KR101763997B1

KR101763997B1 - 전송 무선 주파수 신호와 수신 무선 주파수 신호 간의 개선된 격리에 관한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101763997B1
Application number: KR1020147030713A
Authority: KR
Inventors: 조엘 리차드 킹; 데이비드 리차드 펠케
Original assignee: 스카이워크스 솔루션즈, 인코포레이티드
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2017-08-01
Also published as: US9496913B2; US20170026074A1; US9866268B2; US20130273859A1; KR20140143820A; WO2013155494A1; CN104335503A; HK1201385A1; CN104335503B

Abstract

전송 무선 주파수(RF) 신호와 수신 무선 주파수(RF) 신호 간의 격리를 개선시키는 시스템들 및 방법들이 개시되어 있다. 어떤 실시예들에서, Tx 동작 및 Rx 동작 동안 RF 신호들의 격리시키는 시스템이 구현될 수 있다. 이 시스템은 Tx 경로 및 Rx 경로를 포함할 수 있고, 여기서 Tx 경로는 필터를 가지며, 어떤 실시예들에서, Tx 경로는 복수의 중간 스테이지들 및 출력 스테이지를 가지는 전력 증폭기를 포함할 수 있고, 필터는 중간 스테이지들 중 하나에 그리고 출력 스테이지 이전에 구현될 수 있다. 이 시스템은 Tx 경로 및 Rx 경로에 각각 연결된 제1 안테나 및 제2 안테나를 추가로 포함할 수 있다. Tx 경로, Rx 경로, 및/또는 제1 안테나 및 제2 안테나는 Tx 경로에서의 RF 신호와 Rx 경로에서의 RF 신호 사이에 원하는 레벨의 격리를 생성하도록 구성될 수 있다.

Description

전송 무선 주파수 신호와 수신 무선 주파수 신호 간의 개선된 격리에 관한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS RELATED TO IMPROVED ISOLATION BETWEEN TRANSMIT AND RECEIVE RADIO-FREQUENCY SIGNALS}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2012년 4월 12일자로 출원된, 발명의 명칭이 "전송 무선 주파수 신호와 수신 무선 주파수 신호 간의 개선된 격리에 관한 시스템 및 방법(SYSTEMS AND METHODS RELATED TO IMPROVED ISOLATION BETWEEN TRANSMIT AND RECEIVE RADIO-FREQUENCY SIGNALS)"인 미국 가특허 출원 제61/623,434호(참조 문헌으로서 그 전체가 본 명세서에 명확히 포함됨)를 기초로 우선권을 주장한다.

본 개시 내용은 일반적으로 전송 무선 주파수(RF) 신호와 수신 무선 주파수(RF) 신호 간의 격리를 개선시키는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

무선 디바이스와 같은 무선 주파수(RF) 디바이스는 Tx 신호를 발생시키는 송신기 및 Rx 신호를 처리하는 수신기를 종종 포함한다. 하나 이상의 안테나들로의/로부터의 그 각자의 경로들에 있는 이러한 신호들을 격리시키는 것은 중요한 성능 고려사항이다. 예를 들어, Tx 신호와 Rx 신호 간의 격리는 무선 통신 링크들의 개선 또는 최적화를 용이하게 할 수 있다.

어떤 구현예들에서, 본 개시 내용은 Tx 동작 및 Rx 동작 동안 무선 주파수(RF) 신호들을 격리시키는 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 제1 RF 신호를 전달하도록 구성된 전송 경로를 포함한다. 이 시스템은 전송 경로를 따라 배치되고 제1 RF 신호를 필터링하도록 구성된 제1 필터를 추가로 포함한다. 이 시스템은 전송 경로에 연결되고 제1 RF 신호를 전송하도록 구성된 제1 안테나를 추가로 포함한다. 이 시스템은 수신 경로에 연결되고 제2 RF 신호를 수신하도록 구성된 제2 안테나를 추가로 포함한다. 제1 안테나와 제2 안테나는 전송 경로와 수신 경로 사이에 원하는 레벨의 격리를 생성하기 위해 서로 분리되어 있다.

어떤 실시예들에서, 이 시스템은 수신 경로를 따라 배치되고 수신기 회로에 의한 처리를 위해 제2 RF 신호를 필터링하도록 구성된 제2 필터를 추가로 포함한다. 수신 경로는 다이버시티 수신 경로(diversity receive path)를 포함할 수 있다. 제1 필터 및 제2 필터 각각은 분리된 제1 안테나 및 제2 안테나에 적어도 부분적으로 기인하여 완화된 필터링 요건을 포함할 수 있다. 완화된 필터링 요건은 전송 경로 및 수신 경로 둘 다에 대한 삽입 손실의 감소를 가능하게 할 수 있다. 완화된 필터링 요건은 완화된 대역외 감쇠 요건을 포함할 수 있다.

어떤 실시예들에서, 제1 필터 및 제2 필터 각각은 대역 통과 필터(band-pass filter)(BPF)를 포함할 수 있다.

어떤 실시예들에서, 전송 경로는 복수의 중간 스테이지들(interstages)을 가지는 전력 증폭기를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 제1 필터는 중간 스테이지들 중 하나에 그리고 전력 증폭기의 출력 스테이지 이전에 배치될 수 있다. 중간 스테이지들은 제1 필터에서의 삽입 손실의 변동을 보상하도록 구성된 가변 이득 스테이지(variable-gain stage)를 포함할 수 있다. 삽입 손실의 변동은 주파수 또는 온도의 변화로 인한 삽입 손실 변동을 포함할 수 있다.

어떤 실시예들에서, 이 시스템은 전송 동작 및 수신 동작 둘 다가 제1 안테나로 수행되는 듀플렉서 모드(duplexer mode)를 용이하게 하도록 구성된 듀플렉서 경로(duplexer path)를 추가로 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이 시스템은 제1 안테나 및 제2 안테나 둘 다가 사용되고 있는 듀플렉서 바이패스 모드(duplexer bypass mode)와 듀플렉서 모드 간의 전환을 가능하게 하기 위해 듀플렉서 바이패스(duplexer bypass) 및 하나 이상의 스위치들을 추가로 포함할 수 있다. 듀플렉서 바이패스 모드는 성능을 최적화하기 위해 동적 범위의 선택된 영역들에 걸쳐 듀플렉서를 바이패스시키는 데 관여되어 있을 수 있다. 어떤 실시예들에서, 전송 경로, 수신 경로, 및 듀플렉서 경로 각각은 다중 대역 동작들을 용이하게 하기 위한 복수의 채널들을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 다중 대역 동작은 3GPP 통신 표준에 대한 4중 대역(quad-band)을 포함할 수 있다.

어떤 실시예들에서, 이 시스템은 듀플렉서 모드와 듀플렉서 바이패스 모드 간의 전환을 위한 조건을 검출하도록 구성된 검출 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 이 조건은 안테나 격리 환경을 나타낼 수 있다. 안테나 격리 환경 조건은 Rx 다이버시티 측정 분석, 순방향 및 반사 결합 전력 측정(forward and reflected coupled power measurement), 전송된 제1 RF 신호의 직접 측정, 또는 하나 이상의 교정된 기준 값들에 대한 비교에 의해 검출될 수 있다.

어떤 실시예들에서, Tx 동작 및 Rx 동작은 실질적으로 동시에 수행될 수 있다.

다수의 구현예들에 따르면, 본 개시 내용은 복수의 구성요소들을 수용하도록 구성된 패키징 기판을 포함하는 무선 주파수(RF) 모듈에 관한 것이다. 이 모듈은 Tx 동작 및 Rx 동작 동안 RF 신호들의 격리를 제공하도록 구성된 회로를 추가로 포함한다. 이 회로는 제1 RF 신호를 전달하도록 구성된 전송 경로, 전송 경로를 따라 배치되고 제1 RF 신호를 필터링하도록 구성된 제1 필터, 및 제1 RF 신호를 전송하기 위해 제1 안테나에 연결되는 전송 노드를 포함한다. 이 회로는 제2 안테나로부터 제2 RF 신호를 수신하도록 구성된 수신 경로를 추가로 포함한다. 전송 경로 및 수신 경로는 그들 사이에 원하는 레벨의 격리를 생성하도록 구성된다. 이 모듈은 회로와 패키징 기판 사이의 전기적 연결들을 제공하도록 구성된 복수의 커넥터들을 추가로 포함한다.

다수의 구현예들에서, 본 개시 내용은 RF 신호들을 처리하도록 구성된 송수신기를 포함하는 무선 주파수(RF) 디바이스에 관한 것이다. RF 디바이스는 RF 신호들의 전송 및 수신을 용이하게 하기 위해 송수신기와 통신하는 제1 안테나 및 제2 안테나를 추가로 포함한다. RF 디바이스는 Tx 동작 및 Rx 동작 동안 RF 신호들의 격리를 제공하도록 구성된 회로를 추가로 포함한다. 이 회로는 제1 RF 신호를 전달하도록 구성된 전송 경로, 전송 경로를 따라 배치되고 제1 RF 신호를 필터링하도록 구성된 제1 필터, 및 제1 RF 신호를 전송하기 위해 제1 안테나에 연결되는 전송 노드를 포함한다. 이 회로는 제2 안테나로부터 제2 RF 신호를 수신하도록 구성된 수신 경로를 추가로 포함한다. 전송 경로 및 수신 경로는 그들 사이에 원하는 레벨의 격리를 생성하도록 구성된다.

