KR20080043067A

KR20080043067A - 송신단 프론트 엔드 모듈

Info

Publication number: KR20080043067A
Application number: KR1020060111621A
Authority: KR
Inventors: 김동영
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2008-05-16

Abstract

본 발명에 의한 송신단 프론트 엔드모듈은 송신신호를 필터링하는 송신필터; 상기 필터링된 송신신호를 증폭시키는 전력증폭모듈; 상기 전력증폭모듈의 로드(Load) 임피던스를 조정하는 부하조정부; 상기 전력증폭모듈과 연결되고 송수신 신호를 분리하는 듀플렉서; 및 상기 듀플렉서 및 상기 전력증폭모듈 사이에 연결되어 송신신호를 커플링시키는 결합기를 포함한다.

본 발명에 의하면, 다수개의 회로소자들을 단일 패키지 소자로 구현하여 기판 상의 실장 영역을 최소화할 수 있으므로 다른 외부 모듈들의 배치 설계에 자유도가 확보되고 슬림화된 이동통신단말기 제품을 개발할 수 있게 되는 효과가 있다. 또한, 회로소자의 실장 공정이 감소되어 불량률을 감소시킬 수 있고 생산 시간과 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

송신단 프론트 엔드 모듈{Front end module of transmitter unit}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈의 제1기판층의 형태를 예시적으로 도시한 상면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈의 제2기판층의 형태를 예시적으로 도시한 상면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈의 제3기판층의 형태를 예시적으로 도시한 상면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈의 제4기판층의 형태를 예시적으로 도시한 상면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: 송신단 프론트 엔드 모듈 110: 듀플렉서

120: 전력증폭모듈 130: 결합기

140: 송신필터 200: 안테나

300: 수신신호처리단 400: 트랜시버

500: 감지부 A: 제1기판층

B: 제2기판층 C: 제3기판층

D: 제4기판층

본 발명은 다층 기판 구조의 송신단 프론트 엔드 모듈에 관한 것이다.

프론트 엔드 모듈(FEM; Front End Module)이란 이동통신단말기 상에 사용되는 전파 신호를 제어하는 송수신 장치로서, 여러 가지 전자 부품이 하나의 기판 상에 일련적으로 구현되어 그 집적 공간이 최소화된 복합 부품을 의미한다.

예를 들어, 일반적인 CDMA 통신모듈은, 송수신신호를 분리하여 전달하는 듀플렉서, 중간주파수신호와 디지털 신호를 변복조처리하고 AD/DA 컨버팅처리하는 송신처리모듈, 수신처리모듈, 송신필터, 수신필터, 송신신호를 증폭시키는 전력증폭모듈, 수신신호를 증폭시키는 저잡음증폭모듈, 디지털신호를 해석하여 멀티미디어 데이터를 생성하고 전력증폭모듈을 이득제어하는 기저대역처리부 등을 포함하여 이루어지는데, 상기 구성부들은 개별 소자 형태로서 기판에 각각 실장되는 구조(Discrete type)를 가진다.

즉, 상기 구성부들은 개별 소자 형태 - 단일 칩제품의 형태를 가지며 기판에 각각 실장되므로 배치 면적이 넓어지게 되며, 모듈의 소형화 추세에 따라 제한된 기판 면적에 다수개의 개별소자들이 실장되므로 소자 간 전파 간섭이 심하게 발생된다.

특히, 수신신호를 처리하는 소자들과 관련된 프론트 엔드 모듈에 대하여 연구가 집중되고 있으므로, 현재, 송신단 프론트 엔드 모듈과 관련된 제품은 시장의 요구를 만족시키기에는 불충분한 실정이다.

또한, 최근의 이동통신단말기 제품은 카메라 모듈, 블루투스와 같은 근거리 통신모듈, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 통신모듈 등 다른 모듈들도 구비하여 다기능화되는 추세이므로, 종래의 개별소자 형태의 통신모듈은 자체의 배치 설계뿐만 아니라 다른 모듈들의 실장 구조에도 영향을 준다.

