise innerhalb von ±2% um die Sperrgrenzfrequenz. Auch die Parallelelemente PE1, PE2 können gleich oder identisch sein, wobei vorzugsweise die Resonanzfrequenzen des jeweiligen aus Spule und zweitem Kondensator gebildeten LC-Element unterschiedlich ausgebildet sind und nahe beieinander liegen. Das Hochpassfilter kann, wie angedeutet, weitere Serien- oder Parallelelemente umfassen. Die Dimensionierung der ersten Kondensatoren wird nach bekannten Regeln für die Konstruktion von Hochpassfiltern vorgenommen, wobei allein die sich ergebende Gesamtkapazität sämtlicher im Signalpfad des Hochpassfilters angeordneter erster Kondensatoren maßgeblich ist.The series elements may be identical, but are preferably formed with slightly different resonance frequencies of the acoustic resonator. However, the antiresonance frequencies of the acoustic resonators of the series elements are advantageously close to one another, for example within ± 2% of the blocking limit frequency. The parallel elements PE1, PE2 may be identical or identical, wherein preferably the resonance frequencies of the respective LC element formed from the coil and the second capacitor are formed differently and are close to each other. The high-pass filter can, as indicated, comprise further series or parallel elements. The dimensioning of the first capacitors is carried out according to known rules for the construction of high-pass filters, wherein only the resulting total capacity of all in the signal path of the High-pass filter arranged first capacitors is relevant.

3B zeigt ausschnittsweise eine mögliche Unterstruktur eines Hochpassfilters, bei dem ein erstes und ein zweites Serienelement SE1, SE2 direkt in Serie hintereinander geschaltet sind, ohne dass dazwischen ein Querzweig mit einem Parallelelement PE vorgesehen ist. 3B shows a section of a possible substructure of a high-pass filter, in which a first and a second series element SE1, SE2 are connected directly in series one behind the other, without between a transverse branch is provided with a parallel element PE.

3C zeigt eine weitere mögliche Teilstruktur eines Hochpassfilters, umfassend im Signalpfad in Serie angeordnet ein erstes Serienelement SE1 und ein zweites Serienelement SE2. Zwischen den beiden Serienelementen SE ist ein Querzweig zur Masse geschaltet, in dem ein Parallelelement PE angeordnet ist. 3C shows a further possible partial structure of a high-pass filter, comprising arranged in the signal path in series a first series element SE1 and a second series element SE2. Between the two series elements SE a shunt branch is connected to ground, in which a parallel element PE is arranged.

3D zeigt eine weitere mögliche Teilstruktur eines Bandpassfilters, umfassend ein Serienelement SE im Signalpfad. Vor und hinter dem Serienelement SE ist jeweils ein Querzweig nach Masse geschaltet, in dem jeweils ein Parallelelement PE1 bzw. PE2 angeordnet ist. 3D shows a further possible partial structure of a bandpass filter, comprising a series element SE in the signal path. In front of and behind the series element SE in each case a shunt branch is connected to ground, in each of which a parallel element PE1 or PE2 is arranged.

3E zeigt eine weitere mögliche Teilstruktur mit zwei Parallelelementen PE1 und PE2, deren Verknüpfungspunkte an den Signalpfad direkt benachbart sind. Darüber hinaus ist im Signalpfad ein Serienelement SE angeordnet. 3E shows another possible substructure with two parallel elements PE1 and PE2, whose nodes are directly adjacent to the signal path. In addition, a series element SE is arranged in the signal path.

3F zeigt eine weitere mögliche Teilstruktur, bei der zwei Serienelemente SE1, SE2 parallel zueinander in dem den Eingang IN mit dem Ausgang OUT verbindenden Massepfad verschaltet sind. In einem Querzweig zur Masse ist ein Parallelelement PE vorgesehen. 3F shows a further possible partial structure in which two series elements SE1, SE2 are connected in parallel to each other in the input path IN to the output OUT ground path. In a transverse branch to the ground, a parallel element PE is provided.

