WO2009119974A2 - Ｒｆ 스위칭 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2009119974A2
WO2009119974A2 PCT/KR2009/000536 KR2009000536W WO2009119974A2 WO 2009119974 A2 WO2009119974 A2 WO 2009119974A2 KR 2009000536 W KR2009000536 W KR 2009000536W WO 2009119974 A2 WO2009119974 A2 WO 2009119974A2
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이종수
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광주과학기술원
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    • H04B1/48—Transmit/receive switching in circuits for connecting transmitter and receiver to a common transmission path, e.g. by energy of transmitter

Definitions

  • the present invention relates to an RF switching device and method, and more particularly, to an RF switching device and method for passing or blocking a high frequency signal according to a driving voltage applied to a plurality of FETs.
  • a wireless communication system such as a cellular phone or a wireless LAN
  • terminals that can be used in multi-mode or multi-band.
  • a mobile phone having a wireless LAN function a mobile phone that can be used in a multi band, or a wireless LAN device that can be used in a multi band is used.
  • an RF switching device which is generally connected to an antenna and functions to select one of several modes or multiple bands is essential.
  • a transmitter outputs transmission signals corresponding to two frequency bands, and each transmission signal is amplified by a power amplifier and then passed through a bandpass filter (BPF). Is sent through. Meanwhile, the received signal received through the antenna is amplified by a low noise amplifier and then delivered to a receiver. A receiver is implemented to demodulate received signals corresponding to four frequency bands, respectively. As described above, six RF switches are connected to the antenna in order to select a transmission signal or a reception signal corresponding to each frequency band. By controlling each switch, a transmission signal of a desired frequency band is transmitted or a reception signal of a desired frequency band is received.
  • BPF bandpass filter
  • An object of the present invention is to provide an RF switching device and method capable of minimizing insertion loss occurring in an RF switch, and a multi-band terminal having the same.
  • an RF switching device comprises: a plurality of FETs for passing or blocking a high frequency signal according to a driving voltage applied to a gate; A control power supply for generating a control voltage for controlling the passage or interruption of the high frequency signal; And a charge pump that increases the level of the control voltage and outputs the driving voltage.
  • an example of the charge pump may be a Dickson charge pump, and as a clock signal input to the Dickson charge pump, the high frequency signal may be detected and used.
  • the RF switching device may further include a balun that receives the detected high frequency signal and outputs two signals having a 180 degree phase difference, and the two signals may be input to the Dickson charge pump as the clock signal.
  • the RF switching apparatus may further include a plurality of resistors provided in series between an input terminal and an output terminal of the RF switching apparatus, and a high frequency signal to be input to the balun may be detected between the plurality of resistors.
  • the multi-band terminal according to the present invention is characterized by including the RF switching device according to the present invention described above.
  • the RF switching method is an RF switching method for passing or blocking a high frequency signal according to a driving voltage applied to a plurality of FET, (a) passing or blocking the high frequency signal Generating a control voltage for controlling the voltage; (b) increasing the level of the control voltage using a charge pump and outputting it as the drive voltage; And (c) blocking or passing the high frequency wave by applying the driving voltage to the plurality of FETs.
  • the charge pump may be a Dickson charge pump
  • the step (b) may include: (b1) detecting the high frequency signal; (b2) converting the detected high frequency signal into two signals having a 180 degree phase difference using a balun; (b3) the Dixon charge pump receiving the two signals as a clock signal and increasing the level of the control voltage to output the driving voltage.
  • the high frequency signal may be detected between a plurality of resistors provided in series between the input terminal and the output terminal.
  • the present invention described above it is possible to minimize the insertion loss occurring in the RF switch. Therefore, the output of the power amplifier of the multi-band terminal can be reduced, thereby reducing unnecessary harmonics, improving linearity, and increasing battery life of the terminal.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a representative multi-band terminal.
  • FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a general RF switch.
