KR101101465B1 - Ｒｆ 스위치 컨트롤러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RF 스위치 스위칭 온/오프 제어시에 RF 스위치의 게이트 및 바디간의 전압차를 적게하는 적합한 전원을 제공하여 삽입 손실을 감소시키고 선형성을 증가시킨 RF 스위치 컨트롤러에 관한 것으로, 사전에 설정된 기준 신호을 제공하는 발진기와, 상기 발진기로부터의 상기 기준 신호를 사전에 설정된 구동 전원과 전압 레벨이 반전된 부구동 전원으로 변환하는 부전압 발생기와, 외부로부터의 제어 비트를 디코딩하는 디코더와, 상기 디코더로부터의 디코딩 신호에 따라 상기 부전압 발생기로부터의 구동 전원 및 부구동 전원의 전압 레벨을 쉬프트하여 RF 스위치의 스위칭 온 제어시 RF 스위치의 게이트에 상기 구동 전원을 공급하고 상기 RF 스위치의 바디에 제로 전압 레벨의 전원을 공급하며, 스위칭 오프 제어시 상기 RF 스위치의 게이트 및 바디에 상기 부구동 전원을 공급하는 레벨 쉬프터를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스위치 컨트롤러를 제공한다.

Description

ＲＦ 스위치 컨트롤러{RADIO FRQUENCY SWITCH CONTROLLER}

본 발명은 RF 스위치 컨트롤러에 관한 것으로 보다 상세하게는 RF 스위치의 스위칭 온 제어시에 RF 스위치의 게이트에 구동 전원을 공급하고, 바디에 0V 전원을 공급하며, RF 스위치의 스위칭 오프 제어시에 RF 스위치의 게이트 및 바디에 마이너스 레벨의 구동 전원을 제공하여 삽입 손실을 감소시키고 선형성을 증가시킨 RF 스위치 컨트롤러에 관한 것이다.

최근 들어, 사용의 용이성으로 인해 무선 통신 단말기가 널리 사용되고 있다. 이러한 무선 통신 단말기는 고주파 신호의 전달 경로를 변경하기 위해 RF 스위치 회로가 채용할 수 있다.

상기 RF 스위치 회로는 신호 경로를 변경하는 RF 스위치와 이를 제어하는 컨트롤러로 이루어질 수 있다.

한편, 이러한 RF 스위치 회로는 SOS(Silicon on Sapphire), SOI(Silicon on Insulator)나 갈륨 비소(GaAs)와 같은 화합물 반도체로 주로 제조하나, 제조 비용의 증가 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정과 회로 디자인 기술 발달로 인해 CMOS 공정으로 제조되는 RF 스위치 회로가 점차적으로 증가하고 있는 추세이다.

