KR101867546B1 - 셀프-바이어싱 무선 주파수 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀프-바이어스 무선 주파수 회로를 설명한다. 일부 양상들에서 무선 주파수(RF) 신호가 상기 회로의 출력에 전류를 소싱하도록 구성된 제 1 트랜지스터, 및 상기 회로의 상기 출력으로부터 전류 싱크에 전류를 싱킹하도록 구성된 제 2 트랜지스터를 구비한 상기 회로를 통해 증폭된다. 상기 회로의 상기 출력에서 전압을 바이어싱하기에 유효하도록, 다른 신호가 상기 회로의 상기 출력으로부터 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에, 엑티브 회로없이, 제공된다. 이렇게 함으로써, 상기 회로의 상기 출력은 엑티브 회로없이 바이어싱될 수 있는바, 이는 상기 회로의 설계 복잡성 및 상기 회로에 의해 소비되는 기판 면적을 감소시킬 수 있다.

Description

셀프-바이어싱 무선 주파수 회로{SELF-BIASING RADIO FREQUENCY CIRCUITRY}
본 출원은 2011년 1월 17일 출원된 미국 가특허 출원 제61/433,470호 및 2012년 1월 11일 출원된 미국 출원 제13/348,397호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원들은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 포함한다.
본 명세서에서 제공된 배경 설명은 본 발명의 맥락을 전반적으로 제시하고자 하는 목적을 위한 것이다. 여기서 달리 명시되지 않는 한, 본 섹션에서 설명된 접근법들은 본 발명에 있는 청구 범위에 대한 선행 기술이 아니며, 본 섹션에 포함된다 하여 선행 기술로 인정되는 것은 아니다.
컴퓨팅 디바이스들 간 무선 통신들은 종종 무선 주파수(RF) 신호들로서 전송된다. 송신 디바이스의 통신들(예를 들어, 데이터 또는 매체 제어 정보)은 무선 주파수로 변조되며, 안테나를 통해 RF 신호들로서 방송되기 전에 증폭된다. 이러한 RF 신호들은 종종 그들이 안테나 효율들(efficiencies) 또는 전파(propagation)에 기인하여 저하된 신호 강도를 갖기 때문에 통상적으로 RF 신호들의 복조 및 이들 통신들의 복구가 가능하도록 수신 디바이스에 의해 증폭된다. 그러나 RF 신호들의 증폭과 관련된 회로가 그 회로 내의 고-임피던스 노드들로 인해 안정성 문제들을 가질 수 있다. 이러한 안정성 문제들은 네거티브 피드백(negative feedback)으로 해결될 수 있지만 네거티브 피드백을 제공하는 것이 가능한 회로는 통상적으로 엑티브 회로(active circuitry)(예를 들어, 연산 증폭기)이다. 그러나 증폭기 회로에 엑티브 피드백 회로를 추가하는 것은 설계 복잡성을 증가시키며, 증폭기 회로에 의해 소비되는 기판 면적의 양을 증가시키는바, 이는 결과적으로 증가된 설계 비용, 제조 비용, 및/또는 증폭기 파워 소모를 초래할 수 있다
본 개요는 본 발명의 요지를 소개하기 위해 제공되는 것으로서, 하기의 상세한 설명 및 도면들에서 더 설명된다. 따라서, 본 개요는 필수적 특징들을 설명하는 것으로 간주되거나, 또는 특허 청구의 범위를 한정하는 것으로 이용되지 말아야만 한다.
무선 주파수(RF) 신호에 기초하여 전원으로부터의 전류를 회로의 출력에 소싱(sourcing)하도록 구성된 제 1 트랜지스터, 및 상기 RF 신호에 기초하여 상기 회로의 출력으로부터의 전류를 전류 싱크에 싱킹(sinking)하도록 구성된 제 2 트랜지스터를 구비한 회로를 통해 RF 신호를 증폭하고, 그리고 엑티브 회로없이 상기 회로의 출력으로부터의 전압을 바이어싱하기에 유효하도록 상기 회로의 출력으로부터의 다른 신호를 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 제공하기 위한 방법이 설명된다.
제 1 및 제 2 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 각각의 드레인들에 의해 전원과 전류 싱크 사이에 직렬로 동작 가능하게(operatively) 연결되는 상기 제 1 및 제 2 MOSFET들의 각각의 게이트들에 RF 신호를 인가하고, 상기 드레인들에 형성된 출력에 상기 제 1 MOSFET를 통해 전류를 소싱하고, 상기 드레인들에 형성된 출력으로부터의 전류를 제 2 MOSFET를 통해 싱킹하고, 및 제 1 MOSFET의 게이트와 제 1 및 제 2 MOSFET들의 드레인들에 형성된 출력과의 사이에 동작 가능하게(operably) 연결된 출력에서 엑티브 회로없이 전압을 바이어싱하기 위한 또 다른 방법이 설명된다.
동작 가능하게 직렬로 연결되고 전류 공급원으로부터의 전류를 상기 회로의 출력에 소싱하도록 구성된 2개의 p-형 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들(pMOSFETs), 동작 가능하게 직렬로 연결되고 상기 회로의 출력으로부터의 전류를 전류 싱크에 싱킹하도록 구성된 2개의 n-형 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들(nMOSFETs), 및 상기 회로의 출력과 상기 pMOSFET들 중 하나의 게이트와의 사이에 동작 가능하게 연결되고 상기 회로의 출력의 전압을 바이어싱하도록 구성된 비-엑티브 바이어싱 회로(non-active biasing circuitry)를 포함하는 회로가 설명된다.
하나 이상의 구현들의 세부 사항들이 아래의 첨부된 도면들 및 상세한 설명에 제시된다. 다른 특징들 및 장점들이 상세한 설명 및 도면들과 그리고 특허 청구의 범위로부터 명백하게 될 것이다.
