KR101904364B1

KR101904364B1 - 8자형 발룬

Info

Publication number: KR101904364B1
Application number: KR1020137016841A
Authority: KR
Inventors: 포 분 레옹; 호우 시안 루
Original assignee: 마벨 월드 트레이드 리미티드
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2018-11-30
Also published as: EP2656433B1; CN103299480A; US9035713B2; KR20130140808A; JP5686353B2; US8400232B2; US20130214987A1; CN103299480B; EP2656433A1; WO2012085670A1; US20140333387A1; US20120161870A1; US8791769B2; JP2014502118A

Abstract

발룬은 제 1 루프부 및 제 2 루프부를 포함하는 권선 도체들의 제 1 세트를 포함한다. 상기 제 1 루프부 및 상기 제 2 루프부는 전도적으로 결합되며, 제 1 팔자형 구조를 형성한다. 상기 발룬은 제 3 루프부 및 제 4 루프부를 포함하는 권선 도체의 제 2 세트를 포함한다. 상기 제 3 루프부 및 상기 제 4 루프부는 전도적으로 결합되며, 제 2 팔자형 구조를 형성한다. 상기 제 1 루프부 및 상기 제 3 루프부는 유도적으로 결합된다. 상기 제 2 루프부 및 상기 제 4 루프부는 유도적으로 결합된다.

Description

8자형 발룬{FIGURE 8 BALUN}

본 명세서에서 설명된 실시예들은 일반적으로 발룬들에 관련이 있으며, 더 특별하게는, 종래 발룬과 비교하여 동일한 전력 전송을 제공하고, 종래 발룬보다 상대적으로 더 작은 영역에서 그러한 전력 전송을 제공하는, 8자 형상(figure 8 shape)을 구비하는 발룬과 관련이 있다.

본 출원은 Leong 등에 의해 2010년 12월 23일 출원된, 발명의 명칭이 "FIGURE 8 BALUN"인, 미국 가특허 출원 제61/426,969호에 대한 이익 및 우선권을 주장하며, 이 출원은 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다.

본 명세서에서 달리 나타내지 않는 한, 본 출원의 배경 섹션에서 설명된 접근법들은 본 출원에서 청구 범위에 대한 선행 기술이 아니며, 배경 섹션에 포함되었다 해서 선행 기술로서 인정하는 것은 아니다.

발룬들(baluns)은 접지에 대하여 밸런스(balance)된 전기 신호들을 접지에 대하여 언밸런스(unbalance)된 전기 신호들로 변환하는 전기적인 트랜스포머들(transformers)이다. 발룬들은 또한 접지에 대하여 언밸런스된 전기 신호들을 접지에 대하여 밸런스된 전기 신호들로 변환한다.

발룬은 통상적으로 각 인덕터가 권선 도체들의 세트(set of wound conductors)로 형성되는 두 개의 인덕터들을 포함한다. 전류가 권선 도체들의 하나의 세트를 통해 전달되면, 권선 도체들의 세트들은 유도적으로(inductively) 결합된다. 도 1은 종래 발룬(100)의 간단한 개략도이다. 발룬(100)은 권선 도체들(105)의 제 1 세트 및 권선 도체들(110)의 제 2 세트를 포함한다. 간략화를 위해, 권선 도체들(105 및 110)의 각 세트에서 하나의 권선 도체가 도 1에 도시된다. 권선 도체들(105)의 세트 내의 각 권선 도체는 권선 도체들(110)의 세트 내의 권선 도체와 인접할 수 있다. 종래 발룬들은 통상적으로 인덕터들, 다른 발룬들, 및 그와 같은 것 등의 인접 회로들에 상대적으로 많은 양의 누화(cross talk)(즉, 간섭)를 도입(introduce)하는 경향이 있다.

따라서, 종래 발룬들보다 상대적으로 낮은 누화를 갖고, 동일한 효율성을 제공하면서 종래 발룬들보다 더 작은 영역을 갖는 새로운 발룬들을 제공하는 것이 바람직하다.

일 실시예에서, 권선 도체들의 제 1 세트는 제 1 루프부(loop portion) 및 제 2 루프부를 포함한다. 상기 제 1 루프부 및 상기 제 2 루프부는 전도적으로(conductively) 결합되며, 제 1 팔자형 구조(figure eight structure)를 형성한다. 상기 발룬은 제 3 루프부 및 제 4 루프부를 포함하는 권선 도체의 제 2 세트를 더 포함한다. 상기 제 3 루프부 및 상기 제 4 루프부는 전도적으로 결합되며, 제 2 팔자형 구조를 형성한다. 상기 제 1 루프부 및 상기 제 3 루프부는 유도적으로 결합된다. 상기 제 2 루프부 및 상기제 4 루프부는 유도적으로 결합된다.