그러나, 이러한 CMOS 공정은 높은 기생 캐패시턴스에 의해 삽입 손실이 증가되고, 브레이크 다운 전압(Break down Voltage)이 낮기 때문에 RF 스위치에 입력되는 입력 신호의 전력이 클 경우 삽입 손실이 증가하고 선형성이 떨어지는 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 RF 스위치의 스위칭 온 제어시에 RF 스위치의 게이트에 구동 전원을 공급하고, 바디에 0V 전원을 공급하며, RF 스위치의 스위칭 오프 제어시에 RF 스위치의 게이트 및 바디에 마이너스 레벨의 구동 전원을 제공하여 삽입 손실을 감소시키고 선형성을 증가시킨 RF 스위치 컨트롤러를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은 사전에 설정된 기준 신호을 제공하는 발진기와, 상기 발진기로부터의 상기 기준 신호를 사전에 설정된 구동 전원과 전압 레벨이 반전된 부구동 전원으로 변환하는 부전압 발생기와, 외부로부터의 제어 비트를 디코딩하는 디코더와, 상기 디코더로부터의 디코딩 신호에 따라 상기 구동 전원 및 상기 부구동 전원의 전압 레벨을 쉬프트하여 RF 스위치의 스위칭 온 제어시 RF 스위치의 게이트에 상기 구동 전원을 공급하고 상기 RF 스위치의 바디에 제로 전압 레벨의 전원을 공급하며, 스위칭 오프 제어시 상기 RF 스위치의 게이트 및 바디에 상기 부구동 전원을 공급하는 레벨 쉬프터를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스위치 컨트롤러를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 레벨 쉬프터는 상기 RF 스위치의 게이트에 제공되는 상기 구동 전원 및 상기 부구동 전원의 전압 레벨을 쉬프트하는 제1 쉬프터와, 상기 RF 스위치의 바디에 제공되는 상기 부구동 전원 및 상기 제로 전압 레벨의 전원의 전압 레벨을 쉬프트하는 제2 쉬프터를 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제1 쉬프터는 상기 디코더로부터의 디코딩된 신호를 인버팅하는 제1 인버터 및 상기 제1 인버터로부터의 신호를 재인버팅하는 제2 인버터와, 상기 구동 전원을 공급받는 소스와, 상기 제1 인버터로부터의 신호를 전달받는 게이트와, 드레인을 갖는 제1 P MOS FET 및 상기 구동 전원을 공급받는 소스와, 상기 제2 인버터로부터의 신호를 전달받는 게이트와, 드레인을 갖는 제2 P MOS FET와, 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 출력하는 드레인과, 제2 P MOS FET의 드레인과 연결되는 게이트와, 상기 부구동 전원을 공급받는 소스를 갖는 제2 제1 N MOS FET 및 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 출력하는 드레인과, 제1 P MOS FET의 드레인과 연결되는 게이트와, 상기 부구동 전원을 공급받는 소스를 갖는 제2 N MOS FET와, 상기 제1 N MOS FET의 드레인에 연결되어 전원을 안정화시키는 제1 캐패시터 및 상기 제2 N MOS FET의 드레인에 연결되어 전원을 안정화시키는 제2 캐패시터를 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제2 쉬프터는 접지에 연결된 소스와, 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 제공받는 게이트와, 드레인을 갖는 제3 P MOS FET 및 접지에 연결된 소스와, 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 제공받는 게이트와, 드레인을 갖는 제4 P MOS FET와, 상기 제3 P MOS FET의 드레인에 연결되어 상기 RF 스위치의 바디에 공급되는 전원을 출력하는 드레인과, 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 제공받는 게이트와, 상기 부구동 전원을 공급받는 소스를 갖는 제3 N MOS FET 및 상기 제4 P MOS FET의 드레인에 연결되어 상기 RF 스위치의 바디에 공급되는 전원을 출력하는 드레인과, 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 제공받는 게이트와, 상기 부구동 전원을 공급받는 소스를 갖는 제4 N MOS FET와, 상기 제3 N MOS FET의 드레인에 연결되어 전원을 안정화시키는 제3 캐패시터 및 상기 제4 N MOS FET의 드레인에 연결되어 전원을 안정화시키는 제4 캐패시터를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, RF 스위치의 스위칭 온 제어시에 RF 스위치의 게이트에 구동 전원을 공급하고, 바디에 0V 전원을 공급하며, RF 스위치의 스위칭 오프 제어시에 RF 스위치의 게이트 및 바디에 마이너스 레벨의 구동 전원을 제공하여 삽입 손실을 감소시키고 선형성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 RF 스위치 컨트롤러의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 RF 스위치 컨트롤러에 채용된 레벨 쉬프터의 개략적인 회로도.
도 3은 본 발명의 RF 스위치 컨트롤러로부터 RF 스위치에 제공되는 전원 종류를 나타내는 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 RF 스위치 컨트롤러의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 RF 스위치 컨트롤러(100)는 발진기(110), 부전압 발생기(120), 디코더(130) 및 레벨 쉬프터(140)를 포함할 수 있다.

발진기(110)는 사전에 설정된 기준 신호를 제공할 수 있고, 이에 따라 링 발진기로 구성될 수 있으며, 도시되지 않았지만 사용 전류를 저감시키기 위해 홀수개의 인버터를 직렬로 연결하고 최종 인버터의 출력은 초단 인버터로 피드백시킨 커런트 스터브드 바이어스(Current Starved Bias) 회로로 구성될 수 있다.

부전압 발생기(120)는 발진기(110)로부터의 기준 신호를 입력받아 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 구동 전원과 상기 구동 전원의 전압 레벨이 반전된 부구동 전원를 생성할 수 있다. 여기서 발진기(110)로부터의 상기 기준 신호는 구형파 신호일 수 있다.

