KR20040107992A - 듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상 변이기, 다이플렉서가 내장되고, 커패시터, 핀 다이오드, 필터가 실장된 상태의 LTCC기판에 쏘 필터 출력 패드가 형성되고, 바텀면에 FEM 수신단 패드가 형성된 듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈에 있어서, 상기 쏘 필터 출력 패드의 출력 임피던스와 FEM 수신단 패드의 수신 임피던스가 상응하도록 상기 쏘 필터 출력 패드와 상기 FEM 수신단 패드를 연결하는 것으로서, 쏘필터의 고유 특성을 감쇄시키지 않고 쏘 필터 출력 패드에서 FEM 단자까지 연결할 수 있다.

Description

듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈{Dual Band Front End Module}

본 발명은 프론트 엔드 모듈을 구성하기 위해 쏘 필터를 실장할때 LTCC기판내의 쏘 필터 출력 패드와 FEM 수신단까지를 쏘 필터의 고유 특성을 감쇄시키지 않고 연결하는 듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈에 관한 것이다.

최근 이동통신 시스템의 발전에 따라, 휴대전화, 휴대형 정보 단말기등의 이동 통신 기기가 급속히 보급되고, 이들 이동 통신 시스템에 사용되는 주파수도 800MHz-1GHz, 1.5GHz-2.0GHz대로 다방면에 걸쳐 서로 다른 주파수 대역의 신호를 송수신하기 위한 시스템이 제공되고 있다

따라서, 이들 기기의 소형화 및 고성능화의 요구로부터 이들에 사용되는 부품도 소형화 및 고성능화가 요구되고, 휴대용 전자기기의 소형화와 비용절감을 위한 노력이 가속화되면서 필연적으로 이들을 구성하는 수동소자들의 집적화에 대한 관심과 연구가 활발히 진행되고 있다.

종래부터 능동기능의 소자들은 거의 대부분 실리콘 기술에 기반을 둔 고밀도 집적회로로 통합이 이루어지면서 단지 몇개의 칩부품으로 구현되고 있지만, 수동소자(저항, 캐패시터, 인덕터등)의 집적화는 거의 이루어지지 못하여 개별 소자가 회로 기판상에 납땜등의 방법으로 부착되었다.

따라서, 전자기기의 소형화와 이들 수동소자의 성능 향상 및 신뢰성을 증진시키기 위한 수동소자의 집적화 기술에 대한 요구가 날로 증대되고 있으며, 이러한 문제를 해결할 수 있는 것으로 저온동시성 세라믹을 이용한 직접화 기술이 현재 활발히 연구되고 있다.

이러한 LTCC기술은 금 혹은 은과 같은 전도성이 우수하고 산화 분위기에서도 소성이 가능한 전도성 금속을 사용할 수 있다는 장점으로 인해 저항, 캐패시터, 인덕터등의 다양한 수동 소자를 구현하여 이동통신 장치의 프론트엔드 모듈에 적용된다.

상기와 같은 프론트 엔드 모듈은 쏘의 출력 임피던스에 따라서 여러 종류로 나누어지는데, 출력 단자의 수가 1개이면, 언밸런스 타입(unbalanced type)이라하고, 출력 단자의 수가 2개이면, 밸런스 타입(balanced type)이라고 한다.

이하 도면을 참조하여 프론트엔드 모듈에 대하여 설명하기로 한다.

도 1a는 언밸런스 타입의 프론트엔드 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 1b는 밸런스 타입의 프론트 엔드 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 프론트엔드 모듈은 다이플렉서(100), 제1 LPF(110a), 제2 LPF(110b), 제1 위상 변환기(120a), 제2 위상 변환기(120b), 쵸크 코일(130a, 130b), 제1 쏘 필터(140a), 제2 쏘 필터(140b), 다이오드(150a, 150b, 150c, 150d), 커패시터(160a, 160b)를 포함한다.

상기 다이플렉서(100)는 안테나와 연결되어 제1 주파수 대역(GSM)신호와 제2주파수 대역(DCS) 신호를 분리하는 역할을 수행한다.

