KR100882131B1 - 집적형 수동 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집적형 수동 소자에 관한 것으로서, 본 발명의 바람직한 실시 형태는 기판과, 상기 기판 상의 일 영역에 형성되며, 외부신호 입력 단자를 갖는 복수의 1차 권선과, 하나의 출력 단자와 접지 단자 사이에 서로 직렬로 연결된 복수의 2차 권선을 구비하는 트랜스포머 및 상기 기판 상의 타 영역에 형성되며, 상기 트랜스포머의 출력 단자로부터의 신호 중 원하는 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시키는 저역통과필터를 포함하는 집적형 수동 소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, 이동 통신 단말기 시스템의 송신신호 측에서 전력 증폭기의 전압을 전달하는 트랜스포머 및 고조파 제거를 위한 저역통과필터를 하나의 기판에 집적함으로써 사이즈가 최소화된 집적형 수동 소자를 제공할 수 있다.
트랜스포머, IPD, 전력증폭, 저역통과필터
Description
본 발명은 집적형 수동 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이동 통신 단말기 시스템의 송신신호 측에서 전력 증폭기의 전압을 전달하는 트랜스포머 및 고조파 제거를 위한 저역통과필터를 하나의 기판에 집적함으로써 사이즈가 최소화된 집적형 수동 소자에 관한 것이다.
최근 이동 통신 시스템의 발전에 따라 이동 통신 단말기, PDA 등의 이동 통신 기기가 급속히 보급되고 있다.
이러한 이동 통신 기기 중, 특히, GSM(Global Systems for Mobile communication) 단말기 시스템은 사용되는 주파수가 800MHz에서 1GHz 또는 1.5GHz에서 2.0GHz 대로 다방면에 걸쳐 서로 다른 주파수 대역의 신호를 송수신하기 위한 시스템으로 제공되고 있다.
이러한 이동통신 단말기 시스템과 관련된 기술로서, 모든 논리 회로와 고주파 RF 아날로그 회로를 한 개의 칩 내에 저가로 구현할 수 있는 상보성 금속 산화막 반도체(이하, CMOS) 기술이 주목을 받고 있다.
이동통신 기기의 송신신호 단에는 안테나를 통해서 송신신호의 전력을 증폭하기 위한 전력증폭기가 사용되는데, 이러한 전력증폭기 모듈을 CMOS 기술에 의해 집적화하는 것은 기술적으로 해결해야할 사항이 많다. 즉, CMOS 기술을 이용한 전력증폭기의 집적화에 있어서는, CMOS의 낮은 드레인-게이트, 드레인-소스, 드레인 기판 항복 전압, 기판의 낮은 저항률 등으로 인한 전력 효율 감소 문제가 있다.
그러나, 최근 위와 같은 CMOS의 단점을 해결한 차등 푸쉬 풀 구조 등을 이용한 전력증폭기가 등장하고 있으며, 이에 따라, 이러한 전력증폭기에 보다 적합하며 집적도가 향상된 트랜스포머가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 이동 통신 단말기 시스템의 송신신호 측에서 전력 증폭기의 전압을 전달하는 트랜스포머 및 고조파 제거를 위한 저역통과필터를 하나의 기판에 집적함으로써 사이즈가 최소화된 집적형 수동 소자를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시 형태는,
기판과, 상기 기판 상의 일 영역에 형성되며, 외부신호 입력 단자를 갖는 복수의 1차 권선과, 하나의 출력 단자와 접지 단자 사이에 서로 직렬로 연결된 복수의 2차 권선을 구비하는 트랜스포머 및 상기 기판 상의 타 영역에 형성되며, 상기 트랜스포머의 출력 단자로부터의 신호 중 원하는 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시키는 저역통과필터를 포함하는 집적형 수동 소자를 제공한다.
추가적으로, 상기 복수의 1차 권선 각각에 형성된 외부전원단자를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 복수의 2차 권선 각각의 턴 수는 3회인 것이 바람직하다.
또한, 상기 1차 권선은 2개일 수 있다.
나아가, 상기 1차 권선의 개수와 상기 2차 권선의 개수는 서로 동일한 것이 바람직하다.
한편, 상기 트랜스포머의 출력 단자와 접지 단자 사이에 연결된 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 트랜스포머는 상기 1차 권선의 양 단자에 연결된 캐패시터를 더 포함하여 출력을 최대화할 수 있다.