디코더(130)는 외부로부터의 제어 비트를 제공받아 이를 RF 스위치의 스위칭 제어에 적합한 신호로 디코딩할 수 있다.

레벨 쉬프터(140)는 상기 구동 전원과 부전압 발생기(120)로부터 상기 부구동 전원을 공급받아 이의 전압 레벨을 쉬프트한다.

더하여, 디코터(130)로부터 디코딩된 신호를 제공받아 RF 스위치의 스위칭 온 및 오프를 제어할 수 있다.

상기 RF 스위치는 적어도 하나의 N MOS FET일 수 있다. 이에 따라, 레벨 쉬프트(140)는 상기 RF 스위치의 스위칭 온 제어시에 상기 RF 스위치의 게이트에 상기 구동 전원을 공급하고 상기 RF 스위치의 바디에 제로 전압 레벨의 전원을 공급할 수 있다. 더하여, 상기 RF 스위치의 스위칭 오프 제어시에는 상기 RF 스위치의 게이트 및 바디에 상기 부구동 전원을 공급할 수 있다.

도 2는 본 발명의 RF 스위치 컨트롤러에 채용된 레벨 쉬프터의 개략적인 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 RF 스위치 컨트롤러(100)에 채용된 레벨 쉬프터(140)는 제1 및 제2 쉬프터(141,142)를 포함할 수 있다.

제1 쉬프터(141)는 제1 및 제2 인버터(I1,I2), 제1 및 제2 P MOS FET(M1,M3), 제1 및 제2 N MOS FET(M2,M4) 및 제1 및 제2 캐패시터(C1,C2)를 구비할 수 있다.

제1 인버터(I1)는 디코더(130)로부터 디코딩된 신호를 인버팅하고, 제2 인버터(I2)는 제1 인버터(I1)과 직렬 연결되어 제1 인버터(I1)로부터의 신호를 재인버팅할 수 있다.

제1 P MOS FET(M1)는 구동 전원(Vdd)을 공급받는 소스와, 제1 인버터(I1)로부터의 신호를 전달받는 게이트와, 제1 M MOS FET(M2)의 드레인과 제2 M MOS FET(M4)의 게이트에 연결된 드레인을 갖는다.

제2 P MOS FET(M3)는 구동 전원(Vdd)을 공급받는 소스와, 제2 인버터(I2)로부터의 신호를 전달받는 게이트와, 제1 M MOS FET(M2)의 게이트 및 제2 M MOS FET(M4)의 드레인에 연결된 드레인을 갖는다.

제1 N MOS FET(M2)는 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 출력하는 드레인과, 제2 P MOS FET(M3)의 드레인과 연결되는 게이트와, 부구동 전원(-Vdd)을 공급받는 소스를 갖는다.

제2 N MOS FET(M4)는 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 출력하는 드레인과, 제1 P MOS FET(M1)의 드레인과 연결되는 게이트와, 부구동 전원(-Vdd)을 공급받는 소스를 갖는다.

제1 캐패시터(C1)는 제1 N MOS FET(M2)의 드레인에 연결되어 출력되는 전원을 안정화시키고, 제2 캐패시터(C2)는 제2 N MOS FET(M4)의 드레인에 연결되어 출력되는 전원을 안정화시킨다.

제1 N MOS FET(M2)와 제2 N MOS FET(M4)의 출력은 제2 쉬프터(142)에 전달될 수 있다.

제2 쉬프터(142)는 제3 및 제4 P MOS FET(M5,M7), 제3 및 제4 N MOS FET(M6,M8) 및 제3 및 제4 캐패시터(C3,C4)를 포함할 수 있다.

제3 P MOS FET(M5)는 접지(GND)에 연결된 소스와, 제1 N MOS FET(M2)로부터 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 제공받는 게이트와, 제3 N MOS FET(M6)의 드레인에 연결된 드레인을 갖는다.

제4 P MOS FET(M7)는 접지(GND)에 연결된 소스와, 제2 N MOS FET(M4)로부터 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 제공받는 게이트와, 제4 N MOS FET(M8)의 드레인에 연결된 드레인을 갖는다.

