KR100664485B1 - 다기능의 고주파 집적 회로 구조물 - Google Patents

다기능의 고주파 집적 회로 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 다기능의 고주파 집적 회로 구조물 및 회로 구성은 스트립 라인 결합기(180)에 의해 버퍼 증폭기(130)에 결합된 공진 또는 발진기 회로(120)를 포함하고 있다. 공진 회로는 3 개의 입력 종단 포트에 결합된 입력 종단 영역을 포함하고 있다. 입력 종단 포트(170, 150, 155) 중의 첫번째 포트는 선택된 신호원 또는 부하 중의 어느 한쪽에 전기적으로 결합되도록 공진기에 직접 결합되고, 입력 종단 포트(170) 중의 두번째 포트는 고정되거나 가변적인 전위원 중의 어느 한쪽에 전기적으로 결합되고, 나머지의 입력 종단 포트(155)는 다른 스트립 라인 결합기(140)를 통해 공진기의 입력 종단 영역에 결합되고, 다른 선택 신호원에 전기적으로 결합된다. 입력 종단 포트(150, 155, 170)에 결합된 회로 구성 요소 및 신호원의 선택에 따라, 다기능의 고주파 집적 회로는 전압 제어 발진기, 저위상 잡음 발진기, 상향/하향 주파수 신호 변환기, 또는 주입 동기 발진기로서 작용할 수 있다.

Description

다기능의 고주파 집적 회로 구조물{MULTIFUNCTION HIGH FREQUENCY INTEGRATED CIRCUIT STRUCTURE}
본 발명은 일반적으로 밀리미터파와 마이크로파 응용을 위한 집적 회로에 관한 것으로, 특히 그것에 결합되는 외부 구성 요소에 종속하는 다양한 고주파 신호의 기능을 제공하는데 사용될 수 있는 공통 회로 구성물에 관한 것이다.
본 발명은 일반적으로 고주파 회로 장치에 관한 것으로, 특히 밀리미터파와 마이크로파 장치에 관한 것이다. 그러한 장치를 저비용 및 저잡음으로 제조할 수 있는 최신식 집적 회로 제조 기술은 통상적으로 MMIC 기술이라 칭하고, 일반적으로 모놀리틱 및 하이브리드 제조 처리 기술 양쪽 모두를 참조한다.
전기 통신 및 레이다 기술에 유용한 MMIC 고주파 장치는 여러가지 중에서도특히 기본 발진기, 전압 제어 발진기, 혼합기 및 컨버터 뿐만 아니라 주입 신호보다 큰 전력을 갖는 주입 고정(locked) 신호원을 포함하고 있다. 전술한 고주파 장치의 각각은 기술적으로 잘 알려져 있고 전계 효과 트랜지스터, 버랙터 및 다이오드 등을 포함하는 매우 다양한 회로 구성 요소를 이용하는 대규모의 회로 구성 어레이로 구현된다.
MMIC 기술에서 일반적이듯이, 새로운 설계의 구성은 각각의 새로운 응용을 위해 선택된다. 물론, 이것은 프로그램 개발에 있어서 비용과 시간 지연을 증가시키게 된다. 따라서, 외부 구성 요소 및/또는 그것에 결합된 하나 이상의 신호원에 종속하는 선택된 고주파 회로 기능을 수행하는 공통 회로 모듈이 필요하다.
본 발명의 목적은 MMIC 하이브리드 또는 집적 회로 제조 기술에 따라 쉽게 제조되는 통신 응용을 위한 다기능 집적 회로 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기준선 회로 구성으로 작용하고, 고주파 장치에 결합된 외부 구성 요소에 종속하는 특정의 고주파 회로 기능을 하는 선택된 고주파 장치로서 이용될 수 있는 다기능의 집적 회로 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 다기능의 고주파 집적 회로 구조 및 회로 구성은 스트립 라인 결합기를 통해 버퍼 증폭기에 결합된 발진기 회로를 구비하고 있다. 이 발진 기 회로는 3 개의 입력 종단 포트에 결합된 입력 종단 영역을 포함하고 있다. 입력 종단 포트 중 첫번째의 것은 선택된 신호원 또는 부하의 어느 한쪽에 전기적으로 접속되도록 하기 위해 공진기에 직접 결합되고, 입력 종단 포트 중 두번째의 것은 고정 전위원 또는 가변 전위원 중의 어느 한쪽에 전기적으로 접속되며, 나머지의 입력 종단 포트는 다른 스트립 라인 결합기를 통해 공진기의 입력 종단 영역에 결합되고 다른 선택된 신호원에 전기적으로 접속된다. 입력 종단 포트에 접속되는 회로 구성 요소 및 신호원의 선택에 따라, 다기능 고주파 집적 회로는 여러가지 중에서도 특히 전압 제어 발진기, 저위상 잡음 발진기, 다이렉트 업/다운 주파수 신호 변환기, 또는 주입 고정(locked) 발진기로서 작용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다기능 발진기 회로의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 다기능 발진기의 MMIC 배치의 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 다기능 발진기의 등가 회로를 도시하는 개략적인 회로도.
