KR20180124578A - 단일안테나의 동작을 위한 TLT(Transmission Line Transformer)를 포함하는 SPDT 스위치 구조 - Google Patents

단일안테나의 동작을 위한 TLT(Transmission Line Transformer)를 포함하는 SPDT 스위치 구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20180124578A
KR20180124578A KR1020170059357A KR20170059357A KR20180124578A KR 20180124578 A KR20180124578 A KR 20180124578A KR 1020170059357 A KR1020170059357 A KR 1020170059357A KR 20170059357 A KR20170059357 A KR 20170059357A KR 20180124578 A KR20180124578 A KR 20180124578A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circuit
antenna
impedance
amplifier circuit
low noise
Prior art date
Application number
KR1020170059357A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101931682B1 (ko
Inventor
홍성철
김백현
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020170059357A priority Critical patent/KR101931682B1/ko
Publication of KR20180124578A publication Critical patent/KR20180124578A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101931682B1 publication Critical patent/KR101931682B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/54—Circuits using the same frequency for two directions of communication
    • H04B1/58—Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa
    • H04B1/581—Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa using a transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/44—Transmit/receive switching

Abstract

단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기는, 상기 단말기 내의 송신단 출력부와 전기적으로 연결되어 출력신호를 증폭시키는 전력증폭기 회로(Power Amplifier circuit), 상기 단말기 내의 수신단 입력부와 전기적으로 연결되어 입력신호를 증폭시키는 저잡음증폭기 회로(Low Noise Amplifier circuit), 상기 증폭된 출력신호를 송신하거나 상기 입력신호를 수신하는 안테나, 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 전력증폭기 회로 방향으로 소정의 제1 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 트랜스포머 회로(Impedance Transformer circuit), 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 소정의 제2 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제2 임피던스 트랜스포머 회로, 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프(on-off)시키는 제1 스위칭 회로, 및 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프시키는 제2 스위칭 회로를 포함한다.