제3 N MOS FET(M6)는 제3 P MOS FET(M5)의 드레인에 연결되어 상기 RF 스위치의 바디에 공급되는 전원을 출력하는 드레인과, 제1 N MOS FET(M2)로부터 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 제공받는 게이트와, 부전압 발생기(120)로부터의 부구동 전원(-Vdd)을 공급받는 소스를 갖는다.

제4 N MOS FET(M8)는 제4 P MOS FET(M7)의 드레인에 연결되어 상기 RF 스위치의 바디에 공급되는 전원을 출력하는 드레인과, 제2 N MOS FET(M4)로부터 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 전원을 제공받는 게이트와, 부전압 발생기(120)로부터의 부구동 전원(-Vdd)을 공급받는 소스를 갖는다.

제3 캐패시터(C3)는 제3 N MOS FET(M6)의 드레인에 연결되어 출력되는 전원을 안정화시키고, 제4 캐패시터(C4)는 제4 N MOS FET(M8)의 드레인에 연결되어 출력되는 전원을 안정화시킨다.

상술한 회로 연결은 통해 부전압 발생기(120)로부터의 구동 전원(Vdd) 및 부 구동 전원(-Vdd)는 전압 레벨이 쉬프트되어 상기 RF 스위치에 전달될 수 있다.

이때, 상기 RF 스위치의 바디 및 게이트에는 디코더(130)로부터의 디코딩 신호에 따라 해당하는 전원이 공급될 수 있다.

디코더로부터의 입력신호	Vgatep	Vbodyp	Vgaten	Vbodyn
Vdd	Vdd	GND	-Vdd	-Vdd
GND(0V)	-Vdd	-Vdd	Vdd	GND

상술한 표1과 같이, 디코더(130)로부터 입력되는 신호가 구동 전원(Vdd)에 해당하면 제1 N MOS FET(M2)의 출력(Vgatep)은 구동 전원(Vdd)의 전압 레벨일 수 있고, 제2 N MOS FET(M4)의 출력(Vgaten)은 부구동 전원(-Vdd)의 전압 레벨일 수 있다. 더하여, 제3 N MOS FET(M6)의 출력(Vbodyn)은 부구동 전원(-Vdd)의 전압 레벨일 수 있고, 제4 N MOS FET(M8)의 출력(Vbodyp)은 접지(GND)에 해당하는 제로(0) 전압 레벨을 출력할 수 있다.

마찬가지로, 디코더(130)로부터 입력되는 신호가 접지(GND)에 해당하는 제로(0) 전압 레벨이면, 제1 N MOS FET(M2)의 출력(Vgatep)은 접지(GND)에 해당하는 제로(0) 전압 레벨일 수 있고, 제2 N MOS FET(M4)의 출력(Vgaten)은 구동 전원(Vdd)의 전압 레벨일 수 있다. 더하여, 제3 N MOS FET(M6)의 출력(Vbodyn)은 접지(GND)에 해당하는 제로(0) 전압 레벨일 수 있고, 제4 N MOS FET(M8)의 출력(Vbodyp)은 부구동 전원(-Vdd)의 전압 레벨일 수 있다.

상술한 바와 같이 디코더(130)로부터의 디코딩된 신호에 따라 제1 내지 제4 N MOS FET(M2,M4,M6,M8)의 출력을 상기 RF 스위치에 선택적으로 공급할 수 있다.

도 3은 본 발명의 RF 스위치 컨트롤러로부터 RF 스위치에 제공되는 전원 종류를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 RF 스위치의 스위칭 온 제어시에는 상기 RF 스위치의 게이트에 구동 전원(Vdd)을 공급하고, 바디에는 제로(0) 전압 레벨의 전원을 공급할 수 있다. 상기 RF 스위치의 스위칭 오프 제어시에는 상기 RF 스위치의 게이트와 바디에 각각 부구동 전원(-Vdd)을 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 RF 스위치의 스위칭 온 및 오프시에 상기 RF 스위치의 게이트와 바디간의 전압차가 감소하여 도통 손실이 저감될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, RF 스위치의 스위칭 온 제어시에 RF 스위치의 게이트에 구동 전원을 공급하고, 바디에 0V 전원을 공급하며, RF 스위치의 스위칭 오프 제어시에 RF 스위치의 게이트 및 바디에 마이너스 레벨의 구동 전원을 제공하여 삽입 손실을 감소시키고 선형성을 증가시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100...RF 스위치 컨트롤러 110...발진기
120...부전압 발생기 130...디코더
140...레벨 쉬프터