  • FIG. 3 is a schematic circuit diagram of an RF switching device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a more specific embodiment of the RF switching device shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a circuit diagram illustrating another specific embodiment of the RF switching device illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a general RF switch
  • a typical RF switch includes a plurality of field effect transistors (FETs) Q and a gate of each FET Q having a source and a drain connected to each other between an input terminal and an output terminal of the RF switch, as shown in FIG. 2. It consists of a resistor (Rg) connected to.
  • the reason for using a plurality of FETs (Q) is to allow a switch composed of FETs (Q) to accommodate high power.
  • the driving voltage VC_TX is applied to the gate of each FET Q to control the passage or blocking of the high frequency signal between the source and the drain, and the high frequency signal passes through the source and the drain of each FET according to the driving voltage. do.
  • the number of FETs (Q) is n
  • the DC voltage of the terminal TX to which the high frequency signal is input is V RF
  • the threshold voltage of the FET (Q) is V t
  • the impedance of the circuit is Z 0 (typically 50 ⁇ ).
  • R 0 is the impedance of the circuit (typically 50 ⁇ )
  • R ON is the resistance between the drain and the source of the FET Q when the FET Q is ON.
  • the ON resistance R ON of the FET is given by the following equation.
  • n is the number of FETs (Q)
  • W G is the gate width of the FET (Q)
  • V C (ON) is the voltage applied to the gate for the ON (ON) state of the FET (Q)
  • V RF represents the DC voltage of the terminal TX to which the high frequency signal is input
  • V t represents the threshold voltage of the FET Q.
  • the R ON should be reduced to reduce the insertion loss.
  • the gate width W G of the FET Q must be increased, the number of FETs Q must be reduced, or V C (ON) must be increased.
  • reducing the number of FETs (Q) reduces the power that the switch can accommodate.
  • Increasing the gate width of the FET (Q) increases the isolation of the FET (Q) due to the increased capacitance at the time of OFF. ) Will fall. Therefore, the most effective way to reduce the insertion loss is to increase the voltage applied to the gate for V C (ON) , ie the on state of the FET (Q). Therefore, in the present invention, the insertion loss is reduced by increasing the voltage applied to the gate for the on state of the FET Q.
  • the RF switching apparatus includes a plurality of FETs Q having a source and a drain connected to each other between an input terminal TX and an output terminal ANT, one end of which is a gate of each FET Q.
  • the RF switching apparatus Connected to the output of the charge pump 10 and connected to the output of the charge pump 10, resistors Ri provided in series between the input terminal TX and the output terminal ANT, and a control for generating a control voltage Vc.
  • a power supply 20 and a charge pump 10 for increasing and outputting the level of the control voltage (Vc).
  • the resistor Rg serves to lower the leakage current flowing into the gate, and the resistor Ri serves to isolate the other RF switch (not shown) connected to the illustrated RF switching device.
  • Each FET Q is turned on or off depending on the driving voltage applied to the gate. In other words, when the driving voltage applied to the gate is at a high level, each of the FETs Q is turned on, and when it is at a low level, it is turned off.
  • the high frequency signal output from the transmitter (not shown) is input to the input terminal TX. While the FETs Q are on, the high frequency signal passes through the plurality of FETs Q and is output to the output terminal ANT. The high frequency signal is cut off while Q) is off.
  • the control power supply 20 generates a control voltage Vc for controlling the passage or interruption of the high frequency signal, which is input to the charge pump 10.
  • the charge pump 10 increases the level of the input control voltage Vc and outputs it as a driving voltage for applying to the gates of the respective FETs Q. As such, the driving voltage applied to the gates of the respective FETs Q is increased by the charge pump 10, thereby reducing the insertion loss as shown in Equations 2 and 3 above.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a more specific embodiment of the RF switching device illustrated in FIG. 3, and illustrates an embodiment using a Dickson Charge Pump 10a as an example of the charge pump 10.
  • the Dickson charge pump 10a has a 180 degree phase difference which is connected to an input terminal to the control power supply 20, an output terminal is connected to one end of the resistors Rg, and used to increase and output the level of the input voltage.
