KR101840566B1 - 스위칭 경로 회로를 이용하여 광대역 특성을 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치 - Google Patents

스위칭 경로 회로를 이용하여 광대역 특성을 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치 Download PDF

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이창훈
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Abstract

본 발명은 단일칩 고주파 집적 회로에 관한 것으로서, 더 상세하게는 스위칭 경로 회로를 이용하여 광대역 특성을 구현한 갈륨비소(GaAs) 단일칩 고주파 집적 회로 장치에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 약 6 ~ 18 GHz 대역의 초 광대역에서 동작하는 전자전용 다기능 집적회로를 갈륨비소(GaAs) 공정을 이용하여 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 형태로 구현할 수 있다.

Description

스위칭 경로 회로를 이용하여 광대역 특성을 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치{A apparatus of multi-function chip circuit for GaAs Monolithic Microwave Integrated Circuit realized wideband performance by switching path circuit}
본 발명은 단일칩 고주파 집적 회로에 관한 것으로서, 더 상세하게는 스위칭 경로 회로를 이용하여 광대역 특성을 구현한 갈륨비소(GaAs) 단일칩 고주파 집적 회로 장치에 대한 것이다.
특히, 본 발명은 약 6 ~ 18 GHz 대역의 초 광대역에서 동작하는 전자전용 다기능 집적회로를 갈륨비소(GaAs) 공정을 이용하여 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 형태로 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 회로 내의 시간지연 경로에 C-L-C 파이 형 회로를 사용하여 광대역에서 삽입손실 특성과 반사손실 특성이 우수한 회로를 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 칩 내의 감쇠기도 스위칭 경로 회로를 사용하며, 감쇠 경로에는 저항을 이용한 T-형 회로를 이용하여 광대역에서 반사손실 특성이 우수한 회로를 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치에 대한 것이다.
일반적인 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 기반의 실시간 지연장치가 도 1에 도시된다. 특히, 도 1은 스위칭에 의한 손실이 커진다는 단점을 보완하기 위해 트론본 구조(trombone-type)의 실시간 지연기를 구현하였다. 도 1을 참조하면, 입출력 전송 선로 사이에 서로 다른 복수의 시간 지연을 형성하는 복수의 능동 스위치가 연결된 트롬본 구조의 가변 시간 지연 장치이다. 트롬본 구조의 가변 신호 지연 장치는 각 스위치에 의한 기생 커패시턴스 성분을 전송 선로를 이용해 흡수하여 광대역 특성을 나타내고, 각 능동 스위치를 하나씩 온(on) 시키는 방법으로 가변 시간 지연이 구현된다.
광대역 가변 시간 지연 장치는 더 긴 시간 지연을 형성하는 스위치가 더 큰 증폭 이득을 가지도록 스위치를 구성함과 동시에 입력단 전송선로의 특성 임피던스 조절함으로써 구현된다. 이와 같은 구성으로 인해, 각 지연 시간 세팅별 출력 레벨이 일정해지게 되어, 각기 다른 시간 지연에 관계없이 일정한 출력 레벨을 가지는 가변 시간 지연장치를 제공할 수 있게 된다. 더 상세한 설명은 한국특허등록번호 제10-1513464호(등록일: 2015.04.14)에 개시되어 있다.
그런데, 도 1에 도시된 실시간 지연 장치의 경우, 경로 수가 스위치의 수와 같게 되어 많은 시간지연 값을 구현하기가 힘들다는 단점을 가진다.
한편, 도 2는 TTD(True Time Delay) 코어 칩의 블록 다이어그램이다. 도 2를 참조하면, 갈륨비소(GaAs) 공정 기반의 MMIC 다기능집적회로로서, 6-비트 실시간 지연기와 7-비트 감쇠기로 구성되어 있다. 도 2에 도시된 실시간 지연기의 경우, 큰 시간지연 값의 회로는 도 3과 같은 상수 저항(constant-R) 회로를 사용하고 그 작은 값의 회로는 자체 스위치(self-switch) 구조의 회로를 사용하였다. 이에 대하는 논문 『F.E. van Vliet, M. van Wanum, A. W. Roodnat, M. Alfredson, "Fully-integrated wideband TTD core chip with serial control", GaAs Symposium 2003 , pp. 89-92, 2003』에 상세히 기재되어 있다.
