KR102625588B1 - 고선형 안테나 스위치 및 이를 포함하는 전자 통신 장치 - Google Patents

고선형 안테나 스위치 및 이를 포함하는 전자 통신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력단과 안테나 사이에 배치되는 상보형 직렬 스위치 모듈, 상기 입력단과 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 사이에 병렬로 연결되는 상보형 병렬 스위치 모듈을 포함하고, 상기 입력단과 상기 안테나 사이에 연결 통로가 형성될 때, 상기 상보형 직렬 스위치 모듈에 포함된 복수의 트랜지스터들은 턴-온 상태를 가지고 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 복수의 트랜지스터들은 턴-오프 상태를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 스위치 및 이를 포함하는 전자 통신 장치를 개시한다.

Description

고선형 안테나 스위치 및 이를 포함하는 전자 통신 장치 {Antenna switch for supporting high linearity and electronic communication device including the same}
본 발명은 안테나 스위치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고선형성을 가지는 안테나 스위치 및 이를 포함하는 전자 통신 장치에 관한 것이다.
스마트 폰과 같은 전자 장치의 성능이 향상되고, 다양한 서비스에 대한 사용자들의 수요가 증대됨에 따라, 전자장치는 복수의 RAT(radio access technology)들을 지원하게 되었다. 예를 들어, 전자 장치는 전통적인 음성 통화는 물론, LTE(long term evolution)과 같은 셀룰러 통신과, 무선랜(wireless local area network, WLAN), 블루투스(bluetooth) 또는 UWB(ultra wide band)와 같은 근거리 통신을 지원하도록 설계되고 있다.
전자 장치에 포함되는 RF 트랜시버 (Transceiver) 및 기저 대역 모뎀의 경우 다중 밴드를 지원하는 CMOS 단일 칩 집적이 쉬운 반면, 프론트-엔드 모듈 (Front-End Module, FEM)의 경우 CMOS 소자 성능 한계로 외부 소자들(예: 각 통신 표준에서 요구하는 안테나 스위치, 안테나 튜닝 디바이스, SAW (Surface Acoustic Wave) 여파기 (듀플렉서), 전력 증폭기 및 저잡음 증폭기 등)이 PCB(인쇄회로기판) 상에서 복잡하게 실장 되고 있다. 5G 셀룰러 이동 통신 표준 (WiFi 표준 포함)의 경우, 높은 데이터 송수신량을 처리하기 위해 최대 40 여개의 주파수 대역을 지원함에 따라, 앞서 언급된 FEM의 하드웨어 복잡도도 기하급수적으로 증가할 것으로 예상된다. 이에 따라, 5G 셀룰러 이동 통신 표준에 상응하는 고성능 FEM 설계가 요구되고 있다.
한국등록특허공보 제10-1208175호(2012.12.04.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고선형성을 가지는 전단 모듈(FEM)을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 안테나 스위치는 입력단과 안테나 사이에 배치되는 상보형 직렬 스위치 모듈, 상기 입력단과 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 사이에 병렬로 연결되는 상보형 병렬 스위치 모듈을 포함하고, 상기 입력단과 상기 안테나 사이에 연결 통로가 형성될 때, 상기 상보형 직렬 스위치 모듈에 포함된 복수의 트랜지스터들은 턴-온 상태를 가지고 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 복수의 트랜지스터들은 턴-오프 상태를 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 및 상기 상보형 병렬 스위치 모듈은 N타입 MOSFET와 P타입 MOSFET가 병렬로 배치되는 복수개의 트랜지스터 쌍, 상기 N타입 MOSFET와 상기 P타입 MOSFET의 게이트 단자들에 연결되는 게이트 저항들, 상기 N타입 MOSFET와 상기 P타입 MOSFET의 바디 단자들에 연결되는 바디 저항들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 안테나 스위치는, 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈이 턴-온 상태를 가짐에 따라, 상기 N타입 MOSFET가 턴-온 되는 경우 상기 N타입 MOSFET의 게이트 단자에 양의 전원 전압이 공급되고, 상기 N타입 MOSFET의 바디 단자에 접지 전위가 인가되며, 상기 P타입 MOSFET가 턴-온 되는 경우 상기 P타입 MOSFET의 게이트 단자에 음의 전원 전압이 공급되고, 상기 P타입 MOSFET의 바디 단자에 접지 전위가 인가되는 것을 특징으로 한다.
