KR101194213B1 - 무선 주파수 집적 회로에서 인덕터 튜닝을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

무선 주파수 집적 회로에서 인덕터 튜닝을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
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Abstract

무선 주파수 (RF) 집적 회로 내에서 임피던스를 매칭하는 장치가 제공된다. 장치는 RF 신호 경로에 위치된 제 1 임피던스 엘리먼트 (205), 집적 회로 상에 제조되고 제 1 임피던스 엘리먼트 (205) 에 접속된 제 1 인덕터 (210), 및 제 1 인덕터 (210) 와 직렬로 접속되고 제 1 인덕터 (210) 와 접지 노드 사이에 직렬로 위치된 조정가능한 커패시턴스 (215) 를 포함하며, 조정가능한 커패시턴스 회로 (215) 는 제 1 인덕터 (210) 의 인덕턴스를 튜닝하기 위해 조정된다. 인덕터를 튜닝하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 RF 집적 회로에서 인덕터에 대한 타겟 인덕턴스 값을 확인하는 단계, 및 조정가능한 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값을 결정하는 단계를 포함하므로, 인덕터에 커플링되는 경우, 조정가능한 커패시턴스 회로 및 인덕터의 결합된 임피던스는 확인된 타겟 인덕턴스 값으로 튜닝된다.

Description

무선 주파수 집적 회로에서 인덕터 튜닝을 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUSES FOR INDUCTOR TUNING IN RADIO FREQUENCY INTEGRATED CIRCUITS}
본 개시의 실시형태는 일반적으로 임피던스 매칭 회로에 관한 것이며, 보다 상세하게는 무선 주파수 (RF) 임피던스 매칭 집적 회로 (IC) 내에서 인덕터를 튜닝할 수 있는 회로에 관한 것이다.
무선 주파수 집적 회로 (RFIC) 는 RFIC 네트워크 내의 상이한 서브-섹션들을 인터페이싱하기 위해 임피던스 매칭 회로를 사용할 수 있다. 임피던스 매칭 회로는 서브-섹션들 간의 전력 전달을 개선하기 위해서 사용될 수도 있고/있거나 서브-섹션들의 전기 경계들 간에 발생하는 신호 반사를 완화시킨다. 임피던스 매칭 회로를 RFIC 기판 자체 상에 직접적으로 제조하는 것은 비용 감소를 유도하고 패키징 효과를 개선하는데 유익할 수도 있다.
성능을 개선시키기 위한 튜닝 매칭 네트워크는 회로 설계에 과제로 존재할 수 있다. 다양한 회로 엘리먼트 (예를 들어, 인덕터, 커패시터 등) 의 파라미터는 많은 인자에 의존하기 때문에, 임피던스 매칭 회로의 성능은 예측하기 곤란할 수 있다. 종래에, 임피던스 매칭을 위한 충분한 정확도를 달성하기 위해서, 임피던스 매칭 네트워크의 튜닝은 반복적인 시행착오 기술을 사용할 수도 있다. 일 종래의 접근은, 특정한 온-칩 회로 엘리먼트로 최초 추측을 한 후, 결과를 측정하여 회로의 유효성을 결정하는 것을 포함할 수도 있다. 회로의 성능이 만족스럽지 않다면, 임피던스 매칭 회로의 회로 엘리먼트는 다른 값을 갖는 다른 회로 엘리먼트로 대체될 수 있다. 이 프로세스는 RF 네트워크 성능이 적절할 때까지 반복될 수도 있다.
회로 엘리먼트의 대체는 구 회로 엘리먼트를 물리적으로 제거하고 새로운 회로 엘리먼트로 교체함으로써 수행될 수도 있다. 그러나, 이 접근은, 집적 회로의 다이 상에 위치된 회로 엘리먼트를 물리적으로 교체하기 곤란할 수 있기 때문에 가장 실용적이지 않을 수도 있다. 회로 엘리먼트의 물리적인 교체는 집적 회로의 고가의 금속 스핀들을 포함할 수도 있다. 금속 스핀은 추가적인 테이프아웃 (tapeout; 예를 들어, 제조를 위해 그 설계를 발송하는 것) 이며, 회로의 금속 층은 변경되지만, 실리콘 층은 변경되지 않고 있다.
보다 비용 효율이 높은 접근은 집적 회로 상에 복수의 회로 엘리먼트 (즉, 회로 엘리먼트의 "뱅크") 를 위치시키는 것/제조하는 것과, 복수개로부터 하나 이상의 회로 엘리먼트를 선택하여 어느 것이 최선의 성능을 제공할지 결정하는 것을 포함할 수도 있다.