Weitere mögliche Strukturen des erfindungsgemäßen Hochpassfilters können durch beliebige Kombination der in den 3B bis 3F dargestellten Grundstrukturen erhalten werden. Dabei ist es möglich, die Orientierung der Teilstrukturen (Grundstrukturen) durch Spiegelung um eine normal zum Signalpfad stehende Spiegelebene umzukehren, womit ein weiterer Freiheitsgrad bei der Zusammenstellung der Grundstrukturen zu einem einzigen Hochpassfilter erhalten wird.Other possible structures of the high-pass filter according to the invention can by any combination of the in the 3B to 3F basic structures are obtained. In this case, it is possible to invert the orientation of the partial structures (basic structures) by mirroring around a mirror plane that is normal to the signal path, thus providing a further degree of freedom in the composition of the basic structures into a single high-pass filter.

4 zeigt in schematischer Darstellung eine Durchlasskurve eines in 3A vorgeschlagenen Hochpassfilters. Das Filter erfüllt gewünschte Spezifikationen in einem Sperrbereich SB, in dem die Dämpfung zumindest –25 dB beträgt, sowie in einem Durchlassbereich DB, der durch eine maximale Einfügedämpfung von 1,5 dB gekennzeichnet ist. Zwischen Sperrbereich SB und Durchlassbereich DB ist der Übergangsbereich UB angeordnet, in dem die Durchlasskurve eine steile Flanke aufweist. Daher wird ein Übergangsbereich UB mit einer Bandbreite von maximal 9% erhalten, wobei beiderseits des Übergangsbereichs die Spezifikationen für Sperrbereich SB bzw. Durchlassbereich DB erfüllt werden. 4 shows a schematic representation of a transmission curve of a 3A proposed high-pass filter. The filter satisfies desired specifications in a stopband SB in which the attenuation is at least -25 dB, and in a passband DB characterized by a maximum insertion loss of 1.5 dB. Between the blocking region SB and the passband DB, the transition region UB is arranged, in which the transmission curve has a steep flank. Therefore, a transitional range UB with a maximum bandwidth of 9% is obtained, whereby the specifications for stopband SB and passband DB are met on both sides of the transitional range.

In der bereits erwähnten Anwendung des Hochpassfilters im Sendepfad eines GSM850/900-Systems zur Unterdrückung von Störfrequenzen, die im Bereich des DVB-H-Systems liegen, erfüllt dieses Hochpassfilter die für das DVB-H System geforderten Sperrbereichsspezifikationen zwischen 470 und 750 MHz, was einer Bandbreite des Sperrbereichs von mehr als 30% entspricht. Die Spezifikationen des Durchlassbereichs DB werden zwischen 824 und 960 MHz erfüllt, wo die Einfügedämpfung ca. 1 dB aufweist.In the already mentioned application of the high-pass filter in the transmission path of a GSM850 / 900 system for the suppression of interference frequencies, which are in the range of the DVB-H system, this high-pass filter meets the required for the DVB-H system stopband specifications between 470 and 750 MHz, which corresponds to a bandwidth of the blocking area of more than 30%. The specifications of the passband DB are satisfied between 824 and 960 MHz, where the insertion loss is about 1 dB.

Die in 4 schematisch dargestellte Durchlasskurve zeigt eine Welligkeit im Bereich des Sperrbereichs SB, deren Minima gezielt einzelnen Komponenten des Hochpassfilters zugeordnet werden können. Die scharfen Minima (Polstellen) im Bereich der rechten Kante des Sperrbereichs können den Antiresonanzfrequenzen der akustischen Resonatoren in den Serienelementen zugeordnet werden. Die Anzahl dieser Peaks entspricht dabei der Anzahl unterschiedlicher akustischer Resonatoren bzw. unterschiedlicher Resonanzfrequenzen der im Hochpassfilter verwendeten Resonatoren. Das breite Minimum der Durchlasskurve im Bereich der linken Kante des Sperrbereichs SB kann den Parallelelementen bzw. den Resonanzfrequenzen der Serienschwingkreise bildenden Parallelelemente (LC-Elemente) zugeordnet werden. Nicht zuletzt damit diese breiten Minima nicht die Flanke zum Durchlassbereich nachteilig beeinflussen, werden die Resonanzfrequenzen der Parallelelemente an das untere Ende des Sperrbereichs gelegt. Auch hier ist es möglich, die Breite dieses Minimums durch entsprechende Variation der Resonanzfrequenzen in den unterschiedlichen Parallelelementen zu verbreitern.In the 4 schematically shown passage curve shows a ripple in the region of the stopband SB, the minima can be specifically assigned to individual components of the high-pass filter. The sharp minima (poles) in the region of the right edge of the stop band can be assigned to the antiresonance frequencies of the acoustic resonators in the series elements. The number of these peaks corresponds to the number of different acoustic resonators or different resonance frequencies of the resonators used in the high-pass filter. The broad minimum of the transmission curve in the region of the left edge of the stopband SB can be assigned to the parallel elements or the resonance frequencies of the parallel resonant elements (LC elements) forming series resonant circuits. Not least so that these broad minima do not adversely affect the edge to the passband, the resonant frequencies of the parallel elements are applied to the lower end of the stopband. Again, it is possible to broaden the width of this minimum by corresponding variation of the resonance frequencies in the different parallel elements.