Claims (4)

1. 사전에 설정된 기준 신호을 제공하는 발진기;
   상기 발진기로부터의 상기 기준 신호를 사전에 설정된 구동 전원과 전압 레벨이 반전된 부구동 전원으로 변환하는 부전압 발생기;
   외부로부터의 제어 비트를 디코딩하는 디코더; 및
   상기 디코더로부터의 디코딩 신호에 따라 상기 부전압 발생기로부터의 구동 전원 및 부구동 전원의 전압 레벨을 쉬프트하여 RF 스위치의 스위칭 온 제어시 상기 RF 스위치의 게이트에 상기 구동 전원을 공급하고 상기 RF 스위치의 바디에 제로 전압 레벨의 전원을 공급하며, 스위칭 오프 제어시 상기 RF 스위치의 게이트 및 바디에 상기 부구동 전원을 공급하는 레벨 쉬프터
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스위치 컨트롤러.
2. 제1항에 있어서, 상기 레벨 쉬프터는
   상기 RF 스위치의 게이트에 제공되는 상기 구동 전원 및 상기 부구동 전원의 전압 레벨을 쉬프트하는 제1 쉬프터; 및
   상기 RF 스위치의 바디에 제공되는 상기 부구동 전원 및 상기 제로 전압 레벨의 전원의 전압 레벨을 쉬프트하는 제2 쉬프터
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스위치 컨트롤러.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 쉬프터는
   상기 디코더로부터의 디코딩된 신호를 인버팅하는 제1 인버터 및 상기 제1 인버터로부터의 신호를 재인버팅하는 제2 인버터;
   상기 구동 전원을 공급받는 소스와, 상기 제1 인버터로부터의 신호를 전달받는 게이트와, 드레인을 갖는 제1 P MOS FET 및 상기 구동 전원을 공급받는 소스와, 상기 제2 인버터로부터의 신호를 전달받는 게이트와, 드레인을 갖는 제2 P MOS FET;
   상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 제1 전원을 출력하는 드레인과, 제2 P MOS FET의 드레인과 연결되는 게이트와, 상기 부구동 전원을 공급받는 소스를 갖는 제1 N MOS FET 및 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 제2 전원을 출력하는 드레인과, 제1 P MOS FET의 드레인과 연결되는 게이트와, 상기 부구동 전원을 공급받는 소스를 갖는 제2 N MOS FET; 및
   상기 제1 N MOS FET의 드레인에 연결되어 전원을 안정화시키는 제1 캐패시터 및 상기 제2 N MOS FET의 드레인에 연결되어 전원을 안정화시키는 제2 캐패시터
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스위치 컨트롤러.
4. 제2항에 있어서, 상기 제2 쉬프터는
   접지에 연결된 소스와, 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 제1 전원을 제공받는 게이트와, 드레인을 갖는 제3 P MOS FET 및 접지에 연결된 소스와, 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 제2 전원을 제공받는 게이트와, 드레인을 갖는 제4 P MOS FET;
   상기 제3 P MOS FET의 드레인에 연결되어 상기 RF 스위치의 바디에 공급되는 제3 전원을 출력하는 드레인과, 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 상기 제1 전원을 제공받는 게이트와, 상기 부구동 전원을 공급받는 소스를 갖는 제3 N MOS FET 및 상기 제4 P MOS FET의 드레인에 연결되어 상기 RF 스위치의 바디에 공급되는 제4 전원을 출력하는 드레인과, 상기 RF 스위치의 게이트에 공급되는 상기 제2 전원을 제공받는 게이트와, 상기 부구동 전원을 공급받는 소스를 갖는 제4 N MOS FET; 및
   상기 제3 N MOS FET의 드레인에 연결되어 전원을 안정화시키는 제3 캐패시터 및 상기 제4 N MOS FET의 드레인에 연결되어 전원을 안정화시키는 제4 캐패시터
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스위치 컨트롤러.

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