KR20140086471A - 가변 커패시턴스 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 커패시턴스 회로에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 신호가 입출력되는 제1 단자 및 제2 단자 사이에 각각 병렬 연결되어 커패시턴스를 제공하는 적어도 하나의 스위치드 커패시터 유닛을 포함하는 복수의 커패시턴스 회로부; 및 상기 제2 단자 및 제1 접지단 사이에서 복수의 스위치가 스택된 스위치 모듈;을 포함하고, 상기 스위치드 커패시터 유닛은 상기 커패시턴스의 형성 경로를 스위칭하는 스위치부와, 상기 스위치부의 스위칭에 따라 형성된 경로로 상기 커패시턴스를 제공하는 커패시터부로 이루어진 가변 커패시턴스 회로를 제안한다.

Description

가변 커패시턴스 회로{VARIABLE CAPACITANCE CIRCUIT}

본 발명은 프론트-엔드 모듈(Front-End Module) 등의 튜너블 매칭 네트워크(Tunable Matching Network: TMN) 등에 적용될 수 있는 가변 커패시턴스 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 무선통신 기술의 발달에 따라 현재의 3G 이동통신에 추가하여 LTE(Long Term Evolution)로 표방되는 4G 이동통신이 이용되고 있다. 기존의 3G 이동통신망에 4G 이동통신망 기능이 더해짐에 따라, 하나의 휴대폰에서 지원해야 할 방식이 많아지고 있다.

이에 현재 RF 성능 상에 요구되는 점은 다음과 같다. 첫 번째로는, 하나의 RF 체인으로 다양한 주파수 대역을 커버할 필요가 있다는 것과, 두 번째로는, 휴대폰 사용 중에 안테나를 비롯한 프론트-엔드(Front-End) 매칭을 최적화하여, 전력 증폭기(PA: Power Amplifier)에서 소모되는 전력을 최적화할 필요가 있다는 것과, 세 번째로는, 휴대폰 사용 중에 안테나를 비롯한 프론트-엔드(Front-End) 매칭을 최적화하여, 저잡음 증폭기(LNA)의 수신율을 최적화할 필요가 있다는 것 등이다.

상기와 같은 기능 구현을 위해서는 기존의 고정된 구조의 RF 프론트-엔드(Front-End)에 튜너블 매칭 네트워크(Tunable Matching Network)를 추가하여, 유연성을 추가하여야 한다. 여기서 튜너블 성능을 위해서 가변소자를 사용하게 되는데, 이때 가변 커패시터 소자가 사용될 수 있다.

한편, 시스템의 튜닝 범위를 높이기 위해서는 가변 커패시터의 튜닝 범위를 결정하는 최대 커패시턴스(Cmax)-최소 커패시턴스(Cmin)간의 범위가 커야하고, 시스템의 안정성을 위해서는 가변 커패시터의 선형성이 우수해야 한다. 또한 시스템의 손실을 줄이기 위해서는 가변 커패시터의 Q(=X/R, X는 리액턴스, R은 저항)값이 높여야 한다.

이때 가변 커패시터를 구현하는 방법 중 커패시터와 스택된 스위치 구조에서, 상기 스위치가 직렬로 연결되어 턴 온 되는 경우 온(On) 저항의 증가를 막기 위해 상기 커패시터와 스택된 스위치 구조가 중첩시킬 수 있다.

다만, 이 경우 사이즈가 커지는 문제가 있다.

하기의 선행기술문헌인 특허문헌 1은 가변 소자를 효율적으로 결합함으로써 연속적인 가변 범위를 확장시킬 수 있는 가변 커패시터 및 가변 인덕터에 관한 것이다. 다만, 가변 커패시턴스 회로의 사이즈를 증가시키지 않으면서 Q값을 높일 수 있는 내용에 대해서는 구체적으로 개시하고 있지 않다.

한국 공개특허공보 제 2011-0066395호

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 것으로서, 가변 커패시턴스 회로의 사이즈를 증가시키지 않으면서 Q값을 높일 수 있는 가변 커패시턴스 회로를 제안하고자 한다.

본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 신호가 입출력되는 제1 단자 및 제2 단자 사이에 각각 병렬 연결되어 커패시턴스를 제공하는 적어도 하나의 스위치드 커패시터 유닛을 포함하는 복수의 커패시턴스 회로부; 및 상기 제2 단자 및 제1 접지단 사이에서 복수의 스위치가 스택된 스위치 모듈;을 포함하고, 상기 스위치드 커패시터 유닛은 상기 커패시턴스의 형성 경로를 스위칭하는 스위치부와, 상기 스위치부의 스위칭에 따라 형성된 경로로 상기 커패시턴스를 제공하는 커패시터부로 이루어진 가변 커패시턴스 회로를 제안한다.

