CN100525127C - 电气开关模块、开关模块装置、具有开关模块的移动无线电设备和具有开关模块装置的移动无线电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电气开关模块，该电气开关模块具有一个压控开关(1)和具有形成低通滤波器(5，6)的无源器件，该压控开关具有一个发射机输入端(2)和一个接收机输入端(3)以及一个输出端(4)，并且该压控开关可选择地将所述输入端(2，3)之一与所述的输出端(4)导电地相连接，该低通滤波器是与所述开关的一个发射机输入端(2)导电地相连接的，其中，所述的无源器件是多层陶瓷的无源模块的组成部分，该无源模块包括一个由上下叠起的介电层(8)和导电层(9)组成的基体(7)，以及其中，所述的开关(1)是布置在所述基体(7)的上或下侧面上的。此外，本发明还涉及一个开关模块装置，以及涉及所述开关模块和开关模块装置的用途。基于所述的压控开关(1)，可以实现一个具有很微小电耗的开关模块。

Description

电气开关模块、开关模块装置、具有开关模块的移动无线电设备和具有开关模块装置的移动无线电设备
技术领域
本发明涉及一种电气开关模块，该电气开关模块具有一个开关和具有形成低通滤波器的无源器件，该开关具有一个发射机输入端和一个接收机输入端以及一个输出端，以及该开关可选择地将所述输入端之一与所述输出端导电地相连接，该低通滤波器是与所述开关的发射机输入端导电地相连接的。
背景技术
已公知以上所述类型的开关模块，其中，开关由PIN二极管组成，并因此是电流控制的。此时，采用集成到具有10至15个陶瓷层的LTCC多层陶瓷中的低通滤波器。这些开关模块被采用为移动电话的多带前端模块，并对于至少两个不同的频带分别具有一个接收机输入端和一个发射机输入端。
这种公知的开关模块执行以下的不同功能：
功能1：所采用频带与一个天线的逻辑连接，
功能2：频带的选择，
功能3：在发射和接收工作方式之间作出选择，
功能4：来自功率放大器的信号的滤波，
功能5：通过天线所接收的信号的滤波。
由双工器实现功能1和2，该双工器由无源元件所组成，并被集成到无源模块中。由借助PIN二极管所实现的转换开关来履行功能3。由低通滤波器或带通滤波器执行来自放大器的信号的滤波，而将单片的微波陶瓷、LC滤波器、SAW(声表面波)带通滤波器、或/和BAW(体声波)带通滤波器用于功能5。
公知的开关模块具有以下的缺点，所采用的二极管开关对于其功能需要直至10mA的开关电流，该开关电流由于为此所需要的蓄电池功率而主要负面地影响移动电话的最大通话持续时间。
除此之外，公知的开关模块还具有高的插入损耗的缺点，该插入损耗主要由许多对于双工器所需要的象线圈和电容器那样的无源元件，与形成转换开关的二极管一起，以及与发射滤波器一起累加成更高的损耗值(部分地>1.0dB)。
除此之外，公知的开关模块还具有以下的缺点，出于不同选择功能的原因，一方面在发射和接收之间，而另一方面在频带之间，许多无源器件是集成在无源模块中的，这导至高的损耗花费和公知开关模块的有限的微型化可能性。
此外，二极管的采用还导至其它无源元件的，譬如前置电阻或电容器的必要性。
除此之外，公知的开关模块还具有以下的缺点，出于大量无源器件的原因，多层陶瓷的无源模块具有高度的复杂性，该复杂性具有相应被增加的研制时间，和在适应变化的要求时的微小灵活性。通过对于PIN二极管的工作所需要的变换线路，附加地增大了无源元件的复杂性及其构造大小。
公知的开关模块此外还具有以下的缺点，基于对每个转换功能分别需要两个二极管的事实，出于位置的原因采用这些开关模块不可能实现集成许多不同的频带或相应的转换功能。
此外还公开了开始时所述方式的开关模块，其中，在层压板上安放了砷化镓开关。此时除了所述的砷化镓开关之外，还在层压板上安放了低通滤波器作为离散的器件。
