KR101004943B1

KR101004943B1 - 무선통신용 송신 모듈

Info

Publication number: KR101004943B1
Application number: KR1020080100772A
Authority: KR
Inventors: 김기중; 이이; 배효근; 김상희; 남중진; 김윤석
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2010-12-28
Also published as: CN101730209A; DE102009020237A1; US20100093292A1; US8145160B2; KR20100041536A

Abstract

서로 다른 주파수의 송신신호가 각각 입력되는 복수의 송신신호 입력 단자;상기 복수의 송신신호 입력 단자에 각각 연결된 입력을 갖는 복수의 전력증폭부;

상기 복수의 전력증폭부 각각의 출력에 연결된 입력을 갖는 트랜스포머로 구현된 복수의 매칭회로부; 상기 복수의 매칭회로부 각각의 출력에 연결된 입력을 갖는 복수의 하모닉필터부; 상기 복수의 하모닉필터부 각각의 출력에 연결된 두 개의 입력을 가지며, 상기 두개의 입력 중 하나를 출력으로 선택하는 스위치부; 상기 전력증폭부의 이득을 제어하고, 상기 스위치부의 출력 선택을 제어하는 이득/스위칭 제어부; 및 상기 스위치의 출력에 연결된 송신신호 출력 단자를 포함하는 무선통신용 송신 모듈이 개시된다.

송신, 무선, RF, 모듈, 트랜스포머, 권선, 매칭, 하모닉, 전력증폭

Description

무선통신용 송신 모듈{Tx MODULE FOR WIRELESS COMMUNICATION}

본 발명은 무선통신 장치 등에 사용되는 신호 송신용 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 주파수 대역의 송신신호를 각각 증폭하는 복수의 전력증폭기를 포함하고, 상기 복수의 전력증폭기와의 매칭을 위해 트랜스포머 구조의 매칭회로를 구비한 무선통신용 송신 모듈에 관한 것이다.

최근, 이동통신 단말기의 교환없이 하나의 단말기를 사용하여 다양한 주파수대역을 사용하는 무선통신 서비스를 제공받을 수 있는 복합형 단말기가 개발되고 있다. 예를 들면, 상기 복합형 단말기를 사용하는 경우, 하나의 단말기를 이용하여 GSM, E-GSM, DCS1800, PCS1900 등과 같은 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 무선통신 서비스를 이용할 수 있다.

이러한 복합형 이동통신 단말기의 신호 송신측 하드웨어를 살펴보면, 기저대역 신호를 고주파 무선 신호(RF 신호)로 변환한 후, 이 RF 신호를 증폭하여 안테나로 제공하기 위한 무선통신용 송신 모듈(Tx module)이 사용되고 있다. 특히, 복합형 이동통신 단말기는 복수 대역의 주파수를 사용하므로, 상기 송신 모듈은 하나의 송신 모듈을 이용하여 전술한 다양한 주파수 대역의 신호를 처리할 수 있는 스펙이 요구되고 있다.

종래의 송신 모듈은 송신 모듈 내에 사용되는 매칭회로 등을 모두 럼프 소자를 이용하여 제조되므로 소요되는 면적이 큰 문제점이 있었다. 특히, 하나의 주파수 대역의 신호를 증폭하기 위해 복수의 전력 증폭기를 채용한 회로를 구현하기 위해서는 더욱 많은 수의 럼프 소자가 사용되어야 하므로, 종래의 송신 모듈은 소형화 및 경량화가 불가능한 문제점이 존재하였다.

본 발명은 복수의 전력증폭기와의 매칭을 위한 매칭회로로서 트랜스포머를 채용함으로써 복수의 전력증폭기를 사용하더라도 사이즈의 증가를 최소화할 수 있는 무선통신용 송신 모듈을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

서로 다른 주파수의 송신신호가 각각 입력되는 복수의 송신신호 입력 단자;

상기 복수의 송신신호 입력 단자에 각각 연결된 입력을 갖는 복수의 전력증폭부;

상기 복수의 전력증폭부 각각의 출력에 연결된 입력을 갖는 트랜스포머로 구현된 보수의 매칭회로부;

상기 복수의 매칭회로부 각각의 출력에 연결된 입력을 갖는 복수의 하모닉필터부;

상기 복수의 하모닉필터부 각각의 출력에 연결된 두 개의 입력을 가지며, 상기 두개의 입력 중 하나를 출력으로 선택하는 스위치부;

상기 전력증폭부의 이득을 제어하고, 상기 스위치부의 출력 선택을 제어하는 이득/스위칭 제어부; 및

상기 스위치부의 출력에 연결된 송신신호 출력 단자

를 포함하는 무선통신용 송신 모듈을 제공한다.

