KR20030017650A - 송수신기 및 무선 주파수 송수신기 모듈 및 송수신기를구비한 장치 - Google Patents

송수신기 및 무선 주파수 송수신기 모듈 및 송수신기를구비한 장치 Download PDF

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KR20030017650A
KR20030017650A KR10-2003-7001069A KR20037001069A KR20030017650A KR 20030017650 A KR20030017650 A KR 20030017650A KR 20037001069 A KR20037001069 A KR 20037001069A KR 20030017650 A KR20030017650 A KR 20030017650A
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비세르헨드릭에이
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

무선 주파수 신호를 위한 송수신기는 안테나 피드 지점에 접속되는 송신 브랜치 및 수신 브랜치를 갖는다. 상기 수신 브랜치는 입력 노드 및 출력 노드를 갖는 망을 갖는다. 상기 입력 노드는 안테나 피드 지점에 접속되며, 상기 출력 노드는 수신 브랜치 내의 저잡음 증폭기에 접속된다. 상기 송수신기의 송신 모드에서 상기 출력 노드를 단락이 되게 스위칭함으로써 상기 입력 노드가 개방 회로로 스위칭되도록 상기 망이 구성된다.

Description

송수신기 및 무선 주파수 송수신기 모듈 및 송수신기를 구비한 장치{TRANSMIT/RECEIVE SWITCH FOR AN RF TRANSCEIVER}
무선 LAN, 셀룰러 또는 코드리스 전화 시스템과 같은 무선 시스템을 위한 송수신기는 본 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 어느 종류의 송수신기에서는, 송신 브랜치 및 수신 브랜치 각각은, 송수신기가 송신 모드 또는 수신 모드일 때, 각기 안테나로 스위칭된다. 수신 또는 송신은 동일한 대역에서 또는 개별 대역들에서 이루어질 수 있다. 잘 알려진 송수신기에서, 송신 브랜치 또는 수신 브랜치의 안테나로의 각각의 스위칭에 있어서, 제 1 스위치는 송신 브랜치 내에 포함된 전력 증폭기의 출력 스테이지와 안테나 피드 지점(antenna feed point) 간에 제공되며, 제 2 스위치는 수신 브랜치 내에 포함된 저잡음 증폭기의 입력 스테이지와 안테나피드 지점(antenna feed point) 간에 제공된다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 송신 전력 출력 스테이지에 의해 전달된 고전압 출력 신호 하에서 어떤 구성 요소의 파괴(break through) 또는 다른 문제도 일으키지 않는, 송수신기 내의 송신 브랜치의 안테나 피드 지점으로의 스위칭을 제공하는 것이다.
이를 위해, 송수신기는 안테나 피드 지점에 접속된 송신 브랜치 및 상기 안테나 피드 지점에 접속된 입력 노드 및 출력 노드를 갖는 제 1 망(first network)을 포함하는 수신 브랜치를 포함하며, 상기 제 1 망은 상기 송수신기의 송신 모드에서 상기 입력 노드가 상기 출력 노드를 단락(short circuit)되게 스위칭함으로써 개방 회로로 스위칭되도록 구성된다.
원칙적으로 NMOS 디바이스와 같은 MOS 디바이스를 포함하는 종래 기술 송신/수신 스위칭 망은 송신 전력 증폭기의 출력 스테이지에서 고전압이 생성될 필요가 있을 때 기능 장애를 일으키지 않으면서 동작할 수 있지만, 상기 NMOS 디바이스가 파괴(break through)될 수 있는 상황이 존재할 수도 있다는 것을 본 발명자는 깨달았다. 상기와 같은 상황의 일례는 큰 안테나 임피던스 부정합으로 인해 안테나 피드 지점에서의 급속한 전압 증가를 야기하는 안테나의 끊어진 상황(breaking off)일 수 있다. 이러한 파괴 문제에 대한 여러 해답이 존재할 수 있지만, 가정용 네트워크와 같은 저비용 애플리케이션의 경우에는 외부 구성 요소를 최소한으로 사용하면서 송신/수신 안테나 스위치를 완전하게 집적시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이 매우 필요하다. 