또는, 안테나 스위치는, 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈이 턴-오프 상태를 가짐에 따라, 상기 N타입 MOSFET가 턴-오프 시 상기 N타입 MOSFET의 게이트 단자 및 바디 단자에 음의 전원 전압이 인가되고, 상기 P타입 MOSFET가 턴-오프 시 P타입 MOSFET의 게이트 단자 및 바디 단자에 양의 전원 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 고선형성 안테나 스위치를 포함하는 전자 통신 장치는 안테나, 상기 안테나를 통해 신호를 송출하거나 상기 안테나를 통해 수신된 신호를 수신하는 통신 모듈, 상기 안테나와 상기 통신 모듈 사이에 배치되는 트랜시버, 상기 트랜시버와 상기 안테나 사이에 배치되는 전단 모듈을 포함하고, 상기 전단 모듈은, 입력단과 안테나 사이에 배치되는 상보형 직렬 스위치 모듈, 상기 입력단과 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 사이에 병렬로 연결되는 상보형 병렬 스위치 모듈을 포함하고, 상기 입력단과 상기 안테나 사이에 연결 통로가 형성될 때, 상기 상보형 직렬 스위치 모듈에 포함된 복수의 트랜지스터들은 턴-온 상태를 가지고 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 복수의 트랜지스터들은 턴-오프 상태를 가지는 안테나 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 및 상기 상보형 병렬 스위치 모듈은 N타입 MOSFET와 P타입 MOSFET가 병렬로 배치되는 복수개의 트랜지스터 쌍, 상기 N타입 MOSFET와 상기 P타입 MOSFET의 게이트 단자들에 연결되는 게이트 저항들, 상기 N타입 MOSFET와 상기 P타입 MOSFET의 바디 단자들에 연결되는 바디 저항들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 통신 모듈 또는 상기 트랜시버 중 적어도 하나는 상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 N타입 MOSFET가 턴-온 되는 경우 상기 N타입 MOSFET의 게이트 단자에 양의 전원 전압이 공급되고, 상기 N타입 MOSFET의 바디 단자에 접지 전위가 인가되도록 제어하며, 상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 P타입 MOSFET가 턴-온 되는 경우 상기 P타입 MOSFET의 게이트 단자에 음의 전원 전압이 공급되고, 상기 P타입 MOSFET의 바디 단자에 접지 전위가 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 통신 모듈 또는 상기 트랜시버 중 적어도 하나는 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 N타입 MOSFET가 턴-오프 시 상기 N타입 MOSFET의 게이트 단자 및 바디 단자에 음의 전원 전압이 인가되도록 제어하고, 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 P타입 MOSFET가 턴-오프 시 P타입 MOSFET의 게이트 단자 및 바디 단자에 양의 전원 전압이 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 고선형성을 바탕으로 RF 스위치의 전력 구동 능력 및 하모닉 왜곡 성능을 향상시키는 데에 의의가 있다.
기타, 본 발명에 따른 효과는 이하에서 설명하는 실시 예의 설명과 함께 기재하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고선형 안테나 스위치가 배치되는 전단 모듈을 포함하는 전자 통신 장치 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 전단 모듈 구성을 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전단 모듈과 안테나 구성의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 스위치 구동의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고선형성 안테나 스위치의 신호 특성을 나타낸 도면이다.
본 발명은 특허출원서에 기재된 국가연구개발과제 이외에 아래의 국가연구개발과제의 지원을 받아 출원을 진행한 건 입니다.
과제번호 : 2022R1A2C2011267
부처명 : 과학기술정보통신부
과제관리(전문)기관명 : 한국연구재단
연구사업명 : 중견연구
연구과제명 : 드론 감지 응용을 위한 Sub-1GHz/2.4GHz/5.8GHz ISM 대역 동작 위상배열 안테나 기반 CMOS 다중 채널 스펙트럼 검출 수신기
과제수행기관명 : 전북대학교
연구기간 : 2022. 03. 01~ 2026. 02. 28.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서 설명하는, 본 발명은 상보형 전계효과 트랜지스터를 적층한 고선형 안테나 스위치에 관한 것이다. 이를 통하여 본 발명은 다양한 통신 표준을 지원할 수 있는 고선형성의 전단 모듈 및 이를 포함하는 전자 통신 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고선형 안테나 스위치가 배치되는 전단 모듈을 포함하는 전자 통신 장치 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 전단 모듈 구성을 보다 상세히 나타낸 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전자 통신 장치(100)는 AP(application processor)(120), 통신 모듈(130a), 트랜시버(140), FEM(150a), 안테나(160a)를 포함할 수 있다.
