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KR101422539B1 - 디지털 프로그래머블 스위치플렉서 - Google Patents

디지털 프로그래머블 스위치플렉서 Download PDF

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KR101422539B1
KR101422539B1 KR1020120097035A KR20120097035A KR101422539B1 KR 101422539 B1 KR101422539 B1 KR 101422539B1 KR 1020120097035 A KR1020120097035 A KR 1020120097035A KR 20120097035 A KR20120097035 A KR 20120097035A KR 101422539 B1 KR101422539 B1 KR 101422539B1
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KR
South Korea
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impedance matching
switch
signal
tuning
tuning impedance
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KR1020120097035A
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임동구
김범겸
이태엽
김본기
조영호
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주식회사 하이딥
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Publication date
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Abstract

본 발명은 디지털 프로그래머블 스위치플렉서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 주파수 대역별 최적화가 가능하고 제조 비용을 절감할 수 있는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서에 관한 것이다.
본 발명에 따른 디지털 프로그래머블 스위치플렉서는 특정 주파수 대역의 신호를 출력하여 출력하는 튜닝 임피던스 매칭부 및 복수의 스위치단을 포함하되, 상기 튜닝 임피던스 매칭부의 출력신호에 대응하여 상기 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하고 상기 선택된 스위치단으로 상기 신호를 전달하는 RF 스위치부를 포함한다.

Description

디지털 프로그래머블 스위치플렉서{DIGITAL PROGRAMMALBLE SWITCHPLEXER}
본 발명은 디지털 프로그래머블 스위치플렉서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 주파수 대역별 최적화가 가능하고 제조 비용을 절감할 수 있는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서에 관한 것이다.
이동 통신 가입자는 해마다 증가하고 있으며, 이동 통신 기술도 발전하고 있다. 따라서, 코드분할다중접속(CDMA, Code Division Multiple Access), 광대역부호분할다중접속(WCDMA, Wideband Code Division Multiple Access)에 이어 최근 롱텀에벌루션(LTE, Long Term Evolution)방식이 이동 통신 규격으로 사용되고, 위성 위치 확인 시스템(GPS, Global Positioning System)과 와이파이(Wi-Fi)기술의 발전에 따라 이동 통신 서비스 시장도 급속하게 성장하고 있다. 이처럼 통신 기술 발전에 따라 사용되는 주파수 대역이 달라지고, 하나의 통신 기기는 여러 주파수 대역의 신호를 처리할 수 있도록 요구되고 있다. 이에 따라, 통신 기기는 다양한 주파수 대역의 신호를 송수신할 수 있어야 한다.
하지만, 현재의 이동통신 대역(700MHz~2.6GHz)의 신호를 송수신하기 위해서는 여러 개의 안테나가 필요하고, 안테나 개수의 증가는 모바일 기기의 부피가 커지는 문제점이 있다. 따라서, 최근에 하나의 안테나와 튜닝 범위가 넓은 임피던스 매칭 회로를 사용하여 사용하고자 하는 주파수 대역에 안테나와 송수신 회로를 매칭시킴으로써 원하는 주파수 대역의 신호가 송수신회로로부터 안테나로 잘 전달될 수 있도록 한다. 하지만, 하나의 임피던스 매칭회로를 통해 넓은 이동통신 대역을 커버하는 경우, 각 주파수 대역 별로 최적의 매칭을 할 수 없고, 신호의 손실이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이동통신 대역을 포괄할 때 전달되는 신호가 손실없이 송수신될 수 있도록 대역별 최적화가 되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조비용을 낮출 수 있는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1측면은, 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 하나 이상의 가변 리액티브 소자를 갖는 튜닝 임피던스 매칭부 및 복수의 스위치단을 포함하되, 튜닝 임피던스 매칭부의 출력신호에 대응하여 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하고 선택된 스위치단으로 신호를 출력하는 RF 스위치부를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 튜닝 임피던스 매칭부는 서로 다른 주파수 대역의 신호를 전달할 수 있도록 임피던스 매칭을 수행하는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 포함하고, 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부 중 하나의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하여 상기 신호를 츨력하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, RF 스위치부는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부에 대응한 복수의 부 RF 스위치단을 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부는 RF 스위치를 통해 안테나와 연결되며, RF 스위치는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하여 신호를 전달하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 튜닝 임피던스 매칭부는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부와 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부 중 하나의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하는 복수의 바이패스 스위치를 포함하며, 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부는 안테나와 RF 스위치부 사이에 직렬로 연결되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 바이패스 스위치는 부 튜닝 임피던스 매칭부의 입력단과 출력단 사이에 연결되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 가변 리엑티브 소자는 캐패시터 어레이를 포함하며, 캐패시터 어레이는 제1단과 제2단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 캐패시터와 각 캐패시터에 직렬로 연결되는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 스위칭 트랜지스터는 온(on) 시에 게이트단(G)에 하이(H)신호가 인가되고, 바디단(B) 및 드레인단(D)과 소스단(S)에 로우(L)신호가 인가되며, 오프(off) 시는 게이트단(G) 및 바디단(B)에 로우(L)신호가 인가되고, 드레인단(D) 및 소스단(S)에 하이(H)신호가 인가되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 스위칭 트랜지스터는 복수개의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층 트랜지스터인 