또한, 다수개의 레이어를 이루는 기판층 간에도 전파 간섭 현상이 발생되므로 소자 사이에서 뿐만 아니라 전송 패턴, 라우팅 패턴, 본딩 패턴 등의 패턴 사이에서도 신호의 왜곡 현상이 발생될 수 있다.

이렇게 모듈 내부에서 신호가 전달되는 과정에서 왜곡되면, 정상적인 신호가 수신되더라도 베이스밴드단이나 디지털신호처리단에서 신호를 해석할 수 없게 되므로 이동통신단말기의 송수신 품질이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 다기능/소형화되는 이동통신단말기 제품을 개발하기 위해서 프론트 엔드 모듈, 특히 송신단과 관련된 프론트 엔드 모듈의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 송신신호를 처리하는 다수개의 회로소자를 개별 소자가 아닌 단일 패키지 소자로 구현함으로써 이동통신단말기의 기판 실장 면적을 최소화할 수 있는 송신단 프론트 엔드 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은 다층 구조의 기판 상에 송신신호를 처리하는 회로소자를 집적함에 있어서, 하나의 층 또는 다른 층 간의 회로 소자 및 패턴 사이에 전파 간섭의 영향을 최소화하고, 소자의 배치 설계가 용이한 송신단 프론트 엔드 모듈을 제공한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈에 대하여 상세히 설명하는데, 상기 송신단 프론트 엔드 모듈은, 가령 약 2.1GHz 대역의 주파수를 사용하는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System; W-CDMA), 약 1.9GHz 대역의 주파수를 사용하는 PCS(Personal Communication Service), 약 800MHz 대역의 주파수를 사용하는 DCN(Data Core Network; CDMA-800) 신호 등을 처리할 수 있다.

또한, 상기 송신단 프론트 엔드 모듈이 다중 대역의 주파수 신호를 처리하는 경우, 이하에서 설명될 구성부들은 다중 대역의 주파수 신호에 대응되도록 다수개로 구비될 수 있음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈(100)의 구성 요소 를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 1에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈(100)은 듀플렉서(110), 전력증폭모듈(120), 결합기(130), 송신필터(140) 및 부하조정부(150)를 포함하여 이루어지는데, 상기 구성부들은 가령 MCPCB((Metal Core Printed Circuit Board)와 같은 다층구조(본 발명의 실시예에서는 4층 구조임)의 기판 상에 구현되며, 탑층(제1기판층) 레이어에 실장되고 비아홀을 통하여 내층 레이어(제2기판층 내지 제4기판층)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 기판(A, B, C, D; 도 2 내지 도 5 참조)은 비아홀, 전송로 패턴, 라우팅 패턴, 본딩 패턴, 단자 패턴 등의 패턴이 형성되고, 여러 층에 걸쳐 각종 집중소자 및 분포소자가 실장된다. 이렇게 각 구성부가 실장된 후 기판(A, B, C, D)은 몰딩 공정을 거침으로써 단일 패키지 형태를 이룬다.

예를 들어, 다층구조 기판의 내층 레이어에는, RF집적모듈 회로에 존재하는 기생성분으로 인하여 정전기 방전 현상이 발생되는 것을 억제하는 ESD(Electro-Static Discharge)소자, 마이크로스트립 라인과 같은 분포 소자 등이 위치될 수 있으며, 탑층 레이어의 상기 듀플렉서(110), 전력증폭모듈(120), 송신필터(140), 결합기(130) 및 부하조정부(150)는 비아홀을 통하여 내층의 다른 전자소자들과 전기적으로 연결될 수 있다.

도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈(100)을 이루는 구성부에 대하여 설명함에 있어서, 도 2를 참조하여 각 구성부가 탑층 레이어(제1기판층)에 실장되는 형태를 함께 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈(100)의 제1기판층(A)의 형태를 예시적으로 도시한 상면도이다.

도 2에 의하면, 상기 제1기판층(A)은 사각 형태로서, 좌측 상단에 전력증폭모듈(120)이 실장되고, 그 밑으로 송신필터(140)가 실장된다.