임피던스 매칭 회로는 통상적으로 인덕터를 사용하여 원하는 회로에서 공진 효과를 달성한다. 따라서, 임피던스 매칭 회로를 튜닝하기 위해서 인덕터의 인덕턴스 값을 변경하는 것이 바람직할 수도 있다. 그러나, 집적 회로 기술을 이용하여 제조된 인덕터는 집적된 회로 다이 상에 상당량의 스페이스를 점유할 수 있다 (예를 들어, 통상적으로 300 um × 300 um 이상). 따라서, 임피던스 매칭 회로의 튜닝을 용이하게 하기 위해 인덕터 값을 변경하기 위한 인덕터 뱅크를 구현하는 것은 비현실적일 수도 있다.
따라서, 성능의 개선을 위해 쉽게 그리고 경제적으로 튜닝될 수도 있는 RFIC 임피던스 매칭 회로가 요구된다.
본 발명의 실시형태는 무선 주파수 (RF) 집적 회로 내의 임피던스를 매칭하는 장치를 포함할 수 있다. 이 장치는 RF 신호 경로에 위치된 제 1 임피던스 엘리먼트, 집적 회로 상에 제조되고 제 1 임피던스 엘리먼트에 접속된 제 1 인덕터, 및 제 1 인덕터와 직렬로 연결되고 제 1 인덕터와 접지 노드 사이에 위치되며, 제 1 인덕터의 인덕턴스를 튜닝하기 위해 조정되는 조정가능한 커패시턴스 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태는 인덕터를 튜닝하기 위한 방법을 포함할 수 있다. 이 방법은 RF 집적 회로의 인덕터에 대한 타겟 인덕턴스 값을 확인하는 단계, 및 인덕터에 커플링되는 경우, 조정가능한 커패시턴스 회로 및 인덕터의 결합된 임피던스가 그 확인된 타겟 인덕턴스 값으로 튜닝되도록, 조정가능한 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태는 인덕터를 튜닝하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 이 장치는, 인덕터에 커플링되는 경우, 조정가능한 커패시턴스 회로 및 인덕터의 결합된 임피던스가 무선 주파수 (RF) 집적 회로의 인덕터에 대한 타겟 인덕턴스 값으로 튜닝되도록, 조정가능한 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값을 조정하는 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태는 매칭 회로 내의 인덕터를 튜닝하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 이 장치는 RF 신호 경로에 위치된 제 1 임피던스 엘리먼트; 집적 회로 상에서 제조되고 제 1 임피던스 엘리먼트에 접속된 제 1 인덕터; 및 제 1 인덕터와 직렬로 접속되고 제 1 인덕터와 접지 노드 사이에 위치되며, 제 1 인덕터의 인덕턴스를 튜닝하도록 조정되는 조정가능한 커패시턴스 회로를 포함하고, 조정가능한 커패시턴스 회로는, 조정가능한 커패시턴스 회로 및 인덕터의 결합된 임피던스가 무선 주파수 (RF) 집적 회로의 인덕터에 대한 타겟 인덕턴스 값으로 튜닝되도록, 커패시턴스 값을 조정하도록 구성된 로직을 갖는 제어기를 포함한다.
첨부된 도면은 본 발명의 실시형태의 설명을 돕기 위해 제시되며 제한이 아닌 오로지 실시형태의 설명을 위해 제공된다.
도 1은 임피던스 매칭 네트워크를 이용한 예시적인 송신기 및 수신기를 도시하는 블록도이다.
도 2는 튜닝가능한 인덕터를 갖는 예시적인 임피던스 매칭 회로의 개략도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 예시적인 조정가능한 커패시턴스 회로의 개략도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 임피던스 매칭 회로의 다양한 예의 개략도이다.
도 5는 집적 회로 기술을 이용하여 제조된 예시적인 인덕터 및 커패시터의 다이어그램이다.
도 6은 임피던스 매칭 회로를 튜닝하기 위한 예시적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
본 발명의 양태는 본 발명의 구체적인 실시형태로 지시된 다음 설명 및 관련 도면들에 개시된다. 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 대안적인 실시형태가 고안될 수도 있다. 추가적으로, 본 발명의 잘 알려진 엘리먼트는, 본 발명의 관련있는 세부사항을 불분명하게 하지 않기 위해서 상세하게 기술하지 않거나 생략할 것이다.