특정 실시예에 따르면, 상기 권선 도체들의 제 1 세트는 상기 제 1 루프부 와 상기 제 2 루프부 사이에 배치된 전도성 교차부들(conductive cross portions)의 세트를 포함하며, 그리고 상기 제 1 루프부 및 상기 제 2 루프부를 전도적으로 연결한다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 권선 도체들의 제 2 세트는 상기 제 3 루프부와 상기 제 4 루프부 사이에 배치된 전도성 교차부들의 다른 세트를 포함하며, 그리고 상기 제 3 루프부 및 상기 제 4 루프부를 전도적으로 연결한다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 권선 도체들의 제 1 세트는 상기 제 1 루프부와 상기 제 2 루프부 사이에 배치된 전도성 비-교차부들(conductive un-crossing portions)의 세트를 포함하며, 그리고 상기 제 1 루프부 및 상기 제 2 루프부를 전도적으로 연결한다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 권선 도체들의 제 2 세트는 상기 제 3 루프부와 상기 제 4 루프부 사이에 배치된 전도성 비-교차부들의 다른 세트를 포함하며, 그리고 상기 제 3 루프부 및 상기 제 4 루프부를 전도적으로 연결한다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 권선 도체들의 제 1 세트는 상기 권선 도체들의 제 2 세트 위에 스택(stack)된다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 권선 도체들의 제 1 세트의 권선 도체들은 상기 권선 도체들의 제 2 세트의 권선 도체들과 인터리브(interleave)된다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 권선 도체들의 제 1 세트의 권선 도체들은 상기 권선 도체들의 제 2 세트의 권선 도체들과 스택되고 인터리브된다.

상기 권선 도체들의 제 1세트 내의 권선 도체들의 수는 상기 권선 도체들의 제 1세트 내의 권선 도체들의 수와 일치(match)하지 않는다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 발룬은 상기 제 1 및 상기 제 3 루프부들 내에 배치된 다른 발룬; 및 상기 제 2 및 상기 제 4 루프부들 내에 배치된 다른 발룬을 더 포함한다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 제 1, 상기 제 2, 상기 제 3, 및 상기 제 4 루프부들은 실질적으로 원형이다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 제 1, 상기 제 2, 상기 제 3, 및 상기 제 4 루프부들은 실질적으로 타원형이다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 제 1, 상기 제 2, 상기 제 3, 및 상기 제 4 루프부들은 실질적으로 직사각형이다.

다른 특정 실시예에 따르면, 상기 제 1, 상기 제 2, 상기 제 3, 및 상기 제 4 루프부들 각각은 실질적으로 선형인 부분들을 포함한다.

다른 특정 실시예에 따르면, 동작의 발룬 방법은 제 1 팔자형 구조를 형성하는 권선 도체들의 제 1 세트에 전류를 전달하는 단계 및 상기 권선 도체들의 제 1 세트를 통해 전달된 상기 전류로부터 제 2 팔자형 구조를 형성하는 권선 도체들의 제 2 세트 내에 전류를 유도하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 권선 도체들의 제 1 세트를 통해 전달된 상기 전류로부터 상기 권선 도체들의 제 1 세트의 상기 제 1 팔자형 구조의 제 1 루프부 내에 제 1 자기장을 확립하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 권선 도체들의 제 1 세트를 통해 전달된 전류로부터 상기 권선 도체들의 제 1 세트의 상기 제 1 팔자형 구조의 제 2 루프부 내에 제 2 자기장을 확립하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 제 1 자기장 및 제 2 자기장은 반대로 향한다.

특정 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 제 1 자기장의 일부를 상기 권선 도체들의 제 1 세트의 외부에 있는 상기 제 2 자기장의 일부와 상쇄하는(cancel) 단계를 더 포함한다.

특정 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 권선 도체들의 제 2 세트를 통해 전달된 상기 유도 전류로부터 상기 권선 도체들의 제 2 세트의 상기 제 2 팔자형 구조의 제 3 루프부 내에 제 3 자기장을 확립하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 권선 도체들의 제 2 세트를 통해 전달된 상기 유도 전류로부터 상기 권선 도체들의 제 2 세트의 상기 제 2 팔자형 구조의 제 3 루프부 내에 제 4 자기장을 확립하는 단계를 더 포함한다. 상기 제 3 자기장 및 상기 제 4 자기장은 반대로 향한다.

특정 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 제 3 자기장의 일부를 상기 권선 도체들의 제 2 세트의 외부에 있는 상기 제 4 자기장의 일부와 상쇄하는 단계를 더 포함한다.

특정 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 제 1 상쇄 단계 및 상기 제 2 상쇄 단계를 통해 인접한 회로 구조들과의 누화를 억제하는 단계를 더 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 완전-차동 전력 증폭기(fully-differential power amplifier)는 제 1 및 제 2 인덕터들에 걸쳐 전달된 출력 AC 신호를 갖는 상기 제 1 및 상기 제 2 인덕터들을 포함하는 제 1 전력 증폭기 코어(power amplifier core), 제 3 및 제 4 인덕터들에 걸쳐 전달된 상기 출력 AC 신호를 갖는 상기 제 3 및 상기 제 4 인덕터들을 포함하는 제 2 전력 증폭기 코어를 포함한다. 상기 완전-차동 전력 증폭기 제 1 루프부, 및 상기 1 루프부에 전도적으로 결합된 제 2 루프부를 갖는 권선 도체들의 세트를 포함하는 발룬을 더 포함한다. 상기 제 1 루프부 및 상기 제 2 루프부는 8자 구조를 형성한다. 상기 제 1 루프부는 상기 제 1 및 상기 제 2 인덕터들을 상기 발룬에 유도적으로 결합하도록 구성된다. 상기 제 2 루프부는 상기 제 3 및 상기 제 4 인덕터들을 상기 발룬에 유도적으로 결합하도록 구성된다.

특정 실시예에 따르면, 상기 완전-차동 전력 증폭기 상기 발룬에 결합되며, 그리고 전송을 위해 상기 발룬으로부터 상기 AC 신호를 수신하도록 구성된 안테나를 더 포함한다. 상기 완전-차동 전력 증폭기는 상기 발룬에 결합되며, 그리고 전송을 위해 상기 발룬으로부터 상기 AC 신호를 수신하도록 구성된 안테나를 또한 포함할 수 있다.