또한, 상기 스위치 모듈의 복수의 스위치 각각은 턴 오프 상태를 유지하는 가변 커패시턴스 회로를 제안한다.

또한, 상기 스위치 모듈의 복수의 스위치는 각 게이트단이 제2 접지단과 연결된 가변 커패시턴스 회로를 제안한다.

또한, 상기 복수의 캐패시터 회로부 각각은 서로 다른 개수의 스위치드 커패시터 유닛을 갖는 가변 커패시턴스 회로를 제안한다.

또한, 상기 복수의 캐패시터 회로부는 2의 n제곱(n은 0이상 정수)개로 증가하는 스위치드 커패시터 유닛을 갖는 가변 커패시턴스 회로를 제안한다.

또한, 상기 스위치드 커패시터 유닛의 상기 스위치부는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 커패시터부는 커패시턴스 소자를 포함하는 가변 커패시턴스 회로를 제안한다.

또한, 상기 커패시턴스 소자는 MOS(Metal-Oxide Semiconductor) 커패시터 및 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터 중 하나인 가변 커패시턴스 회로를 제안한다.

본 발명에 따르면, 가변 커패시턴스 회로의 구성에 있어 항상 오프 상태를 유지하는 스위치 모듈을 구비함으로써, 본 발명인 가변 커패시턴스 회로의 사이즈를 증가시키지 않을 수 있으며 높은 Q값을 가질 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시턴스 회로의 개략적인 구성도이다.
도2는 도1에 따른 스위치드 커패시터 유닛의 일 실시예에 따른 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다라고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때는 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.

또한, 어떤 구성요소를 포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 커패시턴스 회로의 개략적인 구성도이다.

도2는 도1에 따른 스위치드 커패시터 유닛의 일 실시예에 따른 구성도이다.

도1을 참조하면, 본 발명인 가변 커패시턴스 회로는 복수의 커패시턴스 회로부(100) 및 스위치 모듈(200)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 커패시턴스 회로 각각은 적어도 하나의 스위치드 커패시터 유닛(111)을 포함할 수 있다.

상기 복수의 커패시턴스 회로부(100)는 적어도 하나의 커패시턴스 회로부(110)를 포함할 수 있으며, 예를 들어 4개의 커패시턴스 회로부(110, 120, 130 및 140)를 포함한다고 결정된 경우, 제1 내지 제4 커패시턴스 회로부(110, 120, 130 및 140)는 신호가 입출력되는 제1 단자 및 제2 단자 사이에 각각 병렬로 연결되어 커패시턴스를 제공할 수 있다.

한편, 상기 제1 내지 제 4 커패시턴스 회로부(110, 120, 130 및 140)는 적어도 하나의 스위치드 커패시터 유닛(111)을 포함할 수 있다.

도2를 참조하면, 상기 스위치드 커패시터 유닛(111)은 커패시턴스의 형성 경로를 스위칭하는 스위치부와, 상기 스위치부의 스위칭에 따라 형성된 경로로 상기 커패시턴스를 제공하는 커패시터부로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 스위치부 및 상기 커패시터부는 일 실시예로서 직렬 연결될 수 있다.

이때, 상기 스위치부는 적어도 하나의 스위칭 소자(M1 내지 Mn)를 포함할 수 있으며, 상기 커패시터부는 커패시턴스 소자(C1)를 포함할 수 있다. 상기 스위칭부의 적어도 하나의 스위칭 소자(M1 내지 Mn)는 서로 직렬 연결될 수 있다.

또한, 상기 커패시턴스 소자(C1)는 MOS(Metal-Oxide Semiconductor) 커패시터 및 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터 중 하나일 수 있으며, 상기 적어도 하나의 스위칭 소자(M1 내지 Mn)는 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다.

다시 도1을 참조하면, 상기 제1 내지 제 4 커패시턴스 회로부(110, 120, 130 및 140)는 서로 다른 개수의 스위치드 커패시터 유닛을 가질 수 있으며, 일 실시예로서 bit 제어를 통해 2의 n제곱(n은 0 이상의 정수)개로 증가하는 스위치드 커패시터 유닛을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 커패시턴스 회로부(110)는 2의 0제곱인 1개의 스위치드 커패시터 유닛(111)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 커패시턴스 회로부(110)와 병렬 연결된 상기 제2 커패시턴스 회로부(120)는 2의 1제곱인 2개의 스위치드 커패시터 유닛(111)을 포함할 수 있다. 나아가 상기 제3 커패시턴스 회로부(130)는 2의 2제곱인 4개의 스위치드 커패시터 유닛(111)을 포함할 수 있으며, 상기 제4 커패시턴스 회로부(140)는 2의 3제곱인 8개의 스위치드 커패시터 유닛(111)을 포함할 수 있다.

