KR101613793B1

KR101613793B1 - 스피커 코일을 통해 무선 주파수 신호를 전송하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101613793B1
Application number: KR1020140153871A
Authority: KR
Inventors: 빈프라이드 바칼스키; 니콜레이 일코브
Original assignee: 인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-04-19
Also published as: KR101529779B1; KR20150001698A; US8909162B2; DE102013217545B4; US20140073271A1; CN103686533B; KR20140032907A; CN103686533A; DE102013217545A1

Abstract

일 실시예에 따르면, 시스템은 병렬 공진 회로를 통해 스피커 코일 포트에 결합되도록 구성된 오디오 증폭기 및 제1 RF 전송 주파수에서 RF 신호를 전송하도록 구성된 RF 증폭기를 구비한다. 스피커 코일 포트는 스피커 코일에 결합되도록 구성되고, 병렬 공진 회로는 대략 제1 RF 전송 주파수의 공진 주파수를 갖는다.

Description

스피커 코일을 통해 무선 주파수 신호를 전송하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING A RADIO FREQUENCY SIGNAL THROUGH A SPEAKER COIL}

본 발명은 일반적으로 반도체 회로 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스피커 코일을 통해 무선 주파수 신호를 전송하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

스피커 코일은, 페라이트 막대형 안테나의 전기적 특성과 유사한 전기적 특성으로 인해, 가청 주파수에서의 확성기용 전자기계식 드라이버뿐만 아니라 무선 주파수(radio frequency) 전송 장치용 안테나로 사용될 수 있다. 휴대폰, 디지털 오디오 장치, 헤드폰 및 보청기와 같은 가격에 민감한 휴대장치에서는, RF 기능이, 많은 추가적인 물리적 공간을 차지하지 않으면서 음향 기능과 함께 부가될 수 있다. 예를 들어, 휴대폰 내의 스피커 코일에 대한 RF 기능의 부가는 금융 거래 또는 사용자 간 데이터 교환을 위한 근거리 통신을 가능하게 할 수 있다. 보청기에서는, RF 기능의 부가로 보청기가 원격으로 제어되거나 프로그램될 수 있으며, 양쪽 귀의 한 쌍의 보청기가 오디오 신호 처리 알고리즘을 이용하여 오디오 신호의 방향성을 향상시키기 위해 데이터를 교환하도록 할 수 있다.

일부 시스템에서는, 음향 및 RF 전송 시스템의 조합은 스피커 코일과 병렬로 오디오 전력 증폭기 및 RF 전력증폭기를 결합함으로써 구현될 수 있다. RF 전력증폭기는 AC 결합 커패시터들을 사용하여 오디오 신호에 대한 간섭을 방지할 수 있는 한편, 오디오 증폭기에 대한 이러한 AC 결합은 RF 전력증폭기에 의해 발생된 RF 신호를 반사시키는 용량성 임피던스를 야기할 수 있다. 일부 시스템에서는, 이러한 반사들은 오디오 신호에 손실 및 감쇠를 일으킬 수 있는 손실 고대역 및 저대역 필터 네트워크를 사용함으로써 처리할 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 이러한 손실들은 100 kHz 내지 30 MHz 범위의 RF 주파수에 사용되는 필터 인덕터에서의 손실로 인한 것이다. 매우 작은 폼팩터(form factor)를 가지는 인덕터들, 예컨대 휴대장치에 통상 사용되는 것들은 특히 손실될 수 있다. 다른 시스템에서는, RF 증폭기 및 음향 증폭기가 기계식 릴레이(mechanical relay)를 통해 스피커 코일에 결합될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 시스템은 병렬 공진 회로를 통해 스피커 코일 포트에 결합되도록 구성된 오디오 증폭기, 및 제1 RF 전송 주파수에서 RF 신호를 전송하도록 구성된 RF 증폭기를 구비한다. 스피커 코일 포트는 스피커 코일에 결합되도록 구성되고, 병렬 공진 회로는 대략 제1 RF 전송 주파수의 공진 주파수를 갖는다.

본 발명의 하나 이상의 실시예들에 대한 상세한 내용은 첨부된 도면들 및 하기 설명에서 기술된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 이점들은 설명 및 도면들로부터, 그리고 청구범위로부터 명확해질 것이다.

