KR20190062110A - Radio frequency switch apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 RF 스위치 장치에 관한 것으로, 하나의 안테나로 송신 신호와 수신 신호를 스위칭하는 RF 스위치 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
무선통신 기술의 발달에 따라, 다양한 통신 표준이 동시적으로 사용되고 있다. 또한, 무선 통신 모듈의 소형화 및 휴대 단말의 고성능화에 따라 하나의 휴대 단말에 복수의 통신 표준을 적용하는 것이 요구되고 있다. 따라서, 하나의 휴대 단말에서 지원해야 할 주파수 대역이 많아지고 있다. With the development of wireless communication technology, various communication standards are being used simultaneously. In addition, with the miniaturization of the wireless communication module and the high performance of the portable terminal, it is required to apply a plurality of communication standards to one portable terminal. Therefore, a frequency band to be supported by one portable terminal is increasing.
이러한 기술 동향에 따라 RF 프론트 엔드(Front-End) 분야에서도 다양한 주파수 대역의 지원이 요구되고 있다. 예를 들어, 안테나와 RF 칩셋 간의 신호 경로상에 위치하는 RF 스위치에 대해서도, 다양한 주파수 대역을 지원하는 것이 요구되고 있다. In accordance with such technology trends, various front-end frequency band support is also required. For example, it is required to support various frequency bands for RF switches located on the signal path between the antenna and the RF chipset.
이러한 RF 스위치는 신호의 손실을 줄이기 위해 삽입 손실이 적어야 하고 다양한 주파수 대역간의 간섭을 최소화하기 위하여 선형성 및 아이솔레이션 특성이 우수해야 한다.These RF switches must have low insertion loss to reduce signal loss and good linearity and isolation characteristics in order to minimize interference between various frequency bands.
본 발명은 스위치를 지나는 신호의 왜곡과 손실을 최소화하기 위해 수신단과 송신단을 지나는 신호의 특성을 고려하여 스위치의 송신단과 수신단을 구성함으로써 낮은 삽입 손실, 높은 아이솔레이션 특성 및 우수한 선형성을 가지는 RF 스위치 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to minimize distortion and loss of a signal passing through a switch, an RF switch device having low insertion loss, high isolation characteristics, and excellent linearity by configuring a transmitting end and a receiving end of a switch in consideration of characteristics of a signal passing between a receiving end and a transmitting end The purpose is to provide.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치는 송신단으로부터 제공된 송신 신호를 안테나로 전송하고 상기 안테나와 상기 송신단 사이에 직렬 연결된 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 제1 스위치부, 및 상기 안테나로부터 제공된 수신 신호를 수신단으로 전달하고 상기 수신단과 접지 사이에 병렬 연결된 트랜지스터와 임피던스 트랜스부를 포함하는 제2 스위치부를 포함하고, 상기 임피던스 트랜스부는 λ/4 전송라인 또는 λ/4 전송라인을 LC 회로, LCL 회로 또는 CLC 회로와 같은 Lumped 소자로 구성되고 상기 회로의 인덕터가 상기 수신단에 연결되고 상기 회로의 커패시터가 접지와 연결될 수 있다.In order to accomplish the above object, a switch according to an embodiment of the present invention includes a first switch unit that transmits a transmission signal provided from a transmitting terminal to an antenna, and includes at least one transistor connected in series between the antenna and the transmitting terminal, And a second switch unit including a transistor and an impedance transformer connected in parallel between the receiving end and the ground, for transmitting a received signal provided from the antenna to a receiving terminal, wherein the impedance transformer converts the? / 4 transmission line or the? / 4 transmission line into an LC circuit , A LCL circuit or a CLC circuit, and the inductor of the circuit may be connected to the receiving end and the capacitor of the circuit may be connected to the ground.
임피던스 트랜스부는 λ/4 전송라인으로 기능할 수 있다. The impedance transformer can function as a? / 4 transmission line.
RF 스위치 장치는 상기 제1 스위치부의 직렬 트랜지스터와, 상기 제2 스위치부의 병렬 트랜지스터로 동시에 구동신호를 전달하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The RF switch device may further include a control unit for simultaneously transmitting a driving signal to the serial transistor of the first switch unit and the parallel transistor of the second switch unit.
