KR20050033220A - 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CDMA 단말기에서 3개의 주파수 대역의 신호를 분리하는 싱글 패키지 트라이 플렉서를 구현할 때 주변의 고주파 수동 부품인 듀플렉서와 대역필터 등과 함께 집적화하여 FEM의 소형화 및 고성능화가 가능하고 저렴한 가격으로 구현할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 안테나(31)를 통해 송수신되는 신호를 AMPS, GPS 및 US-PCS 대역의 신호로 분리하기 위하여, 저역필터, SAW 대역필터, 고역필터를 포함한 싱글 패키지 형태로 구성하거나, 저역필터 및 고역필터로 구성된 다이플렉서(di-plexer)와, SPDT 스위치로 구성한 트라이 플렉서를 포함한 싱글 패키지 형태로 구성하거나, 저역필터, 고역필터 및 LC 대역필터를 포함한 싱글 패키지 형태로 구성한 원칩 트라이 플렉서(32)와; 상기 AMPS 및 US-PCS 대역의 송수신 신호를 각각 분리하여 송신모듈(35)과 수신모듈(36)로 전달하기 위한 듀플렉서(33),(34)에 의해 달성된다.

Description

휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈{RF FRONT-END MODULE FOR MOBILE PHONE}

본 발명은 CDMA 단말기에서 트라이 플렉서(tri-plexer)를 이용한 고주파 프론트 엔드 모듈(FEM: Front-End Module)의 설계 기술에 관한 것으로, 특히 3개의 주파수 대역의 신호를 분리하는 싱글 패키지 트라이 플렉서(single packaged tri-plexer)를 구현할 때 주변의 고주파 수동 부품인 듀플렉서와 대역필터 등과 함께 집적화하여 FEM의 소형화 및 고성능화가 가능하고 저렴한 가격으로 구현할 수 있도록 한 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈에 관한 것이다.

트라이 플렉서는 통합 CDMA 폰의 서로 다른 시스템 대역(AMS(혹은 DCN), GPS, US PCS 밴드)의 신호들을 분리하기 위하여 고주파 프론트 엔드(RF Front-End)에 사용되는 핵심 부품이다. 근래 들어, 이동통신 단말기에 관련된 기술이 급속히 발전하면서 서로 다른 통신 시스템을 사용하는 지역에서 공통된 하나의 단말기를 사용할 수 있도록 하기 위하여 단말기의 통합화가 진행되고 있는데, 그 중에서 듀얼 밴드(dual-band : AMPS 및 US-PCS, 또는 GSM 및 DCS1800 등)를 사용하는 이동통신 단말기는 두 대역의 신호를 분리하기 위하여 저역필터(LPF: Low Pass Filter)와 고역필터(HPF: High Pass Filter)로 구성된 다이 플렉서(di-plexer) 또는 SPDT 반도체 스위치를 사용하고 있으며, 트라이 밴드(AMPS, GPS 및 US-PCS band)의 신호를 분리하기 위하여 SP3T 반도체 스위치를 사용하고 있다.

도 1은 SP3T를 사용하는 종래의 트라이 밴드 단말기의 블록도를 나타낸 것이다.

안테나(11)를 통해 송수신되는 신호에 대응하여 SP3T 집적소자(12)에서 시스템(AMPS 또는 GPS 또는 US-PCS 시스템)을 선택하게 되며, AMPS 그리고 US-PCS 시스템 대역은 듀플렉서(13),(14)를 통해 송신부와 수신부가 분리되고, GPS 시스템 대역은 SAW(SAW:Surface Acoustic Wavedevice) 대역필터(BPF: Band Pass Filter)(15)를 통해 수신된다.

그런데, 도 1에서 각 부품들은 피씨비(PCB) 기판(18) 상에 개별적으로 패드(Pad)의 납땜 작업에 의해 장착된다.

도 2는 상기 SP3T 집적소자(12)의 상세 블록도를 나타낸 것이다. 여기서, 스위치는 집적소자로 구현되며, 소정의 직류전압(DC 2.5-3.5V)이 여러 개의 제어단자(21A-21C) 중에서 어느 하나의 단자에 선택적으로 인가되는데, 이에 의해 스위치(27)가 스위칭되어 안테나 단자(26)와 해당 고주파신호 단자가 단락되고, 직류전압이 인가되지 않은 측의 나머지 두 개의 고주파신호 단자는 개방된다.

예를 들어, 제어단자(21A)에 제어용 직류전압이 공급되면, 이에 의해 스위치(27)가 스위칭되어 고주파신호 단자(22)와 안테나 단자(26)가 단락되고, 나머지 두 개의 고주파신호 단자(24),(25)는 계속 개방된 상태를 유지하게 된다.