AP(120)는 전자 통신 장치(100)의 다양한 기능 지원에 필요한 신호 처리를 수행하는 프로세서에 상응하는 구성요소이며, 통신 모듈(130a)의 동작을 제어할 수 있다. 통신 모듈(130a)은 특정 통신 방식의 기지국(예: 4G 통신 기지국 또는 5G 통신 기지국, 이하 RAT, radio access technology)의 신호를 처리하는 회로로서, RAT의 규격에 따라 신호를 생성 및/또는 해석할 수 있다. 트랜시버(140)는 RAT의 신호를 송신 및/또는 수신하기 위한 RF 처리를 수행할 수 있다. 통신 모듈(130a) 및/또는 트랜시버(140)는 RAT의 신호를 처리하므로 '신호 처리 모듈'로 지칭될 수 있다. FEM(front-end module)(150a)은 안테나(160a) 및 통신 모듈(130a) 또는 트랜시버(140)와 결합되며, 적어도 하나의 안테나 스위치, 적어도 하나의 필터 및/또는 적어도 하나의 증폭기를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따라, FEM(150a)은 적어도 하나의 대역 필터와 안테나 스위치를 포함할 수 있다. FEM(150a)에 포함되는 안테나 스위치는 통신 모듈(130a)의 동작 상태에 기반하여 제어될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, AP(120)의 통제에 기반하여 통신 모듈(130a)이 FEM(150a)을 제어할 수 있다. 예를 들어, AP(120)는 제어 선로(104)를 통해 통신 모듈(130a)의 동작 상태를 확인한 후, 제어 선로(104)를 통해 통신 모듈(130a)로 FEM(150a)에 대한 제어 명령을 전달할 수 있다. 제어 명령을 확인한 통신 모듈(130a)은 제어 선로(106)를 통해 FEM(150a)로 제어 신호를 인가할 수 있다. 예를 들어, 제어 명령은 통신 모듈(130a)의 동작 상태에 기반하여 결정된 FEM(150a)의 안테나 스위치의 연결 상태를 지시하는 정보를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따라, 통신 모듈(130a)이 독립적으로 FEM(150a)을 제어할 수 있다. 통신 모듈(130a)이 정의된 범위에서 FEM(150a)의 안테나 스위치의 연결 상태를 제어할 수 있는 권한을 가질 수 있다. 통신 모듈(130a) 각각에 의한 독립적인 제어를 위해, FEM(150a)은 대응하는 기능을 지원할 수 있다. 예를 들어, FEM(150a)은 통신 모듈(130a)로부터의 제어 신호에 기반하여 안테나 스위치의 연결 상태를 제어할 수 있는 기능을 지원할 수 있다.
상기 안테나(160a)는 통신 모듈(130a)이 운용하는 주파수 대역을 커버할 수 있는 형태로 마련될 수 있다. 예컨대, 상기 안테나(160a)는 MB(middle band)/HB(high band)를 지원하도록 형성되거나, LB(low band)를 지원하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, LB 및 MB는 1GHz를 기준으로 구분되고, MB 및 HB는 2.3GHz를 기준으로 구분될 수 있다. 또는, 상기 안테나(160a)는 GSM WCDMA LTE 통신 대역, WLAN/WIFI 주파수 대역 등 상기 통신 모듈(130a)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 이와 관련하여, 전자 통신 장치(100)는 복수개의 통신 모듈을 포함할 수도 있다.
한편, 전자 통신 장치(100) 구조에서 1개의 안테나(160a)가 통신 모듈(130a)에 연결되는 구조를 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 통신 모듈(130a)은 3개 이상의 다중 통신 대역을 지원할 수 있으며, 이에 대응하여 상기 전자 통신 장치(100)는 복수개의 안테나를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 FEM(150a)은 SP3T(single pole 3 Throw) 타입의 고선형성 안테나 스위치(170)를 포함할 수 있다. 상기 안테나 스위치(170)는 안테나(160a)와 트랜시버(140) 사이에 배치되어, 상기 트랜시버(140)가 신호 송출 시 상기 안테나 스위치(170) 제어에 대응하여 다양한 신호를 안테나(160a)를 통해 송출할 수 있다.
FEM(150a)은 복수의 대역 필터들(194a, 194b, 194c), 상기 복수의 대역 필터들(194a, 194b, 194c)이 연결되는 안테나 스위치(170)를 포함하고, 상기 안테나 스위치(170)에는 안테나(160a)가 연결될 수 있다. 상기 안테나(160a)는 상기 복수의 대역 필터들(194a, 194b, 194c)이 필터링하는 주파수 대역의 신호들을 수신할 수 있는 크기 또는 체적을 가질 수 있다. 한편, 상술한 설명에서는 FEM(150a)의 수신 경로를 고려하여 복수의 대역 필터들(194a, 194b, 194c)이 배치되는 것을 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 FEM(150a)은 송신 경로를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 복수의 대역 필터들(194a, 194b, 194c)은 안테나(160a)를 통해 출력될 송신 신호를 증폭하는 복수의 증폭기들로 대체될 수 있다.