도 4는 본 발명의 다기능 발진기를 이용하는 전압 제어 발진기의 블록도.
도 5는 본 발명의 다기능 발진기를 이용하는 저위상 잡음 발진기의 블록도.
도 6은 본 발명의 다기능 발진기를 이용하는 고조파 체배기의 블록도.
도 7은 본 발명의 다기능 발진기를 이용하는 주입 고정 발진기의 블록도.
도 8은 본 발명의 다기능 발진기를 이용하는 저조파 상향 주파수 변환기의 블록도.
도 9는 본 발명의 다기능 발진기를 이용하는 저조파 하향 주파수 변환기의 블록도.
도 1에는 기판(110)과, 부호"111"로 표시한 접지면을 포함하는 본 발명의 다기능 고주파 집적 회로(100)의 개략적인 부분 블록도가 도시되어 있다. 발진기 구성 요소(120), 버퍼 증폭기 회로(130), 기계적으로 동조 가능한(tunable) 오픈 스터브 공진기(147)를 포함하는 제1 전송 라인 스트립 결합기(140) 및 제2 전송 라인 스트립 결합기(180)가 기판(110) 상에 제조되어 있다. 발진기 구성 요소(120)는 발진기 회로에서 부저항으로 작용한다. 집적 회로(100)는 신호 수신 단자 포트(150, 155), 출력 포트(160), 및 제1 및 제2 바이어스 전위원을 각각 수신하기 위한 제1 및 제2 바이어스 포트(170, 190)를 더 포함하고 있다.
집적 회로(100)는 바이어스 포트(170)가 발진기 구성 요소(120)의 제어 종단 입력 수단(121)에 전기적으로 결합되고, 또한 직렬 디커플링 네트워크(175)를 통해 버퍼 증폭기(130)의 제어 종단 입력 수단(131)에 전기적으로 결합되도록 구성된다. 또한, 바이어스 포트(190)는 발진기 구성 요소(120)의 바이어스 종단 입력 수단(125)에 전기적으로 결합되고, 또한 직렬 디커플링 네트워크(195)를 통해 버퍼 증폭기(130)의 바이어스 종단 입력 수단(135)에 전기적으로 결합된다.
출력 포트(160)는 버퍼 증폭기(130)의 출력 종단 수단(137)에 전기적으로 결합된다. 신호 수신 단자 포트(150)는 발진기 구성 요소(120)의 신호 입력 종단 수단(122)에 직접 결합되고, 신호 수신 포트(155)는 스트립 라인 결합기(140)를 통해 발진기 구성 요소(120)의 다른 신호 입력 종단 수단(124)에 결합된다. 발진기 구성 요소(120)의 출력 종단 수단(127)은 스트립 라인 결합기(180)를 통해 증폭기(130)의 신호 입력 수단(132)에 전기적으로 결합된다.
스트립 라인 결합기(140)는 제1 및 제2 전송 라인 세그먼트(141, 144)를 포함하고 있다. 전송 라인 세그먼트(141)는 종단 포트(155)에 전기적으로 결합되는 제1 종단 단부(142)와, 직렬 저항 회로(149)를 통해 접지면(111)에 전기적으로 결합되는, 상기 제1 종단 단부의 맞은편의 단부(143)를 포함하고 있다. 전송 라인 세그먼트(144)는 발진기 구성 요소(120)의 신호 입력 종단 수단(124)에 전기적으로 접속된 제1 종단 단부(145)와, 기계적으로 동조 가능한 오픈 스터브 공진기(147)의 하나의 종단 단부(148)에 전기적으로 결합된, 상기 제1 종단 단부의 맞은 편의 단부(146)를 포함하고 있으며, 상기 오픈 스터브 공진기(147)의 맞은편의 다른 단부(153)는 개방되어 있다.
