KR20090051625A - 프런트 엔드 모듈 - Google Patents

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KR20090051625A
KR20090051625A KR1020070118105A KR20070118105A KR20090051625A KR 20090051625 A KR20090051625 A KR 20090051625A KR 1020070118105 A KR1020070118105 A KR 1020070118105A KR 20070118105 A KR20070118105 A KR 20070118105A KR 20090051625 A KR20090051625 A KR 20090051625A
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최재혁
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일측면은, 안테나에 송수신되는 신호의 수신경로 또는 송신경로를 선택하는 송수신 스위치를 포함하는 프런트 엔드 모듈에 있어서, 상기 송수신 스위치는, 상기 안테나와 송신단 사이에 배치되어 상기 안테나와 송신단의 연결을 제어하는 다이오드와, 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 인덕터, 및 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 캐패시터를 포함하는 프런트 엔드 모듈을 제공할 수 있다.
프런트 엔드(front end), 수신모드(receiving mode), 다이오드(diode), 캐패시터(capacitor), 인덕터(inductor)

Description

프런트 엔드 모듈{FRONT END MODULE}
본 발명은 프런트 엔드 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프런트 엔드 모듈의 수신모드시 송신단과 안테나 사이의 아이솔레이션 특성을 증가시키고, 소형화가 가능한 스위칭 회로의 구조를 포함하는 프런트 엔드 모듈에 관한 것이다.
최근 이동통신 시스템의 발전에 따라 휴대 전화, 휴대형 정보 단말기 등의 이동통신 기기가 급속히 보급되고, 이들 이동 통신 시스템에 사용되는 주파수도 다방면에 걸쳐 서로 다른 주파수 대역의 신호를 송수신하기 위한 시스템이 제공되고 있다.
서로 다른 주파수 대역을 가지는 다중대역의 예로서, GSM 900 및 GSM 1800 대역으로 구현되는 경우 또는 GSM 900 및 GSM 1900으로 구현되는 경우 등이 있다. 또한, GSM 900, GSM 1800, 및 GSM 1900 대역의 주파수 신호를 사용할 수도 있다.
이와 같이 이중대역 이상의 다중대역을 구현하는 이동 통신 단말기에서는, 각 대역 주파수 신호의 송신(Tx) 및 수신(Rx)을 스위칭시켜야 하는데 이를 위해서는 각 대역별로 송수신 스위치를 각각 갖추어야 한다.
이러한 송수신 스위치는 일반적으로 다이오드를 사용하여 구현하는데, 다이오드는 기본적으로 비선형 소자로서, DC 바이어스의 온-오프에 의해서만 다이오드를 턴-온/턴-오프 시키는 경우에는 단순히 스위치로 동작하지만, 전력이 인가되는 경우에는 비선형성에 의해 다이오드 자체에서 고조파(harmonics)(harmonics) 성분이 발생되게 된다.
프런트 엔드 모듈이 수신모드인 경우에는 송신단으로 연결되는 다이오드에 의한 아이솔레이션 특성을 높게 유지하는 것이 필요하다. 이를 위하여 다이오드와 인덕터를 병렬로 연결하여 사용될 수 있다. 그러나 이러한 경우, 상기 인덕터의 용량이 매우 커야 원하는 아이솔레이션 특성을 구현할 수 있다. 인덕터 용량을 크게하기 위해서는 실제 LTCC 등에서 큰 면적을 차지하는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은, 다이오드와 병렬로 연결되는 인덕터의 인덕턴스를 줄여 프런트 엔드 모듈의 수신모드에서 송신단과 안테나 사이의 아이솔레이션 특성을 증가시키면서 소형화가 가능한 프런트 엔드 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면은, 안테나에 송수신되는 신호의 수신경로 또는 송신경로를 선택하는 송수신 스위치를 포함하는 프런트 엔드 모듈에 있어서, 상기 송수신 스위치는, 상기 안테나와 송신단 사이에 배치되어 상기 안테나와 송신단의 연결을 제어하는 다이오드와, 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 인덕터, 및 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 캐패시터를 포함하는 프런트 엔드 모듈을 제공할 수 있다.
상기 다이오드는, 상기 프런트 엔드 모듈이 수신모드인 경우에 상기 안테나와 상기 송신단 사이의 연결을 차단시킬 수 있다.
상기 다이오드는, 핀 다이오드일 수 있다.
