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Title:
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR LIMITING AN OVERVOLTAGE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/032350
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a circuit arrangement comprising a terminal (1) for a high frequency signal, at least two additional signal lines (21a, 21b, 21c, 22a, 22b), a switching unit (3) for connecting the terminal (1) to a signal line (21a, 21b, 21c, 22a, 22b) and a primary protection device (41) against electrostatic discharges, which is connected between the terminal (1) and the switching unit (3). The protection device (41) comprises a first voltage limitation element (51), which diverts voltage pulses that exceed a switching voltage of 200 V towards a reference potential (7). The use of a gallium arsenide double diode permits a low insertion loss coupled with a low switching voltage to be achieved.

Inventors:
BLOCK CHRISTIAN (AT)
FLUEHR HOLGER (AT)
PRZADKA ANDREAS (DE)
RAGOSSNIG HEINZ (AT)
Application Number:
PCT/DE2003/003274
Publication Date:
April 15, 2004
Filing Date:
October 01, 2003
Export Citation:
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Assignee:
EPCOS AG (DE)
BLOCK CHRISTIAN (AT)
FLUEHR HOLGER (AT)
PRZADKA ANDREAS (DE)
RAGOSSNIG HEINZ (AT)
International Classes:
H04B1/18; H04B1/48; H02H9/06; (IPC1-7): H04B1/18
Domestic Patent References:
WO2000057515A12000-09-28
Foreign References:
DE29604820U11996-05-30
EP0681365A11995-11-08
DE19931056A12001-01-25
US5914481A1999-06-22
EP1189325A22002-03-20
Other References:
BENZ ET AL: "Spannungs-, licht- und magnetfeldabhaengige Widerstaende" , TABELLENBUCH RADIO- UNF FERNSEHTECHNIK, FUNKELEKTRONIK, XX, XX, PAGE(S) 130,135,286 XP002232831 Seiten 130, 135
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 218 (E-1539), 19. April 1994 (1994-04-19) -& JP 06 014454 A (MURATA MFG CO LTD;OTHERS: 01), 21. Januar 1994 (1994-01-21)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 04, 30. April 1999 (1999-04-30) -& JP 11 027168 A (KANSEI CORP), 29. Januar 1999 (1999-01-29)
See also references of EP 1559200A2
Attorney, Agent or Firm:
Epping, Hermann Fischer Patentanwaltsgesellschaft Mbh (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung mit einem Anschluß (1) für ein Hochfrequenzsignal, mit wenigstens zwei weiteren Signalleitungen (21a, 21b, 21c, 22a, 22b), mit einer Schalteinheit (3) zum Verbinden des Anschlusses (1) mit einer Signalleitung (21a, 21b, 21c, 22a, 22b), mit einer primären Schutzvorrichtung (41) gegen elektrosta tische Entladungen, die zwischen den Anschluß (1) und die Schalteinheit (3) geschaltet ist, bei der die Schutzvorrichtung (41) ein erstes Spannungsbe grenzungselement (51) enthält, das alle Spannungsimpulse, deren Pulshöhe größer als 200 V ist, gegen ein Referenzpo tential (7) ableitet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das erste Spannungsbegrenzungselement (51) eine Ein fügedämpfung aufweist, die kleiner als 0,3 dB ist.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der das erste Spannungsbegrenzungselement (51) eine Kapa zität (8) aufweist, die kleiner 1 pF ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das erste Spannungsbegrenzungselement (51) eine Gal liumarsenidDoppeldiode ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die primäre Schutzvorrichtung (41) eine Leitung (6) enthält, die den Anschluß (1) mit der Schalteinheit (3) ver bindet und bei der das erste Spannungsbegrenzungselement (51) die Leitung (6) mit dem Referenzpotential (7) verbindet.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der ein zweites Schutzelement (52) parallel zum ersten Spannungsbegrenzungselement (51) geschaltet ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, bei der zwischen den Schutzelementen (51,52) in Reihe zur Leitung (6) eine Kapazität (8) geschaltet ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei der das zweite Schutzelement (52) eine Funkenstrecke ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem das zweite Schutzelement (52) ein Polymersuppressor ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem das zweite Schutzelement (52) ein Überspannungsbau element ist, dessen Kapazität kleiner 1 pF ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem das zweite Schutzelement (52) eine Induktivität grö ßer 18 nH ist.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der eine oder mehrere KontrollLeitungen (91,92, 93) vorgesehen sind zur Steuerung der Schalteinheit, bei der jede KontrollLeitung (91,92, 93) mit einer sekun dären Schutzvorrichtung (42) gegen elektrostatische Entla dungen verbunden ist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der eine Versorgungsleitung (100) für eine Betriebsspan nung (VCC) vorgesehen ist, die mit einer sekundären Schutz vorrichtung (42) gegen elektrostatische Entladungen verbunden ist.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Schalteinheit (3) zwei Feldeffekttransistoren (111,112) enthält, wobei die Schaltstrecke (121,122) je des Feldeffekttransistors (111, 112) den Anschluß (1) mit einer Signalleitung (21a, 21b, 21c, 22a, 22b) verbindet, bei der jedes Gate (131,132) jedes Feldeffekttransistors (111,112) mit einer KontrollLeitung (91,92) verbunden ist, und bei der jedes Gate (131,132) mit einer sekundären Schutzvorrichtung (42) gegen elektrostatische Entladungen verbunden ist.
15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der eine sekundäre Schutzvorrichtung (42) ein Spannungs begrenzungselement (53a, 53b, 53c, 54) enthält, das eine Schaltspannung aufweist, die kleiner als 100 V ist.
16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der eine sekundäre Schutzvorrichtung (42) ein Spannungs begrenzungselement (53a, 53b, 53c, 54) enthält, das ein Vari stor ist.
17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der eine sekundäre Schutzvorrichtung (42) ein Spannungs begrenzungselement (53a, 53b, 53c, 54) enthält, das eine Zenerdiode ist.
18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei der eines oder mehrere der sekundären Schutzvorrichtungen (42) mit dem Referenzpotential (7) verbunden sind.
19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die Schalteinheit (3) PINDioden enthält.
20. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die Schalteinheit (3) einen GalliumarsenidSchalter enthält.
21. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei der der Anschluß (1) der Antenneneingang eines Mobiltele fons ist.
22. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei der die Signalleitungen (21a, 21b, 21c, 22a, 22b) Sende und Empfangspfade eines Mobiltelefons bilden.
23. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei der die Schalteinheit (3) und die primäre Schutzvorrich tung (41) in ein VielschichtKeramiksubstrat integriert sind.
Description:
Beschreibung Schaltungsanordnung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Schalteinheit, die mit einem Anschluß für ein Hochfrequenzsi- gnal verbunden ist. Darüber hinaus ist die Schalteinheit mit weiteren Signalleitungen verbunden. Der Anschluß der Schal- tungsanordnung ist mit einer Schutzvorrichtung gegen elek- trostatische Entladungen verbunden.

Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art werden oft als Multiband-Frontendmodule für Mobiltelefone verwendet. Sie sind in dieser Anwendung am Antenneneingang mit der Antenne des Mobiltelefons verbunden. Die Berührung der Antenne durch einen elektrisch geladenen Benutzer kann zu elektrostatischen Entladung führen, wie sie auch unter dem Namen"Electrostatic Discharge ESD"bekannt sind. Diese elektrostatischen Entla- dungen können Spannungsspitzen erzeugen, die geeignet sind, die Schaltungsanordnung zu zerstören. Dementsprechend ist es erforderlich, Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art mit einer Schutzvorrichtung gegen ESD auszurüsten.

In Hochfrequenzteilen von Mobiltelefonen werden u. a. Kompo- nenten eingesetzt, die gegenüber elektrostatischen Entladun- gen empfindlich sind. Diese Komponenten sind beispielsweise akustische Oberflächenwellen-Filter, Galliumarsenid-Schalter, PIN-Dioden, Verstärker oder ähnliche. Sie können durch Ein- wirkung hochfrequenter Hochspannungspulse, wie sie durch ESD erzeugt werden, irreversibel zerstört werden. Diese Problema- tik ist für diskrete Galliumarsenid-Schalter und Frontend- Module mit integriertem Galliumarsenid-Schalter ebenso rele- vant wie für Frontendmodul mit pin-Schalttechnologie und in- tegriertem Oberflächenwellen-Filter. Ebenso betrifft die Pro- blematik die ESD-empfindlichen Komponenten, die in den Sende- und Empfangspfaden des Hochfrequenzteils eingesetzt werden.