这些开关模块具有以下的缺点，它们要求很多的位置，并因此必须被布置在移动电话印刷电路板的外部。
发明内容
本发明的目的因此是说明一个开关模块，该开关模块满足于很微小的开关电流，并要求少量的位置。
按本发明通过按以下技术方案的开关模块来实现该目标。本发明还包括其它有利的扩展方案、开关模块装置和所述开关模块的用途。
本发明说明一个具有压控开关的电气开关模块，该开关包括一个发射机输入端和一个接收机输入端以及一个输出端。所述的开关可选择地将所述输入端之一与所述的输出端导电地相连接。此外，本发明的电气开关模块还具有形成低通滤波器的无源器件，该低通滤波器与所述开关的一个发射机输入端导电地相连接。此时，无源器件是无源模块的组成部分，该无源模块是被构成为多层陶瓷的。所述的无源模块具有由上下叠起的介电层和导电层组成的基体。开关模块的开关是布置在基体的上侧面或下侧面上的。
此外，本发明还涉及一个具有本发明开关模块的开关模块装置，其中，每个发射机输入端是通过低通滤波器与发射机放大器导电地相连接的，以及其中，每个接收机输入端是通过带通滤波器与接收机放大器导电地相连接的。此外，开关模块的输出端还是与天线相连接的。譬如在移动电话中可以利用这种开关模块装置，本发明开关模块和本发明开关模块装置作为移动无线电设备中的前端模块的有利用途因而是本发明的另一目的。
本发明的开关模块具有以下的优点，所述的开关是一个压控开关，该开关不是借助电流，而是借助电压来转换，并因此具有极其微小的电耗。因而可以舍弃采用具有高电耗的二极管。此外，还可以舍弃对于二极管工作所必要的，象电容器或前置电阻那样的附加的无源元件。本发明的开关模块因此具有微小电耗的优点和微小复杂性的优点。
所述的优点既适用于所述的开关模块，也适用于所述开关模块的装置，或开关模块的用途。
此外，如果开关模块的开关具有少于10μA的开关电流，则是特别有利的。因此实现了一个具有很微小电耗的开关模块。
除此之外，如果开关模块的开关具有<1dB的很微小的插入损耗，则是有利的。采用本发明开关模块的移动无线电设备的发射或接收功率因而得到了改善。
本发明的一个其它有利的实施形式涉及一个开关模块，该开关模块包括一个布置在基体的上或下侧面上的带通滤波器。此时，所述的带通滤波器也可以是布置在基体的合适缺口中的。此外，所述的带通滤波器还是与接收机输入端导电地相连接的。譬如LC滤波器、SAW滤波器、BAW滤波器、或微波滤波器可以特别有利地被采用为带通滤波器。
与公知的用于转换的二极管相比，由于压控开关的所减小的位置需求，本发明的开关模块提供以下的可能性：将对于接收无线电信号所必要的带通滤波器与压控开关一起集成在基体的一个侧面上，并在此情况下达到具有开关模块的减少了总位置需求的更高的集成密度。通过采用陶瓷铁磁体，或甚至铁氧体，也成功地集了成更高的电感值，或在同时高质量情况下成功地进行它们的微型化。
本发明的开关模块尤其可以构成为多带前端模块，其方式是所述的开关具有数量K>1的发射机输入端和数量L>1的接收机输入端。此时，所述的开关可选择地将所述的输入端之一与其输出端导电地相连接。电气开关模块的无源器件形成数量为K的低通滤波器，这些低通滤波器中的每一个分别与一个发射机输入端导电地相连接。
这种开关模块具有以下的优点，所述的开关除了发射和接收之间的转换功能之外也实现了不同频带之间的转换。尤其也可以通过选择合适的数量K和L(K＝2，3，4...和L＝234...)用本发明的开关模块来处理许多不同的频率。所以如果本发明开关模块的每个低通滤波器适合于选自GSM、PCN、PCS、或其它移动无线电标准中的一个不同的移动无线电标准，则是特别有利的。因此可以在可能分配给了不同移动无线电频率的不同发射机输入端之间转换本发明的开关模块。因此可以实现一个多带模块。