상기 캐패시터는, 상기 다이오드와 병렬 연결된 상기 인덕터의 인덕턴스를 줄일 수 있도록 캐패시턴스를 가변할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일면은, 안테나에 의해 송수신되는 적어도 두 개의 주파수 대역 신호를 각각의 대역으로 분리하는 다이플렉서 및 상기 다이플렉서에 의해 분리된 주파수 대역 신호 각각에 대한 수신경로 또는 송신경로를 선택하도록 형성되는 송수신 스위치를 포함하는 프런트 엔드 모듈에 있어서, 상기 송수신 스위치 중 적어도 하나는, 상기 안테나와 송신단 사이의 연결을 제어하도록 송신단과 안테나 사이에 배치되는 다이오드와, 상기 안테나와 송신단 사이에서 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 인덕터, 및 상기 안테나와 송신단 사이에서 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 캐패시터를 포함하는 프런트 엔드 모듈을 제공할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 주파수 대역 신호는, 저대역 주파수 신호 및 고대역 주파수 신호를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 저대역 주파수 신호는, GSM 900 대역의 신호를 포함하고, 상기 고대역 주파수 신호는, GSM 1800 및 1900 대역의 신호를 포함하는 것일 수 있다.
상기 적어도 하나의 송수신 스위치는, 상기 고대역 주파수 신호에 대한 송수신 스위치일 수 있다.
상기 다이오드는, 상기 프런트 엔드 모듈이 수신모드인 경우에 상기 안테나 와 상기 송신단 사이의 연결을 차단시킬 수 있다.
상기 다이오드는, 핀 다이오드일 수 있다.
상기 캐패시터는, 상기 다이오드와 병렬 연결된 상기 인덕터의 인덕턴스를 줄일 수 있도록 캐패시턴스를 가변할 수 있다.
본 발명에 따르면, 프런트 엔드 모듈의 수신모드시 송신단과 안테나 사이의 아이솔레이션을 높이면서, 인덕터의 크기를 줄여 소형화가 가능한 프런트 엔드 모듈을 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 프런트 엔드 모듈의 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 프런트 엔드 모듈(100)은 안테나에 송수신되는 신호의 수신경로 또는 송신경로를 선택하는 송수신 스위치(110)를 포함하며, 상기 송수신 스위치(110)는, 상기 안테나와 송신단 사이의 연결을 제어하도록 송신단과 안테나 사이에 배치되는 다이오드(111)와, 상기 안테나와 송신단 사이에 서 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 인덕터(112), 및 상기 안테나와 송신단 사이에서 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 캐패시터(113)를 포함할 수 있다.
상기 송수신 스위치(110)는 안테나와 수신단 사이의 연결을 제어하도록 상기 프런트 엔드 모듈의 수신단(Rx)에 연결되는 위상 변환기(117), 다이오드(114), 캐패시터(115) 및 저항(116)을 포함할 수 있다.
상기 송수신 스위치에서 송신단 및 수신단에 각각 연결되는 다이오드(111, 114)는, 상기 안테나와 송수신단 사이의 연결을 제어할 수 있다.
상기 프런트 엔드 모듈(100)의 송신모드 또는 수신모드에 따른 송수신 스위치(110)의 작동을 설명하겠다.
상기 프런트 엔드 모듈(100)이 송신모드로 작동하기 위해서는 안테나와 상기 송신단(Tx)이 연결되고, 상기 안테나와 수신단(Rx) 사이의 연결이 차단되어야 한다.
상기 프런트 엔드 모듈(100)이 송신모드인 경우에는 상기 송신단 및 수신단에 형성되는 다이오드(111, 114)에 모두 순방향 전류가 흐르도록 전압이 인가되어 상기 두 개의 다이오드는 단락(short) 상태가 될 수 있다.
송신단(Tx)에서는 상기 다이오드(111)를 통해 안테나로 신호를 전달할 수 있다. 수신단(Rx)에서 상기 다이오드(114)는, 위상 변환기(117)와 상호 작동에 의해 상기 수신단(Rx)으로 신호가 인가되는 것을 방지할 수 있다.
상기 프런트 엔드 모듈(100)이 수신모드로 작동하기 위해서는 안테나와 수신단(Rx)이 연결되고, 안테나와 송신단(Tx) 사이의 연결이 차단되어야 한다.
상기 프런트 엔드 모듈(100)이 수신모드인 경우에는 상기 송신단 및 수신단에 형성되는 다이오드(111, 114)는 모두 역방향 전류가 흐르도록 전압이 인가되어 상기 두 개의 다이오드는 개방(open) 상태가 될 수 있다. 이러한 스위칭 기능을 하기 위해서 상기 다이오드는 핀 다이오드일 수 있다.
