DE102004003884A1 - Chip device with resonators and use thereof - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Chip-Bauelement vorgeschlagen, bei dem auf einem piezoelektrischen Substrat zumindest zwei mit akustischen Wellen arbeitende Resonatoren realisiert sind, die in gleicher Technik ausgebildet sind, aber unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen. Das Bauelement gewährleistet für beide Resonatoren den gleichen Temperaturgang und damit einen konstanten Frequenzabstand.A chip component is proposed in which at least two resonators operating with acoustic waves are realized on a piezoelectric substrate, which are formed in the same technique but have different resonance frequencies. The device ensures the same temperature response for both resonators and thus a constant frequency spacing.
Description
Übertragungssysteme geringer Ausgangsleistung und Reichweite arbeiten weltweit auf verschiedenen Frequenzbändern. In Europa ist dieses das ISM Band (Industrial Science Medical) um 433.92MHz und das relativ neue Short Range Device (SRD) Band zwischen 869MHz und 870MHz. In den USA hingegen wird vielfach das ISM Band und das recht breite Band um 915MHz verwendet. Weitere Bänder gibt es u.A. um 315MHz und um 390MHz.transmission systems Low output power and range work worldwide at various levels Frequency bands. In Europe, this is the ISM Band (Industrial Science Medical) at 433.92MHz and the relatively new Short Range Device (SRD) band between 869MHz and 870MHz. In the US, on the other hand, the ISM band is often the right one wide band used at 915MHz. More tapes are available u.A. around 315MHz and around 390MHz.
Viele Anwendungen z.B. aus Telemetrie, Keyless Entry können in den dortigen Bändern lizenzfrei betrieben werden. Die zugrunde liegenden Übertragungssysteme unterliegen nur der allgemeinen Typenzulassung, die spezielle Parameter wie Ausgangsleistung, Duty Cycle, maximale Störaussendung und andere Parameter reglementiert.Lots Applications e.g. from Telemetry, Keyless Entry may be licensed in the local bands operate. The underlying transmission systems are subject only the general type approval, the special parameters such as output power, Duty cycle, maximum emission and other parameters are regulated.
Die oben genannten Übertragungssystem basieren vielfach auf technisch einfachen, kostengünstigen Lösungen. Mit zunehmender Nutzung solcher freier Frequenzbänder treten nicht zuletzt deshalb immer mehr Störungsquellen auf, die eine sichere Datenübertragung bzw. einen störungsfreien Betrieb entsprechender Bauelemente und Geräte behindern. Durch intensive Nutzung des Bandes können In-Band-Störungen durch andere Nutzer auftreten. Durch benachbarte Frequenzbänder anderer Systeme, beispielsweise TETRA (Trunk Radio System), das bei 430 MHz arbeitet, können out-of-band-Störungen auf treten, die auch Systeme im ISM Band negativ beeinflussen könnenThe based on the aforementioned transmission system often on technically simple, cost-effective solutions. With increasing use such free frequency bands not least therefore occur more and more sources of interference, the one secure data transmission or a trouble-free Disrupt operation of appropriate components and equipment. Through intensive Use of the band can In-band interference occur by other users. By neighboring frequency bands of other systems, For example, TETRA (Trunk Radio System) operating at 430 MHz, can out-of-band interference on which can also adversely affect systems in the ISM band
Einfache Funksysteme wie z.B. Short Range Device Systeme arbeiten meistens auf einer Frequenz, die einfach und kostengünstig mit einem SAW Resonator oder einer einfachen PLL mit binären Teilern zu generieren ist. Die hierbei verwendeten Frequenzen liegen vielfach in der Mitte des Übertragungsbandes. Hierdurch resultiert eine hohe In-Band Störanfälligkeit.easy Radio systems such as e.g. Short range device systems work mostly on a frequency that is simple and inexpensive with a SAW resonator or a simple PLL with binary Generating dividers is. The frequencies used here are often in the middle of the transfer belt. This results in a high in-band susceptibility.
Systeme hingegen die auf mehreren Frequenzen arbeiten sind weniger anfällig. Einen Kanalbetrieb bei SRD Systemen zu realisieren bedarf aber einer aufwendigeren Frequenzsynthese auf Basis eines PLL Synthesizers oder einen Einsatz von mehreren verschiedenen SAW Bauelementen.systems however, working on multiple frequencies are less vulnerable. a However, implementing channel operation with SRD systems requires a more elaborate one Frequency synthesis based on a PLL synthesizer or a mission of several different SAW components.