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으록, 가변 리엑티브 소자는 인가되는 전압에 대응하여 정전용량이 가변되는 캐패시터 또는 MEMS 중 적어도 하나를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2측면은, 복수의 스위치단을 포함하고, 신호를 상기 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하여 출력하는 RF 스위치부 및 복수의 스위치단 각각에 연결되어 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 하나 이상의 가변 리엑티브 소자를 포함하는 튜닝 임피던스 매칭부를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 가변 리엑티브 소자는 캐패시터 어레이를 포함하며, 캐패시터 어레이는 제1단과 제2단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 캐패시터와 각 캐패시터에 직렬로 연결되는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치 플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 스위칭 트랜지스터는 온(on) 시에 게이트단(G)에 하이(H)신호가 인가되고, 바디단(B) 및 상기 드레인단(D)과 소스단(S)에 로우(L)신호가 인가되며, 오프(off) 시는 게이트단(G) 및 바디단(B)에 로우(L)신호가 인가되고, 드레인단(D) 및 소스단(S)에 하이(H)신호가 인가되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 스위칭 트랜지스터는 복수개의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층 트랜지스터인 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 가변 리엑티브 소자는 인가되는 전압에 대응하여 정전용량이 가변되는 캐패시터 또는 MEMS 중 적어도 하나를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3측면은, 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 하나 이상의 가변 리엑티브 소자를 포함하는 튜닝 임피던스 매칭부 및 복수의 스위치단을 포함하되, 튜닝 임피던스 매칭부의 출력신호에 대응하여 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하고 선택된 스위치단으로 상기 신호를 전달하는 RF 스위치부를 포함하며, 튜닝 임피던스 매칭부와RF 스위치부는 하나의 반도체 기판 상에 형성되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 튜닝 임피던스 매칭부는 서로 다른 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 포함하고, 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부 중 하나의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하여 신호를 출력하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, RF 스위치부는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부에 대응한 복수의 부 RF 스위치단을 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부는 RF 스위치를 통해 안테나와 연결되며, 상기 RF 스위치는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하여 신호를 출력하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 튜닝 임피던스 매칭부는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부와 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부 중 하나의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하는 복수의 바이패스 스위치를 포함하며, 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부는 안테나와 RF 스위치부 사이에 직렬로 연결되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 바이패스 스위치는 부 튜닝 임피던스 매칭부의 입력단과 출력단 사이에 연결되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 가변 리액티브 소자는 캐패시터어레이를 포함하며, 캐패시터 어레이는 제1단과 제2단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 캐패시터와 각 캐패시터에 직렬로 연결되는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치 플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 스위칭 트랜지스터는 온(on) 시에 게이트단(G)에 하이(H)신호가 인가되고, 바디단(B) 및 드레인단(D)과 소스단(S)에 로우(L)신호가 인가되며, 오프(off) 시는 게이트단(G) 및 바디단(B)에 로우(L)신호가 인가되고, 드레인단(D) 및 소스단(S)에 하이(H)신호가 인가되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 스위칭 트랜지스터는 복수개의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층 트랜지스터인 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 가변 리엑티브 소자는 인가되는 전압에 대응하여 정전용량이 가변되는 캐패시터 또는 MEMS 중 적어도 하나를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
본 발명의 제4측면은, 복수의 스위치단을 포함하고, 신호를 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하여 출력하는 RF 스위치부 및 복수의 스위치단 각각에 연결되어 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 튜닝 임피던스 매칭부를 포함하고, RF 스위칭부와 튜닝 임피던스 매칭부는 하나의 반도체 기판 상에 형성되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 튜닝 임피던스 매칭부는 캐패시터어레이를 포함하며, 캐패시터 어레이는 제1단과 제2단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 캐패시터와 각 캐패시터에 직렬로 연결되는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 스위칭 트랜지스터는 온(on) 시에 게이트단(G)에 하이(H)신호가 인가되고, 바디단(B) 및 상기 드레인단(D)과 소스단(S)에 로우(L)신호가 인가되며, 오프(off) 시는 게이트단(G) 및 바디단(B)에 로우(L)신호가 인가되고, 드레인단(D) 및 소스단(S)에 하이(H)신호가 인가되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 튜닝 임피던스 매칭부는 인가되는 전압에 대응하여 정전용량이 가변되는 캐패시터 또는 MEMS 중 적어도 하나를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
부가적으로, 스위칭 트랜지스터는 복수개의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층 트랜지스터인 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 디지털 프로그래머블 스위치플렉서에 의하면, 주파수 대역별로 최적화된 튜닝 임피던스 매칭부를 사용할 수 있어 송수신 회로로부터 안테나로 또는 안테나로부터 송수신 회로로 신호를 효과적으로 전달할 수 있다. 또한, 튜닝 임피던스 매칭부와 RF스위치부가 동일 공정을 통해 하나의 반도체 기판 상에 형성되기 때문에, 각각 별도의 모듈형태로 제작되는 것보다 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 프로그래머블 스위치플렉서의 일 실시예를 나타낸다.