스트립 라인 결합기(180)는 제1 및 제2 전송 라인 세그먼트(181, 184)를 포함하고 있다. 전송 라인 세그먼트(184)는 발진기 구성 요소(120)의 신호 출력 수단(127)에 전기적으로 결합된 제1 종단 단부(182)와, 이 제1 종단 단부의 맞은 편의 개방되어 있는 단부(183)를 포함하고 있다. 전송 라인 세그먼트(181)는 증폭기(130)의 신호 입력 수단(132)에 전기적으로 결합된 제1 종단 단부(185)와, 이 제1 종단 단부의 맞은 편의 개방되어 있는 단부(186)를 포함하고 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 다기능 고주파 집적 회로(100)의 단순한 구조는 선택적인 신호원 및/또는 구성 요소의 결합을 통해 다양한 고주파 기능을 하는데 이용될 수 있다. 더 구체적으로 말하면 집적 회로(100)는 도 4에 도시한 바와 같이, 종단 저항성 부하를 입력 포트(150)에 단순히 결합하고 가변 바이어스 전위원을 바이어스 포트(170)에 결합함으로써 고주파 전압 제어 발진기로서 작용한다. 저항성 부하와 신호 수신 입력 포트(150) 사이의 높은 Q 공진 공동을 결합하면, 집적 회로(100)는 도 6에 도시한 바와 같이, 저위상 잡음 신호원으로서 작용할 수 있다.
다른 실시예에서, 신호 수신 입력 포트(150) 및/또는 신호 수신 입력 포트(155)에 선택된 주파수 신호원을 제공하면, 집적 회로(100)는 이하에서 더욱 상세히 설명되고 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9의 각각에서 도시되는 바와 같이, 고조파 체배기, 주입 고정 발진기, 또는 다이렉트 및 저조파형 업/다운 신호 주파수 변환기로서 작용할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 다기능 집적 회로(100)의 대표적인 실시예에 관한 평면도이다. 집적 회로(100)는 마이크로파 및 밀리미터파 신호 응용에 특히 적합한 MMIC 기술과 관련된 통상적인 관행에 따라 구성되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시한 유사 구성 요소에 대응하는 도 2의 구성 요소는 동일한 부호로 표시하였다.
도 2에 도시한 바와 같이, 신호 수신 단자 포트(150, 155)의 각각과 출력 포트(160)는 3-패드 공면 구조로 구성된다. 중간 패드는 주로 입력 또는 출력 신호용이고, 외측 패드들은 주로 시험용으로 사용된다. 더 구체적으로 말하면, 각각의 외측 패드는 MMIC 제조 기술에서 일반적이듯이, 접지면으로 이용되는 부호 '111'로 표시한 집적 회로 도체판에 제조된 "비아(via)"를 포함시키기 위한 것이다.
발진기 구성 요소(120)는 일반적으로 기판(110) 상에서 제조된 전계 효과 트랜지스터(210)에 의해 구성되고, 게이트 종단 영역(212)에 결합된 게이트와, 드레인 종단 영역(214)에 결합된 드레인과, 소스 종단 영역(216)에 결합된 소스를 포함하고 있다. MMIC 집적 회로 제조 기술에서 일반적이듯이, 전계 효과 트랜지스터의 칩은 후술하는 종단 영역 중의 대응되는 하나에 결합하여 기판(110)에 적절하게 집적되어 있다.
이와 유사한 방식으로, 버퍼 증폭기(130)는 일반적으로 기판(110) 상에 제조된 전계 효과 트랜지스터(280)에 의해 구성되고, 게이트 종단 영역(282)에 결합된 게이트와, 드레인 종단 영역(284)에 결합된 드레인과, 접지면(111)으로의 전기적 관통 접속(비아)인 소스 종단 영역(286)에 결합된 소스를 포함하고 있다.
결합 패드(270)는 선택된 특성 임피던스 값을 갖는 전송 라인(272)에 의해 게이트 종단 영역(212)에 전기적으로 결합된 바이어스 입력 포트(170)로서 작용한다. 결합 패드(270)는 또한 특정 저항과 특성 임피던스 값을 각각 갖는 컨덕턴스 경로(274)와 전송 라인(276)에 의해 게이트 종단 영역(282)에 전기적으로 결합된다. 컨덕턴스 경로(274)와 전송 라인(276)의 접합점에는 기판(110) 상에 제조된 금속-절연체-금속(MIM) 커패시터가 결합되고, 이 MIM 커패시터는 비아를 통해 접지면(111)에 결합되고 부호 '275'로 대략 표시되어 있으며, 전송 라인(176)과 연계하여 고주파 신호 디커플링 네트워크(175)로서 작용한다. 이와 유사하게, 네트워크(271)는 전송 라인(171)과 연계하여 패드(270)에 직접 결합되도록 기판(110) 상에 또한 제조될 수 있다.
