KR101062151B1 - 듀얼 밴드 무선 ｌａｎ용 프론트 엔드 모듈 장치 - Google Patents

듀얼 밴드 무선 ｌａｎ용 프론트 엔드 모듈 장치 Download PDF

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Abstract

듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈은 듀얼 PAM(Dual Power Amplifier Module) IC, 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터들(Rx BPFs), 저역 및 고역 발신용 저역 통과 필터(Tx LPFs), 수신 다이플렉서, 발신 다이플렉서, 매칭단, 및 스위치 IC를 포함하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈에 있어서, 상기 매칭단, 상기 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터들, 및 상기 저역 발신용 저역 통과 필터를 일 측에 내장하는 하부 LTCC 기판; 상기 하부 LTCC 기판 상부에 형성되며, 상기 고역 발신용 저역 통과 필터, 상기 수신 다이플렉서, 및 상기 발신 다이플렉서를 내장하는 상부 LTCC 기판; 및 상기 상부 LTCC 기판 상에 각각 장착되는 상기 듀얼 PAM IC 및 상기 스위치 IC를 포함한다.
듀얼, 무선 LAN, 프론트 엔드 모듈

Description

듀얼 밴드 무선 ＬＡＮ용 프론트 엔드 모듈 장치{RF Front-End Module Device For Dual Band Wireless LAN}
본 발명은 듀얼 밴드 무선 ＬＡＮ용 프론트 엔드 모듈에 관한 것으로 특히, 2.4 GHz와 5 GHz의 ISM 대역에서 사용되는 IEEE 802.11 a/b/g용 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈(또는 모듈 장치라고 함)에 대한 것이다
도 6는 통상의 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈(100)의 회로 구성을 도시한 회로도이다. 도 7은 도 6에 도시된 종래의 LTCC를 사용한 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈의 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈(100)은 도 6에 도시한 바와 같이, PAM IC(103), 수신용 대역 통과 필터(104), 발신용 저역 통과 필터(101), PAM 매칭 단(102), 및 스위치 IC(105)를 포함한다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, PCB 기판 내부에는 PAM IC(103)의 특성을 최적화하기 위한 PAM 매칭 단(102)과 전송용 저역 통과 필터(101)를 내장한다. 그리고 모듈의 사이즈의 최소화를 하기 위해 PAM IC(103), 스위치 IC(105), 및 수신용 대역 통과 필터(104)를 PCB 기판에 내장하는 방법이 사용되었다. PAM IC(103)과 스위치 IC(105)는 PCB에 내장됨으로써, 상기 모듈은 그 높이에 있어서 장점을 갖는다. 또한, 무선 LAN에 사용되는 프론트 엔드 모듈을 하나의 부품으로 개발함으로써 특성 및 가격에서도 장점을 가진다.
종래의 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈(100)은 도 7에 도시된 바와 같이, 특정 요소의 부품들이 임베딩된 구조를 갖으며, 저역 통과 필터(101), PAM 매칭 단(102), 및 대역 통과 필터(104)를 기판에 임베딩하기 위해 LTCC(Low Temperature Ceramic Co-fired) 기술을 주로 사용하였다. 그리고 상기 종래의 프론트 엔드 모듈(100)은 스위치 IC(105)와 PAM IC(103)를 LTCC 기판 상에 솔더링으로 장착하였다.
그러나 이러한 종래의 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈(100)은 하나의 기판 위에 구성하는 방식을 택하였다. 이에 따라 각각의 매칭이나 전체 부피가 커지는 단점이 있다. PAM IC(103)의 경우, 매칭단의 값에 따라 특성이 매우 다르게 나오게 되어 있으므로 이를 튜닝하고 최적의 성능을 만들어 내는데에 많은 시간이 소요되었다. 또한, 이와 같이 제조된 프론트 엔드 모듈들은 단일의 대역에서만 동작 가능하게 되어 있어, 다른 주파수 대역에서도 동작시키기 위해서는 해당 대역을 위한 모듈을 별도로 장착해야 했다.
따라서, 듀얼 밴드로 작동하고, 듀얼 밴드에서 작동하는데에 필요한 모든 부품을 하나의 부품으로 구성하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 LTCC 모듈이 필요하다.