도2는 본 발명에 따른 디지털 프로그래머블 스위치플렉서의 다른 실시예를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 프로그래머블 스위치플렉서의 다른 실시예를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 튜닝 임피던스 매칭부의 일실시예를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 튜닝 임피던스 매칭부의 커패시터 어레이의 일실시예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 도 5에 도시된 캐패시터 어레이의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 디지털 프로그래머블 스위치플렉서를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 프로그래블 스위치플렉서의 일실시예를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 디지털 프로그래머블 스위치플렉서(100)는 튜닝 임피던스 매칭부(Tunable Impedance Matching: TIM(110))와 RF 스위치부(120)를 포함한다.
튜닝 임피던스 매칭부(110)는 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 하나 이상의 가변 리액티브 소자를 포함한다. 튜닝 임피던스 매칭부(110)는 안테나(101)를 통해 수신된 신호를 임피던스 매칭을 하여 출력한다. 튜닝 임피던스 매칭부(110)는 캐패시터 어레이(111)와 코일(L)을 포함하며, 캐패시터어레이(111)는 임피던스 매칭에 사용될 튜닝 캐패시터(미도시)를 선택하고 선택된 튜닝 캐패시터의 정전용량에 대응하여 특정 주파수 대역의 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, 도면 상에서는 튜닝 임피던스 매칭부(110)에 포함된 캐패시터 어레이(111)와 코일(L)의 연결관계가 도시되어 있지 않지만, 코일(L)과 캐패시터 어레이(111)는 직렬로 연결될 수도 있고 병렬로 연결될 수도 있으며 기타 다양한 형태로 연결될 수도 있다.
RF 스위치부(120)는 복수의 스위치단(121,122,,,12n)을 포함하되, 튜닝 임피던스 매칭부(110)의 출력신호에 대응하여 복수의 스위치단(121,122,,,12n) 중 하나의 스위치단(121)을 선택하고 선택된 스위치단(121)으로 상기 신호를 출력한다.
또한, 반도체 기판(150) 상에, 예를 들면 SIO(Silicon On Insulator)공정을 통해 튜닝임피던스 매칭부(110)의 캐패시터어레이(111)와 RF 스위치부(120)를 같이 형성할 수 있다. 이로 인해, 디지털 프로그래머블 스위치플렉서(100)의 튜닝 임피던스 매칭부(110)와 RF 스위치부(120)는 하나의 반도체 기판(150) 상에 형성될 수 있다.
도2 내지 도 4는 본 발명에 따른 디지털 프로그래머블 스위치플렉서의 다른 실시예를 나타낸다. 여기서 RF 스위치부와 튜닝 임피던스 매칭부의 역할은 도 1과 동일하며, 하나의 공정을 통해 RF 스위치부와 튜닝 임피던스 매칭부를 동일한 반도체 기판 상에 형성할 수 있고 이로 인해 제조비용을 줄일 수 있다.
도 2를 참조하면, 디지털 프로그래머블 스위치플렉서(200)는 RF 스위치부(210)는 안테나(201)와 연결되며, RF 스위치부(210)는 안테나(201)를 통해 입력되는 신호를 스위칭 동작을 통해 복수의 스위치단(211,212,,,21n) 중 하나의 스위치단(211)을 통해 출력한다. 그리고, 각 스위치단(211,212,,,21n)에는 부 튜닝 임피던스 매칭부(221,222,,,22n)가 각각 연결되도록 하고 각 스위치단(211,212,,,21n)의 수에 대응하여 이동통신대역을 세분할 수 있다. 따라서, 디지털 프로그래머블 스위치플렉서(200)는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부(221,222,,,22n)를 사용하기 때문에, 세분화된 주파수 대역에 최적화된 임피던스 매칭부를 제공할 수 있다. 또한, 각각의 부 튜닝 임피던스 매칭부(221,222,,,22n)의 튜닝범위가 좁아도 이동통신 대역 전부를 커버할 수 있다.