Bei Übertragungssystemen die in verschiedenen, weit auseinander liegenden Übertragungsbändern arbeiten (Multiband Systeme) ist die Frequenzerzeugung mit einem VCO und einer PLL vielfach nicht möglich, da die Frequenzen zu weit auseinander liegen. Hierbei sind verschiedene VCOs und ggf. auch zusätzliche PLLs nötig.In transmission systems working in different, widely spaced transfer belts (Multiband Systems) is the frequency generation with a VCO and a PLL often not possible, because the frequencies are too far apart. Here are different VCOs and possibly additional ones PLLs needed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Bauelemente mit Resonatoren zur Stabilisierung von Oszillatorschaltungen anzugeben, die für zumindest zwei Resonanzfrequenzen ausgelegt sind und die einfach herzustellen sind.task The present invention is therefore, devices with resonators for the stabilization of oscillator circuits, for at least Two resonant frequencies are designed and easy to manufacture are.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Chipbauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie bevorzugte Verwendung des Chipbauelements ergeben sich aus weiteren Ansprüchen.These Task is according to the invention with a Chip component solved with the features of claim 1. advantageous Embodiments of the invention and preferred use of the chip component arise from further claims.
Die Erfindung gibt ein Chipbauelement an, welches ein piezoelektrisches Substrat umfasst. In oder auf dem Substrat sind zumindest zwei mit akustischen Wellen arbeitende Resonatoren realisiert. Diese sind auf dem gleichen Substrat und in gleicher Technik ausgebildet, aber für verschiedene Resonanzfrequenzen ausgelegt.The The invention provides a chip component which is a piezoelectric Substrate comprises. In or on the substrate are at least two with realized acoustic waves operating resonators. These are formed on the same substrate and in the same technique, but for different Resonant frequencies designed.
Die Resonatoren können als Volumenwellenbauelemente besser BAW-Resonatoren (Bulk Acoustic Wave) ausgebildet sein. Dazu ist das piezoelektrische Substrat auf zwei einander gegenü berliegenden Hauptoberflächen mit Elektrodenschichten versehen, wobei ein Resonator gebildet wird, dessen Resonanzfrequenz von der Dicke des piezoelektrischen Substrats bestimmt ist.The Resonators can as bulk wave components better BAW resonators (Bulk Acoustic Wave) be formed. For this purpose, the piezoelectric substrate is on two opposite each other main surfaces provided with electrode layers, wherein a resonator is formed, its resonance frequency of the thickness of the piezoelectric substrate is determined.
Die Resonatoren können auch mit oberflächennahen akustischen Wellen arbeiten und z.B. als SAW-Resonatoren ausgebildet sein. Dazu weisen sie auf einer Oberfläche zumindest einen Interdigitalwandler auf, der aus zwei kammförmigen ineinandergeschobenen Teilelektroden besteht. In Ausbreitungsrichtung der akustischen Welle kann ein solcher Resonator beiderseits durch akustische Reflexionsstrukturen begrenzt sein.The Resonators can also with near-surface working acoustic waves and e.g. designed as SAW resonators be. For this purpose, they have on a surface at least one interdigital transducer on, made of two comb-shaped consists of interleaved sub-electrodes. In the direction of propagation the acoustic wave, such a resonator on both sides be limited acoustic reflection structures.
Die Resonatoren werden auf einem gemeinsamen Substrat mit gleicher Technik und in einem Herstellschritt erzeugt und weisen daher einen gleichbleibenden Frequenzabstand zueinander auf, da keine Toleranzen im Herstellungsprozess oder beim Substratschnitt oder der sonstigen Substratbeschaffenheit auftreten können, die die Resonanzfrequenz unterschiedlich beeinflussen könnten. Alle Resonatoren besitzen daher auch den gleichen Temperaturgang, so dass die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz auf beide Resonatoren gleichermaßen auswirkt und der ursprüngliche Frequenzabstand der Resonanzfrequenzen der erhalten bleibt.The Resonators are on a common substrate with the same technique and produced in a manufacturing step and therefore have a constant Frequency difference to each other, because no tolerances in the manufacturing process or in the substrate section or other substrate texture may occur, which could affect the resonant frequency differently. All Therefore resonators also have the same temperature response, so that the temperature dependence the resonant frequency equally affects both resonators and the original one Frequency difference of the resonant frequencies is retained.