도 2 내지 도 3에 도시된 이러한 구조는 회로의 크기를 줄일 수 있다는 장점은 가지지만, 삽입손실 특성과 반사손실 특성이 나빠져서 광대역에서 실시간 지연의 평탄도 특성이 열화 된다는 단점을 가진다.
도 4는 갈륨비소 공정 기반의 MMIC 다기능집적회로에 대한 제작 사진이고, 도 5는 측정 감쇠 특성을 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 5-비트 실시간 지연기와 5-비트 감쇠기로 구성되어 있다. 실시간 지연기는 constant-R 회로를 사용하였다. 이에 대하여는 논문 『Bettidi, D. Carosi, F. Corsaro, L. Marescialli, P. Romanini, A. Nanni, "MMIC Chipset for Wideband Multifunction T/R Module", IEEE MTTs , pp. 1-4, 2011』에 상세히 기술되어 있다.
그런데, 도 4 내지 도 5에 도시된 이러한 구조는 회로의 크기를 줄일 수 있다는 장점은 가지지만, 삽입손실 특성과 반사손실 특성이 나빠져서 광대역에서 실시간 지연의 평탄도 특성이 열화 된다는 단점을 가진다.
1. 한국특허등록번호 제10-1513464호(2015.04.14) (발명의 명칭: 광대역 가변 시간 지연 장치)
1. F.E. van Vliet, M. van Wanum, A. W. Roodnat, M. Alfredson, "Fully-integrated wideband TTD core chip with serial control", GaAs Symposium 2003 , pp. 89-92, 2003 2. Bettidi, D. Carosi, F. Corsaro, L. Marescialli, P. Romanini, A. Nanni, "MMIC Chipset for Wideband Multifunction T/R Module", IEEE MTTs , pp. 1-4, 2011
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 기존 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 기반 다기능 집적회로에서 사용된 트론본 구조의 경로 수 제한의 단점을 극복할 수 있는 스위칭 경로 회로를 이용하여 광대역 특성을 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기존 논문에서 사용된 상수 저항(constant-R) 구조와 다른 C-L-C 파이 형의 스위칭 경로 회로를 이용하여 삽입손실 특성과 반사손실 특성을 개선한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 기반 다기능 집적회로에서 사용된 트론본 구조의 경로 수 제한의 단점을 극복할 수 있는 스위칭 경로 회로를 이용하여 광대역 특성을 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치를 제공한다.
상기 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치는, 스위칭 경로 회로를 이용하여 광대역 특성을 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치로서,
다수의 개별 실시간 지연기 및 다수의 개별 감쇠기가 이득 특성 및 출력 파워 특성에 따라 개별 및 그룹 회로로 구성되어 다수의 증폭기와 교번하여 배치되며,
상기 다수의 개별 실시간 지연기 및 다수의 개별 감쇠기는 스위칭 경로 회로로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 경로 회로는 기준 경로와 시간 지연 경로를 갖는 제 1 경로 혹은 기준 경로와 감쇠 경로를 갖는 제 2 경로로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 경로 또는 제 2 경로는 입력단 또는 출력단에 배치된 스위치에 의해 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 개별 실시간 지연기는 8-비트 디지털 실시간 지연기이고, 상기 다수의 개별 감쇠기는 7-비트 디지털 감쇠기인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 개별 실시간 지연기로 이루어지는 그룹 회로인 제 1 실시간 지연 회로로부터 일정 간격으로 제 1 내지 제 3 광대역 증폭기가 배치되고, 상기 제 1 광대역 증폭기와 제 2 광대역 증폭기 사이에 하나의 개별 실시간 지연기가 배치되며, 상기 하나의 실시간 지연기와 상기 제 2 광대역 증폭기 사이에 다수의 개별 감쇠기로 이루어지는 그룹 회로인 감쇠 회로가 배치되고, 상기 제 2 광대역 증폭기와 제 3 광대역 증폭기 사이에 하나의 개별 감쇠기가 배치되고, 상기 하나의 감쇠기와 상기 제 3 광대역 증폭기 사이에 제 2 실시간 지연 회로가 배치되며, 상기 제 1 실시간 지연 회로, 제 1 내지 제 3 광대역 증폭기, 하나의 개별 실시간 지연기, 감쇠 회로 및 하나의 개별 감쇠기 및 제 2 실시간 지연 회로와 전기적으로 연결되는 디지털 직병렬 변환기가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 스위치는 3개의 포트로 이루어진 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치이며, 