또한, 제어부는 상기 송신 신호 전송 시, 상기 직렬 트랜지스터와 상기 병렬 트랜지스터가 동시에 온 상태가 되도록 상기 구동신호를 전달하여, 상기 송신 신호를 상기 안테나로 출력할 수 있다. The control unit may transmit the driving signal to the antenna so that the series transistor and the parallel transistor are turned on at the same time when transmitting the transmission signal, and output the transmission signal to the antenna.
트랜지스터는 CMOS로 제작되고, 임피던스 트랜스부는 LC 회로로 형성된 경우, 상기 병렬 연결된 트랜지스터의 기생 커패시터가 병렬 커패시터 성분으로 기능할 수 있다.When the transistor is formed of CMOS and the impedance transformer is formed of an LC circuit, the parasitic capacitor of the parallel-connected transistor can function as a parallel capacitor component.
임피던스 트랜스부를 구성하는 커패시터는 Metal-Insulator-Metal 커패시터 또는 Metal-Oxide-Metal 커패시터일 수 있다.The capacitors constituting the impedance transformer may be metal-insulator-metal capacitors or metal-oxide-metal capacitors.
임피던스 트랜스부는 LCL 회로로 형성된 경우, 상기 안테나와 상기 접지 사이의 인덕터는 ESD(Electrostatic discharge) 기능을 수행할 수 있다.When the impedance transformer is formed of an LCL circuit, the inductor between the antenna and the ground can perform an electrostatic discharge (ESD) function.
제2 스위치부는 상기 병렬 트랜지스터가 온 된 경우, 상기 임피던스 트랜스부에 의해 오픈 회로처럼 동작하여 상기 송신 신호가 상기 수신단으로 전달되지 않을 수 있다.When the parallel transistor is turned on, the second switch unit operates as an open circuit by the impedance transformer, so that the transmission signal may not be transmitted to the receiving terminal.
본 발명에 의하면, 송신 신호와 수신 신호의 특성을 고려하여 비대칭형 RF 스위치 장치를 제공함으로써 각 신호의 손실과 왜곡을 최소화 할 수 있고 단일 안테나를 사용하여 신호의 송수신이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, loss and distortion of each signal can be minimized by providing an asymmetric RF switch device in consideration of characteristics of a transmission signal and a reception signal, and a signal can be transmitted and received using a single antenna.
특히, 본 발명에 의하면, 수신 신호의 전송 라인 상의 트랜지스터를 제거하고, 션트 회로로 대체함으로써 송신 신호의 선형성을 보장할 수 있다.In particular, according to the present invention, the linearity of the transmission signal can be ensured by removing the transistor on the transmission line of the reception signal and replacing it with the shunt circuit.
도 1은 대칭형 스위치의 개략적인 구성도이다.
도 2 내지 도 3은 대칭형 스위치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 대칭형 스위치를 사용한 경우, 송신 신호의 선형성을 나타내는 시뮬레이션 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 개략적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 개략적인 구성도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치를 사용한 경우, 송신 신호의 선형성을 나타내는 시뮬레이션 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치를 사용한 경우, RF 파워에 대한 출력 파워의 관계를 나타내는 시뮬레이션 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1, 제2 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 소자값을 설계하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a symmetrical switch.
Figs. 2 to 3 are diagrams for explaining the operation principle of the symmetrical switch. Fig.
Fig. 4 is a simulation diagram showing linearity of a transmission signal when a symmetrical switch is used. Fig.
5 is a schematic configuration diagram of an asymmetric RF switch device according to the first embodiment of the present invention.
6 to 8 are views for explaining the operation principle of the asymmetrical RF switch device according to the first embodiment of the present invention.
9 is a schematic configuration diagram of an asymmetric RF switch device according to a second embodiment of the present invention.
10 is a schematic configuration diagram of an asymmetric RF switch device according to a third embodiment of the present invention.
11 is a simulation diagram showing linearity of a transmission signal when an asymmetric RF switch device according to an embodiment of the present invention is used.
12 is a simulation diagram showing the relationship of output power to RF power when an asymmetrical RF switch device according to an embodiment of the present invention is used.
13 is a diagram for explaining a method of designing element values of an asymmetric RF switch device according to the first and second embodiments of the present invention.