이와 유사하게, 결합 패드(290)는 직렬 도체(292)와 전송 라인(294)에 의해 드레인 종단 영역(214)에 전기적으로 접속되고, 도체(295)와 전송 라인(296)에 의해 드레인 종단 영역(284)에 전기적으로 접속될 때 바이어스 입력 포트(190)로서 작용한다. 복수의 커패시터와 비아(접지에 대한 병렬 커패시터를 구성) 및 그 각각의 전송 라인(222, 224, 226, 271)은 또한 기판(110) 상에 제조되고, 발진기 구성 요소(120)와 버퍼 증폭기 회로(130) 사이의 신호 디커플링 네트워크로 작용한다. 이러한 커패시터/비아 구조의 위치는 물론 전송 라인에 대한 특정 길이를 포함하는 집적 회로의 실제 배치(layout)에 따라 달라질 수 있다. 전술한 바와 같이, 분로(shunt) 커패시터(222)는 전송 라인(292, 294)의 접합점에 전기적으로 결합되고, 분로 커패시터(224)는 전송 라인(292, 295)의 접합점에 전기적으로 결합되며, 분로 커패시터(226)는 전송 라인(295, 296)의 접합점에 전기적으로 결합되고, 분로 커패시터(271)는 전송 라인(171)과 패드(270)의 접합점에 전기적으로 결합되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 발진기 회로의 일부를 형성하는 트랜지스터(210)의 소스 종단 영역(216)은 동조 가능한 개방 회로 스터브 공진기(250)에 전기적으로 결합된다. 또한, 소스 종단 영역(216)은 분로 저항기(252) 및 접지(비아에 의해)에 전기적으로 결합되어 있다. 소자(250, 252)는 발진기 회로에 대한 부저항을 생성하는 피드백 기능을 제공한다. 도 2에 추가로 도시된 바와 같이, 라인 세그먼트(184, 182, 145, 211)에 각각 결합된 치터(cheater) 스터브(232, 234, 147, 250)는 발진 기 회로의 최적의 동조를 위해 제공된다. 이 스터브는 제조 편차 뿐만 아니라 선택된 제조 배치로부터 야기되는 기생 효과를 보상하기 위해 제공된다.
MMIC 회로에서 일반적이듯이, 드레인 종단 영역(284)과 출력 포트(160) 사이에 전기적으로 결합된 디커플링 커패시터(266)가 또한 기판(110) 상에 제조된다.
도 3은 본 발명에 따른 다기능 집적 회로(100)의 등가 회로를 도시하는 개략적인 회로도이다. 집적 회로(100)는 마이크로파 및 밀리미터파 신호 응용에 특히 적합한 MMIC 기술과 관련된 통상적인 관행에 따라 구성되는 것이 바람직하다. 도 1 및 도 2에 도시한 유사 구성 요소에 대응하는 도 3의 구성 요소에는 동일한 부호를 사용하였다.
도 4 내지 도 8은 복수의 상이한 고주파 회로 기능을 달성하기 위해 본 발명의 다기능 고주파 집적 회로 구조(100)의 이용을 도시하는 개략적인 블록도이다. 진행하기 전에, 집적 회로 구조(100)의 대표적인 실시예는 다음과 같은 공칭의 회로 구성 요소 값을 가질 수 있다. 즉, 전송 라인(272, 276)의 특성 임피던스 값은 약 75Ω이고, 직렬 저항기(149)의 저항은 약 50Ω이며, 비아 인덕턴스의 값은 약 0.02 나노헨리이고, 각각의 분로 커패시터(175, 222, 224, 226, 271)의 용량값은 약 1∼2 피코 패러드이며, 비아 인덕턴스는 약 0.02 나노헨리이고, 분로 커패시터/비아 결합물(252)은 10Ω및 0.02 나노헨리의 구성 요소 값을 각각 갖고 있다.