어떤 구현예들에 따르면, 본 개시 내용은 Tx 동작 및 Rx 동작 동안 무선 주파수(RF) 신호들을 격리시키는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 전송 경로를 통해 제1 RF 신호를 전달하는 단계를 포함한다. 이 방법은 전송 경로를 따라 제1 RF 신호를 필터링하는 단계를 추가로 포함한다. 이 방법은 제1 RF 신호를 전송하기 위해 제1 RF 신호를 제1 안테나로 전달하는 단계를 추가로 포함한다. 이 방법은 제2 안테나를 통해 제2 RF 신호를 수신하는 단계를 추가로 포함한다. 이 방법은 수신 경로를 통해 제2 RF 신호를 전달하는 단계를 추가로 포함한다. 제1 안테나와 제2 안테나는 전송 경로와 수신 경로 사이에 원하는 레벨의 격리를 생성하기 위해 서로 분리되어 있다.

어떤 구현예들에서, 본 개시 내용은 격리 회로를 가지는 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 전송 경로를 형성하거나 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 전송 경로를 따라 필터를 형성하거나 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 이 방법은 제1 RF 신호의 전송을 가능하게 하기 위해 전송 경로와 제1 안테나 사이에 연결을 형성하거나 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 이 방법은 전송 경로 및 수신 경로가 원하는 레벨로 격리되도록 제2 안테나에 연결되는 수신 경로를 형성하거나 제공하는 단계를 추가로 포함한다.

본 개시 내용을 요약하기 위해, 본 발명의 특정의 측면들, 장점들 및 새로운 특징들이 본 명세서에 기술되어 있다. 이러한 장점들 모두가 꼭 본 발명의 임의의 특정의 실시예에 따라 달성될 수 있을 것은 아님을 잘 알 것이다. 이와 같이, 본 발명은 본 명세서에 개시되거나 암시되어 있을 수 있는 다른 장점들을 꼭 달성할 필요 없이 본 명세서에 개시된 하나의 장점 또는 일군의 장점들을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있다.

도 1은 격리 회로를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 격리 회로가 필터링 구성에서 구현될 수 있다는 것을 나타낸 도면.
도 3은 Tx-Rx간 격리, Tx-안테나간 격리, 및 Rx-안테나간 격리를 제공하도록 구성된 한 예시적인 듀플렉서를 나타낸 도면.
도 4는 제1 안테나 및 제2 안테나를 가지는 무선 주파수(RF) 시스템에 대한 안테나-안테나간 격리를 제공하도록 구현될 수 있는 프로세스를 나타낸 도면.
도 5a는 도 4의 RF 시스템의 전송 부분을 실현하도록 구현될 수 있는 프로세스를 나타낸 도면.
도 5b는 도 4의 RF 시스템의 수신 부분을 실현하도록 구현될 수 있는 프로세스를 나타낸 도면.
도 6은 Tx 경로 및 Rx 경로(각각의 경로는 대역 통과 필터와 같은 필터를 포함함)와, 각각, 통신하는 개별적인 Tx 안테나 및 Rx 안테나를 가지는 한 예시적인 RF 시스템을 나타낸 도면.
도 7은 전송될 부분적으로 증폭된 RF 신호를 필터링하도록 구현될 수 있는 프로세스를 나타낸 도면.
도 8은 Tx 경로 및 Rx 경로(Tx 경로는 전력 증폭기 체인(power amplifier chain) 및 전력 증폭기 체인 내의 대역 통과 필터를 가짐)와, 각각, 통신하는 개별적인 Tx 안테나 및 Rx 안테나를 가지는 한 예시적인 RF 시스템을 나타낸 도면.
도 9는 복수의 안테나들을 통해 RF 신호들을 수신하는 것을 실현하도록 구현될 수 있는 프로세스를 나타낸 도면.
도 10은 도 9의 수신 모드들 중 한 수신 모드를 선택하도록 구현될 수 있는 프로세스를 나타낸 도면.
도 11은 도 10의 선택 프로세스와 연관된 변경들을 실현하도록 구현될 수 있는 프로세스를 나타낸 도면.
도 12는 복수의 안테나들을 가지며 도 9 내지 도 11의 프로세스들과 연관된 다양한 기능들을 용이하게 하도록 구성된 한 예시적인 RF 시스템을 나타낸 도면.
도 13은 본 개시 내용의 하나 이상의 특징들을 구현하도록 구성된 한 예시적인 다중 대역 RF 시스템을 나타낸 도면.
도 14는 본 개시 내용의 하나 이상의 특징들을 가지는 격리 회로가 하나 이상의 모듈들에서 구현될 수 있다는 것을 개략적으로 나타낸 도면.
도 15는 본 개시 내용의 하나 이상의 특징들을 가지는 격리 회로가 RF 디바이스에서 구현될 수 있다는 것을 개략적으로 나타낸 도면.
도 16은 본 개시 내용의 하나 이상의 특징들을 가지는 한 예시적인 무선 디바이스를 개략적으로 나타낸 도면.

본 명세서에 제공된 제목들은, 있는 경우, 단지 편의를 위한 것이며, 청구된 발명의 범위 또는 의미에 꼭 영향을 주지는 않는다.

무선 주파수(RF) 신호들 간의 개선된 격리에 관한 시스템들 및 방법들이 본 명세서에 개시되어 있다. 도 1은 제1 RF 신호(RF1)(12)(예컨대, 전송 신호)를 수신하고 출력하도록, 그리고 또한 제2 RF 신호(RF2)(14)(예컨대, 수신 신호)를 수신하고 출력하도록 구성된 격리 회로(10)를 나타낸 것이다. 본 명세서에에서의 설명의 목적상, RF1 및 RF2는, 각각, 전송 신호 및 수신 신호와 관련하여 기술될 것이다. 그렇지만, 본 개시 내용의 하나 이상의 특징들이 또한 다른 RF 신호 격리 상황들에서 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

도 2는, 어떤 실시예들에서, 도 1의 격리 회로(10)가 필터링 구성(20)에서 구현될 수 있다는 것을 나타낸 것이다. 이러한 구성은 전송(Tx) 신호(22) 및 수신(Rx) 신호(24)를 전달하는 것을 수용하도록 도시되어 있다. 본 명세서에 기술된 필터링 구성(20)의 다양한 비제한적인 예들은 Tx 신호(22)와 Rx 신호(24) 간의 개선된 격리를 제공할 수 있다.

Tx 신호와 Rx 신호 간의 격리는 상당한 대역외 잡음 및 원치 않는 필터링(spurious filtering)을 수반하는 것들과 같은 무선 통신 링크들의 개선 또는 최적화를 용이하게 할 수 있다. 한 예로서, 주파수 분할 듀플렉스(frequency division duplex)(FDD) 시스템들은 동일한 무선기 내에서 동시에 그렇지만 상이한 주파수 대역들에서 동작하는 전송(Tx) 회로 및 수신(Rx) 회로를 포함할 수 있다. 전송되는 송신기 반송파 전력의 간섭은, 송신기의 잡음 및 원치 않는 대역외 신호와 함께, 원하는 착신 신호들을 정확하게 복조할 수 있는 수신기의 능력에 해가 될 수 있고, 이들 신호가 낮은 전력에 있고 Rx가 이들 신호를 분해(resolve)할 수 있는 감도 한계에 가까울 때 특히 그렇다.

도 3은 송신기의 이 효과들을 수신 체인의 민감한 입력으로부터 격리시키도록 구현될 수 있는 한 예시적인 듀플렉스 필터링 구성(50)을 나타낸 것이다. Tx 회로(도시 생략)로부터의 전송 신호가 증폭기(54)에 의한 증폭을 위해 입력 노드(52)에 수신될 수 있다. 증폭된 전송 신호는 안테나(60)를 통해 전송되기 위해 듀플렉서(56)를 통과하는 것으로 도시되어 있다. 동일한 안테나(60)가 착신 신호를 수신할 수 있고, 이 착신 신호는 듀플렉서(56)를 통과하고 노드(58)를 통해 Rx 회로(도시 생략)로 보내진다.