Description

단일안테나의 동작을 위한 TLT(Transmission Line Transformer)를 포함하는 SPDT 스위치 구조{SPDT switch structure including Transmission Line Transformer(TLT) for single antenna operation}
본 발명은 단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기에 관한 것으로, 단일안테나 시스템을 구현할 때 필요한 스위칭 회로 구조에 관한 것이다.
최근에는 통신 방식으로 TDD(Time division duplex) 방식을 많이 이용한다. TDD 방식이란 송신단과 수신단이 동일한 주파수 대역에서 동작할 때, 송신단과 수신단이 동시에 구동되지 않고, 각 단이 정해진 시간 구분에서 따로 동작하는 방식을 의미한다.
TDD 방식을 이용한 TDD 시스템의 사용 예에는 휴대폰 3G통신, IEEE 802.16 WiMAX, Wibro 등이 있다. TDD 시스템에서는 시스템이 수신 모드로 동작할 때, 송신기의 신호가 수신경로로 유입될 수 있다. 따라서 TDD 시스템에서는 송수신 분리도가 적절하지 않은 경우 수신감도가 많이 약화된다. TDD 시스템에서 송수신단의 분리를 위해서 다양한 스위치나 수동소자가 사용되고 있다.
그러나, 추가적인 스위치나 수동소자가 사용되는 경우에 회로의 크기가 증가할뿐만 아니라 칩(chip)의 제작 측면에서도 제조비용이 증가하는 문제점이 발생한다. 또한, 수동소자에서 발생하는 손실 때문에 회로의 전체적인 성능이 떨어지는 문제점이 발생한다.
한국 공개특허 10-2016-0082235 (공고일자 2016년 07월 08일)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 스위치 기능을 수행함과 동시에 전력증폭기 출력단의 트랜스포머(transformer)와 저잡음증폭기 입력단의 트랜스포머(transformer)를 결합한 신호 송수신을 위한 무선통신 단말기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 안테나 시스템의 송수신단의 분리도를 최대한 높일 수 있도록 임피던스 트랜스포머(impedance transformer)를 이용하여 기저 신호(fundamental signal)에 대하여 송수신단 분리도를 최대한 증가시킨 무선통신 단말기를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 과제들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기는, 단일안테나를 이용하여 신호를 송수신하는 무선통신 단말기에 있어서, 상기 단말기 내의 송신단 출력부와 전기적으로 연결되어 출력신호를 증폭시키는 전력증폭기 회로(Power Amplifier circuit), 상기 단말기 내의 수신단 입력부와 전기적으로 연결되어 입력신호를 증폭시키는 저잡음증폭기 회로(Low Noise Amplifier circuit), 상기 증폭된 출력신호를 송신하거나 상기 입력신호를 수신하는 안테나, 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 전력증폭기 회로 방향으로 소정의 제1 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 트랜스포머 회로(Impedance Transformer circuit), 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 소정의 제2 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제2 임피던스 트랜스포머 회로, 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프(on-off)시키는 제1 스위칭 회로, 및 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프시키는 제2 스위칭 회로를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 스위칭 회로가 스위치-오프(switch-off)된 경우에 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로와 상기 제2 스위칭 회로는, 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리(isolation)시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 임피던스 값은 50옴(ohm)으로 임피던스 매칭될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에서 상기 전력증폭기 회로 방향으로 신호가 전달될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-오프(switch-off)될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로와 상기 제1 스위칭 회로는, 상기 제1 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리(isolation)시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 임피던스 값은 50옴(ohm)으로 임피던스 매칭될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에서 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 신호가 전달될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 스위칭 회로는 제1 NMOS 트랜지스터와 제2 NMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터와 상기 제2 NMOS 트랜지스터는 공통 소스 노드를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 스위칭 회로는 