다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 본질과 장점에 대한 더 상세한 이해를 제공한다.

도 1은 종래 발룬의 간단한 개략도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 발룬의 간단한 개략도이다.
도 2b는 권선 도체들의 제 1 세트의 제 1 및 제 2 루프에 의해 확립된 자기장들의 간단한 개략도이며, 제1 및 제 2 루프들 내의 자기장들은 반대 방향이다.
도 3a는 발룬의 루프들이 실질적으로 타원형인 다른 실시예에 따른 발룬의 간단한 개략도이다.
도 3b는 발룬의 루프들이 실질적으로 직사각형인 다른 실시예에 따른 발룬의 간단한 개략도이다.
도 3c는 발룬의 루프들의 하나의 세트가 발룬의 연장 축을 따라 실질적으로 직선부들을 갖는 또 다른 실시예에 따른 발룬의 간단한 개략도이다.
도 4는 완전-자동 전력 증폭기의 간단한 개략도인 바, 이 완전-차동 전력 증폭기에서 본 명세서에 설명된 발룬 실시예들이 완전-차동 전력 증폭기의 AC 출력을 안테나에 결합시키는 위한 커플러에서 사용하기 위해 구성된다.
도 5는 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 완전-차동 전력 증폭기의 출력 AC 신호들이 안테나에 유도적으로 결합하도록 구성된 발룬의 간단한 개략도이다.
도 6은 인덕터들이 발룬의 상호작용 자기장들(interacting magnetic fields)로 인한 발룬의 기계적인 힘을 줄이기 위해 발룬의 제 1 루프 및 제 2 루프의 일부를 대부분 둘러싸고 있는 발룬의 간단한 개략도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 발룬의 간단한 개략도이다.

본 명세서에서 설명된 실시예들은 일반적으로 발룬들을 제공하며, 더 특별하게는 종래 발룬과 비교하여 동등한 전력을 전송을 제공하고, 종래 발룬보다 상대적으로 적은 영역에서 이러한 전력 전송을 제공하는, 8자 형상을 구비한 발룬을 제공한다.

다음 설명에서, 설명을 목적으로, 다수의 예들 및 구체적인 세부 사항들이 본 발명의 실시예들의 완전한 이해을 제공하기 위해 제시된다. 본 청구 범위에 의해 정의된 바와 같이 특정 실시예들은 이러한 예들에서 단독으로 또는 아래에 설명된 다른 특징들과의 조합으로 그 특징들의 일부 또는 모두를 포함할 수 있으며, 본 명세서에서 설명된 특징들 및 개념들의 수정들 및 균등한 것들을 더 포함할 수 있다.

도 2a는 일 실시예에 따른 발룬(200)의 간단한 개략도이다. 발룬(200)은 권선 도체들(205)의 제 1 세트 및 권선 도체들(210)의 제 2 세트을 포함한다. 단순함을 위해, 권선 도체들(205)의 제 1 세트로부터 하나의 권선 도체(205a)(도 2a에서 실선으로 표시됨)가 도 2a에 도시되고, 권선 도체들(210)의 제 2 세트로부터 하나의 권선 도체(210a)(도 2a에서 점선으로 표시됨)가 도 2a에 도시된다. 상기 권선 도체들(205)의 제 1 세트는 입력 노드(215) 및 출력 노드(220)를 포함할 수 있다. 상기 권선 도체들(210)의 제 2 세트는 입력 노드(225) 및 출력 노드(230)를 포함할 수 있다.

발룬(200)의 다음 설명은 권선 도체들(205)의 세트에 포함된 권선 도체(205a)를 설명하고 권선 도체들(210)의 세트에 포함된 권선 도체(210a)를 설명한다. 권선 도체(205a) 및 권선 도체(210a)의 다음 설명은 권선 도체들의 세트들(205 및 210)에 포함된 각각의 권선 도체들에 적용될 수 있다. 상세하게는, 권선 도체(205a)는 제 2 루프(205c)에 전도적으로 결합된 제 1 루프(205b)를 포함할 수 있으며, 제 1 루프(205b)와 제 2 루프(205c)가 인접한다. 제 1 루프(205b) 및 제 2 루프(205c)는 권선 도체(205a)의 중앙부(205d)에서 서로 교차할 수 있다. 따라서, 제 1 루프(205b) 및 제 2 루프(205c)는 실질적으로 "8자" 구조를 형성할 수 있다. 권선 도체(210a)도 마찬가지로 제 2 루프(210c)에 전도적으로 결합된 제 1 루프(210b)를 포함할 수 있다. 제 1 루프(210b) 및 제 2 루프(210c)는 권선 도체(205a)의 중앙부(210d)에서 서로 교차할 수 있다. 따라서, 제 1 루프(210b) 및 제 2 루프(210c)는 실질적으로 "8자" 구조를 형성할 수 있다. 중앙부들(205d 및 210d)은 도 2a에 도시된 권선 도체(205a 및 210a)의 교차부들이 다른 위치들에서 교차될 수 있도록 측면적으로 오프셋(offset)될 수 있다. 권선 도체(205a 및 210a)의 교차부들은 다른 실시예들에 따라 스택되거나 또는 인터리브될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제 1 루프(205b) 및 제 2 루프(205c)의 중앙부(205d)는 교차하지 않으며, 제 1 루프(210b) 및 제 2 루프(210c)의 중앙부(210d)는 교차하지 않는다.

