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Design mit HF-Frontend-Modulen für Multimode-/Multiband-Mobiltelefone

26. Mai 2009, 10:49 Uhr |

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Beispiel eines Multimode-Frontend-Moduls

Das Modul D2027 auf LTCC-Basis von EPCOS (www.epcos.de) dient als Beispiel für ein „State of the Art“-Multimode-Frontend-Modul. Die Blockschaltung zeigt Bild 5. Das Modul mit einer Fläche von nur 5,4 × 4,7 mm2 enthält einen SP7T-CMOSSchalter, vier SAW-Filter (Surface Acoustic Wave) für die GSM-Empfangspfade, Tiefpässe für die niedrigen und hohen GSM-Sendepfade, Ausgangspfade für den WCDMA-Betrieb, ein Netzwerk zum Schutz vor elektrostatischen Entladungen sowie alle notwendigen Anpasselemente für die Filter und Schalter. Der Antennen-Pin des Moduls wird über das ESD-Schutznetzwerk mit dem Eingang des Schalters verbunden. Die sieben Ausgangspfade des Schalters sind mit den vier GSM-Empfangsfiltern, den beiden GSM-Sendetiefpassfiltern und dem WCDMA-Ausgangs-Pin verbunden.

Im Mehrlagen-LTCC-Substrat sind bei diesem Modul, das sich in der Großstückzahl-Fertigung befindet, sämtliche benötigten Funktionen passiver Bauelemente eingebettet, mit denen die beiden Tiefpassfilter, die Abgleichbauelemente für den Empfangspfad und Anpassungsbauelemente zwischen den Teilblöcken realisiert werden. Hierdurch wird ein erheblicher Platzgewinn gegenüber nichtmodularen Lösungen erreicht. Damit ist die Realisierung von Rx-Ausgangsimpedanzen möglich, die als Teil des Moduls kundenspezifisch angepasst sind. Das spart Platz auf der Geräte-Leiterplatte sowie Entwicklungsaufwand. Auf der Oberseite des Substrats befinden sich zwei SAW-Filter in CSSP2-Technologie, von denen jedes zwei der GSM-Empfangsfilter als 2-in-1-Lösung enthält. Unten ist der SP7T-Schalter als drahtgebondeter Einzel-Die montiert. Die Elemente für das ESD-Schutznetzwerk wurden als diskrete SMD-Bauelemente ergänzt.

Mit einer Stromaufnahme von lediglich 50 μA und einer ESD-Spannungsfestigkeit von 8 kV bei Kontaktentladung gemäß IEC1000-4-2 weist das D2027 insgesamt sehr gute Daten auf, ebenso wie für die Schlüsselparameter „Einfügedämpfung“, „Dämpfungspegel“, geringe „Harmonischen-Erzeugung“ in den GSM-Sendemodi und bezüglich der „Intermodulationseigenschaften“.

Die nächsten Schritte zielen auf eine weitere Miniaturisierung mit ultrakleinen SAW-Gehäusen in CSSP3-Technologie ab. In Kombination mit Flip-Chip-Montage für den Schalter lässt sich hierdurch die Fläche des Moduls um fast die Hälfte verringern und eine weitere Reduzierung der Bauhöhe erzielen.

Als grundlegenden Leitsatz lässt sich insgesamt festhalten, dass man bei Kombination der GSM- und WCDMA-Spezifikationen ein einziges Empfangsfilter doppelt verwenden kann – nämlich für GSM und WCDMA. Damit entfällt ein Empfangsfilter. Auf diese Weise können die Anzahl der Filter sowie die Komplexität von Quadband-GSM/Triband-WCDMA-Frontend-Modulen verringert werden. Durch Hinzufügen der GSM-Blocking-Architektur sowie der Balunfunktion in das Empfangsfilter des Duplexers ist schließlich die Eliminierung der Zwischenstufenfilter unkompliziert. ha

Autoren dieses Beitrags sind:

Ulrich Bauernschmitt, Christian Block, Peter Hagn, Günter Kovacs, Enrico Leitschak, Andreas Przadka und Clemens C.W. Ruppel, alle Epcos AG.