본 발명은 적어도 수신 안테나 스위치에 대해서는 상기 해법을 제공할 수 있는데, 상기 해법은 송수신기가 송신 모드일 때 안테나 피드 지점으로부터 보여지는, 안테나 피드 지점에 접속된 망의 한 측면에서 개방 회로를 생성하되, 심지어 이상적이지 않는 변환 망을 사용했을 때에도 스위치 자체에 어떤 문제도 일으키지 않으면서 상기 망의 다른 측면에서의 스위치에 의한 임피던스 변환을 통해 상기 개방 회로를 생성되게 함으로써 가능하다. 달리 설명하자면, 본 발명에 따라 저전압 노드에서 고전압 노드로 임피던스를 변환시킴으로써, 낮은 파괴(break through) 전압으로도 망의 출력 노드에서 NMOS 디바이스와 같은 스위칭 구성 요소를 사용할 수 있다. 이러한 측면에서, 송신 출력 스테이지는 1 볼트의 크기에서보다도 출력 노드에서의 어떤 보다 높은 부작용 전압을 야기하지 않으면서 통상적으로 5 내지 10 볼트의 크기에서도 높은 전압을 생성할 수 있다. 이로써, 안테나 수신 스위치는 집적 회로에 매우 쉽게 집적될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 망은 LC 망일 수 있다. 다른 실시예에서는, 상기 제 1 망은 1/4 람다 송신 망(a 1/4-Lamda transmission network)일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 송신 모드에서, 출력 노드는 출력 노드 및 접지 간에 접속된 NMOS 디바이스 또는 리드 릴레이(Reed relays)에 의해 저전압 또는 제로 전압으로 스위칭될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 송신 모드에서, 출력 노드는 수신 브랜치 내의 저잡음 증폭기의 피드백 경로 내에 접속된 가령 MOS 디바이스와 같은 트랜지스터에 의해 저전압 또는 제로 전압으로 스위칭될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 피드백효과는 저잡음 증폭기의 입력에서의 입력 전압의 변경을 방지하며, 이로써 상기 입력 전압이 제로 전압 레벨로 효과적으로 유지되고 이와 동시에 상기 저잡음 증폭기가 전류를 유도할 수 있다. 이로써, 효과적으로, 저잡음 증폭기의 입력은 상기 송수신기가 송신 모드로 존재할 때 단락으로 기능할 수 있다.
일 실시예에서, 송신 전력 출력 트랜지스터에 접속된 탱크 회로가 안테나 피드 지점에 직접적으로 접속된다. 이 실시예에서, 송수신기가 수신 모드로 존재할 때, 상기 송신 전력 출력 트랜지스터는 그의 출력이 높은 옴 저항을 가지도록 간단하게 스위칭 오프된다. 이는 상기 송수신기가 수신 모드로 존재할 때 어느 정도의 손실을 야기할 수 있지만, 이 손실의 양은 모의 실험에 의해 나타난 바처럼 통상적으로 작으며, 그 양은 오직 1dB 크기 정도이다. 이러한 방법에 의해 집적 회로 내에 송신/수신 안테나 스위치가 매우 쉽고 완전하게 집적될 수 있다. 이는 송신기, 수신기, 송신/수신 안테나가 QUBIC3 프로세스와 같은 동일한 RF 실리콘 프로세스에 의해 집적될 수 있기 때문이다.
다른 실시예에서, 탱크 회로는 탱크 회로와 안테나 피드 지점 간의 MOS 스위치에 의해 상기 안테나 피드 지점에 접속된다. 이 실시예에서도 또한, 송수신기가 수신 모드로 존재할 때 송신 전력 출력 트랜지스터가 스위칭 오프된다. 이 실시예에서 송신 안테나 스위치 부분은 집적 회로 내에 쉽게 집적되지는 않지만, 송수신기가 수신 모드로 존재할 때 손실이 감소된다. 이는 파괴 문제를 방지하기 위해 RF GaAs 프로세스와 같은 상이한 RF 실리콘 프로세스가 송신 안테나 스위치 부분을 구현하는데 필요하기 때문이다.
전체 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 표시한다.
본 발명은 무선 주파수 신호를 위한 송수신기에 관한 것이며, 특히 안테나로의 수신 브랜치 또는 송신 브랜치의 각각의 스위칭에 관한 것이다. 이러한 송수신기는 무선 LAN(a wireless local area network)에서 또는 임의의 다른 적당한 무선 시스템에서 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 송수신기의 도면,
도 2는 본 발명에 따른 스위치를 포함하는 저잡음 증폭기의 입력 스테이지의 회로도,
도 3은 본 발명의 망의 실시예,
도 4는 본 발명에 따른 송신/수신 안테나 스위치 내의 송신 안테나 스위치 부분의 도면.