직렬과 병렬에 각각 하나씩의 스위칭 FET(Field Effect Transistor)가 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 기준 경로는 광대역 주파수 특성을 갖는 마이크로스트립 선로인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 시간 지연 경로는 직렬 인덕터 및 상기 직렬 인덕터의 앞과 뒤의 병렬 커패시터를 하나의 기본 셀로 하고, 필요한 시간 지연 값에 따라 기본 셀을 직렬로 배치하여 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 감쇠 경로는 입/출력 정합 특성을 위해 쌍의 저항이 직렬로 배치되고 하나의 저항이 병렬로 배치되어 T-형으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 약 6 ~ 18 GHz 대역의 초 광대역에서 동작하는 전자전용 다기능 집적회로를 갈륨비소(GaAs) 공정을 이용하여 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 형태로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 기존 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 기반 다기능 집적회로에서 사용된 트론본 구조의 경로 수 제한의 단점을 극복할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 GaAs 기반 다기능 집적회로 내의 실시간 지연기의 경우, 기존 사용된 상수 저항(constant-R) 구조와 다른 C-L-C 파이 형의 스위칭 경로 회로를 이용하여 삽입손실 특성과 반사손실 특성을 개선시켰다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 GaAs 공정 기반으로 실제 제작된 MMIC 다기능 집적회로의 실시간 지연기(TTD: True Time Delay)와 감쇠기(AT: Attenuator)의 측정 결과, 광대역에서 우수한 특성을 보인다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적인 트론본 구조(trombone-type)의 실시간 지연기 장치의 구성도이다.
도 2는 TTD(True Time Delay) 코어 칩의 블록 다이어그램이다.
도 3은 도 2에 구성되는 자체 스위칭되는 상수 저항(constant-R) 회로도이다.
도 4는 일반적인 갈륨비소 공정 기반의 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 다기능집적회로에 대한 제작 사진이다.
도 5는 도 4에 도시된 회로의 측정 감쇠 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 갈륨비소(GaAs) MMIC로 구현할 수 있는 다기능 집적회로인 단일칩 고주파 집적 회로 장치(600)의 구성 블럭도이다.
도 7은 도 6에 도시된 실시간 지연 회로(604,610) 및 감쇠 회로(607)의 회로 구성 블록도이다.
도 8은 도 7에 도시된 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치(716,717)의 상세 회로도이다.
도 9는 도 7에 도시된 시간지연 경로(718)의 상세 회로도이다.
도 10은 도 7에 도시된 감쇠 경로(718)의 상세 회로도이다.
도 11은 도 6에 도시된 단일칩 고주파 집적 회로 장치(600)의 칩 사진이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 단일칩 고주파 집적 회로 장치(600)에서 측정된 실시간 지연 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 단일칩 고주파 집적 회로 장치(600)에서 측정된 감쇠 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 경로 회로를 이용하여 광대역 특성을 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 갈륨비소(GaAs) MMIC로 구현할 수 있는 다기능 집적회로인 단일칩 고주파 집적 회로 장치(600)의 구성 블록도이다. 도 6을 참조하면, 단일칩 고주파 집적 회로 장치(600)는 3 개의 제 1 내지 제 3 광대역 증폭기 (Amplifier; Amp)(605,608,611), 다수개의 개별 실시간 지연기로 이루어지는 제 1 및 제 2 실시간 지연 회로(True Time Delay; TTD)(604,610), 한 개의 개별 실시간 지연기(606), 다수개의 개별 감쇠기(Attenuator; AT)로 이루어지는 감쇠 회로기(607), 한 갱의 개별 감쇠기(609), 디지털 직병렬 변환기(Serial-to-parallel converter; SPC)(612) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 개별 실시간 지연기는 8-비트 디지털 실시간 지연기가 될 수 있다.
또한, 개별 감쇠기는 7-비트 디지털 감쇠기가 될 수 있다.
또한, 디지털 직병렬 변환기(Serial-to-parallel converter; SPC)(612)는 15-비트 디지털 직병렬 변환기가 될 수 있다.