IPD 방식으로 상기 트랜스포머와 저역통과필터를 하나의 기판에 배치하기 위하여 상기 기판은 글라스 기판인 것이 바람직하다.
한편, 상기 저역통과필터는 상기 기판 상에 형성된 인덕터용 도체패턴 및 상기 인덕터용 도체패턴과 병렬 접속되는 캐패시터 전극용 도체패턴을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이동 통신 단말기 시스템의 송신신호 측에서 전력 증폭기의 전압을 전달하는 트랜스포머 및 고조파 제거를 위한 저역통과필터를 하나의 기판에 집적함으로써 사이즈가 최소화된 집적형 수동 소자를 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 집적형 수동 소자를 나타내는 상면도 이며, 도 2는 도 1의 상면도를 상세하게 도시한 것이다.
본 실시 형태에서, 상기 집적형 수동 소자(10)는 이동통신 단말기 시스템의 송신 신호를 증폭하는 전력증폭기와 연결되어 증폭된 신호의 전달 및 고조파 제거 기능을 수행할 수 있으며, 구조적으로, 기판(11) 상에 배치된 트랜스포머(12) 및 저역통과필터(13)를 갖추어 구성된다.
상기 트랜스포머(12)는 상기 송신 신호를 증폭하는 전력 증폭기에 연결되어 증폭된 신호를 전달하는 기능을 하며, 나아가, 후술할 바와 같이 복수의 전력 증폭기에서 증폭된 신호를 모아 하나의 증폭된 신호로 전달할 수 있다.
상기 저역통과필터(13)는 상기 트랜스포머(12)의 출력 단자에 연결되어 상기 증폭된 송신 신호의 고조파를 제거하는 기능을 수행하며, 후술할 바와 같이, 캐패시터와 인덕터의 적절한 조합으로 구성될 수 있다.
본 실시 형태의 경우, 상기 집적형 수동 소자(10)는 기판(11) 상에 트랜스포머(12) 및 저역통과필터(13)가 IPD(Integrated Passive Device) 형태로 구현됨을 특징으로 한다.
IPD 방식은 실리콘 등으로 이루어진 기판 내에 CMOS 공정이나 GaAs 공정 등을 통하여 2차원 또는 3차원으로 수동 소자들을 집적하는 기술을 말한다. 이러한 IPD 방식은 반도체 IC 공정을 이용하여 개별 수동소자를 집적시킨 형태로서 실장 면적을 감소시킬 수 있으며, 부품 간의 편차가 거의 없다는 장점이 있다.
이를 위해, 상기 기판(11)은 고주파용 기판으로서 고주파 특성이 우수한 글래스(glass) 기판, GaAs 기판, 고저항 실리콘 기판(HRS) 등이 사용될 수 있으며, IPD형 트랜스포머(12) 및 저역통과필터(13)는 상기 기판(11) 상에 통상의 반도체 공정을 응용한 고주파용 기판공정처리를 통해 제조될 수 있다. 본 실시 형태에서는 IPD 용 기판으로, 910mm×1470㎜ 크기의 글래스 기판을 사용하였다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여 상기 집적형 수동 소자(10)에 포함된 트랜스포머(12)와 저역통과필터(13)의 구조를 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 트랜스포머에 대한 등가 회로도이며, 도 4는 도 2에 도시된 저역통과필터에 대한 등가 회로도이다.
우선, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에서는 상기 트랜스포머(12)의 구조를 1차 권선 및 2차 권선의 개수가 각각 2개(pair)이며, 각 권선의 턴(turn) 수는 3회가 되도록 하였다.
또한, 상기 2개의 2차 권선들은 출력 단자와 접지 단자 사이에서 서로 직렬로 연결되어 전압을 모으는 구조이다. 즉, 상기 트랜스포머(12)의 1차 권선 측의 입력 단자(도 2의 하단부)에 연결된 차등 신호 증폭기로부터의 신호는 2차 권선에 전달되며, 이에 따라, 2개의 차등 신호 증폭기에서 각각 증폭된 신호는 2차 권선에 의해 합해질 수 있다. 즉, 상기 트랜스포머(12)는 DAT(Ditributed active transformer) 구조를 갖는 것으로 이해될 수 있으며, 합해진 증폭 신호는 트랜스포머의(12) 상기 출력 단자와 접지 단자 사이의 전위차에 해당한다.
