KR101594517B1 - 격리도 및 왜곡 개선을 위한 rf 핀 다이오드 스위치 회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 커패시터와 저항이 직렬로 연결된 격리도 개선부를 바이어스 측에 연결된 RF초크와 병렬로 연결시킴으로써, 격리도를 개선시킨 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로에 관한 것으로서, 신호입력부(100); 신호출력부(200); 상기 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 연결되며, RF스위치 역할을 하는 핀 다이오드(300); 상기 신호입력부(100)와 핀 다이오드(300) 사이에 일측이 연결되며, 초크 역할을 하는 제1 RF초크(400); 상기 신호출력부(200)와 핀 다이오드(300) 사이에 구비되며, DC 전압을 격리시키고 상기 신호입력부로부터 입력된 RF신호를 통과시키는 DC블록(500); 상기 제1 RF초크(400)의 타측과 연결된 바이어스(600); 및, 상기 제1 RF초크(400)과 병렬로 연결되며, 커패시터(910)와 저항(920)이 직렬로 연결된 격리도 개선부(900);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 커패시터와 저항이 직렬로 연결된 격리도 개선부를 바이어스 측에 연결된 RF초크와 병렬로 연결시킴으로써, RF 핀 다이오드 스위치의 동작 특성을 변화시켜 RF 스위치의 격리도를 증가시키고 RF 핀 다이오드 스위치에서 발생되는 왜곡(하모닉스)을 감소시킬 수 있다.
이에 의하여, 커패시터와 저항이 직렬로 연결된 격리도 개선부를 바이어스 측에 연결된 RF초크와 병렬로 연결시킴으로써, RF 핀 다이오드 스위치의 동작 특성을 변화시켜 RF 스위치의 격리도를 증가시키고 RF 핀 다이오드 스위치에서 발생되는 왜곡(하모닉스)을 감소시킬 수 있다.
Description
본 발명은 핀(PIN) 다이오드를 이용한 광대역 RF 핀 다이오드 스위치 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핀 다이오드에 순방향 또는 역방향으로 전압을 인가해주는 바이어스 회로 측에 격리도 개선부를 연결시킴으로써, 격리도 개선과 스위치에서 발생하는 고주파 변형 즉, 왜곡(하모닉스)을 감소시킬 수 있는 RF 핀(PIN) 다이오드 스위치 회로에 관한 것이다.
일반적인 스위치는 입력의 개수에 따른 출력 개수에 따라 스위치의 형태를 표현할 수 있으며, 하나의 입력에 따른 하나의 출력 형태(도 1 참조)는 SPST(Single Pole Single Throw)로 표현할 수 있고, 하나의 입력에 따른 둘의 출력 형태(도 2 참조)는 SPDT(Single Pole Double Throw)로 표현할 수 있다. 즉, XPXT로 표현할 수 있다(X는 자연수이며, X가 1이면 S로 표현하고, X가 2이면 D로 표현하며, X가 3 이상이면 숫자 또는 약자로 표현 가능).
상기와 같은 스위치를 이용하는 RF(Radio Frequency) 송수신 시스템에서 알에프(RF) 핀(PIN) 다이오드 스위치 회로는 핀 다이오드에 인가하는 전압이 순방향이냐 역방향이냐에 따라 도통 또는 차단되는 원리를 이용하여 전송선로(통신선로) 개폐 또는 알에프(RF) 분기 경로를 선택하는 스위치 역할을 하는 회로이다. 핀 다이오드는 마이크로웨이브 주파수 대역에서 전류에 의해 제어되는 저항처럼 동작하고, 작은 양의 DC 전력으로 아주 큰 RF 및 마이크로웨이브 전력을 제어할 수 있기 때문에 고전력 RF 스위치 회로에 많이 사용된다.
핀(PIN) 다이오드를 이용하여 스위치 회로를 구성함에 있어서 SPST(Single Pole Single Throw) 알에프(RF) 핀(PIN) 다이오드 스위치를 직렬 형태로 구성하면 도 3과 같이 구현할 수 있고, 병렬 형태로 구성하면 도 4와 같이 구현할 수 있다. 또한, SPDT(Single Pole Double Throw) 알에프(RF) 핀(PIN) 다이오드 스위치를 직렬 형태로 구성하면 도 5와 같이 구현할 수 있고, 병렬 형태로 구성하면 도 6과 같이 구현할 수 있다. 아울러, 핀(PIN) 다이오드를 다단으로 구성하는 경우 SPST 알에프(RF) 핀(PIN) 다이오드 스위치는 도 7과 같이 구현할 수 있다.