5 zeigt eine mögliche Verschaltung des Hochpassfilters im Front End eines Endgeräts für mobile Kommunikation, beispielsweise eines Handys. In dem Front End ist eine Antenne A mittels über ein Schaltmodul SM mit dem Sendepfad TX eines Mobilfunkstandards verbunden. Der Übersichtlichkeit wegen sind der RX Pfad und weitere mögliche TX- und RX Zweige anderer Mobilfunkbänder sowie deren Filter nicht eingezeichnet. Eine zweite so genannte Diversity Antenne A_D für den DVB-H Empfang ist über das gleiche Schaltmodul SM oder einen separaten Schalter mit dem Empfangspfad eines DVB-H-Systems verbunden 5 shows a possible interconnection of the high-pass filter in the front end of a mobile communication terminal, such as a mobile phone. In the front end, an antenna A is connected via a switching module SM to the transmission path TX of a mobile radio standard. For the sake of clarity, the RX path and other possible TX and RX branches of other mobile radio bands and their filters are not shown. A second so-called diversity antenna A _D for the DVB-H reception is connected via the same switching module SM or a separate switch to the receive path of a DVB-H system

Der Signalpfad für das DVB-H-System ist ein reiner Empfangspfad, bei dem die von der Antenne aufgenommenen Signale mittels eines Bandpassfilters BPF vorgefiltert und der weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Im Sendepfad TX des Mobilfunksystems ist ein Leistungsverstärker PA angeordnet. In dieser Ausführung ist das vorgeschlagene Hochpassfilter HPF in den Sendepfad TX zwischen Schaltmodul SM und Leistungsverstärker PA geschaltet.The signal path for the DVB-H system is a pure reception path, in which the signals recorded by the antenna are prefiltered by means of a bandpass filter BPF and supplied for further processing. In the transmission path TX of the Mobile radio system is arranged a power amplifier PA. In this embodiment, the proposed high-pass filter HPF is connected in the transmission path TX between switching module SM and power amplifier PA.

Parallel zur Antenne A ist in einem Querzweig eine Schutzvorrichtung SV geschaltet, die störende ESD-Pulse unschädlich nach Masse ableiten kann. Die Schutzvorrichtung SV kann beispielsweise als Induktivität ausgeführt sein. Möglich ist es auch, als Schutzvorrichtungen nicht lineare Elemente wie Funkenstrecken oder Varistoren einzusetzen. Als Schutzvorrichtung für niederfrequente Störungen können auch Hochpassfilter, als Schutzvorrichtungen für hochfrequente Störungen Tiefpassfilter eingesetzt werden.Parallel to the antenna A, a protective device SV is connected in a shunt branch, which can divert disturbing ESD pulses harmless to ground. The protection device SV can be designed, for example, as an inductance. It is also possible to use non-linear elements such as spark gaps or varistors as protective devices. As a protection device for low-frequency disturbances, high-pass filters can also be used, as protection devices for high-frequency disturbances low-pass filters.