상기 송신필터(140)의 옆, 그리고 전력증폭모듈(120)의 밑으로는 부하조정부(150)가 형성되는데, 상기 부하조정부(150)는 전력증폭모듈(120)의 로드 임피던스(Load Impedence)를 조정하기 위하여 전력증폭모듈(120)의 출력단과 연결되며, 마이크로스트립 라인의 형태로 구현된 것을 볼 수 있다.

상기 제1기판층(A)의 우측 상단에는 듀플렉서(110)가 실장되고 그 밑으로 결합기(130)가 실장된다.

상기 각 구성부간 격리도를 고려한 회로 배치 설계는 송신 기능을 향상시키는데 있어서 매우 중요한 요소이며, 특히 송신필터(140)와 듀플렉서(110) 간의 전파 간섭을 억제시키는 것이 중요한 요인이 된다.

전술한 대로, 송신필터(140)와 듀플렉서(110)는 제1기판층(A) 상에서 대각선상으로 마주보는 모서리에 실장되고, 마이크로스트립 라인 형태의 부하조정부(150)가 그 사이에 위치됨으로써 두 구성부 간의 전파 간섭이 최대한 억제될 수 있다.

상기 듀플렉서(110)는 외부에 위치되는 안테나(200) 및 수신신호처리단(300)과 연결될 수 있도록 단자(ANT, RX)를 구비하고, 내부적으로는 전력증폭모듈(120)과 연결된다.

상기 송신필터(140)는 외부의 트랜시버(Tranceiver)(400)와 연결되기 위한 단자(RF in)를 구비하며, 상기 단자(RF in)를 통하여 송신신호를 전달받는다.

상기 트랜시버(400)는 믹서, 위상동기회로, D/A 컨버터, 채널 복호화기 등을 구비하여 송신신호를 처리하는데, 송신필터(쏘우(Saw) 필터로 구비될 수 있음)(140)는 이 과정에서 발생된 잡음성분의 신호를 차단하여 해당 신호만을 필터링하고 이를 전력증폭모듈(120)로 전달한다.

상기 전력증폭모듈(120)은 필터링된 송신신호를 증폭하여 듀플렉서(110)로 전달하며, 이때 부하조정부(150)에 의하여 로드 임피던스가 변화됨으로써 저전력 고효율의 증폭동작을 수행할 수 있다.

상기 전력증폭모듈(120)의 입력단과 출력단에는 각각 입력매칭회로 및 출력매칭회로가 구비될 수 있으며, 도면에는 도시되지 않았으나 상기 입력매칭회로 및 출력매칭회로는 본 발명에 의한 송신단 프론트 엔드 모듈에 포함되어 단일 패키지화될 수 있다.

상기 입력매칭회로는 필터링처리된 송신신호의 손상을 보상하여 정합시키고, 상기 출력매칭회로는 전력증폭모듈(120)과 듀플렉서(110) 사이의 임피던스를 정합시키는 기능을 수행한다.

상기 전력증폭모듈(120)에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

상기 전력증폭모듈(120)은 바이어스회로(Bias circuit), 구동증폭기(DA; Drive Amplifier), 전력증폭기(PA; Power Amplifier) 등을 포함하여 이루어진다.

보통, 송신신호가 증폭되는 경우 이득 증폭과 전력 증폭이 모두 이루어져야 하는데, 하나의 증폭기가 두가지 증폭 측면을 만족하도록 설계하는 것은 어렵다.

따라서, 높은 이득 수치를 가지는 구동증폭기가 전단에서 1차 증폭을 수행하고, 전력증폭기가 이득 증폭된 신호의 전력을 2차 증폭시킨다.

상기 바이어스 회로는 바이어스 전압을 안정화하여 공급하는 회로로서, 상기 구동증폭기와 전력증폭기를 이루는 일련의 트랜지스터들에 동작점(Voltage point)을 제공한다.

도 2에 도시된 것처럼, 상기 전력증폭모듈(120)은 4개의 입력단자를 구비하는데, "VREF"단자는 바이어스 전압을 생성하기 위하여 기준전압을 입력받는 단자이고, "VCC1"단자 및 "VCC2"단자는 전원단과 연결된다.