그러나, 종래 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈에 있어서는 SP3T 집적소자를 구동하기 위해 별도로 직류전압 공급회로와 제어회로를 필요로할 뿐만 아니라 정전기 등에 의해 그 집적소자가 쉽게 파괴되는 문제점이 있었다.

또한, SP3T 집적소자와 GPS 시스템 대역을 위한 SAW 대역필터를 PCB 상에서 개별적으로 결합하기 때문에 PCB 내에서 설치 면적을 많이 차지하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 송수신신호를 분리하는 듀플렉서를 PCB 상에서 개별적으로 결합하기 때문에 이 또한 PCB 내에서 설치 면적을 많이 차지하게 되는 문제점이 있었다.

또한, SP3T 집적소자를 FEM에 장착하여 최적화된 특성을 얻기 위해 매칭을 위한 시간을 필요로 하는 단점이 있었다.

또한, SP3T 집적소자의 스위칭 제어를 위해 직류전압을 공급해야 하므로 이에 의한 전력 손실이 발생되는 문제점이 있고, SP3T 집적소자에 고전력의 신호를 전송하는데 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 제1목적은 3개의 주파수 대역을 커버하는 통합형 CDMA 단말기에서 AMPS, GPS, US-PCS 대역 또는 DCN, GPS 주파수 대역의 신호를 분리하는 싱글 패키지 트라이 플렉서를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2목적은 상기 싱글 패키지 트라이 플렉서를 구현할 때, FEM의 소형화 및 고성능화가 가능하고 저렴한 가격으로 구현할 수 있도록 LTCC 공정기술을 이용하여 주변의 고주파 수동 부품인 듀플렉서와 대역필터 등과 집적화하는 것이다.

본 발명의 제1특징은 다음 6가지의 기능블록을 포함하는 원칩(one-chip)화된 프론트 엔드 모듈을 제공하는 것이다.

① 저역필터, 고역필터 및 SAW 대역필터로 구성한 트라이 플렉서(tri-plexer).

② 저역필터 및 고역필터로 구성된 다이플렉서(di-plexer)와, SPDT 스위치로 구성한 트라이 플렉서.

③ 저역필터, 고역필터 및 LC 대역필터로 구성된 트라이 플렉서.

④ ①번의 트라이 플렉서, US-PCS를 위한 듀플렉서, AMPS를 위한 듀플렉서로 구성한 RF FEM.

⑤ ②번의 트라이 플렉서, US-PCS를 위한 듀플렉서, AMPS를 위한 듀플렉서로 구성한 RF FEM.

⑥ ③번의 트라이 플렉서, US-PCS를 위한 듀플렉서, AMPS를 위한 듀플렉서로 구성한 RF FEM.

본 발명의 제2특징은 상기 ①번 항목을 구현함에 있어서, 통상의 SP3T 반도체 스위치와 SAW 대역필터가 개별적으로 구성된 회로를 LTCC 공정을 이용하여 저역필터와 고역필터를 LTCC 기판에 내장하고, SAW 대역필터를 와이어 본딩하거나 플립 칩 본딩(flip-chip bonding)으로 결합하여 하나의 패키지로 구성하는 것이다.

본 발명의 제3특징은 상기 ②번 항목을 구현함에 있어서, 통상의 SP3T 반도체 스위치와 SAW 대역필터가 개별적으로 구성된 회로를 LCC 공정을 이용하여 저역필터와 고역필터를 LTCC 기판에 장착하고(diplexer), 저가의 SPDT 스위치를 와이어 본딩 또는 플립-칩 본딩(flip-chip bonding)으로 결합하여 하나의 패키지를 구성하는 것이다.

본 발명의 제4특징은 상기 ③번 항목을 구현함에 있어서, 저역, 고역, 대역 필터를 LTCC 기술로 제작된 내장형 코일(embedded inductor)과 콘덴서로 구성하는 것이다. 또한, 상기 ③번 항목에 GPS용 SAW 대역필터를 포함시켜 하나의 패키지로 구성하는 것이다.

본 발명의 제5특징은 상기 ④,⑤,⑥번 항목을 구현함에 있어서, 트라이 플렉서와 듀플렉서를 하나의 패키지로 구성하여 소형화, 저가화, 고성능화를 구현하는 것이다. 이때, 세라믹 기판이나 PCB 기판을 사용한다. 또한, 상기 ④,⑤,⑥번 항목에서 RF FEM은 트라이 플렉서와 하나의 듀플렉서를 결합하여 하나의 패키지로 구현하는 기술을 포함한다.

본 발명의 제6특징은 통상의 SP3T 반도체 스위치에 인가하는 직류 전압회로를 제거하여 시스템의 전력 소모량을 줄이고, 안정된 신뢰성을 확보하는 것이다.

본 발명의 제7특징은 단말기의 SP3T 반도체 스위치를 제거하여 정전기로 인한 손상을 최소화하는 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 안테나(31)를 통해 송수신되는 신호를 AMPS, GPS 및 US-PCS 대역의 신호로 분리하기 위하여, 저역필터, SAW 대역필터, 고역필터를 포함한 싱글 패키지 형태로 구성하거나, 저역필터 및 고역필터로 구성된 다이플렉서(di-plexer)와, SPDT 스위치로 구성한 트라이 플렉서를 포함한 싱글 패키지 형태로 구성하거나, 저역필터, 고역필터 및 LC 대역필터를 포함한 싱글 패키지 형태로 구성한 원칩 트라이 플렉서(32)와; 상기 AMPS 및 US-PCS 대역의 송수신 신호를 각각 분리하여 송신모듈(35)과 수신모듈(36)로 전달하기 위한 듀플렉서(33),(34)를 포함하여 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 4 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 통상의 개별적인 SP3T 반도체 스위치와 GPS 대역 SAW 대역필터의 기능을 구비한 원칩 트라이 플렉서(one-chip Tri-plexer)(32)를 포함하여 구현한 통합형 CDMA 폰의 시스템 블록도이다.

안테나(31)를 통해 송수신되는 신호가 상기 원칩 트라이 플렉서(32)의 저역필터(32A), SAW 대역필터(32B), 고역필터(32C)를 통과하면서 AMPS, GPS 및 US-PCS 대역의 신호로 분리된다.

그리고, 상기 AMPS 및 US-PCS 대역의 송수신 신호는 다시 각각의 듀플렉서(33),(34)를 통해 송신모듈(35)과 수신모듈(36)로 전달된다. 하지만, 상기 GPS 신호는 통상의 개별적인 SP3T 반도체 스위치와 SAW 대역필터 기능을 수행하는 상기 원칩 트라이 플렉서(32)의 SAW 대역필터(32B)만을 통해 상기 수신모듈(36)에 전달된다.

결국, 도 3의 실시예에서는 통상의 SP3T 반도체 스위치와 SAW 대역필터를 하나의 트라이 플렉서(32)로 원칩화한 것을 나타낸 것이다.

도 4의 (a)-(c)는 SPDT 반도체 스위치 스위치와 다이 플렉서(di-plexer)를 사용하여 구성한 상기 원칩 트라이 플렉서(32)의 일실시 구현예를 나타낸 것이다.

즉, 안테나(41)를 통해 송수신되는 신호가 원칩 트라이 플렉서(42)의 SPDT 반도체 스위치(42A), 다이 플렉서(42B)를 통과하면서 DCN, GPS 및 US-PCS 대역의 신호로 분리된다.

한편, 도 5는 원칩 트라이 플렉서(one-chip Tri-plexer)(32)를 포함하여 구현한 통합형 CDMA 폰의 시스템 블록도이다.

도 3과 비교해 볼 때, 원칩 트라이 플렉서(52)가 저역필터(52A), LC 대역필터(52B) 및 고역필터(52C)로 이루어진 것이 다른 점이다. 또한, GPS 대역 수신신호가 SAW 대역필터(52D)를 통해 수신 모듈(56)에 전달되는 것이 다른 점이고, 상기 원칩 트라이 플렉서(52)를 코일과 콘덴서로만 구현하였기 때문에 SP3T 반도체 스위치를 제어하기 위한 DC 콘트롤 회로가 불필요하다는 것이 다른 점이다.

한편, 도 6은 트라이 플렉서를 포함한 원칩 RF FEM을 포함하는 통합형 CDMA 폰의 시스템 블록도이다.

도 3과 비교해 볼 때, 원칩 트라이 플렉서(62)가 상기 트라이 플렉서(62A)를 비롯하여 AMPS용 듀플렉서(62B), US-PCS용 듀플렉서(62C)를 하나의 패키지로 수용하여 원칩(One-chip)화된 것이 다른 점이다.

한편, 도 7은 상기 저역필터와 고역필터를 LTCC 기판상에서 코일과 콘덴서로 구성한 예를 나타낸 것으로, SAW 대역필터 또는 AMPS(또는 US-PCS) 듀플렉서(71)는 베어칩(bare-chip)을 LTCC 레이어(74)에 본딩하는 방식으로 원칩 트라이 밴드 FEM(one-chip Tri-band)을 구성한 것을 알 수 있다.

즉, SAW 대역필터 또는 AMPS(또는 US-PCS) 듀플렉서(71)를 LTCC 레이어(74) 상의 직사각형(rectangular) 홀(78)을 통해 장착한다. 그리고, 각 층의 LTCC 레이어(74) 상에 저역필터 및 고역필터를 구성하는 코일과 콘덴서를 구현하기 위하여 그 각 층의 LTCC 레이어(74)에 코일 패턴(76)과 콘덴서 전극(77)을 프린트한 후 바이어(75)들로 연결하였다.

또한, 상기 설명에서와 같이 코일과 콘덴서로 구성되는 AMPS 대역의 저역필터와 US-PCS 대역의 고역필터는 메탈 패드(73)상에 와이 본딩(72)하여 GPS 대역의 SAW 대역필터, AMPS 혹은 DCN 대역 듀플렉서, 그리고 US-PCS 대역 듀플렉서(71)와 연결되도록 하였다.

한편, 도 8은 본 발명에서 저역필터, 고역필터 및 LC 대역필터로 구성한 트라이 플렉서의 회로 구성을 나타낸 것이다.

AMPS 혹은 DCN 대역에 대해서는 저역필터(81), GPS 대역에 대해서는 대역필터(82), 그리고 US-PCS 대역에 대해서는 고역필터(83)로 구현하였다. 본 발명에 따른 GPS 대역의 필터는 일반적인 LC-병렬 공진기로 구현한 대역필터에 비하여 감쇠 주파수를 설계자가 독립적으로 선택할 수 있는 장점이 있고, 일반적인 LC 공진기를 사용하는 것에 비하여 양호한 삽입 손실을 갖는다.

한편, 도 9는 상기 도 8의 트라이 플렉서의 필터링 특성을 나타낸 그래프이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 트라이 플렉서는 LTCC 패케이징(packaging) 기술로 내부에 코일과 콘덴서를 삽입하여 AMPS 밴드를 위한 고역필터를 구현하고, GPS 밴드에 SAW 대역필터를 삽입한 형태, SPDT 스위치를 연결한 형태, LC 대역필터와 SAW 대역필터를 직접 연결한 형태로 구현함으로써, 스위칭을 위한 별도로 직류전압 공급회로가 불필요하고, 단말기의 정전기에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, SAW 대역필터를 하나의 모듈에 집적화시켜 단말기의 설계 공간이 줄어들고, 작업 효율이 향상되는 등의 효과가 있다.

도 1은 SP3T를 사용하는 종래의 트라이 밴드 단말기의 블록도.

도 2는 도 1에서 SP3T 집적소자(12)의 상세도.

도 3은 본 발명에 의한 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈의 블록도.

도 4의 (a)-(c)는 원칩 트라이 플렉서의 구현예시도.

도 5는 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 모듈의 다른 실시예시도.

도 6은 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 모듈의 또 다른 실시예시도.

도 7은 본 발명에 따른 원칩 트라이 플렉서와 트라이 밴드 RF FEM의 제작 공정도.

도 8은 LC로 구성된 트라이 플렉서의 예시도.

도 9는 본 발명에 따른 트라이 플렉서의 필터링 특성 그래프.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

31 : 안테나 32 : 원칩 트라이 플렉서

32A : 저역필터 32B : SAW 대역필터

32C : 고역필터 33,34 : 듀플렉서

35 : 송신모듈 36 : 수신모듈

37 : 칩셋트 38 : 인쇄회로기판

Claims (8)

1. 안테나(31)를 통해 송수신되는 신호를 AMPS, GPS 및 US-PCS 대역의 신호로 분리하기 위하여, 싱글 패키지 형태로 구성된 원칩 트라이 플렉서(32)와; 상기 AMPS 및 US-PCS 대역의 송수신 신호를 각각 분리하여 송신모듈(35)과 수신모듈(36)로 전달하기 위한 듀플렉서(33),(34)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈.
2. 제1항에 있어서, 원칩 트라이 플렉서(32)는 저역필터, SAW 대역필터, 고역필터를 포함한 싱글 패키지 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈.
3. 제1항에 있어서, 원칩 트라이 플렉서(32)는 저역필터 및 고역필터로 구성된 다이플렉서와, SPDT 스위치로 구성한 트라이 플렉서를 포함한 싱글 패키지 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈.
4. 제1항에 있어서, 원칩 트라이 플렉서(32)는 저역필터, 고역필터 및 LC 대역필터를 포함한 싱글 패키지 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈.
5. 제2항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 저역필터와 고역필터는 LTCC 기판상에서 코일과 콘덴서로 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈.
6. 제1항에 있어서, 원칩 트라이 플렉서(32)는 GPS 대역 수신신호가 SAW 대역필터(52D)를 통해 수신 모듈(56)에 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈.
7. 제1항에 있어서, 원칩 트라이 플렉서(32)는 코일과 콘덴서로만 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈.
8. 제1항에 있어서, 원칩 트라이 플렉서(32)는 AMPS용 듀플렉서, US-PCS용 듀플렉서를 하나의 패키지로 수용하여 원칩화된 것을 특징으로 하는 휴대폰의 고주파 프론트 엔드 모듈.