도 3에 도시된 듀플렉서 필터(56)는 다수의 기능들을 제공할 수 있다. 전송측에서, 예를 들어, 셀 계획 및 표준 단체 적합성 요구사항들의 방사 위반(radiated violation)을 피하기 위해, 대역외 잡음 및 원치 않는 신호들이 안테나로 가는 도중에 감쇠될 수 있다. 수신측에서, 예를 들어, Rx 회로에서의 성능 열화를 피하거나 감소시키기 위해, Rx 대역의 원치 않는 신호들 및 대역외 잡음의 유사한 필터링이 안테나로부터 감쇠될 수 있다. 듀플렉스 필터(56)는 Tx 필터와 Rx 필터를 서로 결합시키는 것이 Tx와 Rx 사이에서 직접 격리 특성을 향상시킬 수 있도록 그리고 Tx 반송파 및 잡음으로부터 직접 Rx를 추가적으로 격리시키도록 구성될 수 있다.

도 3의 듀플렉서 필터 구성과 연관된 단점들은, 예를 들어, 비교적 큰 크기 및 전자 장치 해결 면적의 증가를 포함할 수 있다. 듀플렉서 필터 구성은 또한 주어진 응용 대역에 대한 상당한 비용 추가 요인(cost adder)일 수 있고, 이러한 듀플렉서 필터링은 전형적으로 FDD 동작이 이용되는 각각의 대역과 연관되어 있다. 이와 같이, 비용 문제가 무선기 전체에서의 대역들의 수에 의해 확대될 수 있다. 게다가, 이러한 구성은 Tx의 통과 대역에서 손실이 많은(Tx 필터 삽입 손실을 극복하기 위해 더 높은 전력이 전송되어야 함) 그리고 Rx의 통과 대역에서 손실이 많은(수신기에 대한 잡음 플로어(noise floor)의 추가적인 열화를 야기함) 성능을 가져올 수 있다.

듀플렉서 필터의 격리 성능 설계 파라미터(들)의 제약조건들 중 일부 또는 전부를 달성하기 위해, Tx의 통과 대역 및 Rx의 통과 대역은 필터들이 개별적인 Tx 필터 및 Rx 필터인 경우보다 일반적으로 더 손실이 많도록 만들어질 수 있다. 3-단자 듀플렉서(Tx, Rx, 및 Ant)의 조정과 연관된 결합(coupling), 부하(loading) 및 정합(matching)은 필터들이 개별적인 경우 필터들의 손실 이외에 손실을 부가할 수 있고, 그리고 큰 격리 요구사항의 어떤 경우들에서, 상당히 그러할 수 있다.

어떤 구현예들에서, 듀플렉서를 제거하고, 그 대신에 듀플렉서를 개별적인 Tx 필터 및 개별적인 Rx 필터로 대체하는 것에 의해 Tx 회로 및 Rx 회로가 격리될 수 있다. 게다가, Tx 경로 및 Rx 경로가 전용의 Tx 안테나 및 Rx 안테나를 분리시키도록 연결될 수 있다. 도 4는 제1 안테나 및 제2 안테나가 제공되는 이러한 격리 구성을 달성하도록 구현될 수 있는 프로세스(100)를 나타낸 것이다. 도 5a 및 도 5b는 Tx 회로 및 Rx 회로와 연관된 신호들의 개별적인 필터링을 달성하도록 구현될 수 있는 프로세스들(110, 120)을 나타낸 것이다. 도 6은 Tx 회로와 Rx 회로 간의 격리를 제공하기 위해 이러한 개별적인 필터들이 개별적인 안테나들로 구현될 수 있는 한 예시적인 구성(200)을 나타낸 것이다.

도 4의 프로세스(100)는, 블록(102)에서, 제1 안테나로 전송하기 위한 제1 경로가 형성될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 블록(104)에서, 안테나-안테나간 격리를 제공하기 위해 제2 안테나로 수신하기 위한 제2 경로가 형성될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 제1 안테나는 전송 RF 신호들의 하나 이상의 대역들의 전송을 용이하게 하도록 구성된 전용의 송신 안테나일 수 있다.

도 5a의 프로세스(110)는, 블록(112)에서, 전송될 RF 신호가 증폭될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 블록(114)에서, 증폭된 RF 신호는 제1 필터에 의해 필터링될 수 있다. 블록(116)에서, 필터링된 RF 신호는 송신 안테나에 제공될 수 있다.

도 5b의 프로세스(120)는, 블록(122)에서, 수신 안테나로부터 수신된 RF 신호가 제2 필터에 의해 필터링될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 어떤 실시예들에서, 제2 필터는 전송될 RF 신호를 필터링하는 제1 필터와 별개인 필터일 수 있다. 블록(124)에서, 필터링된 RF 신호는 수신기 회로에 제공될 수 있다.

도 6은 도 1의 격리 회로(10)의 한 예일 수 있는 구성(200)을 나타낸 것이다. 예시적인 구성(200)은 개별적인 안테나들(208, 218)을 포함하는 것으로 도시되어 있고, 여기서 하나의 안테나(208)는 전송을 위해 사용되고, 다른 안테나(218)는 수신을 위해 사용된다. 송신 안테나(208)는 필터(206)(예컨대, 대역 통과 필터)로부터 필터링된 RF 신호를 수신하는 것으로 도시되어 있다. 필터(206)는 증폭기(204)로부터 증폭된 RF 신호를 수신하는 것으로 도시되어 있고, 증폭기(204)는 차례로 Tx 회로(도시 생략)로부터 전송될 RF 신호를 입력 노드(202)를 통해 수신한다. 설명의 목적상, 예시적인 전력 증폭기(204)는 복수의 스테이지들(예컨대, 입력 스테이지, 중간 스테이지 및 출력 스테이지(220, 222, 224, 226, 228, 230, 232))을 포함할 수 있다.

예시적인 구성(200)의 수신 안테나(218)는 수신된 RF 신호를 필터(216)(예컨대, 대역 통과 필터)에 제공하는 것으로 도시되어 있다. 필터링된 수신된 RF 신호는 Rx 노드(212)를 통해 Rx 회로(도시 생략)로 전달되는 것으로 도시되어 있다.

어떤 실시예들에서, 개별적인 안테나들(208, 218)는 Tx 경로와 Rx 경로를 추가적으로 격리시키는 역할을 할 수 있다. 어떤 구현예들에서, 특정의 레벨의 안테나 격리를 위해, Tx 반송파 전력 및 잡음 전력이 도 3을 참조하여 본 명세서에 기술된 듀플렉서 기반 구성과 적어도 거의 동일한 레벨로 억압될 수 있다. 예시적인 구성(200)은 Tx 부분 및 Rx 부분 둘 다에서 더 적은 인라인 삽입 손실(in-line insertion loss)을 가질 수 있는데, 그 이유는 이 구성이 더 적은 DC 전류 소모 및 전송 전력(power transmitted)은 물론, Rx 경로에서의 더 적은 삽입 손실 및 잡음 지수 열화(noise figure degradation)를 겪을 수 있기 때문이다.

도 6의 구성에 의해 제공되는 필터 삽입 손실과 관련한 한 예시적인 이점은 약 1850 MHz 내지 1910 MHz의 범위에서의 Tx 동작 대역을 위해 설계된 SAW(surface acoustic wave) 필터 기반 듀플렉서와 연관된 것을 포함할 수 있고, 이 때 최악의 경우의 Tx 필터링 대역내 삽입 손실은 약 3dB인 반면, Rx 주파수들(약 1930 MHz 내지 1990 MHz)에서의 대역외 Tx 잡음의 감쇠는 약 50dB만큼 클 수 있다. 동일한 대역 통과 필터가 큰 격리 요구사항으로 제약되지 않는 경우, 이는 최악의 경우의 약 2dB 손실 및 약 30dB의 Rx 대역에서의 격리를 달성할 수 있다. 이와 유사하게, 듀플렉서의 Rx 성능은 약 3.5dB의 최악의 경우의 Ant-Rx간 삽입 손실, 및 약 55dB 정도의 Tx 반송파 주파수들의 감쇠를 생성할 수 있다. 동일한 대역 통과 Rx 필터가 큰 격리 요구사항으로 제약되지 않는 경우, 이는 최악의 경우의 약 2dB 삽입 손실 및 약 30dB의 Tx 대역에서의 격리를 달성할 수 있다.

어떤 구현예들에서, 개별적인 필터들이 예시적인 듀플렉서 성능과 거의 같은 Tx-Rx간 격리를 제공하기 위해, 안테나 격리가 약 20dB(스위치 손실 및 구현 손실을 고려함)로 될 수 있고, 이 시스템은 그러면 Rx 필터링의 Tx 반송파 격리에 의해 제한될 수 있다. 어떤 구성들에서, 이 예의 Tx 필터 손실에서의 1dB 절감은, 대체로 전력 증폭기(PA)가 필터 이전에서 1dB 더 적은 전력을 출력하는 것으로 인해, 송신기에서 최대 전력에서의 적어도 20% 더 적은 DC 전류로 될 수 있다. Rx 잡음 지수가 Tx 반송파 전력 및 Rx 선형성 특성으로부터의 다른 감도 저하(de-sensitization)에 따라, 그 경로의 프런트 엔드 삽입 손실의 1dB 감소로 인해, 1dB 정도 감소될 수 있다.