상기 복수의 대역 필터들(194a, 194b, 194c)은 서로 다른 대역의 주파수들을 필터링할 수 있도록 구성될 수 있다. 예컨대, 복수의 대역 필터들(194a, 194b, 194c) 중 특정 대역 필터는 4G 통신과 관련한 주파수 대역을 필터링하도록 구성될 수 있다. 또는, 복수의 대역 필터들(194a, 194b, 194c) 중 특정 대역 필터는 5G 통신과 관련한 주파수 대역을 필터링하도록 구성될 수 있다. 복수의 대역 필터들(194a, 194b, 194c) 중 제1 대역 필터(194a)는 안테나 스위치(170)의 제1 입력단(174a)과 연결되고, 제2 대역 필터(194b)는 안테나 스위치(170)의 제2 입력단(174b)에 연결되고, 제3 대역 필터(194c)는 제3 입력단(174c)에 연결될 수 있다.
상기 안테나 스위치(170)는 3개의 입력단들(174a, 174b, 174c)과 1개의 출력단(172)을 포함할 수 있다. 상기 3개의 입력단들(174a, 174b, 174c) 각각은 복수의 대역 필터들(194a, 194b, 194c) 각각과 연결될 수 있다. 또는 3개의 입력단들(174a, 174b, 174c) 각각은 복수의 증폭기들 각각과 연결될 수 있다. 상기 1개의 출력단(172)에는 안테나(160a)가 연결될 수 있다. 상기 입력단들(174a, 174b, 174c)과 상기 출력단(172) 사이에는 상보형 전계효과 트랜지스터들이 직렬 및 병렬로 각각 연결될 수 있다. 상기 안테나 스위치(170)는 AP(120), 통신 모듈(130a) 및 트랜시버(140) 중 적어도 하나의 제어에 대응하여 상기 3개의 입력단들(174a, 174b, 174c) 중 어느 하나의 입력단을 상기 1개의 출력단(172)과 연결할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 안테나 스위치(170)를 포함하는 전단 모듈(FEM)은 상보형 전계효과 트랜지스터를 직렬 및 병렬로 연결하여 2차 하모닉 왜곡 성능 열화를 줄여 RF 시스템의 수신 감도 및 송신 전력 방사 성능을 개선할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전단 모듈과 안테나 구성의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전단 모듈(150a)의 적어도 일부는 안테나(Antenna)(예: 도 1 및 도 2의 160a) 및 안테나(Antenna)에 연결된 복수의 단위 셀(unit cell)들(UC1, UC2, UC3), 상기 단위 셀들(UC1, UC2, UC3)에 연결된 입력단들(IN 1, IN 2, IN 3)(예: 앞서 도 2에서 설명한 174a, 174b, 174c)을 포함할 수 있다.
상기 안테나(Antenna)는 앞서 도 1 및 도 2에서 설명한 안테나로서, 지정된 주파수 대역의 신호를 수신할 수 있도록 특정 형태와 체적을 가질 수 있다. 상기 안테나(Antenna)는 예컨대, 통신 모듈(130a)에서 생성한 신호를 송출하는데 이용되거나 또는 통신 모듈(130a)에서 처리되는 신호를 수신하는데 이용될 수 있다. 또는, 상기 안테나(Antenna)는 송신 기능 및 수신 기능 중 적어도 하나의 기능을 선택적으로 지원하도록 운용될 수 있다.
상기 단위 셀들(UC1, UC2, UC3)은 상기 3개의 입력단들(IN 1, IN 2, IN 3)과 상기 안테나(Antenna) 사이에 각각 배치될 수 있다. 본 발명에서 상기 단위 셀들(UC1, UC2, UC3)은 안테나 스위치(170) 역할을 수행할 수 있다. 한편, 본 발명에서는 SP3T(Single pole three throw)를 기준으로 설명함에 따라 3개의 단위 셀들(UC1, UC2, UC3)이 배치되는 구조를 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 단위 셀들(UC1, UC2, UC3)은 입력단들이 추가되는 경우, 각각의 입력단들에 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 단위 셀들(UC1, UC2, UC3)의 개수는 설계되는 Throw의 개수에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, SP6T인 경우 안테나 스위치(170)는 6개의 단위 셀들을 포함할 수 있다. 상기 단위 셀들(UC1, UC2, UC3)은 모두 동일한 구조를 가질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 단위 셀들(UC1, UC2, UC3) 중 일부 단위 셀은 상보형 전계효과 트랜지스터들로 구성되거나, 나머지 단위 셀은 일반 전계효과 트랜지스터들로 구성될 수도 있다. 상기 일반 전계효과 트랜지스터들은 예컨대, 입력단과 안테나(Antenna) 사이에 직렬로 연결되는 복수개의 트랜지스터들과 병렬로 연결되는 복수개의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 이하에서는 상기 단위 셀들(UC1, UC2, UC3)이 동일한 구조를 가지는 것을 기준으로, 제1 단위 셀(UC1)의 구조를 상세히 설명하기로 한다.