단어 "예시적인"은 "예, 사례 또는 도해로서의 역할"을 의미하도록 본원에 사용된다. "예시"로서 본원에 기재된 임의의 실시형태는 다른 실시형태보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석될 필요는 없다. 유사하게, "본 발명의 실시형태"는, 본 발명의 모든 실시형태가 논의된 동작의 특징, 이점 또는 모드를 포함할 것을 요구하지 않는다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시형태와 일치하는 임피던스 매칭 디바이스를 이용한 예시적인 트랜시버 (100) 를 도시하는 블록도이다. 트랜시버는 안테나 (105), 임피던스 매칭 네트워크 (110), 송신기 (115), 및/또는 수신기 (120) 를 포함할 수도 있다. 애플리케이션 디바이스 (125) 는 신호를 제공 및/또는 획득하기 위해 트랜시버 (100) 와 인터페이싱할 수도 있다. 트랜시버 (100) 가 송신 모드에서 동작 중 일 때, 애플리케이션 디바이스 (125) 에 의해 제공된 신호는 송신기 (115) 에 의해 최초로 변조되고/되거나 증폭된다. 변조 및/또는 증폭 이후, 신호는 임피던스 매칭 네트워크 (110) 를 통해 통과할 수도 있고, 이후 안테나 (105) 에 의해 전자기파로서 대기로 방출될 수도 있다. 수신 모드의 동작 동안, 대기로 방출되는 신호는 안테나에 영향을 주어 수신된 신호를 생성할 수도 있다. 수신된 신호는 임피던스 매칭 네트워크 (110) 를 통해 통과할 수도 있고, 이후 수신기 (120) 로 진행하며, 이것은 증폭 및/또는 복조될 수도 있다. 증폭 및/또는 복조 이후, 신호는 다양한 용도를 위해 애플리케이션 디바이스 (125) 로 제공된다.
임피던스 매칭 네트워크 (110) 는 송신기 (115)/수신기 (120) 와 안테나 (105) 사이의 전력 전달을 개선하기 위해 사용될 수도 있으며, 또한 이들 하위 시스템들 간에 발생하는 신호 반사를 완화시켜 신호의 진폭 및/또는 위상 특성을 개선시킬 수도 있다. 임피던스 매칭 네트워크 (110) 는 하나 이상의 임피던스 매칭 회로를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 송신기 (115) 및 수신기는 임피던스 매칭 네트워크 (110) 에서 동일한 회로를 공유할 수도 있다. 다른 애플리케이션들에서, 송신기 (115) 및 수신기 (120) 특유의 임피던스 매칭 회로를 분리시킬 수도 있다. 매칭 네트워크는, 임피던스 매칭 네트워크 (110) 의 성능을 개선시키기 위해 내부의 회로 엘리먼트를 튜닝함으로써 변경될 수 있는 특정 주파수 도메인 특성을 가질 수도 있다. 이러한 튜닝에 관한 세부사항은 도 2의 설명으로 아래에 나타낼 것이다.
트랜시버 (100) 는, 예를 들어, Qualcomm의 BTS4000 시리즈와 같은 Bluetooth
Figure 112010041151568-pct00001
수신기를 포함한 임의의 RF 애플리케이션에서 사용될 수도 있다. 이러한 트랜시버는, 예를 들어, 셀룰러 폰을 위한 핸드-프리 키트에서 사용될 수도 있다. 다른 애플리케이션은 GHz 주파수 범위 (예를 들어, 2.4 GHz) 에서 동작하는 IEEE 802.11x (Wi-Fi) 를 포함할 수도 있다. 트랜시버 (100) 는 또한 송신기 또는 수신기 중 어느 하나를 위한 별개의 안테나를 사용할 수도 있다. 일부 애플리케이션에서, 트랜시버는 송신기 또는 수신기 중 어느 하나만을 포함할 수도 있다.
애플리케이션 디바이스 (125) 는 임의의 형태의 아날로그 및/또는 디지털 디바이스일 수도 있고, 또한 정보 처리, 네트워킹 및/또는 임의의 다른 형태의 통신 디바이스일 수 있다. 이러한 디바이스는 컴퓨터, 셀룰러 핸드셋, 개인 디지털 보조기, 휴대용 음악 디바이스, 핸드셋 및/또는 다른 오디오 디바이스 등을 포함할 수도 있지만 이것으로 제한되지 않는다.
도 1은 임피던스 매칭 네트워크 (110) 의 일 예시적인 이용을 도시한다. 임피던스 매칭 네트워크 (110) 는 다양한 다른 전자식 애플리케이션에 사용될 수도 있고, 트랜시버, 송신기, 및/또는 수신기에만 사용하는 것으로 제한되지 않는다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 임피던스 매칭 네트워크는 안테나 (105) 에 커플링되지 않을 수도 있지만, RF 신호를 제공하는 케이블, 도파관 등일 수도 있다.
도 2는 임피던스 매칭 네트워크 (110) 에 포함될 수도 있는 예시적인 임피던스 매칭 회로 (200) 의 개략도이다. 임피던스 매칭 회로 (200) 는 임피던스 매칭 회로 (200) 의 입구 포트와 출구 포트 사이의 신호 경로에 위치된 임피던스 (205) 를 가질 수도 있다. 도 2에 도시된 실시형태에서, 인덕터 (210) 는 임피던스 매칭 회로 (200) 의 출력 측 상의 임피던스 (205) 에 커플링될 수도 있다 (아래에 나타낸 바와 같이, 다른 실시형태에서는 다른 구성이 가능할 수도 있다). 인덕터 (210) 는 조정가능한 커패시턴스 회로 (215) 와 직렬일 수도 있다. 조정가능한 커패시턴스 회로 (215) 의 다른 노드는 차례로 그라운드에 커플링될 수도 있다.