본 발명의 일실시형태에서, 상기 복수의 전력증폭부 각각은, 자신이 연결된 송신신호 입력 단자로 입력되는 송신신호를 증폭하는 복수의 전력증폭기를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 매칭회로부는, 상기 복수의 전력증폭기 중 적어도 하나의 출력에 연결된 복수의 1차 코일 및 상기 복수의 1차 코일에 공통으로 유도결합되는 2차 코일을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 복수의 전력증폭부 각각은, 자신이 연결된 송신신호 입력 단자로 입력되는 송신신호를 밸런스 신호로 변환하는 발룬 및 상기 발룬의 출력단에 병렬로 연결되어 상기 발룬에서 출력되는 밸런스 신호를 증폭하는 복수의 밸런스 전력증폭기를 포함할 수 있다. 이 실시형태에서, 상기 매칭회로부는, 상기 복수의 밸런스 전력증폭기 각각의 두 출력에 양단이 연결된 복수의 1차 코일 및 상기 복수의 1차 코일에 공통으로 유도결합되는 2차 코일을 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 스위치부를 제어하기 위해 상기 송신 모듈의 외부로부터 제공되는 스위치 제어신호 및 상기 복수의 전력증폭부의 이득을 제어하기 위한 이득 제어신호를 각각 입력받는 스위치 제어신호 입력단자 및 이득 제어신호 입력단자를 더 포함하며, 상기 스위치 제어신호 입력단자 및 상기 이득 제어신호 입력단자는 상기 이득/스위칭 제어부의 입력과 연결될 수 있다.

바람직하게, 상기 복수의 전력증폭부는 CMOS 공정에 의해 제조되며, 상기 복수의 매칭회로부는 IPD 공정에 의해 제조될 수 있다.

본 발명에 따르면, 다수의 전력증폭기와의 매칭을 위한 매칭회로로서 트랜스포머 구조를 적용함으로써 송신모듈의 소형화 및 경량화를 달성할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 무선통신용 송신 모듈의 블록 구성도이 다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 따른 무선통신용 송신 모듈(10)은, 크게 입출력 단자들(IN1, IN2, OUT, BAND, GAIN)과, 전력증폭부(11a, 11b), 매칭회로부(12a, 12b)와, 하모닉필터부(13a, 13b)와 스위치부(15) 및 이득/스위치 제어부(14)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 입출력 단자들 중, 복수의 송신신호 입력 단자(IN1, IN2)는 서로 다른 대역을 이용한 무선통신에 사용되는 송신신호가 각각 입력되는 단자이다. 예를들어, 송신신호 입력 단자(IN1)은 PCS 서비스에 사용되는 1.8 GHz 대의 송신신호가 입력되는 단자이고, 송신신호 입력 단자(IN2)는 GSM 서비스에 사용되는 900 MHz 대의 송신신호가 입력될 수 있다. 도 1에 도시된 실시형태에서는, 두 개의 서로 다른 주파수 대역의 송신신호가 입력되는 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 이에 한정되지 않으며, 당업자는 본 발명의 범위 내에서 본 명세서에 설명되는 실시형태들을 변형하여 셋 이상의 송신신호 입력단이 형성된 변형예를 도출할 수 있을 것이다.

전력증폭부(11a, 11b)의 입력은 상기 송신신호 입력 단자(IN1, IN2)에 연결되어 된 입력을 갖는다. 상기 전력증폭부(11a, 11b)는 자신이 연결된 송신신호 입력 단자(IN1, IN2)로 입력되는 송신신호를 증폭하여 출력한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전력증폭부(11a, 11b) 각각은 복수의 전력증폭기(PA1-PA5)를 포함할 수 있다.