이에, 본 발명은 상술한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 듀얼 밴드로 작동하고, 듀얼 밴드에서 작동하는데에 필요한 모든 부품을 하나의 부품으로 구성하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 LTCC 모듈을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 상기 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈은 듀얼 PAM(Dual Power Amplifier Module) IC, 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터들(Rx BPFs), 저역 및 고역 발신용 저역 통과 필터(Tx LPFs), 수신 다이플렉서, 발신 다이플렉서, 매칭단, 및 스위치 IC를 포함하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈에 있어서, 상기 매칭단, 상기 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터들, 및 상기 저역 발신용 저역 통과 필터를 일 측에 내장하는 하부 LTCC 기판; 상기 하부 LTCC 기판 상부에 형성되며, 상기 고역 발신용 저역 통과 필터, 상기 수신 다이플렉서, 및 상기 발신 다이플렉서를 내장하는 상부 LTCC 기판; 및 상기 상부 LTCC 기판 상에 각각 장착되는 상기 듀얼 PAM IC 및 상기 스위치 IC를 포함한다.
바람직하게는, 상기 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈은 상기 하부 LTCC 기판 하부 표면에 형성되는 제 1 접지 층, 상기 하부 LTCC 기판 및 상기 상부 LTCC 기판 사이에 형성되는 제 2 접지 층, 및 상기 상부 LTCC 기판 상에 형성되는 제 3 접지 층을 더 포함한다.
또한, 상기 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈은 상기 스위치 IC 및 상기 PAM IC 사이의 DC 블록킹용 커패시터, 및 상기 PAM IC에 안정적인 전원 공급을 위한 인덕터 및 커패시터를 더 포함하며, 상기 DC 블록킹용 커패시터, 및 상기 전원 공급을 위한 인덕터 및 커패시터를 상기 상부 LTCC 기판의 상부에 장착된다.
또한, 상기 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈에는 하나 이상의 회로 결선용 비아 홀이 형성되며, 상기 하나 이상의 회로 결선용 비아 홀을 통해 회로 결선이 구현된다.
실시 예에 따라서는, 상기 매칭단은 전송 선로를 이용하여 구현하며, 상기 전송 선로는 스트립 라인(Strip-line) 구조를 갖는다.
본 발명에 의하면, 두 개의 전송용 저역 통과 필터들, 두 개의 매칭 회로들을 갖는 매칭단, 전송 다이플렉서, 두 개의 수신용 대역 통과 필터들, 및 수신 다이플렉서 모두를 모듈 내부에 내장함으로써, 모듈의 사이즈를 최소화하였으며, 듀얼 PAM IC 및 스위치 IC는 기판 상에 SMT함으로써 무선 LAN에 사용되는 전체 대역에서 사용가능한 프론트 엔드 모듈을 하나의 부품과 같이 개발함으로써 모듈의 특성이 우수하며, 제조단가가 저렴한 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모 듈의 회로 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에서 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈은 2.4 GHz와 5 GHz의 ISM(Industrial, Scientific, Medical) 대역에서 사용되는 IEEE 802.11 a/b/g를 위한 모듈이다. 상기 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈은 듀얼 PAM(Dual Power Amplifier Module) IC(207), 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터들(209, 210), 저역 및 고역 발신용 저역 통과 필터(201, 204), 수신 다이플렉서(208), 발신 다이플렉서(203), 매칭단(211), 및 스위치 IC(206)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈은 상술한 부품들을 내장 또는 실장하기 위해 하부 LTCC 기판(301) 및 상부 LTCC 기판(303)으로 구성된다. 상기 하부 LTCC 기판(301)에는 상기 매칭단(211), 상기 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터들(209, 210), 및 상기 저역 발신용 저역 통과 필터(201)가 내장된다. 상기 저역 발신용 저역 통과 필터(201)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 매칭단(211)과 대각선 상에 위치한다.
상기 하부 LTCC 기판(301)의 상부에는 상기 상부 LTCC 기판(303)이 적층된다. 상기 상부 LTCC(303)는 상기 고역 발신용 저역 통과 필터(204), 상기 수신 다이플렉서(208), 및 상기 발신 다이플렉서(203)를 내장한다.
상기 상부 LTCC 기판(301) 상에는 상기 듀얼 PAM IC(207) 및 상기 스위치 IC(206)가 실장된다.