하나 이상의 구현들의 세부 사항들이 아래의 첨부된 도면들 및 상세한 설명에 제시된다. 도면들에서, 참조 번호의 가장 왼쪽에 있는 숫자는 참조 번호가 처음 표시된 도면을 나타낸다. 상세한 설명 및 도면들에서 서로 다른 사례에서의 동일한 참조 번호들의 사용은 동일한 구성 요소들을 나타낸다.
도 1은 하나 이상의 양상들에 따른 무선 디바이스들을 구비한 동작 환경을 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 인터페이스의 예에 대한 상세한 양상을 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 푸시-풀 회로의 예에 대한 상세한 양상을 도시한다.
도 4는 회로의 출력으로부터의 신호를 이 회로의 트랜지스터의 게이트에 제공하는 방법을 도시한다.
도 5는 2개의 트랜지스터들의 게이트들에 의해 형성된 출력의 전압을 바이어싱하는 방법을 도시한다.
도 6은 본 명세서에서 설명된 기술들의 양상들을 구현하기 위한 시스템-온-칩(SoC) 환경을 도시한다.
통상적인 증폭 회로들은 무선 주파수(RF) 신호들을 증폭할 때 안정성을 유지하기 위해 엑티브 회로를 사용한다. 이 엑티브 회로(예를 들어, 트랜지스터, 다이오드, 연산 증폭기)는 설계 복잡성 및 증폭 회로에 의해 소비되는 기판 면적의 양을 증가시킨다. 본 발명은 증폭 회로가 엑티브 피드백 회로없이 실시되는 것을 가능하게 하는 셀프-바이어싱을 위한 장치들 및 기법들을 설명한다. 동작 중에 안정성을 유지하기 위한 방식으로 증폭 회로의 출력으로부터 상기 증폭 회로의 이득 셀에 신호가 제공될 수 있으며, 따라서 상기 증폭 회로에 엑티브 회로를 추가해야 하는 필요성이 배제된다.
다음의 논의는 동작 환경, 그 동작 환경에서 사용될 수 있는 기법들, 및 상기 동작 환경의 컴포넌트들이 포함될 수 있는 시스템-온-칩을 설명한다. 아래 논의에서는, 오직 예로서 상기 동작 환경을 참조하기로 한다.
동작 환경
도 1은 무선 컴퓨팅 디바이스들(102)(무선 디바이스(102)) 및 기지국(104)을 갖는 동작 환경(100)의 예를 도시하는바, 이들 각각은 셀룰러, 로컬-영역, 또는 단거리 무선 네트워크와 같은 무선 연결(106)을 통해 데이터, 패킷들, 및/또는 프레임들을 통신할 수 있다. 상기 무선 네트워크는 고속 패킷 엑세스(high-speed packet access : HSPA) 또는 롱-텀 에볼루션(long-term evolution : LTE) 셀룰러 표준들, 또는 802.11, 802.15 또는 802.16과 같은 전기 전자 기술자 협회(IEEE) 표준과 같은 다양한 표준들에 따라 동작할 수 있다. 무선 컴퓨팅 디바이스들(102)은 스마트폰(108), 태블릿 컴퓨터(110), 및 랩톱 컴퓨터(112)를 포함한다. 비록 도시되지는 않지만, 무선 컴퓨팅 디바이스들(102)의 다른 구성들은 또한 데스크톱 컴퓨터, 서버, 개인용 내비게이션 디바이스(PND), 모바일 인터넷 디바이스(MID), 네트워크-부착-스토리지(network-attached-storage : NAS) 드라이브, 모바일 게임 콘솔 등으로 고려된다.
기지국(104)은 유선 또는 무선(예를 들어, T1 라인, 광섬유 링크, 무선 데이터 릴레이)일 수 있는 백홀 링크(backhaul link)(116)를 통해 인터넷(114) 또는 다른 네트워크들과의 연결성(connectivity)을 제공한다. 비록 도시되지는 않지만, 엑세스 포인트 또는 셀룰러 모뎀과 같은 기지국(104)의 다른 구성들이 또한 고려된다. 백홀 링크(116)(미도시)가 디지털 가입자 회선(DSL) 또는 광대역 케이블과 같은 인터넷 서비스 프로바이더에 의해 운영되는 데이터 네트워크들을 포함하거나 또는 이들에 연결될 수 있으며, 적절하게 구성된 모뎀(미도시)을 통해 기지국(104)과 인터페이싱될 수 있다. 기지국(104)과 통신하는 동안, 스마트폰(108), 태블릿 컴퓨터(110), 또는 랩톱 컴퓨터(112)는 다른 네트워크들 및 서비스들과의 인터넷 엑세스 및/또는 연결성을 갖는바, 이를 위해 기지국(104)은 게이트웨이로서 역할을 한다.
각각의 무선 디바이스들(102)은 프로세서(들)(118) 및 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체들(120)를 포함할 수 있다. 프로세서(118)는 어플리케이션들 및/또는 무선 디바이스들(102)의 운영 체제와 관련된 명령들 또는 코드를 실행하기 위한 임의의 적절한 유형의 싱글 코어 또는 멀티 코어 프로세서가 될 수 있다. 프로세서(118)는 실리콘 또는 다른 반도체들과 같은 임의의 적절한 재료로 구성되거나 또는 제조될 수 있다. 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체들(120)은 메모리 디바이스들(122) 및 저장 드라이브(들)(124)로서 구현되는 전자, 마그네틱, 또는 광학 매체와 같은 적절한 저장 매체의 임의의 유형 및/또는 조합을 포함할 수 있다. 메모리 디바이스들(122)은 랜덤 엑세스 메모리(RAM), 비-휘발성 RAM(NVRAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 또는 어플리케이션 및/또는 무선 디바이스(102)의 운영 체제(미도시)의 데이터를 저장하는 데 유용한 플래시 메모리와 같은 메모리 컴포넌트들 또는 모듈들을 포함할 수 있다. 저장 드라이브(들)(124)는 하드 디스크 드라이브들 및/또는 솔리드 스테이트 드라이브들(미도시)을 포함할 수 있으며, 어플리케이션들 및 무선 디바이스들(102)의 운영 체제와 관련된 코드 또는 명령들을 저장하는 데 유용하다.