본 발명 및 그 이점들을 보다 완전하게 이해하기 위해 첨부된 도면과 함께 하기의 설명을 참조하기로 한다.
도 1은 RF 증폭기가 자기 변압기(magnetic transformer)를 통해 확성기에 결합되어 있는 일 실시예의 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2는 RF 증폭기가 발룬 변압기(balun transformer)를 통해 확성기에 결합되어 있는 일 실시예의 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 3은 오디오 증폭기가 바이패스 스위치를 갖는 공진 회로를 통해 확성기에 병렬로 결합되어 있는 일 실시예의 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 4는 오디오 증폭기가 가변(tunable) 병렬 공진 회로를 통해 확성기에 결합되어 있는 일 실시예의 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 5는 오디오 증폭기가 가변 병렬 공진 회로를 통해 확성기에 결합되어 있는 다른 실시예의 시스템의 개략도를 나타낸다.
서로 다른 도면들에서의 상응하는 도면부호들 및 기호들은, 달리 나타내지 않은 한, 일반적으로 상응하는 부분들을 지칭한다. 도면들은 바람직한 실시예의 관련 양태들을 명확히 나타내도록 도시되며, 반드시 일정한 비례로 도시되지는 않는다. 일정한 실시예들을 보다 명확히 나타내기 위해, 동일한 구조, 재료 또는 공정 단계의 변형들을 나타내는 문자가 숫자 다음에 이어질 수 있다.

본 바람직한 실시예들의 제작 및 이용을 이하에서 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 매우 다양한 특정한 맥락에서 구현될 수 있는 많은 적용가능한 본 발명의 사상들을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 설명되는 구체적인 실시예들은 발명을 만들고 이용하는 특정한 방식에 대한 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

본 발명은 특정 맥락에서의 실시예들, 즉 스피커 코일을 이용한 RF 전송 시스템에 대해 설명될 것이다. 본 발명의 실시예들은 스피커 코일을 이용하는 시스템들에 한정되지 않으며 다른 유형의 회로들에 적용될 수 있다. 다른 회로들의 예들로는 유선 및 무선 통신 회로들, 그리고 복수의 전송 증폭기들 및/또는 신호 발생기들을 이용하는 회로들을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예에서, 오디오 증폭기 및 RF 증폭기는, 하나 이상의 CMOS 스위치, 인덕터 및 커패시터를 포함할 수 있는 저손실 정합 네트워크(low-loss matching network)를 이용하여 스피커 코일에 결합된다. 일부 실시예들에서, 정합 네트워크는 스피커 코일 부근의 RF 환경 변화를 보상하도록, 그리고/또는 제조 시의 변화들을 보상하도록 조절가능하고/하거나 적응가능할 수 있다. 이렇게, 일부 실시예들은, RF CMOS 트랜지스터나 다른 종류의 트랜지스터와 같은 하나 이상의 고전력 트랜지스터에 의해 스위칭되는 하나 이상의 커패시터를 구비한 스위칭이 가능한 커패시터 뱅크에 결합된 인덕터를 이용하여 구현된 가변 필터들을 이용할 수 있다. 일부 경우들에 있어서는, 전력 트랜지스터의 RF 격리가 나쁜 경우에도 또는 인덕터의 직렬 저항이 고전력 트랜지스터의 저항이나 커패시터들의 저항과 비교하여 상대적으로 높은 경우에도 효율적인 성능이 유지된다.

도 1은 변압기(110)의 2차 권선을 통해 스피커 코일(106)에 결합된 오디오 증폭기(102)를 포함하는 음향 및 RF 전송 시스템(100)의 실시예를 나타낸다. 또한, 변압기(110)의 1차 권선이 RF 증폭기(104)에 결합되도록, RF 증폭기(104)는 변압기(110)를 통해 스피커 코일(106)에 결합된다. 일 실시예에서, 변압기(110)는 RF 신호 전류 및 오디오 신호 전류 모두의 합으로 크기가 정해지는(dimensioned) 낮은 임피던스를 갖는 전류형 변압기로 구현될 수 있다. 변압기의 권선비는 스피커 코일(106)과 RF 전력 증폭기(104) 사이에 최대 전력 정합을 제공하도록 크기가 정해질 수 있다. 변압기(110)는 AC 절연을 제공하므로 RF 전력 증폭기를 위한 추가적인 분리가 요구된다.