상기 제1 단위 셀(UC1)은 제1 입력단(IN 1)과 안테나(Antenna) 사이에 배치되는 상보형 직렬 스위치 모듈(Series stacked-FETs) 및 상보형 병렬 스위치 모듈(Shunt stacked-FETs)을 포함할 수 있다.
상기 상보형 직렬 스위치 모듈(Series stacked-FETs)은 제1 입력단(IN 1) 단자와 안테나(Antenna) 단자를 이어주도록 배치되고, 상기 상보형 병렬 스위치 모듈(Shunt stacked-FETs)은 단자 간 격리도 (Isolation)를 강화하기 위해 상기 상보형 직렬 스위치 모듈(Series stacked-FETs)에 병렬로 연결된다.
상기 상보형 직렬 스위치 모듈(Series stacked-FETs)은 입력단(IN 1)과 안테나(Antenna) 사이에 직렬로 연결되는 제1 상보형 직렬 스위치(170) 내지 제M 상보형 직렬 스위치(170)들을 포함할 수 있다. 제1 상보형 직렬 스위치(170) 내지 제M 상보형 직렬 스위치(170)들 각각은 N타입 MOSFET와 P 타입 MOSFET이 서로 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 상보형 직렬 스위치(170)의 N타입 MOSFET의 소스 단자와 P타입 MOSFET 드레인 단자들은 서로 연결되고, 제1 상보형 직렬 스위치(170)의 N타입 MOSFET의 드레인 단자와 P타입 MOSFET 소스 단자들은 서로 연결될 수 있다. 상기 제1 상보형 직렬 스위치(170) 내지 제M 상보형 직렬 스위치(170)들의 N타입 MOSFET의 바디 단자 및 P타입 MOSFET 바디 단자에는 공통적으로 바디 저항(RB)이 연결되고, 각각 바디 전압(VB)이 공급된다. 상기 제1 상보형 직렬 스위치(170) 내지 제M 상보형 직렬 스위치(170)들의 N타입 MOSFET의 게이트 단자 및 P타입 MOSFET 게이트 단자에는 공통적으로 게이트 저항(RG)이 연결되고, 각각 게이트 전압(VG)이 공급된다. 제1 입력단(IN 1)은 제M 상보형 직렬 스위치(170)의 N타입 MOSFET 소스 단자 및 P타입 MOSFET 드레인 단자에 연결된다. 제1 상보형 직렬 스위치(170)의 N타입 MOSFET 드레인 단자 및 P타입 MOSFET의 소스 단자는 출력단 또는 안테나(Antenna)에 연결될 수 있다.
상기 제1 상보형 직렬 스위치(170)와 제M 상보형 직렬 스위치(170) 사이에 배치되는 상보형 직렬 스위치는 인접된 다른 상보형 직렬 스위치들과 드레인 및 소스 단자가 서로 엇갈려 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 상보형 직렬 스위치(170) 및 제M 상보형 직렬 스위치(170) 사이 제2 상보형 직렬 스위치가 배치되면, 제2 상보형 직렬 스위치의 N타입 MOSFET의 소스 단자와 P타입 MOSFET의 드레인 단자는 인접된 상보형 직렬 스위치의 N타입 MOSFET의 드레인 단자 및 P타입 MOSFET의 소스 단자와 연결되고, 제2 상보형 직렬 스위치의 N타입 MOSFET의 드레인 단자와 P타입 MOSFET의 소스 단자는 인접된 상보형 직렬 스위치의 N타입 MOSFET의 소스 단자 및 P타입 MOSFET의 드레인 단자와 연결된다.
