KR102409689B1

KR102409689B1 - Rf 체인의 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102409689B1
Application number: KR1020190096947A
Authority: KR
Inventors: 송호진; 이승훈
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2022-06-16
Also published as: KR20210017540A

Abstract

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 측정 장치는, 제1 주파수의 성분 신호와 제2 주파수의 성분 신호를 포함하는 테스트 신호를 생성하는 신호 발생기와, 상기 생성된 테스트 신호를 적어도 하나의 회로 소자를 포함하는 RF(radio frequency) 체인에 입력하고, 상기 적어도 하나의 회로 소자 중 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호(coupled signal) 및 상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호에 기반하여 생성된 신호들을 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드, 제2 다이오드 및 제3 다이오드의 출력 신호들을 검출하고, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호, 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호 및 상기 제2 다이오드의 출력 신호에 기반하여, 상기 회로 소자에 대한 S-파라미터를 측정하는 측정 제어부를 포함한다. 상기 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호는, 제1 전력 분배기에 의해 상기 제1 다이오드의 입력 신호 및 제1 입력 신호로 분배되고, 상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호는, 제2 전력 분배기에 의해 상기 제3 다이오드의 입력 신호 및 제2 입력 신호로 분배되고, 상기 제2 다이오드의 입력 신호는, 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호에 기반하여 전력 결합기에 의해 생성된 결합 신호이고, 상기 제3 주파수는, 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 차이일 수 있다.

Description

RF 체인의 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING CHARETERISTIC OF RADIO FREQUENCY CHAIN}

본 개시(disclosure)는 RF(radio frequency) 체인의 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RF 체인에 포함된 회로 소자들의 전기적인 특성을 측정 및 회로 소자 값을 조절하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신에 있어 RF(radio frequency) 체인은 중간 주파수 신호를 무선 주파수 신호로 변환하고, 신호의 진폭을 증폭시킨 후, 증폭된 신호를 안테나를 통해 송신할 수 있다. 최근 고주파 대역에서 빔포밍(beam forming) 기술을 이용하여 신호를 전송하는 것이 고려됨에 따라, 각 통신 장치에 포함된 RF 체인들의 수가 증가하고, RF 체인의 회로 소자들은 고주파 대역에서 동작하도록 설정될 수 있다. RF 체인이 정상적으로 동작하기 위해, RF 체인의 각 회로 소자의 전기적인 특성을 측정하여, 회로 소자의 값이 적절하게 조절될 것이 요구된다.