조정가능한 커패시턴스 회로 (215) 는 인덕터 (210) 와 직렬이기 때문에, 그 결합된 임피던스는 유효 인덕터스 Leff로 여기질 수도 있으며,
Figure 112010041151568-pct00002
로 표현된다:
Leff: 인덕터 L (210) 의 유효 인덕턴스;
L: 인덕터 L (210) 의 실제 인덕턴스;
ω: 신호의 라디안 주파수 ; 및
Ceff: 조정가능한 커패시턴스 네트워크 (215) 의 유효 커패시턴스.
상기 식에서 볼 수 있는 바와 같이, 유효 커패시턴스 (Ceff) 는 인덕터 (210) 의 인덕턴스를 부분적으로 상쇄한다. 따라서, 조정가능한 커패시턴스 회로 (215) 의 유효 커패시턴스 (Ceff) 를 변경함으로써, Leff의 유효 인덕턴스가 변경될 수도 있고, 이것에 의해 인덕터 (210) 의 튜닝을 허용하여 임피던스 매칭 회로 (200) 의 성능을 개선시킨다. 더욱이, Leff를 변경하는 것은 임피던스 매칭 회로 (200) 의 공진 주파수의 정확하게 제어된 변경을 발생시킬 수 있다. 임피던스 매칭 회로 (200) 는, 이것이 직접 신호 경로에 있지 않기 때문에 튜닝을 위해서 조정가능한 임피던스 (205) 를 이용하지 않을 수도 있다는 것을 주목한다. 직접 신호 경로 내 튜닝가능한 엘리먼트는 회로의 잡음 지수에 불리하게 영향을 끼칠 수도 있다.
임피던스 (205) 는, 예를 들어, 커패시터, 인덕터, 및/또는 저항과 같은 임의의 유형의 알려진 회로 엘리먼트일 수도 있다. 더욱이, 임피던스 (205) 는 임의의 알려진 구성의 복수의 이러한 회로 엘리먼트일 수도 있다. 추가적으로, 임피던스 (205) 는 수동 엘리먼트로 제한되지 않고, 다양한 형태의 임피던스 값 (예를 들어, 다른 수동 회로 엘리먼트와 함께 트랜지스터, 증폭기의 구성) 을 실현하는데 사용될 수도 있는 능동 엘리먼트일 수도 있다. 인덕터 (210) 는 임의의 유형의 수동 인덕터일 수도 있고, 또는 인덕터 (예를 들어, 자이레이터) 를 시뮬레이트하도록 구성된 능동 및 수동 엘리먼트의 조합일 수도 있다.
조정가능한 커패시턴스 회로 (215) 는 임의의 유형의 조정가능한 커패시터 디바이스일 수도 있다. 더욱이, 아래에 기재되는 바와 같이, 조정가능한 커패시터 회로는 원하는 커패시턴스 값을 생성하기 위해 스위치에 의해 각각 제어된 복수의 커패시터들을 사용하여 구현될 수 있다. 스위치는 소프트웨어 커맨드에 기초하여 제어기에 의해 동작될 수도 있는 트랜지스터 (예를 들어, n-형 (NMOS) 및/또는 p-형 (PMOS) 와 같은 임의의 유형의 금속 산화물 반도체) 와 같은 능동 엘리먼트일 수도 있다. 이러한 배열은 제조 직후, 그리고 이후 언제라도 조정가능한 커패시턴스 회로의 튜닝을 가능하게 하며, 이는 장기간의 드리프트에 대한 컴포넌트의 보상에 유용할 수도 있다. 대안으로, 스위치는 1회 설정만으로 이후 변경되지 않을 수도 있는 상태를 갖는 디바이스 (예를 들어, 스위치 구성을 설정하기 위해 연결될 수도 또는 분리 (블로운) 될 수도 있는 퓨즈형 배열) 로서 실현될 수도 있다. 1회만 설정될 수도 있는 스위치를 갖고 있으면, 디바이스는 한번만 캘리브레이팅되므로, 단순함으로 인해 더욱 비용 효율이 높을 수도 있지만, 이후 조정이 이루어질 수 없기 때문에 장기간의 적응성은 부족할 수도 있다.