어떤 구현예들에서, 더 낮은 PA후 Tx 삽입 손실(post-PA Tx insertion loss) 및 듀플렉스 간격 격리 성능(duplex spacing isolation performance)을 유지하는 것의 바람직한 특징들이 도 8에 도시된 회로(400)에 의해 달성될 수 있다. 이러한 회로가 도 7에 도시된 프로세스(300)에 의해 작동될 수 있다. 블록(302)에서, 전송될 RF 신호가 부분적으로 증폭될 수 있다. 블록(304)에서, 부분적으로 증폭된 RF 신호가 필터링될 수 있다. 블록(306)에서, 출력 RF 신호를 생성하기 위해, 필터링된 RF 신호가 추가적으로 증폭될 수 있다. 블록(308)에서, 출력 RF 신호가 송신 안테나에 제공될 수 있다.

도 8의 예시적인 격리 회로(400)에서, 전력 증폭기(PA)(404)가 복수의 중간 스테이지들 및 출력 스테이지(예컨대, 420, 422, 424, 426, 428, 430, 432, 434)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 입력 노드(402)는 증폭될 RF 신호를 수신할 수 있고, 증폭된 RF 신호가 Tx 안테나(208)에 제공될 수 있다. 예시적인 구성(400)의 수신 안테나(218)는 수신된 RF 신호를 필터(216)(예컨대, 대역 통과 필터)에 제공하는 것으로 도시되어 있다. 필터링된 수신된 RF 신호는 Rx 노드(212)를 통해 Rx 회로(도시 생략)로 전달되는 것으로 도시되어 있다.

예시적인 구성(400)에서, (예컨대, 도 6에 도시된 예에서와 같은) PA(404) 이후의 Tx 대역 통과 필터(BPF)가 제거될 수 있고, BPF(406)가 그 대신에 출력 스테이지 이전의 중간 스테이지에 배치될 수 있다. 도시된 예에서, BPF(406)가 제2 중간 스테이지와 출력 스테이지 사이에 배치되어 있다. 어떤 실시예들에서, 이전의 예에서 DC 전류가 출력 전력에 크게 의존하고 있는 것을 설명한 바와 같이, 출력 스테이지가 전류 소모를 좌우할 수 있다. PA 이후의 손실을 추가적으로 제거하기 위해, 필터가 전류 및 잡음 성능에 바람직한 영향을 제공하기 위해 중간 스테이지로 이동될 수 있다.

어떤 구현예들에서, 필터(406)를 출력 스테이지(432) 전방에 배치하는 것은 상당한 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, 그 필터에 입사하는 전력이 적어도 10배 더 낮을 수 있고, 그로써 제조 요구사항의 완화 및 더 낮은 전력 처리 정격에 대한 어쩌면 더 작은 크기를 가능하게 한다. 또한, 출력 스테이지에 대한 효율 영향이 크게 감소될 수 있고, 드라이버 스테이지들에 대해 실질적으로 동일한 채로 있을 수 있다.

어떤 실시예들에서, 격리 제약조건들이 완화되기 때문에 더 낮은 삽입 손실을 위해 필터(406) 자체가 개선될 수 있고, PA(404)의 맨 마지막 스테이지 전방에 있는 모든 것의 잡음 기여분이 대폭 필터링될 수 있고, 따라서 최종 스테이지만이 사실상 PA 출력에 잡음을 제공한다. 표 1a 내지 표 1d에 나타낸 특정의 예에 대해 BPF(406) 필터를 PA 라인업에 삽입함으로써, PA의 출력에서의 잡음은 약 -135dBm/Hz로부터 -149dBm/Hz로 떨어진다. 표 1a는 (Vcc = 3.4V인 경우) 3dB PA후 Tx DPX 삽입 손실을 생성하도록 BPF가 PA 출력 이후에 위치되는 구성의 스테이지 1에 대응한다. 표 1b는, 총 Icc가 약 404.61 mA인 경우, 표 1a의 구성의 스테이지 2에 대응한다. 표 1c는 PA의 출력 스테이지 이전에 2dB 중간 스테이지 필터링을 생성하기 위해 중간 스테이지 BPF가 제공되는 구성의 스테이지 1에 대응한다. 표 1d는, 총 Icc가 약 212.59 mA인 경우, 표 1c의 구성의 스테이지 2에 대응한다. 표 1c의 중간 스테이지 BPF에 대해, fTx 구성요소는 스테이지 1과 결합될 때 약 14의 순 이득 및 약 13dBm의 순 전력을 생성하기 위해 약 2dB의 감쇠를 가진다. fRx 구성요소에 대해, 중간 스테이지 BPF는 스테이지 1과 결합될 때 약 30dB의 감쇠, 약 14의 순 이득, 및 약 -172.54의 순 잡음을 가진다.

[표 1a]

[표 1b]

[표 1c]

[표 1d]

약 50dB의 범위에서 표준 구조의 듀플렉서 Tx-Rx간 격리가 주어진 경우, 거꾸로 Rx 입력에 대한 표준 방식의 잡음은 약 -185dBm/Hz일 것이다. 도 8의 예시적인 구성에서 동일한 레벨의 잡음 전력에 도달하기 위해, 안테나 격리는 31dB(Rx 입력 핀들에 도달하기 전에 Tx 경로 및 Rx 경로 둘 다에서의 프런트 엔드 구성요소들의 삽입 손실(IL)을 포함함)에 도달해야만 할 것이다. 이것은 어려운 일일 수 있고, 일반적으로 안테나 부하 및 다른 동작 변수들의 조건들에 걸쳐 유지될 필요가 있지만, 달성가능한 것으로 생각되고 있고, 직교 안테나 설계 및 추가의 격리 혁신들이 개발됨에 따라 개선될 것이다.

또한 표 1a 내지 표 1d의 예들에서 흥미로운 것은 PA에서 BPF를 구현하는 것 및 PA 이후에 2dB의 손실을 절감하는 것에 의해 절감되는 DC 전류의 실제 양이다. 나타내어진 특정의 예에 대해, 표준의 방식(표 1a 및 표 1b)은 약 405 mA를 소비할 것인 반면, 새로운 방식(표 1c 및 표 1d)은 단지 약 213 mA를 소비하여, 최대 전력에서 약 192 mA를 절감할 것이다.

또한, 표준의 PA가 28dBm의 출력 전력에 대한 이 213 mA 수(mA number)에 도달하기 위해 그의 출력 스테이지에서 약 87%의 PAE를 가지도록 하는 데 필요로 하는 등가 고유 PA 효율(equivalent intrinsic PA efficiency)이 표 1a 내지 표 1d에서 계산된다. 이러한 PAE는 현재 기술로부터의 상당한 기술적 개선이다. 어떤 실시예들에서, 이러한 개선은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징들을 가지는 구조적 구성의 구현에 의해 실현될 수 있다.

도 8의 예시적인 구성(400)의 다른 주목할 만한 특징은 PA(404)에 대한 입력 스테이지가 그의 이득 및 출력 전력이 중간 스테이지 BPF(406)에서의 임의의 롤오프(roll-off)를 보상하는 방식으로 조절가능(예컨대, 422)하게 될 수 있다는 것이다. 이 필터에 대한 롤오프는 대역 가장자리에서 표준의 듀플렉서 필터에 대한 것보다 더 작을 수 있지만, 제1 스테이지 이득 조절은 (직렬 디지털 인터페이스로부터의 바이어스를 제어하는 디지털 제어 워드(이들로 제한되지 않음) 등을 비롯한 다수의 기법들을 통해) 이후의 스테이지들이 효율 및 선형성 목표들을 충족시킬 수 있게 하는 비선형 이득 감소 및 증가(nonlinear gain compression and expansion)의 세심한 균형을 방해하는 일 없이 보상할 수 있다. 이는 또한 이 방법을 통해 대역 가장자리에서의 필터 삽입 손실 및 롤오프의 기지의 온도 거동을 보상할 수 있다. 이 보상들은 포화로부터의 백오프(back-off) 및 최대 전력을 위한 PA 출력 스테이지에 대한 제약조건들이 주어진 경우 더 어려울 수 있고, 이와 같이, PA의 최종 스테이지 이후, 또한 이로 인해 더 작은 손실을 가지는 것이 바람직하다.

어떤 구현예들에서, 도 8의 예시적인 구성(400)과 연관된 하나 이상의 특징들이 도 3의 예시적인 구성(50)과 연관된 하나 이상의 특징들과 결합될 수 있다. 도 12는 이러한 결합의 한 예일 수 있는 구성(600)을 나타낸 것이다. 도 9는 이러한 구성을 형성하기 위해 구현될 수 있는 프로세스(500)를 나타낸 것이다. 도 10은 어느 모드에서 동작할지를 결정하기 위해 그리고 구성(600)과 연관된 복수의 모드들 간의 전환을 실현하기 위해 구현될 수 있는 프로세스(510)를 나타낸 것이다. 도 11은 도 10의 예시적인 프로세스(510)의 전환을 실현하기 위한 조건을 결정하기 위해 구현될 수 있는 프로세스(520)를 나타낸 것이다.