따라서, 다양한 실시 예들은 RF(radio frequency) 체인의 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 RF 체인 및 RF 체인에 포함된 회로 소자들의 전기적인 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 복수의 주파수 성분 신호들을 포함하는 테스트 신호(예: 2-톤 테스트 신호)를 이용하여 회로 소자의 S-파라미터의 크기 및 응답 속도를 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 S-파라미터에 기반하여 자가 보정(self-calibration)을 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 측정 장치의 동작 방법은, 제1 주파수의 성분 신호와 제2 주파수의 성분 신호를 포함하는 테스트 신호를 생성하는 과정과, 상기 생성된 테스트 신호를 적어도 하나의 회로 소자를 포함하는 RF(radio frequency) 체인에 입력하는 과정과, 상기 적어도 하나의 회로 소자 중 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호(coupled signal) 및 상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호에 기반하여 생성된 신호들을 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드, 제2 다이오드 및 제3 다이오드의 출력 신호들을 검출하는 과정과, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호, 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호 및 상기 제2 다이오드의 출력 신호에 기반하여, 상기 회로 소자에 대한 S-파라미터를 측정하는 과정을 포함한다. 상기 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호는, 제1 전력 분배기에 의해 상기 제1 다이오드의 입력 신호 및 제1 입력 신호로 분배되고, 상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호는, 제2 전력 분배기에 의해 상기 제3 다이오드의 입력 신호 및 제2 입력 신호로 분배되고, 상기 제2 다이오드의 입력 신호는, 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호에 기반하여 전력 결합기에 의해 생성된 결합 신호이고, 상기 제3 주파수는, 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 차이일 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 다이오드의 상호 변조 현상을 이용함으로써, 밀리미터파 대역에서 동작하는 개별 회로의 전기적인 특성(예: S-파라미터)를 저주파수 대역에서 측정할 수 있게 한다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 고주파 대역에서 동작하는 회로의 측정에 필요한 기능들이 칩 내 포함될 수 있고, 측정 및 검사에서 요구되는 비용이 획기적으로 줄어들 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 측정 회로가 MIMO(multiple input, multiple output) 안테나 시스템을 설계하는데 있어 사용될 경우, 채널 마다 프로브를 이용한 검사가 요구되지 않기 때문에, 측정 및 검사에 요구되는 시간이 획기적으로 줄어들 수 있다. 또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면 복수의 채널들이 동시에 측정될 수 있기 때문에, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 측정 장치 및/또는 방법은 채널 사이의 상대 오차를 줄이기 위한 자가 보정 기능으로도 활용될 수 있다. 예를 들어, 채널 사이의 상대 오차를 줄임으로써, 정확하고 정교한 아날로그 빔포밍 및/또는 빔추적이 가능해지고, 밀리미터파 응용 시스템이 가지고 있는 성능의 불균일성 문제가 해소될 수 있다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 다양한 실시 예들에 따른 측정 장치의 구성을 도시한다.
도 2는 다양한 실시 예들에서 RF(radio frequency) 체인에서 회로 소자의 특성을 측정 및 제어하기 위한 구성들의 예를 도시한다.
도 3은 다양한 실시 예들에 따라 RF 체인에서 회로 소자들의 특성을 측정하기 위한 구성들의 예를 도시한다.
도 4는 다양한 실시 예들에 따른 측정 장치의 흐름도를 도시한다.
도 5는 다양한 실시 예들에 따라 2-톤 테스트 신호를 이용하여 RF 체인의 전기적인 특성을 측정하기 위한 구성들의 예를 도시한다.
도 6은 다양한 실시 예들에 따라 RF 체인의 전기적인 특성을 측정하기 위한 시뮬레이션 회로를 도시한다.
도 7은 다양한 실시 예들에 따라 자가 보정(self-calibration)을 위한 회로 구조를 도시한다.
도 8은 다양한 실시 예들에 따라 2-톤 테스트 신호를 이용하여 회로 소자의 S-파라미터를 측정하기 위한 구성들의 예를 도시한다.
도 9는 다양한 실시 예들에 따라 대역 통과 필터(band pass filter, BPF)를 이용하여 회로 소자의 S-파라미터를 측정하기 위한 구성들의 예를 도시한다.
도 10은 다양한 실시 예들에 따라 BPF를 이용하여 RF 체인의 전기적인 특성을 측정하기 위한 시뮬레이션 회로를 도시한다.

본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.

이하 본 개시는 RF(radio frequency) 체인의 특성을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 RF 체인들 각각에 포함된 회로 소자들의 특성을 측정하고, 회로 소자 값을 조절하기 위한 기술을 설명한다.

본 개시의 다양한 실시 예들은 RF 회로(예: 배열 안테나 기반 아날로그 빔 포밍 송신기 및 수신기를 활용하는 RF 회로)를 활용하는 분야 및 RF 회로를 운용하는 방법에 적용될 수 있다.

이하 설명에서 사용되는 신호를 지칭하는 용어, 회로 소자(circuit element)들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.

도 1은 다양한 실시 예들에 따른 측정 장치의 구성을 도시한다. 도 1에 예시된 구성은 측정 장치 100의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '~부', '~기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1을 참고하면, 측정 장치는 통신부 110, 저장부 120, 제어부 130를 포함한다.

통신부 110은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 통신부 110은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 통신부 110은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부 110은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 통신부 110은 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 통신부 110은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 혼합기, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다.

또한, 통신부 110은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 110은 다수의 안테나 요소들로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 통신부 110은 디지털 회로 및 아날로그 회로(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))로 구성될 수 있다. 여기서, 디지털 회로 및 아날로그 회로는 하나의 패키지로 구현될 수 있다. 또한, 통신부 110은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 110은 빔포밍을 수행할 수 있다.

통신부 110은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 110의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부 110에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.

다양한 실시 예들에서, 통신부 110은 테스트 회로 111을 포함할 수 있다. 테스트 회로 111은 통신부 110에 포함된 적어도 하나의 칩 내 집적(built-in)될 수 있다. 예를 들어, 테스트 회로 111은 적어도 하나의 집적 테스터(built-in tester)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 집적 테스터는 테스터, 집적 테스터 회로, 집적 자가 테스터(built-in self tester), 또는 집적 자가 테스터 회로로 지칭될 수도 있다. 각 집적 테스터는 커플러(coupler)(들), 다이오드(diode)(들), 저항(들), 전력 분배기(power divider)(들), 또는 전력 결합기(power combiner)(들) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 통신부 110의 각 RF 체인은 복수의 회로 소자들(예: 증폭기(amplifier), 위상 변환기(phase shifter), 혼합기(mixer) 및/또는 국부 발진기(local oscillator))을 포함할 수 있고, 각 회로 소자는 두 개의 테스터들 사이에 배치될 수 있다. 두 개의 테스터들은 그들 사이에 배치된 각 회로 소자의 입력 단과 출력 단의 특성과 관련된 신호를 측정하고, 측정 결과를 측정 제어부 131로 전달할 수 있다. 본 개시에서, 용어 'RF 체인'은 '채널(channel)' 또는 '모듈(module)'과 상호 교환적으로 사용될 수 있다.