  • Two clock signals with are input through terminals CLK and CLK_BAR.
  • the Dickson charge pump 10a includes a plurality of diodes D1, D2, and D3 arranged in series between an input terminal and an output terminal, and capacitors C3, C4, and C5, one end of which is connected to the cathode of each diode and the other end of which is grounded.
  • One end includes capacitors C1 and C2 connected to the cathodes of diodes D1 and D2 and the other end connected to terminals CLK and CLK_BAR, respectively.
  • the three diodes D1, D2, and D3 are connected to the Dickson charge pump 10a, but the number of the diodes may be connected (eg, five, seven, etc.), At this time, two clock signals having a 180 degree phase difference are alternately inputted to the cathode side of each diode.
  • the two clock signals may be square wave signals having a 180 degree phase difference.
  • FIG. 5 is a circuit diagram illustrating another specific embodiment of the RF switching device illustrated in FIG. 3.
  • a high frequency signal of the RF switching device is detected and used as a clock signal input to the Dickson charge pump 10a.
  • the Dickson charge pump uses a square wave signal having a 180 degree phase difference as a clock signal.
  • a device for generating a square wave signal must be separately provided.
  • the clock signals input to the Dickson charge pump do not necessarily have to be square wave signals if they maintain a phase difference of 180 degrees.
  • a high frequency signal of the RF switching device is detected and used as a clock signal.
  • a high frequency signal for use as a clock signal is detected between resistors Ri provided in series between an input terminal TX and an output terminal ANT.
  • the detected high frequency signal is input to a balun 30 which is an element that exchanges an unbalanced signal and a balanced signal.
  • the balun 30 converts the detected high frequency signal, which is an unbalanced signal, and outputs the two signals having a 180 degree phase difference, which is a balanced signal.
  • the two signals having an output 180 degree phase difference are respectively input to the terminals CLK and CLK_BAR through a resistor Rp for signal attenuation.
  • the Dickson charge pump 10a increases the level of the control voltage Vc by using the two signals thus input and outputs the voltage to drive the FET Q.
  • the detection of the high frequency signal can be made in other parts of the RF switching device.
  • the high frequency signal may be detected at the source terminal or the drain terminal of any one of the output terminal TX1, the input terminal ANT, or the FETs Q.
  • the insertion loss of the RF switching device can be minimized because the charge pump increases the control voltage for controlling the passage or blocking of the high frequency signal and outputs it as the driving voltage of the FET.
  • the charge pump is used as a Dickson charge pump, if a high frequency signal is detected and used as a clock signal, the circuit configuration is simplified because there is no need to provide a device for generating a square wave signal separately.
  • the RF switching device may be employed in, for example, the multi-band terminal shown in FIG. 1.
  • the RF switching apparatus may be provided on the transmitting side (TX1, TX2) of the multi-band terminal
  • the conventional RF switch may be provided on the receiving side (RX1, RX2, RX3, RX4).
  • the insertion loss in the RF switch is minimized, so that the output of the power amplifier can be reduced. Therefore, unnecessary harmonics are reduced, linearity is improved, and in particular, power consumption of the power amplifier is reduced by that, which increases the battery life of the terminal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

RF 스위칭 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 RF 스위칭 장치는, 게이트에 인가되는 구동 전압에 따라 고주파 신호를 통과 또는 차단시키는 복수 개의 FET; 상기 고주파 신호의 통과 또는 차단을 제어하기 위한 제어 전압을 생성하는 제어 전원; 및 상기 제어 전압의 레벨을 증가시켜 상기 구동 전압으로서 출력하는 전하 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면 RF 스위치에서 발생하는 삽입 손실을 최소화할 수 있다.