14 is a schematic configuration diagram of an asymmetric RF switch device according to a fourth embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term " and / or " includes any combination of a plurality of related entry items or any of a plurality of related entry items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but it should be understood that other elements may be present in between something to do. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification and claims, it is to be understood that when a component comprises a component, it does not exclude other components, but may include other components, unless specifically stated otherwise.
먼저, 대칭형 스위치의 구조 및 동작원리를 구체적으로 설명하도록 한다.First, the structure and operation principle of the symmetrical switch will be described in detail.
도 1은 대칭형 스위치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a symmetrical switch.
도 1을 참조하면, 대칭형 스위치는 송신 신호와 수신 신호를 송수신하는 안테나(ANT), 송신단(Tx)과 연결된 송신부(10), 및 수신단(Rx)과 연결된 수신부(20)를 포함하여 구성될 수 있다. 1, the symmetrical switch may include an antenna ANT for transmitting and receiving a transmission signal and a reception signal, a
송신부(10)와 수신부(20)는 상호 대칭인 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 송신부(10)와 수신부(20)는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하여 구성되며, 안테나(ANT)로 송신 신호 전송 시, 송신부(10)의 트랜지스터는 온 상태로 수신부(20)의 트랜지스터는 오프 상태로 동작할 수 있다. 또한, 안테나(ANT)로부터 수신 신호 전송 시, 송신부(10)의 트랜지스터는 오프 상태로 수신부(20)의 트랜지스터는 온 상태로 동작할 수 있다. 이와 같이, 송신부(10)와 수신부(20)의 트랜지스터는 상반되는 온/오프 동작을 수행하여야 하므로 제어부는 서로 다른 트랜지스터 제어 신호(ctrl bias)를 송신부(10)와 수신부(20)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 수신부(20)의 트랜지스터 구동단자(게이트 단자)에는 인버터가 더 포함될 수 있다.The transmitting
도 2 내지 도 3은 대칭형 스위치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.Figs. 2 to 3 are diagrams for explaining the operation principle of the symmetrical switch. Fig.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 대칭형 스위치는 안테나(ANT)를 통해 송신 신호 전송 시, 송신부(10)의 트랜지스터는 온 상태로 동작하고, 수신부(20)의 트랜지스터는 오프 상태로 동작한다.Referring to FIGS. 2 and 3, when the transmission signal is transmitted through the antenna ANT, the transistor of the
트랜지스터의 온/오프 동작에 따라, 전체 회로에 크게 영향을 주는 가상의 성분들을 등가적으로 도시한 것이다. 예를 들어, 송신부(10)의 트랜지스터가 온 상태이고, 수신부(20)의 트랜지스터가 오프 상태인 경우, 송신부(10)의 트랜지스터는 커패시터, 저항의 병렬 연결 형태로 등가적으로 나타낼 수 있다. 따라서, 송신부(10)의 트랜지스터는 트랜지스터에 직접 연결된 인덕터와 등가적인 커패시터, 저항의 병렬 연결된 형태로 나타낼 수 있다. 수신부(20)의 트랜지스터는 커패시터, 다이오드의 병렬 연결 형태로 등가적으로 나타낼 수 있다. 따라서, 수신부(20)의 트랜지스터는 트랜지스터에 직접 연결된 인덕터와 등가적인 커패시터, 저항의 병렬 연결 형태로 나타낼 수 있다. 온/오프 상태가 반대인 경우, 각각 반대의 등가회로로 나타낼 수 있다.And equivalently illustrates the virtual components that greatly affect the overall circuit depending on the on / off operation of the transistor. For example, when the transistor of the
이때, 다이오드의 양단 전압 Vb가 Va보다 낮아지면 좌측 다이오드가 켜져 Va에서 Vb로 신호의 유입이 생겨 송신 신호의 왜곡이 발생하게 된다. At this time, if the both-end voltage Vb of the diode becomes lower than Va, the left diode is turned on, so that the signal flows from Va to Vb, and the transmission signal is distorted.