편의를 위해, 제 1 루프(205b)가 제 1 루프(210b)의 외부에 있는 것으로 도 2a에 도시되며, 제 2 루프(205c)가 제 2 루프(210c)의 외부에 있는 것으로 도시된다. 제 1 루프들(205b 및 210b) 및 제 2 루프들(205c 및 210c)이 제 1 루프(210b)를 덮고 있는 제 1 루프(205b), 및 제 2 루프(210c)를 덮고 있는 제 2 루프(205c)로 선택적으로 구성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 권선 도체들(205)의 세트가 권선 도체들(210)의 세트 위에 스택될 수 있다. 권선 도체들(205 및 210)의 스택 세트들이 상대적으로 낮은 삽입 손실(insertion loss) 및 상대적으로 높은 유도성 결합(inductive coupling)을 제공한다. 다른 실시예에 따르면, 권선 도체들(205)의 세트 및 권선 도체들(210)의 세트의 권선 도체들이 서로 인터리브한다. 인터리브된 권선 도체들은 권선 도체들의 세트들 간의 기생 커패시턴스에 의해 제공되는 커패시턴스에 기인하여 상대적으로 낮은 이차적인 공진들(low secondary resonances)을 제공한다. 이차적인 공진들은 발룬(200)에 의해 수신된 AC 신호의 기본 고조파(fundametal harmonic)(즉, 기본 주파수)의 더 낮은 차수 고조파들(lower order harmonics) 및 더 높은 차수 고조파들(higher order harmonics)이다. 권선 도체들(205 및 210)의 스택된 세트들은 상대적으로 높은 주파수들에서 교차 커패시터(260)를 걸쳐 상대적으로 더 높은 이차적인 공진들을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 권선 도체들(205 및 210)의 세트들은 스택 및 인터리브 모두 된다. 권선 도체들(205 및 210)의 세트들을 스택하고 인터리브하는 것은 삽입 손실과 이차적인 공진들의 생성 간의 트레이드오프(tradeoff)를 제공한다.

도 2b는 제 1 루프(205b) 및 제 2 루프(205c)에 의해서 확립된 자기장들의 간단한 개략도이며, 여기서 제 1 및 제 2 루프들(205b 및 205c) 내의 자기장들은 반대 방향이다. 제 1 및 제 2 루프들(210b 및 210c)은 편의를 위해 도 2b에 도시하지 않는다. 예로서, 권선 도체들(205)의 세트에서 전류 흐름의 제 1 방향에 대해, 제 1 루프(205b) 내의 자기장의 방향은 도 2b의 페이지의 평면 바깥쪽일 수 있으며(도 2b에 되시된 바와 같이 전통적으로 원 내부 점 " "으로 명시됨), 및 제 2 루프(205c)에서의 자기장의 방향은 도 2b의 페이지의 평면 안쪽일 수 있다(도 2b에 되시된 바와 같이 전통적으로 원 내부 십자기호 "

"로 명시됨). 당업자들에 의해 이해되듯이, 제 1 루프들(205a 및 210a)의 외부로 확장하는 자기장들은 또한, 제 2 루프들(205b 및 210b)의 외부로 확장하는 자기장들의 반대 방향일 수 있다. 제 1 루프(205b)에 의해 확립된 자기장들이 제 2 루프(205c)에 의해 확립된 자기장들로부터 반대로 향해지기 때문에, 발룬(200)으로부터 확장하는 자기장들은 서로 상쇄(cancel)하는 경향이 있다. 상기 반대로 향하는 자기장들의 상쇄는 자기장들이 누화(즉, 간섭)를 인덕터들, 다른 발룬, 및 그와 같은 것 등의 인접 회로 구조들로 유도하기 위해 상대적으로 감소된 전위(potential)을 갖는 것을 제공한다. 예로서, 도 1에서 도시된 발룬(100)과 같은 종래 발룬에 비해, 발룬(200)은 다른 발룬과 같이 인접한 회로 구조로부터 격리도(isloation)의 약 30dB 이득을 제공할 수 있다. 도 2b가 제 1 루프(205b) 및 제 2 루프(205c)에 대한 자기장들을 도시하는 반면, 제 1 루프(210b) 및 제 2 루프(210c)에 대한 자기장들은 유사하지만 도 2에 도시된 대로 상기 전류 흐름의 방향에 대해 반대로 향해진다.

발룬(200)은 더 작은 면적을 가지면서 종래 발룬의 인덕턴스와 일치(match)하는 인덕턴스를 더 제공한다. 예로서, 발룬(200)은 종래 발룬의 면적보다 대략 1.6배에서 1.7배 작은 면적을 가지면서 종래 발룬의 인덕턴스와 상당히 일치하는 인덕턴스를 제공할 수 있다. 따라서, 집적 회로와 같은 애플리케이션을 위해, 발룬(200)은 종래 발룬보다 상당히 작은 다이 면적(die area)를 소비할 수 있다.

