KR20150052628A

KR20150052628A - 피시비 커패시터 가변 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150052628A
Application number: KR1020130134309A
Authority: KR
Inventors: 김유신; 이상원; 이종진
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2015-05-14
Also published as: KR102069625B1; US20150123492A1; US9877392B2

Abstract

본 발명은 피시비 커패시터 가변 장치 및 방법에 관한 것으로, 제1 패턴과 제2 패턴 사이에 유전층이 구비되어 임의의 병렬 커패시터를 형성하는 피시비; 및 상기 커패시터의 등가 커패시턴스를 조절하기 위해 상기 커패시터의 일측 패턴이 스위칭 가능하도록 연결된 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피시비 커패시터 가변 장치와 이를 이용한 피시비 커패시터 가변 방법이 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따르면 피시비 패턴과 유전체를 이용하여 자체적으로 커패시터를 구현하게 되므로 무선통신 시스템의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 커패시터를 선택적으로 스위칭 할 수 있으므로 증폭기의 출력이 요구하는 최적의 주파수를 구현할 수 있다.

Description

피시비 커패시터 가변 장치 및 방법{VARIABLE CAPACITANCE DEVICE AND METHOD USING PCB CAPACITOR}

본 발명은 피시비 커패시터 가변 장치 및 방법에 관한 것이다.

다층 피시비(Printed Circuit Board, PCB)는 무선통신 시스템 등과 같은 집적 기술이 요구되는 분야에 사용되고 있다. 또한, RF IC, Analog IC, Digital IC 등으로 구성되는 무선통신 시스템의 IC에는 수동소자인 인덕터와 커패시터가 집적화 되어 있다. 그러나 커패시터를 별도로 집적화 하는 것은 다이 크기(Die Size)가 커지게 되어 시스템의 소형화를 기대할 수 없으며, 추가 공정에 따른 비용 증가의 문제를 가져오게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래 기술은 동박적층판을 교대로 위치하게 하여 상기 동박적층판을 비어홀로 연결함으로써 커패시터 패턴을 구현하고 있다. 그러나 이러한 종래 기술은 커패시턴스(Capacitance)를 고정적으로 사용하는 기술이므로 제조 공정상의 IC의 특성 변화에 대처할 수 없는 문제가 있다.

KR

2002-0076694

A

본 발명의 일실시예의 관점에 따라 피시비 패턴과 유전체를 이용하여 자체적으로 커패시터를 구현하되, 상기 커패시터를 선택적으로 스위칭 하여 증폭기의 출력이 요구하는 최적의 주파수를 구현하기 위한 피시비 커패시터 가변 장치 및 피시비 커패시터 가변 방법을 제공하는 데에 있다.

상기 관점을 달성하기 위해, 본 발명의 장치의 일실시예에 따르면, 제1 패턴과 제2 패턴 사이에 유전층이 구비되어 임의의 병렬 커패시터를 형성하는 피시비; 및 상기 커패시터의 등가 커패시턴스를 조절하기 위해 상기 커패시터의 일측 패턴이 스위칭 가능하도록 연결된 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피시비 커패시터 가변 장치가 제공된다.

또한, 상기 스위칭으로 증폭부의 출력이 변하는 증폭부가 더 구비된다.

또한, 상기 증폭부의 출력이 최적화 된 시스템 주파수와 반대가 되는 위상의 신호를 출력하는 기준신호 발생부; 및 상기 증폭부의 출력과 상기 기준신호 발생부의 출력을 혼합하는 혼합부를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 기준신호 발생부는 위상 추이기를 구비할 수 있다.

또한, 상기 혼합부의 출력을 감지하여 제어부가 상기 스위치부를 스위칭 하도록 하는 파워 감지부가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 제어부에는 룩업 테이블이 구비되어 있어, 스위칭 되는 커패시터의 정보와 상기 스위칭 되는 커패시터의 커패시턴스 정보를 저장하여 상기 스위치부를 스위칭 할 수 있다.

한편, 본 발명의 방법의 일실시예에 따르면, (A) 기준신호를 발생하는 단계; (B) 임의의 피시비 커패시터를 스위칭 하는 단계; (C) 증폭기의 출력과 기준신호의 출력을 혼합하는 단계; 및 (D)혼합부의 출력이 영인지 여부를 감지하는 단계를 포함하는 피시비 커패시터 가변 방법이 제공된다.

또한, 상기 (B) 단계는 제어부에 의해 스위칭 되며, 상기 제어부에는 룩업 테이블이 구비되어, 상기 스위칭 되는 커패시터의 정보와 상기 스위칭 되는 커패시터의 커패시턴스 정보를 저장하여 상기 스위치부를 스위칭 할 수 있다.

