KR101028055B1 - 마이크로스트립을 이용하여 ｃｍｏｓ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

마이크로스트립을 이용하여 ｃｍｏｓ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

마이크로스트립을 이용하여 CMOS 어플리케이션들의 회로들을 스위칭하기 위한 방법 및 시스템들의 측면들(aspects)은 제1 신호 경로 및 제2 신호 경로 사이에서 제1 신호와 연관된 제1 전류를 스위칭함에 의해 제1 신호를 주파수 변환함으로써 제1 신호로부터 제2 신호를 생성하는 것을 포함한다. 상기 스위칭된 제1 전류는 상기 주파수 변환된 제1 신호의 원하는 주파수 성분에 동조될 수 있는 마이크로스트립을 통해 필터링될 수 있으며, 상기 제2 신호는 상기 제1 신호 경로 및 상기 제2 신호 경로의 전압 사이에서의 차이로부터 생성될 수 있다.

Description

마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR USING A MICROSTRIP TO SWITCH CIRCUITS IN CMOS APPLICATIONS}
본 발명의 몇몇 실시예들은 무선 통신에 관한 것이다. 좀더 상세하게는 본 발명의 몇몇 실시예들은 마이크로스트립(microstrip)을 이용하여 CMOS 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
2001년에, 연방 통신 위원회(Federal Communications Commision; FCC)는 57 GHz 내지 64 GHz의 통신을 위한 7 GHz 대역폭의 대형의 연속적 구간을 지정하였다. 이 주파수 대역은 무면허 원칙(unlicensed basis) 상에서 사용하기 위해 지정되었고, 다시 말해서, 이 스펙트럼(spectrum)은 최대 전송 전력(maximum transmission power) 및 특정의 공존 방식들(coexistence mechanisms)과 같은 특정의 기초적, 기술적 제한들을 조건으로 하여 누구든지 접속가능하다. 이 대역에서 일어나는 통신은 흔히 '60 GHz 통신'이라고 불린다. 이러한 스펙트럼의 지정된 부분의 접속가능성에 관하여, 60 GHz 통신은 예컨대, 2.4 GHz ISM 대역의 블루투스(Bluetooth) 또 는 무선 랜과 같은 무면허 스펙트럼 사용의 다른 형태들과 유사하다. 그러나, 60 GHz에서의 통신은 접속가능성을 제외한 면에서는 상당히 다를 수 있다. 예를 들면, 60 GHz 방사(radiation)가 공기 중의 산소에 의해 부분적으로 흡수되어 거리에 따라 높은 감쇄를 결과하는 사실에 적어도 기인하여 60 GHz 신호들은 현저하게 다른 통신 채널 및 확산(propagation) 특성들을 제공할 수 있다. 반면에, 7 GHz의 매우 큰 대역폭이 이용가능하기 때문에, 매우 높은 데이터율(data rate)을 얻을 수 있다. 60 GHz 통신을 위한 애플리케이션(application)들 중에서는 무선 개인 영역 네트워크들(wireless personal area network), 예컨대 셋톱박스(set top box)로부터 디스플레이(display)로의 무선 고해상도(high-definition) 텔레비전 신호, 또는 점 대 점(Point-to-Point) 링크들이 있다.
기존 및 종래의 접근 방식들의 이러한 한계점들 및 단점들은, 본 명세서의 나머지 부분들에서 도면들을 참조하여 설명되는 본 발명의 여러 측면들과 그런 종래의 시스템들의 비교를 통해, 본 기술 분야의 숙련된 자들에게 더욱 명백하게 될 것이다.
마이크로스트립을 이용하여 CMOS 어플리케이션내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법 및 시스템은 적어도 하나의 도면들과 연관하여 실질적으로 보여지거나 기술된 것처럼 청구항들에서 좀더 완전하게 전개될 것이다.
본 발명의 일측면에 의하면, 통신 신호들을 처리하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 제1 신호로부터 제2 신호를 생성하는 단계를 포함하되,
제1 신호 경로 및 제2 신호 경로 사이에서 상기 제1 신호와 연관된 제1 전류를 스위칭함으로써 상기 제1 신호를 주파수 변환(frequency-translating)하는 단계;
상기 주파수 변환된 제1 신호의 요청된 주파수 성분에 동조된 마이크로스트립 필터를 통해 상기 스위칭된 제1 전류를 필터링하는 단계; 및
상기 제1 신호 경로 및 상기 제2 신호 경로의 전압 사이에서의 차이로부터 상기 제2 신호를 생성하는 단계에 의한다.
바람직하게는, 상기 마이크로스트립 필터는 프로그램가능한 대역통과 필터 또는 프로그램가능한 정지대역 필터(stopband filter)이다.