제 1 루프들(205b 및 210b), 및 제 2 루프들(205c 및 210c)이 실질적으로 원형으로서 도 2에 도시되는 반면, 권선 도체들의 세트들(205 및 210)의 제 1 루프들 및 제 2 루프들은 다른 실시예들에 따라 선택적으로 형성될 수 있다. 도 3a는 제 1 루프들(205b 및 210b), 및 제 2 루프들(205c 및 210c)이 실질적으로 타원형인 다른 실시예에 따른 발룬(250)의 간단한 개략도이다. 도 3b는 제 1 루프들(205b 및 210b), 및 제 2 루프들(205c 및 210c)이 실질적으로 타원형인 다른 실시예에 따른 발룬(260)의 간단한 개략도이다. 도 3a에 도시된 상기 타원 형상 루프들의 연장 축들은 도 3b에 도시된 상기 타원 형상 루프들의 연장 축들로부터 대략 90도로 회전되는 것으로 인식된다. 도 3c는 제 1 루프들(205b 및 210b) 및 제 2 루프들(205c 및 210c)이 발룬(270)의 연장 축(290)을 따라 실질적으로 직선인 부분들(280 및 285)을 갖는 또 다른 실시예에 따른 발룬(270)의 간단한 개략도이다. 비록 발룬(200)이 8자 내에 권선 도체들의 세트들(205 및 210)을 포함하는 것으로 설명되지만, 다른 발룬 실시예들은 권선 도체들(205)의 세트 또는 권선 도체들(210)의 세트에 결합된 권선 도체들의 더 많은 세트들을 포함할 수 있다. 이러한 발룬은 전도적으로 결합된 인접한 권선 도체 루프들의 셋 이상의 세트들처럼 보일 수 있다. 본 명세서에서 설명된 다양한 실시예들에 따르면, 권선 도체들(205)의 제 1 세트 내의 권선 도체들의 수는 권선 도체들(210)의 제 2 세트내의 권선 도체들의 수와 일치할 수 있다. 또한, 권선 도체들(205)의 제 1 세트 내의 권선 도체들의 수는 권선 도체들(210)의 제 2 세트내의 권선 도체들의 수와 상이할 수 있다.

도 4는 인덕터의 세트(515)를 포함하는 커플러(coupler)(505)에 유도적으로(inductively) 결합된 완전-차동 전력 증폭기(500)의 간단한 개략도이다. 커플러(505)는 완전-차동 전력 증폭기(500)의 출력이 안테나(510)에 유도적으로 결합되도록 구성될 수 있다. 아래에 더 상세히 설명되듯이, 본 명세서에 설명된 발룬 실시예들은 커플러(505)를 완전-차동 전력 증폭기(500)에 유도적으로 결합시키기 위해 커플러(505) 및 완전-차동 전력 증폭기(500)에 포함되도록 구성될 수 있다. 완전-차동 전력 증폭기(500)와 같은 전력 증폭기들은 일반적으로 RF 신호와 같은 AC 신호를 수신하고 상기 수신된 AC 신호의 전력을 부스트(boost)하도록 구성된다. 완전-차동 전력 증폭기는 이동 전화기들, 컴퓨터들 (랩톱 컴퓨터들, 테블릿 컴퓨터들, 등과 같은), 개인용 디지털 보조기기들 등과 같은 다양한 모바일 디바이스들에 포함될 수 있다. 전력-증폭된 AC 신호는 전송을 위해 모바일 디바이스의 안테나를 통해 전달될 수 있다.

완전-차동 전력 증폭기(500)는 제 1 전력-증폭기 코어(300a)(도 4에서 점선으로 전체적으로 둘러싸인) 및 제 2 전력-증폭기 코어(300b)(도 4에서 또한 점선으로 전체적으로 둘러싸인)를 포함한다. 제 1 전력-증폭기 코어(300a)의 회로 엘리먼트들을 식별기 위해 사용된 동일한 번호 체계가 제 2 전력-증폭기 코어(300b)의 상당히 동일한 회로 엘리먼트들을 식별하기 위해 사용되며, 제 2 전력-증폭기 코어(300b)에 대해 사용된 번호들이 강조 표시된다. 제 1 및 제 2 전력-증폭기 코어들(300a 및 300b)은 상당히 유사한 회로들을 구비하고, 상당히 유사한 회로 레이아웃들을 구비한다. 따라서, 제 1 전력-증폭기 코어(300a)는 상세하게 설명되며, 제 2 전력-증폭기 코어(300b)은 설명되지 않는다. 제 1 전력-증폭기 코어(300a)의 설명은 제 2 전력-증폭기 코어(300b)에 적용된다.

제 1 전력-증폭기 코어(300a)는 트랜지스터들의 푸시 풀 쌍(305 및 310)(트랜지스터들(305 및 310)로 지칭됨)을 포함한다. 제 1 전력-증폭기 코어(300a)는 트랜지스터(305)와 제 1 인덕터(315) 사이에 배치된 트랜지스터(405)를 포함하며, 트랜지스터(310)와 제 2 인덕터(320) 사이에 배치된 트랜지스터(410)를 포함한다. 트랜지스터들(405 및 410)은 본 명세서에서 때때로 트랜지스터들의 제 2 푸시 풀 쌍으로 지칭된다.

트랜지스터들(305 및 405)은 각각 공통 소스, 공통 접지 구성을 갖는 캐스코드 구성(cascode configuration) 내에 있을 수 있다. 더 상세하게는, 트랜지스터(405)의 소스(450b)는 트랜지스터(305)의 드레인(305c)에 결합되고, 트랜지스터(405)의 드레인(405c)은 제 1 인덕터(315)의 제 2 단부가 전압 소스 Vdd에 결합되는 제 1 인덕터(315)의 제 1 단부에 결합될 수 있다. 트랜지스터(405)의 게이트(450a)는 트랜지스터(405)를 상대적으로 강하게 턴-온 시키도록 접지되거나 또는 그와 같이 될 수 있다.