또한, 상기 (D) 단계에서 혼합부의 출력이 영이 아닌 경우에 상기 (B) 단계로 돌아가 다른 임의의 피시비 커패시터를 스위칭 할 수 있다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 피시비 패턴과 유전체를 이용하여 자체적으로 커패시터를 구현하게 되므로 무선통신 시스템의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 커패시터를 선택적으로 스위칭 할 수 있으므로 증폭기의 출력이 요구하는 최적의 주파수를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피시비 커패시터 가변 장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피시비 커패시터 가변 장치의 예시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 피시비 커패시터 가변 방법의 흐름도.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피시비 커패시터 가변 장치의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 피시비 커패시터 가 장치는 증폭부(10)와, 스위치부(20)와, 제어부(30)와, 기준신호 발생부(40)와, 혼합부(50)와, 파워 감지부(60)를 구비한다.

상기 증폭부(10)는 트랜지스터 소자와 수동 소자를 포함하는 RF 증폭기일 수 있다. 상기 증폭부(10)는 입력단에 입력 신호가 인가되면 출력단에 출력(VA) 신호가 증폭되어 출력된다. 상기 출력(VA)은 시스템 주파수에 부합하도록 최적의 주파수 내지 크기를 충족해야 한다.

한편, 상기 증폭부(10) 내에는 피시비 커패시터가 구비될 수 있다. 물론 상기 피시비 커패시터는 상기 증폭부(10) 외부에 위치하여 상기 증폭부(10)의 내부로 연결될 수 있다. 또한, 상기 피시비 커패시터는 RF IC, Analog IC, Digital IC와 같이 집적도가 높은 부분을 피해서 위치하여 상기 증폭부(10)의 내부로 연결될 수도 있다.

상기 스위치부(20)는 상기 피시비 커패시터의 등가 커패시턴스를 조절한다. 구체적으로 제1 패턴과 제2 패턴 사이에 유전층이 구비되어 임의의 병렬 커패시터를 형성하는 피시비에서, 상기 일측 패턴이 스위칭 가능하도록 스위치부에 연결된다. 스위치부(20)는 트랜지스터와 같은 반도체 소자로 구현될 수 있으며, 상기 제어부(30) 및 상기 파워 감지부(60)와 연계되어 스위칭 동작을 수행할 수 있다.

다음으로 상기 제어부(30)는 컨트롤러 등이 구비되어 상기 스위치부(20)의 스위칭을 제어한다. 또한, 상기 제어부(30)에는 룩업 테이블(Look-Up Table)이 구비되어 있어, 스위칭 되는 커패시터의 정보와 상기 스위칭 되는 커패시터의 커패시턴스 정보를 저장하여 상기 스위치부(20)를 제어한다.

구체적으로 상기 룩업 테이블은 어떠한 피시비 커패시터를 스위칭 하고 있는가에 대한 정보, 스위칭 되는 피시비 커패시터의 패턴의 폭(w), 패턴의 길이(l), 패턴 간의 거리(h), 유전체의 유전율(ε)로 결정되는 피시비 커패시터의 커패시턴스에 관한 정보를 저장한다. 또한, 상기 룩업 테이블은 후술하는 증폭부의 출력(VA), 기준신호 발생부의 출력(VR), 혼합부의 출력(5)에 관한 정보를 저장할 수 있다.

특히, 무선통신 시스템에서 초기 교정(Calibration) 시 상기 관련 정보들을 룩업 테이블에 저장하여 스위칭 한다면 최적화 된 커패시턴스를 구현하기 위해 시행착오를 줄일 수 있다.

상기 기준신호 발생부(40)는 상기 증폭부(10)의 출력(VA)이 최적화 된 시스템 주파수와 반대가 되는 위상의 신호를 출력한다.

구체적으로 상기 증폭부(10)의 출력(VA)이 최적화 된 출력을 VAOPT라 가정한다. 상기 기준신호 발생부(40)는 VAOPT = K*sin(wt+θ) 의 정현파 신호를 발생시킨 후 위상 추이기(Phase Shifter)를 거쳐 VR = -VAOPT = -K*sin(wt+θ) 출력을 발생시킬 수 있다. 여기서 K의 크기는 일예로 420[㎷]일 수 있다.

상기 혼합부(50)는 상기 증폭부의 출력(VA)과 상기 기준신호 발생부(40)의 출력(VR)을 혼합하여 출력(VOUT)한다. 상기 혼합부(50)는 믹서(MIXER)를 사용할 수 있으며 상기 믹서는 두 신호를 합성하여 새로운 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라 상기 혼합부(50)의 출력은 VOUT = VA + VR 이다.