또한, 송신 신호의 주파수에 따라 수신부(20)의 트랜지스터에 생기는 기생 커패시터를 통해 신호가 세어 나가는 것을 막기 위해 트랜지스터에 인덕터를 병렬로 연결하여 기생 커패시터와 병렬 인덕터가 공진하게 만들어 임피던스를 크게 보이게 설계할 수 있다.In order to prevent the signal from being counted through the parasitic capacitor generated in the transistor of the receiving
도 4는 대칭형 스위치를 사용한 경우, 송신 신호의 선형성을 나타내는 시뮬레이션 도면이다.Fig. 4 is a simulation diagram showing linearity of a transmission signal when a symmetrical switch is used. Fig.
도 4를 참조하면, 대칭형 스위치를 사용한 경우, 송신 신호의 선형성은 OIP3=24.76dBm 정도의 수치가 측정되는 것을 알 수 있다. 송신 신호와 수신 신호의 특성을 고려하여 송신부와 수신부를 지나는 신호의 왜곡과 손실을 줄이고 선형성을 향상시키기 위해 비대칭형 RF 스위치 장치를 제안한다. Referring to FIG. 4, when a symmetric switch is used, it can be seen that the linearity of the transmission signal is measured at a value of about OIP3 = 24.76 dBm. An asymmetric RF switch device is proposed to reduce the distortion and loss of signals passing through the transmitter and receiver and to improve the linearity in consideration of the characteristics of the transmission signal and the reception signal.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 개략적인 구성도이다.5 is a schematic configuration diagram of an asymmetric RF switch device according to the first embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치는 송신 신호와 수신 신호를 송수신하는 하나의 안테나(ANT), 제1 스위치부(200), 및 제2 스위치부(100) 를 포함한다. 또한, 비대칭형 스위치는 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다. 5, the asymmetric RF switch device according to the first embodiment of the present invention includes an antenna ANT for transmitting and receiving a transmission signal and a reception signal, a
제1 스위치부(200)는 적어도 하나의 직렬 연결된 트랜지스터, 션트 인덕터, 및 저항으로 구성되고, 이때, 저항은 바디와 게이트 플로팅을 위한 기능을 수행한다. 상기의 제1 스위치부(200)의 구성은 일 실시예일 뿐 다양한 형태로 변경될 수 있다. The
제2 스위치부(100)는 수신단(Rx)과 접지 사이에 병렬 연결된 트랜지스터와 임피던스 트랜스부를 포함하여 구성될 수 있다. 임피던스 트랜스부는 λ/4 전송라인 또는 λ/4 전송라인을 LC 회로, LCL 회로 또는 CLC 회로와 같은 Lumped 소자의 등가회로로 구성될 수 있다. 또한, 션트 트랜지스터의 기생 커패시터 성분을 이용할 경우, 임피던스 트랜스부는 LC 회로만으로 구성될 수도 있다.The
구체적으로, 제1 스위치부(200)는 송신단(Tx)으로부터 제공된 송신 신호를 안테나(ANT)로 전송하고, 제2 스위치부는 안테나(ANT)로부터 제공된 수신 신호를 수신단(Rx)으로 전달할 수 있다.Specifically, the
제1 스위치부(200)는 안테나(ANT)와 송신단(Tx) 사이에 직렬 연결된 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하여 구성되고, 제2 스위치부는 수신단(Rx)과 접지 사이에 병렬 연결된 트랜지스터를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 스위치부(200)는 상기의 구성 이외에 다양한 형태의 회로로 변경될 수도 있다.The
제어부는 제1 스위치부(200)의 직렬 트랜지스터와, 제2 스위치부(100)의 병렬 트랜지스터로 동시에 구동신호(ctrl bias)를 전달할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 송신 신호 전송 시, 직렬 트랜지스터와 병렬 트랜지스터가 동시에 온 상태가 되도록 구동신호(ctrl bias)를 전달할 수 있다. The control unit can simultaneously transmit the drive signal ctrl bias to the series transistor of the
임피던스 트랜스부는 λ/4 전송 라인을 LC 회로, LCL 회로 또는 CLC 회로로 구성하고 회로의 인덕터(L)를 수신단(Rx)에 연결하고 회로의 커패시터(C)를 접지와 연결할 수 있다.The impedance transformer can constitute a lambda / 4 transmission line with an LC circuit, an LCL circuit or a CLC circuit, connect the inductor L of the circuit to the receiving end Rx and connect the capacitor C of the circuit with the ground.