상기 RF 핀 다이오드 스위치를 평가하는 항목들 중 대표적인 것은 삽입손실(Insertion Loss), 격리도(Isolation) 등이 있으며, 스위치를 평가하는 기준(도 8 참조)이다. 이때, RF 선로 상에 직렬로 놓여 있는 형태(도 3 참조)의 다이오드가 도통되어 스위치가 도통되었을 때 핀 다이오드의 ON 저항과 RFC(RF Choke, RF 초크)에 의해 발생하는 손실을 삽입손실이라 한다. 한편, 격리도(Isolation)는 RF 선로 상에 직렬 또는 병렬로 놓여 있는 형태(도 3 내지 도 6 참조)의 핀 다이오드 스위치가 차단 동작을 하는 스위치로 동작할 때의 전달 특성을 나타낸다. 이는 직렬형태로 구성된 스위치에서 핀 다이오드의 OFF 커패시턴스에 의한 높은 임피던스로 인해 얼마나 효과적으로 입력 전력을 차단하는가의 사양으로 볼 수 있다.
이러한 RF 핀 다이오드 스위치의 일 예가 한국등록특허 [10-0613580]에 개시되어 있다. 상기 RF 핀 다이오드 스위치는 안테나 선택 제어신호에 따라 제1 안테나와 제2 안테나 중에서 하나를 선택하여 고주파 신호를 스위칭하기 위한 스위칭수단을 구비한다.
그러나, 종래기술에 따른 RF 핀 다이오드 스위치에 의하면, RF 전력은 통과시키지 않고 DC 전력을 통과시키는 목적의 RFC(RF Choke)는 RF 선로 상의 낮은 주파수 신호가 통과하지 못하도록 충분히 큰 임피던스를 가져야 하고, 낮은 임피던스를 갖는 RFC는 낮은 주파수에 대해서 충분한 초크(choke) 역할을 못하기 때문에 신호의 누손(leakage)을 발생시키는 문제점이 있다. 또한, RFC가 클 경우 주변 바이패스(Bypass) 커패시터와 핀 다이오드 OFF 커패시터에 의한 공진이 발생하여 스위치의 격리도를 감소시키고 고주파 변형 등의 왜곡(하모닉스)이 크게 발생하는 문제점이 있다.
또한, 격리도를 개선하기 위해 핀 다이오드를 다수 개 사용하여 스위치 회로를 구성하더라도 다수 개의 핀 다이오드 사용으로 삽입손실의 증가와 비용 증가의 문제가 있으며, I(Intrinsic) 영역의 두께가 두껍고 불순물 농도가 매우 낮은 핀 다이오드를 사용하여 구성하는 방법 역시 핀 다이오드가 고가이기 때문에 비용 증가의 장애 요인이 있다.