상기 두 개의 다이오드(111, 114)가 개방상태인 경우, 안테나로 입력되는 신호는 모두 수신단(Rx)으로 흐를 수 있다.
그러나, 스위칭을 위해 다이오드만을 사용하는 경우에는 실질적으로 상기 송신단과 안테나 사이가 개방되는 것이 아니라 다이오드에 의해 연결되고 상기 다이오드에 역방향 전류가 흐르는 것이 된다. 이러한 다이오드의 전기적인 특성 때문에 상기 송신단의 다이오드에 의해 상기 송신단(Tx) 측으로 전류가 흐를 수 있다. 이처럼 수신모드시에 송신단으로 흐르는 전류를 막을 필요가 있다.
따라서, 프런트 엔드 모듈의 수신모드에서 송신단과 안테나 사이의 아이솔레이션을 높이기 위해 인덕터를 상기 다이오드와 병렬로 연결할 수 있다. 이 경우에 상기 송신단 측의 다이오드 내부에 존재하는 접합 캐패시턴스와 상기 인덕터 사이에 공진을 일으켜 아이솔레이션 특성을 구현할 수 있다.
그러나, 이와 같이 구현하는 경우에는 다이오드의 접합 캐패시턴스를 조절할 수 없고 접합 캐패시턴스가 약 0.2 pF 정도로 매우 작기 때문에 상기 인덕터의 용량을 크게 해야 원하는 아이솔레이션 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 인덕터의 용량을 크게 하기 위해서는 설계상 상기 인덕터가 차지하는 면적이 너무 크게 되어 LTCC 기판 내부의 한정된 공간에 내장하기에는 어려움이 있다.
이처럼, 송신단의 아이솔레이션 특성을 높이고 소형화에 적합하도록 하기 위해서, 본 실시형태에서는 송신단측 다이오드(111)에 인덕터(112) 및 캐패시터(113)를 각각 병렬로 연결할 수 있다.
종래 기술에 따라 송신단측에 다이오드와 인덕터가 병렬로 연결된 구조에서, 다이오드 내부의 접합 캐패시턴스(Cj)와 인덕터의 인덕턴스(L)를 사용하여 공진 주파수를 구하면 아래 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112007082994520-PAT00001
본 실시형태에 따라 송신단측에 다이오드(111), 인덕터(112), 및 캐패시터(113)가 병렬로 연결된 구조에서 다이오드 내부의 접합 캐패시턴스(Cj), 인덕터의 인덕턴스(L1), 및 캐패시터의 캐패시턴스(C1)을 사용하여 공진 주파수를 구하면 아래 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure 112007082994520-PAT00002
여기서 Ct는, 상기 병렬 연결된 다이오드(111)와 캐패시터(113)의 캐패시턴스의 합이 될 수 있다. 즉, Ct = Cj + C1 일 수 있다.
상기 수학식 1과 2에서 다이오드 내부의 접합 캐패시턴스(Cj)는 동일한 것으로 하고, 공진주파수(f)를 동일하게 구현한다면, 수학식 2에서 Ct를 크게 할수록 L1의 크기를 줄일 수 있다.
예를 들어, 본 실시형태에서 다이오드(111)와 병렬 연결되는 캐패시터(113)의 캐패시턴스(C1)를 상기 다이오드 내부의 접합 캐패시턴스(Cj)와 동일하게 하는 경우, 본 실시형태에 사용되는 인덕터(112)의 인덕턴스(L1)를 다이오드와 인덕터만을 병렬로 연결한 구조에서의 인덕터의 인덕턴스(L)에 비해 1/2로 줄일 수 있다. 따라서, 인덕터를 소형으로 구현할 수 있으므로 프런트 엔드 모듈의 소형화에 유리할 수 있다.
상기 캐패시터(113)는 가변 캐패시터일 수 있다. 상기 가변 캐패시터를 사용하는 경우에 원하는 형태에 따라 캐패시턴스를 조절하여 인덕터의 크기를 변경시킬 수 있다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 프런트 엔드 모듈의 구조도이다.
본 실시형태에 따른 프런트 엔드 모듈(200)은, 다이플렉서(201), 제1 대역 송수신단, 및 제2 대역 송수신단을 포함하며, 상기 제1 대역 송수신단에는, 송신단 측에 병렬로 연결되는 다이오드(211), 인덕터(212), 및 캐패시터(213)를 포함하는 스위칭회로(210)를 포함할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 제1 대역 송수신단은 GSM 1800/1900 대역 신호의 송수신단이고, 상기 제2 대역 송수신단은 GSM 900 대역 신호의 송수신단일 수 있다.