명확히 인식되는 바와 같이, 각각의 전계 효과 트랜지스터(210, 280)는 선택된 전계 효과 트랜지스터 구성 요소의 특정한 특성에 따라 선택된 드레인 바이어스로 동작된다. 따라서, 전위원(도시하지 않음)은 바이어스 포트(190)와 접지 사이에 제공되고 통상적으로 대략 직류 3Ｖ의 값을 가지며, 이하 설명되는 다른 실시예에도 이와 동일한 배치가 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 기계적으로 동조 가능한 오픈 스터브 공진기(147)는 "에어 브리지" 기술에 의해 기판(100) 상에 제조된다. 따라서, 독립형 발진기의 발진 주파수는 대략 34GHz이다. 이 에어 브리지는 MMIC 제조 기술에서 일반적이듯이, 통상의 방식으로 발진 주파수를 조정하기 위해 제조시에 기계적으로 절단될 수 있다. 기계적으로 동조 가능한 오픈 스터브 공진기(147)는 명목상으로 34GHz 부근의 발진 주파수를 생성하도록 제조되며, 이로써 원하는 독립형 발진 주파수가 스터브 공진기(147)의 일부를 단순히 절단함으로써 34GHz 내지 40GHz 이상의 범위에서 조정될 수 있다.
도 4는 전압 제어 발진기를 도시하고 있다. 적절한 값의 외부 부하 저항(410)은 신호 수신 단말 포트(150)와, 이후에는 단순히 접지라 칭하는 전기적인 접지면(111) 사이에 전기적으로 결합된다. 또한, 가변 전위원(420)은 바이어스 포트(170)와 접지 사이에 전기적으로 결합된다. 다기능 집적 회로 구조(100)의 회로 구성에서, 회로는 전계 효과 트랜지스터(210)의 게이트(212)에 전기적으로 적용되기 때문에 가변 주파수 제어 전압으로서 작용하는 가변 전위원과 함께 전압 제어 발진기로서 작용한다. 전압 제어 발진기 구성의 대표적인 실시예에서, 가변 전위원(420)은 0.0 내지 -3.0V의 범위에 존재할 수 있다. 또한, 다음의 실시예에서, 기계적으로 동조 가능한 오픈 스터브 공진기(147)는 원하는 독립형 발진 주파수, 즉 34.0GHz 내지 40GHz 이상의 범위의 주파수를 달성하기 위해 변경될 수 있다. 따라서, 게이트 전압이 0.0V에서 -3.0V까지 변화하면 출력 신호 주파수는 약 400MHz 변화된다.
도 5는 저위상 잡음 발진기를 도시하고 있다. 외부의 50Ω의 종단 저항(510)은 외부의 높은 Q 공진 공동에 결합하는 전송 라인을 통해 단자 포트(150)에 전기적으로 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서, 온-칩 공진기(144)는 온-칩 공진기(144)의 베이스에서 에어 브리지(50)를 절단함으로서 발진기 구성 요소(120)로부터 분리된다. 도 4와 같이, 가변 전위원(420)은 바이어스 포트(170)와 접지 사이에 전기적으로 결합된다. 다기능 집적 회로 구조(100)의 이러한 회로 구성에서, 회로는 매우 낮은 위상 잡음을 갖는 전압 제어 발진기로서 작용하며, 이 경우 가변 전위원(420)은 도 4의 회로의 경우보다 더 작은 주파수 범위에 대한 것이긴 하지만, 제한된 가변 주파수 제어 전압으로서 작용할 수 있다.
도 6은 고조파 체배기 신호원을 도시하고 있다. 주파수 신호원(610)은 신호 수신 단자 포트(150)와 접지 사이에 전기적으로 결합되는 것이 바람직하다. 가변 전위원(620)은 고조파에서 입력 신호와 출력 신호 사이의 변환 이득을 최대화하기 위해 바이어스 포트(170)와 접지 사이에 전기적으로 결합된다. 다기능 집적 회로 구조(100)의 이러한 회로 구성에서, 회로는 출력 주파수 동조 범위가 입력 신호원에 의해 제어되는 고조파 체배기로서 작용한다. 도 6의 회로 구성의 출력 신호의 주파수는 수학적으로 fout = nf0 로 표시할 수 있고, 여기서, f0은 입력 주파수이며, n = 1, 2, 3, ...이다.
도 7은 주입 고정 발진기를 도시하고 있다. 저전력 신호원(710)은 신호 수신 단자 포트(155)와 접지 사이에 전기적으로 결합되는 것이 바람직하다. 전위원(620)은 주입된 신호와 출력 신호 사이의 이득을 최대화하기 위해 바이어스 포트(170)와 접지 사이에 전기적으로 결합된다. 다기능의 집적 회로 구조(100)의 이러한 회로 구성에서, 회로는 주입 고정 발진기로서 작용한다. 신호가 신호 수신 포트(155)에 주입되고 결합기(140/144)에 의해 전계 효과 트랜지스터(210)의 게이트에 인가되는 경우, 회로 출력 포트(160)는 위상 및 주파수 양쪽에서 포트(155)에서의 주입 신호와 동일하거나 동기된 신호를 나타내지만, 버퍼 증폭기(130)의 이득에 의해 결정되는 더 높은 전력을 갖는다. 또한, 주입 신호 주파수가 변경되면, 출력 주파수는 그에 따른다.