상기 제1 LPF(110a)는 GSM송신단에서 전송되는 신호의 고주파 잡음을 제거하고, 상기 제2 LPF(110b)는 상기 DCS송신단에서 전송되는 신호의 고주파 잡음을 제거한다.

상기 제1 위상 변환기(120a)는 상기 다이플렉서(100)에서 수신되는 제1주파수 대역(GSM)수신 신호와 함께 제1 주파수 대역(GSM) 송신 대역의 신호가 수신되지 않도록 주파수의 위상을 변환시킨다.

상기 제2 위상 변환기(120b)는 상기 다이플렉서(100)에서 수신되는 제2 주파수 대역(DCS) 수신 신호와 함께 제2 주파수 대역(DCS) 송신 신호가 수신되지 않도록 주파수의 위상을 변환시킨다.

여기서, 상기 GSM과 DCS의 수신 신호는 상기 다이플렉서(100)에 의해서 분리되지만, 상기 제1 위상 변환기(120a), 제2 위상 변환기(120b)에 의해서 각각 수신되는 신호에 영향을 미치지 않는다.

상기 제1 쏘 필터(140a)는 상기 제1 위상 변환기(120a)를 통과한 신호에 대해 GSM수신단에서 원하는 소정 범위의 주파수대의 신호만 통과시키고 이 범위를 벗어난 신호를 제거하고, 상기 제2 쏘 필터(140b)는 상기 제2 위상 변환기(120b)를 통과한 신호에 대해 DCS수신단에서 원하는 소정 범위의 주파수대의 신호만 통과시키고 이 범위를 벗어난 신호를 제거한다.

상기 쵸크 코일(130a, 130b)은 송신 모드일때 DC 전류는 이곳을 통해 흘러 나가게 하고, RF 신호에 대해서는 오픈하는 역할을 한다.

상기 쵸크 코일(130a, 130b)은 제1 쵸크 코일(130a), 제2 쵸크 코일(130b)로 구성된 것으로서, 상기 제1 초크 코일(130a)은 GSM 송신부의 전단에 설치되어 상기 제1 LPF(110a)를 통과한 DC 전류가 송신단자로 흐르는 것을 저지하고, 상기 제2 초크 코일(130b)은 상기 DCS 송신부의 전단에 설치되어 상기 제2 LPF(110b)를 통과한 DC 전류가 송신단자로 흐르는 것을 저지한다.

상기 다이오드(150a, 150b, 150c, 150d)는 제1 다이오드(150a), 제2 다이오드(150b), 제3 다이오드(150c), 제4 다이오드(150d)를 포함한다.

상기 제1 다이오드(150a)와 제2 다이오드(150b)는 상기 제1 주파수 대역(GSM) 신호의 송신 경로와 수신 경로를 바꾸어주는 역할을 하고, 상기 제3 다이오드(150c)와 제4 다이오드(150d)는 상기 제2 주파수 대역(DCS) 신호의 송신경로와 수신 경로를 바꾸어주는 역할을 한다.

즉, GSM 송신 모드시는 전원다 V1에 전압이 인가되어 (V2는 오프 상태) 제1 다이오드(150a)와 제2 다이오드(150b)가 온되고, DCS 송신 모드시는 전원 V2에 전압이 인가되어(VC1은 오프상태) 제3 다이오드(150c)와 제4 다이오드(150d)가 온 상태가 된다.

GSM 수신 모드시는 전원단 V1이 오프 상태가 되어 제1 다이오드(150a)와 제2 다이오드(150b)가 오프가 되고, DCS 수신 모드시는 전원 V2이 오프 상태가 되어 수신이 이루어진다.

상기 커패시터(160a, 160b))는 제1 커패시터(160a), 제2 커패시터(160b)를 포함하는 것으로서, 전원단 V1, V2의 DC신호가 안테나로 유입되는 것을 막아주는직류차단 캐패시터이다.

이하 상기와 같이 구성된 프론트엔드 모듈의 동작에 대하여 설명하기로 한다.

프론트엔드 모듈은 1.8GHz대역을 이용한 디지털 셀룰러 시스템(DCS) 및 900MHz를 이용하는 글로벌 이동 통신 시스템(GSM)의 송수신 신호를 분리하여 동작한다.