Dies erschwert einen Einsatz in Mobiltelefonen, wodurch ex-

terne, zugängliche Antennen, beispielsweise externe Antennen im Auto, elektrostatische Entladungen direkt auf den Anten- neneingang des Galliumarsenid-Schalters oder Frontendmöduls möglich sind. Es wird daher von vielen Herstellern von Mobil- telefonen eine ESD-Festigkeit der Frontendmodule bzw. Galliu- marsenid-Schalter entsprechend der Norm IEC61000-4-2 in Höhe von 8 kV am Systemlevel gefordert.

Aus der Druckschrift WO 00/57515 sind Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art bekannt, die mit einer Schutzvor- richtung gegen ESD ausgerüstet sind. Die Schutzvorrichtung ist durch einen elektrischen Hochpaß-Filter, bei dem eine Ka- pazität in Reihe und eine Induktivität parallel zum Antennen- eingangspfad geschaltet ist, gebildet.

Der in der bekannten Schaltungsanordnung verwendete Hochpaß- filter zum Schutz der Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß das Schutzelement frequenzabhängig arbeitet. Dabei werden alle Frequenzanteile eines Signals ab einer bestimmten Grenz- frequenz nahezu ungehindert durchgeleitet. Alle anderen Fre- quenzanteile werden unterdrückt. Diese frequenzabhängige Ar- beitsweise hat zur Folge, daß sehr viele Frequenzen, die bei einem Mobiltelefon nicht erwünscht sind, noch durchgelassen werden. Beispielsweise werden bei Mobiltelefonen nach dem GSM-, PCN-oder PCS-Standard Frequenzen zwischen etwa 1 und 2 GHz verwendet. Alle übrigen von der Antenne eingefangenen Frequenzen sind eher störend und müssen daher weggefiltert werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schal- tungsanordnung anzugeben, bei der die Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladungen verbessert ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

Es wird eine Schaltungsanordnung angegeben, die einen An- schluß für ein Hochfrequenzsignal aufweist. Ferner weist die Schaltungsanordnung wenigstens zwei weitere Signalleitungen auf. Es ist darüber hinaus eine Schalteinheit vorgesehen, die zur Verbindung des Anschlusses mit einer der Signalleitungen dient. Es ist darüber hinaus eine primäre Schutzvorrichtung vorgesehen, die zwischen dem Anschluß und der Schalteinheit geschaltet ist. Die Schutzvorrichtung enthält ein Spannungs- begrenzungselement, das Spannungsimpulse, die größer als eine Schaltspannung sind, gegen ein Referenzpotential ableitet.

Die Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß die Ableitung der störenden, aufgrund von ESD verursachten Signale nicht mehr frequenzabhängig erfolgt. Vielmehr werden die störenden Signale aufgrund ihres Spannungshubes erkannt und gegen das Referenzpotential abgeleitet. Hierfür ist es vorteilhaft, ein Spannungsbegrenzungselement zu verwenden, das oberhalb einer Schaltspannung einen sehr geringen Widerstand aufweist. Un- terhalb der Schaltspannung weist das Spannungsbegrenzungsele- ment einen sehr hohen Widerstand auf, so daß Signale, die un- terhalb der Schaltspannung liegen, ungehindert vom Anschluß zur Schalteinheit gelangen und von dort einer Signalleitung zugeschaltet werden können. Andererseits werden Spannungsim- pulse, deren Spannungshub größer ist als die Schaltspannung, zuverlässig erkannt und gegen das Referenzpotential abgelei- tet.

Somit kann also vorteilhaft verhindert werden, daß Span- nungsimpulse, die nicht im Nutzbereich der Schaltungsanord- nung liegen und die. einen sehr hohen, störenden Spannungshub aufweisen, ungehindert zur Schalteinheit gelangen.

Durch eine geeignete Wahl der Schaltspannung kann erreicht werden, daß nur solche Signale gegen das Referenzpotential abgeleitet werden, die größer sind als die der Schaltungsan- ordnung beispielsweise zur Übertragung von Informationen ge-

nutzten Signale. Somit können Störsignale, deren Spannungshub die Belastbarkeit bzw. die maximale vorgesehene Belastung der Schaltungsanordnung übersteigen, zuverlässig am Erreichen der Schalteinheit gehindert werden.

Das Referenzpotential kann beispielsweise ein Massepotential sein. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß es sich bei- spielsweise bei Mobiltelefonen nicht um eine Masse im klassi- schen Sinne handelt, sondern daß es sich vielmehr um eine lo- kale Masse handelt, die im wesentlichen die Rolle eines Be- zugspotentials spielt, die aber nicht als unendlich gute Ab- leitung für Ladungsträger angesehen werden kann.

In einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist eine Schutzvorrichtung vorgesehen, deren Einfügedämpfung kleiner als 0,3 dB ist. Eine solche Schutzvorrichtung hat den Vor- teil, daß die Verarbeitung der Nutzsignale in der Schaltungs- anordnung kaum beeinträchtigt wird, so daß, beispielsweise bei der Nutzung als Mobiltelefon, auf die Benutzung von unnö- tig leistungsstarken Verstärker verzichtet werden kann, womit sowohl die Stand-By-Betriebszeit als auch die Übertragungs- qualität der Informationen verbessert werden kann.

In einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung weist das Spannungsbegrenzungselement eine Kapazität auf, die kleiner 1 pF ist. Dadurch kann erreicht werden, daß die parasitäre Ka- pazität des Spannungsbegrenzungselementes ausreichend niedrig ist, um eine Störung der Nutzsignale bzw. eine zu starke Dämpfung der Nutzsignale zu verhindern.

Beispielsweise ist als Spannungsbegrenzungselement eine Gal- liumarsenid-Doppeldiode geeignet.

Eine solche Doppeldiode kann schaltungstechnisch so in die Schaltungsanordnung integriert werden, daß die primäre Schutzvorrichtung eine Leitung enthält, die den Anschluß mit der Schalteinheit verbindet. Die Leitung ist über das Span-

nungsbegrenzungselement mit dem Referenzpotential verbunden.

Hieraus resultiert quasi eine Parallelschaltung des Span- nungsbegrenzungselementes zur Signalleitung.

In einer anderen Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist ein zweites Schutzelement parallel zum ersten Spannungsbe- grenzungselement geschaltet. In diesem Fall ist es vorteil- haft, wenn zwischen den Schutzelementen in Reihe zur Leitung noch eine Kapazität geschaltet ist.

Das zweite Schutzelement kann beispielsweise eine Funken- strecke sein. Die Verwendung einer Funkenstrecke ist insbe- sondere vorteilhaft, da sie sehr leicht in ein keramisches Vielschichtsubstrat integriert werden kann, womit die Inte- grationsdichte der Schaltungsanordnung vorteilhaft verbessert werden kann. Die Funkenstrecke ist insbesondere geeignet für den Fall, daß die Schalteinheit pin-Dioden enthält.

Durch die Kombination des ersten Spannungsbegrenzungselemen- tes mit einem zweiten Schutzelement kann die Schutzwirkung der Schutzvorrichtung in einen Grobschutz und einen Fein- schutz unterteilt werden. Bei der Verwendung einer Galliumar- senid-Doppeldiode für das erste Spannungsbegrenzungselement kann diese als Feinschutz für die Schaltungsanordnung be- trachtet werden. Dementsprechend kann das zweite Schutzele- ment die Funktion des Grobschutzes übernehmen. In diesem Zu- sammenhang ist unter Grobschutz zu verstehen, daß Ströme bis zu 30 A durch das entsprechende Schutzelement fließen können.

Durch das Spannungsbegrenzungselement, das den Feinschutz re- präsentiert, sollten dementsprechend kleinere Ströme fließen.

In einer anderen Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann das zweite Schutzelement ein Polymersuppressor sein. Bei die- sem Polymersuppressor ist in einer Funkenstrecke noch ein elektrisch leitfähiges Polymer eingebettet, das seine elek- trische Leitfähigkeit mit der anliegenden Spannung ändert.

In einer anderen Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann das zweite Schutzelement ein Überspannungsbauelement sein, dessen parasitäre Kapazität 1 pF nicht übersteigt. Eine sol- che Grenze für die Kapazität ist vorteilhaft, da dadurch gleichzeitig die maximale Einfügedämpfung für das zweite Schutzelement begrenzt wird.

Als Überspannungsbauelement kommt beispielsweise ein Varistor in Betracht.

In einer anderen Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist als zweites Schutzelement eine Induktivität vorgesehen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Induktivität größer als 18 nH ist. In diesem Fall weist nämlich das zweite Schutzelement eine ausreichend niedrige Einfügedämpfung auf.

Neben der Galliumarsenid-Doppeldiode ist für das erste Span- nungsbegrenzungselement jedes andere Überspannungsbauelement geeignet, dessen parasitäre Kapazität kleiner als 1 pF be- trägt und das eine Schaltspannung kleiner als 200 V aufweist.