임피던스 트랜스부는 LC 회로, LCL 회로 또는 CLC 회로를 λ/4 전송 라인으로 기능하도록 하므로, 수신단 측의 로우 임피던스(low impedance) 성분은 임피던스 트랜스부를 지나 안테나 측에서 바라봤을 때, 하이 임피던스(high impedance)로 작용한다. 따라서, 제2 스위치부(110)의 병렬 연결된 트랜지스터가 온 되어, 접지와 쇼트(short) 상태일 경우, 로우 임피던스(low impedance)로 보이는 성분이 임피던스 트랜스부를 지나면 하이 임피던스(high impedance)로 보이게 된다.Since the impedance transformer functions as an? / 4 transmission line, an LC circuit, an LCL circuit, or a CLC circuit functions as a? / 4 transmission line, a low impedance component at the receiving end side is a high impedance component when viewed from the antenna side through the impedance transformer, Lt; / RTI > Accordingly, when the transistors connected in parallel to the second switch unit 110 are turned on and are shorted to ground, a component that appears to be a low impedance appears to be a high impedance after passing through the impedance transformer .
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.6 to 8 are views for explaining the operation principle of the asymmetrical RF switch device according to the first embodiment of the present invention.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치를 사용하여 신호 수신 시, 안테나(ANT)에서 수신단(Rx)의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier) 측으로 전달되는 수신 신호는 많이 약해진 상태이므로, 높은 선형성을 보장하기 보다는 낮은 삽입 손실(Insertion Loss)를 보장하는 것이 필요하다.6 to 8, an asymmetric RF switch device according to a first embodiment of the present invention includes an asymmetric RF switch device according to the first embodiment of the present invention, Since the received signal transmitted to the low noise amplifier (LNA) of the receiving end Rx is much weakened, it is necessary to ensure a low insertion loss rather than a high linearity.
또한, 스위치를 사용하여 신호 송신 시에는 송신단(Tx) 측의 파워 앰프(PA: Power Amplifier)에서 안테나(ANT)로 전달되는 신호가 충분히 증폭된 상태이므로 손실없이 전달하는 것이 중요한 요소가 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 스위치부(200)에 직렬로 트랜지스터를 연결하여 Insertion loss를 줄이고, 제2 스위치부 측에는 직렬 트랜지스터를 사용하지 않고, 병렬 트랜지스터와 임피던스 트랜스부를 사용하여 신호의 왜곡을 방지할 수 있다. In addition, when a signal is transmitted using a switch, since a signal transmitted from a power amplifier (PA) on the transmitter Tx side to the antenna ANT is sufficiently amplified, it is important to transmit the signal without loss. In order to solve such a problem, the present invention is characterized in that a transistor is connected in series to the
또한, 임피던스 트랜스부인 λ/4 라인은 안테나로 송수신되는 신호가 λ/4 라인을 지나기 이전 지점에서의 임피던스와 λ/4 라인을 지난 지점에서의 임피던스가 반대로 보이는 특성을 갖는다. 구체적으로, 제2 스위치부의 트랜지스터가 온 상태이면 제2 스위치부가 접지와 연결된 상태이므로 로우 임피던스(Low Impedance)로 보이게 된다. 그러나, λ/4 라인을 지나면 로우 임피던스가 반대로 하이 임피던스(High Impedance)로 보이게 된다. 신호 송신 시, 이러한 특성을 이용하면, 제2 스위치부의 병렬 트랜지스터가 온 상태일 때 수신단이 접지되어 낮은 임피던스로 보이지만 λ/4 라인을 통해 높은 임피던스로 보이게 함으로써 송신 신호가 안테나로 전달되고 수신단 측으로 세어나가지 못하게 되어 아이솔레이션 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the impedance transformer λ / 4 line has a characteristic in which the impedance of the signal transmitted / received through the antenna passes through the λ / 4 line and the impedance at the point past the λ / 4 line is reversed. Specifically, when the transistor of the second switch unit is in the ON state, the second switch unit is connected to the ground, and therefore, it is seen as a low impedance. However, after the? / 4 line, the low impedance is reversed to a high impedance. By using this characteristic at the time of signal transmission, when the parallel transistor of the second switch section is in the ON state, the receiving terminal is grounded and appears to have a low impedance, but it is seen as a high impedance through the? / 4 line, so that the transmission signal is transmitted to the antenna, The isolation characteristics can be improved.