도 7의 회로 구성은 주입 신호의 높은 입력 전력이 10 밀리와트 범위의 신호 원(710)의 입력 전력에 대하여 대략 400MHz의 넓은 동기형 동작 주파수 범위가 가능하도록 하는 것이다. 물론, 전술한 바와 같이, 출력 전력의 최적화는 오픈 스터브 공진기(147)를 기계적으로 동조시킴으로써 또 다시 달성될 수 있다.
도 8은 다이렉트 및 저조파형 상향 변환기 및 신호 혼합 회로를 도시하고 있다. 주파수 "f1" 를 갖는 중간 주파수 신호원(810)은 신호 수신 단자 포트(150)와 접지 사이에 전기적으로 결합되고 주파수 "f0"를 갖는 국부 발진기 신호원(825)은 신호 수신 단자 포트(155)와 접지 사이에 전기적으로 결합된다. 전술한 바와 같이, 가변 전위원(620)은 신호원(810)으로부터 150에서의 출력 신호까지의 이득을 최대화하기 위해 바이어스 포트(170)와 접지 사이에 전기적으로 결합된다. 이러한 구성(및 도 9의 구성)을 위해, 바이어스 포트(190)와 접지 사이에 인가된 전위원은 0이다.
다기능 집적 회로 구조(100)의 회로 구성에서, 회로는 신호 혼합을 위해 다이렉트 또는 저조파 상향 변환기로서 작용한다. 고주파 신호원이 국부 발진기 신호원(825)으로 작용하고 단자 포트(155)로 주입되는 경우, 출력 포트(160)는 용량적으로 도 7의 발진기와 유사한 주입 고정 발진기로서 작용할 것이다. 그러나, 추가의 중간 주파수 신호원(910)에 의해, 집적 회로(100)의 회로 구조는 포트(160)에서의 출력 신호가 다음의 신호 주파수 성분을 갖도록 상향 변환기 신호 혼합기로서 작용할 것이다: m * f0 + n * f1 (여기서 m = 1, 2, 3, ... 이고, n = 0, 1, 2, 3, ... 이다).
전술한 바와 같이, 도 8의 회로 구성은 출력 전력이 오픈 스터브 공진기(147)를 기계적으로 동조시킴으로써 최적화될 수 있는 것이다.
도 9는 다이렉트 및 저조파 하향 변환기 및 신호 혼합 회로를 도시하고 있다. 주파수 "f1"를 갖는 고주파(무선 주파수) 신호원(910)은 신호 수신 단자 포트(150)와 접지 사이에 전기적으로 결합되고, 주파수 "f0"를 갖는 다른 고주파 국부 발진 신호원(825)은 신호 수신 단자 포트(155)와 접지 사이에 전기적으로 결합된다. 전술한 바와 같이, 전위원(620)은 국부 발진 신호원(825)과 전도 상태인 전계 효과 트랜지스터를 그 최소 크기로 동작시키기 위해 바이어스 포트(170)와 접지 사이에 전기적으로 결합된다.
다기능 집적 회로 구조(100)의 회로 구성에서, 회로는 신호 혼합을 위한 다이렉트 및 저조파 하향 변환기로서 작용한다. 고주파 신호원이 국부 발진기 신호원(825)으로 작용하고 단자 포트(155)로 주입되는 경우, 출력 포트(160)는 용량적으로 도 7의 발진기와 유사한 주입 고정 발진기로서 작용할 것이다. 그러나, 추가의 무선 주파수 신호원(810)에 의해, 집적 회로(100)의 회로 구조는 포트(160)에서의 출력 신호가 다음의 신호 주파수 성분을 갖도록 하향 변환기 신호 혼합기로서 작용할 것이다: m * f0 - n * f1 (여기서, m = 1, 2, 3, ...,이고, n = 1, 2, 3, ... 이다).
전술한 바와 같이, 도 9의 회로 구성은 출력 전력이 오픈 스터브 공진기(147)를 기계적으로 동조함으로써 최적화될 수 있는 것이다.