주파수에 대한 이득 평탄도 및 출력 특성을 고려하여 8개의 개별 실시간 지연기, 3개의 광대역 증폭기(605,608,611), 7개의 디지털 감쇠기를 적당한 위치에 교번하며 배치한다. 이는 다수의 실시간 지연기와 디지털 감쇠기의 이득 특성의 경사(slope) 및/또는 역경사 특성을 갖도록 증폭기의 이득을 조정하며 적당한 위치에 배치함으로서 특성을 최적화하기 위한 구조이다.
부연하면, 이득 특성 및/또는 출력 파워 특성 등을 고려하여 8 개의 개별 실시간 지연기(TTD) 및/또는 7개의 개별 회로들을 적절한 위치에 선정하여 배치한다. RF(Radio Frequency) 입력 포트(602)를 기준으로 128, 64, 32ps(pico-second) 값을 가지는 3 개의 TTD(True Time Delay)로 구성되는 제 1 실시간 지연 회로(604)가 배치된다.
또한, 제 1 광대역 증폭기(605)를 지나 16ps 값의 개별 실시간 지연기(TTD) (606)와 16, 8, 4, 2, 1, 0.5dB(deciBel)의 값을 가지는 6개의 개별 감쇠기(AT: Attenuator)로 구성되는 감쇠 회로(607)가 일정한 간격을 두고 배치된다.
또한, 감쇠 회로(607) 다음으로 제 2 광대역 증폭기(608)가 배치되며, 제 2 광대역 증폭기(608)를 거쳐서 0.25dB의 값을 갖는 개별 감쇠기(AT)(609)와 8, 4, 2, 1ps의 값을 가지는 4개의 개별 실시간 지연기(TTD)로 구성되는 제 2 실시간 지연 회로(610)가 배치된다.
마지막으로, 제 2 실시간 지연 회로(610)에 배치되고, 제 3 광대역 증폭기(111)를 통해 RF 출력 포트(603)로 나오는 구조이다. 본 발명의 일실시예에서는 개별 실시간 지연기(TTD) 및/또는 실시간 지연 회로 및/또는 개별 감쇠기 및/또는 감쇠 호로 등을 모두 '스위칭 경로 회로'로 구현할 수 있다.
디지털 직병렬 변환기(Serial-to-parallel converter; SPC)(612)는 인에이블(Enable) 신호, 데이터(Data) 신호, 클럭(Clock) 신호를 연결하거나 처리하는 기능을 수행한다. 디지털 직병렬 변환기(612)는 15-비트 디지털 직병렬 변환기가 될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 실시간 지연 회로(604,610) 및 감쇠 회로(607)의 회로 구성 블록도이다. 즉, 도 7은 을 참조하면, 실시간 지연 회로 및 감쇠 회로에 사용될 수 있는 '스위칭 경로 회로'의 기본 구성도이다.
도 7을 참조하면, 스위칭 경로 회로는 RF 입력 포트(702)와 출력 포트(703)를 가지며 제 1 내지 제 n 기본 셀(710-1 내지 710-n)이 직렬로 배열된 형태를 가진다. 각 기본 셀은 8개의 개별 실시간 지연기(TTD) 및/또는 7개의 감쇠기(AT) 중 하나가 되며 이들 회로들이 도 1의 구성도에 맞게 적절한 위치에 배치된다. 도 7에서는 7개의 기본 셀로 구성됨을 보여준다.
'스위치 경로 회로'의 기본 셀(710-1 내지 710-n)은 기준 경로(715)와 시간 지연 혹은 감쇠 경로(718)가 있고 이들 두 경로 중 한 경로를 입력 스위치 (716)와 출력 스위치(717)에 의해 선택하는 구조를 가진다. 기준 경로(715)는 광대역 주파수 특성을 가지는 마이크로스트립 선로를 이용하여 구현될 수 있다.
입/출력 스위치(716, 717)는 세 개의 포트를 가진 SPDT (Single-Pole-Double-Thru) 스위치 구조로 된 것으로 직렬과 병렬에 각각 하나의 FET(Field-effect transistor)가 배치되는 직/병렬(series/shunt) 구조를 가질 수 있다.
시간 지연 경로 혹은 감쇠 경로(718)에는 C-L-C 파이 형 회로가 시간지연 경로로 사용되며, 저항을 이용한 T-형 회로가 감쇠경로로 사용될 수 있다. C-L-C 파이 형 회로는 광대역 특성의 마이크로스트립 선로를 등가화한 회로이다. 저항을 이용한 T-형 회로는 저항의 특성상 매우 큰 광대역 특성을 보이는 것으로 알려져 있다.