Das Schaltmodul SM kann als Halbleiterschalter, beispielsweise auf Galliumarsenidbasis, ausgebildet sein. Er kann aber auch aus PIN-Dioden oder anderen Halbleiterschaltelementen ausgeführt sein. Das Schaltmodul SM kann eine Reihe von Einzelschaltern SW wahlweise einzeln oder in Kombination betätigen. Im vorliegenden Fall verbindet ein Schalter SW den Signalpfad des DVB-H-Systems mit der Antenne und ein Schalter SW' den TX-Pfad des GSM-Systems mit der Antenne. Möglich ist es auch, die Schalter SW und SW' gleichzeitig bzw. synchron zu betätigen, was einen Parallelempfang des DVB-H-Signals und einen Sende-/Empfangsbetrieb für das GSM-System ermöglicht. Das DVB-H-System ist dabei durch das Hochpassfilter HPF gegen niederfrequente Störungen des Leistungsverstärkers PA geschützt.The switching module SM can be designed as a semiconductor switch, for example based on gallium arsenide. But it can also be made of PIN diodes or other semiconductor switching elements. The switching module SM can operate a number of individual switches SW either individually or in combination. In the present case, a switch SW connects the signal path of the DVB-H system to the antenna and a switch SW 'connects the TX path of the GSM system to the antenna. It is also possible to operate the switches SW and SW 'simultaneously or synchronously, which enables a parallel reception of the DVB-H signal and a transmission / reception mode for the GSM system. The DVB-H system is protected by the high-pass filter HPF against low-frequency interference of the power amplifier PA.

Das Schaltmodul SM kann wie in der Figur angedeutet weitere Schalter enthalten, die die Antennen mit Signalpfaden weiterer drahtloser Systeme und insbesondere mit den entsprechenden Übertragungsbändern von Mobilfunksystemen verbinden kann.As indicated in the figure, the switching module SM can contain further switches which can connect the antennas to signal paths of further wireless systems and in particular to the corresponding transmission bands of mobile radio systems.

6 und 7 zeigen zwei weitere mögliche Ausführungen, die ein wahlweises Zu- und Abschalten des Hochpassfilters HPF in den Signalpfad ermöglichen. 6 zeigt eine erste Möglichkeit, bei der der Signalpfad in zwei parallele Teilpfade aufgeteilt ist. Im ersten Teilpfad ist das Hochpassfilter HPF zwischen einem ersten Schalter SW1 und einem zweiten Schalter SW2 angeordnet. Der zweite Teilpfad umfasst zwei in Serie geschaltete Schalter SW3 und SW4. 6 and 7 show two further possible embodiments that allow an optional switching on and off of the high-pass filter HPF in the signal path. 6 shows a first possibility in which the signal path is divided into two parallel subpaths. In the first partial path, the high-pass filter HPF is arranged between a first switch SW1 and a second switch SW2. The second partial path comprises two series-connected switches SW3 and SW4.

Sowohl das Schalterpaar SW1 und SW3 als auch das Schalterpaar SW2 und SW4 können als SPDT-(= single pole double through)Schalter ausgeführt sein. Durch Schließen der Schalter SW1 und SW2 und Öffnen der Schalter SW3 und SW4 ist das Hochpassfilter HPF in dem Signalpfad geschaltet. Bei jeweils umgekehrter Schalterstellung, also geöffneten Schaltern SW1 und SW2 und geschlossenen Schaltern SW3 und SW4, wird nur der zweite Teilpfad geschaltet, das Hochpassfilter also umgangen. Diese Schalterstellung ist dann von Vorteil, wenn wahlweise als Alternative kein gleichzeitiger Empfang eines DVB-H-Signals und ein Sende-/Empfangsbetrieb im GSM-Band gewünscht ist. Durch das Überbrücken des Hochpassfilters wird eine niedrigere Einfügedämpfung im TX-Band des GSM-Systems möglich.Both the switch pair SW1 and SW3 and the switch pair SW2 and SW4 can be designed as SPDT (= single pole double through) switches. By closing the switches SW1 and SW2 and opening the switches SW3 and SW4, the high-pass filter HPF is switched in the signal path. In each case reversed switch position, so open switches SW1 and SW2 and closed switches SW3 and SW4, only the second partial path is switched, the high-pass filter thus bypassed. This switch position is advantageous if, alternatively, no simultaneous reception of a DVB-H signal and a transmission / reception mode in the GSM band is desired. By bridging the high-pass filter, a lower insertion loss in the TX band of the GSM system is possible.