도 9의 프로세스(500)의 블록(502)에서, 제1 안테나를 통해 RF 신호들을 전송 및 수신하기 위한 듀플렉서 경로가 제공되거나 형성될 수 있다. 블록(504)에서, 제2 안테나를 통해 RF 신호들을 수신하기 위한 다이버시티 수신 경로가 제공되거나 형성될 수 있다. 이러한 상이한 경로들 및 그들의 대응하는 안테나들의 예들이 도 12를 참조하여 더 상세히 기술된다.

도 10의 프로세스(510)의 블록(512)에서, 듀플렉서 모드에서 동작할지 다이버시티 수신 모드에서 동작할지에 관한 결정이 행해질 수 있다. 블록(514)에서, 선택된 동작 모드를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 전환 동작들이 수행될 수 있다. 이러한 상이한 모드들 및 전환 동작들의 예들이 도 12를 참조하여 더 상세히 기술된다.

도 11의 프로세스(520)의 블록(522)에서, 동작 모드의 변경을 트리거하기 위한 조건이 검출될 수 있다. 블록(524)에서, 동작 모드를 변경하기 위해 하나 이상의 전환 동작들을 실현하기 위한 신호가 발생될 수 있다. 이러한 검출 및 전환 동작들의 예들이 도 12를 참조하여 더 상세히 기술된다.

어떤 상황들에서(예컨대, 안테나 격리 성능 또는 간단히 이용가능한 안테나들의 수에서의 제약조건들이 주어진 경우), 안테나를 단지 Tx 사용만을 위해 할당하는 것이 가능하지 않을 수 있고, 도 12에 도시된 바와 같이, PA(404) 이후에 표준의 듀플렉서 경로를 유지하는 것이 필요하게 될 수 있다. 그렇지만, 심지어 이러한 경우에, 예를 들어, 전류 소모 및 Rx 잡음에서의 성능 개선들로부터 이득을 보기 위해 도 8을 참조하여 기술된 구성(400)과 연관된 하나 이상의 특징들을 구현할 수 있다.

도 12의 예시적인 구성(600)에서, PA(404)는 도 8을 참조하여 기술된 예와 유사한 것으로 도시되어 있다. 그렇지만, 도 12의 구성(600)에서 다른 PA 구성들이 또한 이용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

PA(404)는, 도 8을 참조하여 기술된 바와 같이, 그의 입력 노드(602)를 통해 RF 신호를 수신하고 출력 스테이지 이전에서 신호를 필터링하는 것으로 도시되어 있다. 듀플렉서 모드에서 동작될 때, PA(404)의 출력은 이어서 듀플렉서 경로(610)로, 듀플렉서(612)를 통해, 그리고 이어서 송신 안테나(608)로 보내질 수 있다. 듀플렉서 모드에 있을 때, 안테나(608)를 통해 수신된 RF 신호는 듀플렉서(612)를 통해 그리고 이어서 수신 노드(614)로 보내질 수 있다. 듀플렉서 동작 모드를 용이하게 하기 위해, 스위치(634)(예컨대, SP2T)는 PA(404)와 듀플렉서(612) 사이에 연결을 형성하도록 설정될 수 있고, 스위치(636)(예컨대, SP2T)는 안테나(608)와 듀플렉서(612) 사이에 연결을 형성하도록 설정될 수 있다.

(예컨대, 본 명세서에 기술된 다이버시티 Rx 모드에 대해) 듀플렉서(612)를 바이패스하는 것이 요망되는 모드에 있을 때, 스위치(634)는 PA(404)와 듀플렉서(612) 사이의 경로를 개방시키고 스위치(636)의 절환점들(throws) 중 하나에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있는 듀플렉서 바이패스와 PA(404) 사이에 연결을 형성하도록 설정될 수 있다. 스위치(636)는 PA(404)로부터의 필터링되고 증폭된 RF 신호의 전송을 가능하게 하기 위해 듀플렉스 바이패스를 안테나(608)에 연결시키도록 그리고 안테나(608)와 듀플렉서(612) 사이의 경로를 개방시킴으로써 듀플렉서(612)의 수신 기능을 디스에이블시키도록 설정될 수 있다.

이러한 모드(예컨대, 다이버시티 모드)에서, 별도의 Rx 안테나(218)가 수신된 RF 신호를 다이버시티 Rx 경로(620)에 제공하는 것으로 도시되어 있다. 이러한 경로는, 도 8을 참조하여 기술된 것과 유사한 방식으로, 수신된 신호를 필터링하는 것 및 필터링된 신호를 수신 노드(212)에 제공하는 것을 가능하게 하기 위해 필터(216)(예컨대, BPF)를 포함할 수 있다.

어떤 구현예들에서, 예를 들어, 다이버시티의 사용의 증가가 부가의 Rx 경로의 추가를 포함할 수 있는 새로 등장하는 통신 표준들을 용이하게 하기 위해 도 12에 도시된 구성이 이용될 수 있다. 개별적인 안테나 연결은 통상적으로 상이한 RF 환경 및 경로인 것으로 간주되기에 충분한 거리로 분리되도록 구성되어 있으며, 따라서 수신된 RF 신호는 이어서 신호대 잡음비(SNR) 장점을 달성하기 위해 주 경로 Rx와 상관될 수 있다. 2개의 신호들이 실질적으로 직교이고 실질적으로 동일한 전력 레벨로 수신되는 경우, SNR이 비교적 많은 양(예컨대, 3dB 이상)만큼 개선될 수 있다. 이러한 성능을 위한 노력은 더 나은 Rx 감도에 대한 요망을 포함할 수 있고, 안테나들 사이의 분리 및 격리 레벨들을 가진다는 이점은 또한 도 12의 예시적인 구성(600)과 연관된 목표들 중 일부 또는 전부에 도움이 될 수 있다.

어떤 구현예들에서, 다이버시티 Rx 경로(620)가, 감소된 또는 최저 신호 레벨들에서 SNR을 향상시키는 데 사용되고 있지 않을 때, 개별적인 Tx 안테나 및 Rx 안테나를 용이하게 하기 위해 본 명세서에 기술된 바와 같이 사용될 수 있다. 다이버시티 경로(620)는 안테나(218)와의 단독 Rx 경로로서 사용될 수 있고, 다른 안테나(608)는 Tx 전용으로 사용될 수 있다. 도 8의 예와 유사하게, 도 12의 구성은 PA후 듀플렉서의 손실을 제거하기 위해 그리고 최종 스테이지 이전에 내장된 BPF 중간 스테이지를 갖는 PA를 사용하여 총 PA 출력 잡음을 감소시키기 위해 스위치로 선택될 수 있는 본 명세서에 기술된 바와 같은 "듀플렉서 바이패스" 경로를 포함할 수 있다. 다시 말하지만, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 감소된 PA후 필터링에 의한 잡음 레벨의 문제 및, 예를 들어, 약 31dB의 안테나 격리의 제약조건이 존재한다. 그렇지만, PA후 손실의 예시적인 3dB 절감은 PA의 DC 소모를 약 50%만큼 감소시킬 수 있다.

어떤 구현예들에서, 듀플렉서 바이패스 경로의 양단에서의 스위치들(634, 636)의 격리는 그들의 합이 듀플렉서 Tx-Ant 자체의 격리보다 크도록 또는 듀플렉서(612)가 능동적으로 사용되고 있을 때 듀플렉서(612)의 전체적인 성능이 열화될 수 있도록 구성될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이 비교적 높은 격리 스위치 요구사항들이 그 스위치 극들(switch poles)에 대한 삽입 손실 및 획득될 큰 DC 전류 절감과 절충될 수 있고, 예를 들어, 약 30-35dB의 최악의 경우에서 달성가능할 수 있다.

어떤 구현예들에서, 도 12의 구조는 동적 범위 전체에서의 상이한 지점들에서 연결(engage)될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, Tx 반송파 감쇠 및 잡음이 가장 중요할 수 있는 최대 전력에서 시작하여, 잡음 요구사항들을 충족시키기 위해 필요하거나 요망되는 경우, 듀플렉서의 이용가능성을 이용할 수 있다. 백오프된 전력(backed-off power)에서, 잡음 요구사항들이 자체 감도 저하(self-desensitization)를 위해 완화될 수 있고 시스템이 요구사항들에 대한 허용 오차(margin)를 가질 수 있는 경우, 그 지점에서 큰 전류 절감을 위해 듀플렉서가 바이패스될 수 있다. 이러한 방식은 최대 전력 DC 전류들이 가장 큰 경우에 이들에 대해 더 적은 이점을 가질 수 있지만, 관여되어 있을 때 여전히 상당한 이점을 가질 수 있다. 한 예로서 그리고 통계적 측면에서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 표준은 Tx가 동작되는 시간의 대부분이 최대 전력으로부터 상당히 백오프되어 있고, 따라서 상기 방식의 장점들이 상당한 변화를 가져올 수 있는 하나의 예이다. 이러한 장점은 현재의 셀 계획 확장에서 LTE에 대해 덜 중요할 수 있지만, 용량이 피코셀 및 더 작은 셀 풋프린트(cell footprint)를 주도함에 따라, 전송 전력들이 성숙된 시스템들에서 내려갈 가능성이 있고, 이 예시적인 해결책이 장점을 달성할 더 많은 기회를 가져올 것이다.