상기 상보형 병렬 스위치 모듈(Shunt stacked-FETs)은 입력단(IN 1)과 안테나(Antenna) 사이 또는 입력단(IN 1)과 상보형 직렬 스위치 모듈(Series stacked-FETs) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 상기 상보형 병렬 스위치 모듈(Shunt stacked-FETs)은 제1 상보형 병렬 스위치(170) 내지 제M 상보형 병렬 스위치(170)들을 포함할 수 있다. 제1 상보형 병렬 스위치(170) 내지 제M 상보형 병렬 스위치(170)들, 제1 상보형 직렬 스위치(170) 내지 제M 상보형 직렬 스위치(170)들과 유사하게, N타입 MOSFET와 P 타입 MOSFET이 서로 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 상보형 병렬 스위치(170)의 N타입 MOSFET의 드레인 단자와 P타입 MOSFET 소스 단자는 서로 연결되고, 제1 상보형 병렬 스위치(170)의 N타입 MOSFET의 소스 단자와 P타입 MOSFET 드레인 단자는 서로 연결될 수 있다. 상기 제1 상보형 병렬 스위치(170) 내지 제M 상보형 병렬 스위치(170)들의 N타입 MOSFET의 바디 단자 및 P타입 MOSFET 바디 단자에는 공통적으로 바디 저항(RB)이 연결되고, 각각 바디 전압(VB)이 공급된다. 상기 제1 상보형 병렬 스위치(170) 내지 제M 상보형 병렬 스위치(170)들의 N타입 MOSFET의 게이트 단자 및 P타입 MOSFET 게이트 단자에는 공통적으로 게이트 저항(RG)이 연결되고, 각각 게이트 전압(VG)이 공급된다. 제1 입력단(IN 1)은 제1 상보형 병렬 스위치(170)의 N타입 MOSFET 드레인 단자 및 P타입 MOSFET 소스 단자에 연결되고, 제M 상보형 병렬 스위치(170)의 N타입 MOSFET 소스 단자 및 P타입 MOSFET의 드레인 단자는 접지에 연결될 수 있다.
상기 제1 상보형 병렬 스위치(170)와 제M 상보형 직렬 스위치(170) 사이에 배치되는 제M-2 상보형 병렬 스위치는 인접된 다른 제M-1 상보형 병렬 스위치 및 제M-3 상보형 병렬 스위치들과 드레인 및 소스 단자가 서로 엇갈려 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 상보형 병렬 스위치(170) 및 제M 상보형 병렬 스위치(170) 사이 제M-2 상보형 병렬 스위치가 배치되면, 제M-2 상보형 병렬 스위치의 N타입 MOSFET의 소스 단자와 P타입 MOSFET의 드레인 단자는 인접된 제M-1 상보형 병렬 스위치의 N타입 MOSFET의 드레인 단자 및 P타입 MOSFET의 소스 단자와 연결되고, 제M-2 상보형 직렬 스위치의 N타입 MOSFET의 드레인 단자와 P타입 MOSFET의 소스 단자는 인접된 제M-3 상보형 직렬 스위치의 N타입 MOSFET의 소스 단자 및 P타입 MOSFET의 드레인 단자와 연결된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 스위치 구동의 한 예를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 입력단(IN 1)과 안테나(Antenna) 단자 사이 경로가 연결 될 때에는 상보형 직렬 스위치 모듈(Series stacked-FETs)은 온이 되고, 상보형 병렬 스위치 모듈(Shunt stacked-FETs)은 오프 된다. 이와 관련하여, 제1 입력단(IN 1)과 안테나(Antenna) 단자 사이 경로 연결 시, 상보형 직렬 스위치 모듈(Series stacked-FETs)에 포함된 N 타입 MOSFET(NMOS)의 게이트에 공급되는 게이트 전압(VG)은 양의 전원 전압(+VDD)이 되고, P타입 MOSFET(PMOS)의 게이트에 공급되는 게이트 전압(VG)은 음의 전원 전압(-VDD)이 된다. 상보형 직렬 스위치 모듈(Series stacked-FETs)의 N타입 MOSFET(NMOS) 및 P타입 MOSFET(PMOS)의 바디 단자에 공급되는 바디 전압(VB)은 각각 접지 전압이 될 수 있다. 제1 입력단(IN 1)과 안테나(Antenna) 단자 사이 경로 연결 시, 상보형 병렬 스위치 모듈(Shunt stacked-FETs)에 포함된 N 타입 MOSFET(NMOS)의 게이트에 공급되는 게이트 전압(VG)은 음의 전원 전압(-VDD)이 되고, P타입 MOSFET(PMOS)의 게이트에 공급되는 게이트 전압(VG)은 양의 전원 전압(+VDD)이 된다. 상보형 병렬 스위치 모듈(Shunt stacked-FETs)의 N타입 MOSFET(NMOS)의 바디 단자에 공급되는 바디 전압(VB)은 음의 전원 전압(-VDD)이 되고, P타입 MOSFET(PMOS)의 바디 단자에 공급되는 바디 전압(VB)은 양의 전원 전압(+VDD)이 될 수 있다. 반대로 제1 입력단(IN 1)과 안테나(Antenna) 단자 사이의 경로가 끊길 때에는 상보형 직렬 스위치 모듈(Series stacked-FETs)은 오프 되고, 상보형 병렬 스위치 모듈(Shunt stacked-FETs)은 온이 된다. 상보형 직렬 스위치 모듈(Series stacked-FETs)이 오프되는 경우, OFF 표에 따른 게이트 전압(VG) 및 바디 전압(VB)이 각각의 N타입 MOSFET(NMOS) 및 P타입 MOSFET(PMOS)에 공급되며, 상보형 병렬 스위치 모듈(Shunt stacked-FETs)이 턴-온되는 경우, ON 표에 따른 게이트 전압(VG) 및 바디 전압(VB)이 각각의 N타입 MOSFET(NMOS) 및 P타입 MOSFET(PMOS)에 공급된다.