바람직하게는, 상기 마이크로스트립 필터는 하모닉 주파수(harmonic frequency)에 동조된다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 마이크로스트립 필터의 중심 주파수(center frequency)를 구성함으로써 상기 하모닉 주파수에 동조시키는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 중심 주파수의 상기 구성을 위해 상기 마이크로스트립 필터의 커패시턴스를 조절하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 중심 주파수의 상기 구성을 위해 상기 마이크로스트립 필터의 인덕턴스를 조절하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 마이크로스트립 필터의 대역폭을 구성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 마이크로스트립 필터는 프로그램가능 공면 도파 필터(programmable coplanar waveguide filter)를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 프로그램가능 공면 도파 필터의 중심 주파수를 구성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 중심 주파수의 상기 구성을 위해 상기 프로그램가능 공면 도파 필터의 커패시턴스를 조절하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 중심 주파수의 상기 구성을 위해 상기 프로그램가능 공면 도파 필터의 인덕턴스를 조절하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 프로그램가능 공면 도파 필터의 대역폭을 구성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일측면에 의하면, 통신 신호들을 처리하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 하나 또는 그 이상의 회로들을 포함하며, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은, 제 신호로부터 제2 신호의 생성을 가능하게 하되,
제1 신호 경로 및 제2 신호 경로 사이에 상기 제1 신호와 연관된 제1 전류를 스위칭함에 의한 상기 제1 신호의 주파수 변환;
상기 주파수 변환된 제1 신호의 요청된 주파수 성분에 동조된 마이크로스트립 필터를 통한 상기 스위칭된 제1 전류의 필터링; 및
상기 제1 신호 경로 및 상기 제2 신호 경로의 전압 사이에서의 차이로부터 상기 제2 신호의 생성에 의한다.
바람직하게는, 상기 마이크로스트립 필터는 프로그램가능 대역통과 필터 또 는 프로그램가능 정지대역 필터이다.
바람직하게는, 상기 마이크로스트립 필터는 상기 하모닉 주파수에 동조된다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은 상기 마이크로스트립 필터의 중심 주파수를 구성함에 의해 상기 하모닉 주파수에 동조시키는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은 상기 중심 주파수의 상기 구성을 위해 상기 마이크로스트립 필터의 커패시턴스를 조절한다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은 상기 중심 주파수의 상기 구성을 위해 상기 마이크로스트립 필터의 인덕턴스를 조절한다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은 상기 마이크로스트립 필터의 대역폭을 구성한다.
바람직하게는, 상기 마이크로스트립 필터는 프로그램가능 공면 도파 필터를 포함한다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은 상기 프로그램가능 공면 도파 필터의 중심 주파수를 구성한다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은 상기 중심 주파수의 상기 구성을 위해 상기 프로그램가능 공면 도파 필터의 커패시턴스를 조절한다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은 상기 중심 주파수의 상기 구성을 위해 상기 프로그램가능 공면 도파 필터의 인덕턴스를 조절한다.
바람직하게는, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은 상기 프로그램가능 공면 도파 필터의 대역폭을 구성한다.
본 발명의 여러가지 장점들, 측면들 및 신규한 특징들은 기술된 실시예의 상세한 설명 뿐만 아니라 하기의 설명 및 도면들로부터 좀더 충분히 이해될 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예들은 마이크로스트립을 이용하여 CMOS 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 고주파수 어플리케이션들용 분산 트랜시버(distributed transceiver)를 위한 방법 및 시스템의 측면들은 제1 신호 경로 및 제2 신호 경로 사이에서 상기 제1 신호와 연관된 제1 전류를 스위칭하는 것에 의해 제1 신호로부터 제2 신호를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 스위칭된 제1 전류는 주파수 변환된(frequency-translated) 제1 신호의 원하는 주파수 성분에 동조될 수 있는 마이크로스트립 필터를 통해 필터링될 수 있으며, 상기 제2 신호는 상기 제1 신호 경로 및 상기 제2 신호 경로의 전압 사이의 차이로부터 생성될 수 있다.
마이크로스트립 필터는 프로그램가능 대역통과 필터 또는 프로그램가능 정지대역 필터(stopband filter)일 수 있으며, 마이크로스트립 필터는 마이크로스트립 필터의 중심 주파수를 동조시킴으로써 하모닉 주파수에 동조될 수 있다. 중심 주파수는 마이크로스트립 필터의 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 조절함에 의해 구성될 수 있다. 마이크로스트립 필터의 대역폭은 구성될 수 있다. 마이크로스트립 필터는 프로그램가능 공면 도파 필터를 포함할 수 있으며, 이 때문에 중심 주파수는 프로그램가능 공면 도파 필터의 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 조절함에 의해 구성될 수 있다. 프로그램가능 공면 도파 필터의 대역폭은 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 무선 통신 시스템을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 억세스 포인트(112b), 컴퓨터(110a), 헤드셋(114a), 라우터(130), 인터넷(132), 및 웹서버(134)가 도시되어 있다. 컴퓨터 또는 호스트 장치(110a)는 무선 라디오(wireless radio)(111a), 근거리 라디오(short-range radio)(111b), 호스트 프로세서(111c), 및 호스트 메모리(111d)를 포함할 수 있다. 무선 라디오(111a) 및 억세스 포인트(112b) 사이에 무선 연결(wireless connection)이 도시되어 있으며, 근거리 라디오(111b)와 헤드셋(114a) 사이에 근거리 무선 연결(short-range wireless connection)이 도시되어 있다.