저장부 120은 측정 장치의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 120은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 120은 제어부 130의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

제어부 130은 측정 장치의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 130은 통신부 110를 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부 130은 저장부 120에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부 130은 통신 규격에서 요구하는 프로토톨 스택의 기능들을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부 130은 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 통신부 110의 일부 및 제어부 130은 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다.

다양한 실시 예들에 따라, 제어부 130은 측정 제어부 131 및 신호 발생기 133을 포함할 수 있다. 도시되지 아니하였으나, 측정 제어부 131은 테스트 회로 111로부터의 측정 결과를 검출하는 검출부(detector)(예: 검출부 730)와, 검출부로부터 측정 결과를 수신하고, 측정 결과에 기반하여 각 회로 소자의 전기적인 특성을 결정하고, 측정된 전기적인 특성에 기반하여 각 회로 소자에 대한 제어 값을 생성하는 디지털 제어부(digital controller)(예: 디지털 제어부 750)와, 제어 값을 각 회로 소자에 적용하기 위해 각 회로 소자로 제어 값을 전달하는 SPI(serial peripheral interface)(예: SPI 740) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 측정 장치(예: 측정 장치 100)는 무선 통신 시스템에서 무선 통신을 수행하는 객체(entity)일 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는 단말 또는 기지국일 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 기지국은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '지노드비(gNodeB, gNB)', '5G 노드(5th generation node)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 또한, 단말은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', 또는 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 측정 장치(예: 측정 장치 100)는 무선 통신 시스템에서 무선 통신을 수행하는 객체와 별개(separate)일 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는 단말 및/또는 기지국의 RF 칩을 생산하는 공장에서 회로 소자를 캘리브레이션(calibration)하기 위한 장치일 수 있다. 이 경우, 측정 장치는 통신부 110 또는 저장부 120 중 적어도 하나를 포함하지 아니할 수 있다.

다양한 실시 예들에 따라, 제어부 130은 측정 장치가 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.

이하, RF 체인의 특성을 측정하기 위한 다양한 기술들이 설명된다. 다양한 실시 예들에서, RF 체인의 특성을 측정하는 것은 RF 체인에 포함된 개별 회로 소자들의 전기적인 특성을 측정하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, RF 체인의 특성은 프로브 스테이션(probe station)을 이용하여 측정될 수 있다. 프로브 스테이션에 기반한 측정 기술에 따르면, 칩의 전기적인 특성은 반도체 칩이나 보드에 있는 패드에 프로브를 접촉함으로써 식별될 수 있다. 프로브 스테이션에 기반한 측정 기술에 따르면, 칩의 전기적인 특성은 측정 기준면과 가까운 위치에서 측정되므로, 회로(예: 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 회로)의 전기적인 특성이 잘 측정될 수 있다. 프로브 스테이션에 기반한 측정 기술은 5G(5^th generation) 시스템(또는, NR(new radio) 시스템)과 같이 위상 배열 안테나 기반 시스템의 전기적인 특성을 식별하는데 있어서 다수의 프로브들을 이용하여 채널 간 누화(crosstalk)까지 측정할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 프로브 스테이션에 기반한 측정 기술은 회로 소자들간 간섭으로 인해 정교한 측정을 보장하지 못할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, RF 체인의 특성은 루프-백(loop-back) 구조에 기반한 측정 기술에 의해 측정될 수 있다. 루프-백 구조에 기반한 측정 기술에 따르면, RF 체인의 전기적인 특성은, 송신기의 RF 체인 및 수신기의 RF 체인을 직접 연결함으로써 형성되고, 중간 주파수단에서 밀리미터파 대역에서 동작하는 송신기 및 수신기의 RF 체인을 거쳐 다시 중간 주파수단으로 되돌아오는 루프-백 구조에 기반하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 루프-백 구조에 기반한 측정 기술에 따르면, RF 체인의 전기적인 특성은, 칩 셋에 내장된 DAC(digital to analog converter)/ADC(analog to digital converter)를 이용하여 주파수를 제어하고, 루프-백된 신호의 벡터 양을 확인함으로써 측정될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, RF 체인의 특성은 VNA(vector network analyzer) 구조에 기반한 측정 기술에 의해 측정될 수 있다. VNA 구조에 따르면, RF 체인의 측정을 위해 별도의 측정 회로가 RF 체인에 집적될 수 있다. VNA 구조에 기반한 측정 기술에 따르면, 저전력 발진기(oscillator)로부터의 테스트 신호는 커플러를 통해 송신기 또는 수신기의 입력 단으로 전달되고, 복수의 RF 스위치들을 이용하여 측정 대상 RF 체인에만 통과될 수 있다. 나아가, RF 체인의 특성(예: 회로의 진폭 및/또는 위상 특성)은 측정 대상 RF 체인에 통과된 신호를 I/Q 수신기를 이용하여 측정함으로써 확인될 수 있다.