Vorteilhafterweise verwendet man ein erstes Spannungsbegren- zungselement, dessen Schaltspannung kleiner als 100 V ist. Je kleiner die Schaltspannung des ersten Spannungsbegrenzungs- elementes ist, um so effektiver können empfindliche Komponen- ten der Schaltungsanordnung vor zu hohen Spannungsimpulsen geschützt werden. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß auch die Nutzsignale, die von der Schaltungsanordnung bei- spielsweise zur Übertragung von Informationen oder Sprache benutzt werden, einen gewissen Signalmindesthub aufweisen, der natürlich von der Schaltspannung'des ersten Spannungsbe- grenzungselementes nicht erfaßt werden darf, um zu verhin- dern, daß die Übertragung der Signale bzw. Sprache durch das zweite Schutzelement verschlechtert wird.

Desweiteren kommt als erstes Spannungsbegrenzungselement in Betracht ein Überspannungsbauelement, dessen Einfügedämpfung kleiner als 0, 3 dB ist.

In einer anderen Ausführungsform der Schaltungsanordnung sind eine oder mehrere Kontroll-Leitungen vorgesehen zur Steuerung der Schalterstellung der Schalteinheit. Jede Kontroll-Leitung ist vorteilhafterweise, aber nicht zwingend mit einer sekun- dären Schutzvorrichtung gegen Hochspannungen verbunden.

Diese Ausführungsform der Schaltungsanordnung hat den Vor- teil, daß auch Störungen von den Kontroll-Leitungen wirksam unterdrückt werden können. Neben dem direkt über den Anschluß auf die Schaltungsanordnung einlaufenden Störpuls kann näm- lich eine elektrostatische Entladung auch über eine Masse- kopplung, bzw. über eine Kopplung durch das gemeinsame Be- zugspotential eine hohe Spannung an der Schaltungsanordnung erzeugen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der in einem Schalter üblicherweise verwendete Kontroll-Eingang entweder auf einem hohen Potential (high) oder auf einem niedrigen Potential (low) liegt. Dabei ist das hohe Potential (high) dadurch definiert, daß es beispielsweise um 2,3 V über dem Massepotential der Schaltungsanordnung liegt. Da bei ei- nem Mobiltelefon genauso wie bei vielen anderen auf Signal- übertragung mittels Antennen basierenden Geräten die Signal- einkopplung von der Antenne zur Erde des Systems läuft, kann auch in dem Fall einer eingangs genannten Schaltungsanordnung eine elektrostatische Entladung sich direkt auf das Massepo- tential der Schaltungsanordnung auswirken. Über die direkte Kopplung einer Kontroll-Leitung an die Masse durch die Bedin- gung"high"kann sich der durch eine elektrostatische Entla- dung entstehende Spannungspuls neben dem Pfad über die Anten- ne auch noch über die Kontroll-Leitung auf die Schaltungsan- ordnung auswirken.

In einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist eine Versorgungsleitung für eine Betriebsspannung vorgesehen. Die Versorgungsleitung ist vorteilhafterweise, aber nicht zwin- gend mit einer sekundären Schutzvorrichtung gegen elektrosta- tische Entladungen verbunden. Dabei gilt für mögliche Störpo-

tentiale an der Versorgungsleitung dasselbe wie es weiter oben bereits zu den Kontroll-Leitungen beschrieben worden ist.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Schaltungsanordnung sind in der Schalteinheit zwei Feldeffekttransistoren vorge- sehen. Jede Schaltstrecke jedes Feldeffekttransistors verbin- det dabei den Anschluß mit einer Signalleitung. Jedes Gate jedes Feldeffekttransistors ist mit einer Kontroll-Leitung verbunden. Ferner ist jedes Gate mit einer sekundären Schutz- vorrichtung gegen elektrostatische Entladungen verbunden.

Jede der genannten sekundären Schutzvorrichtungen kann ein Spannungsbegrenzungselement enthalten, das eine Schaltspan- nung aufweist, welche kleiner als 100 V ist. Hierfür kommen beispielsweise ein Varistor oder auch eine Zenerdiode in Be- tracht.

Um das Ableiten von Störimpulsen auf das gemeinsame Bezugspo- tential zu erleichtern, sind die jeweiligen Spannungsbegren- zungselemente der sekundären Schutzvorrichtungen mit dem Re- ferenzpotential verbunden.