Description

ＲＦ 스위칭 장치 및 방법
본 발명은 RF 스위칭 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개의 FET에 인가되는 구동 전압에 따라 고주파 신호를 통과 또는 차단시키는 RF 스위칭 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에, 휴대 전화나 무선 랜 등과 같은 무선 통신 시스템에 있어서, 멀티 모드(multi-mode) 또는 멀티 밴드(multi-band)에서 사용 가능한 단말의 수요가 늘어나고 있다. 예를 들면, 무선 랜 기능을 갖춘 휴대전화라든지, 멀티 밴드에서 사용 가능한 휴대전화, 또는 멀티 밴드에서 사용 가능한 무선 랜 장치 등이 그것이다. 이러한 멀티 모드 또는 멀티 밴드를 지원하는 단말에서는 일반적으로 안테나와 연결되어, 여러 모드 또는 여러 밴드 중 하나를 선택하도록 기능하는 RF 스위칭 장치가 필수적이다.
도 1은 대표적인 멀티 밴드 단말기의 개략적인 구성도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 송신기(transmitter)는 두 개의 주파수 밴드에 해당하는 송신 신호를 출력하며, 각 송신 신호는 전력 증폭기(power amplifier)를 통하여 증폭된 후 밴드패스 필터(BPF)를 통과한 후 안테나를 통하여 전송된다. 한편, 안테나를 통하여 수신된 수신 신호는 저잡음 증폭기(low noise amplifier)를 통하여 증폭된 후 수신기(receiver)로 전달된다. 수신기(receiver)는 네 개의 주파수 밴드에 각각 해당하는 수신 신호를 복조할 수 있도록 구현된다. 이처럼 각 주파수 밴드에 해당하는 송신 신호 또는 수신 신호를 선택하기 위하여 안테나에는 도시된 바와 같이 여섯 개의 RF 스위치가 연결된다. 그리고 각 스위치를 제어함으로써 원하는 주파수 밴드의 송신 신호를 송신하거나 원하는 주파수 밴드의 수신 신호를 수신하게 된다.
멀티 밴드 단말기에서는 이들 RF 스위치로 인해 필연적으로 삽입 손실(insertion loss)이 생기게 마련이다. RF 스위치로 인한 삽입 손실은 일반적으로 수신단에서는 크게 문제가 되지 않는다. 그러나 매우 큰 출력 신호를 보내야 하는 송신단에서 있어서 삽입 손실(insertion loss)이 커지게 되면 출력 전력을 일정하게 유지하기 위하여 전력 증폭기의 출력이 커져야 한다. 이처럼 전력 증폭기의 출력이 커지게 되면, 불필요한 하모닉스(harmonics) 성분이 늘어나고, 선형성이 나빠지며, 특히 전력 증폭기에서 소비되는 전력은 그만큼 늘어나게 되어서 단말기의 배터리 사용 시간이 줄어들게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 RF 스위치에서 발생하는 삽입 손실을 최소화할 수 있는 RF 스위칭 장치 및 방법, 그리고 이를 구비하는 멀티 밴드 단말기를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 RF 스위칭 장치는, 게이트에 인가되는 구동 전압에 따라 고주파 신호를 통과 또는 차단시키는 복수 개의 FET; 상기 고주파 신호의 통과 또는 차단을 제어하기 위한 제어 전압을 생성하는 제어 전원; 및 상기 제어 전압의 레벨을 증가시켜 상기 구동 전압으로서 출력하는 전하 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전하 펌프의 일례는 딕슨 전하 펌프일 수 있으며, 상기 딕슨 전하 펌프에 입력되는 클록 신호로서, 상기 고주파 신호를 검출하여 이용할 수 있다.
또한, 상기 RF 스위칭 장치는, 상기 검출된 고주파 신호를 입력받아 180도 위상차를 가지는 두 신호로 출력하는 발룬을 더 포함하고, 상기 두 신호가 상기 클록 신호로서 상기 딕슨 전하 펌프에 입력될 수 있다.