임피던스 트랜스부를 구성하는 커패시터는 Metal-Insulator-Metal 커패시터 또는 Metal-Oxide-Metal 커패시터로 형성될 수 있다.The capacitors constituting the impedance transformer may be formed of metal-insulator-metal capacitors or metal-oxide-metal capacitors.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 개략적인 구성도이다.9 is a schematic configuration diagram of an asymmetric RF switch device according to a second embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치는 제1 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치와 다른 구조는 동일하고, 임피던스 트랜스부의 회로 구조만 상이하다. 따라서, 다른 구성에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.Referring to FIG. 9, the asymmetrical RF switch device according to the second embodiment of the present invention has the same structure as the asymmetric RF switch device according to the first embodiment, except for the circuit structure of the impedance transformer. Therefore, detailed description of other configurations will be omitted.
임피던스 트랜스부는 수신단(Rx)과 직렬 연결된 커패시터(C), 커패시터(C)의 양측단과 접지 사이에 각각 연결된 션트 인덕터(L)로 구성될 수 있다. 즉, 제1 실시예의 경우, 임피던스 트랜스부를 CLC 회로로 구성하였지만, 제2 실시예의 경우, 임피던스 트랜스부를 LCL 회로로 구성한 것이다.The impedance transformer may include a capacitor C connected in series with a receiving end Rx and a shunt inductor L connected between both ends of the capacitor C and the ground. That is, in the case of the first embodiment, the impedance transformer is constituted by the CLC circuit, but in the case of the second embodiment, the impedance transformer is constituted by the LCL circuit.
여기서, 안테나와 연결된 인덕터는 ESD(Electrostatic discharge)로 기능할 수 있다.Here, the inductor connected to the antenna can function as an electrostatic discharge (ESD).
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 개략적인 구성도이다.10 is a schematic configuration diagram of an asymmetric RF switch device according to a third embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치는 제1 실시예에서, 병렬 연결된 제1 커패시터가 생략된 LC 회로 구조로 임피던스 트랜스부를 구성한 것이다.Referring to FIG. 10, in the asymmetrical RF switch device according to the third embodiment of the present invention, an impedance transformer is constituted by an LC circuit structure in which a first capacitor connected in parallel is omitted in the first embodiment.
주파수가 높아지면 제2 스위치부에 병렬 연결된 트랜지스터의 기생 커패시터가 커지므로, 제1 실시예와 동일한 구조의 제2 스위치부로 기능할 수 있다.The parasitic capacitor of the transistor connected in parallel to the second switch unit becomes larger when the frequency is higher, so that it can function as the second switch unit having the same structure as that of the first embodiment.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치를 사용한 경우, 송신 신호의 선형성을 나타내는 시뮬레이션 도면이다.11 is a simulation diagram showing linearity of a transmission signal when an asymmetric RF switch device according to an embodiment of the present invention is used.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치를 사용한 경우, 송신 신호의 선형성을 나타내는 OIP3 지수는 41.77dBm으로 나타나며, 대칭형 스위치의 OIP3 지수(24.76dBm)과 비교하여 현저히 향상된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, in the case of using the asymmetric RF switch device according to the embodiment of the present invention, the OIP3 index indicating the linearity of the transmission signal is 41.77 dBm, which is significantly improved compared with the OIP3 index (24.76 dBm) .
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치를 사용한 경우, RF 파워에 대한 출력 파워의 관계를 나타내는 시뮬레이션 도면이다.12 is a simulation diagram showing the relationship of output power to RF power when an asymmetrical RF switch device according to an embodiment of the present invention is used.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치를 사용하면, 수신 신호 전송 시, RF 파워에 대한 출력 파워인 P1dB 또한 향상되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 송신 신호 전송 시, 제2 스위치부의 직렬 연결된 오프(off) 트랜지스터가 없기 때문에 선형성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, when the asymmetric RF switch device according to the embodiment of the present invention is used, it can be seen that P1dB, which is an output power with respect to RF power, is also improved when a received signal is transmitted. In other words, it can be seen that linearity is improved because there is no off-state transistor connected in series with the second switch part when transmitting a transmission signal.
