KR101874525B1 - 고 격리도 특성을 갖는 rf 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 대역에서의 높은 전력 구동능력을 가지면서 고 격리도 특성을 유지할 수 있는 RF 스위치에 관한 것으로, 안테나 단자와 복수의 입력 단자 사이의 복수의 직렬접속 스위치와 상기 복수의 직렬 접속 스위치와 병렬접속된 복수의 병렬접속 스위치를 포함하고, 상기 복수의 병렬 스위치 각각의 일단은 상기 복수의 직렬접속 스위치의 해당 직렬 접속 스위치에 각각 접속되고, 상기 복수의 병렬 스위치 각각의 타단은 접지에 연결되어 누설 신호가 상기 복수의 병렬접속 스위치를 통해 접지로 흐르게끔 하여 상기 입력 단자들로의 누설 신호 량을 줄여 상기 안테나와 상기 입력 단자 사이의 격리도 특성을 대폭 강화한다.

Description

고 격리도 특성을 갖는 RF 스위치{High Isolation RF Switch}

본 발명은 RF 신호 대역 고 격리도 특성을 갖는 RF 스위치(High Isolation RF Switch)에 관한 것으로, 특히 고주파 대역에서의 높은 전력 구동능력을 가지면서 고 격리도 특성을 유지할 수 있는 RF 스위치에 관한 것이다.

RF 스위치는 큰 전력 RF 신호를 수신하고 작은 삽입손실(Insertion Loss) 성능을 가지면서 수신부와 송신부를 충분히 격리할 수 있는 고 격리도 특성이 요구된다.

RF 스위치는 +35dBm(3Watt) 이상의 고출력 신호의 인가 시에도 안정적인 삽입손실 및 격리도 특성이 유지되어야 하며, 또한 다중 대역/모드/표준 지원을 위해서는 상기와 같은 특성이 광대역 주파수 범위에서 확보되어야 한다.

도 1은 종래 기술의 고출력 RF 스위치의 개략도를 도시한다.

도 1은 일반적인 SPnT (Single-pole N-throw) 안테나 스위치로서,

한 개의 안테나 단자에 N개(도면에서는 입력단자 1, 입력단자 2, 입력단자 3, 입력단자 4로 나타냄)의 입력단자가 직렬 스위치 소자(S1)를 통해 연결된 형태이며 입력단자 개수만큼 유닛 셀(100a, 100b, 100c 및 100d)이 반복되는 구조이며, 또한, 삽입손실 성능 저하 없이 단자 간 격리도 특성을 향상시키기 위해 직렬 스위치 소자 외에 병렬 스위치 소자(S2)를 추가적으로 구성한다.

제어회로(200)로부터의 제어신호에 따라 N개의 입력단자 중 한 개의 입력단자 즉, 입력단자 1이 안테나 단자와 연결되면 나머지 단자는 안테나로부터 격리된다. 즉, 안테나 단자(300)와 연결된 입력단자 1에 부착된 직렬 스위치 (S1)는 온 상태, 병렬 스위치 (S2)는 오프 상태가 되며, 나머지 입력 단자 2, 3, 및 4에 연결된 직렬 스위치 및 병렬 스위치는 상기 입력 단자 1의 스위치(S1, S2)와 상보적으로 되어 S1: 오프 상태, S2: 온 상태로 구동된다. 그러나 스위치 소자 즉 상기 유닛 셀(100b, 100c 및 100d)의 입력단자 2, 3 및 4에 연결된 직렬 스위치 소자 S1의 오프 커패시턴스와 병렬 스위치 소자 S2의 온 저항 성분으로 인해 개방 상태에서의 단 자간 격리도 특성은 제약받게 된다. 격리도 특성을 향상시키기 위해서는 유닛 셀(100b, 100c 및 100d)의 직렬 스위치 소자(S1)의 오프 상태에서의 격리도 특성을 향상시켜야 하며, 이를 위해서는 스위치 소자 즉, FET 소자의 채널 폭을 작게 하여 오프 커패시턴스를 작게 해야 한다. 그러나 이렇게 하려면 입력단자가 안테나 단자에 연결되었을 때의 온 상태에서의 직렬 스위치 소자의 채널 저항을 증가시키기 때문에 스위치 삽입손실 성능을 저하시킨다. 또 다른 방법으로서, 안테나 단자와 격리된 입력단자의 임피던스 레벨을 온 상태의 병렬 스위치 소자를 통해 접지에 가깝게 낮추어 즉, 유입된 대부분의 누설신호를 접지를 통해 차단시킴으로써 입력단자로의 유입을 막음으로써 격리도 특성을 대폭 개선할 수 있다. 그러나 병렬 스위치 소자의 온 상태에서의 채널 저항과 패키지 상의 본딩 와이어 인덕턴스 등의 영향으로 개선 폭이 고주파 대역에서는 상당히 제한되는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 공보 제10-2013-0088019호

