EPCOS hat miniaturisierte SAW-Connectivity-Multiplexer entwickelt, die verschiedene drahtlose Dienste und Übertragungsprotokolle unterstützen. In gewohnt kompakten Mobiltelefonen können mit diesen neuen Bauelementen jetzt noch mehr Funktionen realisiert werden.

Während Mobiltelefone früher ausschließlich zum Telefonieren dienten, bieten sie heute immer mehr Zusatzdienste und unterstützen verschiedene Übertragungsprotokolle. Die zugehörigen drahtlosen Verbindungstechniken werden unter dem Begriff Connectivity zusammengefasst.

Rund die Hälfte aller heute gefertigten Mobiltelefone können Radiosendungen via FM empfangen und haben eine Schnittstelle für Bluetooth (BT). In Smartphones sind inzwischen auch GPS und WLAN Standard. Es wird erwartet, dass GPS und WLAN innerhalb der nächsten Jahre auch in Mobiltelefonen der mittleren Preisklasse weit verbreitet sind (Abb. 1).

Die wichtigsten Hersteller von ICs für diese drahtlosen Verbindungstechniken bieten dafür Combo-ICs, die mehrere Verbindungsstandards unterstützen. Diese Combo-ICs ermöglichen nicht nur Kosteneinsparungen, mit ihnen lassen sich auch die Abmessungen des Frontends deutlich reduzieren.

Die vielen Combo-ICs, die Halbleiterhersteller jüngst auf den Markt gebracht haben, bieten am häufigsten die Kombinationen

• BT + FM,
• BT + FM + GPS,
• BT + FM + WLAN

Darüber hinaus integrieren renommierte Chipset-Lieferanten für die zellulare Kommunikationstechnik GPS und BT bereits oft als Standardfunktion in ihre zellularen Transceiver-ICs.

Neben der Integration und Kombination bei ICs müssen auch auf dem Gebiet der Frequenzfilter- und Frontends Integrationspotenziale noch mehr ausgeschöpft werden. Nur so lassen sich die Anzahl der Bauelemente und damit der Platzbedarf weiter verringern.

EPCOS entwickelt dazu Multiplexer für akustische Oberflächenwellen-Filter (SAW-Multiplexer) mit denen sich mehrere Filterfunktionen in einem einzigen Modul integrieren lassen. Abbildung 2 zeigt einen Multiplexer für die Integration von GPS und BT. Der GPS-BT-Duplexer LU33 in der Baugröße 2016 von EPCOS vereint zwei SAW-Filter für GPS und Bluetooth sowie den Multiplexer, der diese beiden Filter auf einen einzigen Antennenausgang schaltet. Durch diese Integration ist die Anzahl der benötigten einzelnen Filterblöcke ebenso wie der Platzbedarf reduziert. Auch die Kosten für eine zusätzliche Antenne können eingespart werden. Außerdem sinkt die Anzahl der erforderlichen Lötstellen auf der Platine, wodurch die Bestückkosten sinken und die MTBF steigt.

Die neuen Duplexer für drahtlose Verbindungen nutzen die gleiche bewährte LTCC-Technologie, die auch bei Duplexern für die zellulare Kommunikation eingesetzt wird. Der Duplexer enthält drei Basisfunktionen in einem Gehäuse: zwei SAW-Filter und einen Diplexer. Letzterer ist ein Frequenzteiler, der das Antennensignal in die beiden vom Duplexer unterstützten Frequenzbänder aufteilt.

Abbildung 3 zeigt den Prinzipaufbau eines BT-GPS-Duplexers. Der Duplexer enthält einen 2in1-Chip. Dadurch sind zwei Filterfunktionen in einem einzigen SAW-Chip vereint. In das LTCC-Substrat sind auch die Impedanz-Anpasselemente für die SAW-Filter sowie der ESD-Schutz integriert, der am Antenneneingang notwendig ist, um eine potenzielle Zerstörung der SAWs zu verhindern. Die SAW-Multiplexer sind bereits auf die Impedanz des Transceivers und der Antenne abgeglichen, was eine Vereinfachung der Lösung für die Kunden bedeutet. Die Integration von RF-Anpassbauelementen in ein LTCC-Substrat liefert eine stets reproduzierbare RF-Lösung. Je nach Schaltungstopologie können so 50 bis 80 Prozent Leiterplattenfläche im Vergleich zu bisherigen diskreten Lösungen eingespart werden.

Ähnlich wie bei Duplexern für zellulare Frequenzbänder ist auch bei Duplexern für drahtlose Applikationen eine hohe Isolation zwischen den gemultiplexten Frequenzbändern wichtig. Besonders der GPS-Empfänger darf nicht von WLAN- oder BT-Übertragungssignalen gestört werden. Abbildung 4 zeigt den Dämpfungsverlauf und die gute Isolation der BT- und GPS-Pfade von LU33.

Um den künftigen Einsatz der Combo-ICs für komplementäre Verbindungstechniken umfassend zu unterstützen, entwickelt EPCOS derzeit eine neue Produktfamilie von SAW-Multiplexern. Die Tabelle gibt einen Überblick über diese künftige Produktfamilie. Diese neuen Produkte bieten den Kunden eine wesentliche Vereinfachung von Designs im Vergleich zu bisherigen diskreten Lösungen. Außerdem werden diese Bauelemente Bestandteil von voll integrierten Modullösungen von TDK-EPC sein.

Die Duplexer LU33 und LT36 sind für GPS in Kombination mit 2,4-MHz-ISM-Band-Applikationen gedacht. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass der LU33 BT Class 1.5 Tx-Leistung von maximal +15 dBm handhaben kann, während der LT36 für eine WLAN-Leistung bis zu +23 dBm ausgelegt ist. Die Module LU39 und LU58 wurden für Dualband-WLAN-Applikationen entwickelt. Der Triplexer LU39 erlaubt es sowohl GPS als auch beide WLAN-Bänder mit nur einer Antenne zu empfangen. Die Multiplexer B9100 und B7742 sind für den Einsatz mit zellularen Transceivern geeignet, in die GPS bereits integriert ist.

TABELLE: DIE SAW-MULTIPLEXER-PRODUKTFAMILIE FÜR KOMPLEMENTÄRE DRAHTLOSE VERBINDUNGSAPPLIKATIONEN VON EPCOS

Autoren:
Dr. Patric Heide, Director Complementary Wireless Solutions
Bernardo Knoblich, Product Marketing Manager for Connectivity SAW Products