도 3을 참조하면, 디지털 프로그래머블 스위치플렉서(300)는 안테나(301)와 튜닝 임피던스 매칭부(320) 사이에 RF 스위치부(310)를 연결하고 튜닝 임피던스 매칭부(320)의 출력단(O321,O322,O323)에 또 다른 RF 스위치부(330)를 연결한다. 이때, 튜닝 임피던스 매칭부(320)는 특정 범위의 대역에 최적화되어 있는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부(321,322,323)를 구비할 수 있다. 또한, 튜닝 임피던스 매칭부(320)에 연결된 RF스위치부(330)는 복수의 부 RF 스위치부(331,332,333)를 구비할 수 있다. 이때, 하나의 부 튜닝 임피던스 매칭부(321)에는 하나의 부 RF 스위치부(331)가 연결될 수 있다. 또한, 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부(321,322,323)의 수는 이동통신 대역을 분할한 수에 대응되도록 할 수 있다. 도 3에서는 튜닝 임피던스 매칭부(320)이 3개의 부 튜닝 임피던스 매칭부(321,322,323)으로 분할되어 있지만, 여기에 한정되지 않으며 2개 내지 5개 정도의 부 튜닝 임피던스 매칭부로 주파수 대역을 구분할 수 있어, 이동통신 대역을 2~5개 정도로 분할 할 수 있다. 그리고, 안테나(301)를 통해 수신된 신호가 RF 스위치부(310)의 동작에 의해 3개의 부 튜닝 임피던스 매칭부(321,322,323) 중 하나, 예를 들면, 첫번째 부 튜닝 임피던스 매칭부(321)에 전달되고 첫번째 부 튜닝 임피던스 매칭부(321)에 전달된 신호는 튜닝 임피던스 매칭부(321)을 통해 특정 주파수 대역을 갖는 신호가 출력되고 복수의 부 RF 스위치부(331,332,333) 중 첫번째 부 튜닝 임피던스 매칭부(321)와 연결된 부 RF 스위치부(331)로 신호를 전달한다. 그리고, 튜닝임피던스 매칭부(321)로부터 신호를 전달받은 부 RF 스위치부(331)는 스위칭동작에 대응하여 특정 스위치단(O331)으로 전달받은 신호가 출력될 수 있도록 한다. 따라서, 주파수 대역별로 최적화된 부 튜닝임피던스 매칭부(321,322,323)를 통해 신호를 출력할 수 있어 튜닝 범위가 넓은 캐패시터를 사용할 필요가 없다. 따라서, 고가의 튜닝 캐패시터를 사용하지 않아도 된다.
도 4를 참조하면, 안테나(401)와 RF 스위치부(430) 사이에 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부(411,412)가 직렬로 연결된다. 도 4에서는 2개의 부 튜닝 임피던스 매칭부(411,412)가 직렬로 연결되어 있지만 여기에 한정되지 않고 2개 이상의 부 튜닝 임피던스 매칭부가 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 각 부 튜닝 임피던스 매칭부(411,412)의 입력단(N41)과 출력단(N42) 사이에 각각 바이패스 스위치(421,422)가 연결된다. 따라서, 2개의 바이패스 스위치(421,422) 중 첫번째 바이패스 스위치(421)가 턴 온되고 두번째 바이패스 스위치(422)가 턴오프되면, 신호는 턴온된 첫번째 바이패스 스위치(421), 두번째 부 튜닝 임피던스 매칭부(412)를 순차적으로 통과하여 RF 스위치부(430)로 전달된다. 그리고, 첫번째 바이패스 스위치(421)가 턴오프되고 두번째 바이패스 스위치(422)가 턴온되면, 신호는 턴오프된 첫번째 부 튜닝 임피던스 매칭부(411), 두번째 바이패스 스위치(422)를 순차적으로 통과하여 RF 스위치부(430)로 전달된다. 따라서, 이동통신 주파수 대역을 분할하여 각 주파수 대역별로 최적화된 부 튜닝임피던스 매칭부(411,412)를 생성할 수 있고 이렇게 생성된 부 튜닝임피던스 매칭부(411,412)를 통해 신호를 임피던스 매칭을 할 수 있어 튜닝 범위가 넓은 캐패시터를 사용할 필요가 없다. 따라서, 고가의 튜닝 캐패시터를 사용하지 않아도 되며, 주파수 대역 별로 최적화된 튜닝 캐패시터를 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 캐패시터 어레이의 일 실시예를 나타내는 회로도이다. 도 5를 참조하면, 캐패시터 어레이(500)는 제1단(501)과 제2단(502) 사이에 복수의 튜닝 캐패시터(511,512,,,,51n)와 복수의 튜닝 캐패시터(511,512,,,,51n) 중 하나의 튜닝 캐패시터를 선택하고 선택된 튜닝 캐패시터를 통해 신호가 흐르도록 하는 스위칭트랜지스터부(521,522,,,,52n)을 포함한다. 복수의 튜닝 캐패시터(511,512,,,,51n)는 각각 다른 정전용량을 가지고 있어 도 1에 도시된 코일과 선택된 튜닝 캐패시터에 의해 임피던스 매칭을 할 수 있는 주파수 대역이 결정된다. 그리고, 안테나(미도시)는 제1단(501)과 연결되어 안테나를 통해 수신된 신호는 제1단(501)과 제2단(502)을 거쳐 RF 스위치부(미도시)로 전달된다.