여기서 상기 혼합부(50)의 출력(VOUT) 값에 대하여 좀더 구체적으로 살펴보면, 앞서 살폈듯이 기준신호 발생부(40)의 출력은 VR = -VAOPT = -K*sin(wt+θ)로서 일정한 파형이다. 그런데, 증폭부의 출력(VA)이 최적화 되지 않으면 VA ≠ VAOPT이므로, 이 경우에는 VOUT ≠ 0 [V]이다.

이처럼 최적화 되지 않은 경우에는 상기 파워 감지부(60)는 상기 혼합부(50)의 출력(VOUT)을 감지하여 상기 제어부(30)가 상기 스위치부(20)를 스위칭 하도록 할 수 있다. 즉, 이전의 임의의 피시비 커패시터와 같은 조합이 아닌 다른 조합으로 다른 임의의 피시비 커패시터를 스위칭 하여 최적화 시키도록 하는 것이다.

상기와 같이 다른 임의의 피시비 커패시터를 스위칭 하여 VA = VAOPT 로 최적화 되면 VOUT = 0 [V]가 된다. 물론, 증폭부(10)의 출력(VA)이 VAOPT에 근접하여 혼합부의 출력(VOUT)이 0 [V]에 근접하는 경우에도 오차 범위 내에서 허용되는 경우라면 최적화 되었다고 볼 수도 있다.

마지막으로 상기 파워 감지부(60)는 상기 혼합부(50)의 출력(VOUT)을 감지하여 상기 제어부(30)가 상기 스위치부(20)를 스위칭 하도록 신호를 전달한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피시비 커패시터 가변 장치의 예시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 증폭기(10) 내에는 제1 커패시터(11), 제2 커패시터(12), 제3 커패시터(13) 등 피시비 커패시터가 구비될 수 있다. 물론 상기 커패시터들이 상기 증폭기(10) 외에 위치할 수도 있음은 앞서 설명한 바와 같다. 상기 제1 커패시터(11)를 중심으로 피시비 커패시터가 형성되는 구조를 살펴보면 다음과 같다.

유전율(ε)을 갖는 유전체는 프리프레그(Prepreg)일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유전체를 사이에 두고 제1 패턴인 상부 동박 패턴, 제2 패턴인 하부 동박 패턴이 구비되어 있다. 또한, 상기 패턴들은 전원 패턴, 신호 패턴, 접지 패턴 등의 조합일 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 피시비는 커패시터와 같은 기능을 하며 커패시턴스는 다음과 같이 표현할 수 있다.

C = εwl/h

여기서 ε는 절연체의 유전율, w는 패턴의 폭, l은 패턴의 길이(도 2의 커패시터들은 단면도를 표시한 것이므로 패턴의 길이는 도시되지 않음), h는 패턴 사이의 거리이다. 이처럼 피시비 커패시터의 커패시턴스는 패턴의 폭, 패턴의 길이에 비례하고, 패턴 사이의 거리에 반비례 하는 관계가 있다.

한편, 제2 커패시터(12), 제3 커패시터(13) 등도 상기 제1 커패시터와 같은 구조이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 커패시터들 사이의 ε, w, l, h는 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있다.

상기 커패시터들을 스위칭 하기 위해 상기 각 커패시터들의 제1 패턴을 상기 스위치부(20)에 연결한다. 그리고 상기 각 커패시터들의 제2 패턴을 공통 접점으로 연결할 수 있다. 상기 제2 패턴의 공통 접점은 다른 소자와 연결될 수 있다

마찬가지로 상기 커패시터들의 제1 패턴을 또 다른 소자와 연결하되 상기 제1 패턴과 상기 또 다른 소자 사이에 스위치부(20)를 구비한 것일 수도 있다.

이는 커패시터의 물리적 구현을 위해 일실시예를 설명한 것이므로 이 분야의 통상의 기술자라면 적절한 변형으로 시스템 내에서 물리적 구현이 가능하도록 설계할 수 있을 것이다.

또한 상기 커패시터들은 병렬 연결되어 있지만 직렬 연결, 직병렬 연결로 합성할 수 있음은 물론이다.

상기 커패시터들은 병렬로 연결되어 있으므로 합성 커패시턴스는 각 커패시턴스를 더한 값이 된다. 특히, 피시비가 다층인 경우에 더 다양한 커패시턴스를 취할 수 있다.

상기와 같이 피시비 커패시터가 복수 개 구비되어 있으므로 스위칭 동작에 의해 조합되는 커패시터의 개수에 따른 합성 커패시턴스가 다양하게 존재한다. 이에 따라 최적화 된 커패시턴스를 구현할 수 있다. 뿐만 아니라 상기 제어부(30)의 룩업 테이블에 관련 정보, 가령 조합되는 커패시터 종류, e, w, l, h 등을 저장하여 스위칭 동작을 한다면 커패시턴스를 최적화 하기 위한 시행착오를 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 피시비 커패시터 가변 방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 기준신호를 발생하는 단계(S10), 임의의 피시비 커패시터를 스위칭 하는 단계(S20), 증폭기의 출력과 기준신호의 출력을 혼합하는 단계(S30), 혼합부의 출력이 영인지 여부를 감지하는 단계(S40)를 포함하여 피시비 커패시터를 가변할 수 있다.