此外，这种开关模块还具有以下的优点，可以舍弃双工器，按开始时所述的现有技术对于不同频带之间的选择需要该双工器。从中产生以下的优点，较少的无源元件被集成到所述的无源模块中，因而减小了研制花费，或提高了在开关模块与变化了的要求相适配时的灵活性。
此外，在无源模块中减少无源元件的数量，这还具有所述开关模块的减小的结构高度和因而减小的位置需求的优点。尤其因此能够实现其高度小于1.8mm的开关模块，因而这种开关模块具有以下的优点，它符合制造移动无线电设备公司的标准尺寸。
可以特别有利地如下来实施开关模块的压控开关，使得它包括以GaAs技术制造的集成电路。譬如可以基于场效应晶体管来制造这种集成电路。以砷化镓技术制造的开关具有多个优点：它是迅速的，具有插入损耗方面的微小的损耗，以及此外它还具有良好的高频特性。
一种有利的实施形式中的无源模块附加地可以具有其它的无源器件，这些无源器件至少形成一个与接收机输入端导电连接的带通滤波器。在此情况下为了代替外加地布置在基体的上或下侧面上的带通滤波器，已经以很紧凑的实施形式将对于进一步处理通过天线接收的信号所需要的带通滤波器集成到所述的开关模块中，由此还可以进一步减小所需要的位置需求。
以LTCC(低温共同烧制的陶瓷)技术可以特别有利地制造本发明的开关模块。这里指的是陶瓷绿膜在<10000C的较低烧结温度下的共同烧结。陶瓷膜在较低烧结温度下的这种共同烧结具有以下的优点，可以要么采用铜电极(在降低的氧含量下的烧结)，要么采用银电极作为导电层。两种材料的特点在于良好的HF特性。所述的共同烧结导至紧凑的单片器件的迅速制造过程。
砷化镓开关可被采用为压控开关。这种开关对于每个输入端或输出端需要一个控制输入端。相应地必须将开关的每个控制输入端与一个控制线路相连接。此时，通过控制线路如下来设置控制输入端，使得恰好一个控制输入端被设置在“高电平”上，而另外的控制输入端被设置在“低电平”上。因此调节了开关的准确规定的开关位置。
为了减少控制线路的数量，如果外加于开关地安排了一个解码器，则是特别有利的，该解码器将施加在它的输入端上的逻辑信号转换成适合于控制所述的压控开关的控制信号。解码器是有利地布置在基体的上或下侧面上的。解码器的控制输出端是通过控制线路与开关的控制输入端相连接的。相对于开关的控制输入端的数量减少了解码器的控制输入端的数量，因此以有利的方式减少了要从外部引来的控制线路的数量。施加在解码器输入端上的信号相当于一个二进制的数，其中，也可以用开关状态“高电平”施加在多个输入端上。通过解码器如下来转换这些输入信号，使得在解码器输出端上仅还给恰好一个控制线路配备“高电平”信号。
在本发明的一个其它有利的实施形式中开关模块包括一个放大器，该放大器的无源元件是集成到无源模块中的，而放大器的有源元件是布置在基体的上或下侧面上的。譬如“功率放大器”或“低噪音放大器(LNA)”也可被考虑作为放大器。譬如如果带通滤波器被集成到无源模块中，则需要所述的LNA。在此情况下将LNA连接在带通滤波器之后。所述的放大器提供开关模块的附加的功能性，因此将它集成到开关模块中是有利的。
此外，如果集成到无源模块中的低通滤波器是更高阶的滤波器，则是有利的。譬如通过扩充由两个电容器组成的π滤波器人们获得这种滤波器，这两个电容器是通过电感互相连接的。在电感的桥接中可以通过一个附加的电容器形成π滤波器的扩充。因此人们获得滤波器用的附加的极，所述的滤波器因此尤其适合于衰减基频f0的更高的谐波。由于在砷化镓开关用低电压工作时恰好形成基频f0的这种更高的谐波，因此有利的是，在本发明的开关模块中采用更高阶的低通滤波器，以便抑制这些干扰性的更高的谐波。
附图说明
以下借助实施例和从属于此的附图来详述本发明。
图1示范性地展示作为示意方框电路图的本发明开关模块装置中的本发明开关模块。
图2以示意截面图示范性地展示本发明的电气开关模块。
图3示范性地展示在采用解码器的条件下，作为示意方框电路图的本发明开关模块。
具体实施方式