갈륨비소(GaAs)로 구현된 입/출력 스위치 회로는 작은 크기의 FET를 사용할 경우 매우 큰 광대역 특성을 보이게 할 수 있다. 반면 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)로 구현된 스위치에서는 작은 크기의 FET를 사용할 경우, 삽입 손실이 커지는 단점으로 인해 작은 크기의 FET를 사용할 수 없어서 광대역 특성을 구현하기 어렵다. 따라서 본 발명의 일실시예에서는 갈륨비소(GaAs)로 구현된 실시간 지연 회로 및/또는 감쇠회로 모두 매우 광대역 특성을 보일 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치(716,717)의 상세 회로도이다. 도 8을 참조하면, 3개의 입출력 포트(801,802,803)에 대해 직렬로 FET인 Q1(804)과 FET인 Q2(805)가 배치되며, 병렬로 FET인 Q3(806)과 FET인Q4(807)가 배치된다. 이들 FET(804 내지 807)는 게이트 전압을 통해 '온/오프 (On/Off)' 되며 Q2(805)와 Q3(806)이 같은 제어전압인 VC(808)에 의해 제어되며 Q1(804)과 Q4(807)가 같은 제어전압인 VC_b(809)에 의해 제어된다. VC와 VC_b는 서로 상보관계에 있다. 즉 하나가 '온' 이면 다른 하나는 '오프'인 관계이다.
도 9는 도 7에 도시된 시간 지연 경로(718)의 상세 회로도이다. 즉 도 9는 RF 특성이 우수한 것으로 알려진 마이크로스트립 선로를 회로도로 모델링한 것이다. 부연하면, 마이크로스트립 선로는 도 9의 회로도와 같이 많은 수의 직렬 인덕터와 병렬 커패시터의 연결로 볼 수 있다. 입력 포트(901)와 출력 포트 (902)를 가지며 C-L-C의 파이 형을 기본 셀로 해서 기본 셀들이 직렬로 연결된 구조를 가진다. 기본 셀에는 L1(903)이 직렬로 연결되고 C1(904)과 C2(905)가 병렬로 구성된다. 이러한 회로는 마이크로스트립 선로와 비슷한 특성을 보이기 때문에 우수한 RF 특성을 보이면서 광대역 시간지연회로로 가장 적합한 구조가 된다.
도 10은 도 7에 도시된 감쇠 경로(718)의 상세 회로도이다. 도 10을 참조하면, 저항을 이용한 T-형 구조로 되어있으며 입출력 정합에 유리하다는 장점을 가진다. 입력 포트(1001)와 출력 포트(1002)를 가지며, 저항 R1(1003)과 저항 R2 (1004)는 직렬로 배치되며 저항 R3(1005)은 병렬로 구성된다. 일반적으로 R1과 R2는 같은 값이다.
도 11은 도 6에 도시된 단일칩 고주파 집적 회로 장치(600)의 칩 사진이다. 도 11을 참조하면, 갈륨비소(GaAs) 공정 기반으로 실제 제작된 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)용 다기능 집적회로의 칩 사진이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 단일칩 고주파 집적 회로 장치(600)에서 측정된 실시간 지연 특성을 나타내는 그래프이다. 도 12를 참조하면, 약 6 ~ 18GHz 주파수 범위에서 실시간 지연 특성을 측정한 결과이며, 1ps에서 255ps까지 1ps 단위로 증가된 특성을 볼 수 있다. 기준 세팅을 포함한 총 256 상태(8-비트)는 도 6의 디지털 직병렬 변환기(SPC)(612)를 통해 직렬 데이터(serial data)로 입력된 8-비트 제어신호에 의해 변화된 256 상태에서 각각 측정된 결과이다. 약 6 ~ 18 GHz 광대역에서 거의 일정한 시간 간격을 가지는 우수한 특성을 보이고 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 단일칩 고주파 집적 회로 장치(600)에서 측정된 감쇠 특성을 나타내는 그래프이다. 도 13을 참조하면, 약 6 ~ 18GHz 주파수 범위에서 감쇠 특성을 측정한 결과이며, 0.25 dB에서 31.75 dB까지 0.25 dB 단위로 증가된 특성을 볼 수 있다. 기준 세팅을 포함한 총 128 상태(7-비트)는 도 6의 디지털 직병렬 변환기(SPC)(612)를 통해 직렬 데이터 (serial data)로 입력된 7-비트 제어신호에 의해 변화된 128 상태에서 각각 측정된 결과이다. 높은 감쇠의 경우, 일부 감쇠 변동이 있긴 하지만 많은 기능 블록 들이 한 칩에 직렬로 배치되어 있다는 점을 감안하며 매우 우수한 특성이라 할 수 있다.