상기 다이플렉서(201)는, 안테나로부터 수신된 신호를 두 개의 서로 다른 대역의 신호로 분리하는 역할을 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 상기 다이플렉서(210)에 의해 GSM 900 대역의 신호와 GSM 1800/1900 대역의 신호로 분리될 수 있다.
본 실시형태에서는, 상기 GSM 1800/1900 대역 신호의 송수신단에서, 송수신을 제어하기 위해 송수신 스위치(210)가 형성될 수 있다. 여기서, 송수신 스위치(210)는, 병렬로 연결되는 다이오드(211), 인덕터(212), 및 캐패시터(213)를 포함할 수 있다.
상기 송수신 스위치(210)에서 송신단(GSM 1800/1900 Tx) 및 수신단(GSM 1800/1900 Rx)에 각각 연결되는 다이오드(211, 214)는, 상기 안테나와 송수신단 사이의 연결을 제어할 수 있다.
상기 프런트 엔드 모듈(200)의 GSM 1800/1900 대역의 송수신단에서 송신모드 또는 수신모드에 따른 송수신 스위치(210)의 작동을 설명하겠다.
상기 프런트 엔드 모듈(200)이 송신모드인 경우에는 상기 송신단(GSM 1800/1900 Tx) 및 수신단(GSM 1800/1900 Rx)에 형성되는 다이오드(211, 214)에 모두 순방향 전류가 흐르도록 전압이 인가되어 상기 두 개의 다이오드는 단락(short) 상태가 될 수 있다.
송신단(Tx)에서는 상기 다이오드(211)를 통해 안테나로 신호를 전달할 수 있다. 수신단(Rx)에서 상기 다이오드(214)는, 위상 변환기(217)와 상호 작동에 의해 상기 수신단(Rx)으로 신호가 인가되는 것을 방지할 수 있다.
상기 프런트 엔드 모듈(200)이 수신모드로 작동하기 위해서는 안테나와 수신단(GSM 1800/1900 Rx)이 연결되고, 안테나와 송신단(GSM 1800/1900 Tx) 사이의 연결이 차단되어야 한다.
상기 프런트 엔드 모듈(200)이 수신모드인 경우에는 상기 송신단 및 수신단에 형성되는 다이오드(211, 214)는 모두 역방향 전류가 흐르도록 전압이 인가되어 상기 두 개의 다이오드는 개방(open) 상태가 될 수 있다. 이러한 스위칭 기능을 하기 위해서 상기 다이오드는 핀 다이오드일 수 있다.
상기 두 개의 다이오드(211, 214)가 개방상태인 경우, 안테나로 입력되는 신호는 모두 수신단(Rx)으로 흐를 수 있다.
그러나, 스위칭을 위해 다이오드만을 사용하는 경우에는 실질적으로 상기 송신단과 안테나 사이가 개방되는 것이 아니라 다이오드에 의해 연결되고 상기 다이오드에 역방향 전류가 흐르는 것이 된다. 이러한 다이오드의 전기적인 특성 때문에 상기 송신단의 다이오드에 의해 상기 송신단(Tx) 측으로 전류가 흐를 수 있다.
이처럼 프런트 엔드 모듈의 수신모드에서 송신단과 안테나 사이의 아이솔레이션을 높이기 위해 인덕터를 상기 다이오드와 병렬로 연결할 수 있다. 이 경우에 상기 송신단 측의 다이오드 내부에 존재하는 접합 캐패시턴스와 상기 인덕터 사이에 공진을 일으켜 아이솔레이션 특성을 구현할 수 있다.
그러나, 이와 같이 구현하는 경우에는 다이오드의 접합 캐패시턴스를 조절할 수 없고 접합 캐패시턴스가 약 0.2 pF 정도로 매우 작기 때문에 상기 인덕터의 용량을 크게 해야 원하는 아이솔레이션 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 인덕터의 용량을 크게 하기 위해서는 설계상 상기 인덕터가 차지하는 면적이 너무 크게 되어 LTCC 기판 내부의 한정된 공간에 내장하기에는 어려움이 있다.
이처럼, 송신단의 아이솔레이션 특성을 높이고 소형화에 적합하도록 하기 위해서, 본 실시형태에서는 송신단측 다이오드(211)에 인덕터(212) 및 캐패시터(213)를 각각 병렬로 연결할 수 있다.