도 4 내지 도 8에 도시한 회로 구성의 세부 사항은 본 발명의 신규한 다기능집적 회로 구조를 이용하여 달성될 수 있는 다수의 회로 기능 중 일부를 설명하기 위해 제공되었다는 점을 인식해야 할 것이다. 물론, 이 세부 사항은 변경될 수 있고, 그러한 변형은 본 발명의 기술적 범주 및 사상내에 있다.
본 발명의 설명은 통상적으로 모놀리틱 마이크로파 집적 회로(MMIC) 기술이라고 칭하는 저비용의 신뢰할 수 있는 생산 기술에 의해 제조될 수 있는 신규한 다기능의 집적 회로 구조에 대해 이루어졌다. 도 4 내지 도 8이 단순한 집적 회로 구조물(100)에 외부적으로 제공된 특정한 구성 요소를 설명하였지만, 이 구성 요소는 첨부 도면, 특히 도 1에 도시한 것과 동일한 회로 구성을 구현하는 단일 기판 상에 직접 제조될 수 있고, 그러한 구성은 본 발명의 기술적 범주 및 사상내에 있다.
또한, 본 발명은 특허법에 따르고, 본 발명의 신규 원리를 적용하는데 필요한 정보를 당업자에게 제공하고, 필요에 따라, 그러한 대표적이고 특별한 구성 요소를 구성하고 사용하도록 하기 위해 본 명세서에서 매우 상세하게 설명되었다. 그러나, 본 발명은 특히 다른 장치 및 소자에 의해 수행될 수 있고, 장치의 세부 사항 및 동작 절차의 양쪽 모두에 대한 각종 변경이 본 발명의 기술적 범주 및 사상을 벗어나지 않고서 수행될 수 있다는 점을 인식해야 할 것이다.
특히, 본 발명이 다른 관련된 구성 요소와 함께 단일의 전계 효과 트랜지스터를 이용하는 발진 회로를 이용함으로써 설명되었지만, 이와 다른 설계도 물론 가능하다. 그러한 설계는 본 발명의 발진 회로 기능을 달성하기 위해 추가의 트랜지스터 및 관련된 구성 요소를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 본 발명은 다른 관련 된 구성 요소를 갖는 단일 전계 효과 트랜지스터를 이용하는 버퍼 증폭기 회로를 이용하여 설명하였지만, 다른 설계도 물론 가능하다. 그러한 설계는 본 발명의 버퍼 증폭기 기능을 달성하기 위해 추가의 트랜지스터 및 관련된 구성 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 발진기 설계 및 버퍼 증폭기의 설계의 양쪽 모두의 그러한 변형은 본 발명의 기술적 범주 및 사상내에 있다.

Claims (9)

  1. (ⅰ) 제어 입력 종단 수단과 출력 수단을 갖는 증폭기 수단을 구비하는 공진기 회로 수단과;
    (ⅱ) 각각 선택된 길이를 갖고 제1 스트립 라인 결합기를 형성하도록 배열된 제1 및 제2 전송 라인 세그먼트로서, (a) 상기 제1 전송 라인 세그먼트는 상기 증폭기 수단의 상기 제어 입력 종단 수단에 전기적으로 결합된 제1 종단 단부와, 제2 종단 단부를 갖고, (b) 상기 제2 전송 라인 세그먼트는 마주하고 있는 제1 및 제2 종단 단부를 갖는 것인, 제1 및 제2 전송 라인 세그먼트와;
    (ⅲ) 각각 선택된 길이를 갖고 제2 스트립 라인 결합기를 형성하도록 배열된 제3 및 제4 전송 라인 세그먼트로서, (a) 상기 제3 전송 라인 세그먼트는 상기 제1 증폭기 수단의 상기 출력 수단에 전기적으로 결합된 제1 종단 단부와, 제2 종단 단부를 갖고, (b) 상기 제4 전송 라인 세그먼트는 마주하고 있는 제1 및 제2 종단 단부를 갖는 것인, 제3 및 제4 전송 라인 세그먼트와;
    (ⅳ) 상기 제2 전송 라인 스트립 결합기의 상기 제4 전송 라인 세그먼트의 상기 제1 종단 단부에 전기적으로 결합된 제어 입력 수단과, 출력 수단을 갖는 제2 증폭기 수단을 포함하는 다기능의 고주파 집적 회로 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 증폭기 수단은 각각 게이트 입력 영역과, 드레인 및 소스 영역을 갖는 적어도 하나의 전계 효과 트랜지스터를 구비하고,
    상기 다기능의 고주파 집적 회로 구조물이, 상기 제1 및 제2 증폭기 수단의 상기 게이트 영역의 각각에 전기적으로 결합되어 접지면과 관련된 게이트 바이어스 전위원을 수신하기 위한 게이트 바이어스 단자 수단과;