무선 디바이스들(102)은 또한 각각 I/O 포트들(126), 그래픽 엔진(128), 무선 인터페이스(130)를 포함할 수 있다. I/O 포트들(126)은 무선 디바이스들(102)이 다른 디바이스들 및/또는 사용자들과 상호 동작(interact)할 수 있게 해준다. 그래픽 엔진(128)은 무선 디바이스(102)을 위한 그래픽들을 처리(process) 및 렌더링하며, 운영 체제, 어플리케이션들 등의 사용자 인터페이스 엘리먼트들을 포함한다. 무선 인터페이스(130)는 기지국(104)과의 무선 연결(106)과 같은 하나 이상의 무선 연결들을 제공하며, 이에 대해서는 아래에 더 자세히 설명한다.
기지국(104)은 기지국 프로세서(132)(BS 프로세서(132)) 및 기지국 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체들(120)(BS 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체들(120)을 포함한다. BS 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체들(134)는 ROM(136), 플래시(138), 또는 다른 메모리 디바이스(미도시)로서 구현되는 전자 매체들과 같은 저장 매체들의 임의의 적절한 유형 및/또는 조합을 포함한다. ROM(136)은 기지국(104)에 대한 펌웨어(예를 들어, 부팅 코드)를 저장할 수 있으며, 플래시(138)는 기지국(104)의 운영 체제와 관련된 코드 또는 명령들을 저장하는 데 유용할 수 있다.
기지국(104)은 또한 네트워크 인터페이스(140) 및 기지국 무선 인터페이스(142)(BS 무선 인터페이스(142))를 포함한다. 네트워크 인터페이스(140)는 기지국(104)이 백홀 링크(116)를 통해 인터넷 또는 다른 네트워크들과 통신할 수 있게 한다. BS 무선(142)은 무선 디바이스들(102) 또는 다른 무선으로 인에이블되는 클라이언트들과 통신할 수 있다. BS 무선 인터페이스(142)는 구성에 있어서 동일한 회로들 또는 컴포넌트들을 갖는 무선 인터페이스(130)와 유사할 수 있으나, 증가된 파워 출력 및/또는 더 광범위한 거리를 통해 다수의 무선 클라이언트들과 통신하기 위한 강건한 라우팅 능력들의 특징을 갖는다.
도 2는 셀룰러, 로컬 영역 또는 단거리 무선 네트워크들과 같은 다양한 무선 네트워크들을 통해 통신할 수 있는 무선 인터페이스(130)의 상세한 예를 도시한다. 무선 인터페이스(130)는 직렬 버스, 범용 직렬 버스(USB), 주변 컴포넌트 상호 연결(peripheral component interconnect : PCI), 고속 버스(express bus), 등과 같은 적절한 내부 버스(미도시)를 통해 무선 인터페이스(130)와 무선 디바이스(102) 사이에 데이터의 통신을 용이하게 하는 매체 엑세스 제어(medium access control : MAC) 컨트롤러(202)를 포함한다. 무선 인터페이스(130)는 또한 무선 데이터를 처리 및 통신하기 위한 베이스밴드 프로세싱 블록(204) 및 무선 주파수 블록(206)(RF 블록(206))을 포함한다.
베이스밴드 프로세싱 블록(204)은 무선 인터페이스(130)의 통신 기능들을 관리하고, 무선 인터페이스(130)에 의해 통신된 변조되지 않은 데이터를 처리한다(예를 들어, 인코딩/디코딩한다). RF 블록(206)은 전송을 위한 데이터를 변조하거나 혹은 수신된 데이터를 복조하기 위한 RF 믹서(208)를 포함한다. RF 블록(206)은 또한 수신된 RF 신호들을 푸시-풀 회로(212)에 의해 증폭하는 저잡음 증폭기(210)를 포함하는바, 이는 아래에서 더 상세하게 설명된다. 전력 증폭기(214)는 기지국(104) 또는 다른 무선 디바이스들에 전송하기 이전에 무선 인터페이스(130)의 신호들을 증폭한다. 비록 도시되지는 않지만, 전력 증폭기(214)는 또한 RF 신호들을 증폭하기 위해 푸시-풀 회로(push-pull circuitry)(212)를 구현할 수 있다. RF 블록(206)은 또한 다이버시티 통신(diversity communication) 또는 다중 입력 다중 출력(multiple-input multiple-output : MIMO) 통신을 위해 구성된 하나 이상의 안테나들로의 연결들을 가능하게 하는 무선 인터페이스(130) 및 안테나 포트(들)(218)에 의해 통신되는 RF 신호들의 특정 주파수 대역들을 격리(isolate)하도록 필터(216)를 포함할 수 있다. RF 블록(206)의 기능들 또는 일부들은 송신기 및 수신기 컴포넌트들(미도시)로서 개별적으로 구현되거나 또는 송수신기(도시)로서 조합될 수 있다.