附图1展示一个具有开关1的开关模块，该开关具有一个输出端4以及两个发射机输入端2和三个接收机输入端3。除此之外，所述的开关模块具有两个低通滤波器5，6，其中，所述的低通滤波器5可以是为GSM频带设计的，而所述的低通滤波器6可以是为PCN/PCS频带设计的。所述的开关1可选择地将输入端2，3之一与开关的输出端4相连接。此外所述的开关1还具有带通滤波器10，11，12，这些带通滤波器是与接收机输入端3相连接的。所述的带通滤波器10与GSM频率相匹配、所述的带通滤波器11与PCN频率相匹配、以及所述的带通滤波器12与PCS频率相匹配。带通滤波器10，11，12可以是要么作为单独的器件被布置在基体的上或下侧面上的，要么但是也可以是由集成到无源模块中的无源器件构造的。
在本发明的开关模块装置方面，开关1的发射机输入端2是与发射机放大器13导电地相连接的。所述的发射机放大器13是象低通滤波器5，6那样与无线电频率GSM或PCN/PCS相匹配的。接收机输入端3是通过带通滤波器10，11，12与接收机放大器14导电地相连接的，其中，接收机放大器14是与频带GSM、PCN或PCS相匹配的。开关1的输出端4与天线15相连接。现在可以借助开关1将由天线15接收的信号要么输送给带通滤波器11、带通滤波器12，要么输送给带通滤波器10，它们在那里按照所采用的无线电频率被滤波，并在放大器14中进一步被处理。通过低通滤波器5，6将由发射机放大器13所提供的信号进行滤波，并可选择地输送给用于发射信号的天线15。
附图2展示具有基体7的开关模块，该基体包括具有介电层8和布置在其间的导电层9的多层陶瓷。介电层8譬如是具有电容器用的介电功能的陶瓷层。譬如可以采用一种具有玻璃成份的Al2O3陶瓷作为陶瓷。这种陶瓷典型地在低损耗时具有有效ε为7，8。
除了介电层之外，开关模块还可以具有电阻层，通过将电阻膏泥涂敷到导电层9上来制造这些电阻层。
除了布置在介电层8之间的导电层9之外，基体7也还包括将不同层面的导电层9互相连接的接触通孔17。譬如可将导电层9实施为铜层。在基体7的下侧面上布置了外接点16，借助这些外接点所述的开关模块可被固定焊接和接触到印刷电路板上。外接点16也位于基体7的上侧面上，使得在那里可以将压控开关1，并必要时也可以将其它无源的滤波器元件进行固定和接点接触。
譬如可以通过粘接和附加的丝焊法键合来固定和电接触所述的开关1。优选将GaAs多层开关采用为开关1，正象它由Alpha工业公司以名称PHEMT GaAs IC High Power SP5T Swi tch(高功率SP5T开关)0.1-2GHz所提供的那样。这种开关在0.1和0.5GHz之间的频段中具有0.8dB的插入损耗。在此，涉及一个基于砷化镓制造的具有FET的集成电路，可将集成电路的管脚面通过焊接与基体7相连接。
附图3展示具有输出端4的压控开关1，天线15连接在该输出端上。开关1具有发射机输入端TX1，TX2和接收机输入端RX1，RX2和RX3。开关1通过控制输入端S1，S2，S3，S4，S5来控制。此时，如下来实现控制，使得控制输入端S1，S2，S3，S4和S5中的恰好一个被设置到“高电平”上，而其它的控制输入端被设置到“低电平”上。通过连接到开关1上的解码器18可以减少所需要的输入端数量。所述的解码器18譬如可以是一个5选1-解码器。它具有控制输入端E1，E2和E3以及控制输出端A1，A2，A3，A4和A5。控制输出端A1，A2，A3，A4和A5是通过控制线路19与开关1的控制输入端S1，S2，S3，S4，S5相连接的。
通过以下的翻译表来说明，将施加在解码器18的输入端E1，E2和E3上的逻辑信号解码成施加在开关1的控制输入端S1，S2，S3，S4，S5上的适合于控制开关1的信号：
表1：控制输入端S1，S2，S3，S4，S5的逻辑状态依赖于控制输入端E1，E2和E3上的逻辑状态。在此意味着1＝“高电平”和0＝“低电平”。
 