더욱 안정적인 신호처리를 위해 밸런스 신호를 사용하는 경우, 상기 전력증폭부(11a, 11b)는 언밸런스 신호인 송신신호를 밸런스 신호로 변환하는 발룬(balun)(111a, 112b)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 발룬(111a, 112b)이 적용된 실시형태에서, 상기 전력증폭기(PA1-PA5)는 밸런스 신호를 처리하기 위해 두 개의 입력을 갖는 밸런스 전력증폭기일 수 있다. 더하여, 복수의 전력증폭기가 사용되는 경우, 상기 복수의 전력증폭기(PA1-PA5)는, 상기 발룬(111a, 112b)의 출력단에 병렬로 연결되어 상기 발룬에서 출력되는 밸런스 신호를 증폭할 수 있다.

상기 전력증폭기(PA1-PA5)를 갖는 전력증폭부(11a, 11b)는 실리콘(Si) 재료를 기반으로 하는 CMOS 공정을 통해 제조될 수 있으며, 이후 설명될 이득/스위치 제어부(14)와 집적화될 수 있다.

상기 매칭회로부(12a, 12b)는 상기 복수의 전력증폭부 각각의 출력에 연결된 입력을 갖는 트랜스포머로 구현될 수 있다. 상기 매칭회로부(12a)를 구성하는 트랜스포머는, 상기 전력증폭기(PA1-PA3) 각각의 두 출력단에 양단이 연결된 복수의 1차 코일(121a-123a)과, 상기 1차 코일(121a-123a)에 공통으로 유도 결합되는 하나의 2차 코일(124a)을 포함할 수 있다. 각각의 1차 코일(121a-123a)으로부터 유도된 전류가 동일한 위상으로 2차 코일(124a)에서 더하여 진다. 각각의 1차 코일(121a-123a)으로부터 2차 코일(124a)으로 실질적으로 N2/N1의 비로 전압을 부스팅하기 위해, 복수의 1차 코일(121a-123a) 각각과 2차 코일(124a)의 권선비는 N2:N1로 결정될 수 있 N1<N2의 관계를 가질 수 있다. 예를 들어, N2가 2이고 N1이 1인 경우, 권 선비는 1/2이며, 하나의 2차 코일(124a)에서의 전압은 각각의 1차 코일(121a-123a)에서의 전압에 비해 2 배 부스팅 될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 복수의 1차 코일(121a-123a)과, 이에 유도결합된 2차 코일(124a)을 이용하여, 전력증폭기(PA1-PA3)와 트랜스포터의 2차 코일(124a)에 연결된 부하(도 1에서는 하모닉 필터부(13a)) 사이의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다.

마찬가지로, 매칭회로부(12b)의 트랜스포머는 상기 전력증폭기(PA4-PA5) 각각의 두 출력단에 양단이 연결된 복수의 1차 코일(121b, 122b)과, 상기 1차 코일(121b, 122b)에 공통으로 유도 결합되는 하나의 2차 코일(124b)을 포함할 수 있다. 상기 매칭회로부(12b)는 전술한 매칭회로부(12a)와 1차 코일의 개수만 차이가 있을 뿐 매우 유사한 구성을 가지므로 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2 및 도 3은 전술한 복수의 전력증폭기(PA1-PA5)와, 트랜스포머로 이루어진 매칭회로부(12a, 12b)를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 세 개의 1 회전 1차 코일(121a-123a)과 하나의 2 회전 2차 코일(124a)을 포함하는 트랜스포머의 레이아웃 구조를 도시한다. 세 개의 1 회전 1차 코일(121a-123a) 및 하나의 2 회전 2차 코일(124a)은, 세 개의 밸런스 전력증폭기(PA1-PA3)으로부터 밸런스 신호로 나타나는 전류를 결합하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 세 개의 1차 코일(121a-123a)의 여자(excitation) 에 의해 자기적으로 유도된 전류는 동일한 위상으로 2차 권선(912)에서 더하여 진다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 1차 코일(121a-123a)의 전류가 동일한 방향을 갖도록 하여 자기 소거(self-cancellation)가 발생하지 않도록 트랜스포머가 설계될 수 있다.