도 13은는 본 발명의 제1, 제2 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 소자값을 설계하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.13 is a diagram for explaining a method of designing an element value of an asymmetric RF switch device according to the first and second embodiments of the present invention.
도 13을 참조하면, 임피던스 트랜스부는 수신단과 직렬 연결된 커패시터(C3), 커패시터(C4)의 양측단과 접지 사이에 각각 연결된 션트 인덕터(L3)로 구성될 수 있다. 이때, 커패시터 C3와 션트 인덕터 L3는 [수학식 1]에 의해 계산될 수 있다. Referring to FIG. 13, the impedance transformer may include a capacitor C3 connected in series with a receiving end, and a shunt inductor L3 connected between both ends of the capacitor C4 and the ground. At this time, the capacitor C3 and the shunt inductor L3 can be calculated by Equation (1).
또한, 임피던스 트랜스부는 수신단과 직렬 연결된 인덕터(L4), 인덕터(L4)의 양측단과 접지 사이에 각각 연결된 션트 커패시터(C4)로 구성될 수 있다. 이때, 션트 커패시터 C4와 인덕터 L4는 [수학식 2]에 의해 계산될 수 있다. The impedance transformer may include an inductor L4 connected in series with the receiving end, and a shunt capacitor C4 connected between both ends of the inductor L4 and the ground. At this time, the shunt capacitor C4 and the inductor L4 can be calculated by Equation (2).
실제 설계에서는, 여러 기생 성분이 발생하기 때문에 상기의 관계식은 근사치로 계산될 수 있다.In the actual design, since the various parasitic components are generated, the above relational expression can be approximated.
스위치의 선형성은 오프 상태인 직렬 트랜지스터의 기생 다이오드가 부분적으로 켜지면서(turn on) 노이즈가 유입되기 때문에 신호 왜곡으로 인해 선형성이 감소하는데, 본 발명의 스위치를 제2 스위치부의 직렬 트랜지스터를 제거하고 제2 스위치부의 병렬 트랜지스터를 포함함으로써 안테나의 송신 신호의 선형성을 향상시킬 수 있다.The linearity of the switch is reduced due to the signal distortion because the parasitic diode of the series transistor in the OFF state is partially turned on and the noise is introduced. By including parallel transistors of two switch parts, the linearity of the transmission signal of the antenna can be improved.
또한, 이 외에도, 송신단과 수신단의 배치 위치 상(Layout) 신호가 루프 형태로 송신단과 수신단 사이에 전달될 수 있다. 그 결과 회로가 발진할 수 있는 문제가 발생할 수 있으나, 제2 스위치부의 병렬 연결된 트랜지스터를 통해 이러한 신호가 제거될 수 있다.In addition, a layout position signal (Layout) signal between the transmitting terminal and the receiving terminal can be transmitted in a loop form between the transmitting terminal and the receiving terminal. As a result, there may arise a problem that the circuit may oscillate, but such a signal can be removed through the parallel connected transistors of the second switch part.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위치 장치의 개략적인 구성도이다.14 is a schematic configuration diagram of an asymmetric RF switch device according to a fourth embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 비대칭형 RF 스위칭 장치는 제2 스위치부(100)가 병렬로 확장된 구조이다. 즉, 하나의 안테나(Ant)를 통해 다수의 수신단(Rx1, Rx2, ..., Rxn)으로 수신 신호를 스위칭하는 경우, 제2 스위치부(100)는 하나의 병렬 트랜지스터와 임피던스 트랜스부로 구성된 회로를 통해 각 수신단과 안테나를 연결할 수 있다.Referring to FIG. 14, the asymmetrical RF switching apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is a structure in which the
또한, 제어부는 하나의 안테나(Ant)로 수신된 신호가 다수의 수신단(Rx1, Rx2, ..., Rxn) 중 하나로 전송될 수 있도록 선택하는 제어 신호를 더 생성하여 제2 스위치부(100)로 전달할 수 있다.The control unit further generates a control signal for selecting a signal received by one antenna Ant to be transmitted to one of the plurality of receiving ends Rx1, Rx2, ..., Rxn, .