특히, 격리도는 통신의 성능과 품질에 직결되므로 RF 핀 다이오드 스위치의 성능을 높이기 위해 격리도 개선의 노력들이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 바이어스 측에 큰 임피던스를 갖는 RFC를 사용하여 삽입손실의 누손을 방지하고, 커패시터와 저항이 직렬로 연결된 격리도 개선부를 바이어스 측에 연결된 RF 초크와 병렬로 연결시킴으로써 격리도를 개선할 수 있으며, 이로 인하여 RF 핀 다이오드 스위치에서 발생하는 왜곡을 줄일 수 있는 격리도 개선 및 왜곡 감소를 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는: 신호입력부(100); 신호출력부(200); 상기 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 연결되며, RF스위치 역할을 하는 핀 다이오드(300); 상기 신호입력부(100)와 핀 다이오드(300) 사이에 일측이 연결되며, 초크 역할을 하는 제1 RF초크(400); 상기 신호출력부(200)와 핀 다이오드(300) 사이에 구비되며, DC 전압을 격리시키고 상기 신호입력부로부터 입력된 RF신호를 통과시키는 DC블록(500); 상기 제1 RF초크(400)의 타측과 연결된 바이어스(600); 및, 상기 제1 RF초크(400)과 병렬로 연결되며, 커패시터(910)와 저항(920)이 직렬로 연결된 격리도 개선부(900);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는, 상기 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 상기 핀 다이오드(300)가 구비될 경우, 상기 핀 다이오드(300)와 DC블록(500)의 사이에 일측이 연결되고, 타측이 그라운드와 연결된 제2 RF초크(700);를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는, 상기 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 상기 핀 다이오드(300)의 일측이 연결된 경우, 상기 핀 다이오드(300)의 타측은 그라운드와 연결된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는, 상기 제1 RF초크(400)와 바이어스(600) 사이에 일측이 연결되며, 타측이 그라운드와 연결되어 커패시터 역할을 하는 바이패스부(800)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는, 상기 바이어스(600)와 제1 RF초크(400) 사이에 구비되어 바이어스로부터 흐르는 전류의 크기를 제어하는 바이어스 전류 제어부(650)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 격리도 개선 및 왜곡 감소를 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로에 의하면, 커패시터와 저항이 직렬로 연결된 격리도 개선부를 바이어스 측에 연결된 RF초크와 병렬로 연결시킴으로써, RF 핀 다이오드 스위치의 동작 특성을 변화시켜 RF 스위치의 격리도를 증가시키고 RF 핀 다이오드 스위치에서 발생되는 왜곡(하모닉스)을 감소시키는 효과가 있다.
즉, RF 핀 다이오드 스위치를 차단상태로 만들었을 때 핀 다이오드의 OFF 커패시터와 주변회로인 RF초크와 바이패스부 사이에서 발생하는 공진을 억제시킴으로써 입력 전력을 차단하는 격리도를 개선시키는 효과가 있다.
또한, RF 핀 다이오드 스위치를 도통상태로 만들었을 때 RF 선로 상의 낮은 주파수 신호가 RFC와 격리도 개선부에 의한 누손이 발생하지 못하도록 바이어스 측에 큰 임피던스를 갖도록 격리도 개선부에 저항성 소자를 연결시킴으로써 RF 선로 상의 신호의 누손을 제한하는 효과가 있다.
또, 격리도를 개선하기 위해 다수 개의 다이오드를 사용하여 다단 구성하는 형태의 기술에 비해 비용절감의 효과가 있다.
또한, 격리도 개선부와 바이패스부를 이용하여 누설되는 RF신호를 다른 곳으로 넘어가지 못하도록 하는 효과가 있다.
아울러, 바이어스 전류 제어부를 이용하여 핀 다이오드에 걸리는 저항값을 상황에 따라 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 일반적으로 사용되는 스위치의 종류를 설명하기 위한 개념도,
도 3은 도 1의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 직렬로 연결한 예를 보여주는 회로도,
도 4는 도 1의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 병렬로 연결한 예를 보여주는 회로도,
도 5는 도 2의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 직렬로 연결한 예를 보여주는 회로도,
도 6은 도 2의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 병렬로 연결한 예를 보여주는 회로도,
도 7은 일반적인 도 1의 스위치를 구성한 다른 예를 보여주는 회로도,
도 8은 격리도와 삽입손실을 설명하기 위한 그래프,
도 9는 도 3에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도,
도 10은 도 4에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도,
도 11은 도 5에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도,
도 12는 도 6에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도,
도 13은 도 7에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도,
도 14는 핀 다이오드를 이용하여 구성한 일반적인 RF스위치, 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크가 결합된 RF스위치 및 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크 및 격리도 개선부가 결합된 RF스위치의 격리도를 측정한 그래프,
도 15는 핀 다이오드를 이용하여 구성한 일반적인 RF스위치, 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크가 결합된 RF스위치 및 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크 및 격리도 개선부가 결합된 RF스위치의 격리도를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 3은 도 1의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 직렬로 연결한 예를 보여주는 회로도,