    상기 제1 및 제2 증폭기 수단의 각 드레인 영역에 전기적으로 결합되어 상기 접지면과 관련된 드레인 바이어스 전위원을 수신하기 위한 드레인 바이어스 단자 수단을 더 포함하는 것인 다기능의 고주파 집적 회로 구조물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 전송 라인 세그먼트의 상기 제1 종단 단부와 상기 접지면 사이에 비아(via)를 통해 전기적으로 병렬 결합되는 제1 저항기 수단과,
    비아를 통해 상기 접지면과 소스 영역 사이에 전기적으로 직렬 결합되는 제2 저항기 수단을 더 포함하는 다기능의 고주파 집적 회로 구조물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 소스 영역에 전기적으로 결합된 제1 종단 단부를 갖는 제5 전송 라인 세그먼트와,
    상기 제2 저항기에 전기적으로 직렬 결합되며 상기 제5 전송 라인 세그먼트의 제1 종단 단부에 전기적으로 결합된 제6 전송 라인 세그먼트를 더 포함하는 다기능의 고주파 집적 회로 구조물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 전송 라인 세그먼트는 상기 제2 증폭기 수단의 상기 출력 수단에서 출력 신호를 선택된 중간 주파수로 제공하기 위해 상기 공진기 회로를 선택적으로 동조하기 위한 수단을 구비하고,
    상기 제어 입력 종단 수단은 상기 중간 주파수가 상기 게이트 바이어스 전위에 관련되어 변화하도록 선택된 저항성 부하를 통해 상기 접지면에 전기적으로 결합되며,
    상기 제어 입력 종단 수단은 가변 전위원에 전기적으로 결합되는 것인 다기능의 고주파 집적 회로 구조물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 입력 종단 수단은 상기 중간 주파수가 저위상 잡음을 나타내도록, 선택된 저항성 부하와 높은 Q 공진 공동의 조합을 통해 상기 접지면에 전기적으로 결합되고,
    상기 제어 입력 종단 수단은 가변 전위원에 전기적으로 결합되는 것인 다기능의 고주파 집적 회로 구조물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 전송 라인 세그먼트는 상기 제2 증폭기 수단의 상기 출력 수단에서 출력 신호를 선택된 중간 주파수로 제공하기 위해 상기 공진기 회로를 선택적으로 동조하기 위한 동조 수단을 구비하고,
    상기 제어 입력 종단 수단은 상기 출력 신호가 상기 중간 주파수의 고조파 성분을 나타내도록 신호원을 통해 상기 접지면에 전기적으로 결합되는 것인 다기능의 고주파 집적 회로 구조물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 전송 라인 세그먼트는 상기 제2 증폭기 수단의 상기 출력 수단에서 출력 신호를 선택된 중간 주파수로 제공하기 위해 상기 공진 기 회로를 선택적으로 최적화하기 위한 동조 수단을 구비하고,
    상기 제어 입력 종단 수단은 선택된 저항성 부하를 통해 상기 접지면에 전기적으로 결합되며,
    상기 제1 스트립 결합기의 상기 제2 전송 라인 세그먼트의 제2 종단 수단은 상기 중간 주파수가 주파수와 위상에서 상기 제어 주파수에 동기되도록 제어 주파수에서 저전력 신호원에 전기적으로 결합되는 것인 다기능의 고주파 집적 회로 구조물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 전송 라인 세그먼트는 상기 제2 증폭기 수단의 상기 출력 수단에서 출력 신호를 선택된 중간 주파수로 제공하기 위해 상기 공진 회로를 선택적으로 동조하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 제어 입력 종단 수단은 주파수 f1 인 제1 주파수 신호원을 통해 상기 접지면에 전기적으로 결합되며,
    상기 제1 스트립 결합기의 상기 제2 전송 라인 세그먼트의 제2 종단 단부는 상기 중간 주파수가 수학적으로, m * f0 ±n * f1 (여기서 m = 1, 2, 3, ..., n = 0, 1, 2, 3, ...)로 표현되는 주파수 성분을 나타내도록 주파수 f0 인 제2 주파수 신호원에 전기적으로 결합되는 것인 다기능의 고주파 집적 회로 구조물.
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