커패시터들(114 및 116)은 RF 신호들에 대해 접지로의 낮은 임피던스 경로를 제공한다. 일부 실시예들에서, 커패시터들(114 및 116)은, 변압기(110)에 결합된 장치의 기존의 기생 커패시턴스, 및/또는 RF 증폭기(104)에 의해 생성된 RF 신호의 적절한 바이패스를 위해 필요한 경우에는 추가 용량성 구성요소들을 이용하여 구현될 수 있다. 유사하게, 커패시터들(108 및 112)은 변압기(110)의 1차 권선과 2차 권선 각각의 기생 커패시턴스, 및 변압기의 병렬 공진 주파수를 RF 증폭기(104)에 의해 생성된 RF 신호의 전송 주파수 정도로 조절하기 위해 사용될 수 있는 추가 용량성 구성요소들을 나타낸다. 변압기(110)를 병렬 공진 모드에서 작동시킴으로써, 비공진 작동을 위해 사용되는 것들과 비교하여 보다 작은 변압기를 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 변압기(110), RF 증폭기(104) 및 오디오 증폭기(102)는 동일한 집적 회로 상에서 구현될 수 있다. 대안적으로, 이러한 구성요소들 또는 이러한 구성요소들의 조합은 다양한 방식으로 분할된 복수의 집적회로들 및/또는 보드 레벨(board level)의 구성요소들을 이용하여 구현될 수 있다.

일 실시예에서, 변압기(110)는 저주파에서 0.98 이상의 결합계수(coupling factor)를 갖도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 특정 시스템 및 그 사양에 따라 다른 결합계수가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 변압기(110)는 변압기(110)의 1차 측 및 2차 측 사이에서 1:1의 권선비를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 변압기(110)는, 예를 들어 측 당 대략 5회 권선부터 7회 권선까지를 이용하는 페라이트 코어 변압기를 이용하여 구현될 수 있다. 대안적으로, 구체적인 실시예 및 그 사양에 따라 다른 권선비들 및/또는 다른 변압기 유형들이 이용될 수 있다.

RF 증폭기(104)는 대략 100 kHz 및 대략 30 MHz 사이의 주파수에서 RF 신호를 전송하도록 구성될 수 있지만, 이 범위 밖의 주파수들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 13 MHz 전송 주파수가 사용되는 실시예에서, 변압기(110)의 커패시터들(108 및 112)과 인덕턴스의 결합으로 인한 병렬 공진 주파수가 13 MHz의 RF 주파수로 조정될 수도 있다. 일부 실시예들에서, RF 증폭기(104)는 예를 들어, 100 mW 이하의 전력을 스피커 코일(106)에 제공하는 싱글 엔드 증폭기(single ended amplifier)로서 구현될 수 있다. RF 증폭기(104)는 대안적으로 100 mW 보다 큰 전력을 제공할 수 있고/있거나 차동 증폭기로서 구현될 수 있다.

일 실시예에서, 오디오 증폭기(102)는, 예컨대 펄스폭 변조 출력단(미도시)에 의해 구동되는 브릿지형 출력단을 가지는 클래스-D 증폭기를 이용하여 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저역 필터(101)가 오디오 증폭기(102)를 구동하는 펄스폭 변조 신호의 스위칭 주파수를 필터링하기 위해 오디오 증폭기(102)와 변압기(110) 사이에 결합될 수 있다. 예를 들어, 다양한 정부위원회의 요구사항들을 준수하기 위해, 저역 필터(101)를 사용하여 복사성 방출(radiated emission)을 필터링할 수 있다. 대안적으로, 저역 필터(101)는 생략될 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템(120)을 나타낸다. RF 증폭기(104)를 회로의 나머지 부분에 결합시키는 변압기가, DC 절연변압기(110) 대신에 전자기 또는 발룬(balun) 변압기(122)를 이용하여 구현된 것을 제외하고는, 시스템(120)은 도 1에 도시한 시스템(100)과 유사하다. 일부 실시예들에서, 자기 변압기 대신 전자기 타입의 변압기를 사용함으로써, 결과적으로 특히 보다 큰 대역폭을 가지는 RF 신호를 위한 보다 소형화된 회로가 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 변압기(122)는 나타낸 바와 같이 구아넬라 토폴로지(Guanella topology)의 2개의 변압기들을 이용하여 구현될 수 있다. 대안적으로, 다른 전자기 변압기 유형이나 토폴로지, 예컨대 루트로프(Ruthroff) 토폴로지를 사용할 수 있지만, 여기에 제한되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 전자기 변압기(122)는 자심에 꼬임쌍선 케이블(twisted-pair cable)들 또는 병렬선들을 이용하여 구현될 수 있다.