도 4는 도 1의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 병렬로 연결한 예를 보여주는 회로도,
도 5는 도 2의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 직렬로 연결한 예를 보여주는 회로도,
도 6은 도 2의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 병렬로 연결한 예를 보여주는 회로도,
도 7은 일반적인 도 1의 스위치를 구성한 다른 예를 보여주는 회로도,
도 8은 격리도와 삽입손실을 설명하기 위한 그래프,
도 9는 도 3에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도,
도 10은 도 4에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도,
도 11은 도 5에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도,
도 12는 도 6에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도,
도 13은 도 7에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도,
도 14는 핀 다이오드를 이용하여 구성한 일반적인 RF스위치, 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크가 결합된 RF스위치 및 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크 및 격리도 개선부가 결합된 RF스위치의 격리도를 측정한 그래프,
도 15는 핀 다이오드를 이용하여 구성한 일반적인 RF스위치, 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크가 결합된 RF스위치 및 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크 및 격리도 개선부가 결합된 RF스위치의 격리도를 시뮬레이션한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1 내지 도 2는 일반적으로 사용되는 스위치의 종류를 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은 도 1의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 직렬로 연결한 예를 보여주는 회로도이고, 도 4는 도 1의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 병렬로 연결한 예를 보여주는 회로도이며, 도 5는 도 2의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 직렬로 연결한 예를 보여주는 회로도이고, 도 6은 도 2의 스위치를 구성하기 위해 핀 다이오드를 병렬로 연결한 예를 보여주는 회로도이며, 도 7은 일반적인 도 1의 스위치를 구성한 다른 예를 보여주는 회로도이고, 도 8은 격리도와 삽입손실을 설명하기 위한 그래프이며, 도 9는 도 3에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도이고, 도 10은 도 4에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도이며, 도 11은 도 5에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도이고, 도 12는 도 6에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도이며, 도 13은 도 7에 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로를 적용한 회로도이고, 도 14는 핀 다이오드를 이용하여 구성한 일반적인 RF스위치, 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크가 결합된 RF스위치 및 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크 및 격리도 개선부가 결합된 RF스위치의 격리도를 측정한 그래프이며, 도 15는 핀 다이오드를 이용하여 구성한 일반적인 RF스위치, 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크가 결합된 RF스위치 및 일반적인 RF스위치에 큰 용량의 RF초크 및 격리도 개선부가 결합된 RF스위치의 격리도를 시뮬레이션한 그래프이다.
도 9 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는, 신호입력부(100)와, 신호출력부(200)와, 핀 다이오드(300)와, 제1 RF초크(400)와, DC블록(500)과, 바이어스(600) 및 격리도 개선부(900)를 포함한다.
신호입력부(100)는 RF 신호 또는 마이크로웨이브를 입력받는다.
RF(Radio Frequency) 신호는 1 GHz이하, 마이크로웨이브(Microwave)는 300 MHz ~ 30 GHz의 전자파를 일컫기도 하지만 무선 통신 등에 주로 응용되는 신호를 가리킨다.
신호출력부(200)는 상기 신호입력부(100)로 입력된 RF 신호 중 신호출력부(200)까지 도달한 RF 신호를 출력한다.
핀 다이오드(300)는 상기 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 연결되며, RF스위치 역할을 한다.
핀 다이오드(300)는 P형 반도체와 N형 반도체 사이에 고유저항이 매우 높아 진성 반도체에 가까운 층을 형성하여 만들어진 다이오드를 말한다. 예를 들어, P형 반도체와 N형 반도체 사이에 Intrinsically pure silicon 층이 형성될 수 있다.
즉, 도 9를 예로 설명하면, 핀 다이오드(300)에 순방향 바이어스가 인가되면 핀 다이오드의 낮은 저항에 의해 다이오드가 도통되어 스위치가 닫혀있는 ON 상태와 유사하고, 역방향 바이어스가 인가되면 다이오드가 차단되어 OFF 커패시터에 의한 높은 임피던스로 인해 스위치가 열려있는 OFF 상태와 유사해진다.
다시 말해, 핀 다이오드(300)에 순방향 바이어스가 인가되면 RF 신호가 통과되고, 역방향 바이어스가 인가되면 RF 신호가 통과하지 못하는 상태가 된다.
제1 RF초크(400)는 상기 신호입력부(100)와 핀 다이오드(300) 사이에 일측이 연결되며, 초크 역할을 한다.