먼저, V1의 전원이 온, V2의 전원이 오프상태이면, 상기 GSM은 송신 모드로 변환되고, 송신부에 의해 송신된 GSM 신호는 상기 제1 LPF(110a)를 통해서 저주파 신호만 통과되고, 제1 다이오드(150a)를 거쳐 안테나를 통해 외부로 전파하게 된다.

그리고 상기 V1의 전원이 오프, V2의 전원이 온 상태이면, 상기 DCS는 송신 모드로 변환되고, 송신부에 의해 송신된 DCS 신호는 상기 제2 LPF(110b)를 통해서 저주파 신호만 통과되고 제3 다이오드(150c)를 거쳐 안테나를 통해 외부로 전파하게 된다.

또한, 상기 V1과 V2의 전원이 모두 오프 상태이면, 상기 GSM과 DCS는 모두 수신모드로 변환되고, 상기 다이플렉서(100)에 의해 수신되는 GSM과 DCS신호는 분리된다. 여기서, 상기 GSM 신호가 수신되면, 상기 다이플렉서(100)는 GSM 수신부로 신호를 분리하여 수신한다. 그러나 GSM 송신단에서 송신된 GSM 송신 신호가 GSM 수신단으로 전송되는 것을 방지하기 위하여 상기 제1 위상 변환기(120a)에서 주파수의 위상을 변환시킨다.

상기 제1 위상 변환기(120a)는 제 1 쏘필터(140a)의 임피던스를 상기 GSM 송신 신호에 대하여 무한대로 가져감으로써 GSM 송신 신호가 GSM 수신단으로 전송되는 것을 막아주는 역할을 수행하게 된다.

한편, 상기 DCS 신호가 수신되면, 상기 다이플렉서(100)는 DCS 수신부로 신호를 분리하여 전송한다. 그리고 상기 다이플렉서(100)에서 수신되어 전송된 DCS 신호는 상기 제2 쏘필터(140b)를 통과하여 수신 신호의 고주파 신호가 감쇄된다.

여기서, 상기 쵸크 코일(130)은 인덕턴스를 얻기 위한 코일로 다이오드를 동작시키기 위한 DC전원의 DC 전류는 통과시키고, 안테나를 통해 수신된 고주파 신호는 차단한다.

상기와 같이 구성된 프론트 엔드 모듈의 단면도는 도 2a 및 도 2b와 같다.

도 2a는 도 1a에 도시된 프론트 엔드 모듈의 단면도이고, 도 2b는 도 1b에 도시된 프론트 엔드 모듈의 단면도이다.

도 2a를 참조하면, 프론트 엔드 모듈은 위상 변이기, 다이플렉서 등이 LTCC기판(200)에 내장되고, 상기 LTCC기판(200)상에 용량이 큰 칩 커패시터 또는 인덕터(210), 핀 다이오드(220), 쏘 필터(230)가 실장된다.

상기 LTCC기판(200)에는 쏘 필터 출력 패드의 그라운드단자(240) 바로 아래층에 상부 그라운드가 형성되고, LTCC 기판(200)의 바텀(bottom)면에는 FEM 수신단 패드의 그라운드 단자(250)가 형성되고, 상기 FEM 수신단 패드 바로 위층에는 하부 그라운드가 형성된다.

또한, 상기 바텀면의 하부에는 입/출력 단자와 그라운드 단자가 형성되어 있으며, 상기 상부 그라운드와 하부 그라운드 사이에 위상 변이기, 다이플렉서 등이 형성되어 있다.

특히 상기 LTCC기판(200)에 내장되는 상부 그라운드 층을 상기 쏘 필터(230) 실장면의 그라운드 층 바로 아래층에 형성시키고 상부 그라운드 층과 상기 쏘 필터(230) 실장면의 그라운드층 사이에 공통층을 형성시킨다.

여기서, 상기 쏘필터(230)와 FEM 수신단의 연결은 쏘필터 출력 패드(240)와 FEM 수신단 패드(250)로 이루어진다.