캐패시터 어레이(500)의 연결관계를 보다 구체적으로 설명하면, 복수의 튜닝 캐패시터(511,512,,,,51n)의 제1전극은 병렬로 제1단(501)에 연결되고 복수의 튜닝캐패시터(511,512,,,,51n)의 제2전극은 스위칭 트랜지스터부 (521,522,,,,52n)의 제1전극에 연결된다. 스위칭 트랜지스터부 (521,522,,,,52n)의 제2전극은 제2단(502) 사이에 연결되고 스위칭 트랜지스터부 (521,522,,,,52n)의 게이트는 제어신호를 전달받아 스위칭 트랜지스터부 (521,522,,,,52n)의 턴온/턴오프 동작을 수행할 수 있도록 한다. 스위칭 트랜지스터부(521,522,,,,52n)의 제1전극과 제2전극은 각각 소스와 드레인이다. 그리고, 스위칭트랜지스터부(521,522,,,,52n)의 바디(B)는 접지에 연결된다. 또한, 스위칭 트랜지스터부(521,522,,,,52n)는 m 개의 트랜지스터가 적층되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 하나의 스위칭 트랜지스터를 이용하는 것도 가능하다. 그리고, 복수의 튜닝 캐패시터(511,512,,,,51n) 중 첫번째 튜닝 캐패시터(511)의 용량을 C0로 가정하면 두번째 튜닝 캐패시터(512)의 용량은 2C0 가 되고 n번째 튜닝 캐패시터(51n)의 용량은 2n C0 가 되도록 설정할 수 있다. 이렇게 캐패시터 어레이(500)의 튜닝 캐패시터의 용량이 2의 배수로 커지도록 설정할 수 있는 이유는 2진수의 디지털 신호에 대응될 수 있도록 하기 위해서이다. 그리고, 스위칭 트랜지스터부(521,522,,,,52n)의 채널의 폭은 튜닝 캐패시터의 용량에 대응하여 넓어진다. 즉, 첫번째 튜닝 캐패시터(511)에 연결된 스위칭트랜지스터부 (521)의 채널의 폭은 W가 되고 두번째 튜닝 캐패시터(512)에 연결된 스위칭 트랜지스터부(522)의 채널의 폭은 2W가 되고 n번째 튜닝 캐패시터(51n)에 연결된 스위칭트랜지스터부(52n)의 채널의 폭은 2n W가 된다. 그 이유는 캐패시터 어레이(500)의 각 스위칭트랜지스터부(521,522,,,,52n)을 통과한 신호들의 Q팩터가 일정하게 유지되도록 하기 위해서이고, Q팩터는 하기의 수학식 1과 같다.
Figure 112012070841894-pat00001
여기서 fo는 신호의 주파수, R은 스위칭 트랜지스터부의 저항, C는 튜닝 캐패시터의 정전용량을 의미한다.
따라서, 튜닝 캐패시터의 정전용량이 두배씩 증가하면서 동일한 Q팩터를 유지하기 위해서는 저항이 두배씩 감소하여야 한다. 그러기 위해서는 튜닝 캐패시터(511,512,,,,51n)에 연결된 스위칭 트랜지스터부(521,522,,,,52n)의 채널의 폭이 두배씩 증가하여야 한다.