또한, 제1 RF초크(400)는 상기 신호입력부(100)로 입력된 RF신호가 바이어스 측으로 누설되는 것을 방지해준다. 이때, 제1 RF초크(400)는 인덕터로 구성할 수 있다.
DC블록(500)은 상기 신호출력부(200)와 핀 다이오드(300) 사이에 구비되며, DC 전압을 격리시키고 상기 신호입력부로부터 입력된 RF신호를 통과시킨다.
또한, DC블록(500)은 직류전류가 통과하지 못하도록 하며 고주파신호인 RF 신호는 통과시킨다. 이때, DC블록(500)은 커패시터로 구성할 수 있다.
이때, 상기 신호입력부(100) 측에도 직류전류가 통과하지 못하도록 DC블록(커패시터)을 설치하는 것이 바람직하다.
바이어스(600)는 상기 제1 RF초크(400)의 타측과 연결된다.
또한, 바이어스(600)는 핀 다이오드(300)에 양(+)전압 또는 음(-)전압을 인가하여 핀 다이오드(300)가 도통 또는 차단의 역할을 할 수 있도록 한다.
예를 들어, 도 9 및 도 11의 경우, 바이어스(600)에 양(+)전압이 인가되면 핀 다이오드(300)에 순방향 바이어스가 인가되어 핀 다이오드(300)가 도통 상태가 되며, RF스위치 측면에서 온(ON) 상태가 되고, 바이어스(600)에 음(-)전압이 인가되면 핀 다이오드(300)에 역방향 바이어스가 인가되어 핀 다이오드(300)가 차단 상태가 되며 스위치 측면에서 오프(OFF) 상태가 된다.
격리도 개선부(900)는 상기 제1 RF초크(400)와 병렬로 연결되며, 커패시터(910)와 저항(920)이 직렬로 연결된다.
즉, 격리도 개선부(900)는 직렬로 연결된 커패시터(910)와 저항(920)으로 구성되며, 이렇게 구성된 격리도 개선부(900)가 제1 RF초크(400)와 병렬로 연결된다.
이때, 커패시터(910)가 바이어스 측으로 연결되고, 저항(920)이 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 도 9 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는 상기 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 상기 핀 다이오드(300)가 구비될 경우, 상기 핀 다이오드(300)와 DC블록(500)의 사이에 일측이 연결되고, 타측이 그라운드와 연결된 제2 RF초크(700)를 더 포함할 수 있다.
즉, 핀 다이오드(300)가 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 직렬로 연결될 경우, 핀 다이오드(300)를 통과한 직류성분의 전류를 그라운드로 흐르도록 하기 위해 교류성분은 차단하고 직류성분은 통과시키는 제2 RF초크(700)를 설치할 수 있으며, 이때 제2 RF초크(700)는 인덕터로 구성할 수 있다.
다시 말해, 핀 다이오드(300)가 직렬로 구비될 경우 제2 RF초크(700)를 더 설치하는 것이 바람직하다.
도 9를 예로 설명하면, 바이어스(600)에 양(+)전압이 인가되면 핀 다이오드(300)를 스위치의 도통 상태로 만들게 되며, 바이어스(600) 측에서 유입된 직류전류는 핀 다이오드(300)를 통과한 후, 제2 RF초크를 통과하여 그라운드(접지)로 흐른다. 또한, 신호입력부(100) 측에서 유입된 고주파신호(RF신호)는 핀 다이오드(300)를 통과한 후, 신호출력부(200)로 출력된다.
바이어스(600)에 음(-)전압이 인가되면 핀 다이오드(300)를 스위치의 오프(OFF) 상태로 만들게 되며, 신호입력부(100) 측에서 유입된 고주파신호(RF신호)는 핀 다이오드(300)를 통과하지 못한다.
한편, 도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는 상기 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 상기 핀 다이오드(300)의 일측이 연결된 경우, 상기 핀 다이오드(300)의 타측은 그라운드와 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 핀 다이오드(300)의 일측이 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 연결될 경우, 핀 다이오드(300)를 통과한 직류성분 전류를 그라운드로 흐르도록 연결할 수 있다.