도 3은 전송 또는 신호 복구를 위해 RF 신호들을 증폭할 수 있는 푸시-풀 회로(212)의 상세한 예를 도시한다. 푸시-풀 회로(212)는 신호(예를 들어, RF 신호)가 수신되는 입력(302) 및 증폭된 신호(예를 들어, 증폭된 RF 신호)를 제공하는 출력(304)을 포함한다. 전압 드레인(306)(VDD(306)) 또는 다른 적절한 전원을 통해 푸시-풀 회로(212)에 파워가 공급될 수 있다. 푸시-풀 회로(212)로부터의 전류는 접지(308)(GND(308)) 또는 VDD(306)보다 낮은 전위(potential)를 갖는 다른 노드에 싱킹될 수 있다.
푸시-풀 회로(212)는 입력(302)에서 수신된 신호들의 DC 또는 저주파수 컴포넌트들을 차단하는 직류(DC) 차단 커패시터들(310 및 312)을 포함할 수 있다. 푸시-풀 트랜지스터들(314 및 316)은 VDD(306)으로부터의 전류를 출력(304)에 소싱하도록 구성된다. 트랜지스터들(318 및 320)은 출력(304)으로부터의 전류를 GND(308)에 싱킹하도록 구성된다. 추가 이득 셀들로서 기능을 하는 트랜지스터들(316 및 318)이 푸시-풀 회로(212)의 이득을 증가시키거나 또는 더 낮은 전원 전위들(potentials)에서 유사한 이득을 가능하게 한다.
이 예에서, 트랜지스터들(314 및 316)은 p-형 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들(pMOSFETs 또는 pMOS)로 예시되며, 트랜지스터들(318 및 320)은 n-형 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터들(nMOSFETs 또는 nMOS)로 예시된다. 비록 싱글-엔드(single-ended) 또는 공통-모드(common-mode) 회로로서 도시되었지만, 이 푸시-풀 회로(212)는 도시된 설계를 본질적으로 미러링(mirroring)함으로써 차동 회로(differential circuit)로서 구현될 수도 있다. 푸시-풀 회로의 푸시 및 풀 섹션들은 더 적은 수의 트랜지스터들(예를 들어, 트랜지스터들(316 및 318)이 없이) 또는 다른 유형 또는 구조의 트랜지스터들과 같은 트랜지스터들의 임의의 적절한 조합으로 구현될 수 있음을 또한 유의해야 한다.
푸시-풀 회로(212)는 또한 출력(304)에서 DC 및/또는 저주파수 전압을 바이어싱하는 셀프-바이어싱 회로(322)를 포함한다. 비록 전류가 RF 주파수들에서 출력(304)에 소싱 및 출력(304)으로부터 싱킹되지만, 출력(304)에서 DC 전압을 바이어싱 또는 세팅(setting)하는 것에 의해 회로 기능을 올바르게 할 수 있다. 셀프-바이어싱 회로는 출력(304)으로부터 트랜지스터(314)의 게이트에 피드백 신호를 제공하는 바이어스 저항(324)을 포함한다. 이렇게 함으로써, 출력(304)에서의 DC 전압은 바이어스 저항(324) 및 트랜지스터(314)를 통해 흐르는 전류의 양에 기초하여 바이어싱 또는 세팅될 수 있다. 셀프-바이어싱 회로(322)는 또한 입력(302) 및 출력(304)의 임피던스가 유사할 때와 같은 안정성을 위해 보상 커패시터(326)를 포함할 수 있다. 보상 커패시터(326)의 값에 따라, 셀프-바이어싱 회로는 보상 커패시터(326)가 RF 신호들을 전도(conduct)하는 것을 방지하도록 격리 저항(328)을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 무선 인터페이스(130) 및 BS 무선 인터페이스(142)는 유사한 방식으로 구성될 수 있는바, BS 무선 인터페이스(142)는 전술된 하나 이상의 컴포넌트들(예를 들어, 푸시-풀 회로(212))을 구비한다. 이와 같이, 본 명세서에서 설명된 장치들 또는 기법들은 BS 무선 인터페이스(142)에 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 비록 무선 네트워크들과 관련하여 설명되지만, 이러한 기법들은 푸시-풀 증폭 회로를 구현하는 임의의 유선 또는 무선 통신 시스템(예를 들어, 마이크로파, 광학)과 관련하여 구현될 수도 있다.
셀프 - 바이어싱 RF 회로의 기법들
다음의 논의는 셀프-바이어싱 RF 회로의 기법들을 설명한다. 이러한 기법들은 무선 디바이스(102)의 무선 인터페이스(130) 및/또는 기지국(104)의 BS 무선 인터페이스(142)에서 실시된 도 3의 셀프-바이어싱 회로(322)와 같은 전술된 환경들을 사용하여 구현될 수 있다. 이러한 기법들은 도 4 및 5에서 예시된 방법들을 포함하는바, 그 각각은 하나 이상의 엔티티(entity)들에 의해 수행되는 동작들의 세팅로서 도시된다. 이러한 방법들은 상기 동작들을 수행하기 위해서 보여진 순서들에 반드시 한정되지 않는다. 또한, 이러한 방법들은 동일한 엔티티, 개별 엔티티들, 또는 그들의 임의의 조합에 의해 수행되든 간에 관계없이, 전부 또는 일부적으로, 서로 연계하여 사용될 수 있다. 다음 논의의 일부들은, 도 1의 동작 환경(100), 및 도 2 및/또는 도 3의 엔티티들을 참조하여 행해진다. 이러한 참조는 동작 환경(100)에 대한 한정으로서 간주되지 않으며, 오히려 다양한 예들 중 하나의 예시로서 간주되어야 한다.
도 4는 셀프-바이어싱 RF 회로에 대한 방법(400)을 도시하며, 도 3의 셀프-바이어싱 회로(322)에 의해 수행되는 동작들을 포함한다.