변압기(122)는 RF 증폭기(104)와 스피커 코일(106) 사이에 DC 절연을 제공하지 않으므로, RF 증폭기(104)에 DC 절연을 제공하기 위해 DC 결합 커패시터들(132 및 128)이 변압기(122)에 직렬로 배치된다. 변압기(122)의 중간탭(center tap)은 커패시터(130)를 통해 접지될 수 있다. 본 발명의 대안적 실시예들에서, 변압기(122)의 중간탭은 개방된 채로 둘 수 있으며 커패시터(130)는 생략될 수 있다.

오디오 증폭기(102) 및 RF 증폭기(104)가 동시가 아닌 서로 다른 시간에 전송하도록 구성된 경우, 도 3에 도시된 실시예의 시스템(200)이 사용될 수 있다. 시스템(200)에서, RF 증폭기(104)는 AC 결합 커패시터들(218 및 220)을 통해 스피커 코일(106)에 병렬로 결합된다. 오디오 증폭기(102)는 인덕터(202)와 커패시터(204)를 구비한 병렬 공진 회로(201) 및 인덕터(206) 와 커패시터(208)를 구비한 병렬 공진 회로(203)를 통해 스피커 코일(106)에 결합된다. 커패시터들(204 및 208)은 트랜지스터들(210 및 212)의 기생 커패시턴스, 또는 트랜지스터들(210 및 212)의 드레인 및 소스 간의 결합된 추가 커패시턴스, 또는 그 조합에 기인한 것일 수 있다. 일 실시예에서, 병렬 공진 회로(201 및 203)의 병렬 공진 주파수는 RF 증폭기(104)에 의해 생성된 RF 출력 주파수와 일치한다. 예를 들어, 증폭기(104)에 의해 생성된 RF 전송 주파수가 13 MHz라면 제1 및 제2 병렬 공진 회로들은 대략 13 MHz에서 병렬 공진 주파수를 가지도록 구성될 수 있다. 병렬 공진 회로들(201 및 203)의 병렬 공진은 RF 전송 주파수에서 RF 증폭기(104)에 높은 임피던스를 제공한다. 시스템(200)은 오디오 증폭기(102)가 차동 출력 신호를 제공하도록 구성되는 경우 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 하지만, 싱글 엔드 실시예에서, 병렬 공진 회로(203)는 생략될 수 있다.

일 실시예에서, 병렬 공진 회로(201)는 트랜지스터(210)에 의해 바이패스되고, 병렬 공진 회로(203)는 트랜지스터(212)에 의해 바이패스된다. 오디오 증폭기(102)가 활성화되고 RF 증폭기(104)가 비활성화된 경우, 트랜지스터들(210 및 212)은 신호(S)를 통해 활성화 될 수 있다. 트랜지스터들(210 및 212)이 활성화된 경우, 병렬 공진 회로들(201 및 203)은 낮은 임피던스로 바이패스되어 스피커 코일(106)을 구동하는 오디오 증폭기(102)의 효율적인 작동이 가능하도록 한다. 반면에, 트랜지스터들(210 및 212)이 비활성화된 경우, 병렬 공진 회로들 (201 및 203)은 RF 주파수에서 RF 증폭기(104)에 높은 임피던스를 제공한다.