그리고, "Vmode"단자는 트랜시버로부터 제어신호를 인가받는 단자로서, 바이어스 회로는 상기 제어신호에 의하여 안정화 동작을 수행한다.

상기 듀플렉서(110)는 송수신신호를 분리하여 전달하는 기능을 수행하며, 안테나(200)를 통하여 수신된 신호는 수신신호처리단(300)으로 전달하고, 전력증폭모듈(120)로부터 전달된 신호는 안테나(200)로 전달한다.

상기 듀플렉서(110)는 고성능수동소자(IPD)로 구성된 고대역필터(HPF: High Pass Filter)와 저대역필터(LPF: Low Pass Filter)로 이루어질 수 있고, 주파수 분할 다중화 방식을 적용하여 (여러 주파수 신호가 동시에 혼재된)전체 신호를 주파수 스펙트럼이 중첩되지 않는 두 개의 주파수 대역으로 분리한다.

상기 듀플렉서(110) 및 전력증폭모듈(120) 사이에 연결되는 결합기는 송신신호를 커플링시켜 외부에 위치된 감지부(500)로 전달하며, 가령 결합커패시터(coupling capacitor) 또는 방향성 결합기(directional coupler) 등으로 구현가 능하다.

상기 감지부(500)는 송신신호의 전력세기를 소정 레벨의 디지털 신호로 변환하고 트랜시버(400)로 전달하는 회로로서, 트랜시버(400)는 변환된 디지털 신호에 의하여 송신신호의 출력 상태를 파악할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 결합기(130)는 단자(CPL)를 구비하여 외부의 감지부(500)와 연결되는 것으로 설명하였으나, 필요에 따라 상기 감지부(500)는 송신단 프론트 엔드 모듈에 포함되어 단일 패키지화될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈(100)의 제2기판층(B)의 형태를 예시적으로 도시한 상면도이다.

도 3에 의하면, 제2기판층(B)은 유전체층에 동박층이 적층되고, 동박층의 일부가 식각되어 각종 패턴이 형성되는데, 상기 듀플렉서(110), 전력증폭모듈(120), 송신필터(140) 및 결합기(130)가 실장되는 제1기판층의 영역에 대응되도록(상측으로부터 수직하게 투영하였을 경우) 그라운드 패턴(110a, 120a, 130a, 140a)이 형성되고, 그 이외의 영역에 전송로 패턴(c2)과 부하조정부(150a)가 형성된다.

즉, 상기 부하조정부(150, 150a)는 제1기판층(A) 및 제2기판층(B)에 마이크로스트립 라인의 형태로 형성되고, 비아홀(d)을 통하여 층간 연결된다.

상기 제1기판층(A), 제2기판층(B), 제3기판층(C) 및 제4기판층(D)의 그라운드 패턴 영역(110a, 120a, 130a, 140a, 160, 170)에는 층간 통로 역할을 하는 비아홀(b)이 다수개 형성된다.

이때, 기판층을 위로부터 수직하게 투영하였을 경우, 제1기판층(A)에 형성되 는 전송로 패턴(c1)과 이에 대응되는 제2기판층(B)의 전송로 패턴(c2)은 평행하게 겹치지 않도록 배치되는 것이 좋은데, 이는 전송로 패턴들(c1, c2)이 평행하게 겹쳐지는 경우 전달되는 신호 사이에 간섭 현상이 발생될 수 있고 이는 신호의 왜곡을 초래하기 때문이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈(100)의 제3기판층(C)의 형태를 예시적으로 도시한 상면도이다.

도 4에 의하면, 상기 제3기판층(C)에 일체형 그라운드 패턴(160)이 형성된 것을 볼 수 있으며, "GND" 단자를 제외한 다른 단자(상기 듀플렉서(110), 전력증폭모듈(120), 송신필터(140), 결합기(130)가 외부소자와 연결되기 위한 단자)의 영역(e)은 동박이 제거되어 있고, 나머지 영역은 일체형으로 그라운드 패턴(160)이 형성됨으로써 제2기판층(B)을 통과한 전자계 신호를 전반적으로 차단하는 기능을 수행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신단 프론트 엔드 모듈(100)의 제4기판층(D)의 형태를 예시적으로 도시한 상면도이다.