단계(402)에서, RF 신호가 수신된다. 상기 RF 신호는 그 주파수 범위가 약 3 kHz내지 약 300 GHz일 수 있으며, 인코딩 및/또는 변조된 데이터를 포함할 수 있다. 상기 RF 신호는 필터, 스위치, 멀티플렉서, 믹서, 등을 포함하는 RF 회로 내의 컴포넌트와 같은 임의의 적절한 소스로부터 수신될 수 있다. 일부 경우들에서, 상기 RF 신호는 안테나를 통해 수신된 신호이거나 또는 안테나를 통해 송신될 RF 신호이다.
예로서, 무선 연결(106)을 통해 기지국(104)과 통신하는 스마트폰(108)을 보여주는 도 1의 맥락에서 스마트폰(108)을 고려해 보자. 여기서, 스마트폰(108)의 무선 인터페이스(130)가 LTE 셀룰러 네트워크를 통해 통신하고 있으며, 기지국(104)으로부터 RF 신호들을 수신하고 있다고 가정한다. 여기서, 저잡음 증폭기가 증폭을 위해 필터(216)로부터 RF 신호를 수신한다.
단계(404)에서, 상기 RF 신호는 상기 회로의 출력에 전류를 소싱 또는 상기 출력으로부터 전류를 싱킹하도록 구성된 트랜지스터들을 갖는 회로를 통해 증폭된다. 상기 회로는 도 2 및 3의 푸시-풀 회로(212)와 같은 푸시-풀(push-pull) 토폴로지로 구성될 수 있다. 상기 회로의 트랜지스터들은 각각 전류를 소싱 또는 싱킹하도록 구성된 단일 또는 적층(stack)된 pMOSFET들 또는 nMOSFET들과 같은 트랜지스터들의 임의의 적절한 유형일 수 있다.
본 예시의 맥락에서, 상기 RF 신호는 푸시-풀 회로(212)에 의해 증폭되는바, 이 푸시-풀 회로는 트랜지스터들(314 및 316)에 의해 VDD(306)으로부터의 전류를 출력(304)에 소싱하고, 트랜지스터들(318 및 320)에 의해 출력(304)으로부터 GND(308)에 전류를 싱킹한다. 출력(304)에 소싱 및 이 출력(304)으로부터 싱킹된 이러한 전류는 출력(304)에 RF 믹서(208)와 같은 RF 블록(206)의 다른 스테이지로의 전송에 적절한 증폭된 RF 신호를 형성한다.
단계(406)에서, 엑티브 회로없이 상기 회로의 출력으로부터의 다른 신호가 상기 트랜지스터들 중 하나의 게이트에 제공된다. 이 엑티브 회로는 다이오드들, 3극관들, 트랜지스터들, 또는 연산 증폭기들과 같은 임의의 엑티브 회로 컴포넌트 또는 구조를 포함할 수 있다. 상기 다른 신호는 상기 회로의 출력과 상기 트랜지스터들 중 하나의 게이트 사이에 연결된 저항을 통해 제공될 수 있다. 이러한 다른 신호는 상기 회로의 출력에서 전압(DC 또는 저주파수)이 바이어싱 또는 세팅되게 한다.
또한, 이 신호는 커패시터 및 추가 저항과 같은 추가의 수동 회로로 보상(compensate) 및/또는 격리될 수 있다. 일부 경우들에서, 보상 커패시터가 보상 또는 안정화 목적으로 상기 다른 신호를 전도하는 저항과 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 상기 커패시터가 RF 신호 또는 잡음을 전도 또는 누설(leak)하는 것을 방지하도록 저항이 상기 커패시터와 직렬로 연결될 수 있다.
마지막으로 본 예시에서, 피드백 신호가 바이어스 저항(324) 또는 셀프-바이어싱 회로(322)에 의해 제공된다. 여기서, 푸시-풀 회로(212)의 입력(302) 및 출력(304)의 임피던스들이 유사하고, 안정성 문제들을 초래할 수 있는 것으로 가정해 보자. 보상 커패시터(326)가 이러한 안정성 문제들에 대한 보상을 제공하며, 격리 저항(isolation resistor)(328)이 보상 커패시터(326)가 출력(304)으로부터의 RF 신호를 트랜지스터(314)의 게이트에 전도하는 것을 방지한다. 이것은 단지 셀프-바이어싱의 일 예이며, 피드백 신호가 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 임의의 적절한 수동 회로를 사용하여 제공될 수 있음에 유의해야 한다.
도 5는 2개의 트랜지스터들의 게이트들에 의해 형성된 출력의 전압을 바이어스하는 방법(500)을 도시하며, 도 3의 셀프-바이어싱 회로(322)에 의해 수행되는 동작들을 포함한다.
단계(502)에서, RF 신호가 수신된다. 이 RF 신호는 주파수 범위가 약 3 kHz내지 약 300 GHz에 이르며, 인코딩 및/또는 변조된 데이터를 포함할 수 있다. 상기 RF 신호는 필터, 스위치, 멀티플렉서, 믹서, 등을 포함하는 RF 회로 내의 컴포넌트와 같은 임의의 적절한 소스로부터 수신될 수 있다. 일부 경우들에서, 상기 RF 신호는 안테나를 통해 수신된 신호이거나 또는 안테나를 통해 송신될 RF 신호이다.
예로서, RF 믹서(208), 저잡음 증폭기(210), 전력 증폭기(214), 필터(216), 안테나 포트들(218)을 보여주는 도 2의 RF 블록(206)을 고려해 보자. 여기서, 무선 인터페이스(130)가 무선 연결(106)을 통해 BS 무선 인터페이스(142)로부터 RF 신호를 수신하는 것으로 가정한다. 여기서, 안테나 포트들(218)은 안테나들(미도시)로부터 신호들을 수신하며, 필터(216)는 다양한 바람직하지 않은 주파수 대역들의 신호들을 완화(mitigate)시킨다.