본 실시형태와 같이 다이오드(211)와 병렬 연결되는 캐패시터(213)의 캐패시 턴스(C1)를 상기 다이오드 내부의 접합 캐패시턴스(Cj)와 동일하게 하는 경우, 본 실시형태에 사용되는 인덕터(212)의 인덕턴스(L1)를 다이오드와 인덕터만을 병렬로 연결한 구조에서의 인덕터의 인덕턴스(L)에 비해 1/2로 줄일 수 있다. 따라서, 인덕터를 소형으로 구현할 수 있으므로 프런트 엔드 모듈의 소형화에 유리할 수 있다.
상기 캐패시터(213)는 가변 캐패시터일 수 있다. 상기 가변 캐패시터를 사용하는 경우에 원하는 형태에 따라 캐패시턴스를 조절하여 인덕터의 크기를 변경시킬 수 있다.
본 실시형태에서는, 다이플렉서에 의해 저대역 주파수 신호와 고대역 주파수 신호를 분리하여, 상기 고대역 주파수 신호에 대한 송수신 스위치에 상기 병렬연결되는 다이오드, 인덕터, 및 캐패시터의 구조를 사용하였다. 이는, 고대역 주파수 신호일수록 상기 다이오드에 의한 아이솔레이션 특성을 구현하기 어렵기 때문이다. 그러나, 상기 저대역 주파수 신호의 송수신단에도 다이오드, 인덕터, 및 캐패시터가 병렬로 연결되는 구조의 스위칭 회로가 사용될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 프런트 엔드 모듈의 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 프런트 엔드 모듈의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
111 : 다이오드 112 : 인덕터
113 : 캐패시터 117 : 위상 변환기

Claims (11)

  1. 안테나에 송수신되는 신호의 수신경로 또는 송신경로를 선택하는 송수신 스위치를 포함하는 프런트 엔드 모듈에 있어서,
    상기 송수신 스위치는,
    상기 안테나와 송신단 사이에 배치되어 상기 송신단과 안테나 사이의 연결을 제어하는 다이오드;
    상기 다이오드와 병렬로 연결되는 인덕터; 및
    상기 다이오드와 병렬로 연결되는 캐패시터
    를 포함하는 프런트 엔드 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이오드는,
    상기 프런트 엔드 모듈이 수신모드인 경우에 상기 안테나와 상기 송신단 사이의 연결을 차단시키는 것을 특징으로 하는 프런트 엔드 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이오드는,
    핀 다이오드인 것을 특징으로 하는 프런트 엔드 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐패시터는,
    상기 다이오드와 병렬 연결된 상기 인덕터의 인덕턴스를 줄일 수 있도록 캐패시턴스를 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 프런트 엔드 모듈.
  5. 안테나에 의해 송수신되는 적어도 두 개의 주파수 대역 신호를 각각의 대역으로 분리하는 다이플렉서 및 상기 다이플렉서에 의해 분리된 주파수 대역 신호 각각에 대한 수신경로 또는 송신경로를 선택하도록 형성되는 송수신 스위치를 포함하는 프런트 엔드 모듈에 있어서,
    상기 송수신 스위치 중 적어도 하나는,
    상기 안테나와 송신단 사이의 연결을 제어하도록 송신단과 안테나 사이에 배치되는 다이오드;
    상기 안테나와 송신단 사이에서 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 인덕터; 및
    상기 안테나와 송신단 사이에서 상기 다이오드와 병렬로 연결되는 캐패시터
    를 포함하는 프런트 엔드 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 주파수 대역 신호는,
    저대역 주파수 신호 및 고대역 주파수 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 프런트 엔드 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저대역 주파수 신호는, GSM 900 대역의 신호를 포함하고,
    상기 고대역 주파수 신호는, GSM 1800 및 1900 대역의 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 프런트 엔드 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송수신 스위치는,
    상기 고대역 주파수 신호에 대한 송수신 스위치인 것을 특징으로 하는 프런트 엔드 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 다이오드는,
    상기 프런트 엔드 모듈이 수신모드인 경우에 상기 안테나와 상기 송신단 사이의 연결을 차단시키는 것을 특징으로 하는 프런트 엔드 모듈.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 다이오드는,
    핀 다이오드인 것을 특징으로 하는 프런트 엔드 모듈.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 캐패시터는,
    상기 다이오드와 병렬 연결된 상기 인덕터의 인덕턴스를 줄일 수 있도록 캐패시턴스를 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 프런트 엔드 모듈.
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