본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로, 본 발명의 일 목적은 고주파 대역에서의 높은 전력 구동능력을 가지면서 고 격리도 특성을 유지할 수 있는 RF 스위치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고 격리도 특성을 유지함으로써 안테나에서 격리 상태의 입력 단자로의 유입되는 송신부 누설 신호를 줄임으로써 수신부에 강 전계 신호 인가를 막는데 있다.

전술한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고 격리도 특성을 갖는 RF 스위치는 고 격리도 특성을 갖는 RF 스위치로서, 안테나 단자와 복수의 입력 단자 사이의 복수의 직렬접속 스위치와 상기 복수의 직렬 접속 스위치와 병렬접속된 복수의 병렬접속 스위치를 포함하고, 상기 복수의 병렬 스위치 각각의 일단은 상기 복수의 직렬접속 스위치의 해당 직렬 접속 스위치에 각각 접속되고, 상기 복수의 병렬 스위치 각각의 타단은 접지에 연결되어 누설 신호가 상기 복수의 병렬접속 스위치를 통해 접지로 흐르게끔 하여 상기 입력 단자들로의 누설 신호 량을 줄여 상기 안테나와 상기 입력 단자 사이의 격리도 특성을 대폭 강화한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 RF 스위치는 상기 입력 단자들에 연결된 다수의 병렬접속 스위치에 직렬 접속된 다수의 종단저항을 더 포함하고, 상기 종단 저항을 통해 반사 손실을 흡수한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 직렬 스위치와 복수의 병렬 스위치는 직렬 접속된 MOS 트랜지스터로 구성되고, 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 단자에 각각의 MOS 트랜지스터의 게이트-투-소스 및 게이트-투-드레인 커패시턴스의 임피던스보다 큰 저항값을 갖는 플로팅 저항을 접속하고, 또한, 각각의 MOS 트랜지스터의 바디 단자에 바디-투-소스 및 바디-투-드레인 커패시턴스 의 임피던스보다 훨씬 큰 저항값을 갖는 플로팅 저항을 접속한 구성으로 된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 스위치 소자의 개방 상태에서의 전력 구동능력, 선형성 및 격리도를 향상시키기 위해서 상기 스위치의 개방 시 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 및 바디 단자에 (-)값의 전압이 인가된다.

본 발명에 의하면, 고주파 대역에서의 높은 전력 구동능력을 가지면서 고 격리도 특성을 유지할 수 있고, 또한, 고 격리도 특성을 유지함으로써 강 전계 송신부 누설 신호로부터 수신부를 신뢰성 문제없이 보호 할 수 있는 RF 스위치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 고출력 RF 스위치의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 RF 스위치에 사용되는 고출력 스위치 소자 상세 구조를 도시한다.
도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파에서의 격리도 특성을 향상시킨 RF 스위치 구조의 개략도를 도시한다.
도 4는 입력단자가 격리되었을 시 개방 입력단자에서 일정한 반사 계수 (Return Loss)를 획득하기 위한 흡수형 RF 스위치 구조를 도시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 그러나 당업자라면 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것이 아님을 인식할 수 있을 것이다. 이하의 설명에서 구성요소들에 대한 기술에서 단수의 표현은 단수로 한정되지 않고 복수를 포함한다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 전체에 걸쳐서 동일 또는 유사의 부분에 대해서는 동일 또는 유사의 도면 부호를 부여한다.