7 zeigt eine vereinfachte Möglichkeit, bei der der erste Teilpfad mit dem Hochpassfilter HPF wie der erste Teilpfad der Schaltung nach 6 ausgebildet ist. Im zweiten Teilpfad ist nur noch ein Schalter SW3 angeordnet. Das Hochpassfilter wird hier zugeschaltet durch Schließen der Schalter SW1 und SW2 und Öffnen des Schalters SW3. Bei umgekehrter Schaltung wird nur der zweite Teilpfad freigeschaltet, sodass das Hochpassfilter HPF überbrückt wird. Das Schalterpaar SW1/SW3 kann als SPDT-Schalter ausgeführt sein, während der Schalter SW2 als SPST-Schalter (single pole single through) ausgebildet sein kann. Diese Schaltung hat den Vorteil, dass ein Schalter eingespart ist und das ganze System mit einem geringeren Verlust durch eine begrenzte Isolation des Schalters behaftet ist als die Schaltung nach 6. Auch für dieses System gilt, dass die Gesamt-Einfügedämpfung im Sendepfad TX des GMS-Systems bei überbrücktem Hochpassfilter HPF geringer ist als bei zugeschaltetem Hochpassfilter. 7 shows a simplified possibility, in which the first partial path with the high-pass filter HPF as the first partial path of the circuit after 6 is trained. In the second partial path, only one switch SW3 is arranged. The high-pass filter is switched on here by closing the switches SW1 and SW2 and opening the switch SW3. With reverse switching, only the second partial path is enabled, so that the high-pass filter HPF is bypassed. The switch pair SW1 / SW3 can be designed as an SPDT switch, while the switch SW2 can be designed as a SPST switch (single pole single through). This circuit has the advantage that a switch is saved and the whole system is subject to a lower loss due to a limited isolation of the switch than the circuit according to 6 , For this system as well, the total insertion loss in the transmission path TX of the GMS system is lower when the high-pass filter HPF is bypassed than when the high-pass filter is switched on.

Die beiden in den 6 und 7 dargestellten Teilschaltungen können anstelle des reinen Hochpassfilters in eine Schaltung nach 5 integriert werden, sodass auch in dieser Schaltung ein wahlweises Zu- und Abschalten des Hochpassfilters möglich ist.The two in the 6 and 7 shown sub-circuits can instead of the pure high-pass filter in a circuit according to 5 be integrated, so that even in this circuit an optional switching on and off of the high-pass filter is possible.

8 zeigt eine Möglichkeit, wie die Komponenten des vorgeschlagenen Hochpassfilters auf einem Mehrlagensubstrat 20 angeordnet bzw. teilweise in dieses integriert werden können. Das Mehrlagensubstrat 20 umfasst hier vier dielektrische Schichten, wobei zwischen je zwei dielektrischen Schichten eine Metallisierungsebene mit darin angeordneten strukturierten Metallisierungsstrukturen vorgesehen sind. 8th shows one way, as the components of the proposed high-pass filter on a multi-layer substrate 20 can be arranged or partially integrated in this. The multi-layer substrate 20 here comprises four dielectric layers, wherein between each two dielectric layers a metallization plane are provided with structured metallization arranged therein.

Auf der Oberseite des Mehrlagensubstrats 20, welches das Trägersubstrat für das Bauelement darstellt, sind diskrete Bauelemente 10, 11 und 12 montiert und elektrisch leitend mit den Metallisierungsstrukturen innerhalb des Mehrschichtsubstrats 20 verbunden.On top of the multi-layer substrate 20 , which is the carrier substrate for the device, are discrete devices 10 . 11 and 12 mounted and electrically conductive with the metallization structures within the multilayer substrate 20 connected.

Die Montage der diskreten Bauelemente 10 bis 12 erfolgt beispielsweise in Flip-Chip-Technik. Zumindest eines der diskreten Bauelemente 10 bis 12 trägt den oder die akustischen Resonatoren der Serienelemente SE. Dies sind entweder Chips aus piezoelektrischem Material mit darauf angeordneten SAW-Resonatoren oder zweite Träger mit darauf angeordneten BAW-Resonatoren, wobei beide Arten von akustischen Resonatoren in Flip-Chip-Technik verarbeitbar sind.The assembly of discrete components 10 to 12 takes place, for example, in flip-chip technology. At least one of the discrete components 10 to 12 carries the acoustic resonator (s) of the series elements SE. These are either chips made of piezoelectric material with SAW resonators arranged thereon or second carriers with BAW resonators arranged thereon, wherein both types of acoustic resonators can be processed in flip-chip technology.