단계(504)에서, 상기 RF 신호는 제 1 및 제 2 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 각각의 게이트들에 인가된다. 상기 각각의 MOSFET들은 그들의 각각의 게이트(예를 들어, 푸시-풀 토폴로지)들에 의해 연결된 p-형 MOSFET들 및 n-형 MOSFET들과 같은 단일 또는 적층된 이득 셀들(캐스코드 구성들)로서 구성될 수 있다. MOSFET들을 적층된 이득 셀들로서 구성하는 것은 상기 이득 셀들의 유효 이득(effective gain)을 증가시킬 수 있거나, 또는 유사한 이득이 감소된 파워 소비와 함께 상기 이득 셀들로부터 획득될 수 있게 한다. 본 예시의 맥락에서, 필터(216)로부터의 상기 RF 신호는 푸시-풀 회로(212)의 트랜지스터들(314 및 320)의 게이트들에 인가된다.
단계(506)에서, 상기 제 1 트랜지스터를 통해, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터의 드레인들에 의해 형성된 출력에 전류가 소싱된다. 상기 전류는 상기 제 1 트랜지스터가 연결된 전원 또는 파워 레일(power rail)과 같은 높은 포텐셜 노드로부터 소싱될 수 있다. 상기 출력에 소싱된 전류의 양 및/또는 주파수는 상기 제 1 트랜지스터의 게이트들에 인가된 RF 신호에 기초할 수 있다.
단계(508)에서, 상기 제 2 트랜지스터를 통해, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터의 드레인들에 의해 형성된 출력으로부터 전류가 싱킹된다. 상기 전류는 상기 출력으로부터 상기 제 2 트랜지스터가 연결된 파워 또는 디지털 접지와 같은 낮은 포텐셜의 노드에 싱킹될 수 있다. 상기 출력으로부터 싱킹되는 전류의 양 및/또는 주파수는 상기 제 2 트랜지스터의 게이트들에 인가되는 RF 신호에 기초할 할 수 있다
계속되는 예시의 맥락에서 및 동작 단계들(506 및 508)을 참조하여, 트랜지스터들(314 및 316)은 전류를 VDD(306)로부터 트랜지스터들(316 및 318)의 드레인들에 의해 형성된 출력(304)에 소싱한다. 트랜지스터들(318 및 320)은 전류를 트랜지스터들(316 및 318)의 드레인들에 의해 형성된 출력(304)으로부터 GND(308)에 싱킹한다. 출력(304)에 소싱되거나 또는 출력(304)로부터 싱킹된 전류는 트랜지스터들(314 및 320)의 게이트에 인가된 RF 신호에 기초하여 증폭된 RF 신호를 형성한다.
단계(510)에서, 상기 트랜지스터들의 드레인들에 의해 형성된 출력에서의 전압이 엑티브 회로없이 바이어싱된다. 상기 전압은 상기 출력에서의 DC 또는 저주파수 전압일 수 있다. 상기 전압을 바이어싱하는 것은 상기 트랜지스터들의 드레인들에 의해 형성된 출력과 제 1 트랜지스터의 게이트와의 사이에 연결된 저항과 같은 수동 컴포넌트를 구현할 수 있다. 또한, 상기 출력은 상기 저항과 병렬로 연결된 커패시터와 같은 추가의 수동 컴포넌트들에 의해 안정화될 수 있다. 이러한 경우, 커패시터가 상기 출력으로부터의 다른 RF 신호들 또는 잡음을 제 1 트랜지스터의 게이트에 전도하는 것을 방지하도록 다른 저항이 상기 커패시터와 직렬로 연결될 수 있다.
계속되는 예시에서, 출력(304)에서의 DC 전압이 피드백 신호를 트랜지스터(314)의 게이트에 제공하는 바이어스 저항(324)에 의해 바이어싱된다. 여기서, 푸시-풀 회로(212)의 입력(302) 및 출력(304)의 임피던스들은 유사하고, 안정성 문제들을 초래할 수 있는 것으로 가정한다. 보상 커패시터(326)는 이러한 안정성 문제들에 대한 보상을 제공하고, 다른 RF 신호들 또는 잡음이 출력(304)으로부터 트랜지스터(314)의 게이트에 전도되는 것을 충분히 방지하는 커패시턴스 값을 가진다. 따라서 이러한 경우에서, 푸시-풀 회로(212)의 안정성 또는 동작을 위한 추가적인 격리 저항이 필요하지 않게 된다. 이것은 셀프-바이어싱의 단지 하나의 예이며, 피드백 신호가 본 발명의 사상 또는 의도에서 벗어남이 없이 임의의 적절한 수동 회로를 사용하여 제공될 수 있음에 유의해야 한다.
단계(512)에서, 상기 트랜지스터들에 의해 소싱 및 싱킹된 전류에 의해 형성된 증폭된 RF 신호가 송신된다. 상기 증폭된 신호는 RF 믹서, 필터, 스위치, 멀티플렉서, 등과 같은 임의의 적절한 컴포넌트에 송신될 수 있다. 일부 경우들에서, 상기 증폭된 RF 신호는 추가의 증폭을 위해 다른 증폭 스테이지에 송신될 수 있다. 마지막으로 본 예에서, 저잡음 증폭기(210)는 복조와 같은 추가 프로세싱을 위해 RF 믹서(208)에 푸시-풀 회로(212)의 증폭된 신호를 송신한다. 셀프-바이어싱 회로를 구현함으로써, 푸시-풀 회로의 설계가 단순화될 수 있으며, 그 결과 설계 비용이 절감되고 그리고 푸시-풀 회로에 의해 소비되는 기판의 양이 감소될 수 있음이 주목되어야 한다.