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트 노드 및 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 게이트 노드의 전압을 제어하여 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 스위칭 회로는 제3 NMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2 스위칭 회로는 상기 제3 NMOS 트랜지스터의 게이트 노드의 전압을 제어하여 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리시키는 경우에, 제1 λ/4 라인(λ: 파장)을 이용하여 상기 제2 임피던스 값을 증가시키고, 상기 제1 λ/4 라인은 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리시키는 경우에, 제2 λ/4 라인을 이용하여 상기 제1 임피던스 값을 증가시키고, 상기 제2 λ/4 라인은 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에 포함될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선통신 단말기를 이용하면, 무선통신을 위한 칩 설계시에 트랜스포머가 차지하는 면적을 감소시킬 수 있다. 일반적으로, 주파수가 증가할수록 트랜스포머 또는 인덕터가 칩 내에서 차지하는 면적이 증가한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 전력증폭기의 출력단 임피던스 매칭, 밸룬(balun) 기능을 위한 트랜스포머와 저잡음증폭기의 입력단 임피던스 매칭, 밸룬 기능을 위한 트랜스포머를 결합할 수 있기 때문에 트랜스포머가 칩 내에서 차지하는 면적을 감소시킬 수 있다.
또한, 일반적으로 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치는 직렬 스위치를 이용하기 때문에 손실을 줄이기 위하여 스위치의 크기를 키워야 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 단말기에서 이용하는 스위치 회로의 경우는 전력증폭기와 저잡음증폭기 사이의 분리도(isolation)가 더 중요하기 때문에 스위치 크기를 최소로 설계할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
도 1은 본 발명과의 비교를 위한 종래의 TDD 시스템의 안테나 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TDD 시스템의 안테나 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위치 구조를 포함하는 단일안테나 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 일반적인 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이러한 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
일반적인 단일안테나(one antenna) 시스템(즉, TDD 시스템)에서는 전력증폭기와 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치, 그리고 저잡음증폭기가 나란히 배치되고, 전력증폭기의 출력단 임피던스 매칭과 밸룬(balun) 기능을 위하여 전력증폭기와 SPDT 스위치 사이에 트랜스포머(transformer)가 배치된다.
마찬가지로 저잡음증폭기와 SPDT 스위치 사이에도 입력단 임피던스 매칭과 밸룬(balun) 기능을 위하여 저잡음증폭기와 SPDT 스위치 사이에 트랜스포머가 배치된다. 이와 같은 방법으로 칩을 설계하면 트랜스포머와 SPDT 스위치가 최종 출력단의 면적의 대부분을 차지하게 되고, 칩의 크기가 매우 커지는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명에 따른 기술적 사상은 스위치 회로와 전력증폭기의 출력단 트랜스포머와 저잡음증폭기의 입력단 트랜스포머를 서로 결합하여 이들이 칩에서 차지하는 면적을 최소화하고, 칩의 제조비용을 감소시키는데 그 목적이 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 스위치 회로를 이용하여 스위칭 동작을 구현하면, 전력증폭기와 저잡음증폭기 사이의 분리도(isolation)를 증가시킬 수 있으며, 전력증폭기의 출력단 임피던스 매칭을 위한 트랜스포머와 저잡음증폭기의 입력단 임피던스 매칭을 위한 트랜스포머를 결합하여 트랜스포머의 전체 사이즈를 매우 작은 사이즈로 구현할 수 있다.
이하에서는, 도면들을 참고하여 본 발명의 기술적 사상에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명과의 비교를 위한 종래의 TDD 시스템의 안테나 시스템을 도시한 도면이다.
종래의 TDD 시스템에 포함된 안테나 시스템에서는 전력증폭기(101)와 SPDT 스위치(102), 그리고 저잡음증폭기(103)가 나란히 배치되고, 전력증폭기(101)의 출력단 임피던스 매칭과 밸룬(balun) 기능을 위한 트랜스포머(104)가 전력증폭기(101)와 SPDT 스위치(102) 사이에 배치된다.
마찬가지로, 저잡음증폭기(103)와 SPDT 스위치(102) 사이에, 저잡음증폭기(103)의 입력단 임피던스 매칭과 밸룬 기능을 위한 트랜스포머(105)가 배치된다.
SPDT 스위치(102)의 스위칭 동작에 의해, 안테나(A)는 전력증폭기(101) 방향 또는 저잡음증폭기(103) 방향으로 연결되어 출력신호를 송신하거나 입력신호를 수신할 수 있다.