Es ist aber auch möglich, einige der Herstellungsschritte für die beiden Resonatoren getrennt durchzuführen, um bestimmte Parameter relativ zur jeweiligen Resonanzfrequenz des Resonators zu optimieren. So ist z.B. für die Metallisierung der Resonatoren eine Bedampfung in unterschiedlichen Schichtdicken möglich.It but it is also possible To carry out some of the manufacturing steps for the two resonators separately certain parameters relative to the respective resonance frequency of To optimize the resonator. For example, e.g. for the metallization of the resonators a vapor deposition in different layer thicknesses possible.
Das erfindungsgemäße Chipbauelement ist insbesondere zur Verwendung in Oszillatorschaltungen geeignet, mit denen die Sendefrequenz von bei unterschiedlichen Frequenzen sendenden Geräten stabilisiert werden kann. Die Resonanzfrequenzen der zumindest zwei Resonatoren können alle innerhalb eines einzigen Bandes (Sendebandes) liegen, wobei der Frequenzabstand dann maximal der Bandbreite des Sendebands entspricht. Möglich ist es jedoch auch, dass die Resonanzfrequenzen weit voneinander getrennt sind und so in unterschiedlichen Sendebändern eines oder unterschiedlicher Kommunikationssysteme angeordnet sind. Mit einem solchen Chipbauelement können Oszillatorschaltungen für die Sendeeinheiten von Dual- und Multibandendgeräten der mobilen Kommunikation in einem Bauelement verwirklicht werden. Die erfindungsgemäßen Chipbauelemente können auch zur Erzeugung der Lokaloszillator-Frequenz (LO) in Empfängersystemen verwendet werden.The Chip component according to the invention is particularly suitable for use in oscillator circuits, with which the transmission frequency of at different frequencies stabilizing devices can be. The resonance frequencies of the at least two resonators can all lie within a single band (transmission band), where the frequency spacing then corresponds at most to the bandwidth of the transmission band. Possible However, it is also true that the resonant frequencies are far from each other are separated and so in different transmission bands one or more Communication systems are arranged. With such a chip component can Oscillator circuits for the transmitting units of dual and multi-band mobile communication terminals be realized in a component. The chip components according to the invention can also for generating the local oscillator frequency (LO) in receiver systems be used.
Erfindungsgemäße Chipbauelemente können auch für Anwendungen im ISM-Band oder anderen ähnlichen schmalbandigen Anwendungen eingesetzt werden. Dabei wird der maximale Frequenzabstand Δf der Resonanzfrequenzen auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als die Bandbreite B des jeweiligen Bandes. Damit gelingt es, zwei oder mehr Sendekanäle für das ISM-Band zu schaffen, mit dem eine bessere Ausnutzung der Bandbreite erzielt werden kann. Je nach Auslastung des Bandes kann dabei die Sendefrequenz mit Hilfe eines der Resonatoren auf den gewünschten Kanal eingestellt werden, vorzugsweise auf einen Kanal, der durch weniger Störungen belastet ist. Im Gegensatz zu Endgeräten, die nur auf einer Frequenz innerhalb des Bandes, vorzugsweise auf der Mittenfrequenz des Bandes senden und die übrigen Bandbereiche ungenutzt lassen, wird damit eine störungsfreiere Übertragung der Daten gewährleistet. Zudem ist eine mehrmalige redundante Übertragung des Datentele gramms auf verschiedenen Frequenzen möglich. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der maximale Frequenzabstand Δf auf einen Wert eingestellt, der ungefähr der halben Bandbreite des Bandes, beispielsweise des ISM-Bandes, entspricht. Da das ISM-Band in Europa eine Breite von 1,74 MHz besitzt, beträgt ein vorteilhafter Frequenzabstand Δf bei zwei Kanälen dann ungefähr 0,827MHz. Dies stellt einen guten Kompromiss zwischen Eingangsfilterbandbreite, Systemselektion und Aufwand in der Systemrealisierung dar.Chip components according to the invention can also for Applications in the ISM band or other similar narrowband applications be used. In this case, the maximum frequency spacing .DELTA.f of the resonance frequencies set to a value smaller than the bandwidth B of the respective band. This makes it possible to have two or more transmission channels for the ISM band to create better bandwidth utilization can be. Depending on the load of the tape can thereby the transmission frequency be adjusted by means of one of the resonators to the desired channel, preferably to a channel that is burdened by less interference. In contrast to terminals that only on a frequency within the band, preferably on the Send center frequency of the band and the remaining band areas unused let, thus a trouble-free transmission of the data. In addition, a multiple redundant transmission of the data telegram possible on different frequencies. In a preferred embodiment the maximum frequency spacing Δf is set to a value the approximately half the bandwidth of the band, for example the ISM band, equivalent. Since the ISM band in Europe has a width of 1.74 MHz, is one advantageous frequency separation .DELTA.f with two channels then about 0,827MHz. This provides a good compromise between input filter bandwidth, system selection and overhead in system implementation.