이 경우, 상기 2개의 차등 신호 증폭기는 각각 2개의 MOSFET 소자(M1, M2 및 M3, M4)를 구비하며, 필요에 따라 증폭기의 개수와 이에 따른 1차 권선의 개수는 변화될 수 있다.
특히, 상기와 같은 트랜스포머(12)의 구조는 CMOS 방식에 의한 전력증폭기와 연결되어 사용하는 경우 더욱 효용성이 크다. 이는 종래 기술에서 지적한 바와 같이 CMOS 방식의 전력증폭기는 전력 효율이 낮은 문제가 있어 본 실시 형태와 같이 복수의 증폭기를 사용하여 각각의 증폭 신호를 합하여 증폭 성능을 개선하는 것이 바람직하기 때문이다.
이와 같이, 상기 트랜스포머(12)는 2개의 차등 신호 증폭기로부터 각각 증폭 된 신호를 1차 권선으로부터 2차 권선으로 전달하는 한편, 2차 권선들이 직렬로 연결되어 2개의 증폭된 신호를 모을 수 있는 구조이다. 따라서, 상기 트랜스포머(12)와 상기 트랜스포머(12)와 결합 된 전력증폭기는 용이한 방법으로 신호를 증폭하여 송신 단자 측으로 전달할 수 있다.
또한, 상기 트랜스포머(12)는 상술한 바와 같이, 1차 권선 및 2차 권선의 개수가 각각 2개이며, 각 권선의 턴 수가 3회인 구조이다.
구체적으로 설명하면, 권선의 수를 2개(2 pair)로 함으로써 트랜스포머의 사이즈를 최소화할 수 있으며, 나아가 연결되는 전력 증폭기의 수를 줄일 수 있어 전체 이동통신 단말기 시스템의 사이즈 역시 줄일 수 있다. 이 경우, 본 실시 형태와 같이, 권선의 수를 줄이는 대신 2차 권선의 턴 수를 3회로 하여 전력 증폭 효과를 높일 수 있다.
다만, 본 발명은 본 실시 형태와 같은 구조에 제한되지 않으며, 상기 트랜스포머(12)의 상기 권선들의 개수 및 턴 수는 1차 권선의 입력 단자에 연결된 전력 증폭기의 수, 1차 및 2차 측의 권선 비, 기판 내의 배치 구조 등에 따라 적절히 조절될 수 있다.
한편, 본 실시 형태에 따른 트랜스포머(12)의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 권선 측에 포함된 증폭신호 입력 단자를 기준으로 대칭 구조를 이룬다. 이러한 대칭 구조는 입력 단자에 제공되는 밸런스 신호를 맞추며, 나아가, 제2 고조 파 성분의 제거에 기여할 수 있다.
추가적으로, 상기 트랜스포머(12)는 1차 권선에 형성된 외부전원단자(VDD)를 포함한다. 이처럼 1차 권선에 외부전원단자(VDD)를 형성하면 특히 CMOS 공정에 의한 전력 증폭기에 있어서 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, CMOS 공정의 경우, 점차 소형화되면서 라인의 폭이 매우 얇기 때문에, 외부전원단자를 전력 증폭기에 직접 연결하는 경우보다는 상대적으로 라인의 폭이 두꺼운 트랜스포머에 연결하는 것이 DC 저항을 줄이는데 용이하다.
본 실시 형태의 경우, 외부 신호, 특히, 전력증폭기로부터의 신호가 입력되는 1차 권선의 양 단자에는 캐패시터(C1, C2)가 연결되며, 이는 1차 권선 측에서 바라본 출력 저항이 최대가 될 수 있도록 하기 위함이다. 이러한 기능을 수행하기 위해 상기 캐패시터(C1, C2)의 용량 값은 적절히 선택될 수 있다.
또한, 2차 권선의 출력 단자, 즉, 상기 트랜스포머(12)의 출력 단자와 접지 단자에도 캐패시터(C3)가 연결될 수 있다. 상기 캐피시터(C3)는 상기 트랜스포머(12) 2차 권선 측의 출력 단자로 최대 출력을 전송할 수 있도록 적절한 용량을 갖는 것으로 선택될 수 있다.