어떤 구현예들에서, 도 12의 구조는 안테나 격리가 시스템의 성능에 중요하고 부하에 따라 동작이 달라지는 상황을 수용하도록 구성될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, (예컨대, 다이버시티 수신 및 SNR 분석, 안테나 피드들에서의 순방향 및 반사 결합 측정, 초기의 교정 기준 값에 대한 다이버시티 경로를 통해 들어 오는 Tx의 직접 스니핑(direct sniffing), 또는 다른 이러한 비슷한 기법들을 통해) 안테나 결합의 정도를 검출하는 시스템은 듀플렉서 바이패스 경로의 제어를 안테나 환경의 지식에 기초하여 연결(engage) 또는 연결 해제(disengage)로 설정하기 위해 이 정보를 피드백할 수 있다. 도 12에서, 상기 시스템이 630으로서 개략적으로 도시되어 있고, 듀플렉서 바이패스의 연결 및 연결 해제는, 예를 들어, 시스템(630)에 의해 제공되는 정보에 기초하여 스위치들(634, 636)의 상태들을 제어하는 스위치 제어(632)에 의해 실현될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이러한 시스템 및/또는 바이패스 제어는 프런트 엔드(front-end)의 PA, 스위치들, 및 다른 능동 회로를 제어하는 송수신기 또는 기저대역으로부터 구동되는 프런트 엔드 직렬 디지털 인터페이스를 통해 구현될 수 있다.

도 13은 도 12의 예와 유사지만 복수의 주파수 대역들을 수용하도록 구성되어 있는 구조(700)를 나타낸 것이다. 예시적인 구조(700)는 한 예시적인 3GPP 4중 대역 구성과 관련하여 기술된다. 그렇지만, 대역들의 수가 4 초과 또는 4 미만일 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 또한, 다중 대역 예(700)와 관련된 하나 이상의 특징들이 다른 무선 표준들에서 구현될 수 있다.

예시적인 구성(700)에서, PA(704)는 전송될 RF 신호를 입력 노드(702)를 통해 수신하고 상이한 스테이지들(750, 752, 754, 756, 758, 764, 766, 768)에서 신호를 증폭하는 것으로 도시되어 있다. 도 12를 참조하여 기술된 예에서와 같이, PA의 출력 스테이지 이전에 필터링이 수행될 수 있다. 도시된 예에서, 필터 뱅크(706)는 상이한 대역들을 수용하기 위해 복수의 필터들을 가지는 것으로 도시되어 있다. 필터(760a)(예컨대, BPF)는 대역 B1에 대한 필터링을 제공하는 것으로 도시되어 있고, 필터(760b)(예컨대, BPF)는 대역 B2에 대한 필터링을 제공하는 것으로 도시되어 있으며, 필터(760c)(예컨대, BPF)는 대역들 B3 및 B4에 대한 필터링을 제공하는 것으로 도시되어 있다. 필터 뱅크(706)가 상이한 수의 필터들로 상이하게 구성될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 원하는 필터링된 신호를 생성하기 위해, 주어진 신호들이 스위치(762)(예컨대, SP3T 스위치)에 의해 이러한 필터들 중 선택된 필터로 보내질 수 있다.

도 12의 예와 유사하게, PA(704)로부터 출력되는 필터링되고 증폭된 신호는 듀플렉서 경로(전체적으로 710으로 나타냄) 또는 듀플렉스 바이패스 경로(740)로 보내질 수 있다. 듀플렉서 경로(710)는 4개의 예시적인 대역들 B1, B2, B3, B4에 대해 개별적인 듀플렉서들(712a, 712b, 712c, 712d)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. PA측에서, 듀플렉서들 각각은 스위치(734)(예컨대, SP5T 스위치)를 통해 PA 출력에 연결가능한 것으로 도시되어 있다. 송신 안테나측에서, 듀플렉서들 각각은 스위치(736)(예컨대, SP5T 스위치)를 통해 제1 안테나(708)에 연결가능한 것으로 도시되어 있다. 수신측에서, 듀플렉서들 각각은 대응하는 Rx 노드(714)에 연결되는 것으로 도시되어 있다. 듀플렉서 경로(710)가 상이한 수의 대역들로 상이하게 구성될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

도 12의 예와 유사하게, 듀플렉서 동작이 요망되지 않을 때, (선택된 대역의) PA의 출력은 신호를 전송을 위해 제1 안테나로 전달하도록 하는 스위치들(734, 736)의 적절한 설정들에 의해 듀플렉서 바이패스(740)로 보내질 수 있다. Rx 신호들에 대해, 복수의 대역 채널들 및 그들의 대응하는 Rx 경로들(720)(예컨대, 다이버시티 Rx 경로들)이 제공될 수 있다. 도시된 예에서, 제2 안테나(718)는 주파수 대역의 선택을 제공하기 위해 스위치(728)(예컨대, SP3T 스위치)를 통해 필터 뱅크(724)의 상이한 필터들(예컨대, BPF들)에 연결가능한 것으로 도시되어 있다. 3개의 예시적인 채널들(B1+B4, B2, B3)을 수용하기 위해 3개의 예시적인 필터들(726a, 726b, 726c)이 도시되어 있고, 이러한 채널들로부터의 신호들이 그 각자의 Rx 노드들(722)로 보내질 수 있다. Rx 경로들(720) 및 그의 대응하는 필터들이 상이한 수의 대역들 및 필터들로 상이하게 구성될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

어떤 구현예들에서, 도 13의 예시적인 구조(700)에 기술된 4개의 예시적인 대역들 B1-B4은 표 2에 열거되어 있는 3GPP 대역들을 포함할 수 있다. 표 2에 열거된 다양한 값들은 대략적인 것이다.

[표 2]

유의할 점은, 이 예시적인 구현에 대해, B3 및 B4의 Tx 대역들이 실질적으로 중복하고, B1 및 B4의 Rx 대역들이 실질적으로 중복하며, 그로써 필터들 및 그의 대응하는 경로들의 어떤 통합을 가능하게 한다. 이러한 통합은 도 13을 참조하여 예로서 기술된다.

어떤 실시예들에서, 듀플렉서들에 의해 제공되는 기능들에 대해서도 통합이 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 개별적인 듀플렉서들은 다음과 같이 대체될 수 있다. B1 및 B4 듀플렉서들은 B1Tx/B4Tx/B1B4Rx의 트리플렉서(triplexer)로 대체될 수 있고, 그리고/또는 B3 및 B4 듀플렉서들은 B3B4Tx/B3Rx/B4Rx의 트리플렉서로 대체될 수 있다. 다른 예에서, 통합이 추가적으로 확장될 수 있고, 여기서 B1, B3, 및 B4 듀플렉서들은 B1Tx/B3B4Tx/B3Rx/B1B4Rx의 쿼드플렉서(quadplexer)로 대체될 수 있다. 어떤 상황들에서, 이상의 필터 통합들은 필터들의 삽입 손실을 증가시킬 수 있고, 그로써 바이패스 특징을 더 매력적인 것으로 만든다.

어떤 구현예들에서, 동적 범위에 걸쳐 듀플렉서 바이패스를 사용하는 것은 노드 B 또는 기지국으로부터의 요청들에 응답하여 정확한 전력 단계들을 필요로 하는 많은 최근의 통신 시스템들과 연관된 부가의 복잡도를 수반한다. PA에 제공되는 출력 임피던스 및 Tx 경로 삽입 손실을 이와 같이 상당히 변경시키면서 일관성 있는 이득 단계화(gain stepping)를 유지하기 위해, 예를 들어, 전력, 주파수, VSWR 및/또는 온도에 걸친 이득 변화의 정확도를 관리하기 위해 주의깊은 교정 및/또는 실시간 보정이 구현될 수 있다.

어떤 실시예들에서, 본 명세서에 기술된 듀플렉서 바이패스 특징의 전체적인 시스템 비용, 크기 및/또는 성능 오버헤드가 관리가능하도록 구현될 수 있다. 이러한 구현들은 하나 이상의 스위치들 상의 추가의 극(들) 및 이러한 스위치들에 걸친 그리고 안테나들은 물론, PA의 중간 스테이지에 내장된 부가의 BPF 필터(들) 및 스위치(들) 간의 원하는 격리 성능을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이러한 구현들로 인한 PA의 비용 및 크기의 증가가 개선된 DC 전력 소비 및 효율의 잠재적인 이점과 비교 검토될 수 있다.