실시예에서, 병렬 공진 시 RF 전송 주파수로 조정되는 경우, 트랜지스터들(210 및 212)의 오프 상태 커패시턴스는 각각 인덕터들(202 및 206)에 의해 보상된다. 이렇게, 스위칭 트랜지스터들(210 및 212)이 오프 상태에 있는 경우 큰 RF 임피던스가 스피커 코일(106)에 주어진다. 또한, 트랜지스터들(210 및 212)의 큰 게이트 커패시턴스의 영향은 트랜지스터들(210 및 212)의 게이트들과 직렬 연결된 높은 오믹 저항기들(214 및 216)을 각각 추가함으로써 감소될 수 있다. 저항기들(214 및 216)은 트랜지스터들(210 및 212)의 소스와 드레인에서 보이는 게이트 소스 및 게이트 드레인 커패시턴스의 영향을 감소시킨다. 벌크 제어 핀(VBULK)은 증폭기(102)의 최대 양(+)전압 또는 최대 음(-)전압 발생 출력단에 결합되어, 사용되는 스위칭 트랜지스터들의 유형에 따른 오디오 신호의 클램핑을 방지할 수 있다. 트랜지스터들(210 및 212)은 가청 주파수에서 오디오 증폭기(102)에 낮은 직렬 임피던스, 예를 들어, mΩ 범위의 임피던스를 제공하기 때문에, 인덕터들(202 및 206)은 물리적으로 소형의 높은 오믹 인덕터들을 이용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 대안적인 실시예들에서, 트랜지스터들(210 및 212)은 생략될 수 있다.

도 4는, 병렬 공진 회로(201)의 공진 주파수가 스위칭 트랜지스터들(250 및 252)과 커패시터들(232, 234, 236 및 238)을 이용하여 조정될 수 있는 실시예의 시스템(230)을 나타낸다. 유사하게, 병렬 공진 회로(203)의 병렬 공진 주파수는 스위칭 트랜지스터들(254 및 256)과 커패시터들(240, 242, 244 및 246)을 이용하여 조정될 수 있다. 스위칭 트랜지스터들(252 및 256)은 저항기들(262 및 264)을 통해 신호(S1)에 의해 구동되며, 스위칭 트랜지스터들(250 및 254)은 저항기들(258 및 260)을 통해 신호(S2)에 의해 구동된다. 저항기들(258, 260, 262 및 264)은 트랜지스터들(250, 252, 254 및 256)의 각각의 출련단에서 트랜지스터들의 게이트 커패시턴스의 영향을 감소시킨다.

병렬 공진 회로(201)의 주파수는, 커패시터들(232 및 238)의 직렬 결합을 병렬 공진 회로(201)에 병렬로 배치하는 스위치(252)를 활성화시킴으로써 감소될 수 있다. 이러한 병렬 공진 주파수는, 커패시터들(234 및 236)의 직렬 결합을 병렬 공진 회로(201)에 병렬로 배치하는 스위치(250)를 활성화시킴으로써 더 낮아질 수 있다. 스위치들(254 및 256)을 켜는 효과는 병렬 공진 회로(203)의 병렬 공진 주파수에 유사한 효과를 나타낸다. 유사하게, 스위치들(250, 252, 254 및 256)이 개방된 경우, 병렬 공진 회로들(201 및 203)의 병렬 공진 주파수가 증가할 수 있다. 단지 2개의 스위칭 트랜지스터들이 각각의 병렬 공진 회로(201 및 203)에 대해 도시되었지만, 커패시터들과 직렬로 결합된 임의의 개수의 스위치들이 병렬 공진 회로들(201 및 203)의 병렬 공진 주파수를 조절하기 위해 함께 사용될 수 있다. 이렇게, 병렬 공진 회로들(201 및 203)의 병렬 공진 주파수에 걸친 미세 제어가 스위치들과 커패시터들의 적절한 선택을 통해 달성될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 커패시터들(232, 234, 236, 238, 240, 242, 244 및 246)뿐만 아니라 스위치들(250, 252, 254 및 256)은 단일 집적 회로 상에 구현될 수 있다. 트랜지스터들(250, 252, 254 및 256)은 낮은 커패시턴스와 높은 선형성을 가지는 트랜지스터들을 이용하여 구현될 수 있다.