임피던스 매칭 (200) 은 집적 회로의 다이 상에 제조될 수도 있고, 내부의 회로 엘리먼트는 IC 제조 기술을 이용하여 실현될 수도 있다. 예를 들어, 커패시터, 인덕터, 저항 및 스위치 (예를 들어, 트랜지스터) 는 포토리소그래피 또는 다른 유형의 에칭/주입 기술에 의해 제조될 수도 있다. 포토리소그래피는, 실리콘 층, 및 금속 층들 (예를 들어, 10개 까지) 과 같은 특정 층 상에 디바이스들을 정의하는 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는데 사용된 동작을 포함할 수도 있다. 주입은 실리콘 층 상에 능동 디바이스 (예를 들어, 트랜지스터) 를 정의하는 동작을 포함할 수도 있다. 에칭은 포토마스크 또는 실리콘 또는 금속 재료를 제거하기 위해, 그리고 디바이스 및 상호접속부의 형상을 카빙 (carve) 하는데 사용될 수도 있는 동작을 포함한다. 증착은 단일 층 상의 와이어, 또는 층들 간의 접속을 위한 비아와 같은 상호접속부를 형성하기 위해 금속을 증착하는데 사용될 수도 있다. 다양한 IC 제조 기술을 이용하여, 인덕터는 금속 와이어를 포함하는 재료로 제조될 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c는 조정가능한 커패시턴스 회로 (215) 를 실현하기 위한 예시적인 회로의 개략도이다. 도 3a는 스위치들 (S1, S2, ..., SN) 을 이용한 병렬 배열로 구성될 수도 있는 복수의 커패시터들 (C1, C2,...,CN) 을 갖는 조정가능한 커패시턴스 회로 (300A) 를 도시한다. 각각의 커패시터 (CX) 는 스위치된 커패시터를 형성하기 위해 직렬로 접속된, 대응하는 스위치 (SX) 를 갖는다. 복수의 커패시터 (C1, C2,...,CN) 및 스위치 (S1, S2,...,SN) 는 스위치된 커패시터 어레이를 형성한다. 스위치 (S1, S2,...,SN) 각각은, 특정 유효 커패시턴스 값 (Ceff) 을 생성하기 위해서 제어기 (310) 에 의해 제어될 수도 있다. 이 배열에서, Ceff는 다음 식으로 표현될 수도 있다:
Figure 112010041151568-pct00003
스위치 si이 온인 경우 si=1, 그리고 스위치 si가 오프인 경우 si=0.
도 3b는 스위치 (S1, S2,...,SN) 을 이용한 직렬 배열로 구성될 수도 있는 복수의 커패시터들 (C1, C2,...,CN) 을 갖는 조정가능한 커패시터 회로 (215) 를 위한 다른 예시적인 실현을 도시한다. 각각의 스위치는 하나 이상의 커패시터들과 병렬 배열이다. 직렬로 접속되는 커패시터들의 수는 스위치 (S1, S2,...,SN) 의 구성에 의존한다. 스위치 (S1, S2,...,SN) 각각은 특정 유효 커패시턴스 값 (Ceff) 을 생성하기 위해서 제어기 (315) 에 의해 제어될 수도 있다. 이 배열에서, Ceff는 다음 식으로 표현될 수도 있다:
Figure 112010041151568-pct00004
J는 1 내지 N 중 클로즈된 첫 번째의 스위치 번호와 동일할 수도 있다.
도 3c는 스위치들 (S1, S2,...,SN) 을 이용하여 직렬 배열로 구성될 수도 있는 복수의 커패시터들 (C1, C2,...,CN) 을 갖는 조정가능한 커패시터 회로 (215) 에 대한 다른 예시적인 실현을 도시한다. 여기서, 각각의 스위치는 일 커패시터와 병렬인 구성이다. 직렬로 연결된 커패시터들의 수는 스위치 (S1, S2,...,SN) 의 구성에 의존한다. 스위치들 (S1, S2,...,SN) 각각은 특정 유효 커패시턴스 값 (Ceff) 을 생성하기 위해서 제어기 (320) 에 의해 제어될 수도 있다. 이 배열에서, Ceff는 다음 식으로 표현될 수도 있다:
Figure 112010041151568-pct00005
스위치 si가 온인 경우 si=1, 그리고 스위치 si가 오프인 경우 si=0.