이와 유사하게, 도 3을 참조하면, 매칭회로부(12b)를 구성하는 트랜스포머 구조는 하나의 2차 코일(124b)과 연결된 두 개의 1차 코일(121b, 122b)을 포함할 수 있다. 전력 증폭기(PA4)는 밸런스입력(Vin 1+, Vin 1-)을 발룬으로부터 제공받을 수 있으며, 1차 코일(121b)으로 밸런스 출력을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 전력 증폭기(PA5)는 밸런스입력(Vin 2+, Vin 2-)을 발룬으로부터 제공받을 수 있으며, 1차 코일(122b)으로 밸런스 출력을 제공할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 각각의 1차 코일(121b, 122b)에 의해 유도되는 플럭스(flux) 또는 전류가 동일 위상으로 2차 코일(124b)에서 더하여 진다. 2 회전 2차 코일(124b)은 하모닉필터부(13b)에 연결될 수 있다. 한편 상기 1차 코일(121b, 122b)에는 전원전압(Vdd1, Vdd2)이 제공되는 센터 탭 포트(center tap port)가 마련될 수 있다. 이 센터 탭 포트는 AC 가상접지(virtual ground) 상에 존재할 수 있다. 상기 센터 탭 포트를 통해 전력증폭기(PA4, PA5)의 전원전압(Vdd1, Vdd2)이 제공될 수 있다. 이 센터 탭 포트는 1차 코일(121b, 122b)의 중앙 또는 양단의 대칭점에 위치할 수 있다. 이 센터 탭 포트는 전술한 도 2에 도시된 1차 코일(121a-123a)에도 구비될 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 매칭회로부(12a, 12b)를 구성하는 트랜스 포머의 레이아웃은 1차 코일(121a-123a, 121b, 122b)를 평행하게 배치하고, 2차 코일(124a, 124b)은 하나의 1차 코일이 다른 하나의 1차 코일과 서로 이웃하지 않도록 1차 코일과 다른 1차 코일 사이에 배치될 수 있다.

상기와 같은 매칭회로부(12a, 12b)를 구성하는 트랜스포머의 레이아웃은 수동소자의 집적화 공정인 IPD(Integrated Passive Device) 공정을 통해 제조되는 것이 바람직하며, 이를 통해 럼프 소자를 사용하는데 비해 현저한 사이즈 감축이 가능해 진다.

상기 복수의 하모닉필터부(13a, 13b)는 상기 매칭회로부(12a, 12b)의 각 출력에 연결되어, 매칭회로부(12a, 12b)의 트랜스포머의 2차 코일(124a, 124b)로 유도된 전류를 입력받아 그에 포함된 하모닉 성분을 제거한다. 상기 하모닉필터부(13a, 13b)는 매칭회로부(12a, 12b)의 출력측에 다양한 구조로 연결된 인덕터와 캐패시터를 포함할 수 있다. 전술한 매칭회로부(12a, 12b)와 마찬가지로, 하모닉필터부(13a, 13b)를 구성하는 인덕터와 캐패시터 역시 IPD 공정을 통해 제조될 수 있으며, 상호연결된 매칭회로부(12a, 12b)와 하모닉필터부(13a, 13b)는 하나의 기판 상에 함께 제조될 수 있다.

상기 스위치부(15)는 상기 복수의 하모닉필터부 각각의 출력에 연결된 두 개의 입력을 가지며, 상기 두개의 입력 중 하나를 출력으로 선택하여 출력단자(OUT)로 출력되게 한다. 상기 스위치부(15)는 고주파 대역에서 고속 동작이 가능한 RF 스위치를 이용하여 구현될 수 있다. 상기 스위치부(15)는 이득/스위치 제어부(14)에 의해 그 연결 경로가 제어될 수 있다.

상기 이득/스위치 제어부(14)는, 상기 송신 모듈의 외부로부터 제공되는 상기 스위치부(15)를 제어하기 위한 스위치 제어신호를 입력받는 스위치 제어신호 입력단자(BAND) 및 상기 복수의 전력증폭기의 이득을 제어하기 위한 이득 제어신호를 입력받는 이득 제어신호 입력단자(GAIN)에 연결되어 이득 제어신호 및 스위치 제어신호를 입력받아 이에 따라 전력증폭부(11a, 11b) 내의 전력증폭기(PA1-PA5)의 이득을 제어하고, 스위치부(15)의 연결경로를 제어할 수 있다.

상기 전력증폭기(PA1-PA5) 이득 제어를 위해, 상기 이득/스위치 제어부(14)는 LDO(Low DropOut regulator)로 알려진 회로를 포함할 수 있다. 상기 이득/스위치 제어부(14)는 이 LDO 회로를 이용하여, 이득 제어신호 입력단자(GAIN)를 통해 외부로부터 인가되는 이득제어신호와 전력증폭기로 제공되는 전압을 비교하는 과정을 통해 전력증폭기의 이득을 제어한다. 상기 LDO는 MOSFET, 연산증폭기 등을 이용하여 구현할 수 있다.