Als spezielle Ausführungsform der Schaltungsanordnung wird eine Schaltungsanordnung angegeben, bei der der Anschluß der Antenneneingang eines Mobiltelefons ist. Hierfür bietet sich insbesondere die Verwendung der Schaltungsanordnung in einem Mobiltelefon an.

Hierfür ist es auch vorteilhaft, wenn die Signalleitungen die Sende-und Empfangspfade eines Mobiltelefons bilden.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Schalteinheit ei- nen Galliumarsenid-Schalter enthält. Solche Galliumarsenid- Schalter sind besonders günstig im Stromverbrauch und sie sind auch sehr schnell.

In einer anderen Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann die Schalteinheit und die primäre Schutzvorrichtung sowie ge- gebenenfalls die sekundäre Schutzvorrichtung in ein Viel- schicht-Keramiksubstrat integriert sein. Dadurch kann die In- tegrationsdichte der Schaltungsanordnung sehr stark erhöht werden, was besonders bei mobilen Anwendungen im Mobilfunk von Vorteil ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert : Figur 1 zeigt beispielhaft eine Schaltungsanordnung in ei- ner schematischen Darstellung.

Figur 2 zeigt beispielhaft die Ausführung der primären Schutzvorrichtung in einer schematischen Darstel- lung.

Figur 2a zeigt ein weiteres Beispiel für die Ausführung der primären Schutzvorrichtung in einer schematischen Darstellung.

Figur 3 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung beispielhaft in einer schematischen Darstellung.

Figur 4 zeigt beispielhaft eine weitere Schaltungsanordnung in einer schematischen Darstellung.

Bei den Figuren ist zu beachten, daß Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion ausüben, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Anschluß 1, der als Eingang bzw. Ausgang für ein Hochfrequenzsignal ge- eignet ist. Es ist ferner eine Schalteinheit 3 vorgesehen, die den Anschluß 1 wahlweise mit einer der Signalleitungen 21a, 21b, 21c, 22a, 22b verbindet.

Zwischen dem Anschluß 1 und der Schalteinheit 3 ist eine pri- märe Schutzvorrichtung 41 vorgesehen. Sie ist mit dem Refe- renzpotential 7 verbunden. Zur Steuerung der Schalteinheit 3 sind Kontroll-Leitungen 91, 92, 93 vorgesehen. An den Kon- troll-Leitungen 91,92, 93 liegen Steuerspannungen VC1, VC2, VC3 an. Jede der Kontroll-Leitungen 91,92, 93 ist mit einer sekundären Schutzvorrichtung 42 verbunden. Jede der Schutz- vorrichtungen 42 ist mit dem Referenzpotential 7 verbunden.

Die sekundären Schutzvorrichtungen 42 werden gebildet durch Spannungsbegrenzungselemente 53a, 53b, 53c. Diese können bei- spielsweise Varistoren oder Zener-Dioden sein. Es kommt hier- bei insbesondere in Betracht, einen Vielschichtvaristor zu verwenden, der eine Schaltspannung kleiner 100 V aufweist. Es ist darüber hinaus eine Versorgungsleitung 100 vorgesehen, die die Schalteinheit 3 mit Betriebsspannung VCC versorgt und die ebenfalls mit einer sekundären Schutzvorrichtung 42 in Form eines Spannungsbegrenzungselementes 54 versehen ist. Die sekundären Schutzvorrichtungen 42 werden insbesondere dann benötigt, wenn die Schalteinheit 3 einen Galliumarsenid- Schalter enthält. Für den Fall, daß die Schalteinheit 3 PIN- Dioden enthält, kann auf die sekundären Schutzvorrichtungen 42 verzichtet werden. Die Signalleitungen 21a, 21b, 21c kön- nen beispielsweise den Rx-Pfaden für das Empfangen von Signa- len eines Mobiltelefons zugeordnet sein. Dementsprechend kön- nen die Signalleitungen 22a, 22b im Tx-Pfad zum Senden von Mobilfunksignalen eines Mobiltelefons zugeordnet sein.

Die Schalteinheit 3 kann auch ein keramisches Vielschichtbau- element sein, das einen Galliumarsenid-Schalter und darüber hinaus noch passive. Komponenten zur Realisierung von Fre- quenzfiltern enthält.

Der externe Anschluß 1 kann als Hochfrequenzsignaleingang bzw. als Hochfrequenzsignalausgang dienen. Insbesondere kommt es in Betracht, die typischerweise bei Mobiltelefonen benutz- ten GSM-Signale über den externen Anschluß 1 in die Schalt-

einheit 3 zu leiten bzw. von der Schalteinheit 3 über den An- schluß 1 nach draußen zu senden.