종종, 컴퓨팅 및 통신 장치들은 다중 무선 통신 표준들을 이용하여 통신하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 무선 라디오(111a)는 예를 들어 이동 통신 표준과 호환될 수 있다. 무선 라디오(111a) 및 근거리 라디오(111b)는 동시에 활성화될 수 있다. 예를 들어, 웹서버(134)로부터의 스트리밍 컨텐츠를 소비하기 위하여 컴퓨터 또는 호스트 장치(110a)의 사용자는 인터넷(132)에 접속하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 사용자는 컴퓨터(110a) 및 억세스 포인트(112b) 사이에 무선 연결을 수립할 수 있다. 일단 이러한 연결이 수립되면, 웹서버(134)로부터의 스트리밍 컨텐츠는 라우터(130), 억세스 포인트(112b)및 무선 연결을 통해 수신될 수 있고, 컴퓨터 또는 호스트 장치(110a)에 의해 소모될 수 있다.
컴퓨터(111a)의 사용자는 헤드셋(114a)상에서 스트리밍 컨텐츠의 오디오 부분을 듣는 것이 더욱 바람직하다. 따라서, 컴퓨터(110a)의 사용자는 헤드셋(114a) 과 근거리 무선 연결을 수립할 수 있다. 인에이블링된 컴퓨터상에서 적절한 구성들로 일단 근거리 무선 연결이 수립되면, 스트리밍 컨텐츠의 오디오 부분은 헤드셋(114a)에 의해 소모될 수 있다. 그러한 개선된 통신 시스템들이 호스트 장치(110a)내에 집적되거나 위치하는 경우에, 라디오 주파수(radio frequency) 생성은 다중 통신 표준들 및/또는 개선된 광대역 시스템들, 예를 들어 UWB(Ultrawideband) 무선의 지원을 가능하게 하기 위한 빠른 스위칭을 지원할 수 있다. 근거리 통신들의 다른 어플리케이션들에는 예를 들어 셋톱박스로부터 비디오 디스플레이 장치까지 무선 고해상도 TV(W-HDTV)가 있을 수 있다. W-HDTV는 큰 대역폭 통신 기술들, 예를 들어 예시적인 UWB 및/또는 60 ㎓ 통신들로 달성될 수 있는 높은 데이터 레이트들을 요구할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 주파수 변환 믹서를 보여주는 도면이다. 도 2a를 참조하면, FET들(202, 204 및 206), 마이크로스트립(208)이 나타나 있다. 입력 신호(VIN), FET(202)를 거치는 드레인-소스 전압(VDS), 전류(l1), 국부 발진기 입력 신호(fLO 및 -fLO), 및 출력 신호들(VO+ 및 VO-), 및 DC 바이어스 전압(VDD)이 나타나 있다.
FET(202)의 드레인은 마이크로스트립(208) 및 FET들(204 및 206)의 소스들과 통신가능하게 결합되어 있다. FET(202)의 소스는 예를 들어 접지에 통신가능하게 연결되어 있다.
도 2a의 회로는 입력 신호(VIN)를 국부 발진기 신호(fLO)와 믹싱하여 VO+ 및 VO- 에서 차동 출력 신호(differential output signal)을 생성할 수 있다. 입력 신 호(VIN)는 예를 들어 라디오 주파수(radio frequency) 신호, 예를 들어 VIN=VB+s(t)cos(ω0t)일 수 있다. 여기에서 VB는 DC 바이어스 전압 성분이고, s(t)는 정보 함유(information-bearing) 기저대역 또는 중간 주파수 신호이며, ω0는 상기 RF 신호(VIN)의 각반송(angular carrier) 주파수이다. 상기 국부 발진기는 예를 들어 사인파 fLO=Acos(ωLOt), 또는 기본 주파수(fundamental frequency)(ωLO)에서 구형(square-shaped) 펄스의 열일 수 있다. 마이크로스트립(208)은 프로그램가능, 주파수 의존 임피던스를 생성할 수 있는 적절한 로직, 회로 및/또는 코드를 포함할 수 있다. 예를 들어 마이크로스트립(208)은 저주파수 및 고주파수들에 대하여 매우 작은 임피던스일 수 있으며, 몇몇 중간 주파수(ωμ)에서 매우 높은 임피던스일 수 있다. 마이크로스트립(208)은 중심 주파수 근처의 주파수들의 협대역, 자신의 대역폭에서 큰 임피던스일 수 있다. FET들(204 및 206)은 도 2b에서 좀더 상세하게 설명되는 바와 같이 스위치들로서 근본적으로 동작할 수 있다. fLO의 신호 진폭(A)은 FET들(204 및 206)을 온오프하도록 스위칭하는데 요구되는 전압보다 훨씬 클 수 있다. 이러한 경우에서, FET 스위치들(204 및 206)은 주어진 시점에서 반대 상태에 있게 된다. 예를 들어 FET(204)가 닫힌 스위치(closed switch)라 볼 수 있을 때 FET(206)는 열린 스위치(open switch)라고 볼 수 있으며 그와 반대의 경우에도 해당된다. FET(204) 및 FET(206)에 의해 생성된 스위치들은 전류(l1)가 주어진 시점에 FET(204)를 통한 VO+ 로부터의 흐름이거나 FET(206)를 통한 VO- 로부터의 흐름이 되게 할 수 있다.