상술한 턴-온된 트랜지스터들에서, 큰 전압 진폭을 갖는 신호가 인가 될 때에도 턴-온이 된 트랜지스터를 온 상태로 유지시키기 위해 각 트랜지스터의 게이트 단자와 바디 단자에 높은 저항 값을 갖는 저항(예: 바디 저항(VB) 및 게이트 저항(VG))으로 연결하는 플로팅 게이트/바디 기법이 적용된다.
한편 턴-오프 된 트랜지스터에서는, 매우 큰 전압 진폭을 갖는 신호가 인가될 시에도 전압 스윙을 각 트랜지스터로 균등하게 배분시킴으로써 스위칭 전력 구동 능력을 적층 수에 비례하여 향상시킬 수 있도록 제1 내지 제M개의 트랜지스터들이 상보형 적층 구조(STACKED)로 배치된다. 또한 턴-오프 상태를 더 잘 유지시키기 위하여 각 N타입 트랜지스터의 게이트와 바디 단자에 0 V 전압이 아닌 음 전압(-VDD)을 인가함으로써 게이트-소스 전압 내지 바디-소스 양단 전압 차이가 음 전압(-VDD)이 되게끔하고, P타입 트랜지스터의 게이트와 바디 단자에 양 전압(+VDD)를 인가함으로써 소스-게이트 내지 소스-바디 양단 전압 차이가 음 전압(-VDD)이 되게끔하는 음전압 바이어스 기법이 적용된다. 결론적으로 적층 트랜지스터 및 음전압 바이어스 적용은 RF 스위치의 전력 구동 능력 및 하모닉 왜곡 성능을 크게 향상시킨다. 특히, 본 발명의 상보형 전계효과 트랜지스터들로 구성된 안테나 스위치(170)는 throw 수가 포괄 주파수 대역 수에 비례하여 증가하더라도 3차 하모닉 왜곡 성능 및 2차 하모닉 왜곡 성능 개선을 제공한다. 이에 따라, 본 발명의 안테나 스위치(170)는 안테나 스위치 성능 (삽입손실, 격리도, 전력 구동 능력, 하모닉 왜곡 등)의 개선, 특히, 2차 하모닉 왜곡 성능 열화의 개선, 전체 RF 시스템의 수신 감도 개선 및 송신 전력 방사 성능 개선을 위한 높은 선형성을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고선형성 안테나 스위치의 신호 특성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 고선형성 안테나 스위치는 기존 안테나 스위치 대비 거의 동일한 전력 손실 (H1) 특성을 보이며 2차 하모닉 왜곡( H2) 성능을 대폭 개선시킴을 볼 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 스위치(170)는 MOSFET 에서 발생하는 온-저항의 비선형성을 상쇄시키기 위해 N타입 MOSFET(NMOS)와 P타입 MOSFET(PMOS)를 병렬로 배치한 상보 트랜지스터를 포함한다. 또한, 본 발명의 안테나 스위치(170)는 전력 구동 능력 및 하모닉 왜곡 성능을 개선시키기 위해 N타입 MOSFET(NMOS)와 P타입 MOSFET(PMOS)의 게이트 단자와 바디 단자를 큰 저항(게이트 저항(RG) 및 바디 저항(RB))을 통해 AC(교류)적으로 플로팅 상태를 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 안테나 스위치(170)는 전력 구동 능력 및 하모닉 왜곡 성능을 개선시키기 위해 상보 트랜지스터를 적층으로 쌓는 스택 구조를 이용한다. 또한, 본 발명의 안테나 스위치(170)에서, N타입 MOSFET(NMOS)의 경우 턴-온 시 게이트와 바디 단자에 양의 전원 전압(+VDD) 및 접지 전위(0V)를 인가하고, P타입 MOSFET(PMOS)의 경우 턴-온 시 게이트와 바디 단자에 음의 전원 전압(-VDD) 및 접지 전위(0V)를 인가한다. 또한, 본 발명의 안테나 스위치(170)에서 N타입 MOSFET(NMOS)의 경우 턴-오프 시 게이트와 바디 단자에 모두 음의 전원 전압(-VDD)을 인가하고 P타입 MOSFET(PMOS)의 경우 턴-오프 시 게이트와 바디 단자에 모두 양의 전원 전압 (+VDD)을 인가한다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 이탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 전자 통신 장치
120: AP
130a: 통신 모듈
140: 트랜시버
150a: FEM, 전단 모듈
160a, Antenna: 안테나
170: 안테나 스위치

Claims (8)

  1. 입력단과 안테나 사이에 배치되는 상보형 직렬 스위치 모듈;
    상기 입력단과 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 사이에 병렬로 연결되는 상보형 병렬 스위치 모듈;을 포함하고,
    상기 입력단과 상기 안테나 사이에 연결 통로가 형성될 때, 상기 상보형 직렬 스위치 모듈에 포함된 복수의 트랜지스터들은 턴-온 상태를 가지고 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 복수의 트랜지스터들은 턴-오프 상태를 가지며,
    상기 상보형 직렬 스위치 모듈 및 상기 상보형 병렬 스위치 모듈은