트랜지스터들(310 및 410)는 마찬가지로, 각각 공통 소스, 공통 접지 구성을 갖는 캐스코드 구성 내에 있을 수 있다. 더 상세하게는, 트랜지스터(410)의 소스(410b)는 트랜지스터(310)의 드레인(310b)에 결합될 수 있으며, 트랜지스터(410)의 드레인(410c)은 제 2 인덕터(320)의 제 2 단부가 접지에 결합되는 제 2 인덕터(320)의 제 1 단부에 결합될 수 있다. 트랜지스터(410)의 게이트(410a)는 트랜지스터(410)를 상대적으로 강하게 턴-온 시키도록 접지되거나 또는 그와 같이 될 수 있다. 상기 트랜지스터들의 캐스코드 구성은 당업자들에 의해 잘 이해되듯이, 전력 증폭기(400)의 스트레스 보호를 제공한다. 일 실시예에 따른, 게이트들(305a 및 310a)은 완전-차동 전력 증폭기(500)의 제 1 및 제 2 입력들(350 및 355)이다.

제 1 전력-증폭기 코어(300a)는 또한 제 1 및 제 2 탱크 커패시터들(330 및 335)을 포함할 수 있다. 커패시터(330)는 병렬로(즉, "탱크" 구성으로) 인덕터(315)에 결합된다. 탱크 커패시터(330)는 인덕터(315)의 공진 주파수를 조정하도록 구성된다. 탱크 커패시터(335)는 탱크 구성에서 인덕터(320)에 결합된다. 탱크 커패시터(335)는 인덕터(320)의 공진 주파수를 조정하도록 구성된다.

트랜지스터들(305, 310, 405, 및 410)은 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터들(MOSFETs), 바이폴라-접합 트랜지스터들(BJTs), 또는 다른 트랜지스터들 유형들일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 트랜지스터들(305 및 405)은 nMOS 트랜지스터들이며, 트랜지스터(405)은 인덕터(315)의 제 2 단부가 전압 소스 Vdd에 결합되는 인덕터(315)의 제 1 단부에 결합된 드레인(405c)을 갖는다. 제 1 출력 노드(Vout1)(347a)는 드레인(405c)와 상기 인덕터(315)의 제 1 단부 사이에 배치된다. 트랜지스터(305)의 소스(305b)는 제 3 인덕터(340)의 제 2 단부가 접지에 결합되는 제 3 인덕터(340)의 제 1 단부에 결합된다. 트랜지스터들(305, 310, 405, 및 410)의 소스들 및 드레인들의 특정 구성들이 특정 실시예들의 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 설명된다. 상기 전력 증폭기들의 다른 실시예들은 당업자들에 의해 이해되듯이 트랜지스터들(305 및 310)의 소스들 및 드레인들의 다른 구성들을 포함할 수 있다. 당업자들에 의해 더 이해되듯이, 소스들 및 드레인들은 때때로 본 명세서에서 소스-드레인 노드들로서 지칭된다.

일 실시예에 따르면, 트랜지스터들(310 및 410)은 pMOS 트랜지스터들이며, 트랜지스터(410)는 인덕터(320)의 제 2 단부가 접지에 결합되는 인덕터(320)의 제 1 단부에 결합된 드레인(410c)를 포함한다. 제 2 출력 노드 (Vout2)(347b)는 소스(410c)와 인덕터(320)의 제 1 단부 사이에 배치된다. 트랜지스터(310)의 소스(310c)는 제 4 인덕터(345)의 제 2 단부가 전압 소스 Vdd에 결합되는 제 4 인덕터(345)의 제 1 단부에 결합된다. 인덕터들(315 및 320)은 각각 트랜지스터들(305 및 310)의 푸시-풀 쌍의 부하들(loads)로 고려될 수 있다.

위에서 간략히 설명한 바와 같이, 인덕터의 세트(515)를 통해, 커플러(505)는 인덕터들(315, 320, 315', 및 320')에 걸쳐 출력 AC 신호들이 안테나(510)에 유도적으로 결합하도록 구성된다. 편의를 위해, 커플러(505)는 인덕터들(315, 320, 315', 및 320')에 걸쳐 출력 AC 신호들의 안테나(510)로의 유도성 결합을 표시하기 위한 단순화로써 인덕터의 세트(515)를 포함하는 것으로 도시된다. 위에서 간략히 설명한 바와 같이, 본 명세서에서 설명된 발룬 실시예들은 인덕터들(315, 320, 315', 및 320')에 걸쳐 상기 출력 AC 신호들이 안테나(510)에 유도적으로 결합하도록 구성될 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따르면, 완전-차동 전력 증폭기(500)의 출력 AC 신호들이 안테나(510)에 유도적으로 결합하도록 구성된 발룬(600)의 간단한 개략도이다. 발룬(600)은 제 1 루프(205b)는 인덕터들(315 및 320)에 유도적으로 결합되고, 제 2 루프(205c)는 인덕터들(315' 및 320')에 유도적으로 결합되는, 권선 도체들(205)의 제 1 세트를 포함한다. 인덕터들(315, 320, 315', 및 320')은 권선 도체들(205)의 제 1 세트의 8자의 형상과 유사한 8자 형상을 실질적으로 형성하도록 인덕터들(315 및 320)은 제 1 루프(205b)의 루프 형상에 맞게 구부려질 수 있으며 인덕터들(315' 및 320')은 제 2 루프(205c)의 루프 형상에 맞게 구부려질 수 있다. 발룬(600)은 인덕터들(315, 320, 315', 및 320')을 포함한다. 권선 도체들(205)의 제 1 세트는 AC 출력 신호의 전송을 위해 인덕터들(315, 320, 315', 및 320')에 걸쳐 출력 AC 신호들이 안테나(510)에 유도적으로 결합될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 인덕터들(315, 320, 315', 및 320')은 제 1 루프(205b) 및 제 2 루프(205c)의 일부를 대부분 둘러싸도록 형성될 수 있다. 도 6은 인덕터들(315, 320, 315', 및 320')이 제 1 루프(205b) 및 제 2 루프(205c)의 일부를 대부분 둘러싸고 있는 발룬(700)의 간단한 개략도이다.