DC 전압(VBB)은 도 2a에 도시된 회로를 바이어스하는데 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이 마이크로스트립(208)은 낮은 주파수들에서 매우 낮은 임피던스이기 때문에, 바이어스 전압(VBB)에 대하여 마이크로스트립(208)을 거쳐 거의 전압강하가 없으며 FET(202)의 드레인은 VBB에 근사하게 DC-바이어스될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변환 믹서의 기능을 보여주는 소신호 등가 회로이다. 도 2b를 참조하면, FET 소신호 모델(202) 및 FET 모델들(204 및 206)이 나타나 있다. FET 소신호 모델(202)은 도 2a에 도시되어 있는 FET(202)에 대한 모델이며, FET 모델들(204 및 206)은 각각 FET들(204 및 206)에 대한 모델이다. FET 소신호 모델(202)은 전류원(202a) 및 출력 임피던스(202b)를 포함할 수 있다. FET 모델(204)은 임피던스(204a) 및 스위치(204b)를 포함한다. FET 모델(206)은 임피던스(206a) 및 스위치(206b)를 포함한다. 또한 마이크로스트립(208) 및 임피던스(210 및 212)가 도시되어 있다. 또한 VIN의 소신호 성분, 예를 들어 Vin=s(t)cos(ω0t)일 수 있는 입력 전압(Vin)이 도시되어 있다. 또한 소신호 전압(Vds), 소신호 전류(i1), 국부 발진기 신호들(fLO 및 -fLO), 및 소신호 출력 신호들(Vo+ 및 Vo-)이 도시되어 있다.
임피던스들(210 및 212)은 상기 회로에 통신가능하게 결합되어 있지 않으며, 단지 설명의 목적으로 점선 연결로 도시되어 있다. 예를 들어 임피던스들(210 및 212)은 추가 믹싱 스테이지, 차동 신호 증폭기를 나타낼 수 있다.
FET(202)는 입력 전압(Vin)의 함수로서 전류원(202a)에서 전류 gm·Vin=gm· cos(ω0t)를 생성할 수 있다. 그러므로, 전류(i1)는 입력 전압(Vin)의 함수일 수 있다. FET 모델(204 및 206)에서 보여지고, 도 2a에서 설명된 바와 같이, FET들(204 및 206)은 각각 출력 임피던스(204a 및 206a)와 직렬 연결되어 있는 스위치들로서 설명될 수 있다. FET(204)는 fLO에 의해 제어될 수 있고 FET(206)는 -fLO에 의해 제어될 수 있기 때문에, 주어진 시점에서 스위치(204b)가 닫힐 때 스위치(206b)는 열릴 수 있고, 그 반대일 수 도 있다. 도 2에 도시된 믹서의 출력 신호는 차동 신호 Vo=V(o+)-(Vo-)에 의해 주어질 수 있다. 전류(i1)는 선택적으로 FET(204) 또는 FET(206)를 통해 흐름에 따라, 출력 전압(Vo)은 효과적으로 ±Vds일 수 있으며, 그에 따라 FET는 활성화된다. 따라서, 출력 전압(Vo)은 FET들(204 및 206)들이 온/오프를 스위칭하는 레이트로 바뀌는(flipped) 극성을 가지는 Vds일 수 있다. FET들(204 및 206)에서의 온/오프 스위칭은 주파수(fLO)에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 차동 출력 신호(Vo)는 기본 주파수(ωLO)의 극성 구형파 열에 의해 곱해진 입력신호(Vin)에 효과적으로 비례할 수 있다. 따라서, 출력 신호(Vo)는 마이크로스트립(208)이 상수, 주파수 독립 임피던스이라는 가정하에서 다음의 관계식에 의해 근사적으로 주어질 수 있다.
Figure 112008067494428-pat00001
여기에서, 바이폴라 구형파(bipolar square wave)는 퓨리에 시리즈 확 장(Fourier series expasion)의 형식으로 표기될 수 있다.
따라서, 상기 식에서 나타난 바와 같이, 출력 신호는 원하지 않는 다양한 다른 주파수 성분들이 더해진 입력 주파수(ωo) 및 국부 발진기 주파수(ωLO)의 합 및 차이의 항들을 포함할 수 있다. 주파수 믹서가 수신된 신호를 하향 변환시키는 것이 바람직한 예들에서, 바람직한 신호 성분은 cos(ωot-ωLOt)를 포함하는 성분일 수 있다. 주파수 믹서가 수신된 신호를 상향 변환시키는 것이 바람직한 예들에서, 바람직한 신호 성분은 cos(ωot+ωLOt)를 포함하는 성분일 수 있다.
마이크로스트립(208)은 수학식 1에서 바람직하지 않은 신호 성분들을 걸러내는데 사용될 수 있다. 수학식 1에서 상기 신호는 상술한 바와 같이 마이크로스트립(208)이 주파수 독립 비제로 임피던스(frequency independent non-zero impedance)인 경우에 거의 정확할 수 있다. 그러나, 마이크로스트립(208)의 임피던스는 마이크로스트립(208)이 동조될 수 있는 주파수,ωμ의 부근의 협대역폭에서 0보다 현저하게 클 수 있다. 예를 들어 마이크로스트립(208)이 ωμ=ωo-ωLO에 동조될 수 있는 예들에서, 마이크로스트립(208)은 ωμ와 상이한 어떤 주파수에 대하여서는 제로 임피던스(단락 회로)와 본질적으로 유사할 수 있다. 이러한 예에서, 이러한 주파수들에 대하여, 임피던스 Z가 0이 될 수 있기 때문에, 수학식 1의 주파수에서 ωμ와 충분히 떨어져 있는 모든 신호 성분들은 접지로 단락될 수 있다. 이러한 예에서, 전류는 제어 신호들(fLO 및 -fLO)에 기인하여 여전히 FET(204 및 206) 을 통해 흐를 수 있다. 그러나, FET(204 및 206)을 통한 전류들은 반대 방향으로 흐를 수 있으며, 그로 인하여 결과 전압 전위는 Vo=(Vo+)-(Vo-)=0에 의해 주어질 수 있다. 따라서, ωμ에서 원하는 주파수 성분은 차동 출력 신호 Vo에 기여할 수 있는 수학식 1로부터 오직 주파수 성분일 수 있다. 따라서, 마이크로스트립(208)의 주파수 특성들을 고려하면, ωμ=ωo-ωLO일 때에 최종 출력 전압은 다음의 관계식에 의해 주어질 수 있다.