시스템-온-칩
도 6은 전술된 다양한 실시 예들을 구현할 수 있는 시스템-온-칩(SoC)(600)을 도시한다. SoC는 스마트폰, 셀룰러 전화, 비디오 게임 콘솔, IP 인에이블 텔레비전, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 서버, 기지국, 무선 라우터, 네트워크 가능한 프린터, 셋톱 박스, 프린터, 스캐너, 카메라, 그림 액자 및/또는 무선 연결 기술을 구현할 수 다른 유형이 디바이스와 같은 임의의 적절한 디바이스에서 구현될 수 있다.
SoC(600)는 위에서 나열된 디바이스들 중 어떤 것과 같은, 또는 위에서 나열된 디바이스들 중 어떤 것 내에 집적(integration)하기 위한 응용 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit : ASIC)와 같은 디바이스에 통신적인 결합을 제공하기 위해 필요한 전자 회로, 마이크로 프로세서, 메모리, 입출력(I/O), 로직 제어, 통신 인터페이스들 및 컴포넌트들, 다른 하드웨어, 펌웨어, 및/또는 소프트웨어와 함께 집적될 수 있다. SoC(600)는 또한 상기 컴포넌트들 간의 데이터 통신을 위해 SoC의 다양한 컴포넌트들을 결합하는 집적된 데이터 버스(미도시)를 포함한다. SoC(600)를 포함하는 무선 통신 디바이스는 또한 다른 컴포넌트들의 많은 조합들로 구현될 수 있다. 일부 경우들에서, 이러한 다른 컴포넌트들은 무선 연결 또는 인터페이스를 통해 본 명세서에서 설명된 개념들을 구현하도록 구성될 수 있다.
이 예에서, SoC(600)는 (예를 들어, 전자 회로를 포함하는) 입출력(I/O) 로직 제어(602) 및 마이크로 프로세서(604)(예를 들어, 마이크로 컨트롤러, 애플리케이션 프로세서, 또는 디지털 신호 프로세서 중에 어떤 것)와 같은 다양한 컴포넌트들을 포함한다. SoC(600)는 또한 RAM, 저-레이턴시(low-latency) 비-휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리), ROM, 및/또는 다른 적절한 전자 데이터 저장소 중 임의의 유형일 수 있는 메모리(606)를 포함한다. SoC(600)는 또한 운영 체제(608)와 같은 다양한 펌웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있는바, 이 운영 체제는 메모리(606)에 의해 유지되고 및 마이크로 프로세서(604)에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터 실행 가능한 명령들일 수 있다. SoC(600)는 또한 다른 다양한 통신 인터페이스들 및 컴포넌트들, 통신 컴포넌트들, 다른 하드웨어, 펌웨어, 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다.
SoC(600)는 MAC 제어기(202), 베이스밴드 프로세싱 블록(204), RF 믹서(208), 저잡음 증폭기(210), 푸시-풀 회로(212) 및 셀프-바이어싱 회로(322)를 포함할 수 있는바, 이들은 본 명세서에서 제시된 다양한 양상들과 관련하여 설명된 바와 같이, 이종(disparate) 또는 조합된 컴포넌트들로서 실시될 수 있다. 이러한 다양한 컴포넌트들, 기능들 및/또는 엔터티들의 예들, 및 그들의 해당 기능성(functionality)은 도 1-3에 보여진 환경(100)의 각각의 컴포넌트들을 참조하여 설명된다.
셀프-바이어싱 회로(322)는 독립적으로 또는 다른 엔티티들과 조합으로, 본 명세서에 설명된 다양한 실시 예들 및/또는 특징들을 구현하는 수동 컴포넌트들의 임의의 적절한 조합으로 구현될 수 있다. 셀프-바이어싱 회로(322)는 또한 저잡음 증폭기(210), 푸시-풀 회로(212), 또는 SoC(600) 내의 임의의 RF 섹션 중 하나 또는 둘로 집적되는 것과 같이, 상기 SoC의 다른 엔티티들과 통합하여 제공될 수 있다. 대안적으로 또한 추가적으로, 셀프-바이어싱 회로(322) 및 다른 컴포넌트들은 I/O 로직 제어(602), 및/또는 SoC(600)의 다른 신호 처리 및 제어 회로들과의 연결로 구현되는 하드웨어, 펌웨어, 고정된 로직 회로(fixed logic circuitry), 또는 이들의 임의의 조합으로서 구현될 수 있다.
비록 본 내용이 구조적 특징들 및/또는 방법론적 동작들에 대해 특별한 언어로 설명되지만, 첨부된 청구 범위에서 정의된 본 내용이 특정한 특징들 또는 동작들 (그들이 수행되는 명령들을 포함하여)에 반드시 한정되지 않음을 이해해야 한다.

Claims (24)

  1. 방법으로서,
    회로를 통해 무선 주파수(radio frequency)(RF) 신호를 증폭시키는 단계, 상기 회로는 상기 RF 신호에 기초하여 전원으로부터의 전류를 상기 회로의 출력에 소싱(sourcing)하도록 구성된 제 1 트랜지스터, 및 상기 RF 신호에 기초하여 상기 회로의 상기 출력으로부터의 전류를 전류 싱크에 싱킹(sinking)하도록 구성된 제 2 트랜지스터를 구비하며;
    상기 회로의 상기 출력에서 전압을 바이어싱(biasing)하기에 유효하도록, 엑티브 회로없이 그리고 저항을 통해, 상기 회로의 상기 출력으로부터 다른 신호를 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 제공하는 단계, 상기 저항은 상기 회로의 출력과 상기 제 1 트랜지스터의 게이트 사이에 연결되며; 그리고
    상기 회로의 출력으로부터 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 제공되는 상기 다른 신호를 상기 저항과 병렬로 연결된 커패시터에 의해 보상하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터와 직렬로 연결된 다른 저항에 의해 상기 커패시터가 RF 에너지를 전도(conduct)하는 것을 방지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 트랜지스터들은 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들(MOSFETs)이며, 상기 제 1 트랜지스터는 p-형 MOSFET(pMOSFET)이고, 및 상기 제 2 트랜지스터는 n-형 MOSFET(nMOSFET)인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회로의 이득 또는 효율(efficiency)을 증가시키기에 유효하도록 상기 회로가:
    상기 제 1 트랜지스터와 직렬로 연결되고, 상기 회로의 상기 출력에 전류를 소싱하도록 구성된 pMOSFET인 제 3 트랜지스터; 및
    상기 제 2 트랜지스터와 직렬로 연결되고, 상기 회로의 상기 출력으로부터 전류를 싱킹하도록 구성된 nMOSFET인 제 4 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로는 RF 저잡음 증폭기 또는 RF 전력 증폭기로서 구성되는 것을 특징으로 방법.