이러한 방식으로 칩을 설계하면, 트랜스포머(104, 105)와 SPDT 스위치(102)가 안테나(A)에 연결되는 최종 출력단의 면적의 대부분을 차지하게 되며, 전체적으로 신호 송수신을 위한 칩의 사이즈가 증가하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TDD 시스템의 안테나 시스템을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위치 구조를 포함하는 단일안테나 시스템을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 TDD 시스템으로서, 제1 및 제2 임피던스 트랜스포머 회로(205, 206)가 그라운드(ground) 전극 및 안테나(A)에 연결된 하나의 코일을 기준으로 병렬 혼합구조를 이용하여 결합된 구조가 나타나 있다.
그리고, 전력증폭기 회로(201) 출력단의 제1 스위칭 회로(202)와 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)는 전력증폭기 회로(201)와 저잡음증폭기 회로(203)의 분리도(isolation)를 확보하기 위해 추가된다.
또한, 저잡음증폭기 회로(203) 입력단의 제2 스위칭 회로(204)와 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)는 전력증폭기 회로(201)와 저잡음증폭기 회로(203)의 분리도(isolation)를 확보하기 위해 추가된다.
구체적으로, 본 발명은 단일안테나(A)를 이용하여 신호를 송수신하는 TDD 시스템에 적용되는 예시로서, 전력증폭기 회로(201)는 무선통신 단말기 내의 송신단 출력부와 전기적으로 연결되어 안테나(A)를 통해 송신되는 출력신호를 증폭시키는 역할을 한다. 저잡음증폭기 회로(203)는 상기 무선통신 단말기 내의 수신단 입력부와 전기적으로 연결되어 안테나(A)를 통해 수신되는 입력신호를 증폭시키는 역할을 한다.
안테나(A)는 증폭된 출력신호를 송신하거나, 입력신호를 수신한다.
제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)는 전력증폭기 회로(201)와 안테나(A) 사이에서, 전력증폭기 회로(201)와 안테나(A)에 각각 병렬연결되고, 전력증폭기 회로(201) 방향으로 소정의 제1 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행한다. 예를 들어, 소정의 제1 임피던스 값은 50옴(ohm)일 수 있다.
제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)는 저잡음증폭기 회로(203)와 안테나(A) 사이에서, 저잡음증폭기 회로(203)와 안테나(A)에 각각 병렬연결되고, 저잡음증폭기 회로(203) 방향으로 소정의 제2 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행한다. 예를 들어, 소정의 제2 임피던스 값은 50옴(ohm)일 수 있다.
제1 스위칭 회로(202)는 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)에 연결되어 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)의 신호전송라인을 온오프(on-off)시킨다. 예를 들어, 제1 스위칭 회로(202)는 제1 NMOS 트랜지스터(NMOS1)와 제2 NMOS 트랜지스터(NMOS2)를 포함하고, 제1 NMOS 트랜지스터(NMOS1)와 제2 NMOS 트랜지스터(NMOS2)는 공통 소스 노드를 가질 수 있다. 제1 스위칭 회로(202)는 제1 NMOS 트랜지스터(NMOS1)의 게이트 노드 및 제2 NMOS 트랜지스터(NMOS2)의 게이트 노드의 전압을 제어하여 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
제2 스위칭 회로(204)는 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)에 연결되어 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)의 신호전송라인을 온오프시킨다. 예를 들어, 제2 스위칭 회로(204)는 제3 NMOS 트랜지스터(NMOS3)를 포함하고, 제2 스위칭 회로(204)는 제3 NMOS 트랜지스터(NMOS3)의 게이트 노드의 전압을 제어하여 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
안테나(A) 및 제1, 제2 스위칭 회로(202, 204)의 동작에 관하여 설명하면, (1) 안테나(A)로 전력증폭기 회로(201)의 출력신호가 전송될 때에는, 전력증폭기 회로(201) 방향의 제1 스위칭 회로(202)는 스위치-오프 상태이고, 저잡음증폭기 회로(203) 방향의 제2 스위칭 회로(204)는 스위치-온 상태이다. 이러한 동작환경에서는 전력증폭기 회로(201) 방향의 제1 스위칭 회로(202) 쪽으로는 신호가 전달되지 않는다. 반면에, 저잡음증폭기 회로(203) 방향의 제2 스위칭 회로(204) 쪽으로는 신호가 전달되며, 기저 신호(fundamental signal)에 대해서는 제2 스위칭 회로(204) 중간의 가상 그라운드(virtual ground) 전극으로부터 4:1 임피던스 매칭을 위한 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)에 의하여 고-임피던스(high impedance)가 보이게 된다. 이러한 효과로 인하여 병렬형 임피던스 트랜스포머 회로에서 저잡음증폭기 회로(203) 방향으로는 고-임피던스(high impedance)가 보여 커플링이 되지 않고, 전력증폭기 회로(201) 방향으로는 50Ω 임피던스 매칭이 되어있기 때문에, 전력증폭기 회로(201) 방향으로 신호가 잘 전달된다.