Figure 112008067494428-pat00002
마이크로스트립(208)의 활용은 주어진 주파수 성분들의 간이 필터링을 허락하는 것 이외에도, DC 바이어스 점이 안정적으로 유지되기 때문에, 이점이 있을 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 대역통과 필터의 단면을 보여주는 블록도이다. 도 3a를 참조하면, 마이크로스트립 대역통과 필터(MS-BPF)(320)를 볼 수 있다. MS-BSF(320)는 보호층(301), 신호 도전성 라인(signal conductive line)(303), 접지평면(305), 산화물층(oxide layer) 및 기판(309)을 포함할 수 있다.
보호층(301)은 신호 도전성 라인(303), 접지 평면 및 기판(309)상의 다른 회로 사이에서 전기적인 절연을 제공할 수 있는 산화물, 질소 또는 다른 절연층을 포함할 수 있다. 보호층(301)은 MS-BPF(320)의 기초층(underlying layer)에 대하여 환경 요인들로부터 보호한다. 또한 보호층(301)은 그것의 유전 상수 및 도전성 라인들 사이에서 존재할 수 있는 전기장에서의 그것의 효과에 기반하여 선택될 수 있다.
신호 도전성 라인(303)은 산화물층(307)안에 임베디드된 금속 트레이스들(metal traces)을 포함할 수 있다. 본 발명의 또 하나의 일시예에서, 신호 도전성 라인(303)은 폴리 실리콘 또는 다른 도전성 물질을 포함할 수 있다. 신호 도전성 라인(303)과 접지 평면(305) 사이에서의 격리 및 전압 전위는 그 안에서 생성된 전기장을 결정할 수 있다. 게다가, 산화물(307)의 유전 상수는 신호 도전성 라인(303) 및 접지 평면(305) 사이에서 전기장을 결정할 수 있다.
산화물층(307)은 신호 도전성 라인(303)과 접지 평면(305) 사이에서 높은 저항 절연층을 제공할 수 있는 SiO2 또는 다른 산화물 재질을 포함할 수 있다. 게다가, 산화물층(307)은 적절한 유전 상수를 가지는 산화물질을 선택함으로써 신호 도전성 라인(303)과 접지 평면(305) 사이에서 전기장을 구성하기 위한 수단을 제공할 수 있다.
기판(309)은 집적될 수 있는 MS-BSF(320) 및 다른 장치들을 위한 기계적인 지지물을 제공할 수 있는 반도체 또는 절연체 재질을 포함할 수 있다. 기판(309)은 예를 들어, Si, GaAs, 사파이어, InP, GaO, ZnO, CdTe, CdZnTe 및/또는 Al2O3 또는 마이크로스트립 구조들을 집적하기 위해 적절한 다른 어떤 재질이라도 포함할 수 있다.
동작에서, AC 신호는 신호 도전성 라인(303) 및 접지 평면(305)에 걸쳐 적용될 수 있다. 도전성 라인들의 패턴뿐만 아니라 도전성 라인(303) 및 접지 평면(305) 사이의 이격(spacing)은 본 발명에서 필터링 목적, 구체적으로는 대역 통과 필터링 목적으로 사용될 수 있는 인덕턴스 및 커패시턴스를 생성할 수 있다. 게다가, 프로그램 가능한 임피던스들은 중심 주파수 및 대역폭에 동조되기 위해 MS-BFP(302)의 마이크로스트립 장치들을 거쳐 결합될 수 있으며, 도 3b와 관련하여 더 설명될 것이다.
도 3b는 본 발명에 따른 예시적인 마이크로스트립 대역통과 필터의 블록도이다. 도 3b를 참조하면, 3개의 공진기 섹션들(340, 360 및 380), 입력 커플러(313) 및 출력 커플러(315)를 포함하는 마이크로스트립 대역통과 필터(350)가 보여진다. 각 공진기 섹션(340, 360 및 380)은 신호 도전성 라인(303)의 패턴을 포함할 수 있다. 게다가, 프로그램가능 임피던스들(Z12, Z23 및 Z13)이 보여진다. 신호 도전성 라인(303)의 패턴은 예시적인 실시예이다. 본 발명은 이러한 타입의 구조에 제한되지 않으며, 다양한 패턴들이 대역통과 필터를 만들기 위해 사용될 수 있다. 형상을 변경하는 것은 MS-BPF(350)의 주파수 응답을 변경할 수 있다. 이러한 방식으로, 신호 도전성 라인(303)의 설계로 주파수 응답이 특정 범위에 동조될 수 있으며, 프로그램가능 임피던스들(Z12, Z23 및 Z13)을 조절함에 의해 정밀한 동조(tuning)가 달성될 수 있다.