상기의 임피던스 트랜스부가 병렬 연결된 개수에 따라, SPDT, SP2T, .., SPnT로 스위치를 구성할 수 있다.According to the number of the impedance transformers connected in parallel, SPDT, SP2T, .., SPnT can constitute a switch.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The description above is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
10: 송신부
20: 수신부
100: 제2 스위치부
200: 제1 스위치부
ANT: 안테나
Tx: 송신단
Rx: 수신단10: transmitting unit 20: receiving unit
100: second switch unit 200: first switch unit
ANT: Antenna Tx: Transmitter
Rx: Receiver
Claims (9)
상기 안테나로부터 제공된 수신 신호를 수신단으로 전달하고 상기 수신단과 접지 사이에 병렬 연결된 트랜지스터와 임피던스 트랜스부를 포함하는 제2 스위치부;를 포함하고,
상기 임피던스 트랜스부는 λ/4 전송라인 또는 λ/4 전송라인을 LC 회로, LCL 회로 또는 CLC 회로와 같은 럼프드(Lumped) 소자로 구성되고 상기 회로의 인덕터가 상기 수신단에 연결되고 상기 회로의 커패시터가 상기 접지와 연결되는, RF 스위치 장치.
A first switch unit transmitting a transmission signal provided from a transmitting terminal to an antenna and including at least one transistor connected in series between the antenna and the transmitting terminal; And
And a second switch unit including a transistor and an impedance transformer connected in parallel between the receiving end and the ground,
The impedance transducer may be configured so that a lambda / 4 transmission line or a lambda / 4 transmission line is composed of a lumped element such as an LC circuit, an LCL circuit or a CLC circuit and the inductor of the circuit is connected to the receiving end, And is connected to the ground.
상기 임피던스 트랜스부는, λ/4 전송라인으로 기능하는, RF 스위치 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the impedance transformer functions as a? / 4 transmission line.
상기 제1 스위치부의 직렬 트랜지스터와, 상기 제2 스위치부의 병렬 트랜지스터로 동시에 구동신호를 전달하는 제어부;를 더 포함하는, RF 스위치 장치.
The method according to claim 1,
And a control unit for simultaneously transmitting a driving signal to the series transistor of the first switch unit and the parallel transistor of the second switch unit.
상기 제어부는, 상기 송신 신호 전송 시, 상기 직렬 트랜지스터와 상기 병렬 트랜지스터가 동시에 온 상태가 되도록 상기 구동신호를 전달하여, 상기 송신 신호를 상기 안테나로 출력하는, RF 스위치 장치.
The method of claim 3,
Wherein the controller transmits the driving signal so that the serial transistor and the parallel transistor are simultaneously turned on when the transmission signal is transmitted, and outputs the transmission signal to the antenna.
상기 트랜지스터는, CMOS로 제작되는, RF 스위치 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the transistor is made of CMOS.
상기 임피던스 트랜스부는 LC 회로로 형성된 경우, 상기 병렬 연결된 트랜지스터의 기생 커패시터가 병렬 커패시터 성분으로 기능하는, RF 스위치 장치.
The method according to claim 1,
Wherein when the impedance transformer is formed of an LC circuit, the parasitic capacitor of the parallel-connected transistor functions as a parallel capacitor component.
상기 임피던스 트랜스부를 구성하는 커패시터는 Metal-Insulator-Metal 커패시터 또는 Metal-Oxide-Metal 커패시터인, RF 스위치 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the capacitor constituting the impedance transformer is a metal-insulator-metal capacitor or a metal-oxide-metal capacitor.
상기 임피던스 트랜스부는 LCL 회로로 형성된 경우, 상기 안테나와 상기 접지 사이의 인덕터는 ESD(Electrostatic discharge) 기능을 수행하는, RF 스위치 장치.
The method according to claim 1,
Wherein when the impedance transformer is formed of an LCL circuit, an inductor between the antenna and the ground performs an electrostatic discharge (ESD) function.
상기 제2 스위치부는, 상기 병렬 트랜지스터가 온 된 경우, 상기 임피던스 트랜스부에 의해 오픈 회로처럼 동작하여 상기 송신 신호가 상기 수신단으로 전달되지 않는, RF 스위치 장치.The method according to claim 1,
Wherein the second switch unit operates as an open circuit by the impedance transformer when the parallel transistor is on, so that the transmission signal is not transmitted to the receiving end.
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