그러나 상기와 같은 종래에는 쏘필터 출력 패드와 FEM수신단 패드의 임피던스가 맞지 않아서 쏘필터의 특성이 감쇄되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 프론트 엔드 모듈을 구성하기 위해 쏘필터를 실장할때 LTCC기판내에 쏘필터의 출력 패드에서 FEM 수신단까지 연결하는 것에 있어서, 쏘필터의 고유 특성을 감쇄시키지 않고 FEM 단자까지 연결할 수 있는 듀얼 밴드 프런트 엔드 모듈을 제공하는데 있다.

도 1a는 언밸런스 타입의 프론트엔드 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 1b는 밸런스 타입의 프론트 엔드 모듈의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2a는 도 1a에 도시된 프론트 엔드 모듈의 단면도이고, 도 2b는 도 1b에 도시된 프론트 엔드 모듈의 단면도이다.

도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 언밸런스 타입의 프론트 엔드 모듈의 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밸런스 타입의 프론트 엔드 모듈의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 다이플렉서 110 : LPF

120 : 위상 변환기 130 : 쵸크 코일

140, 230, 330 : 쏘 필터 150, 220, 320 : 다이오드

160, 210, 310 : 커패시터 200, 300 : LTCC 기판

240, 340 : 쏘 필터 출력 패드 250, 350 : FEM 수신단 출력 패드

360 : 매칭부

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 위상 변이기, 다이플렉서가 내장되고, 커패시터, 핀 다이오드, 쏘 필터가 실장된 상태의 LTCC기판에 쏘 필터 출력 패드가 형성되고, 바텀면에 FEM 수신단 패드가 형성된 듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈에 있어서, 상기 쏘 필터 출력 패드의 출력 임피던스와 FEM 수신단 패드의 수신 임피던스가 상응하도록 상기 쏘 필터 출력 패드와 상기 FEM 수신단 패드를 연결하는 것을 특징으로 하는 듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈이 제공된다.

상기 쏘 필터 출력 패드와 상기 FEM 수신단 패드를 연결함에 있어서, 연결선의 폭을 조절하여 상기 쏘 필터의 출력 임피던스와 FEM 수신단의 출력 임피던스를 상응하게 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 언밸런스 타입의 프론트 엔드 모듈의 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밸런스 타입의 프론트 엔드 모듈의 단면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 프런트 엔드 모듈은 위상 변이기, 다이플렉서 등이 LTCC기판(300)에 내장되고, 상기 LTCC기판(300)상에 용량이 큰 칩 커패시터 또는 인덕터(310), 핀 다이오드(320), 쏘 필터(330)가 실장된다.

상기 LTCC기판(300)에는 상기 쏘 필터 출력 패드(340)의 그라운드 단자 바로 아래층에 상부 그라운드가 형성되고, LTCC 기판(300)의 바텀(bottom)면에는 FEM 수신단 패드(350)의 그라운드 단자가 형성되고, 상기 FEM 수신단 패드(350) 바로 위층에는 하부 그라운드가 형성된다.

또한, LTCC기판(300)에는 쏘 필터(330)의 특성을 감쇄시키지 않고 FEM에 실장될 수 있도록 하기위해 상기 쏘 필터(330)의 임피던스와 매칭되는 회로가 쏘 필터 출력 패드(340)와 FEM수신단(350)사이에 구현되어 있다.

따라서, 상기 쏘필터(330)와 FEM 수신단의 연결은 쏘필터 출력 패드(340), 매칭부(360), FEM 수신단 패드(350)로 이루어진다. 여기서, 상기 매칭부(360)는 상기 쏘 필터(330)의 출력 임피던스와 FEM 수신단의 수신 임피던스가 같도록 하는 것으로서, 예를 들어, 쏘필터 출력 패드(340)와 FEM 수신단 패드(350)의 연결선을 패턴으로 구현할때 선폭을 넓게 하는 것일수 있다.

따라서, 상기 매칭부(360)에 의해서 상기 쏘 필터 출력 패드(340)의 출력 임피던스는 상기 FEM 수신단 패드(350)의 수신 임피던스와 같게 된다.