또한, 상기 RF 스위칭 장치는, 상기 RF 스위칭 장치의 입력단과 출력단 사이에 직렬로 마련되는 복수 개의 저항들을 더 포함하고, 상기 발룬에 입력될 고주파 신호는 상기 복수 개의 저항들 사이에서 검출될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 멀티 밴드 단말기는, 상술한 본 발명에 따른 RF 스위칭 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 RF 스위칭 방법은, 복수 개의 FET에 인가되는 구동 전압에 따라 고주파 신호를 통과 또는 차단시키는 RF 스위칭 방법으로서, (a) 상기 고주파 신호의 통과 또는 차단을 제어하기 위한 제어 전압을 생성하는 단계; (b) 전하 펌프를 이용하여 상기 제어 전압의 레벨을 증가시켜 상기 구동 전압으로서 출력하는 단계; 및 (c) 상기 구동 전압을 상기 복수 개의 FET에 인가함으로써 상기 고주파를 차단 또는 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전하 펌프는 딕슨 전하 펌프일 수 있으며, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 고주파 신호를 검출하는 단계; (b2) 발룬을 이용하여 상기 검출된 고주파 신호를 180도 위상차를 가지는 두 신호로 변환하는 단계; (b3) 상기 딕슨 전하 펌프가 상기 두 신호를 클록 신호로서 입력받아 상기 제어 전압의 레벨을 증가시켜 상기 구동 전압으로서 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b1) 단계에서 상기 고주파 신호는, 입력단과 출력단 사이에 직렬로 마련되는 복수 개의 저항들 사이에서 검출될 수 있다.
상술한 본 발명에 의하면, RF 스위치에서 발생하는 삽입 손실을 최소화할 수 있다. 따라서 멀티 밴드 단말기의 전력 증폭기의 출력을 줄일 수 있어서 불필요한 하모닉스 성분이 줄어들고, 선형성이 개선되며, 단말기의 배터리 사용 시간이 증가되는 효과가 있다.
도 1은 대표적인 멀티 밴드 단말기의 개략적인 구성도를 나타낸다.
도 2는 일반적인 RF 스위치의 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 스위칭 장치의 개략적인 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시된 RF 스위칭 장치의 보다 구체적인 일 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 5는 도 3에 도시된 RF 스위칭 장치의 보다 구체적인 다른 실시예를 나타낸 회로도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
우선, 일반적인 RF 스위치의 개략적인 회로도를 나타낸 도 2를 참조하여, RF 스위치에서 발생하는 삽입 손실을 분석하여 보기로 한다. 일반적인 RF 스위치는 도 2에 도시된 바와 같이 RF 스위치의 입력단과 출력단 사이에 소스와 드레인이 서로 연결된 복수 개의 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, 이하 FET)(Q)들과 각 FET(Q)의 게이트에 연결된 저항(Rg)으로 이루어진다. 복수 개의 FET(Q)들을를 사용하는 이유는 FET(Q)로 구성된 스위치가 높은 전력을 수용할 수 있도록 하기 위함이다. 각 FET(Q)의 게이트에는 소스와 드레인 사이의 고주파 신호의 통과 또는 차단을 제어하기 위한 구동 전압(VC_TX)이 인가되며, 이 구동 전압에 따라서 각 FET의 소스와 드레인을 통하여 고주파 신호가 통과하게 된다.
이때, FET(Q)의 개수를 n, 고주파 신호가 입력되는 단자(TX)의 DC 전압을 VRF, FET(Q)의 스레숄드 전압을 Vt, 회로의 임피던스를 Z0(일반적으로 50Ω)라 하면, RF 스위치가 수용할 수 있는 최대 전력은 다음 수학식에 따라 주어진다.
수학식 1
Figure PCTKR2009000536-appb-M000001
그리고 RF 스위치에서의 삽입 손실(insertion loss) IL(dB)은 다음 수학식에 따라 주어진다.
수학식 2
Figure PCTKR2009000536-appb-M000002
상기 수학식에서, R0는 회로의 임피던스(일반적으로 50Ω)이며, RON은 FET(Q)가 온(ON) 상태일 때의 FET(Q)의 드레인과 소스 간의 저항이다.
여기서, 상기 FET의 온 (ON) 저항 RON은 다음 수학식에 따라 주어진다.