상기 S10 단계는 상기 기준신호 발생부(40)와 관련해서 언급한 바와 같이 시스템에 부합되는 주파수 신호를 발생하여 위상 추이기를 통해 기준신호 발생부에서 출력(VR)이 발생한다.

또한, 상기 S20 단계는 상기 도 1 및 도 2에서 증폭부(10) 및 스위치부(20)와 관련해서 언급한 바와 같이 임의의 커패시터를 스위칭 하게 된다. 임의의 커패시터는 한 개일 수 있고 복수 개일 수도 있다.

또한, 상기 S30 단계는 상기 혼합부(50)에서 이루어지는 과정이며, 상기 혼합부(50)는 일실시예로 믹서일 수 있다.

그리고, 상기 S20 단계는 상기 제어부(30)에 의해 스위칭 되며, 상기 제어부(30)에는 룩업 테이블이 구비되어, 상기 스위칭 되는 커패시터의 정보와 상기 스위칭 되는 커패시터의 커패시턴스 정보를 저장하여 상기 스위치부를 스위칭 할 수 있다.

한편, 상기 S40 단계에서 혼합부의 출력이 영(또는 영에 근접)이 아닌 경우에는 다시 상기 S20 단계로 돌아가 다른 임의의 피시비 커패시터를 스위칭 하면서 S20 단계 이후의 단계들이 반복될 수 있다. 여기서 다른 임의의 피시비 커패시터를 스위칭 한다는 의미는 이전의 스위칭 했던 커패시터와는 다른 조합으로 스위칭 한다는 의미이다.

이상, 본 발명의 일실시예에 따르면 피시비 패턴과 유전체를 이용하여 자체적으로 커패시터를 구현하게 되므로 무선통신 시스템의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 커패시터를 선택적으로 스위칭 할 수 있으므로 증폭기의 출력이 요구하는 최적의 주파수를 구현할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 증폭부 20 : 스위치부
30 : 제어부 40 : 기준신호 발생부
50 : 혼합부 60 : 파워 감지부

Claims

제1 패턴과 제2 패턴 사이에 유전층이 구비되어 임의의 병렬 커패시터를 형성하는 피시비; 및
상기 커패시터의 등가 커패시턴스를 조절하기 위해 상기 커패시터의 일측 패턴이 스위칭 가능하도록 연결된 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피시비 커패시터 가변 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스위칭으로 증폭부의 출력이 변하는 증폭부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 피시비 커패시터 가변 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 증폭부의 출력이 최적화 된 시스템 주파수와 반대가 되는 위상의 신호를 출력하는 기준신호 발생부; 및
상기 증폭부의 출력과 상기 기준신호 발생부의 출력을 혼합하는 혼합부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 피시비 커패시터 가변 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 기준신호 발생부는 위상 추이기를 구비한 것을 특징으로 하는 피시비 커패시터 가변 장치.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 혼합부의 출력을 감지하여 제어부가 상기 스위치부를 스위칭 하도록 하는 파워 감지부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 피시비 커패시터 가변 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제어부에는 룩업 테이블이 구비되어 있어, 스위칭 되는 커패시터의 정보와 상기 스위칭 되는 커패시터의 커패시턴스 정보를 저장하여 상기 스위치부를 스위칭 하는 것을 특징으로 하는 피시비 커패시터 가변 장치.
(A) 기준신호를 발생하는 단계;
(B) 임의의 피시비 커패시터를 스위칭 하는 단계;
(C) 증폭기의 출력과 기준신호의 출력을 혼합하는 단계; 및
(D)혼합부의 출력이 영인지 여부를 감지하는 단계를 포함하는 피시비 커패시터 가변 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 (B) 단계는 제어부에 의해 스위칭 되며, 상기 제어부에는 룩업 테이블이 구비되어, 상기 스위칭 되는 커패시터의 정보와 상기 스위칭 되는 커패시터의 커패시턴스 정보를 저장하여 상기 스위치부를 스위칭 하는 것을 특징으로 하는 피시비 커패시터 가변 방법.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 (D) 단계에서 혼합부의 출력이 영이 아닌 경우에 상기 (B) 단계로 돌아가 다른 임의의 피시비 커패시터를 스위칭 하는 것을 특징으로 하는 피시비 커패시터 가변 방법.