이때 n은 0 이상의 정수이며, 일 실시예로 5bit의 디지털 컨트롤 제어를 할 수 있으므로 최대 32개의 스위치드 커패시터 유닛(111)을 가질 수 있다. 다만, 5bit에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 스위치드 커패시터 유닛(111)의 경우 상기 스위칭 소자(M1)가 직렬로 연결되어 스위치 턴 온시 온(On) 저항이 증가될 수 있다. 이를 해소하기 위해 스위치드 커패시터 유닛(111)을 병렬로 연결하여 그 개수를 늘릴 수 있으나 상술한 바와 같이 사이즈가 커지는 문제가 있다.

따라서 본 발명에서는 사이즈를 증가시키지 않으면서, 높은 Q값을 가지기 위해, 상기 복수의 커패시턴스 회로부(100)의 각 커패시턴스 회로부(110 내지 150)가 스위치 모듈(200)을 공유하는 구조의 가변 커패시턴스 회로를 제안할 수 있다.

상기 스위치 모듈(200)은 제2 단자와 제1 접지단(210) 사이에 위치할 수 있으며, 복수의 스위치가 스택된(stacked) 형태일 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 복수의 스위치는 직렬로 연결되어 스택구조를 형성할 수 있으며, 상기 복수의 스위치 각각은 턴 오프 상태를 유지할 수 있다. 또한 상기 복수의 스위치 각각의 게이트단은 제2 접지단(220)과 연결될 수 있다.

이때 스택구조를 형성하고 있는 상기 복수의 스위치 수는 요구되는 파워 핸들링(Power handling)의 정도에 따라 가변될 수 있다.

즉, 턴 오프 상태를 유지하는 복수의 스위치를 포함하는 스위치 모듈(200)을 각 커패시턴스 회로부(110 내지 150)가 공유하고 있으므로, 불필요한 면적을 제거할 수 있으며, 항상 턴 오프상태이므로 상기 커패시턴스 회로부(110 내지 150)의 성능에 영향을 주지 않을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 가변 커패시턴스 회로의 구성에 있어 항상 오프 상태를 유지하는 스위치 모듈을 구비함으로써, 본 발명인 가변 커패시턴스 회로의 사이즈를 증가시키지 않을 수 있으며 높은 Q값을 가질 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 복수의 커패시턴스 회로부;
111: 스위치드 커패시터 유닛
200: 스위치 모듈
210: 제1 접지단
220: 제2 접지단

Claims (7)

1. 신호가 입출력되는 제1 단자 및 제2 단자 사이에 각각 병렬 연결되어 커패시턴스를 제공하는 적어도 하나의 스위치드 커패시터 유닛을 포함하는 복수의 커패시턴스 회로부; 및
   상기 제2 단자 및 제1 접지단 사이에서 복수의 스위치가 스택된 스위치 모듈; 을 포함하고,
   상기 스위치드 커패시터 유닛은 상기 커패시턴스의 형성 경로를 스위칭하는 스위치부와, 상기 스위치부의 스위칭에 따라 형성된 경로로 상기 커패시턴스를 제공하는 커패시터부로 이루어진 가변 커패시턴스 회로.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 스위치 모듈의 복수의 스위치 각각은 턴 오프 상태를 유지하는 가변 커패시턴스 회로.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 스위치 모듈의 복수의 스위치는 각 게이트단이 제2 접지단과 연결된 가변 커패시턴스 회로.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 캐패시터 회로부 각각은 서로 다른 개수의 스위치드 커패시터 유닛을 갖는 가변 커패시턴스 회로.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 캐패시터 회로부는 2의 n제곱(n은 0이상 정수)개로 증가하는 스위치드 커패시터 유닛을 갖는 가변 커패시턴스 회로.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 스위치드 커패시터 유닛의 상기 스위치부는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하며, 상기 커패시터부는 커패시턴스 소자를 포함하는 가변 커패시턴스 회로.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 커패시턴스 소자는 MOS(Metal-Oxide Semiconductor) 커패시터 및 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터 중 하나인 가변 커패시턴스 회로.

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