Vorzugsweise sind die Resonatoren in SAW-Technik gefertigt und als akustische Eintor- oder Zweitorresonatoren ausgebildet. Bei einem akustischen Eintorresonator ist ein elektroakustischer Wandler (Interdigitalwandler) in der akustischen Spur beiderseits von je einem Reflektor benachbart. An die beiden Teilelektroden des Wandlers wird das Signal angelegt, entweder als symmetrisches Signal mit vorteilhaft 180° Phasenunterschied an beiden Teilelektroden des Interdigitalwandlers oder als unsymmetrisches Signal an nur eine Teilelektrode, wobei die andere Teilelektrode mit Masse verbunden wird.Preferably The resonators are made in SAW technology and as acoustic One-port or two-port resonators formed. In an acoustic One-port resonator is an electroacoustic transducer (interdigital transducer) in the acoustic track adjacent on either side of a reflector. The signal is applied to the two sub-electrodes of the transducer, either as a symmetrical signal with advantageously 180 ° phase difference both sub-electrodes of the interdigital transducer or as unbalanced Signal to only one part electrode, the other part electrode connected to ground.
Ein SAW-Zweitorresonator umfasst zumindest zwei Interdigitalwandler, die die beiden elektrischen Tore des Resonators bilden. Auch ein Zweitorresonator kann in der akustischen Spur beiderseits von je einem Reflektor begrenzt sein.One SAW two-port resonator comprises at least two interdigital transducers, which form the two electrical gates of the resonator. Also a Two-orbit resonator can be in the acoustic track on both sides of each be limited to a reflector.
Ein bevorzugtes Substrat für ein erfindungsgemäßes Chipbauelement ist Quarz. Möglich ist es jedoch auch, andere kristalline piezoelektrische Substrate zu verwenden, insbesondere aus Lithiumniobat und Lithiumtantalat. Im Prinzip ist jedoch jedes piezoelektrische Material geeignet, unabhängig davon, ob es in einem Dünnschichterzeugungsverfahren aufgebracht ist oder ob es aus einem Einkristall herausgesägt ist.One preferred substrate for a chip component according to the invention is quartz. Possible However, it is also other crystalline piezoelectric substrates to be used, in particular from lithium niobate and lithium tantalate. In principle, however, any piezoelectric material is suitable independently of whether it applied in a thin film production process or whether it is sawn out of a single crystal.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, die zwei oder mehr Resonatoren parallel zu schalten und Schaltmitteln zur wahlweisen Umschaltung zwischen den Resonatoren vorzusehen. Vorzugsweise ist das piezoelektrische Substrat zusammen mit den Schaltmitteln auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine angeordnet. Die Schaltmittel können dann beispielsweise als pin-Dioden ausgebildet sein und beispielsweise als konkretes Bauelement an der Schaltungsplatine aufgelötet sein, ebenso wie das piezoelektrische Substrat, welches dazu zumindest zwei lötbare Anschlussflächen aufweist. Möglich ist es jedoch auch, piezoelektrisches Substrat und gegebenenfalls auch weitere aktive oder passive Bauelemente auf der Schaltungsplatine aufzukleben und in Drahtbondtechnik elektrisch mit der Schaltungsplatine zu kontaktieren.According to the invention can be provided be the two or more resonators in parallel and switch means to provide for selective switching between the resonators. Preferably, the piezoelectric substrate is together with the Switching means arranged on a common circuit board. The switching means can then, for example, as pin diodes be formed and, for example, as a concrete component the circuit board soldered be, as well as the piezoelectric substrate, which at least two solderable pads having. Possible however, it is also piezoelectric substrate and optionally also other active or passive components on the circuit board stick and in Drahtbondtechnik electrically to the circuit board to contact.