Die anderen diskreten Bauelemente können insbesondere eine oder mehrere Luftspulen umfassen, die als Spule SP in den Parallelelementen PE dienen. Für ein Mehrlagensubstrat auf LTCC- oder FR4-Basis werden beispielsweise luftgewickelte Spulen in einer Größe zwischen 0,4 × 0,8 mm² und 0,5 × 1,0 mm² verwendet, um eine entsprechend niedrige Einfügedämpfung zu erzielen. Derartige Spulen weisen eine Güte Q von bis zu ca. 80 auf. Ein Teil der diskreten Bauelemente 11 bis 13 kann auch jeweils als in SMD-Technik verarbeitbarer Kondensator ausgebildet und dementsprechend als diskretes Element auf dem Mehrlagensubstrat 20 montiert sein. Möglich ist es jedoch auch, erste und/oder zweite Kondensatoren CS, CP in Form von Metallisierungsstrukturen innerhalb des Mehrlagensubstrats auszubilden, beispielsweise in Form zweier im Mehrlagenstapel übereinander angeordneter Metallisierungsflächen. In LTCC weisen solche Kondensatoren eine hohe Güte von mehr als 150 auf und können durchaus einen SMD-Kondensator ersetzen.The other discrete components may in particular comprise one or more air coils which serve as a coil SP in the parallel elements PE. For a LTCC or FR4 based multi-layer substrate, for example, air-wound coils ranging in size between 0.4 × 0.8 mm ² and 0.5 × 1.0 mm ² are used to achieve a correspondingly low insertion loss. Such coils have a quality Q of up to about 80. Part of the discrete components 11 to 13 can also be formed in each case as a capacitor processable in SMD technology and accordingly as a discrete element on the multilayer substrate 20 be mounted. However, it is also possible to form first and / or second capacitors CS, CP in the form of metallization structures within the multilayer substrate, for example in the form of two metallization surfaces arranged one above the other in the multilayer stack. In LTCC, such capacitors have a high quality of more than 150 and may well replace an SMD capacitor.

Möglich ist es jedoch auch, selbst die Spulen SP in den Mehrlagenstapel zu integrieren und in Form entsprechend geformter und vorteilhaft sich über mehrere Metallisierungsebenen erstreckender Metallisierungsstrukturen auszubilden und sie beispielsweise einer dreidimensional geführten Wicklung nachzuempfinden.However, it is also possible to integrate the coils SP in the multilayer stack and to form them in the form of correspondingly shaped metallization structures which advantageously extend over a plurality of metallization levels and to simulate them, for example, in a three-dimensionally guided winding.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Sie umfasst vielmehr eine Vielzahl weiterer möglicher Strukturen von Serien- und Parallelelementen sowie Modulkombinationen mit solchen Hochpassfiltern. Das Hochpassfilter ist auch nicht auf die vorgeschlagene Anwendung beschränkt und kann als Hochpassfilter für beliebige Anwendungen eingesetzt werden, die einen breiten Sperrbereich und eine schmale Bandbreite des Übergangsbereichs erfordern.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. Rather, it comprises a multiplicity of further possible structures of series and parallel elements as well as module combinations with such high-pass filters. Also, the high-pass filter is not limited to the proposed application and can be used as a high-pass filter for any application requiring a wide stopband and a narrow bandwidth of the transition section.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

ININ: Eingangentrance
OUTOUT: Ausgangoutput
SESE: Serienelementseries element
PEPE: Parallelelementparallel element
RR: akustischer Resonatoracoustic resonator
CSCS: erster Kondensatorfirst capacitor
CPCP: zweiter Kondensatorsecond capacitor
SPSP: SpuleKitchen sink
SBSB: Sperrbereichstopband
UBUB: ÜbergangsbereichTransition area
DBDB: DurchlassbereichPassband
SVSV: Schutzvorrichtungguard
HPFHPF: HochpassfilterHigh Pass Filter
BPFBPF: BandpassfilterBandpass filter
A, A_D A, A _D: Antennenantennas
TXTX: Sendepfadtransmission path
SWSW: Schalterswitch
SMSM: Schaltmodulswitching module
PAPA: Leistungsverstärkerpower amplifier
2020: Trägersubstratcarrier substrate
10, 11, 1210, 11, 12: Diskrete BauelementeDiscrete components
MSMS: Metallisierungsstrukturenmetallization