도 1은 본 발명에 따른 송수신기(1)의 도면이다. 이 송수신기(1)는 무선망 장치, 셀 폰, 코드리스 전화, PDA, 무선 모듈을 구비한 PC 등과 같은 장치의 일부가 될 수 있다. 상기 송수신기(1)는 장치 또는 시스템 또는 이들의 조합체 내에 사용될 무선 주파수 송수신기 모듈 내에 포함될 수도 있다. 이 송수신기(1)는 송신 브랜치(Tx) 및 수신 브랜치(Rx)를 포함한다. 송신 브랜치(Tx) 내에, 인덕터(4), 캐패시터(5), 캐패시터(6)로 구성된 송신 탱크 회로(3)에 접속된 송신 전력 트랜지스터(2)가 도시된다. 탱트 회로(3)는 안테나 피드 지점(7)에 접속되며, 상기 안테나 피드 지점에 안테나(8)가 접속될 수 있다. 수신 브랜치(Rx) 내에, 망(10)을 통해 안테나 피드 지점(7)에 접속된 저잡음 증폭기(LNA)(9)가 도시된다. 도시된실시예에서, 망(10)은 망(10)의 입력 노드와 접지 간에 접속된 캐패시터(11), 안테나 피드 지점(7)과 망(10)의 출력 노드 간의 인덕터(12), 출력 노드와 접지 간에 접속된 NMOS 스위치(13)를 포함한다. 상기 송수신기(1)는 송신 모드 또는 수신 모드를 각기 채용하기 위해 송수신기(1)를 제어하는 제어 수단(14)을 더 포함한다. 송신 모드에서, NMOS 스위치(13)는 출력 노드를 접지로 스위칭한다. 즉 출력 노드는 단락되고, 이로써, 임피던스 변환을 수행하는 망(10)을 통해 입력 노드가 개방 회로가 된다. LC 망(10)은 두 가지 목적을 갖는데, 제 1 목적은 입력에서 개방 회로로서 보여지는 출력에서의 단락을 생성함으로써 수신 브랜치(Rx)를 안테나(8)로부터 분리하는 것이며, 제 2 목적은 출력에서의 단락을 개방함으로써 저잡음 증폭기(9)의 입력에 안테나 신호를 전달하는 것이다. LC 비율은 통상적으로 50옴이 되는 안테나 임피던스를 LNA(9)의 입력 임피던스에 정합시키는데 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 스위치(21)를 포함하는 저잡음 증폭기의 입력 스테이지(20)의 회로도이다. 입력 스테이지(20)는 캐스코드된 트랜지스터들(cascoded transistors)(22,23)을 포함하며, 트랜지스터(23)는 도 1에 도시된 인덕터(12)에 접속된 입력 트랜지스터이며, 트랜지스터(22)는 출력 트랜지스터이다. 이 실시예에서, 송수신기(1)가 송신 모드로 존재할 때 트랜지스터(21)가 피드백 경로를 폐쇄하게 하는 피드백 메카니즘을 통해, 저잡음 증폭기 입력 스테이지(20)의 입력 전압은 저전압으로 또는 제로 전압으로 또는 제로 전압에 근사하게 유지되어, 입력 스테이지(20)의 입력 임피던스도 제로 또는 작게 된다. 이로써, 효과적으로, 단락 상황이 획득된다. 도 2에서 DC 차단 캐패시터(24), 부하 저항(25), 전류 소스(26), 캐패시터(27)가 더 도시되어 있다.
도 3은 본 발명의 망(10)의 실시예이다. 이 실시예에서, 망(10)은 마이크로-스트립 라인(micro-strip line)으로서 구현되는 1/4 람다 송신 라인(30)과, 접지로의 스위치(31)를 포함한다. 스위치(31)는 RF 리드 릴레이일 수 있다. 송신 라인(30)은 단락 회로를 개방 회로로 변환하거나 개방 회로를 단락 회로로 변환하는 양방향 요소이다. 망(10)은 두 개의 목적을 갖는데, 제 1 목적은 입력에서 개방 회로로서 보여지는 출력에서의 단락을 생성함으로써 수신 브랜치(Rx)를 안테나(8)로부터 분리하는 것이며, 제 2 목적은 출력에서의 단락을 개방함으로써 저잡음 증폭기(9)의 입력에 안테나 신호를 전달하는 것이다. 상기 마이크로 스트립 라인의 임피던스는 통상적으로 50옴이 되는 안테나 임피던스를 LNA(9)의 입력 임피던스에 정합시키는데 사용될 수 있다.