Zudem ist es auch möglich jeden Resonator mit einem eigenen Oszillator zu verbinden, um den Oszillator optimal an die jeweilige Resonanzfrequenz des Resonators anzupassen. Die Oszillatoren mit den zugehörigen Resonatoren werden wechselseitig betrieben, können aber auch gleichzeitig betrieben werden. D.h. es liegt keine Begrenzung auf nur einen Oszillator vor.moreover it is also possible connect each resonator with its own oscillator to the oscillator optimally adapted to the respective resonant frequency of the resonator. The oscillators with the associated Resonators are operated alternately, but can also be used simultaneously operate. That there is no limit to just one oscillator in front.
Bei einem als frequenzbestimmendes Teil einer Oszillatorschaltung ausgebildeten Chip-Bauelement, bei dem jeder Resonator mit einem eigenen Oszillator verbunden ist, kann die Umschaltung mit einem Schaltmittel entfallen. Die Oszillatoren werden vorzugsweise wechselseitig aktiviert, können aber auch zeitgleich aktiv sein.at designed as a frequency-determining part of an oscillator circuit Chip device, where each resonator with its own oscillator is connected, the switching can be omitted with a switching means. The oscillators are preferably mutually activated, but can also be active at the same time.
In Abhängigkeit von der Art des Resonators kann das erfindungsgemäße Chipbauelement unterschiedliche Oszillatorschaltungen aufweisen. Eintorresonatoren, die insbesondere unsym metrisch (Single Ended) angeschlossen werden können, werden vorzugsweise in Oszillatorschaltungen vom Colpitts-Typ eingebaut. Erfindungsgemäße Resonatoren, die als Zweitorresonatoren in SAW-Technik ausgebildet sind, werden vorzugsweise in Oszillatorschaltungen vom Pierce-Typ eingebaut. Doch sind prinzipiell auch anderen Typen von Oszillatorschaltungen möglich und geeignet.Depending on the type of resonator chip component of the invention may under have different oscillator circuits. One-port resonators, which in particular can be connected unsymmetrically (single-ended), are preferably incorporated in oscillator circuits of the Colpitts type. Resonators according to the invention, which are designed as SAW two-port resonators, are preferably incorporated in Pierce-type oscillator circuits. But in principle also other types of oscillator circuits are possible and suitable.
Diese Oszillatorschaltungen können komplett auf der Schaltungsplatine verwirklicht werden, beispielsweise durch Auflöten entsprechender konkreter, passiver und aktiver Bauelemente. Möglich ist es jedoch auch, eine mehrlagige Schaltungsplatine zu verwenden, die zumindest zwei Metallisierungsebenen aufweist. Die Metallisierungsebenen können dabei strukturiert sein, so dass in der Metallisierungsebene passive Komponenten wie Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten realisiert sind. Dementsprechend kann ein erfindungsgemäßes Chipbauelement auch auf einer Schaltungsplatine realisiert sein, bei der die mit den Resonatoren verbundene Oszillatorschaltung zumindest teilweise in Form von in das Mehrlagensubstrat integrierten passiven Komponenten realisiert ist.These Oscillator circuits can completely realized on the circuit board, for example by soldering corresponding concrete, passive and active components. It is possible However, also to use a multi-layer circuit board, the has at least two metallization levels. The metallization levels can do it be structured so that in the metallization passive components like resistances, capacities and inductors are realized. Accordingly, a chip device according to the invention be implemented on a circuit board, in which the with The oscillator circuit connected to the resonators at least partially in the form of passive components integrated in the multi-layer substrate is realized.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert.in the The following is the invention with reference to embodiments and the associated figures explained in more detail.
Die Figuren dienen zum besseren Verständnis der Erfindung, sind daher teils schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.The Figures serve for a better understanding of the invention, therefore partly schematic and not true to scale executed. Like parts are designated by like reference numerals.
Wegen der geringen Temperaturabhängigkeit ist Quarz als Substratmaterial bevorzugt. Möglich ist es jedoch auch, andere piezoelektrische Materialien für erfindungsgemäße Chipbauelemente mit SAW-Resonatoren einzusetzen, beispielsweise Lithiumniobat und Lithiumtantalat.Because of the low temperature dependence Quartz is preferred as a substrate material. It is also possible, however, others piezoelectric materials for Chip components according to the invention use with SAW resonators, such as lithium niobate and Lithium.