도 14는, 어떤 실시예들에서, 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징들을 가지는 격리 회로(10)가 패키징된 모듈(800)의 일부일 수 있다는 것을 나타낸 것이다. 모듈(800)은 또한 복수의 구성요소들을 수용하도록 구성된 라미네이트 기판과 같은 패키징 기판을 포함할 수 있다. 모듈(800)은 또한 격리 회로(10)로 그리고 그로부터 신호들을 제공하는 것을 용이하게 하는 하나 이상의 연결들을 포함할 수 있다. 모듈(800)은 또한 다양한 패키징 구조물들(804)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 요소들로부터의 보호를 제공하기 위해 격리 회로(10) 상에 오버몰드 구조물(overmold structure)이 형성될 수 있다.

어떤 실시예들에서, 본 개시 내용의 하나 이상의 특징들이 하나 이상의 모듈들에 구현될 수 있다. 예를 들어, 격리 회로(10)와 연관된 기능들 중 일부 또는 전부가 PA 모듈, 프런트 엔드 모듈, 또는 이들의 어떤 조합에 구현될 수 있다.

어떤 실시예들에서, 모듈(800)의 일부인 격리 회로(10)는 하나 이상의 반도체 다이들에 구현될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 모듈(800)은 무선 디바이스들과 같은 RF 디바이스들에서 사용하도록 구성된 프런트 엔드 모듈을 포함할 수 있다.

도 15는, 어떤 실시예들에서, 격리 회로(10)를 가지는 모듈(800)이 무선 디바이스와 같은 RF 디바이스(810)에 포함될 수 있다는 것을 나타낸 것이다. 이러한 무선 디바이스는, 예를 들어, 셀룰러폰, 스마트폰 등을 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 격리 회로(10)는 도 14의 예와 같은 패키징된 모듈에 구현될 수 있다. RF 디바이스(810)는 송수신기 회로(812)와 같은 다른 통상의 구성요소들을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 어떤 실시예들에서, RF 디바이스(810)는 본 명세서에 기술된 안테나-안테나간 격리 기능을 용이하게 하기 위해 복수의 안테나들(814)을 포함할 수 있다.

어떤 구현예들에서, 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징들을 가지는 구조, 디바이스 및/또는 회로가 무선 디바이스와 같은 RF 디바이스에 포함될 수 있다. 이러한 구조, 디바이스 및/또는 회로는 무선 디바이스에 직접, 본 명세서에 기술된 바와 같이 하나 이상의 모듈 형태로, 또는 이들의 어떤 조합으로 구현될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이러한 무선 디바이스는, 예를 들어, 셀룰러폰, 스마트폰, 전화 기능을 갖거나 갖지 않는 핸드헬드 무선 디바이스, 무선 태블릿, 무선 라우터, 무선 액세스 포인트, 무선 기지국 등을 포함할 수 있다.

도 16은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 유리한 특징들을 가지는 한 예시적인 무선 디바이스(900)를 개략적으로 나타낸 것이다. 어떤 실시예들에서, 이러한 유리한 특징들은 PA 모듈(912)에, 프런트 엔드(FE) 모듈(914)에, 하나 이상의 안테나(916)로, 또는 이들의 어떤 조합으로 구현될 수 있다.

PA 모듈(912) 내의 PA들은, 증폭되어 전송될 RF 신호들을 발생시키기 위해 그리고 수신된 신호들을 처리하기 위해, 기지의 방식들로 구성되고 동작될 수 있는 송수신기(910)로부터 그 각자의 RF 신호들을 수신할 수 있다. 송수신기(910)는 사용자에 적합한 데이터 및/또는 음성 신호들과 송수신기(910)에 적합한 RF 신호들 간의 변환을 제공하도록 구성되어 있는 기저대역 서브시스템(908)과 상호작용하는 것으로 도시되어 있다. 송수신기(910)는 또한 무선 디바이스(900)의 동작을 위해 전력을 관리하도록 구성되어 있는 전력 관리 구성요소(906)에 연결되는 것으로 도시되어 있다. 이러한 전력 관리는 또한 무선 디바이스(900)의 기저대역 서브시스템(908) 및 다른 구성요소들의 동작들을 제어할 수 있다.

기저대역 서브시스템(908)은 사용자에게 제공되는 그리고 사용자로부터 수신되는 음성 및/또는 데이터의 다양한 입력 및 출력을 용이하게 하기 위해 사용자 인터페이스(902)에 연결되는 것으로 도시되어 있다. 기저대역 서브시스템(908)은 또한 무선 디바이스의 동작을 용이하게 하기 위해 그리고/또는 사용자에 대한 정보의 저장을 제공하기 위해 데이터 및/또는 명령어들을 저장하도록 구성되어 있는 메모리(904)에 연결될 수 있다.

예시적인 무선 디바이스(900)에서, PA 모듈(912)의 PA들의 출력들은 FE 모듈(914)에 제공되는 것으로 도시되어 있다. 대역 선택과 같은 기능들이 FE 모듈(914)에 구현될 수 있다. 도 16에서, 수신된 신호들은 FE 모듈로부터 하나 이상의 저잡음 증폭기들(LNA들)(918)로 보내지는 것으로 도시되어 있다. LNA들(918)로부터의 증폭된 신호들은 송수신기(910)로 보내지는 것으로 도시되어 있다.

다수의 다른 무선 디바이스 구성들은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 무선 디바이스가 다중 대역 디바이스일 필요는 없다. 다른 예에서, 무선 디바이스는 다이버시티 안테나와 같은 부가의 안테나들, 그리고 Wi-Fi, 블루투스, 및 GPS와 같은 부가의 연결 특징부들을 포함할 수 있다.

설명 및 청구항들 전체에 걸쳐 문맥이 명확히 달리 요구하지 않는 한, "포함한다", "포함하는" 등과 같은 단어가, 배타적 또는 전수적 의미가 아니라 포함적 의미로, 즉 "~를 포함하지만 이들로 제한되지 않음"의 의미로 해석되어야 한다. "결합된"이라는 단어는, 본 명세서에서 일반적으로 사용되는 바와 같이, 2개 이상의 요소들이 직접 연결되어 있거나 하나 이상의 중간 요소들을 통해 연결되어 있을 수 있는 것을 말한다. 그에 부가하여, "본 명세서에서, "이상에서", "이하에서"와 같은 단어 및 유사한 의미의 단어는, 본 출원에서 사용될 때, 본 출원의 임의의 특정의 부분이 아니라 본 출원 전체를 말하는 것이다. 문맥이 허용하는 경우, 단수 또는 복수를 사용하는 이상의 설명에서의 단어들은 또한 각각 복수 또는 단수를 포함할 수 있다. 2개 이상의 항목들의 목록과 관련하여 "또는"이라는 단어는 다음과 같은 해석들 모두를 포함한다: 목록 내의 항목들 중 임의의 것, 목록 내의 항목들 모두, 및 목록 내의 항목들의 임의의 조합.

본 발명의 실시예에 대한 이상의 상세한 설명은 전수적이거나 본 발명을 이상에 개시되어 있는 정확한 형태로 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 구체적인 실시예들 및 예들이 이상에서 예시를 위해 기술되어 있지만, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 다양한 등가의 수정들이 가능하다. 예를 들어, 프로세스들 또는 블록들이 주어진 순서로 제시되어 있지만, 대안의 실시예들은 상이한 순서로 단계들을 갖는 루틴을 수행하거나 블록들을 갖는 시스템을 이용할 수 있고, 어떤 프로세스들 또는 블록들은 제거, 이동, 부가, 세분, 결합 및/또는 수정될 수 있다. 이들 프로세스 또는 블록 각각은 각종의 상이한 방식들로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스들 또는 블록들이 때때로 직렬로 수행되는 것으로 도시되어 있지만, 이들 프로세스 또는 블록은 그 대신에 병렬로 수행될 수 있거나 상이한 때에 수행될 수 있다.

본 명세서에 제공되어 있는 본 발명의 개시 내용은 꼭 이상에서 기술된 시스템이 아니라 다른 시스템들에 적용될 수 있다. 이상에서 기술된 다양한 실시예들의 요소들 및 동작들이 추가의 실시예들을 제공하기 위해 결합될 수 있다.

본 발명의 어떤 실시예들이 기술되어 있지만, 이들 실시예는 단지 예로서 제시되어 있으며, 본 개시 내용의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 실제로, 본 명세서에 기술된 새로운 방법들 및 시스템들은 각종의 다른 형태들로 구현될 수 있고, 게다가 본 개시 내용의 사상을 벗어나지 않고 본 명세서에 기술된 방법들 및 시스템들의 형태에서의 다양한 생략들, 치환들 및 변경들이 행해질 수 있다. 첨부된 청구항들 및 그의 등가물들은 본 개시 내용의 범위 및 사상 내에 속하는 이러한 형태들 또는 수정들을 포함하는 것으로 보아야 한다.