도 7은 다른 실시예에 따른 발룬(800)의 간단한 개략도이다. 발룬(800)은 위에서 설명된, 발룬(600) 및 발룬(700)과 상당히 유사하지만, 그러나 발룬(800)이 제 1 루프(205b) 및 제 2 루프(205c) 내에 배치될 수 있는 추가적인 제 1 발룬(200a) 및/또는 추가 제 2 발룬(200b)을 포함한다는 점에서 상이하다. 본 발명의 실시예들에 따른 "둥지(nesting)" 발룬은 집적 회로 또는 그와 같은 것 내의 이러한 발룬에 대해서 공간을 효과적으로 사용할 수 있다. 발룬(200a 및 200b)은 각각 위에서 설명된 발룬(200)이거나 또는 본 명세서에서 설명된 다른 발룬 실시예들일 수 있다. 발룬(200a 및 200b)은 완전-차동 전력 증폭기(500)의 입력 인덕턴스들의 세트와 같은 다른 회로 구조들을 유도적으로 결합하기 위해 구성될 수 있다. 비록 인덕터들(315' 및 320')이 접지에 결합된 것으로 도 5,6, 및 7에 도시되지만, 다른 실시예들에 따르면, 인덕터들(315' 및 320')이 AC 접지에 결합될 수 있다.

위의 설명은 본 발명의 양상들이 어떻게 구현될 수 있는지의 예들에 따른 본 발명의 다양한 실시예들을 도시한다. 위의 예들 및 실시예들은 오직 실시예들만으로 간주되지 말아야 하며, 다음의 청구 범위들에 의해 정의된 대로 본 발명의 융통성(flexibility) 및 장점들을 설명하기 위해 제공된다. 위의 개시 및 다음의 청구범위에 기초하여, 다른 배치들, 실시예들, 구현들, 및 균등물들은 청구 범위에서 정의된 대로 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 사용될 수 있다.