Die Resonanzfrequenz eines solchen Eintorresonators bestimmt sich in erster Linie nach dem Abstand der Elektrodenfinger, bzw. dem Raster oder Pitch, in dem die Elektrodenfinger angeordnet sind. In der Figur ist links die Metallisierungsstruktur eines Eintorresonators dargestellt, während auf der rechten Seite das üblicherweise im Schaltbild für einen Resonator verwendete Schaltungssymbol dargestellt ist.The Resonant frequency of such a gate resonator is determined in first line after the distance of the electrode fingers, or the grid or Pitch in which the electrode fingers are arranged. In the FIG. 1 shows the metallization structure of a one-port resonator on the left shown while on the right side that usually in the diagram for a resonator used circuit symbol is shown.
Eine
bevorzugte Verwendung findet ein erfindungsgemäßes Chipbauelement als frequenzbestimmendes
Bauteil in einer Oszillatorschaltung.
Vom erfindungsgemäßen Chipbauelement ist jeweils nur einer der Resonatoren RES1/RES2 mit der Oszillatorschaltung verbunden. Über ein oder mehrere Schaltmittel S1, S2 kann jedoch auch der zweite oder ein weiterer Resonator RES2 mit dem Oszillatorschaltkreis verbunden werden, wobei der Oszillator dann mit der Resonanzfrequenz des zweiten Resonators RES2 oszilliert. Als Schaltmittel können beispielsweise pin-Dioden vorgesehen werden, die als konkrete Bauelemente gemeinsam mit dem Substrat auf einer Schaltungsplatine angeordnet sein können. Diese Schaltungsplatine kann auch noch den Verstärker und die Phasenschieberschaltung als weitere Komponenten umfassen.from Chip component according to the invention is in each case only one of the resonators RES1 / RES2 with the oscillator circuit connected. about However, one or more switching means S1, S2 can also be the second or another resonator RES2 connected to the oscillator circuit be, the oscillator then with the resonant frequency of the second Resonator RES2 oscillates. As switching means, for example, pin diodes be provided, which as a concrete components together with the substrate can be arranged on a circuit board. This circuit board can also still the amplifier and the phase shifter circuit as further components.
Wird
ein solcher in
Neben der Anwendung als frequenzbestimmende Komponente in HF-Sendeeinheiten, bei denen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Chipbauelements mehrere fest einzustellende Resonanzfrequenzen vorgegeben werden können, kann ein erfindungsgemäßer Resonator auch als "Local Oscillator" (LO) verwendet werden. In dieser Funktion dient er zum Erzeugen einer festen Bezugsfrequenz, die mit einem in einem Empfänger empfangenden Hochfrequenzsignal gemischt wird. Auf diese Weise wird das Hochfrequenzsignal in ein niederfrequentes Zwischenfrequenzsignal (ZF-Frequenz) umgewandelt und auf dieser Stufe weiter verarbeitet.Next the application as a frequency-determining component in RF transmission units, at which several with the aid of the chip component according to the invention can be preset fixed resonant frequencies can a resonator according to the invention also as "Local Oscillator "(LO) be used. In this function he serves to create a fixed reference frequency, which with a receiving in a receiver High frequency signal is mixed. In this way, the high frequency signal converted into a low frequency intermediate frequency signal (IF frequency) and processed further at this level.
Mit der Erfindung gelingt es, zwei und mehr LO-Frequenzen in einem Bauelement zur Verfügung zu stellen, die aufgrund ihrer Ausgestaltung als SAW-Resonatoren eine hohe Güte und daher eine hohe Frequenzgenauigkeit und vor Allem geringes Phasenrauschen aufweisen. Die Resonatoren können dabei auf nahezu beliebige Frequenzen bzw. beliebige Frequenzabstände zueinander eingestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, ein erfindungsgemäßes Bauelement in unterschiedlichen Kommunikationssystemen einzusetzen, die auf unterschiedlichen Frequenzbändern basieren.With The invention succeeds in providing two and more LO frequencies in one component available too because of their design as SAW resonators a high quality and therefore a high frequency accuracy and, above all, low phase noise exhibit. The resonators can thereby on almost arbitrary frequencies or arbitrary frequency distances to each other be set. In this way it is possible, a device according to the invention to use in different communication systems based on different frequency bands based.