임의의 구성에서, 조정가능한 커패시턴스 회로 (215) 는, Leff를 변경하는 경우 커패시터 (C1, C2,...,CN) 가 균일한 스텝일 수도 있는 값을 갖도록 제조될 수도 있다. 이것은, 불균일한 스텝을 갖는 사다리 및/또는 커패시터 뱅크를 발생시키는, 상이한 값을 갖는 커패시터에 이를 수도 있다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 임피던스 매칭 회로의 다양한 실시형태의 개략도이다. 도 4a는 제 2 차, 하이-패스 회로인 예시적인 임피던스 매칭 회로 (400A) 를 도시한다. 임피던스 매칭 회로 (400A) 는 입력 포트와 출력 포트 사이의 신호 경로에 위치된 커패시터 (405) 를 포함한다. 커패시터 (405) 는, 입력 포트와 출력 포트의 임피던스 값에 의존하여, 인덕터의 좌측 또는 우측 (도시된 바와 같음) 에 있을 수도 있다. 본 실시형태에서, 인덕터 (410) 는 임피던스 매칭 회로 (400A) 의 입력 측 상의 커패시터 (405) 에 커플링될 수도 있다. 인덕터 (410) 는 조정가능한 커패시턴스 회로 (415) 와 직렬일 수도 있다. 조정가능한 커패시턴스 회로 (415) 의 다른 노드는 차례로 접지에 커플링될 수도 있다. 임피던스 매칭 회로 (400A) 에서, 인덕터 (410) 는 임피던스 매칭 회로 (400A) 를 조정하기 위해서 조정가능한 커패시턴스 회로 (415) 에 의해 튜닝될 수도 있다. 커패시터 (405) 가 신호 경로에 있기 때문에, 회로의 잡음 지수를 최소화하기 위해서 신호 경로에 있지 않은 인덕터 (410) 를 튜닝하는 것이 더 좋을 수도 있다.
도 4b는 3차 파이 매칭 회로인 예시적인 임피던스 매칭 회로 (400B) 를 도시한다. 임피던스 매칭 회로 (400B) 는 입력 포트와 출력 포트 사이의 신호 경로에 위치된 커패시터 (420) 를 포함한다. 여기서, 제 1 인덕터 (425) 는 임피던스 매칭 회로의 입력 측 상의 커패시터 (420) 에 커플링될 수도 있고, 제 2 인덕터 (435) 는 회로 (400B) 의 출력 측 상의 커패시터 (420) 에 커플링될 수도 있다. 제 1 인덕터 (425) 는 제 1 조정가능한 커패시턴스 회로 (430) 와 직렬일 수도 있고, 제 2 인덕터 (435) 는 제 2 조정가능한 커패시턴스 회로 (440) 와 직렬일 수도 있다. 각각의 조정가능한 커패시턴스 회로 (430, 440) 의 다른 노드는 접지에 접속될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 임피던스 매칭 회로 (400B) 는 최선의 임피던스 매칭을 달성하기 위해 독립적으로 또는 협력 방식으로 제 1 인덕터 (425) 및 제 2 인덕터 (435) 를 튜닝할 수도 있다.
도 4c는 3차 T 매칭 회로인 예시적인 임피던스 매칭 회로 (400C) 를 도시한다. 임피던스 매칭 회로 (400C) 는 제 1 커패시터 (445) 및 제 2 커패시터 (455) 를 포함하며, 둘 모두는 입력 포트와 출력 포트 사이의 신호 경로에 위치된다. 본 실시형태에서, 인덕터 (450) 는 제 1 커패시터 (445) 및 제 2 커패시터 (455) 를 연결하는 노드에 커플링될 수도 있다. 인덕터 (450) 는 조정가능한 커패시턴스 회로 (460) 와 직렬일 수도 있다. 조정가능한 커패시턴스 회로 (460) 의 다른 노드는 접지에 커플링될 수도 있다. 임피던스 매칭 회로 (400C) 에서, 인덕터 (450) 는 임피던스 매칭 회로 (400C) 를 조정하기 위해서 조정가능한 커패시턴스 회로 (460) 에 의해 튜닝될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시형태와 일치할 수도 있는 집적 회로 기술을 이용하여 제조된 예시적인 인덕터 및 커패시터의 다이어그램이다. 인덕터 (505) 는, 유도 효과를 생성하기 위해서 자속을 집중시킬 수도 있는 패턴의 금속 스트립을 위치시킴으로써 집적 회로의 다이 상에 형성될 수도 있다 (여기서, 인덕터 (505) 는 나선형 패턴을 이용하여 실현된다). 또한, 커패시터 엘리먼트 (510) 를 도시한다. 인덕터 (505) 는 리소그래피, 화학 또는 플라즈마 에칭, 증착 또는 금속배선, 기계-화학 연마 등을 이용한 금속 층의 형성 시에 형성될 수도 있다. 도면으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 인덕터 (505) 는 커패시터 (510) 보다 다이의 더 많은 표면 영역을 이용한다 (예를 들어, 인덕터 (505) 에 있어서 300 um × 300 um = 90000 um2, 대 단일 커패시터 (510) 에 있어서 4 um × 10 um = 40 um2). 인덕터가 커패시터에 비해 대단히 클 수도 있다면, 인덕터 어레이 대신 조정가능한 커패시터 어레이를 사용하는 것이 공간의 관점에서 더욱 효율적이다.