Claims

발룬(balun)으로서,
제 1 루프부(loop portion) 및 제 2 루프부를 포함하는 권선 도체들(wound condutors)의 제 1 세트, 여기서 상기 제 1 루프부는 상기 제 2 루프부와 함께 제 1 팔자형 구조(a first figure eight structure)를 형성하고, 상기 제 1 루프부는 상기 제 2 루프부에 전도적으로(conductively) 결합되며, 그리고 상기 제 1 및 제 2 루프부는 비동심원(non-concentric)이며; 그리고
제 3 루프부 및 제 4 루프부를 포함하는 권선 도체들의 제 2 세트를 포함하며,
상기 제 3 루프부는 상기 제 4 루프부와 함께 제 2 팔자형 구조를 형성하고, 상기 제 3 루프부 및 제 4 루프부는 비동심원이며,
상기 제 3 루프부 및 상기 제 4 루프부는 전도적으로 결합되고,
상기 제 1 루프부 및 상기 제 3 루프부는 유도적으로(inductively) 결합되고,
상기 제 2 루프부 및 상기 제 4 루프부는 유도적으로 결합되며,
상기 발룬은 제 1 발룬이며, 상기 제 1 발룬은 상기 제 1 루프부 및 상기 제 3 루프부 내에 배치된 제 2 발룬을 포함하는 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
상기 권선 도체들의 제 1 세트는 상기 제 1 루프부와 상기 제 2 루프부 사이에 배치된 전도성 교차부들(conductive cross portions)의 제 1 세트를 포함하며, 상기 전도성 교차부들의 제 1 세트는 상기 제 1 루프부와 상기 제 2 루프부를 전도적으로 연결(link)하는 것을 특징으로 하는 발룬.
제 2 항에 있어서,
상기 권선 도체들의 제 2 세트는 상기 제 3 루프부와 상기 제 4 루프부 사이에 배치된 전도성 교차부들의 제 2 세트를 포함하며, 상기 전도성 교차부들의 제 2 세트는 상기 제 3 루프부와 상기 제 4 루프부를 전도적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
상기 권선 도체들의 제 1 세트는 상기 제 1 루프부와 상기 제 2 루프부 사이에 배치된 전도성 비-교차부들(conductive un-crossing portions)의 제 1 세트를 포함하며, 상기 전도성 비-교차부들의 제 1 세트는 상기 제 1 루프부와 상기 제 2 루프부를 전도적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 발룬.
제 4 항에 있어서,
상기 권선 도체들의 제 2 세트는 상기 제 3 루프부와 상기 제 4 루프부 사이에 배치된 전도성 비-교차부들의 제 2 세트를 포함하며, 상기 전도성 비-교차부들의 제 2 세트는 상기 제 3 루프부와 상기 제 4 루프부를 전도적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
상기 권선 도체들의 제 1 세트가 상기 권선 도체들의 제 2 세트 위에 스택(stack)되는 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
상기 권선 도체들의 제 1 세트의 상기 제 1 루프부 및 상기 제 2 루프부가 상기 권선 도체들의 제 2 세트의 상기 제 3 루프부 및 상기 제 4 루프부와 인터리브(interleave)되는 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
상기 권선 도체들의 제 1 세트의 상기 제 1 루프부 및 상기 제 2 루프부는 상기 권선 도체들의 제 2 세트의 상기 제 1 루프부 및 상기 제 2 루프부와 스택되고 및 인터리브되는 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
상기 권선 도체들의 제 1 세트 내의 권선 도체들의 수는 상기 권선 도체들의 제 2 세트 내의 권선 도체들의 수와 일치(match)하지 않는 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
제 3 발룬이 상기 제 2 루프부 및 상기 제 4 루프부 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 루프부, 상기 제 2 루프부, 상기 제 3 루프부, 및 상기 제 4 루프부 각각은 실질적으로(substantially) 원형인 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 루프부, 상기 제 2 루프부, 상기 제 3 루프부, 및 상기 제 4 루프부 각각은 실질적으로 타원형인 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 루프부, 상기 제 2 루프부, 상기 제 3 루프부, 및 상기 제 4 루프부 각각은 실질적으로 직사각형인 것을 특징으로 하는 발룬.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 루프부, 상기 제 2 루프부, 상기 제 3 루프부, 및 상기 제 4 루프부 각각은 실질적으로 선형인 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 발룬.
삭제
발룬 동작 방법으로서,
권선 도체들의 제 1 세트에 전류를 전달하는(direct) 단계, 상기 권선 도체들의 제 1 세트는 제 1 루프부 및 제 2 루프부를 포함하고, 제 1 루프부는 상기 제 2 루프부와 함께 제 1 팔자형 구조를 형성하고, 그리고 상기 제 1 및 제 2 루프부는 비동심원이며;
상기 권선 도체들의 제 1 세트를 통해 전달된 상기 전류로부터, 권선 도체들의 제 2 세트 내에 전류를 유도하는 단계,상기 권선 도체들의 제 2 세트는 제 3 루프부 및 제 4 루프부를 포함하고, 제 3 루프부는 상기 제 4 루프부와 함께 제 2 팔자형 구조를 형성하고, 그리고 상기 제 3 및 제 4 루프부는 비동심원이며;
상기 권선 도체들의 제 1 세트를 통해 전달된 상기 전류로부터, 상기 권선 도체들의 제 1 세트의 상기 제 1 팔자형 구조의 상기 제 1 루프부 내에 제 1 자기장을 확립(establish)하는 단계;
상기 권선 도체들의 제 1 세트를 통해 전달된 상기 전류로부터, 상기 권선 도체들의 제 1 세트의 상기 제 1 팔자형 구조의 상기 제 2 루프부 내에 제 2 자기장을 확립하는 단계, 상기 제 1 자기장은 상기 제 2 자기장에 반대로 지향되며(direted oppositely), 상기 발룬은 제 1 발룬이며; 그리고
상기 제 1 루프부 및 상기 제 3 루프부 내에 배치된 제 2 발룬을 배치하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 발룬 동작 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 권선 도체들의 제 2 세트를 통해 전달된 상기 유도된 전류로부터 상기 권선 도체들의 제 2 세트의 상기 제 2 팔자형 구조의 상기 제 3 루프부 내에 제 3 자기장을 확립하는 단계; 및
상기 권선 도체들의 제 2 세트를 통해 전달된 상기 유도된 전류로부터 상기 권선 도체들의 제 2 세트의 상기 제 2 팔자형 구조의 상기 제 4 루프부 내에 제 4 자기장을 확립하는 단계를 더 포함하며,
상기 제 3 자기장은 상기 제 4 자기장에 반대로 지향되는 것을 특징으로 하는 발룬 동작 방법.
완전-차동 전력 증폭기(fully-differential power amplifier)로서,
제 1 인덕터 및 제 2 인덕터를 포함하는 제 1 전력 증폭기 코어(power amplifier core), 여기서 AC 신호는 상기 제 1 인덕터 및 상기 제 2 인덕터를 가로질러(across) 전달될 수 있으며;
제 3 인덕터 및 제 4 인덕터를 포함하는 제 2 전력 증폭기 코어, 여기서 AC 신호는 상기 제 3 인덕터 및 상기 제 4 인덕터를 가로질러 전달될 수 있으며; 그리고
i) 제 1 루프부, 및 ii) 상기 1 루프부에 전도적으로 결합된 제 2 루프부를 갖는 권선 도체들의 세트를 포함하는 발룬을 포함하여 구성되며,
상기 제 1 루프부 및 상기 제 2 루프부는 비동심원이며 그리고 팔자형 구조를 형성하고,
상기 제 1 루프부는 상기 제 1 인덕터 및 상기 제 2 인덕터 각각을 상기 발룬에 유도적으로 결합하도록 구성되고,
상기 제 2 루프부는 상기 제 3 인덕터 및 상기 제 4 인덕터 각각을 상기 발룬에 유도적으로 결합하도록 구성되며, 그리고
상기 발룬은 제 1 발룬이며, 상기 제 1 발룬은 상기 제 1 루프부 및 상기 제 2 루프부 내에 배치된 제 2 발룬을 포함하는 것을 특징으로 하는 완전-차동 전력 증폭기.
제 18 항에 있어서,
상기 발룬에 결합된 안테나를 더 포함하며, 상기 안테나는 상기 발룬으로부터 상기 AC 신호를 수신하도록 구성된 것을 특징으로 하는 완전-차동 전력 증폭기.