수학식 3
Figure PCTKR2009000536-appb-M000003
상기 수학식에서 n은 FET(Q)의 개수를, WG는 FET(Q)의 게이트 폭을, VC(ON)은 FET(Q)의 온(ON) 상태를 위해 게이트에 인가되는 전압을, VRF는 고주파 신호가 입력되는 단자(TX)의 DC 전압을, Vt는 FET(Q)의 스레숄드 전압을 나타낸다.
상기 수학식들을 살펴보면, 삽입 손실을 줄이기 위해서는 상기 RON을 감소시켜야 함을 알 수 있다. 이를 위하여는 FET(Q)의 게이트 폭 WG를 증가시키거나, FET(Q)의 개수를 줄이거나, VC(ON)을 증가시켜야 함을 알 수 있다. 여기서, FET(Q)의 개수를 줄이면 스위치가 수용할 수 있는 전력이 줄어들게 되며, FET(Q)의 게이트 폭을 증가시키면, 오프(OFF) 시에 FET(Q)의 캐패시턴스 증가로 인해 절연(isolation) 능력이 떨어지게 된다. 따라서 삽입 손실을 줄이기 위해서 가장 효과적인 방안은 VC(ON), 즉 FET(Q)의 온 상태를 위해 게이트에 인가되는 전압을 증가시키는 것이다. 따라서 본 발명에서는 FET(Q)의 온 상태를 위해 게이트에 인가되는 전압을 증가시킴으로써 삽입 손실을 줄이도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 스위칭 장치의 개략적인 회로도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 RF 스위칭 장치는, 입력단(TX)과 출력단(ANT) 사이에 소스와 드레인이 서로 연결된 복수 개의 FET(Q)들, 일단이 각 FET(Q)의 게이트에 연결되고 타단이 전하 펌프(10)의 출력에 연결된 저항(Rg)들, 입력단(TX)과 출력단(ANT) 사이에 직렬로 마련되는 저항(Ri)들, 제어 전압(Vc)을 생성하는 제어 전원(20), 그리고 상기 제어 전압(Vc)의 레벨을 증가시켜 출력하는 전하 펌프(10)를 포함한다. 저항(Rg)은 게이트로 흘러들어가는 누설 전류를 낮추는 역할을 하며, 저항(Ri)은 도시된 RF 스위칭 장치와 연결된 타 RF 스위치(미도시)의 절연(isolation)을 돕는 역할을 한다.
각 FET(Q)는 게이트에 인가되는 구동 전압에 따라 온 상태 또는 오프 상태가 된다. 즉, 게이트에 인가되는 구동 전압이 하이 레벨이면 각 FET(Q)는 온 상태가 되고, 로우 레벨이면 오프 상태가 된다. 송신기(미도시)로부터 출력된 고주파 신호는 입력단(TX)으로 입력되는데, FET(Q)들이 온 상태인 동안에 고주파 신호는 복수 개의 FET(Q)들을 통과하여 출력단(ANT)으로 출력되고, FET(Q)들이 오프 상태인 동안에 고주파 신호는 차단된다.
제어 전원(20)은 고주파 신호의 통과 또는 차단을 제어하기 위한 제어 전압(Vc)을 생성하고, 이 제어 전압(Vc)은 전하 펌프(charge pump)(10)에 입력된다. 전하 펌프(10)는 입력되는 제어 전압(Vc)의 레벨을 증가시켜 각 FET(Q)의 게이트에 인가하기 위한 구동 전압으로서 출력한다. 이처럼 각 FET(Q)의 게이트에 인가되는 구동 전압이 전하 펌프(10)에 의해 증가됨으로써 상기된 수학식 2 및 3에서 보여지듯이 삽입 손실이 줄어들게 된다.
도 4는 도 3에 도시된 RF 스위칭 장치의 보다 구체적인 일 실시예를 나타낸 회로도로서, 전하 펌프(10)의 한 예로, 딕슨 전하 펌프(Dickson Charge Pump)(10a)를 사용한 실시예를 나타낸다.