상술한 것과 같이, 프로브 스테이션에 기반한 측정 기술은 외부 측정 장치를 이용하여 측정 대상 RF 체인을 측정하기 위한 기술이다. 프로브 스테이션에 기반한 측정 기술을 적용하기 위해, 측정 대상 RF 체인에서 프로브 패드가 배치될 것이 요구되고, 외부 측정 장치의 말단 전극에 해당하는 프로브를 프로브 패드에 정확하게 접촉시킬 것이 요구된다. 또한, 프로브 스테이션에 기반한 측정 기술에 따르면 다수의 프로브들을 이용하여 채널 간 누화를 측정하는 것이 가능하지만, 회로 소자들간 간섭으로 인해 정교한 측정이 어려울 수 있다. 단일 프로브를 이용하여 각 채널에 대해 개별 측정이 수행되는 경우, 프로브 스테이션에 기반한 측정 기술은 채널 간 누화 특성을 측정하는 것이 어렵다는 기술적 한계를 가진다. 또한, 프로브 스테이션에 기반한 측정을 위해 반복적인 측정이 수행될 경우, 반복 측정에 따른 생산성 열화 등 시간적인 손실이 크게 발생할 수 있다. 나아가, 5G와 같은 밀리미터파 대역의 시스템에서는 프로브 스테이션에 기반한 측정을 위해 고성능 초고주파 네트워크 분석기, 프로브, 케이블과 같이 내구성이 떨어지면서 고가인 장비 및/또는 설비가 필요할 수 있다.

상술한 것과 같이, 루프-백 구조에 기반한 측정 기술은 저주파로 동작하는 저가의 프로브 장치가 중간 주파수의 테스트 신호를 칩 내부로 입력하고, 루프-백 구조로 연결된 송신기 및 수신기 전체의 전기적인 특성을 확인하는 동작들을 포함할 수 있다. 여기에서, 중간 주파수의 테스트 신호는 루프 구조의 송신기 및 수신기 내부에서 주파수 변환기에 의해 밀리미터파 대역으로 변환될 수 있다. 그러나, 루프-백 구조에 기반한 측정 기술은 송신기 및 수신기에 포함된 저잡음 증폭기(low noise amplifier, LNA), 혼합기, 필터와 같은 개별적인 회로 소자의 전기적인 특성을 식별하는 것이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 송신기의 증폭기 출력이 루프-백 구조에 따라 수신기의 LNA에 바로 입력될 경우, 높은 전력을 가진 신호가 LNA로 입력되기 때문에, 측정 결과가 왜곡될 수 있다.

상술한 것과 같이, VNA 구조에 기반한 측정 기술은 송신기 또는 수신기의 개별 소자를 측정하기 위해 외부 측정 장치의 기능을 수행할 수 있는 테스트 회로를 측정 대상 RF 체인의 내부에 집적시키고, 테스트 회로를 이용하여 RF 체인의 전기적인 특성을 측정할 수 있게 한다. 그러나, 칩 내 포함된 테스트 회로를 이용하여 다수의 측정 대상 RF 체인 또는 회로 소자들을 측정하기 위해, 각 기준면에 복수의 RF 스위치들이 필요할 수 있다. 따라서, 회로 전체의 복잡도가 증가할 수 있고, 송신기 및/또는 수신기에 포함된 저잡음 증폭기, 혼합기, 필터와 같은 개별적인 회로 소자의 정확한 특성을 식별하는 것이 어려울 수 있다. 특히, 위상 배열 안테나에서 테스트 회로를 공유하기 위해 사용되는 RF 스위치들간의 특성 편차와, 길어진 전송 선로로 인해 측정 불확정성이 증가할 수 있다.