도 2는 도 1에서 도시된 RF 스위치에 사용되는 고출력 스위치 소자 상세 구조를 도시한다.

도 2에서는 편의상 스위치 S1의 구성을 도시하는데 S2의 구성 또한 S1의 구성과 같다.

도시한 바와 같이, 스위치(100a)는 직렬 접속된 MOS 트랜지스터(100a-1~100a-n)로 구성되고, 상기 MOS 트랜지스터(100a-1~100a-n)의 게이트 단자에 각각의 MOS 트랜지스터(100a-1~100a-n)의 게이트-투-소스 및 게이트-투-드레인 커패시턴스(C_GS 및 C_GD)의 임피던스보다 큰 저항값을 갖는 플로팅 저항(R_G)을 접속하고, 또한, 각각의 MOS 트랜지스터(100a-1~100a-n)의 바디 단자에 바디-투-소스 및 바디-투-드레인 커패시턴스 (C_BS 및 C_BD)의 임피던스보다 훨씬 큰 저항값을 갖는 플로팅 저항(R_B)을 접속한 구성으로 되어 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 스위치(100a)는 고 출력의 신호를 안정적으로 수신하고 높은 선형도를 확보하기 위해서 소위 직렬 트랜지스터 기법이라고 하는 연결 기법을 이용하여 복수개의 트랜지스터를 직렬로 연결한 구성으로 되어 있다. 이렇게 트랜지스터를 직렬로 복수개 적층하여 구성하는 이유는 하나의 트랜지스터가 견딜 수 있는 파괴전압 이상으로 신호가 인가되었을 때 인가신호의 전압을 직렬 연결된 복수개의 트랜지스터로 분산시켜 하나의 트랜지스터에 인가되는 전압 스윙을 적층된 개수만큼 나눔으로써 큰 전압 진폭을 갖는 고출력 신호를 수신할 수 있도록 하기 위함이다. 이렇게 되면 하나의 트랜지스터에 인가되는 전압스윙이 작아짐에 비례하여 선형성도 비례적으로 상승하게 된다.

또한, 상기 스위치(100a) 소자의 개방 상태에서의 전력 구동능력, 선형성 및 격리도를 향상시키기 위해서 상기 스위치(100a)의 개방 시 상기 MOS 트랜지스터(100a-1~100a-n)의 게이트 및 바디 단자에 (-)값의 전압을 인가할 수도 있다.

도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파에서의 격리도 특성을 향상시킨 RF 스위치 구조의 개략도를 도시한다.

도 3을 참조하면, 본원발명에서는, 직렬 스위치 소자 S1과 병렬 스위치 소자 S2 이외에 격리도를 향상시키기 위해서 직렬 스위치 소자(S3) 및 이에 병렬접속된 병렬 스위치 소자(S4)를 더 포함한다.

상기 도 3을 보면, 안테나 단자(300')로부터 격리된 입력단자 2, 입력단자 3 및 입력단자 4로의 유입된 누설신호가 병렬 스위치 소자(S2)에 의해 한번 접지방향으로 차단되고, 이어서 스위치 소자(S3)에 병렬 접속된 스위치 소자(S4)에 의해 두 번 접지 방향으로 차단된다. 따라서 격리도 특성이 대폭적으로 개선될 수 있다. 즉, 안테나 단자(300')와 연결된 입력단자 1에 부착된 직렬 스위치 (S1과 S3)는 온 상태, 병렬 스위치 (S2와 S4)는 오프 상태가 되며, 나머지 입력 단자 2, 3, 및 4에 연결된 직렬 스위치(S1과 S3)는 오프 상태로, 병렬로 연결된 스위치(S2와 S4)는 온 상태로 구동된다.