Eine detaillierte Darstellung der primären Schutzvorrichtung 41 von Figur 1 zeigt die Figur 2. Hier ist beispielhaft ange- geben, wie die primäre Schutzvorrichtung 41 gestaltet sein kann. In dem Beispiel von Figur 2 weist die primäre Schutz- vorrichtung 41 eine Leitung 6 auf. Die Leitung 6 verbindet den Anschluß 1 mit der Schalteinheit 3. Die Leitung 6 ist verbunden mit einem Spannungsbegrenzungselement 51. Es ist in dem Beispiel von Figur 2 als Galliumarsenid-Doppeldiode und zwar als nppn-Diode ausgebildet. Eine solche Diode hat den Vorteil, daß sie so hergestellt werden kann, daß sie eine Schaltspannung kleiner 100 V aufweist. Ferner ist es möglich, solche Doppeldioden so herzustellen, daß sie eine Einfüge- dämpfung kleiner 0,1 dB aufweisen. Ferner ist es möglich, Doppeldioden dieser Art so herzustellen, daß sie eine parasi- täre Kapazität kleiner 0,1 pF aufweisen. Da sich gemäß Figur 2 das Spannungsbegrenzungselement 51 in einer Parallelschal- tung zur Leitung 6 befindet, trägt die gesamte Kapazität des Spannungsbegrenzungselementes 51 zur parasitären Kapazität bei. Das Spannungsbegrenzungselement 51 ist mit dem Referenz- potential 7 verbunden. Es ist darüber hinaus aber auch denk- bar, anstelle der nppn-Doppeldiode eine pnnp-Doppeldiode zu verwenden.

Insbesondere wird als Spannungsbegrenzungselement 41 eine Galliumarsenid-Doppeldiode verwendet, deren Schaltspannung zwischen 30 und 100 V beträgt.

Gemäß Figur 2A ist eine andere Ausführungsform für die primä- re Schutzvorrichtung 41 gezeigt. Zusätzlich zum Spannungsbe- grenzungselement 51 ist ein weiteres Schutzelement 52 vorge- sehen. Das Schutzelement 52 muß nun nicht notwendigerweise ein Bauelement sein, das oberhalb einer Schaltspannung einen sehr geringen und unterhalb der Schaltspannung einen sehr ho- hen Widerstand aufweist. Das Schutzelement kann seine Schutz-

funktion auch als Strombegrenzung ausüben. Die Schutzfunktion des Bauelementes 52 rührt daher, daß es die Leitung 6 mit dem Referenzpotential 7 verbindet, womit in jedem Fall ein endli- cher Stromfluß zwischen dem Anschluß 1 und dem Referenzpoten- tial 7 verbunden ist. Demnach kann auch hier davon ausgegan- gen werden, daß das Schutzelement 52 die Strombelastung des Spannungsbegrenzungselementes 51 begrenzt. Das Schutzelement 52 kann beispielsweise eine Funkenstrecke sein, vgl. hierzu auch Figur 4. Es kann aber auch ein Polymersuppressor sein.

Darüber hinaus kommt insbesondere eine Spule in Betracht, de- ren Induktivität größer als 18 nH ist. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, zusätzlich zu den beiden Schutzelementen 51, 52 noch eine Kapazität 8 zwischen die beiden Schutzelemente 51,52 in Reihe zur Leitung 6 zu schalten.

Hieraus ergibt sich eine LC-Komponente, die gebildet wird aus der Spule und der Kapazität 8. Durch geeignete Wahl der Kapa- zität, welche größer als 22 pF sein sollte und in einem Aus- führungsbeispiel der Schaltungsanordnung 47 pF ist, kann es erreicht werden, daß die LC-Komponente im heute für den Mo- bilfunk interessanten Frequenzbereich eine Einfügedämpfung kleiner 0,1 dB aufweist. In dem in Figur 2A gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel weist das Schutzelement 52 in Form einer Induk- tivität eine Induktivität von 56 nH auf (vgl. auch Figur 3).

In einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß Figur 2A in Verbindung mit Figur 1 ist es möglich, eine Schaltungs- anordnung anzugeben, die für Frequenzen zwischen 0 bis 2 GHz RF-kompatibel ist und die gleichzeitig entsprechend der Norm IEC61000-4-2 ESD-Pulse bis 8 kV wirksam bis unterhalb der Fehlerschwelle der ansonsten in den Figuren gezeigten Kompo- nenten unterdrücken kann.