다시 말해, 핀 다이오드(300)가 병렬로 구비될 경우 타측을 그라운드에 연결하는 것이 바람직하다.
도 10을 예로 설명하면, 바이어스(600)에 양(+)전압이 인가되면 핀 다이오드(300)를 도통 상태로 만들게 되며, RF스위치 측면에서 OFF 상태가 되고, 바이어스(600) 측에서 유입된 직류전류는 그라운드(접지)로 흐르며, 신호입력부(100) 측에서 유입된 고주파신호(RF신호)는 그라운드(접지)로 연결된 핀 다이오드(300)에서 신호입력부(100) 측으로 전반사를 시켜 고주파신호(RF신호)는 핀 다이오드(300)를 통과하지 못한다.
바이어스(600)에 음(-)전압이 인가되면 핀 다이오드(300)를 차단 상태로 만들게 되며, RF스위치 측면에서는 ON 상태가 되고, 신호입력부(100) 측에서 유입된 교류전류(RF신호)는 핀 다이오드(300)를 통과한 후, 신호출력부(200)로 출력된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제1 RF초크(400)와 바이어스(600) 사이에 일측이 연결되며, 타측이 그라운드와 연결되어 커패시터 역할을 하는 바이패스부(800)를 더 포함할 수 있다.
바이패스부(800)는 바이어스(600) 측으로 누설되는 RF신호가 다른 곳으로 넘어가지 못하도록 바이패스하는 역할을 한다.
그리고, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는 상기 바이어스(600)와 제1 RF초크(400) 사이에 구비되어, 바이어스로부터 흐르는 전류의 크기를 제어하는 바이어스 전류 제어부(650)를 더 포함할 수 있다.
바이어스 전류 제어부(650)는 고정저항 및 가변저항 등으로 구성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로의 핀 다이오드(300)에 역방향 바이어스가 인가되어 핀 다이오드(300)를 오프 상태로 만들었을 경우, 다이오드의 격리도를 측정한 파형은 도 14와 같은 그래프를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로의 핀 다이오드(300)에 역방향 바이어스가 인가되어 핀 다이오드(300)를 오프 상태로 만들었을 경우, 다이오드의 격리도를 시뮬레이션하면 도 15와 같은 그래프를 얻을 수 있다.
즉, 커패시터(910)와 저항(920)이 직렬로 연결된 격리도 개선부(900)를 바이어스 측에 연결된 제1 RF초크(400)와 병렬로 연결시킴으로써, 격리도를 개선시킨 것을 확인할 수 있다.
여기서, 격리도가 향상되었다는 것은 핀 다이오드 스위치를 도 3과 같은 직렬구조로 구성하여 스위치를 오프 상태로 만들었을 경우, 스위치를 구성하는 핀 다이오드의 OFF 커패시터의 임피던스를 높임으로써 입력 전력을 더욱 차단할 수 있음을 말한다. 또는, 핀 다이오드 스위치를 도 4와 같은 병렬구조로 구성하여 스위치를 ON상태로 만들었을 경우, 핀 다이오드의 ON 저항을 낮춤으로써 입력전력을 더욱 차단할 수 있음을 말한다.
핀 다이오드에 인가된 전압-전류 바이어스 동작 조건은 다이오드의 물리적 파라미터 중에서 Rs 저항값과 Ct(Total Capacitance)를 변화시킨다. 순방향 바이어스가 인가될 때 핀 다이오드의 낮은 ON 저항(Rs 저항)과 역방향 바이어스가 인가될 때 OFF 커패시터(Ct)의 임피던스에 의해서 스위치의 격리도를 결정하지만, 차단되는 양을 나타내는 격리도는 핀 다이오드 스위치에서 발생하는 왜곡(하모닉스)과 관련된다. 즉, 핀 다이오드의 비선형 I-V 특성(non-linear I-V-characteristics)을 결정짓는 동작조건과 다이오드의 물리적 파라미터는 왜곡(하모닉스)을 발생하는 주된 원인이 된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는 커패시터와 저항이 직렬로 연결된 격리도 개선부를 바이어스 측에 연결된 RFC와 병렬로 연결시킴으로써 핀 다이오드의 파라미터를 변화시켜 RF스위치의 격리도를 증가시키고 RF스위치에서 발생되는 왜곡(하모닉스)을 감소시킬 수 있다.