바람직하게는, 상기 하부 LTCC 기판(301) 하부 표면에 적층되는 제 1 접지 층(305)을 포함한다. 또한, 상기 하부 LTCC 기판(301) 및 상기 상부 LTCC 기판(303) 사이에는 제 2 접지 층(307)이 형성된다. 즉, 상기 하부 LTCC 기판(301) 상에 상기 제 2 접지 층(307)이 적층되고, 상기 제 2 접지 층(307) 상에 상기 상부 LTCC 기판(303)이 적층된다. 그리고, 상기 상부 LTCC 기판(303) 상에는 제 3 접지 층(309)이 적층되며, 상기 제 3 접지 층(309) 상에 상기 듀얼 PAM IC(207) 및 상기 스위치 IC(206)이 실장된다.
도 1 및 도 2에는 도시되어 있지는 않지만, 기타 수동 소자들(도시하지 않음)이 상기 제 3 접지 층(309) 상에 추가로 실장될 수 있음을 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 상기 스위치 IC(206) 및 상기 PAM IC(207) 사이에 DC 블록킹용 커패시터(도시하지 않음), 및 상기 PAM IC(207)에 안정적인 전원 공급을 위한 인덕터(도시하지 않음 및 커패시터(도시하지 않음)를 상기 제 3 접지 층(309) 상에 실장할 수 있다.
또한, 상기 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈에는 하나 이상의 회로 결선용 비아 홀(도시하지 않음)이 형성되어, 상기 하나 이상의 회로 결선용 비아 홀을 통해 회로 결선을 구현할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 매칭단(211)의 고대역 매칭 회로(205)는 본 발명에 따라 전송 선로를 이용하여 구현할 수 있다. 도 3에는 본 발명의 실시 예에 따른 고 대역 매칭 회로(205)의 등가 회로가 도시되어 있다. 도 4는 도 3에 도시된 고대역 매칭 회로(205)의 3차원 구조를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고대역 매칭 회로(205)는 스트립 라인(401) 구조로 실현할 수 있다. 또한, 비아 홀(403)로 연결된 상하부에 접지(402, 404)를 갖는 구조를 사용함으로써, 고대역 매칭 회로(205)의 블록을 편리한 위치에 배치가 가능하다. 일반적으로, 상기 고대역 매칭 회로(205)에서 필요한 임피던스(Z)가 Z=(16.7+6.4j)이다. 이러한 경우, 상기 전송 선로(401)의 임피던스는 27.05Ω이며, 전기적 길이는 82.8가 되도록 설계하면, 도 5에 도시된 바와 같은 궤적으로 원하는 주파수인 5GHz에서 필요로 하는 임피던스를 갖도록 할 수 있다.
실시 예에 따라서는, 상기 스위치 IC(206)으로서 SPDT 또는 DPDT을 사용할 수 있다. 또한, PAM IC(207)가 일반적으로 매칭 회로를 필요로 하고 있으나, 경우에 따라 PAM IC가 매칭 회로를 포함하는 경우도 있으며, 이러한 경우, 상기 매칭단(211)을 제외하고 구성할 수도 있음을 당업자라면 이해할 것이다. 또한, 상술한 DC 블록킹 커패시터의 경우, 외부 부품을 사용하지 않고 모듈 내부에 구현할 수도 있다.
본 실시 예에서는, 상기 매칭단(211)의 3차원 구조에서 전송 선로를 스트립 라인을 이용하는 예로서 설명하였지만, 스트립 라인뿐만 아니라, 평면(coplanar) 형태나 마이크로스트립 라인(microstrip line)의 형태로도 구현이 가능하다.
본 발명은 기존의 발명에 비하여 PAM IC와 스위치 IC를 상용으로 많이 사용 되는 PCB에 임베딩 하였다. 그리고, 저역 통과 필터와 매칭 회로를 PCB에서 구현함 으로써 모듈의 소형화를 가능케 하였다. 특히 IC들과 수신용 대역통과 필터(Rx BPF)를 임베딩함으로써, 일반 PCB의 두께로 모듈을 제작할 수 있다. 또한 본 발명의 모듈은 무선 LAN의 프론트-엔드 모듈로써 필요한 요소들을 모두 포함한다. 그 결과로 모듈을 슬림화하는 것이 가능하다는 뛰어난 장점과 무선 LAN 모듈의 요구 사항을 모두 지니고 있다. 기존 제품은 하나의 주파수 대역에서 사용이 가능하였나, 본 발명은 무선 LAN과 관련된 모든 기술에서 사용이 가능하다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈의 회로 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 매칭단의 고대역용 매칭 회로의 일 예를 개략적으로 도시한 등가 회로도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 매칭단의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 나타낸 전송 선로의 입력 임피던스 궤적을 나타낸 도면이다.
도 6은 통상의 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈의 회로 구성을 도시한 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시된 모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
201, 204: 저역 및 고역 발신용 저역 통과 필터
203: 발신 다이플렉서 206: 스위치 IC
207: 듀얼 PAM IC 208: 수신 다이플렉서
209, 210: 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터
211: 매칭단