도 6은 임피던스 매칭 회로를 튜닝하기 위한 예시적인 프로세스 (600) 를 도시하는 흐름도이다. 처음에, 타겟 임피던스는 임피던스 매칭 회로를 튜닝하기 위한 적절한 값이라는 것이 확인될 수도 있다 (블록 610). 타겟 임피던스는 회로 모델링에 의해, 또는 회로 설계자의 경험에 기초한 실험적 방법을 이용함으로써 결정될 수도 있다. 타겟 인덕턴스 값과 예상된 프로세스 에러에 기초하여, 튜닝 범위가 결정된다. 이후, 타겟 인덕턴스의 커버리지와 튜닝 범위를 보장하는 인덕터 및 커패시터의 값을 선택한다. 다음, 인덕터 (210) 를 타겟 인덕터스 값으로 튜닝하는 유효 커패시턴스 값 (Ceff) 이 조정가능한 커패시턴스 네트워크 (215) 에 대하여 결정될 수도 있다 (블록 615). 일단 커패시턴스 값이 결정되면, 제어기 (310/315) 는, 인덕터 (210) 가 적절한 유효 인덕턴스 (Leff) 로 튜닝되도록 적절한 유효 커패시턴스 (Ceff) 를 획득하기 위해서 활성화할 하나 이상의 스위치들을 결정한다 (블록 615).
앞의 개시는 본 발명의 실례적인 실시형태를 나타내지만, 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 본원에서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 주목한다. 본원에 기재된 본 발명의 실시형태에 따른 기능, 단계 및/또는 방법의 동작 청구항이 임의의 특정 순서로 수행될 필요는 없다. 또한, 본 발명의 엘리먼트가 단수형으로 기재되거나 청구될 수도 있지만, 단수형이 명시적으로 언급되는 것으로 제한되지 않는다면 복수형이 고려된다.

Claims (25)

  1. 무선 주파수 (RF) 집적 회로 내의 임피던스를 매칭하는 장치로서,
    RF 신호 경로에 위치된 제 1 임피던스 엘리먼트;
    상기 RF 집적 회로 상에 제조되고 상기 제 1 임피던스 엘리먼트에 접속된 제 1 인덕터; 및
    상기 제 1 인덕터와 직렬로 연결되고 상기 제 1 인덕터와 접지 노드 사이에 위치되며, 상기 제 1 인덕터의 인덕턴스를 튜닝하도록 조정되는 조정가능한 커패시턴스 회로를 포함하고,
    상기 조정가능한 커패시턴스 회로는 복수의 커패시터들 및 스위치들을 갖는 튜닝가능한 커패시터 어레이를 포함하며,
    각각의 스위치는, 스위치의 온/오프 상태가 상기 튜닝가능한 커패시터 어레이의 커패시턴스 값에 영향을 주도록 구성되는, 임피던스 매칭 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시터들 및 스위치들로부터, 각각의 커패시터는 스위치와 직렬로 연결되어 스위치된 커패시터를 형성하고, 그리고 복수의 스위치된 커패시터들은 병렬로 접속되는, 임피던스 매칭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    조정가능한 커패시턴스는 다음 식,
    Figure 112010041151568-pct00006

    으로 기술되고, 스위치 si가 온인 경우 si = 1 이고, 그리고 스위치 si가 오프인 경우 si = 0인, 임피던스 매칭 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시터들 및 스위치들로부터, 각각의 스위치는 적어도 하나의 커패시터와 병렬로 연결되고, 그리고 상기 적어도 하나의 커패시터는 직렬로 연결되는, 임피던스 매칭 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    조정가능한 커패시턴스는 다음 식,
    Figure 112010041151568-pct00007

    으로 기술되고, J는 1 내지 N 중 클로즈된 첫 번째의 스위치 번호와 동일한, 임피던스 매칭 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시터들 및 스위치들로부터, 각각의 커패시터는 하나의 스위치와 병렬로 접속되어 스위치된 커패시터를 형성하고, 그리고 복수의 스위치된 커패시터들은 직렬로 접속되는, 임피던스 매칭 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    조정가능한 커패시턴스는 다음 식,
    Figure 112010041151568-pct00008

    으로 기술되고, 스위치 si이 온인 경우 si = 1이고, 그리고 스위치 si가 오프인 경우 si = 0인, 임피던스 매칭 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들은 소프트웨어에 의해 제어 가능한 트랜지스터들을 포함하는, 임피던스 매칭 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 트랜지스터들은 n-형 금속 산화물 반도체 (NMOS) 디바이스들인, 임피던스 매칭 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 임피던스 엘리먼트는 커패시터를 포함하는, 임피던스 매칭 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정가능한 커패시터 회로는 2.4 GHz 주파수 범위에서 사용되는, 임피던스 매칭 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 집적 회로 상에 제조되고 상기 제 1 임피던스 엘리먼트에 접속되는 제 2 인덕터로서, 상기 제 1 임피던스 엘리먼트는 상기 제 1 인덕터와 상기 제 2 인덕터 사이에 위치되는, 상기 제 2 인덕터; 및
    상기 제 2 인덕터와 직렬로 접속되고 상기 제 2 인덕터와 접지 노드 사이에 위치되며, 상기 제 2 인덕터의 인덕턴스를 튜닝하기 위해 조정되는 제 2 조정가능한 커패시턴스 회로를 더 포함하는, 임피던스 매칭 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 신호 경로에 위치되고 상기 제 1 인덕터와 상기 제 1 임피던스 엘리먼트에 접속되는 제 2 임피던스 엘리먼트를 더 포함하는, 임피던스 매칭 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 인덕터는 자속을 집중시키기 위한 패턴으로 형성된 금속 스트립을 포함하는, 임피던스 매칭 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 금속 스트립은 나선형 패턴을 이용하여 형성되는, 임피던스 매칭 장치.
