KR100779339B1 - Ｖ-밴드-ｔｒ-모듈용 밀리미터파의 파워를 제어하기 위한방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 V-밴드 TR 모듈용 밀리미터파의 전력을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법에 따르면, 검출되는 출력 파워가 가변 감쇠기를 이용하여 전자 제어 회로를 통해 일정하게 제어된다. 본 발명에 따르면, 송신 모드에서, 60GHz 범위 및 이보다 높은 주파수에서의 동작을 위해, 제 1 SPDT MMIC 스위치가 가변 감쇠기로 이용되고, 송-수신 스위치로 기능하는 제 2 SPDT MMIC 스위치가 출력 파워 검출기로 이용된다. 수신 모드에서, 두 SPDT 모두가 스위치로 사용된다. 전체적으로, 전체 TR 모듈에 대한 파워 제어로 인해, 칩 누설량 및 온도 효과를 보상함으로서, 모듈 양품률을 향상시킬 수 있다. SPDT MMIC를 스위치, 가변 감쇠기, 그리고 파워 검출기로 다양하게 활용함으로서, 비용이 절감된다.
Description
본 발명은 V-밴드 TR 모듈용 밀리미터파의 파워를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 두개의 SPDT(single pole double throw) MMIC 스위치를 이용하여 송신 및 수신 경로들이 분리되는 방식으로, 50GHz, 또는 그 이상의 주파수 범위에서 V-밴드 TR 모듈용 밀리미터파의 파워를 제어하는 방법 및 장치에 관한 발명이다.
특히 이동 통신 유닛의 경우에, 출력 파워는 가능한 일정하여야 하며, 대량 생산되는 부품 및 유닛들의 개별적 특성에 좌우되어서는 안될 것이다. 50GHz 미만의 주파수에서, PIN-다이오드(Diode)를 가지는 MMIC에, 또는 MESFET 스위치로 가변 감쇠기가 구현된다. 그외 다른 저주파수용 파워 제어 방식이 또한 공지되어 있다. 그러나, 제어되는 출력 파워를 가진 V-밴드 TR 모듈은 현재 알려진 바 없다. MMIC의 형태로서 60GHz에서의 가변 감쇠기 역시 현재 시장에서 구할 수 없다.
제작된 유닛들을 개별적으로 조정하는 것은 비용 측면에서 바람직하지 못하다. 따라서, 해당 설계를 이용하여 이러한 개별적 조정을 방지하는 것이 바람직하다. 동시에, 가능하다면 적은 수의 추가 부품만이 요구되어야 한다. 왜냐하면, 이들은 다시 개별적으로 분포될 것이고 비용을 상승시킬 것이기 때문이다.
프랑스, Orsay Cedex 91401에 소재하는 회사 United Monolithic Semiconductors S.A.S의 측에서는 "CHS2190a"로 표시되는 통신 시스템용 50-60 GHz SPDT(=Single Pole Double Throw) 스위치를제공하고 있고, 이는 송/수신 모듈 분야에서 송/수신 스위치로 이미 사용되고 있다.
이러한 스위치나 이에 대응하는 스위치를 이용하면서 상술한 특성을 파워 제어에 제공하는 것이 본 발명의 한가지 목적이다.
이러한 스위치나 이에 대응하는 스위치를 이용하면서 상술한 특성을 파워 제어에 제공하는 것이 본 발명의 한가지 목적이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 두개의 SPDT MMIC 스위치를 이용하여 송신 및 수신 경로가 분리되는 방식으로, 50GHz 및 그 이상의 주파수 범위에서 V-밴드 TR 모듈에 대한 밀리미터파의 파워를 제어하는 방법 및 장치에 의해 달성된다. 송신의 경우, 제 1 SPDT MMIC 스위치가 가변 감쇠기로 사용되고, 제 2 SPDT MMIC 스위치가 출력 파워에 대한 검출기로 사용된다. 전자 제어 회로를 이용하여, 출력 파워를 지정 레벨로 제어할 수 있다.
SPDT MMIC를 가변 감쇠기로 이용함으로서, 요망하는 송신 파워를 조절할 수 있고, 칩 누설량을 보상할 수 있다. 이는 파워 제어를 위한 핵심 성분을 형성한다. 칩의 이중 기능때문에, 비용 절감이 두드러질 것이다.
제 2 SPDT MMIC를 파워 검출기로 이용함으로서, 이중 기능으로 인해 비용 절감이 또한 이루어진다.
결과적으로, 전체 TR 모듈에 대한 파워 제어로 인해, 칩 누설량의 보상과 온도 효과를 통해 모듈 수율이 증가한다. SPDT MMIC를 스위치, 가변 감쇠기, 그리고 파워 검출기로 다중 활용함으로서, 상술한 장점들을 확보할 수 있다.