신호 도전성 라인(303)은 도 3a와 관련하여 설명된 바와 같다. 프로그램가능 임피던스들은 MS-BPF(350)의 중심 주파수 및 대역폭을 수정하기 위해 프로그램 가능하게 조정될 수 있는 인덕터들 및/또는 커패시턴스들을 포함할 수 있다. 임피던스들(Z12, Z23 및 Z13)의 개수 및 위치는 도 3b에 보여지는 구성에 제한되지 않는다. 따라서, 다양한 개수의 임피던스들이 MS-BPF(350)내에 복수의 위치에 사용될 수 있다.
입력 및 출력 커플러들(313 및 315)은 각각 MS-BPF(350)내로 그리고 밖으로 신호들을 통신하기 위한 유도성 탭 커플링들을 포함할 수 있다. 본 발명의 또 하나의 실시예에서, 입력 및 출력 커플러들(313 및 315)은 직렬-커패시턴스 커플러들을 포함할 수 있다.
동작에서, 입력 커플러(313)를 통해 MS-BPF(350)에 입력 신호가 통신될 수 있다. 프로그램가능 임피던스들(Z12, Z23 및 Z13)을 조절함에 의해 원하는 동작 주파수가 구성될 수 있다. 상기 필터링된 출력 신호는 출력 커플러(315)로부터 통신될 수 있다. 본 발명의 또 하나의 실시예에서, 동조는 에어갭(air gap)을 가지는 기판상에 MS-BPF(350)의 부분들을 부양함(suspending)으로써 달성될 수 있다. 이러한 에어갭을 조절함으로써, 예를 들어 압전(piezoelectric) 또는 정전(electrostatic) 수단을 통해, 대역 필터 주파수를 조절할 수 있는 상기 구조의 커패시턴스가 바뀔 수 있다.
도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 공면 도파 대역통과 필터의 단면을 보여주는 블록도이다. 도 3c를 참조하면, 공면 도파 대역통과 필터(CPW-BPF)(300)가 보 여지고 있다. CPW-BPF(300)는 보호층(301), 신호 도전성 라인(303a), 접지 도전성 라인(303b), 산화물층(307) 및 기판(309)을 포함할 수 있다.
보호층(301)은 도전성 라인들(303a 및 303b) 및 기판상(309)의 다른 회로들 사이에서 전기적인 격리를 제공할 수 있는 산화물, 질소 또는 다른 절연층을 포함할 수 있다. 보호층(301)은 CPW-BPF(300)의 기초층들을 위해 환경적인 요인들로부터 보호할 수 있다. 게다가, 보호층(301)은 그것의 유전 상수 및 도전성 라인들 사이에서 존재하는 전기장상에서의 그것의 효과에 기반하여 선택될 수 있다.
신호 및 접지 도전성 라인들(303a 및 303b)은 산화물층(307)내에 임베디드된 금속 트레이스들(metal traces)을 포함할 수 있다. 본 발명의 또 하나의 실시예에서, 도전성 라인들은 폴리실리콘 또는 다른 전도성 재질을 포함할 수 있다. 산화물(307)의 유전 상수 뿐만 아니라 신호 도전성 라인(303a) 및 접지 도전성 라인(302b) 사이에서 격리 및 전압 전위는 거기에서 생성된 전기장을 결정할 수 있다.
산화물층(307)은 신호 도전성 라인(303a) 및 접지 도전성 라인(303b) 사이에서 고저항 절연층을 제공할 수 있는 SiO2 또는 다른 산화물 재질을 포함할 수 있다. 게다가, 산화물층(307)은 기판(309) 및 도전성 라인들(303a 및 303b) 사이에서 고저항 절연층을 제공할 수 있다.
기판(309)은 CPW-BPF 및 집적될 수 있는 다른 장치들을 위해 기계적인 지지를 제공할 수 있는 반도체 또는 절연 재질을 포함할 수 있다. 기판(309)은 예를 들 어 Si, GaAs, 사파이어(sapphire), InP, GaO, ZnO, CdTe, CdZnTe, 및/또는 Al2O3 또는 공면 도파 구조들을 집적하기 위해 적절할 수 있는 어느 다른 기판 재질이라도 포함할 수 있다.
동작에서, AC 신호는 신호 도전성 라인(303a) 및 접지 도전성 라인(303b)에 걸쳐 인가될 수 있다. 도전성 라인들의 패턴 뿐만 아니라 도전성 라인들 사이에서의 이격은 본 발명에서 필터링 목적, 구체적으로 대역통과 필터링 목적으로 사용될 수 있는 인덕턴스 및 커패시턴스를 생성할 수 있다. 게다가, 프로그램가능 임피던스들이 중심 주파수 및 대역폭을 동조시키기 위해 CPW-BFP에 있는 공면 도파 장치들을 걸쳐 결합될 수 있으며, 도 3d와 관련하여 더 설명될 것이다.