여기서, 상기 직렬 스위치 소자(S3)로 인해 온 상태에서의 채널저항 증가로 인하여 삽입손실 성능이 저하되는 것을 고려할 수 있으나, 스위치 소자(S3)의 경우 스위치 소자(S1)와 대비하여 강전계 인가 시 전압 스윙이 크게 걸리지 않고 작은 개수의 트랜지스터를 적층시키기 때문에 성능 저하 수준은 무시할 수 있다.

도 4는 입력단자가 격리되었을 시 개방 입력단자에서 일정한 반사 계수 (Return Loss)를 획득하기 위한 흡수형 RF 스위치 구조를 도시한다.

도 4를 참조하면, 종단 저항(R0)의 임피던스에 의해 입력 임피던스가 매칭되기 때문에 입력 단자 개방시 반사 손실(return loss)이 거의 발생하지 않게 된다.

지금까지 기술한 본 발명에 의하면, 고주파 대역에서의 높은 전력 구동능력을 가지면서 고 격리도 특성을 유지할 수 있고, 또한, 고 격리도 특성을 유지함으로써 강 전계 송신부 누설 신호로부터 수신부를 신뢰성 문제없이 보호 할 수 있다.

지금까지 본 발명을 도면을 참조로 하여 상세히 기술하였지만, 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100a, 100b, 100c, 100d: 유닛 셀
100a', 100b;, 100c', 100d': 유닛 셀
100a-1, 100a-2, 100a-3, 100a-n: MOS 트랜지스터
200: 제어 회로
200': 제어 회로
300: 안테나 단자
300': 안테나 단자
1000: RF 스위치
1000’: RF 스위치RO : Termination Resistance

Claims (4)

1. 고 격리도 특성을 갖는 RF 스위치로서,
   안테나 단자와 복수의 입력 단자 사이의 복수의 직렬접속 스위치와 상기 복수의 직렬 접속 스위치와 병렬접속된 복수의 병렬접속 스위치를 포함하고, 상기 복수의 병렬 스위치 각각의 일단은 상기 복수의 직렬접속 스위치의 해당 직렬 접속 스위치에 각각 접속되고, 상기 복수의 병렬 스위치 각각의 타단은 접지에 연결되어 누설 신호가 상기 복수의 병렬접속 스위치를 통해 접지로 흐르게끔 하여 상기 입력 단자들로의 누설 신호 량을 줄여 상기 안테나와 상기 입력 단자 사이의 격리도 특성을 대폭 강화하고,
   상기 입력 단자들에 연결된 다수의 병렬접속 스위치와 접지 사이에 직렬 접속된 다수의 종단저항(RO)을 더 포함하고, 상기 종단저항의 임피던스에 의해 입력 임피던스가 매칭되어 반사 손실을 흡수하여 반사 손실의 발생을 저감하는 것을 특징으로 하는 고 격리도 특성을 갖는 RF 스위치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 직렬 스위치와 복수의 병렬 스위치는 직렬 접속된 MOS 트랜지스터로 구성되고, 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 단자에 각각의 MOS 트랜지스터의 게이트-투-소스 및 게이트-투-드레인 커패시턴스의 임피던스보다 큰 저항값을 갖는 플로팅 저항을 접속하고, 또한, 각각의 MOS 트랜지스터의 바디 단자에 바디-투-소스 및 바디-투-드레인 커패시턴스의 임피던스보다 훨씬 큰 저항값을 갖는 플로팅 저항을 접속한 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 고 격리도 특성을 갖는 RF 스위치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 스위치 소자의 개방 상태에서의 전력 구동능력, 선형성 및 격리도를 향상시키기 위해서 상기 스위치의 개방 시 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 및 바디 단자에 (-)값의 전압이 인가되는 고 격리도 특성을 갖는 RF 스위치.
   
   
   
   
   
   
   

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