따라서, 본 개시의 다양한 실시 예들은 RF 체인의 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 RF 체인에 포함된 회로 소자들의 전기적인 특성을 측정하고, 회로 소자 값을 조절하는 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 밀리미터파 대역에서 동작하는 송신기 및/또는 수신기에 포함된 회로의 자가 검사를 위한 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 자가 검사 기능을 이용하여 송신기 또는 수신기에 포함된 개별 회로 소자의 전기적인 특성을 측정하고, 측정된 특성에 기반하여 도출된 결함(defect) 및/또는 에러를 자가 캘리브레이션하기 위한 칩 내 집적 회로 및 그 운용 방법을 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 위상 배열 안테나에서 다수의 RF 체인들을 일괄적으로 측정하고, RF 체인들간 성능 편차를 측정하고, RF 체인들간 누화를 측정하여 전체 시스템 성능을 개선하기 위한 자가 캐리브레이션 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 테스트 신호를 회로의 기준면에서 바로 측정하는 프로브 스테이션 기술의 장점과, 저주파 대역의 신호를 루프-백 구조를 통해 전송하고 수신하는 동작을 이용하여 각 회로 소자에 대해 S-파라미터를 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 측정 대상 송신기 및/또는 수신기의 개별 회로 특성을 외부에서 입력되는 저주파 테스트 신호(예: 2-톤 테스트 신호, 펄스)를 이용하여 측정하기 위한, 칩 내 집적된 테스터(built-in tester, BiT, 예: 결합선로 커플러, 다이오드를 포함함) 및 그 운용 방법을 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 밀리미터파 대역에서 동작하는 개별 회로 소자의 S-파라미터를 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 각 회로 소자 또는 RF 체인의 특성을 측정하고, 회로 소자 값의 오차 또는 RF 체인간 오차를 측정하고, 오차를 제거하여 RF 송수신기가 적절히 동작하기 위한 자가 캘리브레이션(calibration) 방법 및 장치를 제공한다.

또한, 다양한 실시 예들은 BiT 기술 기반의 송신기 또는 수신기 칩을 포함하는 배열 안테나 시스템에서 안테나 빔 패턴을 자가 검사하고, 자가 검사의 결과에 따라 빔 패턴을 캘리브레이션하는 방법 및 장치를 제공한다.

도 2는 다양한 실시 예들에서 RF 체인에서 회로 소자의 특성을 측정 및 제어하기 위한 구성들의 예를 도시한다.

도 2를 참고하면, RF 체인 210은 증폭기 215와 테스터를 포함할 수 있고, 테스터는 커플러 211, 213, 다이오드 217, 221, 및 저항 219, 223을 포함할 수 있다. 커플러 211은 증폭기 215의 출력 단과, 다이오드 217의 양극과, 저항 219에 연결될 수 있다. 커플러 213은 증폭기 215의 입력 단과, 다이오드 221의 양극과, 저항 223에 연결될 수 있다. 다이오드 217 및 다이오드 221의 음극은 VLSI(very large scale integration) 칩 테스터 230에 연결될 수 있고, 저항 219 및 223은 그라운드(ground)에 연결될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, RF 체인 210은 통신부 110에 포함될 수 있고, 테스터는 테스트 회로 111에 포함될 수 있다.

VLSI 칩 테스터 230은 테스트 신호를 생성하여, 테스트 신호를 RF 체인 210에 입력할 수 있다. 예를 들어, 테스트 신호는 커플러 213에 입력될 수 있다. VLSI 칩 테스터 230은 증폭기 215에 바이어스 전류 또는 바이어스 전압을 제공할 수 있고, 증폭기 215를 조절하기 위한 제어 신호를 전달할 수 있다. 또한, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 217 및 다이오드 221로부터 측정 신호를 수신하고, 측정 신호에 기반하여 증폭기 215의 전기적인 특성을 측정할 수 있다. 나아가, VLSI 칩 테스터 230은 측정된 증폭기 215의 전기적인 특성에 기반하여 증폭기 215를 조절하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, VLSI 칩 테스터 230은 측정 제어부 131과 신호 발생기 133을 포함할 수 있고, 제어부 130에 포함될 수 있다.

