개요: 이 응용 노트에서는 트라이밴드(tri-band) 무선 전화 시스템에서 MAX2308에 적용하는 세 가지 IF 필터의 사용법을 소개하고, 183.6MHz의 RF 스위치를 사용할 때의 각 방법을 비교 분석한다. 차동 입력 및 RF 스위치를 병용하여 삽입 손실을 개선하고 부품 수를 최소화한다. 회로도의 예가 실려 있다.
현재 사용되고 있는 CDMA 3GPP 셀룰러 휴대폰 표준은 GPS 수신기를 요구하며 또한 기존의
AMPS 모드를 지원해야 한다. 설계자들은 세 가지 서로 다른 IF 필터를 수신기에 포함시킴으로써 이 기능을 구현하고 있다. 하나의
IF 필터는 CDMA 경로용으로, 또 하나는 AMPS용으로, 그리고 또 하나는 GPS용으로 사용된다. 불행히도, CDMA 경로가
상대적으로 광대역이라 하더라도 GPS 수신기용으로 충분한 대역폭을 갖고 있지는 않다. 이 때문에 AMPS와 GPS가 모두 CDMA와
함께 필요한 경우 세 가지 필터를 사용해야 하는 것이다.
Maxim의 MAX2308 IC는 저렴한 수퍼헤테로다인 휴대폰 수신기를 구성할 수 있는 고집적형 시스템 구성 요소이다. 이 IC에는 넓은
다이내믹 레인지의 듀얼 입력 IF 가변 이득 증폭기(VGA), 위상 잡음이 적은 IF VCO(전압 제어 오실레이터)가 PLL 및 IQ
복조기와 함께 내장되어 있다. MAX2308을 세 가지 IF 필터로써 효과적으로 회로 구성을 하는 것은, 기본적으로 MAX2308이 두
개의 IF 필터 경로만을 지원하기 때문에 단말기 설계 엔지니어에게 있어 어려운 것일 수 있다. MAX2308은 두 개의 IF 경로이면
대부분의 무선 전화 시스템 표준에 충분하다고 생각되던 때에 설계되었던 제품이다.
183.6 MHz에서의 RF 스위치
MAX2308에서 세 가지 IF 필터를 지원하는 일반적인 솔루션은 RF SPDT(단일 폴, 단일 스로우) 스위치를 써서 두 개의 IF 필터를
하나의 MAX2308 IF 입력에 대해 멀티플렉싱하는 것이다. 일반적으로 이러한 테크닉은 AMPS와 GPS IF 필터 간의 스위칭에 사용된다.
세 가지 필터 모두에 대해 일반적으로 가장 널리 쓰이는 IF 주파수는 183.6MHz이다. 이 주파수는 어떠한 공통 아날로그, 저주파 스위치에
대해서도 너무 높은 값이다. 고주파 스위치를 사용하면 이 주파수에서 문제가 없으나 삽입 손실(IL)이 발생하게 된다. IL을 악화시키는
또 하나의 문제는 RF 스위치가 50Ω 시스템용으로 설계되고 그 사양의 측정 및 기록도 이를 기준으로 하고 있다는 것이다. 대부분의 IF
SAW 필터는 약 150Ω의 출력 임피던스를 가지며 IF VGA의 입력은 약 1kΩ 대의 임피던스를 나타낸다. 이러한 조건에서 일반적인
RF 스위치는 어림잡아 5dB 가량의 삽입 손실을 갖는다. 그림 1의 테스트 회로도는 높은 임피던스 입출력 부하를 갖는 모든 RF 스위치의
삽입 손실을 측정하기 위해 사용된다. 일반적인 IF SAW 필터는 5dB의 삽입 손실을 가지며, 이것은 RF 스위치의 5dB 손실에 합하여
수신기가 10dB의 이득을 제공해야만 하는 상황이 된다.
그림 1.
이러한 상황은 IF SAW 필터를 50Ω에 매칭하고 50Ω 스위치가 높은 임피던스 IF VGA에 매칭되면 개선된다(그림 2 참조).
그림 2.
이 솔루션에는 몇 가지 장점과 더불어 몇 가지 불리한 점이 있다.
장점으로는 다음과 같은 것들이 있다.
1. RF의 삽입 손실이 약 3dB 이하로 내려간다. (대부분의 GaAs FET RF 스위치는 500MHz 이하의 주파수에서 사용할 수 있도록
최적화되어 있지 않다. 500MHz 이상에서 이 소자들은 1dB보다 더 뛰어난 삽입 손실을 구현한다.)
2. 편리한 50Ω 레퍼런스 포인트를 제공해 주기 때문에 IF SAW 매칭 네트워크를 튜닝할 수 있다. 이러한 편의점은 애초에 의도한 바는
아니지만 시스템을 초기에 디버깅/최적화하는 데는 매우 편리하다.
The disadvantages include:
1. 추가적인 매칭 네트워크를 설계하여 PCB 상에 구현해야 한다.
2. 높은 임피던스-변환 비가 요구되므로 부품을 선정하기 어렵다. 높은 Q값을 갖는 정밀 부품을 사용해야 한다.
3. 높은 Q값을 갖는, 높은 값의 정밀 인덕터를 사용함으로써 부피가 커지고 특수 차폐 장치가 필요한 경우가 종종 있다.
4. 부가 부품이 때로 비표준 값을 갖거나 비표준적인 정밀도를 요구함으로써 자재 구성이 어려울 수 있다.
세 가지 필터를 지원하기 위한 토폴로지
MAX2308은 두 개의 차동 입력을 갖고 있다. 하나는 CDMA IF 입력용이고, 또 하나는 single-ended
구성에 사용된다. Single-ended 모드에서는 한쪽 입력을 AC 그라운드로 바이패스하게 되어 차동 입력의 1/2을 낭비하게 된다. 분명히
차동 매칭 네트워크로 대체할 경우 약간의 잇점이 있긴 하나 그보다는 회로가 훨씬 복잡해진다는 이유로 이 single-ended 구성이 사용되고
있다.
또 하나의 해결책은 각 IF 필터를 적절한 매칭 네트워크를 통해 차동 IF VGA의 차동입력 각각의 단자에연결하고, IF VGA의 각 입력은
대용량의 커패시터를 통해 SPDT RF 스위치에 연결하는 것이다. 스위치의 출력은 그 이후에 AC 그라운드로 잡히게 된다. 동작시에는
원하는 IF 경로 선택은 사용하지 않는 경로에 대해서는 RF 스위치를 AC 그라운드로 연결함으로써 이루어진다. VGA 입력과 IF SAW
출력 매칭 네트워크가 높은 임피던스 회로이므로, 스위치 임피던스는 IF 주파수에 대해 거의 완벽한 단락 효과를 준다. 이 방법의 또 하나의
장점은 활성화된 IF 필터의 경로에 스위치에 의해 발생하는 손실이 거의 없거나 아예 없다는 것이다. 이 솔루션의 예가 그림 3에 나와
있다.
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