다만, 상기 커패시터들(C1, C2, C3)은 집적형 수동 소자의 성능을 더욱 향상시키기 위해 제공되는 것으로 실시 형태에 따라서는 포함되지 않을 수도 있다.
이하, 도 2 및 도 4를 참조하여 상기 저역통과필터(12)를 설명한다.
상술한 바와 같이, 상기 저역통과필터(13)는 트랜스포머의 출력 단자로부터의 신호 중 원하는 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시킨다. 즉, 전력 증폭기에 의해 증폭된 신호에서 고조파 성분을 제거하는 기능을 수행할 수 있다.
우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 저역통과필터(13)는 기판(11)의 트랜스포머(12)에 인접하여 트랜스포머(12)의 2차 권선의 출력 단자에 연결된다.
이 경우, 상기 저역통과필터(13)는 상기 기판(11) 상에 형성된 인덕터용 도체패턴 및 상기 인덕터용 도체패턴과 병렬 접속되는 캐패시터 전극용 도체패턴(C4, C5, C6)을 포함하며, 이에 대한 등가 회로도는 도 4와 같다. 여기서, 도 4에서 IN 단자는 상기 트랜스포머(12)의 출력 단자와 연결되며, OUT 단자는 집적형 수동 소자(10)의 출력 단자(Pout)에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.
다만, 고조파 성분의 제거를 위한 저역통과필터의 구조는 본 실시 형태와 달리 일반적으로 채용될 수 있는 다른 필터 구조도 가능함은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 집적형 수동 소자에 대한 등가 회로도로서 전력 증폭기와 연결된 것을 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 집적형 수동 소자는 트랜스포머(12)와 저역통과필터(13)를 포함하는 구조로서 상기 트랜스포머(12)를 구성하 는 2개의 1차 권선의 양 단자에는 2개의 MOSFET 소자(각각 M1, M2 및 M3, M4)로 구성되는 차등 신호 증폭기가 연결된 것을 볼 수 있다.
따라서, 상기 집적형 수동 소자의 출력 단자(Pout)에는 전력증폭기로부터 증폭된 신호 중 고조파가 제거된 신호가 전달될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 집적형 수동 소자를 나타내는 상면도 이며, 도 2는 도 1의 상면도를 상세하게 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 트랜스포머에 대한 등가 회로도이며, 도 4는 도 2에 도시된 저역통과필터에 대한 등가 회로도이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 집적형 수동 소자에 대한 등가 회로도로서 전력 증폭기와 연결된 것을 나타낸 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11: 기판 12: 트랜스포머
13: 저역통과필터
Claims (9)
- 기판;상기 기판 상의 일 영역에 IPD (Integrated Passive Device) 형태로 구현되며, 외부신호 입력 단자를 갖는 복수의 1차 권선과, 하나의 출력 단자와 접지 단자 사이에 서로 직렬로 연결된 복수의 2차 권선을 구비하는 트랜스포머; 및상기 기판 상의 타 영역에 IPD 형태로 구현되며, 상기 트랜스포머의 출력 단자로부터의 신호 중 원하는 주파수 대역의 신호를 선택적으로 통과시키는 저역통과필터;를 포함하는 집적형 수동 소자.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 1차 권선 각각에 형성된 외부전원단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 수동 소자.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 2차 권선 각각의 턴 수는 3회인 것을 특징으로 하는 집적형 수동 소자.
- 제1항에 있어서,상기 1차 권선은 2개인 것을 특징으로 하는 집적형 수동 소자.
- 제1항에 있어서,상기 1차 권선의 개수와 상기 2차 권선의 개수는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 집적형 수동 소자.
- 제1항에 있어서,상기 트랜스포머의 출력 단자와 접지 단자 사이에 연결된 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 수동 소자.
- 제1항에 있어서,상기 트랜스포머는 상기 1차 권선의 양 단자에 연결된 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 수동 소자.
- 제1항에 있어서,상기 기판은 글라스 기판인 것을 특징으로 하는 집적형 수동 소자.
- 제1항에 있어서,상기 저역통과필터는 상기 기판 상에 형성된 인덕터용 도체패턴 및 상기 인덕터용 도체패턴과 병렬 접속되는 캐패시터 전극용 도체패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적형 수동 소자.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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