Die Spannungsbegrenzungselemente 53a, 53b, 53c, 54 sollten eine Schaltspannung aufweisen, die kleiner 100 V ist. Vor- zugsweise weisen sie eine Schaltspannung auf, die kleiner 10 V ist. Die Schaltspannungen können hier kleiner gewählt wer- den, als beim Anschluß 1, da die hier auftretenden Spannungen

die üblichen Betriebsspannungen von 5 V normalerweise nicht deutlich überschreiten. Demgegenüber können beim Betrieb ei- nes Mobiltelefons an dem Anschluß 1 Spannungen bis zu 30 V auftreten.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform für eine Schal- tungsanordnung, bei der für die primäre Schutzvorrichtung 41 ein Schutzelement 52 vorgesehen ist, welches eine Spule ist.

Dadurch kann die in Figur 2A bereits besprochene Induktivität einfach realisiert werden.

Darüber hinaus zeigt Figur 3 den inneren Aufbau einer bei- spielhaften Schalteinheit 3. Es sind zwei Feldeffekttransi- storen 111,112 vorgesehen. Jeder Feldeffekttransistor 111, 112 verfügt über eine Schaltstrecke 121,122, welche über das entsprechende Gate 131,132 durchgeschaltet oder auch ge- sperrt werden kann. Die Schaltstrecke 121,122 verbindet den Anschluß 1 mit einer Signalleitung 21a, 22a. Jedes Gate 131, 132 ist verbunden mit einer Steuerspannung VC1, VC2. Darüber hinaus ist jedes Gate 131,132 verbunden mit einer sekundären Schutzvorrichtung 42, welche in dem Beispiel von Figur 3 ein Varistor als Spannungsbegrenzungselement ist. Jeder der Vari- storen ist seinerseits mit dem Referenzpotential 7 verbunden.

Figur 3 ist auch zu entnehmen, daß anstelle der nppn- Doppeldiode von Figur 2 und Figur 2A es auch in Betracht kommt, eine pnnp-Doppeldiode in der primären Schutzvorrich- tung 41 zu verwenden.

Die Feldeffekttransistoren 111,112, die in Figur 3 darge- stellt sind, können beispielsweise einen Galliumarsenid- Schalter bilden. Dementsprechend ist es zweckmäßig, wenn die Feldeffekttransistoren 111,112 auf der Basis von Galliumar- senid ausgeführt sind.

Darüber hinaus können in der beispielhafte Schalteinheit auch mehr als zwei Feldeffekttransistoren enthalten sein. In die-

sem Fall ist jedes Gate eines jeden Transistors mit einer se- kundären Schutzvorrichtung zu beschalten.

Bei einer maximal im Mobiltelefon erzeugten Signalspannung von etwa 30 V wird bei Verwendung von Doppeldioden durch das Verhalten der Diode selbst eine Schaltspannung von etwa 30 bis 60 V erforderlich.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Schaltungsan- ordnung, bei der für das Schutzelement 52 eine Funkenstrecke gewählt ist. Auch bei Verwendung einer Funkenstrecke ist es vorteilhaft, zusätzlich noch eine Kapazität 8 vorzusehen, die entsprechend Figur 2A und Figur 3 zur Leitung 6 geschaltet ist. Die Verwendung einer Funkenstrecke als Schutzelement 52 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in der Schalteinheit 3 PIN-Dioden zum Schalten der Signale vom Anschluß 1 auf die Signalleitungen 21a, 21b, 21c, 22a, 22b vorgesehen sind.

Die beschriebene Erfindung beschränkt sich nicht auf Mobilte- lefone, sondern kann in jeder Schaltungsanordnung, bei der hochfrequente Signale vorkommen und bei der ein Schutz gegen elektrostatische Entladungen nötig ist, eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste 1 Anschluß 21a, 21b, 21c, 22a, 22b Signalleitung 3 Schalteinheit 41 primäre Schutzvorrichtung 42 sekundäre Schutzvorrichtung 51,53a, 53b, 53c, 54 Spannungsbegrenzungselement 52 Schutzelement 6 Leitung 7 Referenzpotential 8 Kapazität 91,92, 93 Kontroll-Leitung 100 Versorgungsleitung VCC Betriebsspannung VC1, VC2, VC3 Steuerspannung 111,112 Feldeffekttransistor 121,122 Schaltstrecke 131,132 Gate