Claims (9)

  1. 듀얼 PAM(Dual Power Amplifier Module) IC, 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터들(Rx BPFs), 저역 및 고역 발신용 저역 통과 필터(Tx LPFs), 수신 다이플렉서, 발신 다이플렉서, 매칭단, 및 스위치 IC를 포함하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치에 있어서,
    상기 매칭단, 상기 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터들, 및 상기 저역 발신용 저역 통과 필터를 일 측에 내장하는 하부 LTCC 기판;
    상기 하부 LTCC 기판 상부에 형성되며, 상기 고역 발신용 저역 통과 필터, 상기 수신 다이플렉서, 및 상기 발신 다이플렉서를 내장하는 상부 LTCC 기판; 및
    상기 상부 LTCC 기판 상에 각각 장착되는 상기 듀얼 PAM IC 및 상기 스위치 IC를 포함하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 LTCC 기판 하부 표면에 형성되는 제 1 접지 층을 더 포함하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하부 LTCC 기판 및 상기 상부 LTCC 기판 사이에 형성되는 제 2 접지 층을 더 포함하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 상부 LTCC 기판 상에 형성되는 제 3 접지 층을 더 포함하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스위치 IC 및 상기 PAM IC 사이의 DC 블록킹용 커패시터, 및 상기 PAM IC에 안정적인 전원 공급을 위한 인덕터 및 커패시터를 더 포함하며, 상기 DC 블록킹용 커패시터, 및 상기 전원 공급을 위한 인덕터 및 커패시터를 상기 상부 LTCC 기판의 상부에 장착되는 것을 특징으로 하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 매칭단은 전송 선로를 이용하는 구현하는 것을 특징으로 하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치.
  7. 듀얼 PAM(Dual Power Amplifier Module) IC, 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터들(Rx BPFs), 저역 및 고역 발신용 저역 통과 필터(Tx LPFs), 수신 다이플렉서, 발신 다이플렉서, 매칭단, 및 스위치 IC를 포함하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치에 있어서,
    상기 매칭단, 상기 저역 및 고역 수신용 대역 통과 필터들, 및 상기 저역 발신용 저역 통과 필터를 일 측에 내장하는 하부 LTCC 기판;
    상기 하부 LTCC 기판 하부 표면에 형성되는 제 1 접지 층;
    상기 하부 LTCC 기판 상부 표면에 형성되는 제 2 접지 층;
    상기 제 2 접지 층 상에 형성되며, 상기 고역 발신용 저역 통과 필터, 상기 수신 다이플렉서, 및 상기 발신 다이플렉서를 내장하는 상부 LTCC 기판;
    상기 상부 LTCC 기판 상에 형성되는 제 3 접지 층; 및
    상기 제 3 접지 층 상부에 각각 장착되는 상기 듀얼 PAM IC 및 상기 스위치 IC를 포함하며,
    상기 제 1 내지 제 3 접지 층을 상호 비아 홀을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 스위치 IC 및 상기 PAM IC 사이의 DC 블록킹용 커패시터, 및 상기 PAM IC에 안정적인 전원 공급을 위한 인덕터 및 커패시터를 더 포함하며, 상기 DC 블록킹용 커패시터, 및 상기 전원 공급을 위한 인덕터 및 커패시터를 상기 상부 LTCC 기판의 상부에 장착되는 것을 특징으로 하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈에는 하나 이상의 회로 결선용 비아 홀이 형성되어, 상기 하나 이상의 회로 결선용 비아 홀을 통해 회로 결선이 구현되는 것을 특징으로 하는 듀얼 밴드 무선 LAN용 프론트 엔드 모듈 장치.
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US20080111226A1 (en) 2006-11-15 2008-05-15 White George E Integration using package stacking with multi-layer organic substrates

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