도 5에 의하면, 상기 제4기판층(D)은, 일체형 그라운드 패턴(170)이 형성되는 점에서 제3기판층(C)과 유사하나, 각 단자 영역에 동박(f1)이 일부 남겨지고 이에 도금선(f2)이 연장형성된 점이 상이하다.

본 발명에 의한 송신단 프론트 엔드 모듈(100)이 합성수지 재질로 몰딩되어 단일 패키지 제품으로 생산되는 경우 외부로 돌출되는 (다리)핀은 상기 도금선(f2)과 연결된다.

이상에서 본 발명에 대하여 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 송신단 프론트 엔드 모듈에 의하면, 다수개의 회로소자들을 단일 패키지 소자로 구현하여 기판 상의 실장 영역을 최소화할 수 있으므로 다른 외부 모듈들의 배치 설계에 자유도가 확보되고 슬림화된 이동통신단말기 제품을 개발할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 회로소자의 실장 공정이 감소되어 불량률을 감소시킬 수 있고 생산 시간과 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 다층 기판의 구조를 개선함으로써 신호 간섭 현상을 억제하고, 최소 개수의 기판층으로 송신단 프론트 엔드 모듈을 구현할 수 있게 된다.

Claims

송신신호를 필터링하는 송신필터;

상기 필터링된 송신신호를 증폭시키는 전력증폭모듈;

상기 전력증폭모듈의 로드(Load) 임피던스를 조정하는 부하조정부;

상기 전력증폭모듈과 연결되고 송수신 신호를 분리하는 듀플렉서; 및

상기 듀플렉서 및 상기 전력증폭모듈 사이에 연결되어 송신신호를 커플링시키는 결합기를 포함하여 단일 패키지 형태를 이루는 송신단 프론트 엔드 모듈.
제1항에 있어서,

상기 송신필터는 외부의 트랜시버와 연결되기 위한 단자를 가지고,

상기 결합기는 외부에 위치되어 상기 커플링된 신호의 세기를 감지하는 감지부(Detector)와 연결되기 위한 단자를 가지며,

상기 듀플렉서는 외부에 위치되는 안테나 및 수신신호처리단 중 하나 이상의 소자와 연결되기 위한 단자를 가지는 송신단 프론트 엔드 모듈.
제1항에 있어서,

상기 전력증폭모듈의 전단 및 후단 중 하나 이상의 위치에 연결되는 매칭회로부를 포함하는 송신단 프론트 엔드 모듈.
제1항에 있어서,

상기 송신필터, 상기 전력증폭모듈, 상기 부하조정부, 상기 듀플렉서 및 상기 결합기가 실장되는 제1기판층;

그라운드 패턴, 전송로 패턴을 포함하는 패턴이 형성된 제2기판층;

일체형 그라운드 패턴이 형성된 제3기판층; 및

일체형 그라운드 패턴 및 단자형 그라운드 패턴이 형성된 제4기판층을 포함하는 송신단 프론트 엔드 모듈.
제4항에 있어서,

상기 부하조정부는 스트립라인으로 이루어지고,

상기 제1기판층의 부하조정부는 자신과 대응되는 형태를 가지는 상기 제2기판층의 전송로 패턴과 비아홀을 통하여 전기적으로 연결되는 송신단 프론트 엔드 모듈.
제4항에 있어서,

상기 전력증폭모듈은 상기 제1기판층의 일측 모서리에 인접되게 실장되며,

상기 듀플렉서 및 상기 송신필터는 상기 일측 모서리에 인접된 2개의 타측 모서리에 각각 실장되며,

상기 부하조정부는 상기 송신필터 및 상기 전력증폭모듈과 인접되게 실장되고,

상기 결합기는 나머지 타측 모서리에 실장되는 송신단 프론트 엔드 모듈.