시스템(230)은 또한 병렬 공진 회로들(201 및 203)의 중심 주파수를 역동적으로 조정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템(230)이 금속체, 물, 생명체와 같은 도전체에 근접함에 따라, 스피커 코일(106)의 임피던스는 변할 수 있다. 환경 변화에 응답하여 병렬 공진 회로들(201 및 203)의 병렬 공진을 조정함으로써 고성능을 유지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스피커 코일(106)의 임피던스는 전송모드에서 스피커 코일(106)에 근접한 제2 코일을 이용하여 감지되며, 또는 병렬 공진 회로의 커패시턴스가 수신모드에서 최선의 신호 대 잡음비를 위해 조정된다. 또한, 조정은 RF 증폭기(104)가 상이한 RF 전송 주파수에서 전송하도록 구성된 시스템에 맞추기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 스위치들(210 및 212)이 도 3의 시스템(200)의 병렬 공진 회로들을 바이패스하는 것과 동일한 방식으로 병렬 공진 회로들(201 및 203)을 바이패스하기 위해 추가될 수 있다. 이렇게, 증폭기(102)에 의해 생성된 최고출력전압 보다 더 높은 전압에서, 또는 증폭기(102)에 의해 생성된 최대 음전압 보다 낮은 전압에서, 벌크 노드를 바이어싱한다. 이러한 스위치들을 포함하지 않는 실시예들에서, 벌크 바이어스 전압을 초과하는 증폭기(102)의 출력단에서의 신호 익스커션(excursion)은, 트랜지스터들(250, 252, 254 및 256)이 스위칭 트랜지스터들에 DC 결합되어 있지 않기 때문에, 용인될 수 있다.

도 5는 다른 실시예에 따른 시스템(270)을 나타낸다. 시스템(270)은 도 4의 시스템(230)과 유사한데, 추가적인 튜닝(tuning) 네트워크가 오디오 증폭기(102)의 출력단에 결합되어 있는 것이 추가되어 있다. 이러한 추가적인 튜닝 네트워크는 시스템을 보다 미세하게 조정하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 추가적인 튜닝 네트워크는 또한 스피커 코일(106)에 결합될 수 있다.

스위칭 트랜지스터들(272, 274, 276, 및 280)은 각각 커패시터들(290, 292, 296 및 294)를 통해 오디오 증폭기(102)의 출력단에 결합될 수 있다. 직렬 저항기들(282, 284, 286 및 288)은 각각 스위칭 트랜지스터들(272, 274, 276 및 280)의 게이트들과 직렬로 결합되어, 오디오 증폭기(102)의 출력단에서 보이는 커패시턴스에 대한 게이트 커패시턴스의 영향을 감소시킨다. 보다 많은 스위치드 커패시터 유닛들이 추가적인 튜닝 네트워크에 병렬로 결합되어 스피커 코일(106)에 의해 보이는 커패시턴스 및/또는 직렬 공진 주파수의 보다 미세한 조정을 제공할 수 있음을 이해해야 한다.

일부 실시예들에서, 시스템 피드백 또는 원격단에서의 수신된 신호 레벨에 의거하여 제어단자들(S1, S2, S3 및 S4)이 원격으로 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, 제어단자들(S1, S2, S3 및 S4)의 상태를 판단하기 위하여 공진기(미도시)를 사용하여 시스템을 테스트할 수 있다.

스위칭 트랜지스터들(250, 252, 254, 256, 272, 274, 276 및 280)은 MOS 트랜지스터들 또는 집적된 게이트 양극성 트랜지스터(integrated gate biopolar transistor(IGBT))와 같은 다른 유형의 트랜지스터를 이용하여 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, PGS22 스위치와 같은 상업적으로 이용가능한 스위칭 트랜지스터 부품들이 사용될 수 있다. 실시예의 시스템들은 혼합형(hybrid) 패키지 내에 장착된 하나 이상의 집적회로들에, 예컨대 집적회로 상에 구현될 수 있으며, 또는 다양한 부품들을 적층회로 상에 사용하여 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스피커 코일(106)은 스피커 포트를 통해 나머지 회로 부품들에 결합된다. 스피커 포트는 스피커 코일(106)을 수용하도록 구성된 단자들을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 시스템은 병렬 공진 회로를 통해 스피커 코일 포트에 결합되도록 구성된 오디오 증폭기 및 제1 RF 전송 주파수에서 RF 신호를 전송하도록 구성된 RF 증폭기를 구비한다. 스피커 코일 포트는 스피커 코일에 결합되도록 구성되고, 병렬 공진 회로는 대략 제1 RF 전송 주파수의 공진 주파수를 갖는다. 일부 경우에서, 시스템은 스피커 코일을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, RF 증폭기가 제1 변압기를 통해 스피커 코일 포트에 결합되도록, 병렬 공진 회로는 오디오 증폭기 및 스피커 코일 포트에 직렬로 결합된 제1 변압기를 포함한다. 제1 변압기는 오디오 증폭기 및 스피커 코일 포트 사이에 결합된 제1 권선, 및 RF 증폭기에 결합된 제2 권선을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제1 변압기는 오디오 증폭기 및 스피커 코일 포트 사이에 결합된 제1 포트, 및 RF 증폭기에 결합된 제2 포트를 구비한 발룬(balun)을 포함한다. 이러한 발룬은 예를 들어, 구아넬라(Guanella) 발룬을 이용하여 구현될 수 있다.

일부 실시예들에서, RF 증폭기가 스피커 코일 포트에 병렬로 결합된다. 일 예들에서, RF 증폭기가 결합 커패시터들을 통해 스피커 코일 포트에 결합된다. 시스템은 병렬 공진 회로와 병렬로 결합된 바이패스 스위치를 더 포함할 수 있어, 바이패스 스위치가 오디오 증폭기가 활성화 상태의 경우에는 폐쇄되도록 구성되고 오디오 증폭기가 비활성화 상태의 경우에는 개방되도록 구성된다. 이러한 경우에, 병렬 공진 회로는 바이패스 스위치에 직렬 결합된 인덕터를 포함할 수 있고, 바이패스 스위치의 기생 커패시턴스는 병렬 공진 회로의 커패시턴스의 적어도 일부를 제공할 수 있다. MOS 트랜지스터 또는 다른 유형의 트랜지스터를 사용하여 바이패스 스위치를 구현할 수 있다. 일부 실시예들에서, 저항기는 MOS 트랜지스터의 게이트에 직렬로 결합된다. 다른 실시예에서, 병렬 공진 회로의 공진 주파수는 조정가능하다.

다른 실시예에 따르면, 회로는, 그 자신과 직렬로 결합된 변압기의 출력 포트를 통해 스피커 코일 포트에 결합되도록 구성된 오디오 증폭기, 및 변압기의 입력 포트에 결합되며 RF 신호를 전송하도록 구성된 RF 증폭기를 포함한다. 스피커 코일 포트는 스피커 코일에 결합되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 회로는 또한 스피커 코일을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 변압기의 입력 포트는 제1 권선을 포함하며, 변압기의 출력 포트는 제2 권선을 포함한다. 또한, 제2 권선과 커패시턴스가 중심 주파수를 가지는 병렬 공진 네트워크를 형성하도록 커패시턴스는 제2 권선과 병렬로 결합될 수 있다. RF 증폭기는 대략 중심 주파수에서 RF 전송 주파수를 전송하도록 구성될 수 있다.

다른 실시예에 따라, 회로는 스피커 코일에 결합되도록 구성된 스피커 코일 포트에 병렬로 결합된 RF 증폭기를 포함한다. 제1 포트를 가지는 가변 병렬 공진 회로는 스피커 코일 포트에 결합되며, 오디오 증폭기가 가변 병렬 공진 회로의 제2 포트에 결합된다. 일부 회로들에서, 스피커 코일이 또한 포함된다. 바이패스 스위치가 병렬 공진 회로에 또한 결합될 수 있어, 바이패스 스위치는 오디오 증폭기가 활성화 상태의 경우에는 폐쇄되도록 구성되고 RF 증폭기가 활성화 상태의 경우에는 개방되도록 구성된다.