위에서 몇 가지 회로를 예로 들었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 핀 다이오드를 이용하여 RF스위치를 구현할 수 있는 회로라면 어떠한 회로에도 적용 가능함은 물론이다.
예를 들어, 직렬 구조의 RF스위치를 구성함에 있어서 직렬-직렬 구조를 말하는 백투백(back to back) 또는 안티페어(anti-pair)로 구성(도 13 참조)할 수 있으며, 직렬 구조의 스위치를 구성함에 있어서 직렬 다이오드를 병렬로 구성하는 것도 가능하다.
격리도 개선부 RC회로의 용량 값은 바이어스 측에 연결된 RFC의 용량과 스위치 동작 주파수 그리고 사용 다이오드에 따라 공진 값을 맞추어 결정할 수 있으며, 통상 RFC의 용량은 50 Ω 보다 큰 임피던스로 흔히 600 Ω 정도 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 신호입력부 200 : 신호출력부
300 : 핀 다이오드 400 : 제1 RF초크
500 : DC블록 600 : 바이어스
650 : 바이어스 전류 제어부 700 : 제2 RF초크
800 : 바이패스부 900 : 격리도 개선부
910 : 커패시터 920 : 저항
300 : 핀 다이오드 400 : 제1 RF초크
500 : DC블록 600 : 바이어스
650 : 바이어스 전류 제어부 700 : 제2 RF초크
800 : 바이패스부 900 : 격리도 개선부
910 : 커패시터 920 : 저항
Claims (5)
- 신호입력부(100);
신호출력부(200);
상기 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 연결되며, RF스위치 역할을 하는 핀 다이오드(300);
상기 신호입력부(100)와 핀 다이오드(300) 사이에 일측이 연결되며, 초크 역할을 하는 제1 RF초크(400);
상기 신호출력부(200)와 핀 다이오드(300) 사이에 구비되며, DC 전압을 격리시키고 상기 신호입력부로부터 입력된 RF신호를 통과시키는 DC블록(500);
상기 제1 RF초크(400)의 타측과 연결된 바이어스(600); 및
상기 제1 RF초크(400)과 병렬로 연결되며, 커패시터(910)와 저항(920)이 직렬로 연결된 격리도 개선부(900);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 상기 핀 다이오드(300)가 구비될 경우,
상기 핀 다이오드(300)와 DC블록(500)의 사이에 일측이 연결되고, 타측이 그라운드와 연결된 제2 RF초크(700);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로.
- 신호입력부(100);
신호출력부(200);
상기 신호입력부(100)와 신호출력부(200) 사이에 일측이 연결되고, 타측은 그라운드와 연결되며, RF스위치 역할을 하는 핀 다이오드(300);
상기 신호입력부(100)와 핀 다이오드(300) 사이에 일측이 연결되며, 초크 역할을 하는 제1 RF초크(400);
상기 신호출력부(200)와 핀 다이오드(300) 사이에 구비되며, DC 전압을 격리시키고 상기 신호입력부로부터 입력된 RF신호를 통과시키는 DC블록(500);
상기 제1 RF초크(400)의 타측과 연결된 바이어스(600); 및
상기 제1 RF초크(400)과 병렬로 연결되며, 커패시터(910)와 저항(920)이 직렬로 연결된 격리도 개선부(900);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는,
상기 제1 RF초크(400)와 바이어스(600) 사이에 일측이 연결되며, 타측이 그라운드와 연결되어 커패시터 역할을 하는 바이패스부(800)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로는,
상기 바이어스(600)와 제1 RF초크(400) 사이에 구비되어 바이어스로부터 흐르는 전류의 크기를 제어하는 바이어스 전류 제어부(650)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격리도 및 왜곡 개선을 위한 RF 핀 다이오드 스위치 회로.
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| KR1020150115043A KR101594517B1 (ko) | 2015-08-14 | 2015-08-14 | 격리도 및 왜곡 개선을 위한 rf 핀 다이오드 스위치 회로 |
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| KR101594517B1 true KR101594517B1 (ko) | 2016-02-16 |
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