도 6은 도 5에 도시된 캐패시터 어레이의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 여기서는 하나의 튜닝 캐패시터에 하나의 트랜지스터가 연결되어 있는 것으로 설명한다. 도 6을 참조하면, 커패시터 어레이(600)는 제1 단자(601)와 제2 단자(602) 사이에 위치하는 튜닝 캐패시터(610), 제1 단자(601)와 제2 단자(602) 사이에서의 튜닝 캐패시터(610)의 연결을 온/오프 시키는 트랜지스터(620)를 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 캐패시터 어레이(600)의 튜닝 캐패시터(610)는 일단이 제1 단자(601)와 연결되고 타단은 트랜지스터(620)와 연결된다. 그리고, 트랜지스터(620)는 일단이 튜닝 캐패시터(610)와 연결되고 타단은 제2 단자(602)와 연결된다. 제1 단자(601)는 신호가 입력되는 안테나(미도시)와 연결될 수 있으며, 제2 단자(602)는 RF스위치부(미도시)로 연결된다. 또한, 제1 단자(601)는 RF 입력단자에 연결되는 RF+단자가 되고, 제2 단자(602)는 RF 출력포트에 연결되는 RF-단자가 될 수도 있다. 이 외에도 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 형태의 단자로 사용될 수 있다. 트랜지스터(620)는 제어신호를 입력받아 선택적으로 튜닝 캐패시터(610)를 통해 신호가 전달될 수 있도록 한다. 즉, 제1 단자(601)와 제2 단자(602) 사이에서 트랜지스터(620)의 스위칭동작에 의해 도 5에 도시된 캐패시터 어레이의 복수의 튜닝 캐패시터 중 하나의 튜닝 캐패시터가 선택될 수 있도록 한다. 여기서, 튜닝 캐패시터는 메탈 인슐레이터 메탈(Metal insulator Metal: MIM)캐패시터, MEMS(Micro electro mechanical slystems), 인가되는 전압에 의해 유전체의 상수가 가변되는 박막 세라믹 물질을 사용한 BST(Barium Strontium Titanate)을 이용한 캐패시터 등을 사용할 수 있고, 트랜지스터(620)로는 여러 가지 반도체 소자가 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜닝 캐패시터(610)와 연결된 트랜지스터(620)의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 튜닝 캐패시터(610)과 연결된 트랜지스터(620)는 드레인단(D)이 튜닝 캐패시터(610)와 연결되고, 소스단(S)은 제2 단자(602)와 연결될 수 있다. 트랜지스터(620)는 튜닝 캐패시터(610)으로 신호가 흐르는 것은 제어하는 스위칭 역할을 한다. 트랜지스터(620)의 특성상 제1 단자(601)와 제2 단자(602) 사이에서 트랜지스터(620)의 연결은 반대로 될 수 있다. 즉, 트랜지스터(620)의 소스단(S)이 튜닝 캐패시터(610)와 연결되고 드레인단(D)은 제2 단자(602)와 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 트랜지스터(620)의 드레인단(D)이 튜닝 캐패시터(610)와 연결되는 경우를 예로 들어 설명한다.
트랜지스터(620)의 동작은 게이트단(G)과 드레인단(D) 간의 전위차인 게이트-드레인 전압(VGD), 게이트단(G)과 소스단(S) 간의 전위차인 게이트-소스 전압(VGS), 바디단(B)과 드레인단(D) 간의 전위차인 바디-드레인 전압(VBD), 바디단(B)과 소스단(S) 간의 전위차인 바디-소스 전압(VBS)에 의하여 정해지며, 트랜지스터(620)가 턴온(turn-on)되도록 하기 위해서는, 트랜지스터(620)의 게이트단(G)은 하이(H)신호가 인가되고, 드레인단(D), 소스단(S) 및 바디단(B)은 로우(L)신호가 인가되도록 할 수 있다. 그러나, 트랜지스터(620)가 턴오프(turn-off)가 되도록 하기 위해서는, 스위칭 트랜지스터(300)의 게이트단(G) 및 바디단(B)단은 로우(L)신호가 인가되고, 드레인단(D) 및 소스단(S)에는 하이(H)신호가 인가되도록 할 수 있다.