도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 공면 도파 대역통과 필터의 브록도이다. 도 3d를 참조하면, 도 3c와 연관하여 설명된 바와 같이 산화물층내에 임배디드되고 보호층으로 덮여진 신호 도전성 라인(303a) 및 접지 도전성 라인(303b)을 포함하는 공면 도파 대역통과 필터(325)가 보여진다. 신호 도전성 라인(303a) 및 접지 도전성 라인(303b)은 예시적인 실시예이다. 본 발명은 이러한 타입의 구조에 국한되지 않으며, 대역통과 필터를 만들기 위해 다양한 개수들의 패턴들이 사용될 수 있다. CPW-BPF(325)는 디멘존들(d0-d11)을 위한 적절한 값들을 결정하는 것에 의해 특정 주파수 범위를 위해 설계될 수 있다.
동작에서, 입력 신호는 도 3d에 "In"으로 도시된 + 및 - 입력들에서 CPW-BPF(325)에 통신될 수 있다. 원하는 동작 주파수는 도전성 라인들(303a 및 303b)의 설계에 의해 구성될 수 있다. 형상을 변경하는 것은 CPW-BPF(325)의 주파수 응답을 변경할 수 있다. 이러한 방식으로, 주파수 응답은 신호 도전성 라인(303a) 및 접지 도전성 라인(303b)의 설계로 특정 범위에 동조될 수 있다. 동조는 예를 들어 스위칭 구조의 안 그리고 밖의 섹션들을 스위칭함을 통해 구조의 디멘존을 조절함으로써 달성될 수 있다. 본 발명의 또 하나의 실시예에서, 동조는 에어갭을 가진 기판상에서 CPW-BPF(325)의 부분들을 부양함(suspending)에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어 압전 또는 정전 수단을 통해, 이 에어갭을 조절함에 의해, 대역통과 필터 주파수를 조절하는 상기 구조의 커패시턴스가 바뀔 수 있다. 필터링된 출력 신호는 도 3d에 "Out"으로 도시되어 있는 + 및 - 출력들의 밖으로 통신될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 마이크로스트립을 이용하여 CMOS 어플리케이션내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법 및 시스템은 도 2a 및 도 2b에 보여진 바와 같이 제1 신호 경로 및 제2 신호 경로 사이에 제 1 신호와 관련된 제1 전류, 예를 들어 i1을 스위칭함으로써 제1 신호를 주파수 변환하는 것에 의해 제1 신호, 예를 들어 VIN으로부터 제2 신호, 예를 들어 Vo를 생성하는 것을 포함한다. 스위칭된 제1 전류는 주파수 변환 제1 신호의 원하는 주파수 성분, 예를 들어 합 또는 차 성분에 동조되는 마이크로스트립 필터, 예를 들어 마이크로스트립(208)을 통해 필터링될 수 있으며, 상기 제2 신호는 제1 신호 경로, 예를 들어 Vo+와 제2 신호 경로, 예를 들어 Vo- 사이의 차이로부터 생성될 수 있다.
마이크로스트립 필터는 프로그램가능 필터(예를 들어 도 3b에 도시된 바와 같은), 또는 프로그램가능 정지대역 필터일 수 있으며, 마이크로스트립 필터는 도 3b에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 필터의 중심 주파수에 동조시킴에 의해 조화 주파수(harmonic frequency)에 동조될 수 있다. 중심 주파수는 도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 필터의 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 조절함에 의해 구성될 수 있다. 마이크로스트립의 대역폭은 구성될(configured) 수 있다. 마이크로스트립 필터는 프로그램가능 공면 도파 필터를 포함할 수 있으며, 그것을 위하여 중심 주파수는 상기 프로그램가능 공면 도파 필터의 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 조절함에 의해 구성될 수 있다. 프로그램가능 공면 도파필터의 대역폭은 구성될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시예는 기계 가독 스토리지(machine-readable storage)를 제공하는데, 그 위에 기계에 의해 실행가능한 적어도 하나의 코드 섹션을 가지는 컴퓨터 프로그램이 저장되며, 그에 의해 기계가 마이크로스트립을 이용하여 CMOS 어플리케이션의 회로들을 스위칭하는 방법 및 시스템을 위한 상술한 단계들을 수행할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명은 하드웨어, 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 적어도 하나의 컴퓨터 시스템을 가지는 중앙 방식(centralized fashion)으로 구현될 수 있거나, 다른 구성요소들이 몇몇 서로 연결된 컴퓨터 시스템들에 흩어져 있는 분산 방식(distributed fashion)으로 구현될 수도 있다. 여기에서 기술된 방법들을 실행하기 위해 채택된 어떠한 종류의 컴퓨터 시스템이나 다른 장치도 적절하다. 하드웨어 및 소프트웨어의 전형적인 조 합에는 컴퓨터 시스템에서 로딩되어 실행되었을 때, 여기에서 기술된 방법들을 실행하도록 컴퓨터 시스템을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 가지는 범용 컴퓨터 시스템이 있을 수 있다.
본 발명은 여기에서 기술된 방법들의 실행을 가능하게 하는 모든 특징들을 포함하고, 컴퓨터 시스템에 로딩되었을 때 이 방법들을 실행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품에 임베디드(embedded)될 수 있다. 여기에서, 컴퓨터 프로그램은 임의의 언어, 또는 코드(code), 또는 기호(notation)에서 명령들 집합을 표현하는 어떤 것이라도 의미한다. 이 명령들 집합의 표현들은 직접적으로, 또는 a) 다른 언어, 코드, 또는 기호로의 변환(conversion) b) 다른 매체 형태로의 재생(reproduction)중에서 어느 하나 또는 둘 모두를 수행한 후에 시스템이 특정한 기능을 수행하기 위한 정보 처리 능력을 가지도록 의도된 것이다.