E<sub>1</sub> E<sub>2</sub> E<sub>3</sub> → S<sub>1</sub> S<sub>2</sub> S<sub>3</sub> S<sub>4</sub> S<sub>5</sub>
00001 00110 01010 10000 01000 00100 00010 00001
本发明不局限于所示出的实施例，而是以它的最一般的形式由独立权利要求的技术方案所规定。

Claims (16)

1.电气开关模块，
-具有一个压控开关(1)，该压控开关具有数量K>1的发射机输入端(2)和数量L>1的接收机输入端(3)以及K+L个开关状态，并且在每个开关状态恰好有所述输入端(2，3)之一与一个输出端(4)导电地相连接，
-并具有形成数量K的低通滤波器(5，6)的无源器件，该每个低通滤波器与所述开关的所述发射机输入端(2)导电地相连接，
-其中，所述低通滤波器(5，6)是多层陶瓷的无源模块的组成部分，该无源模块包括一个由上下叠起的介电层(8)和导电层(9)组成的基体(7)，
-其中，所述开关(1)布置在所述基体(7)的上或下侧面上。
2.按权利要求1的电气开关模块，其中，所述开关(1)具有小于10μA的开关电流。
3.按权利要求1或2的电气开关模块，其中，所述开关(1)具有小于1dB的插入损耗。
4.按权利要求1或2的电气开关模块，该开关模块包括一个带通滤波器(10，11，12)，该带通滤波器布置在所述基体(7)的上或下侧面上，并与一个接收机输入端(3)导电地相连接。
5.按权利要求1或2的电气开关模块，其中，
在所述无源模块中所述无源器件的数量小于10。
6.按权利要求1或2的电气开关模块，其中，
所述开关(1)包括一个以GaAs技术制造的集成电路。
7.按权利要求1或2的电气开关模块，其中，
该开关模块的高度(h)小于1.8mm。
8.按权利要求1或2的电气开关模块，其中，
每个低通滤波器(5，6)适合于一个选自GSM、PCN和PCS中的不同移动无线电标准。
9.按权利要求1或2的电气开关模块，其中，
该开关模块具有集成到所述无源模块中的附加的无源器件，这些无源器件形成至少一个带通滤波器(10，11，12)，该带通滤波器与一个接收机输入端(3)导电地相连接。
10.按权利要求1或2的电气开关模块，其中，
该开关模块是以低温共烧陶瓷技术制造的。
11.按权利要求1或2的电气开关模块，其中，
在所述基体(7)的上或下侧面上布置了一个解码器(18)，该解码器具有控制输出端(A1，A2，A3，A4，A5)和控制输入端(E1，E2，E3)，以及其中，所述解码器(18)的控制输出端(A1，A2，A3，A4，A5)借助控制线路(19)与所述开关(1)的控制输入端(S1，S2，S3，S4，S5)相连接。
12.按权利要求9的电气开关模块，其中，
该开关模块包括一个与所述带通滤波器相连接的放大器，该放大器的无源元件是集成到所述无源模块中的，并且该放大器的有源元件是布置在所述基体(7)的上或下侧面上的。
13.按权利要求1或2的电气开关模块，其中，
所述低通滤波器(5，6)是高阶滤波器。
14.具有按权利要求1至13之一所述的电气开关模块的开关模块装置，其中，
-每个发射机输入端(2)通过一个低通滤波器(5，6)与一个发射机放大器(13)相连接，
-每个接收机输入端(3)通过一个带通滤波器(10，11，12)与一个接收机放大器(14)相连接，
-以及所述的输出端(4)与一个天线(15)相连接。
15.具有前端模块的移动无线电设备，其中所述前端模块包括根据权利要求1的电气开关模块。
16.具有前端模块的移动无线电设备，其中所述前端模块包括根据权利要求14的开关模块装置。
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