Neben den genannten Elementen besteht die Oszillatorschaltung noch aus verschiedenen Widerständen R, Induktivitäten L, parallelen Kapazitäten CP und kann auch Gleichströme sperrende Kapazitäten CB umfassen. Im dargestellten Pierce-Oszillator kann die am Ausgang RF-OUT abgegriffene HF-Frequenz trotz der relativ geringen Bandbreite des SAW-Resonators RES noch innerhalb gewisser Grenzen variiert werden, indem das Verhältnis Lsh/Cph und Ls2/Cp3 variiert wird. Dieses kann bei einer FSK Modulation verwendet werden.Next The elements mentioned the oscillator circuit is still made different resistances R, inductors L, parallel capacities CP and can also DC currents blocking capacities CB include. In the illustrated Pierce oscillator can be the output RF-OUT tapped RF frequency despite the relatively low bandwidth of the SAW resonators RES can still be varied within certain limits, by the ratio Lsh / Cph and Ls2 / Cp3 is varied. This can be done with a FSK modulation be used.
Auf der Oberfläche der Platine sind zumindest das Substrat SUB und beispielsweise als pin-Dioden-Bauelement realisierte Schaltmittel S angeordnet und elektrisch mit der Oszillatorschaltung auf und im Inneren der Schaltungsplatine SP kontaktiert. Die einzelnen Bauelemente können in SMD-Bauweise mit der Schaltungsplatine verbunden sein. Der SAW-Resonator bzw. dessen Substrat SUB kann vorzugsweise in Flip-Chip-Bauweise angeordnet sein, bei der die Anschlussflächen des Resonators auf der Oberfläche des Substrats SUB mit entsprechenden lötfähigen Kontakten auf der Oberfläche der Schaltungsplatine verbunden werden. Möglich ist es jedoch auch, wahlweise eine oder mehrere Komponenten, ausgewählt als Substrat SUB, Schaltungsmittel S und Verstärker AMP auf dem Substrat aufzukleben und über Bonddrahttechnik mit der Verschaltung zu verbinden.On the surface the board are at least the substrate SUB and for example as arranged pin-diode device switching means S and arranged electrically with the oscillator circuit on and inside the circuit board SP contacted. The individual components can in SMD construction with the Circuit board connected. The SAW resonator or its Substrate SUB may preferably be arranged in flip-chip design, at the connecting surfaces of the resonator on the surface of the substrate SUB with corresponding solderable contacts on the surface of the circuit board get connected. Possible however, it is also, optionally, one or more components selected as Substrate SUB, circuit means S and amplifier AMP stick to the substrate and over Bond wire technology to connect with the interconnection.
Vorteilhaft ist es, wenn die Schaltungsplatine mehrschichtig und aus LTCC (Low Temperature Co-Fired Ceramics) aufgebaut ist, und wenn die Oszillatorschaltung mit Ausnahme des Verstärkers AMP in Form von Passivkomponenten in die LTCC integriert ist. Der insbesondere als Halbleiterbauelement (Transistor) ausgebildete Verstärker AMP kann als weitere konkrete Komponente auf der Oberfläche der Schaltungsplatine SP angeordnet sein.Advantageous it is when the circuit board is multi-layered and made of LTCC (Low Temperature co-fired ceramics) is constructed, and if the oscillator circuit with the exception of the amplifier AMP is integrated into the LTCC in the form of passive components. Of the in particular as a semiconductor component (transistor) formed amplifier AMP can act as another concrete component on the surface of the circuit board Be arranged SP.
Je nach Integrationsstufe können weitere Komponenten auf der Schaltungsplatine vorgesehen sein, beispielsweise Logikschaltungen zum Erzeugen einer Modulation.ever after integration level can additional components may be provided on the circuit board, for example Logic circuits for generating a modulation.
Eine beispielhafte und vorteilhafte Anwendung findet ein erfindungsgemäßes Chipbauelement mit zumindest zwei SAW-Resonatoren in Sendeeinheiten für das ISM-Band. Dieses weist eine Mittenfrequenz von 433,92 MHz auf und besitzt eine Bandbreite von 1,74 MHz. Vorteilhaft können in diesem Band nur 2 Kanäle verwirklicht werden, deren Frequenzabstand ungefähr bei der halben Bandbreite liegt. Mit der Erfindung können dann Sender für das ISM-Band realisiert werden, die zwei oder mehr Kanäle bedienen können. Mit Hilfe dieser 2- und Mehrkanaltechnik gelingt es, bei gegebenen In-Band- und Out-of-Band-Störquellen dennoch eine hohe Datenübertragungssicherheit zu gewährleis ten. Die Datensicherheit kann erhöht werden, wenn die Information unabhängig voneinander auf beiden Kanälen übertragen wird. Ist die Übertragung auf einem Kanal gestört, so steht noch der redundante zweite Kanal zur Verfügung. Auf den jeweiligen Kanal wird geschaltet, indem der dem Kanal zugeordnete Resonator mit der Oszillatorschaltung mit Hilfe der Schaltmittel verbunden wird.A Exemplary and advantageous application finds a chip component according to the invention at least two SAW resonators in transmitting units for the ISM band. This has a center frequency of 433.92 MHz and has a bandwidth of 1.74 MHz. Advantageously, only 2 channels can be realized in this band whose frequency spacing is approximately half the bandwidth. With the invention can then transmitter for the ISM band can be realized, serving two or more channels can. With the help of this 2- and multi-channel technology succeeds given In-band and out-of-band sources of interference nevertheless a high data transmission security to ensure. Data security can be increased if the information is independent on both Transmit channels becomes. Is the transmission disturbed on a canal, so the redundant second channel is still available. On the respective channel is switched by the one assigned to the channel Resonator with the oscillator circuit by means of the switching means is connected.