602,702: RF(Radio Frequency) 입력 포트
603,703: RF 출력 포트
604: 제 1 실시간 지연 회로
605,608,611: 제 1 내지 제 3 광대역 증폭기
606: 개별 실시간 지연기
607: 감쇠회로
609: 개별 감쇠기
610: 제 2 실시간 지연 회로
612: 디지털 직병렬 변환기
710-1 내지 710-n: 제 1 내지 제 n 기본 셀
715: 기준 경로
716: 입력 스위치 717: 출력 스위치
718: 시간 지연 경로 또는 감쇠 경로

Claims (9)

  1. 스위칭 경로 회로를 이용하여 광대역 특성을 구현한 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치에 있어서,
    다수의 개별 실시간 지연기 및 다수의 개별 감쇠기가 이득 특성 및 출력 파워 특성에 따라 개별 및 그룹 회로로 구성되어 상기 실시간 지연기와 상기 감쇠기의 이득 특성의 경사(slope)와 역경사 특성을 갖도록 다수의 증폭기와 교번하여 배치되며,
    상기 다수의 개별 실시간 지연기 및 다수의 개별 감쇠기는 스위칭 경로 회로로 이루어지며,
    상기 스위칭 경로 회로는 다수 기본 셀로 이루어지며 상기 기본 셀은 기준 경로와 시간 지연 경로를 갖는 제 1 경로 혹은 기준 경로와 감쇠 경로를 갖는 제 2 경로로 이루어지고,
    상기 감쇠 경로는 광대역에서 반사손실 특성 및 입/출력 정합 특성을 위해 쌍의 저항이 직렬로 배치되고 하나의 저항이 병렬로 배치되어 T-형으로 이루어지며,
    상기 다수의 개별 실시간 지연기로 이루어지는 그룹 회로인 제 1 실시간 지연 회로로부터 일정 간격으로 제 1 내지 제 3 광대역 증폭기가 배치되고, 상기 제 1 광대역 증폭기와 제 2 광대역 증폭기 사이에 하나의 개별 실시간 지연기가 배치되며, 상기 하나의 실시간 지연기와 상기 제 2 광대역 증폭기 사이에 다수의 개별 감쇠기로 이루어지는 그룹 회로인 감쇠 회로가 배치되고, 상기 제 2 광대역 증폭기와 제 3 광대역 증폭기 사이에 하나의 개별 감쇠기가 배치되고, 상기 하나의 감쇠기와 상기 제 3 광대역 증폭기 사이에 제 2 실시간 지연 회로가 배치되며,
    상기 기준 경로는 광대역 주파수 특성을 갖는 마이크로스트립 선로이며,
    상기 시간 지연 경로는 직렬 인덕터 및 상기 직렬 인덕터의 앞과 뒤의 병렬 커패시터를 하나의 기본 셀로 하고, 필요한 시간 지연 값에 따라 기본 셀을 직렬로 배치하여 사용하는 것을 특징으로 하는 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 경로 또는 제 2 경로는 입력단 또는 출력단에 배치된 스위치에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 개별 실시간 지연기는 8-비트 디지털 실시간 지연기이고, 상기 다수의 개별 감쇠기는 7-비트 디지털 감쇠기인 것을 특징으로 하는 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실시간 지연 회로, 제 1 내지 제 3 광대역 증폭기, 하나의 개별 실시간 지연기, 감쇠 회로 및 하나의 개별 감쇠기 및 제 2 실시간 지연 회로와 전기적으로 연결되는 디지털 직병렬 변환기가 배치되는 것을 특징으로 하는 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위치는 3개의 포트로 이루어진 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치이며, 직렬과 병렬에 각각 하나씩의 스위칭 FET(Field Effect Transistor)가 연결되는 것을 특징으로 하는 갈륨비소 단일칩 고주파 집적 회로 장치.



  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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