  9. 방법으로서,
    제 1 및 제 2 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 각각의 드레인들에 의해 전원과 전류 싱크 사이에 직렬로 동작 가능하게(operatively) 연결되는 상기 MOSFET들의 각각의 게이트들에 무선 주파수(RF) 신호를 인가하는 단계;
    RF 신호를 증폭하기에 유효하도록, 상기 RF 신호에 기초하여 상기 제 1 MOSFET를 통해 상기 제 1 및 상기 제 2 MOSFET들의 상기 드레인들에 형성된 출력에 전류를 소싱하는 단계;
    RF 신호를 증폭하기에 유효하도록, 상기 RF 신호에 기초하여 상기 제 2 MOSFET를 통해 상기 제 1 및 상기 제 2 MOSFET들의 상기 드레인들에 형성된 출력으로부터의 전류를 싱킹하는 단계; 및
    엑티브 회로없이 그리고 제 1 저항을 통해 상기 제 1 및 상기 제 2 MOSFET들의 상기 드레인들에 형성된 출력에서 전압을 바이어싱하는 단계, 상기 제 1 저항은 상기 출력과 상기 제 1 MOSFET의 게이트 사이에 연결되며; 그리고
    상기 제 1 MOSFET의 게이트와 상기 제 1 및 제 2 MOSFET들의 드레인들에 형성된 상기 출력 사이에 직렬로 연결된 커패시터 및 제 2 저항을 통해 상기 출력을 안정화시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 MOSFET는 p-형 MOSFET(pMOSFET)이며, 상기 제 2 MOSFET은 n-형 MOSFET(nMOSFET)인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전류의 상기 소싱 또는 상기 전류의 상기 싱킹과 관련된 이득 또는 효율을 증가시키기에 유효하도록 추가적인 pMOSFET는 상기 제 1 MOSFET와 상기 출력 사이에 연결되며, 추가적인 nMOSFET는 상기 제 2 MOSFET와 상기 출력 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 삭제
  13. 제 9 항에 있어서,
    안테나와 동작 가능하게 결합된 필터, 멀티플렉서, 또는 스위치로부터 상기 RF 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 소싱된 전류 및 상기 싱킹된 전류에 의해 형성된 증폭된 RF 신호를 RF 믹서에 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 회로로서,
    직렬로 동작 가능하게 연결되고, 전류 공급원로부터의 전류를 상기 회로의 출력에 소싱하도록 구성된 2개의 p-형 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들(pMOSFETs);
    직렬로 동작 가능하게 연결되고, 상기 회로의 상기 출력으로부터의 전류를 전류 싱크에 싱킹하도록 구성된 2개의 n-형 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들(nMOSFETs);
    상기 회로의 상기 출력의 전압을 바이어싱하기에 유효하도록 상기 회로의 상기 출력과 상기 pMOSFET들 중 하나의 게이트 사이에 동작 가능하게 연결된 비-엑티브 바이어싱 회로(non-active biasing circuitry), 상기 비-엑티브 바이어싱 회로는 상기 회로의 상기 출력과 상기 pMOSFET들 중 하나의 상기 게이트 사이에 동작 가능하게 연결된 저항을 포함하고; 그리고
    상기 회로의 상기 출력을 유효하게 보상하는 비-엑티브 보상 회로
    를 포함하며,
    상기 비-엑티브 보상 회로는 상기 저항과 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 회로의 입력과 상기 pMOSFET의 상기 게이트 사이에 연결된 비-엑티브 차단 회로를 더 포함하며, 상기 비-엑티브 차단 회로는 상기 회로의 상기 입력에서 수신되는 신호의 저주파수 컴포넌트들을 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 회로.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 비-엑티브 보상 회로는 상기 커패시터가 RF 에너지를 전도하는 것을 방지하도록 상기 커패시터에 직렬로 연결된 추가 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 회로는 공통 모드 또는 차동 푸시-풀 증폭기로서 실시되는 것을 특징으로 하는 회로.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 회로는 무선 주파수(RF) 저잡음 증폭기 또는 RF 전력 증폭기로서 실시되는 것을 특징으로 하는 회로.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 회로는 시스템-온-칩 내에서 실시되는 것을 특징으로 하는 회로.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 회로는 공통 모드 또는 차동 푸시-풀 증폭기로서 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    안테나와 동작 가능하게 결합된 필터, 멀티플렉서, 또는 스위치로부터 상기 RF 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제9항에 있어서,
    상기 커패시터와 직렬로 연결된 다른 저항에 의해 상기 커패시터가 RF 에너지를 전도(conduct)하는 것을 방지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 회로의 입력과 상기 nMOSFET들 중 하나의 게이트 사이에 연결된 추가적인 비-엑티브 차단 회로를 더 포함하며, 상기 추가적인 비-엑티브 차단 회로는 상기 회로의 상기 입력에서 수신되는 신호의 저주파수 컴포넌트들을 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 회로.
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