도 4는 NMOS 송신 스위치(40)를 포함하는 본 발명에 따른 송신/수신 스위치 내의 송신 안테나 스위치 부분을 도시한다. 송수신기(1)는 수신 모드로 존재하며 트랜지스터(2)가 스위칭 오프될 때, 스위치(40)는 개방되며, 이로써 수신 에너지가 송신 브랜치(Tx)로 들어가는 것을 차단한다.
전술한 바로부터, 이후에 기술될 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양한 변경이 수행될 수 있으며, 본 발명은 제안된 실시예로만 한정되는 것이 아니다. "포함한다"라는 용어는 청구항에서 리스트된 단계 또는 요소 이외의 단계 또는 요소의 존재를 배제하지 않는다.

Claims (18)

  1. 무선 주파수 신호를 위한 송수신기(1)에 있어서,
    안테나 피드 지점(7)에 접속된 송신 브랜치(Tx)와,
    상기 안테나 피드 지점(7)에 접속된 입력 노드 및 출력 노드를 갖는 제 1 망(10)을 포함하는 수신 브랜치(Rx)를 포함하되,
    상기 송수신기(1)의 송신 모드에서 상기 출력 노드를 단락(short circuit)되게 스위칭함으로써 상기 입력 노드가 개방 회로로 스위칭되도록 상기 제 1 망(10)이 구성되는
    송수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 망(10)은 상기 입력 노드와 접지 간에 접속된 캐패시터(11), 상기 입력 노드와 상기 출력 노드 간에 접속된 인덕터(12), 상기 출력 노드와 상기 접지 간에 접속된 제 1 스위치(13)를 포함하는
    송수신기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치는 MOS 트랜지스터인
    송수신기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 브랜치(Rx)는 상기 출력 노드에 접속된 저잡음 증폭기(9)를 포함하며,
    상기 제 1 망(10)은 상기 입력 노드와 접지 간에 접속된 캐패시터(11), 상기 입력 노드와 상기 출력 노드 간에 접속된 인덕터(12), 상기 저잡음 증폭기(9)의 입력 스테이지(20)의 피드백 경로 내에 포함되는 제 2 스위치(21)를 포함하는
    송수신기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 망(10)은 상기 입력 노드와 상기 출력 노드 간에 접속된 1/4 람다 송신 라인(a 1/4-Lamda transmission line)(30), 상기 출력 노드와 접지 간에 접속된 제 2 스위치(31)를 포함하는
    송수신기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 스위치(31)는 무선 주파수 신호를 스위칭하는데 적합한 리드 스위치(Reed switch)인
    송수신기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 브랜치(Tx)는 탱크 회로(3), 상기 송수신기(1)가 송신 모드로 존재할 때 상기 탱크 회로(3)에 송신 전력 신호를 공급하는 전력 트랜지스터(2)를 포함하되,
    상기 탱크 회로(3)는 상기 안테나 피드 지점(7)에 직접적으로 접속되며,
    상기 송수신기(1)는 상기 송수신기(1)가 수신 모드로 존재할 때 상기 전력 트랜지스터(2)를 스위칭 오프하도록 구성되는
    송수신기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 브랜치(Tx)는 탱크 회로(3), 상기 송수신기(1)가 송신 모드로 존재할 때 상기 탱크 회로(3)에 송신 전력 신호를 공급하는 전력 트랜지스터(2), 상기 탱크 회로(3)와 상기 안테나 피드 지점(7) 간에 접속된 제 2 스위치(40)를 포함하되,
    상기 송수신기(1)는 상기 송수신기(1)가 수신 모드로 존재할 때 상기 제 2 스위치(40)를 개방하도록 구성되는
    송수신기.
  9. 무선 주파수 신호를 위한 송수신기(1)에 있어서,
    안테나 피드 지점(7)에 접속된 송신 브랜치(Tx)와,
    상기 안테나 피드 지점(7)에 접속된 입력 노드 및 출력 노드를 갖는 제 1 망 수단(10)을 포함하는 수신 브랜치(Rx)를 포함하되,
    상기 송수신기(1)의 송신 모드에서 상기 출력 노드를 단락(short circuit)되게 스위칭함으로써 상기 입력 노드가 개방 회로로 스위칭되도록 상기 제 1 망 수단(10)이 구성되는
    송수신기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 망 수단(10)은 용량성 수단(11), 유도성 수단(12), 상기 송수신기(1)가 송신 모드로 존재할 때 상기 출력 노드를 접지에 접속시켜 상기 용량성 수단(11)과 상기 유도성 수단(12)을 통해 상기 입력 노드가 개방 회로가 되게 하는 제 1 스위치 수단(13)을 포함하는
    송수신기.