일반적으로, 다이오드(예: 다이오드 217 및 다이오드 221)는 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 할 수 있다. 예를 들어, 다이오드는 교류를 직류로 전환하는 전원 장치, 발광 다이오드에 사용될 수 있다. 나아가, 다이오드는 불평형 혼합기(unbalanced mixer)를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 다이오드는 다이오드의 양극으로 입력된 신호들의 주파수들의 합에 해당하는 주파수를 가지는 신호와, 주파수들의 차에 해당하는 주파수를 가지는 신호를 음극으로 출력할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 입력된 신호들의 주파수들의 합에 해당하는 주파수를 가지는 신호와, 주파수들의 차에 해당하는 주파수를 가지는 신호를 출력하는 것은 '상호 변조(inter-modulation)'로 지칭될 수 있다. 다시 말해서, 다이오드에 의해 입력 신호들의 상호 변조가 수행될 수 있다.

결합선로 커플러(coupled-line directional coupler)(예: 커플러 211, 213)는 개별 회로 소자의 입력 단에 연결되어 입력 신호를 추출하거나, 개별 회로 소자의 출력 단에 연결되어 출력 신호를 추출하는데 사용될 수 있다. 커플러에 의해 추출된 고주파의 입력 신호가 다이오드를 통과할 경우 상호 변조에 의해 저주파의 입력 신호가 획득될 수 있고, 커플러에 의해 추출된 고주파의 출력 신호가 다이오드를 통과할 경우 상호 변조에 의해 저주파의 출력 신호가 획득될 수 있다. 따라서, 저주파 대역에서 동작하는 VLSI 칩 테스터는 획득된 저주파 신호들에 기반하여 고주파에서 동작하는 개별 회로 소자의 전기적인 특성을 측정할 수 있다.

상술한 것과 같이, 본 개시의 다양한 실시 예들은, 상호 변조에 기반하여, 고주파 대역(예: 밀리미터파 대역)에서 동작하는 개별 회로 소자의 S-파라미터를 저주파 대역(예: 10MHz-3.5GHz)에서 동작하는 측정 장치(예: VLSI 칩 테스터 230)가 측정할 수 있게 한다.

도 3은 다양한 실시 예들에 따라 RF 체인에서 회로 소자들의 특성을 측정하기 위한 구성들의 예를 도시한다.

도 3을 참고하면, RF 체인 210은 증폭기 319, 323, 혼합기 321, 국부 발진기(local oscillator, LO) 325와, 테스터를 포함할 수 있다. 테스터는 커플러 311, 313, 315, 317, 다이오드들 327, 331, 335, 339, 저항들 329, 333, 337, 341을 포함할 수 있다. 커플러 311은 증폭기 319의 출력 단과, 다이오드 327의 양극과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 329의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 커플러 313은 증폭기 319의 입력 단과, 혼합기 321의 출력 단과, 다이오드 331의 양극과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 333의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 커플러 315는 혼합기 321의 입력 단과, 증폭기 323의 출력 단과, 다이오드 335의 양극과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 337의 다른 쪽과 연결될 수 있다. 커플러 317은 증폭기 323의 입력 단과, 다이오드 339의 양극과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 341의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 혼합기 321은 LO 325에 연결될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, RF 체인 210은 통신부 110에 포함될 수 있고, 테스터는 테스트 회로 111에 포함될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 커플러는 방향성을 가지지는 않는 저항성(resistive) 또는 용량성(capacitive) 커플러와, 높은 방향성을 가지는 결합선로 커플러를 포함할 수 있고, 결합선로 커플러는 단방향 결합선로 커플러와 양방향 결합선로 커플러를 포함할 수 있다. 개별 회로 소자의 입력 단과 출력 단에 각각 결합선로 커플러가 배치될 경우, 각 결합선로 커플러는 개별 회로 소자의 입력 신호 또는 출력 신호를 추출할 수 있다. 여기에서, 단방향 결합선로 커플러는 한쪽 방향의 신호만을 추출할 수 있으므로, 단방향 결합선로 커플러에 기반하여 회로 소자에 대한 삽입 손실(insertion loss)이 식별될 수 있다. 반면, 양방향 결합선로 커플러는 양쪽 방향의 신호들을 추출할 수 있으므로, 양방향 결합선로 커플러에 기반하여 회로 소자에 대한 삽입 손실뿐만 아니라 반사 손실(return loss)까지 식별될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에서 사용되는 커플러들(예: 커플러 311, 313, 315, 317)은 단방향 결합선로 커플러 또는 양방향 결합선로 커플러일 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 다이오드(예: 다이오드들 327, 331, 335, 339)는 RF 혼합기를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 다이오드는 RF 혼합기로써 기능하여 높은 주파수의 신호로부터 낮은 주파수의 신호를 생성할 수 있다. 도시된 것과 같이 결합선로 커플러 주변에 설계(design)될 수 있으므로, 측정 기준면에서 커플러로부터 전달된 신호를 바로 측정할 수 있고, 따라서 전체 배선 길이가 짧아질 수 있다는 효과가 있다. 또한, 다이오드는 별도의 전원 없이 동작할 수 있기 때문에, 높은 주파수의 신호로부터 낮은 주파수의 신호를 생성하기 위한 전력이 줄어들 수 있다.