딕슨 전하 펌프(10a)는 도시된 바와 같이, 입력단이 제어 전원(20)에 연결되고, 출력단이 저항(Rg)들의 일단에 연결되며, 입력 전압의 레벨을 증가시켜 출력하는 데 사용되는 180도 위상차를 가지는 두 클록 신호가 단자 CLK 및 CLK_BAR를 통하여 입력된다.
딕슨 전하 펌프(10a)는, 입력단과 출력단 사이에 직렬로 마련된 복수 개의 다이오드들(D1, D2, D3), 일단이 각 다이오드의 캐소드와 연결되고 타단이 접지된 캐패시터들(C3, C4, C5), 일단이 각각 다이오드(D1, D2)의 캐소드에 연결되고 타단이 각각 단자 CLK 및 CLK_BAR에 연결된 캐패시터(C1, C2)를 포함한다. 본 실시예에서 딕슨 전하 펌프(10a)에 3개의 다이오드들(D1, D2, D3)이 연결되어 있으나, 그 이상의 개수가 연결되어 있는 형태(예를 들어 5개, 7개 등)일 수 있으며, 이때 180도 위상차를 가지는 두 클록 신호는 각 다이오드의 캐소드 측으로 번갈아서 입력된다. 여기서, 두 클록 신호는 180도 위상차를 가지는 구형파 신호일 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 RF 스위칭 장치의 보다 구체적인 다른 실시예를 나타낸 회로도이다. 본 실시예에 의하면, 딕슨 전하 펌프(10a)에 입력되는 클록 신호로서 RF 스위칭 장치의 고주파 신호를 검출하여 이용한다. 일반적으로 딕슨 전하 펌프는 클록 신호로서 180도 위상차를 가지는 구형파 신호를 이용하는데, 이러한 구형파 신호를 이용하려면 별도로 구형파 신호를 생성하는 장치를 마련하여야 한다. 그러나 딕슨 전하 펌프에 입력되는 클록 신호는 서로 180도의 위상 차이를 유지하면 반드시 구형파 신호일 필요는 없으므로, 본 실시예에서는 구형파 신호를 대신하여, RF 스위칭 장치의 고주파 신호를 검출하여 클록 신호로 이용한다.
도 5를 참조하면, 입력단(TX)과 출력단(ANT) 사이에 직렬로 마련되는 저항(Ri)들 사이에서 클록 신호로 이용하기 위한 고주파 신호를 검출한다. 검출된 고주파 신호는, 불평형 신호(unbalanced signal)와 평형 신호(balanced signal)를 서로 바꾸어 주는 소자인 발룬(BALUN)(30)에 입력된다. 발룬(30)은 불평형 신호인 검출된 고주파 신호를 변환하여 평형 신호인 180도 위상차를 가지는 두 신호로 출력한다. 출력된 180도 위상차를 가지는 두 신호는 각각 신호 감쇄를 위한 저항(Rp)를 거쳐 단자 CLK 및 CLK_BAR에 입력된다. 딕슨 전하 펌프(10a)는 이렇게 입력되는 두 신호를 이용하여 제어 전압(Vc)의 레벨을 증가시켜 FET(Q)를 구동하기 위한 전압으로 출력한다. 본 실시예에서 딕슨 전하 펌프(10a)의 클록 신호로서 이용할 고주파 신호를 저항(Ri)들 사이에서 검출하였으나, 고주파 신호의 검출은 RF 스위칭 장치의 다른 부분에서도 이루어질 수 있다. 예를 들어, 고주파 신호는 출력단(TX1), 입력단(ANT), 또는 FET(Q)들 중 어느 하나의 소스 단 혹은 드레인 단에서 검출될 수 있다.