결과적으로, 전체 TR 모듈에 대한 파워 제어로 인해, 칩 누설량의 보상과 온도 효과를 통해 모듈 수율이 증가한다. SPDT MMIC를 스위치, 가변 감쇠기, 그리고 파워 검출기로 다중 활용함으로서, 상술한 장점들을 확보할 수 있다.
본 발명의 세부사항들이 상세한 설명 및 종속항들에서 제시되며, 도면을 이용하여 실시예가 설명된다.
도 1 본 발명에 따른 송신 파워 제어의 블록 회로도.
도 2 공지된 SPDT MMIC의 레이아웃 및 패드도면.
도 3 주회로도.
도 4 외부 배선 및 DC 공급을 표시한 도면.
도 5 제어 전압의 함수로 나타나는 감쇠 거동의 그래프.
도 6 SPDT MMIC를 검출기로 사용할 때의 그래프.
도 7 최대 가용한, 그리고 제어되는 송신 파워의 그래프.
본 발명에 따르면, 공지된 MMIC는 SPDT(Single Pole Double Throw) 타입의 쇼트키(Schottky) 다이오드(Diode) 스위치로서 작동될 수도 있고, 또는, 다른 공급 전압의 선택을 통해, 가변 감쇠기로 동작할 수도 있다. 도 2와 3은 SPDT MMIC의 레이아웃과 주회로도를 도시한다. 스위치 모드에서, IN 포트에서의 입력 파워가 포트 O1 또는 O2로 스위칭된다. 가변 감쇠기로 동작할 때, O2 포트는 무반사 방식으로 차단되며, IN-O2 스위치 암이 전도 방향으로 동작한다. IN 포트와 O1 포트 사이에서, 3.5 내지 25dB의 가변 감쇠가 DC 공급 전압을 이용하여 조정될 수 있다(도 4 및 도 5 참조).
도 4는 외부 배선 및 DC-공급을 도시한다. 그 동작 모드는 다음과 같다.
스위치 모드:
ON-상태에서 스위치 암(arm) IN-O1, OFF-상태에서 스위치 암(arm) IN-O2.
패드 A1, A2: -2.5V
패드 B1, B2: 12mA
OFF-상태: 스위치 암(arm) 차단
ON-상태: 스위치 암(arm) 전도.
외부 전압 공급은 패드 A1, A2, B1, B2에 직렬로 약 250 오옴의 저항에 공급된다.
외부 전압 공급은 패드 A1, A2, B1, B2에 직렬로 약 250 오옴의 저항에 공급된다.
검출기 모드:
IN-O1 스위치 암이 검출기로 기능, IN-O2 스위치 암은 오프 상태
패드 A1, A2: 0V,(패드에 직렬로 1kOhm )
패드 B1, B2: 12mA
가변 감쇠기 모드:
ON-상태에서 IN-01 스위치 암(포트 O1은 50오옴으로 차단),
감쇠 모드에서 IN-O2 스위치 암
패드 A1, A2: -2.5V
패드 B1, B2: 0 -12mA(직렬 저항 250 Ohm 다음의 0-4V에 상응)
SPDT MMIC에서, RF 라인과 접지부(G) 사이의 각각의 스위치 암에 두개의 다이오드 쌍(4&5, 6&7) 각각이 연결된다. SPDT MMIC가 파워 검출기로 동작하는 동안, 한개의 암이 차단되고(가령, IN-O2), 두번째 암은 0V의 바이어스 전압으로 전도 상태로 스위칭된다. IN-O1 암을 통해 흐르는 RF 파워는 병렬 연결된 다이오드들에서 정류된다. 패드 A1과 A2에서 측정될 수 있는 정류된 전압은 도 6에서 도시된 바와 같이, 송출된 파워에 대한 척도이다. 패드 A2에서 정류된 전압은 파워 측정에 사용된다. SPDT MMIC에서의 파워 검출은 3dBm<P<10dBm의 출력 파워 레벨에 대해 가능하다.
SPDT MMIC에서, RF 라인과 접지부(G) 사이의 각각의 스위치 암에 두개의 다이오드 쌍(4&5, 6&7) 각각이 연결된다. SPDT MMIC가 파워 검출기로 동작하는 동안, 한개의 암이 차단되고(가령, IN-O2), 두번째 암은 0V의 바이어스 전압으로 전도 상태로 스위칭된다. IN-O1 암을 통해 흐르는 RF 파워는 병렬 연결된 다이오드들에서 정류된다. 패드 A1과 A2에서 측정될 수 있는 정류된 전압은 도 6에서 도시된 바와 같이, 송출된 파워에 대한 척도이다. 패드 A2에서 정류된 전압은 파워 측정에 사용된다. SPDT MMIC에서의 파워 검출은 3dBm<P<10dBm의 출력 파워 레벨에 대해 가능하다.
도 5는 제어 전압의 함수로 감쇠 거동을 도시한다. 이때 다음의 값이 유효하다:
DC 배선 및 전압 공급:
패드 A1, A2: -2.5V
패드 B1, B2: 제어 전압이 250 옴(Ohm)의 직렬 저항을 통해 공급됨.