본 발명은 몇몇 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 균등물들이 대신될 수 있음은 당해 기술 분야에 숙련된 자들에게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 특정한 상황 또는 매체를 본 발명의 기술들에 채택하기 위하여 많은 변형들이 있을 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예들에 한정되지 않아야 하며, 첨부되는 청구항들의 범위내에 있는 모든 실시예들을 포함할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 무선 통신 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 주파수 변환 믹서를 보여주는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 주파수 변환 믹서의 기능을 보여주는 소신호 등가 회로이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스크립 대역통과 필터의 단면을 보여주는 블록도이다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 마이크로스트립 대역통과 필터의 블록도이다.
도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 공면 도파 대역통과 필터의 단면을 보여주는 블록도이다.
도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 공면 도파 대역통과 필터의 블록도이다.

Claims (10)

  1. 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법으로서,
    제1 신호로부터 제2 신호를 생성하는 단계를 포함하되,
    제1 신호 경로 및 제2 신호 경로 사이에서 상기 제1 신호와 연관된 제1 전류를 스위칭함에 의해 상기 제1 신호를 주파수 변환하는 단계;
    상기 주파수 변환된 제1 신호의 원하는 주파수 성분에 동조된 마이크로스트립 필터를 통해 상기 스위칭된 제1 전류를 필터링하는 단계;
    상기 제1 신호 경로 및 상기 제2 신호 경로의 전압 사이에서의 차이로부터 상기 제2 신호를 생성하는 단계에 의한 것이며;
    상기 마이크로 스트립 필터는,
    보호층, 신호 도전성 라인(signal conductive line), 접지평면, 산화물층(oxide layer) 및 기판을 포함하되,
    상기 보호층은 상기 신호 도전성 라인, 상기 접지 평면 및 상기 기판상의 다른 회로 사이에서 전기적인 절연을 제공하는 재질을 포함하며,
    상기 신호 도전성 라인은 상기 산화물층안에 임베디드된 금속 트레이스들(metal traces)을 포함하며,
    상기 도전성 라인 및 상기 접지 평면은 필터링을 위한 인덕턴스 및 커패시턴스를 생성하기 위한 이격을 가지며,
    상기 신호 도전성 라인과 상기 접지 평면 사이에서의 격리 및 전압 전위는 그 안에서 생성된 전기장을 결정하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로스트립 필터는 프로그램가능 대역통과 필터 또는 프로그램가능 정지대역(stopband) 필터인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로스트립 필터는 하모닉 주파수(harmonic frequency)에 동조되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 마이크로스트립 필터의 중심 주파수를 구성하는 것에 의해 상기 하모닉 주파수에 동조(tuning)시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중심 주파수의 상기 구성을 위해 상기 마이크로스트립 필터의 커패시턴스를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 중심 주파수의 상기 구성을 위해 상기 마이크로스트립 필터의 인덕턴스를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 방법.
  7. 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 시스템으로서,
    하나 또는 그 이상의 회로들을 포함하되,
    상기 하나 또는 그 이상의 회로들은 제1 신호로부터 제2 신호의 생성을 가능하게 하되,
    제1 신호 경로 및 제2 신호 경로 사이에서 상기 제1 신호와 연관된 제1 전류를 스위칭함에 의한 상기 제1 신호의 주파수 변환;
    상기 주파수 변환된 제1 신호의 원하는 주파수 성분에 동조된 마이크로스트립 필터를 통한 상기 스위칭된 제1 전류의 필터링; 및
    상기 제1 신호 경로 및 상기 제2 신호 경로의 전압 사이에서의 차이로부터 상기 제2 신호의 생성에 의한 것이며,
    상기 마이크로 스트립 필터는,
    보호층, 신호 도전성 라인(signal conductive line), 접지평면, 산화물층(oxide layer) 및 기판을 포함하되,
    상기 보호층은 상기 신호 도전성 라인, 상기 접지 평면 및 상기 기판상의 다른 회로 사이에서 전기적인 절연을 제공하는 재질을 포함하며,
    상기 신호 도전성 라인은 상기 산화물층안에 임베디드된 금속 트레이스들(metal traces)을 포함하며,
    상기 도전성 라인 및 상기 접지 평면은 필터링을 위한 인덕턴스 및 커패시턴스를 생성하기 위한 이격을 가지며,
    상기 신호 도전성 라인과 상기 접지 평면 사이에서의 격리 및 전압 전위는 그 안에서 생성된 전기장을 결정하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 마이크로스트립 필터는 프로그램가능 대역통과 필터 또는 프로그램가능 정지대역(stopband) 필터인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 마이크로스트립 필터는 하모닉 주파수(harmonic frequency)에 동조되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 회로들은 상기 마이크로스트립 필터의 중심 주파수를 구성함에 의해 상기 하모닉 주파수에 동조시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립을 이용하여 ＣＭＯＳ 어플리케이션들내의 회로들을 스위칭하기 위한 시스템.
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