(2) 안테나(A)로부터 저잡음증폭기 회로(203)로 전송되는 입력신호를 수신할 때에는, 전력증폭기 회로(201) 방향의 제1 스위칭 회로(202)는 스위치-온 상태이고, 저잡음증폭기 회로(203) 방향의 제2 스위칭 회로(204)는 스위치-오프 상태이다. 그리고, 동작에 관해서는 (1)에서 설명한 동작원리와 동일하다. 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)에 의하여 고-임피던스(high impedance)가 전력증폭기 회로(201) 방향으로 보이게 되고, 이로 인하여 전력증폭기 회로(201) 방향으로는 커플링이 되지 않는다. 저잡음증폭기 회로(203) 방향으로는 50Ω 임피던스 매칭이 되어있기 때문에, 저잡음증폭기 회로(203) 방향으로는 신호가 잘 전달된다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 제1 스위칭 회로(202)가 스위치-오프된 경우에 제2 스위칭 회로(204)가 스위치-온되며, 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)와 제2 스위칭 회로(204)는, 제2 스위칭 회로(204)가 스위치-온된 경우에 저잡음증폭기 회로(203)와 안테나(A)를 전기적으로 분리(isolation)시킨다. 이때, 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)에서 전력증폭기 회로(201) 방향으로 신호가 전달된다.
그리고, 제1 스위칭 회로(202)가 스위치-온된 경우에 제2 스위칭 회로(204)가 스위치-오프되며, 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)와 제1 스위칭 회로(202)는, 제1 스위칭 회로(202)가 스위치-온된 경우에 전력증폭기 회로(201)와 안테나(A)를 전기적으로 분리(isolation)시킨다. 이때, 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)에서 저잡음증폭기 회로(203) 방향으로 신호가 전달된다.
실제 적용예
5G 시스템에서는 TDD 시스템을 사용할 예정이며, 송신단과 수신단이 하나의 안테나를 공유할 예정이다. 이 경우 송신단과 수신단의 분리도(isolation)가 중요해지기 때문에 분리도를 증가시킬 수 있는 스위치나 수동소자 등이 필요하다. 본 발명의 기술적 사상을 적용하면 송신단과 수신단의 분리도를 증가시킬 수 있을뿐만 아니라, 송신단과 수신단의 트랜스포머와 스위칭 회로를 병렬연결에 의해 하나로 결합할 수 있다. 따라서, 본 발명은 TDD 시스템, 단일안테나 시스템 등에 적용가능하다.
시장성 측면은 향후 매우 중요하다고 판단된다. 일반적인 통신 LTE, WLAN, 향후 사용될 5G 통신의 경우에 TDD 시스템을 이용할 예정이다. TDD 시스템에서는 송신단과 수신단의 분리도(isolation) 문제 때문에 반드시 스위치 구조가 필요하며, 이러한 측면에서 본 발명이 이용될 가능성이 매우 높고, 시장성이 매우 좋다고 판단된다.
통신 칩 설계시 설계 주파수가 올라감에 따라 칩의 대부분은 면적은 TLT가 차지한다. 본 발명의 기술적 사상을 적용시 삽입 손실을 줄일 수 있을뿐만 아니라, 전력증폭기단의 출력 TLT, 저잡음증폭기단의 입력 TLT, 안테나 입력 TLT를 하나로 집적할 수 있어 전체적인 칩의 크기를 현저하게 줄일 수 있다. 칩의 크기를 줄일 수 있기 때문에 칩의 가격을 낮출 수 있으며, 경쟁 업체에 비하여 경쟁력이 있다.
5G 통신기술 관련된 사업화가 진행될 경우, 본 발명에 따른 기술을 적용하여 기업화가 진행될 수 있으며, 통신 칩을 설계 및 제조하는 기업들에 이용될 수 있는 발명이다.
이하에서는, 상술한 본 발명의 기술적 사상에 따른 TDD 시스템이 적용되는 통신시스템에 대하여 설명한다.
도 4는 일반적인 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시한 도면이다. 도 4는 TDD 방식을 이용한 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다. 도 4를 참조하면, 송신 동작 시, 정보 비트열은 기저대역 처리부(310)에서 부호화 및 복조되어 기저대역 디지털 신호로 변환되고, IF(Intermediate) 처리부(320)는 상기 기저대역 디지털 신호를 중간 주파수 대역 아날로그 신호로 변환한다. 이후, 상기 중간 주파수 대역 아날로그 신호는 RF 대역 신호로 변환되어 RF 처리부(330)에서 안테나를 통해 송신된다.
여기서, RF 처리부(330)의 구성을 자세히 살펴보면, RF 처리부(330)는 PA(Power Amplifier)(331), LNA(Low Noise Amplifier)(333), 시간 분할 복신기(334)를 포함하여 구성된다. PA(331)는 송신되는 신호를 증폭하고, LNA(333)는 수신되는 신호를 증폭한다. 시간 분할 복신기(334)는 스위치(335) 및 대역필터(336)를 포함한다. 스위치(335)는 송신 시간 동안 PA(331)와 대역필터(336)를 연결하고, 수신 시간 동안 LNA(333)와 대역필터(336)를 연결한다. 대역필터(336)는 송신 및 수신에 사용되는 주파수 대역 외의 신호를 차단한다. 따라서, 기지국은 스위치(335)의 스위칭 동작으로 인해 시간 구간으로 분류된 송신 및 수신을 수행할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 RF 및 마이크로웨이브 대역의 단일안테나 시스템(통신, 레이다)에서 사용되는 스위칭 회로 구조에 관한 것이다. 단일안테나 시스템은 전력증폭기의 출력단과 저잡음증폭기의 수신단에 각각 안테나를 사용하지 않고 1개의 안테나를 공유하는 시스템이다. 이 경우, 전력증폭기에서 신호가 출력될 때 저잡음증폭기단으로 신호가 전송되는 것을 방지해야 하고, 반대로 수신부에서 외부신호를 받을 때 신호가 전력증폭기 단으로 전송되는 것을 방지해야 한다. 이를 위해서 스위칭 회로가 필요하다.
도 3에 도시된 본 발명의 기술적 사상에 따른 스위칭 회로 구조를 적용한다면, 전력증폭기단의 외부 임피던스 매칭과 밸룬 기능을 위한 트랜스포머와 저잡음증폭기단의 입력 임피던스 매칭과 밸룬 기능을 위한 트랜스포머를 결합할 수 있다. 이를 통해, 상대적으로 작은 사이즈로 단일안테나 시스템의 최종단을 설계할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
201: 전력증폭기 회로
202: 제1 스위칭 회로
203: 저잡음증폭기 회로
204: 제2 스위칭 회로
205: 제1 임피던스 트랜스포머 회로
206: 제2 임피던스 트랜스포머 회로