  11. 송수신기(1) 내에서 사용되는 무선 주파수 송수신기 모듈에 있어서,
    안테나 피드 지점(7)에 접속된 송신 브랜치(Tx)와,
    상기 안테나 피드 지점(7)에 접속된 입력 노드 및 출력 노드를 갖는 제 1 망 수단(10)을 포함하는 수신 브랜치(Rx)를 포함하되,
    상기 무선 주파수 송수신기 모듈의 송신 모드에서 상기 출력 노드를 단락(short circuit)되게 스위칭함으로써 상기 입력 노드가 개방 회로로 스위칭되도록 상기 제 1 망 수단(10)이 구성되는
    무선 주파수 송수신기 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 망 수단(10)은 용량성 수단(11), 유도성 수단(12), 상기 무선 주파수 송수신기 모듈이 송신 모드로 존재할 때 상기 출력 노드를 접지에 접속시켜 상기 용량성 수단(11)과 상기 유도성 수단(12)을 통해 상기 입력 노드가 개방 회로가 되게 하는 제 1 스위치 수단(13)을 포함하는
    무선 주파수 송수신기 모듈.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 수신 브랜치(Rx)는 상기 출력 노드에 접속된 저잡음 증폭기 수단(9)을 포함하며,
    상기 제 1 망 수단(10)은 용량성 수단(11), 유도성 수단(12), 상기 무선 주파수 송수신기 모듈이 송신 모드로 존재할 때 상기 출력 노드를 접지에 효과적으로 접속시켜 상기 용량성 수단(11)과 상기 유도성 수단(12)을 통해 상기 입력 노드가 개방 회로가 되게 하는 제 2 스위치 수단(21)을 포함하며,
    상기 제 2 스위치 수단(21)은 상기 저잡음 증폭기 수단(9)의 입력 스테이지(20)의 피드백 경로 내에 포함되는
    무선 주파수 송수신기 모듈.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 망 수단(10)은 1/4 람다 송신 라인 수단(30), 상기 무선 주파수 송수신기 모듈이 송신 모드로 존재할 때 상기 출력 노드를 접지에 접속시켜 상기 1/4 람다 송신 라인 수단(30)을 통해 상기 입력 노드가 개방 회로가 되게 하는 제 2 스위치 수단(31)을 포함하는
    무선 주파수 송수신기 모듈.
  15. 무선 주파수 신호를 위한 송수신기(1)를 구비한 장치에 있어서,
    상기 송수신기(1)는
    안테나 피드 지점(7)에 접속된 송신 브랜치(Tx)와,
    상기 안테나 피드 지점(7)에 접속된 입력 노드 및 출력 노드를 갖는 제 1 망(10)을 포함하는 수신 브랜치(Rx)를 포함하되,
    상기 송수신기(1)의 송신 모드에서 상기 출력 노드를 단락(short circuit)되게 스위칭함으로써 상기 입력 노드가 개방 회로로 스위칭되도록 상기 제 1 망(10)이 구성되는
    송수신기를 구비한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 망(10)은 상기 입력 노드와 접지 간에 접속된 캐패시터(11), 상기 입력 노드와 상기 출력 노드 간에 접속된 인덕터(12), 상기 출력 노드와 상기 접지 간에 접속된 제 1 스위치(13)를 포함하는
    송수신기를 구비한 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 수신 브랜치(Rx)는 상기 출력 노드에 접속된 저잡음 증폭기(9)를 포함하며,
    상기 제 1 망(10)은 상기 입력 노드와 접지 간에 접속된 캐패시터(11), 상기 입력 노드와 상기 출력 노드 간에 접속된 인덕터(12), 상기 저잡음 증폭기(9)의 입력 스테이지(20)의 피드백 경로 내에 포함되는 제 2 스위치(21)를 포함하는
    송수신기를 구비한 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 망(10)은 상기 입력 노드와 상기 출력 노드 간에 접속된 1/4 람다 송신 라인(a 1/4-Lamda transmission line)(30), 상기 출력 노드와 접지 간에 접속된 제 2 스위치(31)를 포함하는
    송수신기를 구비한 장치.
KR10-2003-7001069A 2001-05-25 2002-05-24 송수신기 및 무선 주파수 송수신기 모듈 및 송수신기를구비한 장치 KR20030017650A (ko)

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