일 실시예에서, 가변 병렬 공진 회로는 오디오 증폭기의 제1 단자 및 스피커 코일 포트의 제1 단자 사이에 결합된 제1 병렬 공진 회로, 및 오디오 증폭기의 제2 단자 및 스피커 코일 포트의 제1 단자 사이에 결합된 제2 병렬 공진 회로를 포함한다. 일부 경우들에서, 가변 병렬 공진 회로는 가변 커패시터 및 고정 인덕터를 포함한다. 예를 들어, 가변 커패시터는 고정 인덕터에 결합된 적어도 하나의 스위칭 가능한 커패시터를 사용하여 구현될 수 있다. 이와 같은 스위칭 가능한 커패시터는 MOS 스위치에 직렬로 결합된 커패시터일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, RF 증폭기에 병렬로 결합되고 가변 병렬 공진 회로를 통해 오디오 증폭기에 결합된 스피커 코일을 작동하는 방법은 오디오 모드에서 스피커 코일을 작동하는 단계, 및 RF 모드에서 스피커 코일을 작동하는 단계를 포함한다. 오디오 모드는 오디오 증폭기를 활성화 시키고 RF 증폭기를 비활성화시키는 것을 포함한다. 오디오 모드에서 스피커 코일을 작동하는 단계는 가변 병렬 공진 회로를 바이패스하는 단계를 더 포함할 수 있다. 반면에 RF 모드는, RF 신호가 가변 병렬 공진 회로의 공진 주파수 근처의 주파수를 가지도록, RF 증폭기로 RF 신호를 전송하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 이러한 방법은 가변 병렬 공진 회로의 인덕터에 결합된 커패시턴스를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 커패시턴스를 조절하는 단계는 인덕터의 적어도 하나의 단자에 결합된 스위칭 네트워크를 활성화시키는 단계를 포함하며, 스위칭 네트워크는 적어도 하나의 커패시터에 직렬로 결합된 스위칭 트랜지스터를 포함한다.

실시예의 시스템들의 이점들은 시스템의 고전력 효율을 유지하면서 오디오 전력 증폭기 및 RF 전력 증폭기를 전자기 확성기에 결합시키는 능력을 포함한다. 다른 이점들은 또한 오디오 신호 및 RF 신호 모두에 대해 낮은 삽입 손실을 제공하면서, 오디오 전력 증폭기 및 RF 증폭기에 우수한 신호 절연을 제공하는 능력을 포함한다.

본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었으나, 이러한 설명이 제한적인 관점으로 해석되고자 의도된 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예들뿐만 아니라 예시적 실시예들의 다양한 변형예 및 결합예들이 이러한 설명을 참조 시 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 이러한 변형예들 또는 실시예들을 망라하는 것으로 의도된다.

Claims

RF 증폭기에 병렬로 결합되고 가변 병렬 공진 회로를 통해 오디오 증폭기에 결합된 스피커 코일을 작동하는 방법으로서,
상기 오디오 증폭기를 활성화키는 단계와 상기 RF 증폭기를 비활성화시키는 단계를 포함하는 오디오 모드에서 상기 스피커 코일을 작동시키는 단계와,
상기 스피커 코일을 통해 RF 신호를 전송시키기 위해 RF 모드에서 상기 스피커 코일을 작동시키는 단계 - 상기 RF 모드에서 상기 스피커 코일을 작동시키는 단계는 상기 가변 병렬 공진 회로의 공진 주파수 근처의 주파수를 가지는 상기 RF 신호를 상기 RF 증폭기를 이용해 전송시키는 단계를 포함함 - 를 포함하는
방법.
제 1 항에 있어서,
상기 오디오 모드에서 상기 스피커 코일을 작동시키는 단계는 상기 가변 병렬 공진 회로를 바이패스하는 단계를 포함하는
방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가변 병렬 공진 회로의 인덕터에 결합된 커패시턴스를 조절하는 단계를 더 포함하는
방법.
제 3 항에 있어서,
상기 커패시턴스를 조절하는 단계는 상기 인덕터의 적어도 하나의 단자에 결합된 스위칭 네트워크를 활성화시키는 단계를 포함하되, 상기 스위칭 네트워크는 적어도 하나의 커패시터에 직렬로 결합된 스위칭 트랜지스터를 포함하는
방법.