RF 배치:
58GHz에서 웨이퍼 탐지기로 측정
IN 포트에서 파워 입력, O2 포트에서 파워 출력.
O1 포트는 10dB의 감쇠기로 차단됨.
O1 포트는 10dB의 감쇠기로 차단됨.
도 6은 SPDT MMIC를 검출기로 사용할 경우를 도시한다. 그래프에서, 검출기 전압은 측정된 출력 파워의 함수로 도시된다.
DC 배선 및 전압공급:
패드 A1, A2: 0V가 1k옴(Ohm)의 직렬 저항을 통해 공급됨
삭제
패드 B1, B2: 12mA
RF 배치:
58GHz에서 웨이퍼 탐지기로 측정
O1 포트에서 파워 입력, IN 포트에서 파워 출력
O2 포트는 10dB의 감쇠기로 차단됨
O2 포트는 10dB의 감쇠기로 차단됨
기술된 소자들을 이용하여, 본 발명에 따라 송/수신 모듈에 대한 출력 파워 제어를 구현하였으며, 그 요체가 도 1에 블록 회로도로 제시되어 있다. 수신 모드에서는, 두개의 SPDT MMIC(1, 2)가 스위치로 사용된다. LO 파워(Pin_LO)와 수신 파워(Pin_RX)은 믹서로 스위칭된다. 송신의 경우, SPDT MMIC(1)는 가변 감쇠기로 작용하고, SPDT MMIC(2)는 파워 검출기로 기능한다. 파워 제어 루프는 아날로그 전자 제어 회로를 이용하여 닫힌다. 전자 제어 회로에서의 요망 값을 이용하여, 요망 출력 레벨이 설정된다. 도 7은 제어가 안된 경우(최대 가용 파워)와 제어된 경우(Pout = 5dBm = 일정)에 대해 스펙트럼 분석기에서 측정한 출력 파워를 도시한다.
Claims (4)
- 50GHz 및 그 이상의 주파수 범위에서 V-밴드 TR 모듈을 위한 밀리미터파의 파워를 제어하는 방법에 있어서, 상기 방법은,- 두개의 SPDT(Single Pole Double Throw) MMIC 스위치들을 통해 송신 및 수신 경로를 분리시키는 단계,- 송신의 경우, 제 1 SPDT MMIC 스위치를 가변 감쇠기로 이용하고 제 2 SPDT MMIC 스위치를 출력 파워에 대한 검출기로 이용하는 단계, 그리고- 전자 제어 회로를 이용하여, 출력 파워를 지정 레벨로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파의 파워 제어 방법.
- 50GHz 및 그 이상의 주파수 범위에서 V-밴드 TR 모듈을 위한 밀리미터파의 파워를 제어하는 장치에 있어서, 상기 장치는,- 송신 및 수신 경로를 분리하기 위한 두개의 SPDT MMIC 스위치, 그리고- 출력 파워를 제어하기 위한 전자 제어 회로을 포함하며, 이때, 송신의 경우, 제 1 SPDT MMIC 스위치가 가변 감쇠기로 이용되고, 제 2 SPDT MMIC 스위치가 상기 출력 파워에 대한 검출기로 이용되며,SPDT MMIC가 두개의 스위치 암을 가지는 경우, 각각의 스위치 암에는 두개의 병렬 연결 다이오드 쌍들이 RF 라인과 접지부 사이에 각각 연결되며,파워 검출기로 동작시, 한개의 암은 차단되고, 두번째 암은 0V의 바이어스 전압을 통해 전도 상태로 스위칭되며,상기 두번째 암을 통해 흐르는 RF 파워는 다이오드에서 정류되고, 측정가능한 정류된 전압이 송신 파워에 대한 척도로 사용되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파의 파워 제어 장치.
- 50GHz 및 그 이상의 주파수 범위에서 V-밴드 TR 모듈을 위한 밀리미터파의 파워를 제어하는 장치에 있어서, 상기 장치는,- 송신 및 수신 경로를 분리하기 위한 두개의 SPDT MMIC 스위치, 그리고- 출력 파워를 제어하기 위한 전자 제어 회로을 포함하며, 이때, 송신의 경우, 제 1 SPDT MMIC 스위치가 가변 감쇠기로 이용되고, 제 2 SPDT MMIC 스위치가 상기 출력 파워에 대한 검출기로 이용되며,SPDT MMIC가 두개의 스위치 암을 가지는 경우, 스위치 모드에서, IN 포트에서의 입력 파워는 O1 포트 또는 O2 포트로 선택적으로 스위칭될 수 있고,가변 감쇠기 모드에서, O2 포트가 반사 없는 방식으로 차단되며, 공급 전압의 변화에 의해 IN과 O1 포트 사이에서 가변 감쇠가 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 밀리미터파의 파워 제어 장치.
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