그리고, 도 6에는 도시되어 있지 않지만, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 트랜지스터(300)의 게이트단(G)과 바디단(B)에 각각 저항이 연결될 수 있다. 각 저항은 트랜지스터(300)가 안정적으로 동작할 수 있도록 한다. 만약, 드레인단(D)에 +3V에서 -3V 사이에서 스윙하는 교류 신호가 전달되고 게이트단(G)에 +3V의 하이 신호가 전달되면, 드레인단(D)에는 교류 전압이 전달되기 때문에 전압의 크기가 실시간으로 변하는 반면 게이트전압은 하이 신호로 고정이 된다. 이렇게 드레인단(D)의 전압이 변하게 되면 드레인단(D)의 전압과 게이트단(G)의 전압차이가 트랜지스터(M5)의 문턱전압보다 작게 될 수 있다. 예를 들어 드레인단(D)에 +3V의 전압이 전달되고 게이트 단(G)에 +3V의 전압이 전달되면, 드레인단(D)과 게이트단(G) 간의 전압차이는 0V가 되어 트랜지스터(M5)의 문턱전압보다 작아 트랜지스터(M5)는 오프 상태가 된다. 하지만, 게이트단(G)에 저항이 연결되어 있으면, 트랜지스터(300)의 소스단(S)과 게이트단(G), 게이트단(G)과 드레인단(D)에 캐패시터가 형성되고 형성된 캐패시터의 커플링 동작에 의해 소스단(S)과 게이트단(G), 게이트단(G)과 드레인단(D) 간에 전압이 일정하게 유지된다.
따라서, 게이트단(G)으로 하이 신호가 입력되고 드레인단(D)에 입력되는 교류가 +3V에서 -3V 사이의 전압을 스윙하더라도 소스단(S)과 게이트단(D), 게이트단(G)과 드레인단(S) 사이의 전압이 일정하게 유지되어 트랜지스터(M5)가 온 상태를 유지하게 된다. 그리고, 트랜지스터(300)가 오프 상태일 때도 동일한 과정에 의해 오프 상태가 안정적으로 유지될 수 있도록 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 디지털 프로그래머블 스위치플렉서 101: 안테나
110: 튜닝 임피던스 매칭부 111: 캐패시터어레이
120: RF 스위치부 L: 코일

Claims (30)

  1. 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 하나 이상의 가변 리액티브 소자, 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부 및 상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부 중 하나의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하는 복수의 바이패스 스위치를 포함하는 튜닝 임피던스 매칭부; 및
    복수의 스위치단을 포함하되, 상기 튜닝 임피던스 매칭부로부터 출력된 매칭신호에 대응하여 상기 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하고 상기 선택된 스위치단으로 상기 매칭신호를 출력하는 RF 스위치부를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜닝 임피던스 매칭부는 서로 다른 주파수 대역의 신호를 전달할 수 있도록 임피던스 매칭을 수행하는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 포함하고, 상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부 중 하나의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하여 상기 매칭신호를 츨력하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 RF 스위치부는 상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부에 대응한 복수의 부 RF 스위치단을 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부는 RF 스위치를 통해 안테나와 연결되며, 상기 RF 스위치는 상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하여 신호를 전달하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부는 안테나와 상기 RF 스위치부 사이에 직렬로 연결되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바이패스 스위치는 상기 부 튜닝 임피던스 매칭부의 입력단과 출력단 사이에 연결되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  7. 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 하나 이상의 가변 리액티브 소자를 갖는 튜닝 임피던스 매칭부; 및
    복수의 스위치단을 포함하되, 상기 튜닝 임피던스 매칭부로부터 출력된 매칭신호에 대응하여 상기 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하고 상기 선택된 스위치단으로 상기 매칭신호를 출력하는 RF 스위치부를 포함하고,
    상기 가변 리엑티브 소자는 캐패시터 어레이를 포함하며, 상기 캐패시터 어레이는 제1단과 제2단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 캐패시터와 각 캐패시터에 직렬로 연결되는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 온(on) 시에 게이트단(G)에 하이(H)신호가 인가되고, 바디단(B) 및 드레인단(D)과 소스단(S)에 로우(L)신호가 인가되며, 오프(off) 시는 상기 게이트단(G) 및 상기 바디단(B)에 로우(L)신호가 인가되고, 상기 드레인단(D) 및 상기 소스단(S)에 하이(H)신호가 인가되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 복수개의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층 트랜지스터인 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가변 리엑티브 소자는 인가되는 전압에 대응하여 정전용량이 가변되는 캐패시터 또는 MEMS 중 적어도 하나를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  11. 복수의 스위치단을 포함하고, 신호를 상기 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하여 출력하는 RF 스위치부; 및
    상기 복수의 스위치단 각각에 연결되어 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 하나 이상의 가변 리엑티브 소자를 포함하는 튜닝 임피던스 매칭부를 포함하고,
    상기 가변 리엑티브 소자는 캐패시터 어레이를 포함하며, 상기 캐패시터 어레이는 제1단과 제2단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 캐패시터와 각 캐패시터에 직렬로 연결되는 스위칭 트랜지스터를 포함하는,