    N타입 MOSFET와 P타입 MOSFET가 병렬로 배치되는 복수개의 트랜지스터 쌍;
    상기 N타입 MOSFET와 상기 P타입 MOSFET의 게이트 단자들에 연결되는 게이트 저항들;
    상기 N타입 MOSFET와 상기 P타입 MOSFET의 바디 단자들에 연결되는 바디 저항들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 스위치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈이 턴-온 상태를 가짐에 따라,
    상기 N타입 MOSFET가 턴-온 되는 경우 상기 N타입 MOSFET의 게이트 단자에 양의 전원 전압이 공급되고, 상기 N타입 MOSFET의 바디 단자에 접지 전위가 인가되며,
    상기 P타입 MOSFET가 턴-온 되는 경우 상기 P타입 MOSFET의 게이트 단자에 음의 전원 전압이 공급되고, 상기 P타입 MOSFET의 바디 단자에 접지 전위가 인가되는 것을 특징으로 하는 안테나 스위치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈이 턴-오프 상태를 가짐에 따라,
    상기 N타입 MOSFET가 턴-오프 시 상기 N타입 MOSFET의 게이트 단자 및 바디 단자에 음의 전원 전압이 인가되고,
    상기 P타입 MOSFET가 턴-오프 시 P타입 MOSFET의 게이트 단자 및 바디 단자에 양의 전원 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 안테나 스위치.
  5. 안테나;
    상기 안테나를 통해 신호를 송출하거나 상기 안테나를 통해 수신된 신호를 수신하는 통신 모듈;
    상기 안테나와 상기 통신 모듈 사이에 배치되는 트랜시버;
    상기 트랜시버와 상기 안테나 사이에 배치되는 전단 모듈;을 포함하고,
    상기 전단 모듈은,
    입력단과 안테나 사이에 배치되는 상보형 직렬 스위치 모듈;
    상기 입력단과 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 사이에 병렬로 연결되는 상보형 병렬 스위치 모듈;을 포함하고,
    상기 입력단과 상기 안테나 사이에 연결 통로가 형성될 때, 상기 상보형 직렬 스위치 모듈에 포함된 복수의 트랜지스터들은 턴-온 상태를 가지고 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 복수의 트랜지스터들은 턴-오프 상태를 가지는 안테나 스위치;를 포함하며,
    상기 상보형 직렬 스위치 모듈 및 상기 상보형 병렬 스위치 모듈은
    N타입 MOSFET와 P타입 MOSFET가 병렬로 배치되는 복수개의 트랜지스터 쌍;
    상기 N타입 MOSFET와 상기 P타입 MOSFET의 게이트 단자들에 연결되는 게이트 저항들;
    상기 N타입 MOSFET와 상기 P타입 MOSFET의 바디 단자들에 연결되는 바디 저항들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 통신 장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 통신 모듈 또는 상기 트랜시버 중 적어도 하나는
    상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 N타입 MOSFET가 턴-온 되는 경우 상기 N타입 MOSFET의 게이트 단자에 양의 전원 전압이 공급되고, 상기 N타입 MOSFET의 바디 단자에 접지 전위가 인가되도록 제어하며,
    상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 P타입 MOSFET가 턴-온 되는 경우 상기 P타입 MOSFET의 게이트 단자에 음의 전원 전압이 공급되고, 상기 P타입 MOSFET의 바디 단자에 접지 전위가 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 통신 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 통신 모듈 또는 상기 트랜시버 중 적어도 하나는 상기 상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 N타입 MOSFET가 턴-오프 시 상기 N타입 MOSFET의 게이트 단자 및 바디 단자에 음의 전원 전압이 인가되도록 제어하고,
    상기 상보형 직렬 스위치 모듈 또는 상기 상보형 병렬 스위치 모듈에 포함된 P타입 MOSFET가 턴-오프 시 P타입 MOSFET의 게이트 단자 및 바디 단자에 양의 전원 전압이 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 통신 장치.
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