상술한 실시예들에 의하면, 전하 펌프가 고주파 신호의 통과 또는 차단을 제어하기 위한 제어 전압을 증가시켜 FET의 구동 전압으로서 출력하기 때문에 RF 스위칭 장치의 삽입 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 전하 펌프를 딕슨 전하 펌프로 사용할 때 클록 신호로서 고주파 신호를 검출하여 이용하게 되면, 별도로 구형파 신호를 생성하는 장치를 마련할 필요가 없으므로 회로 구성이 간단해진다.
상술한 실시예들에 따른 RF 스위칭 장치는 예를 들어 도 1에 도시된 멀티 밴드 단말기에 채용될 수 있다. 이때, 상술한 실시예에 따른 RF 스위칭 장치는 멀티 밴드 단말기의 송신측(TX1, TX2)에 마련되고, 종래의 RF 스위치는 수신측(RX1, RX2, RX3, RX4)에 마련될 수 있을 것이다. 이와 같이, 상술한 실시예들에 따른 RF 스위칭 장치를 멀티 밴드 단말기에 채용하게 되면, RF 스위치에서의 삽입 손실이 최소화되기 때문에, 전력 증폭기의 출력을 감소시킬 수 있다. 따라서 불필요한 하모닉스(harmonics) 성분이 줄어들고, 선형성이 개선되며, 특히 전력 증폭기에서 소비되는 전력은 그만큼 줄어들게 되어서 단말기의 배터리 사용 시간이 증가되는 효과가 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 게이트에 인가되는 구동 전압에 따라 고주파 신호를 통과 또는 차단시키는 복수 개의 FET;
    상기 고주파 신호의 통과 또는 차단을 제어하기 위한 제어 전압을 생성하는 제어 전원; 및
    상기 제어 전압의 레벨을 증가시켜 상기 구동 전압으로서 출력하는 전하 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스위칭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전하 펌프는 딕슨 전하 펌프인 것을 특징으로 하는 RF 스위칭 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 딕슨 전하 펌프에 입력되는 클록 신호로서, 상기 고주파 신호를 검출하여 이용하는 것을 특징으로 하는 RF 스위칭 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 검출된 고주파 신호를 입력받아 180도 위상차를 가지는 두 신호로 출력하는 발룬을 더 포함하고,
    상기 두 신호가 상기 클록 신호로서 상기 딕슨 전하 펌프에 입력되는 것을 특징으로 하는 RF 스위칭 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 RF 스위칭 장치의 입력단과 출력단 사이에 직렬로 마련되는 복수 개의 저항들을 더 포함하고, 상기 발룬에 입력될 고주파 신호는 상기 복수 개의 저항들 사이에서 검출되는 것을 특징으로 하는 RF 스위칭 장치.
  6. 멀티 밴드 단말기에 있어서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 RF 스위칭 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 밴드 단말기.
  7. 복수 개의 FET에 인가되는 구동 전압에 따라 고주파 신호를 통과 또는 차단시키는 RF 스위칭 방법에 있어서,
    (a) 상기 고주파 신호의 통과 또는 차단을 제어하기 위한 제어 전압을 생성하는 단계;
    (b) 전하 펌프를 이용하여 상기 제어 전압의 레벨을 증가시켜 상기 구동 전압으로서 출력하는 단계; 및
    (c) 상기 구동 전압을 상기 복수 개의 FET에 인가함으로써 상기 고주파를 차단 또는 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 스위칭 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전하 펌프는 딕슨 전하 펌프인 것을 특징으로 하는 고주파 스위칭 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 고주파 신호를 검출하는 단계;
    (b2) 발룬을 이용하여 상기 검출된 고주파 신호를 180도 위상차를 가지는 두 신호로 변환하는 단계;
    (b3) 상기 딕슨 전하 펌프가 상기 두 신호를 클록 신호로서 입력받아 상기 제어 전압의 레벨을 증가시켜 상기 구동 전압으로서 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 스위칭 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (b1) 단계에서 상기 고주파 신호는, 입력단과 출력단 사이에 직렬로 마련되는 복수 개의 저항들 사이에서 검출되는 것을 특징으로 하는 RF 스위칭 방법.
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