    는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 온(on) 시에 게이트단(G)에 하이(H)신호가 인가되고, 바디단(B) 및 드레인단(D)과 소스단(S)에 로우(L)신호가 인가되며, 오프(off) 시는 상기 게이트단(G) 및 상기 바디단(B)에 로우(L)신호가 인가되고, 상기 드레인단(D) 및 상기 소스단(S)에 하이(H)신호가 인가되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 복수개의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층 트랜지스터인 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 가변 리엑티브 소자는 인가되는 전압에 대응하여 정전용량이 가변되는 캐패시터 또는 MEMS 중 적어도 하나를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  16. 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 하나 이상의 가변 리엑티브 소자, 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부, 및 상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부 중 하나의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하는 복수의 바이패스 스위치를 포함하는 튜닝 임피던스 매칭부; 및
    복수의 스위치단을 포함하되, 상기 튜닝 임피던스 매칭부로부터 출력된 매칭신호에 대응하여 상기 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하고 상기 선택된 스위치단으로 상기 매칭신호를 전달하는 RF 스위치부를 포함하며,
    상기 튜닝 임피던스 매칭부와 상기 RF 스위치부는 하나의 반도체 기판 상에 형성되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 튜닝 임피던스 매칭부는 서로 다른 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 포함하고, 상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부 중 하나의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하여 상기 매칭신호를 출력하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 RF 스위치부는 상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부에 대응한 복수의 부 RF 스위치단을 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부는 RF 스위치를 통해 안테나와 연결되며, 상기 RF 스위치는 상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부를 선택하여 신호를 출력하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 부 튜닝 임피던스 매칭부는 안테나와 상기 RF 스위치부 사이에 직렬로 연결되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 바이패스 스위치는 상기 부 튜닝 임피던스 매칭부의 입력단과 출력단 사이에 연결되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  22. 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 하나 이상의 가변 리엑티브 소자를 포함하는 튜닝 임피던스 매칭부; 및
    복수의 스위치단을 포함하되, 상기 튜닝 임피던스 매칭부로부터 출력된 매칭신호에 대응하여 상기 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하고 상기 선택된 스위치단으로 상기 매칭신호를 전달하는 RF 스위치부를 포함하며,
    상기 튜닝 임피던스 매칭부와 상기 RF 스위치부는 하나의 반도체 기판 상에 형성되고,
    상기 가변 리액티브 소자는 캐패시터어레이를 포함하며, 상기 캐패시터 어레이는 제1단과 제2단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 캐패시터와 각 캐패시터에 직렬로 연결되는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치 플렉서.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 온(on) 시에 게이트단(G)에 하이(H)신호가 인가되고, 바디단(B) 및 드레인단(D)과 소스단(S)에 로우(L)신호가 인가되며, 오프(off) 시는 상기 게이트단(G) 및 상기 바디단(B)에 로우(L)신호가 인가되고, 상기 드레인단(D) 및 상기 소스단(S)에 하이(H)신호가 인가되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 복수개의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층 트랜지스터인 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  25. 제16항에 있어서,
    상기 가변 리엑티브 소자는 인가되는 전압에 대응하여 정전용량이 가변되는 캐패시터 또는 MEMS 중 적어도 하나를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  26. 복수의 스위치단을 포함하고, 신호를 상기 복수의 스위치단 중 하나의 스위치단을 선택하여 출력하는 RF 스위치부; 및
    상기 복수의 스위치단 각각에 연결되어 특정 주파수 대역에 임피던스 매칭을 하는 튜닝 임피던스 매칭부를 포함하고,
    상기 RF 스위치부와 상기 튜닝 임피던스 매칭부는 하나의 반도체 기판 상에 형성되고,
    상기 튜닝 임피던스 매칭부는 캐패시터 어레이를 포함하며, 상기 캐패시터 어레이는 제1단과 제2단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 캐패시터와 각 캐패시터에 직렬로 연결되는 스위칭 트랜지스터를 포함하는,
    디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  27. 삭제
  28. 제26항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 온(on) 시에 게이트단(G)에 하이(H)신호가 인가되고, 바디단(B) 및 드레인단(D)과 소스단(S)에 로우(L)신호가 인가되며, 오프(off) 시는 상기 게이트단(G) 및 상기 바디단(B)에 로우(L)신호가 인가되고, 상기 드레인단(D) 및 상기 소스단(S)에 하이(H)신호가 인가되는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 튜닝 임피던스 매칭부는 인가되는 전압에 대응하여 정전용량이 가변되는 캐패시터 또는 MEMS 중 적어도 하나를 포함하는 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터는 복수개의 트랜지스터가 직렬로 연결된 적층 트랜지스터인 디지털 프로그래머블 스위치플렉서.
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