Claims (5)

  1. 단일안테나를 이용하여 신호를 송수신하는 무선통신 단말기에 있어서,
    상기 단말기 내의 송신단 출력부와 전기적으로 연결되어 출력신호를 증폭시키는 전력증폭기 회로(Power Amplifier circuit);
    상기 단말기 내의 수신단 입력부와 전기적으로 연결되어 입력신호를 증폭시키는 저잡음증폭기 회로(Low Noise Amplifier circuit);
    상기 증폭된 출력신호를 송신하거나 상기 입력신호를 수신하는 안테나;
    상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 전력증폭기 회로 방향으로 소정의 제1 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 트랜스포머 회로(Impedance Transformer circuit);
    상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 소정의 제2 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제2 임피던스 트랜스포머 회로;
    상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프(on-off)시키는 제1 스위칭 회로; 및
    상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프시키는 제2 스위칭 회로;를 포함하는 단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 회로가 스위치-오프(switch-off)된 경우에 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)되고,
    상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로와 상기 제2 스위칭 회로는, 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리(isolation)시키고,
    상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에서 상기 전력증폭기 회로 방향으로 신호가 전달되는, 단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-오프(switch-off)되고,
    상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로와 상기 제1 스위칭 회로는, 상기 제1 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리(isolation)시키고,
    상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에서 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 신호가 전달되는, 단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리시키는 경우에, 제1 λ/4 라인(λ: 파장)을 이용하여 상기 제2 임피던스 값을 증가시키고, 상기 제1 λ/4 라인은 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에 포함된, 단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리시키는 경우에, 제2 λ/4 라인을 이용하여 상기 제1 임피던스 값을 증가시키고, 상기 제2 λ/4 라인은 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에 포함된, 단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기.
KR1020170059357A 2017-05-12 2017-05-12 단일안테나의 동작을 위한 TLT(Transmission Line Transformer)를 포함하는 SPDT 스위치 구조 KR101931682B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170059357A KR101931682B1 (ko) 2017-05-12 2017-05-12 단일안테나의 동작을 위한 TLT(Transmission Line Transformer)를 포함하는 SPDT 스위치 구조