Claims

전송 동작 및 수신 동작 동안 무선 주파수 신호들을 격리시키는 시스템으로서,
제1 무선 주파수 신호를 전달하도록 구성된 전송 경로;
입력 스테이지 및 출력 스테이지를 포함하는 복수의 스테이지 및 제1 필터 뱅크를 포함하는 전력 증폭기 - 상기 제1 필터 뱅크는 상기 입력 스테이지 이후에 그리고 상기 출력 스테이지 이전에 상기 전송 경로를 따라 배치되고, 상기 제1 필터 뱅크는 또한 상기 제1 무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성됨 - ;
두 개 이상의 스위치;
상기 두 개 이상의 스위치를 통해 상기 전송 경로에 연결되는 제1 안테나;
수신 경로에 연결되고 제2 무선 주파수 신호를 수신하도록 구성된 제2 안테나 - 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 상기 전송 경로와 상기 수신 경로 사이에 격리를 제공하기 위해 서로 분리됨 - ;
듀플렉서 모드(duplexer mode) 동안에 듀플렉서를 상기 전력 증폭기의 상기 출력 스테이지에 결합하여 전송 동작 및 수신 동작 둘 다가 상기 제1 안테나로 수행되는 상기 듀플렉서 모드를 용이하게 하도록 구성된 듀플렉서 경로(duplexer path) 및 듀플렉서 바이패스 모드 동안에 상기 듀플렉서를 바이패스하도록 상기 전력 증폭기의 상기 출력 스테이지와의 연결을 형성하도록 구성된 듀플렉서 바이패스(duplexer bypass) - 상기 두 개 이상의 스위치는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 둘 다가 사용되고 있는 상기 듀플렉서 바이패스 모드와 상기 듀플렉서 모드 사이의 전환을 가능하게 하도록 구성됨 - ; 및
상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 안테나 결합의 양을 검출하는 것에 기초하여 상기 두 개 이상의 스위치의 상태를 제어하고 상기 듀플렉서 모드와 상기 듀플렉서 바이패스 모드 사이의 전환을 제어하도록 구성된 격리 검출 시스템
을 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 수신 경로를 따라 배치되고 수신기 회로에 의한 처리를 위해 상기 제2 무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성된 제2 필터 뱅크를 더 포함하는, 시스템.
제2항에 있어서, 상기 수신 경로는 다이버시티 수신 경로(diversity receive path)를 포함하는, 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제1 필터 뱅크 및 상기 제2 필터 뱅크 각각은 적어도 하나의 대역 통과 필터(band-pass filter)를 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 복수의 중간 스테이지(interstage)들을 더 포함하는, 시스템.
제5항에 있어서, 상기 제1 필터 뱅크는 상기 중간 스테이지들 중 하나에 배치되는, 시스템.
제6항에 있어서, 상기 입력 스테이지는 상기 제1 필터 뱅크에서의 삽입 손실의 변동을 보상하도록 구성된 가변 이득 스테이지(variable-gain stage)를 포함하는, 시스템.
제7항에 있어서, 상기 삽입 손실의 변동은 주파수 또는 온도의 변화로 인한 삽입 손실 변동을 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 듀플렉서 바이패스 모드는 성능을 최적화하기 위해 동적 범위의 선택된 영역들에 걸쳐 상기 듀플렉서를 바이패스시키는 데 관여되어 있는, 시스템.
제9항에 있어서, 상기 전송 경로, 수신 경로, 및 듀플렉서 경로 각각은 다중 대역 동작들을 용이하게 하기 위한 복수의 채널을 포함하는, 시스템.
제10항에 있어서, 상기 다중 대역 동작들은 3GPP(Third Generation Partnership Project) 통신 표준에 대한 4중 대역(quad-band)을 포함하는, 시스템.
무선 주파수 디바이스로서,
무선 주파수 신호들을 처리하도록 구성된 송수신기;
상기 무선 주파수 신호들의 전송 및 수신을 용이하게 하기 위해 상기 송수신기와 통신하는 제1 안테나 및 제2 안테나; 및
전송 동작 및 수신 동작 동안 상기 무선 주파수 신호들의 격리를 제공하도록 구성된 회로
를 포함하고, 상기 회로는 제1 무선 주파수 신호를 전달하도록 구성된 전송 경로를 포함하고, 상기 회로는 입력 스테이지 및 출력 스테이지를 포함하는 복수의 스테이지 및 제1 필터 뱅크를 포함하는 전력 증폭기를 더 포함하고, 상기 제1 필터 뱅크는 상기 입력 스테이지 이후에 그리고 상기 출력 스테이지 이전에 상기 전송 경로를 따라 배치되고, 상기 제1 필터 뱅크는 또한 상기 제1 무선 주파수 신호를 필터링하도록 구성되고, 상기 회로는 상기 전송 경로를 상기 제1 안테나에 연결하는 두 개 이상의 스위치를 더 포함하고, 상기 회로는 상기 제2 안테나로부터 제2 무선 주파수 신호를 수신하도록 구성된 수신 경로를 더 포함하고, 상기 회로는
듀플렉서 모드 동안에 듀플렉서를 상기 전력 증폭기의 상기 출력 스테이지에 결합하여 전송 동작 및 수신 동작 둘 다가 상기 제1 안테나로 수행되는 상기 듀플렉서 모드를 용이하게 하도록 구성된 듀플렉서 경로 및 듀플렉서 바이패스 모드 동안에 상기 듀플렉서를 바이패스하도록 상기 전력 증폭기의 상기 출력 스테이지와의 연결을 형성하도록 구성된 듀플렉서 바이패스를 더 포함하고, 상기 두 개 이상의 스위치는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 둘 다가 사용되고 있는 상기 듀플렉서 바이패스 모드와 상기 듀플렉서 모드 사이의 전환을 가능하게 하도록 구성되고, 상기 회로는 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 안테나 결합의 양을 검출하는 것에 기초하여 상기 두 개 이상의 스위치의 상태를 제어하고 상기 듀플렉서 모드와 상기 듀플렉서 바이패스 모드 사이의 전환을 제어하도록 구성된 격리 검출 시스템을 더 포함하는, 무선 주파수 디바이스.
전송 동작 및 수신 동작 동안 무선 주파수 신호들을 격리시키는 방법으로서,
전송 경로를 통해 제1 무선 주파수 신호를 전달하는 단계;
입력 스테이지 및 출력 스테이지를 포함하는 복수의 스테이지 및 제1 필터 뱅크를 포함하는 전력 증폭기를 사용하여 상기 제1 무선 주파수 신호를 증폭하는 단계;
상기 제1 필터 뱅크를 사용하여 상기 제1 무선 주파수 신호를 필터링하는 단계 - 상기 제1 필터 뱅크는 상기 입력 스테이지 이후에 그리고 상기 출력 스테이지 이전에 상기 전송 경로를 따라 배치됨 - ;
두 개 이상의 스위치를 통해 상기 제1 무선 주파수 신호를 전송하기 위해 상기 제1 무선 주파수 신호를 제1 안테나에 전달하는 단계;
제2 무선 주파수 신호를 제2 안테나를 통해 수신하는 단계;
상기 제2 무선 주파수 신호를 수신 경로를 통해 전달하는 단계 - 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 상기 전송 경로와 상기 수신 경로 사이에 격리를 제공하기 위해 서로 분리됨 - ;
격리 검출 시스템을 사용하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 안테나 결합의 양을 검출하는 것에 기초하여 상기 두 개 이상의 스위치의 상태를 제어하는 단계 - 상기 격리 검출 시스템을 사용하여 전송 동작 및 수신 동작 둘 다가 상기 제1 안테나로 수행되는 듀플렉서 모드와 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 둘 다가 사용되는 듀플렉서 바이패스 모드 사이의 전환을 제어하는 것을 포함함 -
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 필터 뱅크는 복수의 상이한 주파수 대역을 필터링하도록 구성된 복수의 필터를 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 격리 검출 시스템은 다이버시티 수신 및 신호 대 잡음 비 분석에 기초하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 안테나 결합의 양을 검출하도록 구성되는, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 격리 검출 시스템은 순방향 및 반사 결합 측정(forward and reflected coupler measurement)에 기초하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 안테나 결합의 양을 검출하도록 구성되는, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 격리 검출 시스템은 제1 무선 주파수 신호의 직접 측정치를 교정 기준 값과 비교하는 것에 기초하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 안테나 결합의 양을 검출하도록 구성되는, 시스템.
제12항에 있어서,
상기 격리 검출 시스템은 다이버시티 수신 및 신호 대 잡음 비 분석에 기초하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 안테나 결합의 양을 검출하도록 구성되는, 무선 주파수 디바이스.
제12항에 있어서,
상기 격리 검출 시스템은 순방향 및 반사 결합 측정에 기초하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 안테나 결합의 양을 검출하도록 구성되는, 무선 주파수 디바이스.
제12항에 있어서,
상기 격리 검출 시스템은 제1 무선 주파수 신호의 직접 측정치를 교정 기준 값과 비교하는 것에 기초하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 안테나 결합의 양을 검출하도록 구성되는, 무선 주파수 디바이스.
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