Für das genannte ISM-Band liegt ein geeigneter Kanalabstand beispielsweise bei 827 KHz. Dieser Abstand gewährleistet, dass für beide Kanäle, denen jeweils ein Resonator bei der entsprechenden Resonanzfrequenz zugeordnet ist, noch ausreichend von der Bandgrenze entfernt sind und damit keine Out-of-Band-Störungen verursachen können. Geeignete Resonanzfrequenzen für die die Kanäle bestimmenden SAW-Resonatoren können dann beispielsweise bei 433,3337 und 433,5063 MHz liegen.For the said ISM band is a suitable channel spacing, for example at 827 KHz. This distance ensures that for both channels, each one resonator at the corresponding resonant frequency is still sufficiently removed from the band boundary and cause no out-of-band interference can. Suitable resonance frequencies for the the channels determining SAW resonators can then, for example, at 433.3337 and 433.5063 MHz.
Auf der Empfängerseite können die beiden Kanäle dann auch mit voneinander unabhängigen lokalen Oszillatoren (LO) auf der Basis erfindungsgemäßer Chipbauelemente realisiert sein. Für eine Filterung des Signals bei einer Zwischenfrequenz von 10,7 MHz können die lokalen Oszillatoren dann beispielsweise auf eine Frequenz von 423,6337 MHz und 422,8063 MHz eingestellt werden. Mischt man diese LO-Frequenz zur jeweiligen Sendefrequenz bzw. Resonanzfrequenz der Oszillatoren im Sendekreis, so erhält man ein Ergebnis des Mischers die jeweilige Zwischenfrequenz bei 10,7 MHz.On the receiver side can the two channels then with independent local oscillators (LO) based on chip components according to the invention be realized. For a filtering of the signal at an intermediate frequency of 10.7 MHz can the local oscillators then, for example, to a frequency of 423.6337 MHz and 422.8063 MHz are set. Do you mix these LO frequency to the respective transmission frequency or resonance frequency of the Oscillators in the transmission circuit, so you get a result of the mixer the respective intermediate frequency at 10.7 MHz.
Obwohl die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele erläutert wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt. Besondere Vorteile hat die Erfindung bei allen Anwendungen, bei denen frequenzgenaue Resonatoren mit konstantem Frequenzabstand benötigt werden, wobei sich die Erfindung außerdem durch die platzsparende Einchiplösung auszeichnet. Neben den dargestellten Resonatoren können auch andere Resonatoren eingesetzt werden, während auch das Substratmaterial von den angegebenen Materialien abweichen kann. Die Oszillatorschaltungen sind nicht auf die nur beispielhaft vorgestellten Schaltungen begrenzt. Ebenso sind Anzahl und Lage der Resonanzfrequenzen beliebig wählbar und nicht auf die angegebenen Anwendungen beschränkt.Although the invention has been explained with reference to only a few embodiments, it is not limited to these. Particular advantages of the invention in all applications in which frequency-accurate resonators are required with constant frequency spacing, the invention is also characterized by the space-saving Einchiplösung. In addition to the resonators shown, it is also possible to use other resonators, while the substrate material may also differ from the specified materials. The oscillator circuits are not limited to the circuits presented by way of example only. Likewise, the number and location of the resonance frequencies are arbitrary and not limited to the applications specified.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: MUELLER, HANS PETER, 82266 INNING, DE Inventor name: GLAS, ALEXANDER, 81739 MUENCHEN, DE Inventor name: TELGMANN, THOMAS, DR., 81827 MUENCHEN, DE |
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8141 | Disposal/no request for examination |