VLSI 칩 테스터 230은 측정 제어부 131과, 신호 발생기 133을 포함할 수 있다. 신호 발생기 133은 2-톤 테스트 신호(예를 들어, 각각이 주파수 f₁, f₂를 가지는 코사인 파형의 두 개의 테스트 신호들을 포함)을 생성할 수 있고, 생성된 2-톤 테스트 신호를 RF 체인 210(예: 커플러 317)에 입력할 수 있다. 커플러 317에 입력된 2-톤 테스트 신호의 일부는 다이오드 339로 출력되고, 일부는 증폭기 323의 입력 단으로 출력되어 증폭기 323의 입력 신호가 될 수 있다. 다이오드 339로 출력된 2-톤 테스트 신호 성분은 다이오드 339에 의해 상호 변조되어 (f₁-f₂)의 주파수를 가지는 신호와 (f₁+f₂)의 주파수를 가지는 신호를 생성할 수 있고, VLSI 칩 테스터 230의 측정 제어부 131은 상호 변조된 신호들 중 (f₁-f₂)의 주파수를 가지는 신호를 추출할 수 있다. 예를 들어, VLSI 칩 테스터 230의 측정 제어부 131은 LPF(low pass filter) 또는 BPF(band pass filter)를 이용하여 상호 변조된 신호들 중 (f₁-f₂)의 주파수를 가지는 신호를 추출할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 결합선로 커플러(예: 커플러 311, 313, 315, 317)는 회로 소자의 입력 신호 또는 출력 신호를 왜곡시키지 않으면서 전력을 다이오드로 추출할 수 있고, 다이오드를 통과한 신호들 중 (f₁-f₂)의 주파수를 가지는 신호는 입력 신호 또는 출력 신호의 특성을 반영할 수 있다. 따라서, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 339의 출력 단에서 증폭기 323의 입력 신호에 대응하는 (f₁-f₂) 신호를 획득할 수 있고, 유사한 방법으로, 다이오드 335의 출력 단에서 증폭기 323의 출력 신호 또는 혼합기 315의 입력 신호에 대응하는 (f₁-f₂) 신호와, 다이오드 331의 출력 단에서 혼합기 315의 출력 신호 또는 증폭기 319의 입력 신호에 대응하는 (f₁-f₂) 신호와, 다이오드 327의 출력 단에서 증폭기 319의 출력 신호에 대응하는 (f₁-f₂) 신호를 획득할 수 있다. 본 개시에서, (f₁-f₂) 신호는 (f₁-f₂)의 주파수를 가지는 신호를 의미한다.

다양한 실시 예들에서, VLSI 칩 테스터 230(의 측정 제어부 131)은 다이오드의 출력 단에서 획득된 (f₁-f₂) 신호들을 이용하여 개별 회로 소자의 전기적인 특성(예: S-파라미터)을 측정할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, S-파라미터는 입력 신호와 출력 신호의 전달 함수(transfer function)와 관련된 파라미터로, 입력 신호와 출력 신호의 진폭 변화량, 위상 차 및/또는 응답 속도를 포함할 수 있다. 예를 들어, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 339로부터의 (f₁-f₂) 신호와, 다이오드 335로부터의 (f₁-f₂) 신호에 기반하여, 증폭기 323의 S-파라미터를 결정할 수 있다. 다른 예로, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 335로부터의 (f₁-f₂) 신호와, 다이오드 331로부터의 (f₁-f₂) 신호에 기반하여, 혼합기 321의 S-파라미터를 결정할 수 있다. 다른 예로, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 331로부터의 (f₁-f₂) 신호와, 다이오드 327로부터의 (f₁-f₂) 신호에 기반하여, 증폭기 319의 S-파라미터를 결정할 수 있다.

도 4는 다양한 실시 예들에 따른 측정 장치의 흐름도를 도시한다. 도 4는 측정 장치 100의 동작 방법을 예시한다.