  17. 인덕터를 튜닝하기 위한 방법으로서,
    상기 인덕터에 커플링되는 경우, 조정가능한 커패시턴스 회로 및 상기 인덕터의 결합된 임피던스가 무선 주파수 (RF) 집적 회로의 인덕터에 대한 타겟 인덕턴스 값으로 튜닝되도록, 상기 조정가능한 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값을 조정하는 단계를 포함하는, 인덕터 튜닝 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 조정가능한 커패시턴스 회로는 복수의 커패시터들 및 스위치들을 포함하는 튜닝가능한 커패시터 어레이이고,
    상기 인덕터 튜닝 방법은,
    상기 튜닝가능한 커패시터 어레이가 결정된 커패시턴스 값으로 설정되도록 상기 복수의 스위치들의 구성을 설정하는 단계를 더 포함하는, 인덕터 튜닝 방법.
  19. 인덕터를 튜닝하기 위한 장치로서,
    상기 인덕터에 커플링되는 경우, 조정가능한 커패시턴스 회로 및 상기 인덕터의 결합된 임피던스가 무선 주파수 (RF) 집적 회로의 인덕터에 대한 타겟 인덕턴스 값으로 튜닝되도록, 상기 조정가능한 커패시턴스 회로의 커패시턴스 값을 조정하는 수단을 포함하는, 인덕터 튜닝 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 조정가능한 커패시턴스 회로는 복수의 커패시터들 및 스위치들을 포함하는 튜닝가능한 커패시터 어레이이고,
    상기 인덕터 튜닝 장치는,
    상기 튜닝가능한 커패시터 어레이가 결정된 커패시턴스 값으로 설정되도록 상기 복수의 스위치들의 구성을 선택하는 수단을 더 포함하는, 인덕터 튜닝 장치.
  21. 매칭 회로 내에서 인덕터를 튜닝하기 위한 장치로서,
    무선 주파수 (RF) 신호 경로에 위치된 제 1 임피던스 엘리먼트;
    집적 회로 상에 제조되고 상기 제 1 임피던스 엘리먼트에 접속된 제 1 인덕터; 및
    상기 제 1 인덕터와 직렬로 접속되고 상기 제 1 인덕터와 접지 노드 사이에 위치되며, 상기 제 1 인덕터의 인덕턴스를 튜닝하도록 조정되는 조정가능한 커패시턴스 회로를 포함하고,
    상기 조정가능한 커패시턴스 회로는,
    상기 조정가능한 커패시턴스 회로 및 상기 인덕터의 결합된 임피던스가 무선 주파수 (RF) 집적 회로의 인덕터에 대한 타겟 인덕턴스 값으로 튜닝되도록, 커패시턴스 값을 조정하도록 구성된 로직을 갖는 제어기를 포함하는, 인덕터 튜닝 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 조정가능한 커패시턴스 회로는 복수의 커패시터들 및 스위치들을 포함한 튜닝가능한 커패시터 어레이를 더 포함하고,
    상기 제어기는 커패시턴스 값을 조정하기 위해 상기 복수의 스위치들의 구성을 설정하도록 구성된 로직을 포함하는, 인덕터 튜닝 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시터들 및 스위치들로부터, 각각의 커패시터는 스위치된 커패시터를 형성하기 위해 스위치와 직렬로 접속되고, 복수의 스위치된 커패시터들은 병렬로 접속되는, 인덕터 튜닝 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시터들 및 스위치들로부터, 각각의 스위치는 적어도 하나의 커패시터와 병렬로 접속되고, 적어도 하나의 커패시터는 직렬로 접속되는, 인덕터 튜닝 장치.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수의 커패시터들 및 스위치들로부터, 각각의 커패시터는 스위치된 커패시터를 형성하기 위해 하나의 스위치와 병렬로 접속되고, 복수의 스위치된 커패시터들은 직렬로 접속되는, 인덕터 튜닝 장치.
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