예를 들어, 쏘필터 출력 임피던스가 Z1, 매칭부의 임피던스 Z2, FEM 수신단 임피던스 Z3인 언밸런스 타입에 대하여 설명하기로 한다.

상기 Z3는 Z1과 Z2의 매칭 결과로 출력된 임피던스인데, 상기 Z1과 Z2가 같지 않다면, 상기 FEM 수신단에 도달하는 임피던스 Z3는 상기 Z1과 같지 않게된다.

이것은 매칭부가 쏘 필터의 임피던스와 맞지 않아 매칭부에서 신호가 어느정도 되반사되기 때문이다. 그리고 이렇게 신호의 되반사가 일어나면 FEM 수신단의 삽입 손실이 감쇄하게 된다. 따라서, Z1과 Z2는 동일해야 하며 그렇게 될때, 쏘 필터의 신호 전달 특성 손실 없이 FEM 수신단에 반영할 수있다.

다음으로 balanced 타입에 대하여 예를 들어 설명하기로 한다.

밸런스 쏘필터는 언밸런스 쏘 필터와 달리 출력 단자가 두개이고, 두단자의 임피던스는 서로 동일하다.

밸런스 쏘 필터의 임피던스가 Z1, Z2, 매칭부 임피던스 Z3, Z4, FEM 수신단 임피던스 Z5, Z6이라고 가정하여 설명하기로 한다.

FEM 수신단에서의 임피던스를 각각 쏘 필터의 제1 출력(Z1)과 연결되는 곳의 임피던스를 Z5, 쏘 필터의 제2 출력(Z2)과 연결되는 곳의 임피던스는 Z6이라고 한다. 상기 Z5, Z6은 각각 Z3, Z4의 매칭부를 지나면서 얻게된 임피던스인데, 각각 Z1와 Z3, Z2와 Z4가 같지 않다면, FEM 수신단에 도달하는 임피던스는 상기 쏘 필터의 출력 임피던스와 같지 않게된다. 이것은 매칭부가 밸런스 쏘 필터 임피던스와 맞지 않아 매칭부에서 신호가 어느 정도 되반사되기 때문이다. 이렇게 신호의 되반사가 일어나면, FEM 수신단의 삽입 손실이 감쇄된다. 따라서, Z1과 Z3, Z2과 Z4는 제각기 동일해야하며 그렇게 될때 쏘 필터의 신호 전달 특성 손실없이 FEM 수신단에 반영될 수 있다.

예를들어, 언밸런스 타입의 쏘 필터를 실장한 FEM으로 언밸런스 쏘 필터의 출력 임피던스는 150옴인경우, 매칭부는 임피던스를 150옴에 맞게 구성하여야 쏘 필터의 특성을 손실없이 전달할 수 있다.

또한 밸런스 타입의 쏘 필터를 실장한 FEM으로 밸런스 쏘 필터의 출력 임피던스는 출력단 각각에서 75옴씩인 경우, 매칭부는 쏘필터 출력단의 임피던스에 맞게 각각 75옴으로 구성을 하여 쏘 필터의 특성을 손실없이 전달할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 쏘필터의 고유 특성을 감쇄시키지 않고 쏘 필터 출력 패드에서부터 FEM 단자까지 연결할 수 있는 듀얼 밴드 프런트 엔드 모듈을 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 위상 변이기, 다이플렉서가 내장되고, 커패시터, 핀 다이오드, 필터가 실장된 상태의 LTCC기판에 필터 출력 패드가 형성되고, 바텀면에 FEM 수신단 패드가 형성된 듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈에 있어서,

   상기 필터 출력 패드의 출력 임피던스와 FEM 수신단 패드의 수신 임피던스가 상응하도록 상기 필터 출력 패드와 상기 FEM 수신단 패드를 연결하는 것을 특징으로 하는 듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 필터 출력 패드와 상기 FEM 수신단 패드를 연결함에 있어서, 연결선의 폭을 조절하여 상기 필터의 출력 임피던스와 FEM 수신단의 출력 임피던스를 상응하게 하는 것을 특징으로 하는 듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈.