KR20060134293A - 원칩형 프론트앤드 복합모듈 - Google Patents

원칩형 프론트앤드 복합모듈 Download PDF

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KR20060134293A
KR20060134293A KR1020050053869A KR20050053869A KR20060134293A KR 20060134293 A KR20060134293 A KR 20060134293A KR 1020050053869 A KR1020050053869 A KR 1020050053869A KR 20050053869 A KR20050053869 A KR 20050053869A KR 20060134293 A KR20060134293 A KR 20060134293A
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Abstract

본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈은 기판 상에 실장되어 중간주파수신호 및 RF신호를 상호 변환하는 트랜시버단; 다수개의 주파수 대역 수신신호를 분리하여 전송하고 제1본딩패드부를 구비하는 안테나스위칭단; 제2본딩패드부를 구비하여 저주파/고주파 증폭소자들을 연결시키고, 상기 트랜시버단에 인접되게 실장된 전력증폭단; 상기 제2본딩패드부와 연결되어 상기 전력증폭단의 출력신호를 전달받고, 상기 제1본딩패드부와 연결되어 출력신호를 상기 안테나스위칭단으로 전달하는 제2매칭회로단; 상기 매칭회로단 및 안테나스위칭단에 인접되게 실장되어 상기 매칭회로단 및 안테나스위칭단 간 송수신신호의 불요파를 제거하는 필터단; 및 상기 필터단을 연결하고, 상기 안테나스위칭단 및 상기 전력증폭단을 연결하여 임피던스를 정합시키는 제1매칭회로단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈에 의하면, RF송수신단, 트랜시버단, 베이스밴드단을 하나의 칩으로 구성함으로써 전자 부품들이 차지하는 면적을 감소시킬 수 있고, 생산 원가를 감소시킬 수 있으며, 이동통신단말기 전체 사이즈를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

원칩형 프론트앤드 복합모듈{Front end complex module of one chip type}
도 1은 종래의 GSM 프론트앤드 복합모듈이 기판 상에서 실장되는 형태를 예시적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 프론트앤드 복합모듈의 회로 구성을 예시적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 프론트앤드 복합모듈이 패키지화하여 실장되는 형태를 예시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100: 원칩형 프론트앤드 복합모듈 110: 안테나
120: ESD처리부 130: 전력증폭단
140: 제1매칭회로 150: ASM
160: 필터단 170: 제2매칭회로
180: 트랜시버단 190: 베이스밴드단
본 발명은 다중 대역 프론트앤드 복합모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게 는 개선된 배치 설계 구조를 통하여 원칩으로 패키지화된 프론트앤드 복합모듈에 관한 것이다.
현재, 다수개의 주파수 대역을 처리하는 송수신단을 하나의 모듈로 집적화한 다중 대역 프론트앤드 복합모듈을 구비한 이동통신단말기가 널리 사용되고 있다.
이러한 프론트앤드 복합모듈은 GSM(Global Systems for Mobile communication) 주파수 대역, DCS(Digital Cellular Switch) 주파수 대역, PCS(Personal Communication service) 주파수 대역을 모두 처리할 수 있는데, 이들 주파수 대역에 대하여 간단히 살펴보면 다음과 같다.
우선, 상기 GSM은 유럽을 포함한 기타 지역에서 광범위하게 사용되고 있으며, 시분할 다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식을 이용한 디지털 이동통신 시스템을 의미한다.
또한, 상기 DCS는 CDMA(Code Division Multiple Access; 코드 분할 다중접속방식)방식 또는 TDMA(Time Division Multiple Access; 시 분할 다중접속방식)방식을 통하여 콜센터와 접속하고 통신 서비스를 제공하는 기술이고, 상기 PCS는 1750∼1910 MHz의 주파수 신호(한국형 PCS(K-PCS) 밴드는 1750MHz∼1780MHz의 송신대역과 1840MHz∼1870MHz의 수신대역을 포함하고, 미국형 PCS(US-PCS) 밴드는 1850MHz∼1910MHz의 송신대역과 1930MHz∼1990MHz의 수신대역을 포함함)를 처리하는 통신 기술이다.
도 1은 종래의 GSM 프론트앤드 복합모듈이 기판 상에서 실장되는 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.
보통, GSM 프론트앤드 복합모듈은 안테나단(a), 스위칭단(b), 필터단(c) 및 주파수처리단(d, e), 을 포함하여 구성되는데, 상기 안테나단(a)은 하나의 안테나를 구비하여 전술한 다중 대역의 주파수를 송수신하고, 송수신된 RF신호를 스위칭단(b)으로 전달한다.
상기 스위칭단(b)은 GSM, DCS, PCS와 같은 다중 대역의 RF신호를 스위칭하여 해당 주파수처리단(d, e)으로 각각 전달하거나 또는 주파수처리단(d, e)으로부터의 신호를 안테나단(a)으로 전달하는 기능을 수행한다.
상기 주파수처리단(d, e)은 다중 대역의 송수신 모듈들로 이루어지며, 해당 주파수 대역을 필터링하는 필터들로 구성되는 필터단을 통하여 스위칭단(b)과 연결되는 구조를 가진다.
이러한 프론트앤드 복합모듈을 이루는 각 구성부들은 보통 하나의 칩으로 제품화되어 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 이동통신단말기 내부에 고정되는 기판 상에 납땜되는 구조를 가진다.
즉, 스위칭단(b), 필터단(c) 등의 구성부가 이동통신단말기의 송수신단에 각각 따로 탑재되며, 트랜시버도 개별 부품(칩)으로 구비되는 것이므로, 기판 상에 배치되는 면적이 넓어지게 된다.
상기 프론트앤드 복합모듈을 이루는 각 구성부들은 기판 상에 위치되는 경우 한변이 최소한 십수 mm 이상이 되는 영역을 차지하게 되는데, 도 1을 통하여 예시된 종래의 프론트앤드 복합모듈이 실장되는 기판 영역은 트랜시버칩을 제외하고도 한변이 13mm이상이 되는 영역을 차지하므로 이동통신단말기 제품을 소형화하는데 걸림돌이 되고 있다.
따라서, 본 발명은 소정 크기 이하의 기판 상에서 각 전자소자들을 연결 구성에 따라 배치설계하고 본딩 패드를 통하여 연결시키며, 케이스로 몰딩하여 하나의 패키지로 구성함으로써 원칩으로 구현가능한 프론트앤드 복합모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈은
기판 상에 실장되어 중간주파수신호 및 RF신호를 상호 변환하는 트랜시버단; 다수개의 주파수 대역 수신신호를 분리하여 전송하고 제1본딩패드부를 구비하는 안테나스위칭단; 제2본딩패드부를 구비하여 저주파/고주파 증폭소자들을 연결시키고, 상기 트랜시버단에 인접되게 실장된 전력증폭단; 상기 제2본딩패드부와 연결되어 상기 전력증폭단의 출력신호를 전달받고, 상기 제1본딩패드부와 연결되어 출력신호를 상기 안테나스위칭단으로 전달하는 제2매칭회로단; 상기 매칭회로단 및 안테나스위칭단에 인접되게 실장되어 상기 매칭회로단 및 안테나스위칭단 간 송수신신호의 불요파를 제거하는 필터단; 및 상기 필터단을 연결하고, 상기 안테나스위칭단 및 상기 전력증폭단을 연결하여 임피던스를 정합시키는 제1매칭회로단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈의 상기 기판은 다층 구조 로서 층간 전기적 신호를 전달시키는 비아홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈의 상기 트랜시버단은 패키지 형태로 실장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈의 상기 안테나스위칭단은 패키지 형태로 실장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈은 상기 트랜시버단 옆에 실장되어 직접 연결되며, 중간주파수를 기저대역 주파수로 변환하여 처리하는 베이스밴드단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈은 상기 안테나스위치단을 통하여 유입되는 정전기로부터 내수 소자를 보호하는 ESD부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈에서 처리되는 상기 RF신호는 PCS(Personal Communications Service), GSM(Global Systems for Mobile communication), DCS(Digital Cellular Switch) 신호 중 적어도 하나 이상의 주파수 대역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈의 상기 제1매칭회로단 및 상기 제2매칭회로단은 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 프론트앤드 복합모듈에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 프론트앤드 복합모듈(100)의 회로 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 프론트앤드 복합모듈(100)은 안테나(110), ESD부(120), 전력증폭단(130), 제1매칭회로(140), ASM(Antenna Switch Module)(150), 필터단(160), 제2매칭회로(170), 트랜시버단(180) 및 베이스밴드단(190)을 포함하여 이루어지는데, 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 프론트앤드 복합모듈(100)은 가령 MCPCB((Metal Core Printed Circuit Board)와 같은 다층구조의 기판 상에 구현될 수 있다.
이때, 상기 기판은 층간 전기적 신호를 전달시키는 비아홀이 형성되고, 본 발명에 의한 프론트앤드 복합모듈(100)은 상층에 형성되어 내층에 구비되는 다른 전자소자들(이동통신단말기에는 다수의 전자소자들이 구비될 수 있으며 본 발명의 기술적 사상과 연관이 없는 전자소자에 대해서는 도시하지 않음)과 전기적으로 소통되는 구조를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 프론트앤드 복합모듈(100)은 전술한 바와 같이 다층구조의 기판 상에 실장되어 원칩형으로 패키지 실장되며, GSM(Global Systems for Mobile communication) 송수신 복합 모듈로서, PCS(Personal Communications Service; 1900 MHz 대역), GSM(Global Position system; 800 MHz 대역), DCS(Digital Cellular Switch; 1800 MHz 대역)의 트리플 밴드 주파수 대역 신호를 처리한다.
따라서, 상기 트랜시버단(180), 전력증폭단(130), 매칭회로(140, 170), 필터단(160)은 PCS, GSM, DCS 주파수 대역 신호를 각각 처리하는 모듈들로 구성되어 있 다.
우선, 상기 ASM(150)은 패키지 형태로 실장되며, 안테나(110)를 구비하여 기지국으로부터 수신된 PCS, GSM, DCS의 주파수 대역 신호를 분리하여 필터단(160)으로 전달하거나 전력증폭단(제1매칭회로(140)를 경유함)(130)으로부터 전달된 송신신호를 분리하여 기지국으로 송신한다.
상기 안테나(110)측에 연결된 상기 ESD부(120)는 프론트 앤드 모듈을 구성하는 회로에 존재하는 기생성분으로 인하여 정전기 방전 현상이 발생되는 것을 억제한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원칩형 프론트앤드 복합모듈(100)이 패키지화하여 실장되는 형태를 예시한 도면이다.
상기 ASM(150)은 발룬(balun)회로, 혼합기, 통과대역필터 등을 이용하여 구성될 수 있으며, 제1본딩패드부를 구비하여 패키지 기판의 우측 하단에 표면실장된다.
상기 트랜시버단(180)은 순방향 링크(Forward Link)를 위하여 중간 주파수 신호를 RF신호로 변환하고, 역방향 링크(Reverse Link)를 위하여 RF 신호를 중간 주파수 신호로 변환한다.
또한, 상기 트랜시버단(180) 역시 패키지 형태로 실장되며, 수신되는 신호의 전력 강도(RSSI)를 측정하여 수신단의 각 유닛의 상태를 감시한다.
상기 전력증폭단(130)은 PCS, GSM, DCS신호를 처리하는 저주파/고주파 증폭소자들로 이루어지는데, 제2본딩패드부를 구비하여 각 소자들을 탑재하고 있다.
상기 전력증폭단(130)은 트랜시버단(180)의 하측으로 배치설계되어 트랜시버단(180)으로부터 입력되는 송신신호를 증폭하며, 증폭된 송신신호를 상기 제2본딩패드부를 통하여 ASM(150)으로 전달한다.
예를 들어, 상기 증폭소자로는 구동증폭소자, 전력증폭소자 등을 들 수 있으며, 구동증폭소자는 트랜시버로부터 PCS, GSM, DCS신호를 전달받아 이득을 조정시키는 기능을 수행하는데, 상기 트랜시버단(180)으로부터 출력된 신호를 증폭함에 있어서 이득(gain)을 조절하여 출력이 허용 수준을 넘지 않도록 한다. 따라서, 구동증폭소자를 통하여 증폭 신호가 왜곡되고 여러 주파수가 집중된 채널신호의 대역폭에서 인터모듈레이션이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전력증폭소자는 상기 구동증폭소자에서 이득조정된 PCS, GSM, DCS신호의 전력을 증폭시키는데, 출력단에 각 주파수 대역별로 설정된 송출 레벨에 맞추어 신호를 증폭시킨다. 따라서 전력증폭소자는 대용량의 트랜지스터 혹은 병렬로 구성되는 많은 수의 트랜지스터를 필요로 하게 되며, RF신호의 출력을 ACPR(Adjacent Channel Power Ratio)과 같은 통신 규격에 부합되는 범위에서 최대한으로 증폭시킨다.
상기 제1매칭회로(140)는 저주파/고주파 위상 변환소자를 구비하여 필터단(160)의 수신 필터와 송신 필터 사이의 임피던스 매칭을 수행하고, 그리고 상기 ASM(150)과 전력증폭단(130)의 임피던스를 매칭시킨다.
또한, 상기 제2매칭회로(170)는 제1본딩패드부를 통하여 ASM(150)과 연결되고 제2본딩패드부를 통하여 전력증폭단(130)과 연결되며, 제2본딩패드부를 통하여 전력증폭단(130)의 출력신호를 전달받는다.
상기 제2매칭회로(170)는 임피던스 손실을 보상하여 전력증폭단(130)의 출력신호가 왜곡되는 것을 억제하고, 안정적인 신호를 생성하여 안테나스위칭단으로 전달한다.
이때, 왜곡이 감쇄된 출력신호는 제1본딩패드부를 통하여 상기 안테나스위칭단으로 전달된다.
상기 제1매칭회로(140)와 제2매칭회로(170)는 전력증폭단(130)과 ASM(150) 사이에 위치되어 하나의 매칭회로단을 구성하도록 설계된다.
상기 필터단(160)은 GSM, PCS, DCS신호를 각각 처리하는 송신 필터 및 수신 필터들로 이루어지며, 매칭회로(140, 170) 및 안테나스위칭단에 인접되게 실장된다.
상기 필터단(160)은 송신신호가 트랜시버단(180)에서 RF신호로 변환되어 매칭회로(140, 170)와 안테나스위칭단을 경유하는 과정에서 삽입되는 불요파를 제거하여 안정적인 신호 상태를 유지하도록 한다.
또한, 상기 베이스밴드단(190)은 상기 트랜시버단(180) 옆에 실장되어 직접 연결되는 구조를 가지며, 중간주파수와 기저대역 주파수를 업 컨버팅(up-converting) 또는 다운 컨버팅(down-converting)하여 프로세서가 정보를 처리할 수 있도록 한다.
상기 베이스밴드단(190)은 디지털 신호의 정합, 채널 분배 기능을 수행하는 인터페이스 유닛과 채널 동기화, 파일럿, 페이징, 순방향/역방향 트래픽 채널의 출 력을 조정하는 변복조 유닛을 포함한다.
이상과 같은 패키지 실장 구조에 의하면, RF송수신단(안테나(110), ESD부(120), 전력증폭단(130), 매칭회로(140, 170), ASM(150)), 트랜시버단(180), 베이스밴드단(190)이 하나의 칩상에서 배치 설계됨으로써 본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈(100)은 집적화가 가능하고, 그 사이즈가 크게 감소될 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의한 원칩형 프론트앤드 복합모듈에 의하면, RF송수신단, 트랜시버단, 베이스밴드단을 하나의 칩으로 구성함으로써 전자 부품들이 차지하는 면적을 감소시킬 수 있고, 생산 원가를 감소시킬 수 있으며, 이동통신단말기 전체 사이즈를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 기판 상에 실장되어 중간주파수신호 및 RF신호를 상호 변환하는 트랜시버단;
    다수개의 주파수 대역 수신신호를 분리하여 전송하고 제1본딩패드부를 구비하는 안테나스위칭단;
    제2본딩패드부를 구비하여 저주파/고주파 증폭소자들을 연결시키고, 상기 트랜시버단에 인접되게 실장된 전력증폭단;
    상기 제2본딩패드부와 연결되어 상기 전력증폭단의 출력신호를 전달받고, 상기 제1본딩패드부와 연결되어 출력신호를 상기 안테나스위칭단으로 전달하는 제2매칭회로단;
    상기 매칭회로단 및 안테나스위칭단에 인접되게 실장되어 상기 매칭회로단 및 안테나스위칭단 간 송수신신호의 불요파를 제거하는 필터단; 및
    상기 필터단을 연결하고, 상기 안테나스위칭단 및 상기 전력증폭단을 연결하여 임피던스를 정합시키는 제1매칭회로단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원칩형 프론트앤드 복합모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기판은
    다층 구조로서 층간 전기적 신호를 전달시키는 비아홀이 형성된 것을 특징으로 하는 원칩형 프론트앤드 복합모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 트랜시버단은
    패키지 형태로 실장되는 것을 특징으로 하는 원칩형 프론트앤드 복합모듈.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 안테나스위칭단은
    패키지 형태로 실장되는 것을 특징으로 하는 원칩형 프론트앤드 복합모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜시버단 옆에 실장되어 직접 연결되며, 중간주파수를 기저대역 주파수로 변환하여 처리하는 베이스밴드단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원칩형 프론트앤드 복합모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 안테나스위치단을 통하여 유입되는 정전기로부터 내수 소자를 보호하는 ESD부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원칩형 프론트앤드 복합모듈.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 RF신호는
    PCS(Personal Communications Service), GSM(Global Systems for Mobile communication), DCS(Digital Cellular Switch) 신호 중 적어도 하나 이상의 주파수 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 원칩형 프론트앤드 복합모듈.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제1매칭회로단 및 상기 제2매칭회로단은
    일체로 형성된 것을 특징으로 하는 원칩형 프론트앤드 복합모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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