또한, 상기 스위치부(15)의 동작을 제어하기 위해, 상기 이득/스위치 제어부(14)는 스위치 제어신호 입력단자(BAND)로부터 입력되는 스위치 제어신호를 상기 스위치를 동작시킬 수 있는 신호로 디코딩하는 디코더로 구현될 수 있다.

상기 LDO 및 디코더는 CMOS 공정을 이용하여 구현될 수 있으며, 전술한 바와 같이 CMOS 공정을 이용하여 구현되는 전력증폭부(11a, 11b)와 하나의 공정을 통해 집적화되어 제조될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다수의 전력증폭기와의 매칭을 위한 매칭회로로서 트랜스포머 구조를 적용함으로써, 다수의 전력증폭기를 적용함과 동시에 송신모듈의 소형화 및 경량화를 달성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 무선통신용 송신 모듈의 블록 구성도.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 복수의 전력증폭기 및 트랜스포머로 이루어진 매칭회로부를 도시한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 송신 모듈 11a, 11b: 전력 증폭부

111a, 111b: 발룬 PA1-PA5: 전력 증폭기

12a, 12b: 매칭회로부 121a-123a, 121b, 122b: 1차 코일

124a, 124b: 2차 코일 13a, 13b: 하모닉 필터부

14: 이득/스위치 제어부 15: 스위치부

IN1, IN2: 송신신호 입력 단자 OUT: 송신신호 출력 단자

BAND: 스위치 제어신호 입력 단자 GAIN: 이득 제어신호 입력 단자

Claims

서로 다른 주파수의 송신신호가 각각 입력되는 복수의 송신신호 입력 단자;

상기 복수의 송신신호 입력 단자에 각각 연결된 입력을 갖는 복수의 전력증폭부;

상기 복수의 전력증폭부 각각의 출력에 연결된 입력을 갖는 트랜스포머로 구현된 복수의 매칭회로부;

상기 복수의 매칭회로부 각각의 출력에 연결된 입력을 갖는 복수의 하모닉필터부;

상기 복수의 하모닉필터부 각각의 출력에 연결된 두 개의 입력을 가지며, 상기 두개의 입력 중 하나를 출력으로 선택하는 스위치부;

상기 전력증폭부의 이득을 제어하고, 상기 스위치부의 출력 선택을 제어하는 이득/스위칭 제어부; 및

상기 스위치부의 출력에 연결된 송신신호 출력 단자

를 포함하는 무선통신용 송신 모듈.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전력증폭부 각각은,

자신이 연결된 송신신호 입력 단자로 입력되는 송신신호를 증폭하는 복수의 전력증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신용 송신 모듈.
제2항에 있어서, 상기 매칭회로부는,

상기 복수의 전력증폭기 중 적어도 하나의 출력에 연결된 복수의 1차 코일; 및

상기 복수의 1차 코일에 공통으로 유도결합되는 2차 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신용 송신 모듈.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전력증폭부 각각은,

자신이 연결된 송신신호 입력 단자로 입력되는 송신신호를 밸런스 신호로 변환하는 발룬; 및

상기 발룬의 출력단에 병렬로 연결되어 상기 발룬에서 출력되는 밸런스 신호를 증폭하는 복수의 밸런스 전력증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신용 송신 모듈.
제4항에 있어서, 상기 매칭회로부는,

상기 복수의 밸런스 전력증폭기 각각의 두 출력에 양단이 연결된 복수의 1차 코일; 및

상기 복수의 1차 코일에 공통으로 유도결합되는 2차 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신용 송신 모듈.
제1항에 있어서,

상기 스위치부를 제어하기 위해 상기 송신 모듈의 외부로부터 제공되는 스위치 제어신호 및 상기 복수의 전력증폭부의 이득을 제어하기 위한 이득 제어신호를 각각 입력받는 스위치 제어신호 입력단자 및 이득 제어신호 입력단자를 더 포함하며, 상기 스위치 제어신호 입력단자 및 상기 이득 제어신호 입력단자는 상기 이득/스위칭 제어부의 입력과 연결된 것을 특징으로 하는 무선통신용 송신 모듈.
제1항에 있어서,

상기 복수의 전력증폭부는 CMOS 공정에 의해 제조되며,

상기 복수의 매칭회로부는 IPD 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 무선통신용 송신 모듈.