Claims

High-pass filter, formed on a carrier substrate ( 20 ), - having a blocking region (SB), a passage region (DB) and a transition region (UB) arranged therebetween, - having at least one series element (SE) and at least one parallel element (PE) - in which the series elements between one input ( IN) and an output (OUT) connecting, signal path are arranged and connected in series with each other - in which the at least one parallel element is connected in at least one shunt branch between a respective connection point in the signal path and ground - wherein the node in front of or behind one of the series elements or is arranged between two series elements - in which each series element comprises a series connection of an acoustic resonator (R) and a first capacitor (C _S ) - in which each parallel element comprises a series connection of a coil (SP) and a second capacitor (C _P ).

A high pass filter according to claim 1, wherein the anti-resonant frequency of the acoustic resonator (R) is provided in the stop band (SB) at the upper end thereof.

High-pass filter according to claim 1 or 2, wherein the resonance frequency of the parallel element (PE) in the stop band (SB) is provided in the lower half.

High-pass filter according to one of Claims 1-3, in which the acoustic resonators (R) of the series elements (SE) comprise a surface wave resonator - SAW resonator - or a bulk acoustic wave resonator - BAW resonator.

High-pass filter according to one of claims 1-4, - in which the carrier substrate ( 20 ) comprises a multilayer substrate comprising structured metallization levels arranged between dielectric layers, in which at least one of the elements selected from first and second capacitors (C _s , C _p ) and coil (SP) is integrated in the multilayer substrate and by correspondingly structured Sections of one or more metallization levels is formed.

High-pass filter according to one of claims 1-5, wherein the acoustic resonator (R) comprises at least one piezoelectric layer, wherein at least one of the first and second capacitors (C _S , C _P ) is formed as an interdigital structure directly on the piezoelectric layer is arranged.

High-pass filter according to one of claims 1-6, wherein at least one of the elements selected from first and second capacitor (C _S , C _P ) and coil (SP) as discrete on the carrier substrate ( 20 ) arranged component is formed.

High-pass filter according to one of Claims 1-7, in which the carrier substrate ( 20 ) is a multi-layer substrate with ceramic-based dielectric layers and in particular LTCC-based.

High-pass filter according to one of Claims 1-7, in which the carrier substrate ( 20 ) is a multi-layer substrate with organic-based dielectric layers.

High-pass filter according to one of Claims 1-7, in which the carrier substrate ( 20 ) comprises at least one layer of glass, semiconductors or sapphire.

High-pass filter according to one of claims 1-10, wherein the coil (SP) is formed as an air-wound coil.

High-pass filter according to one of claims 1-11, wherein the resonators (R) are formed as SAW resonators on a substrate of lithium tantalate or lithium niobate.

A high pass filter according to claim 12, wherein the SAW resonators (R) comprise cascaded one-port resonators.

High-pass filter according to claim 12 or 13, wherein all the resonators (R) of the signal path are arranged in-line and acoustically coupled to each other.

High-pass filter according to claim 12-14, - in which the resonators (R) are installed in one or more housings together with the coils (SP) of the parallel elements (PE) on the carrier substrate ( 20 ), in which the carrier substrate is multilayer substrate based on an LTCC, in which all the first and second capacitors (C _s , C _p ) are integrated into the multilayer substrate.

The high-pass filter according to claim 1-15, wherein the carrier substrate simultaneously acts as a substrate of a module, the module in addition to the high-pass filter further components of front end modules of the mobile communication comprises selected from antenna switch, power amplifier, duplexer, diplexer, bandpass filter, coupler, balun and electrostatic protection device.

A high-pass filter as claimed in any one of claims 1-16, having a stopband width of at least 25%, dimensioned relative to the passband cut-off frequency, with a maximum transition region width of 9%.

Use of a high pass filter according to any one of claims 1-17 in a terminal of the mobile communication, which is designed in parallel to receive a DVB-H signal between 470 and 750 MHz and for operation at least in the GSM 850/900 band, as an additional filter for the protection of DVB-H signals before the noise of the power amplifier during operation in the GSM 850/900 band or in the tape of another mobile system.