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170059357A KR101931682B1 (ko) 2017-05-12 2017-05-12 단일안테나의 동작을 위한 TLT(Transmission Line Transformer)를 포함하는 SPDT 스위치 구조

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180124578A true KR20180124578A (ko) 2018-11-21
KR101931682B1 KR101931682B1 (ko) 2018-12-21

Family

ID=64602325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170059357A KR101931682B1 (ko) 2017-05-12 2017-05-12 단일안테나의 동작을 위한 TLT(Transmission Line Transformer)를 포함하는 SPDT 스위치 구조

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101931682B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115412123A (zh) * 2022-08-31 2022-11-29 山东兆通微电子有限公司 一种射频前端电路及无线通信芯片

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021061577A (ja) 2019-10-09 2021-04-15 株式会社村田製作所 高周波モジュールおよび通信装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101173262B1 (ko) * 2010-09-13 2012-08-13 세영정보통신(주) 양방향 무선통신모듈

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115412123A (zh) * 2022-08-31 2022-11-29 山东兆通微电子有限公司 一种射频前端电路及无线通信芯片

Also Published As

Publication number Publication date
KR101931682B1 (ko) 2018-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8044540B2 (en) Systems and methods for a SPDT switch or SPMT switch with transformer
US7251499B2 (en) Method and device for selecting between internal and external antennas
JP4307385B2 (ja) 送信および受信アンテナスイッチ
US20040204037A1 (en) RF front-end for dual-band wireless transceiver module
US9941923B2 (en) Radio transceiver circuit
US8643449B2 (en) Impedance matching circuit capable of efficiently isolating paths for multi-band power amplifier
JP6721472B2 (ja) 受信回路、無線通信モジュール、無線通信装置
KR101428003B1 (ko) 트랜스포머 기반 ｒｆ 스위치 및 그 스위칭 방법
JP2005136948A (ja) アンテナスイッチ回路
CN105049068A (zh) 旁路路径损耗减少
KR20080106942A (ko) Ｒｆ 송수신기 스위칭 시스템
JP2008522533A (ja) 分散型ダイプレクサ
WO1997023053A1 (fr) Circuit emetteur-recepteur pour communication radio et dispositif a circuit integre semi-conducteur
US11265037B2 (en) Radio frequency circuit and communication device
US11239873B2 (en) Front-end circuit and communication device
GB2396273A (en) RF front end for dual band wireless transceiver module
US20190229415A1 (en) Radio-Frequency Apparatus with Integrated Antenna Control and Associated Methods
CN113169749B (zh) 前端模块以及通信装置
KR101931682B1 (ko) 단일안테나의 동작을 위한 TLT(Transmission Line Transformer)를 포함하는 SPDT 스위치 구조
JP5335963B2 (ja) Ｒｆアンテナスイッチ回路、高周波アンテナ部品及び移動通信機器
KR102041655B1 (ko) 고주파 스위치
WO2021205845A1 (ja) 高周波回路、ダイバーシティモジュールおよび通信装置
WO2022209665A1 (ja) 高周波回路および通信装置
US20170093032A1 (en) Radio-Frequency Apparatus With Integrated Antenna Control and Associated Methods
KR20110060735A (ko) 고주파 변압기를 이용한 다중 대역 전력증폭기

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
R401 Registration of restoration