도 4를 참고하면, 401 단계에서, 측정 장치는 제1 주파수의 성분 신호와 제2 주파수의 성분 신호를 포함하는 테스트 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는 제1 주파수 f₁의 성분 신호와 제2 주파수 f₂의 성분 신호를 포함하는 테스트 신호(예: 2-톤 테스트 신호)를 생성할 수 있다.

403 단계에서, 측정 장치는 생성된 테스트 신호를 적어도 하나의 회로 소자를 포함하는 RF 체인에 입력할 수 있다. 측정 장치는 테스트 신호를 RF 체인에 입력하여, 제1 주파수의 성분 신호 및 제2 주파수의 성분 신호를 포함하는 신호가 RF 체인에 포함된 각 회로 소자를 통과하게 할 수 있다.

405 단계에서, 측정 장치는 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호 및 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호에 기반하여 생성된 신호들을 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드, 제2 다이오드 및 제3 다이오드의 출력 신호들을 검출할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 신호

에 대한 커플링된 신호

은

이 커플러의 출력 포트 및/또는 입력 포트에서 검출되는 경우에 커플러의 커플링 포트에서 검출되는 신호를 의미한다. 다양한 실시 예들에서, 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호는, 제1 전력 분배기에 의해 제1 다이오드의 입력 신호 및 제1 입력 신호로 분배되고, 회로 소자의 출력 신호에 대한 커플링된 신호는, 제2 전력 분배기에 의해 제3 다이오드의 입력 신호 및 제2 입력 신호로 분배되고, 제2 다이오드의 입력 신호는, 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호에 기반하여 전력 결합기에 의해 생성된 결합 신호일 수 있다.

407 단계에서, 측정 장치는 제1 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호, 제3 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호 및 제2 다이오드의 출력 신호에 기반하여, 회로 소자에 대한 S-파라미터를 측정할 수 있다. 여기에서, 제3 주파수는 제1 주파수와 제2 주파수의 차이일 수 있다. 다양한 실시 예들에서, S-파라미터는 S-파라미터의 크기와, S-파라미터의 위상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 측정 장치는 제1 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 크기 대비 제3 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 크기의 비율에 기반하여, 회로 소자에 대한 S-파라미터의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는 <수학식 22>에 따라 회로 소자에 대한 S-파라미터의 크기를 결정할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호는, 전력 결합기에 의해 결합되어 제2 다이오드의 입력 신호를 형성할 수 있다. 이 경우, 측정 장치는 제1 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 위상과, 제3 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 위상을 결정하고, 회로 소자에 대한 S-파라미터의 크기, 제1 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 위상 및 제3 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 위상에 기반하여, 제2 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 동위상 성분 신호의 크기 및 제3 주파수의 직각 위상 성분 신호의 크기의 비율을 결정하고, 제2 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 동위상 성분 신호의 크기 및 제3 주파수의 직각 위상 성분 신호의 크기의 비율에 기반하여, 회로 소자에 대한 S-파라미터의 위상을 결정할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는 <수학식 33> 및 <수학식 34>에 따라 제2 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 동위상 성분 신호 및 제3 주파수의 직각 위상 성분 신호를 획득할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 제1 입력 신호에서 제1 주파수의 성분 신호와, 제2 입력 신호에서 제2 주파수의 성분 신호는, 전력 결합기에 의해 결합되어 제2 다이오드의 입력 신호를 형성할 수 있다. 이 경우, 측정 장치는 제1 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 위상 또는 제3 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 위상을 결정하고, 제2 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 위상에서, 제1 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 위상 또는 제3 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분 신호의 위상을 감산함으로써, 회로 소자에 대한 S-파라미터의 위상을 결정할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는 <수학식 37>에 따라 회로 소자에 대한 S-파라미터의 위상을 결정할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 제1 입력 신호에서 제1 주파수의 성분 신호는, 제1 주파수의 신호를 통과(pass)시키고, 제2 주파수의 신호를 차단(reject)시키는 대역 통과 필터(band pass filter, BPF)에 의해 획득되고, 제2 입력 신호에서 제2 주파수의 성분 신호는, 제1 주파수의 신호를 차단시키고, 제2 주파수의 신호를 통과시키는 대역 통과 필터에 의해 획득될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 전력은, 제1 다이오드의 입력 신호의 전력 및 제1 입력 신호의 전력의 합이고, 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 전력은, 제3 다이오드의 입력 신호의 전력 및 제2 입력 신호의 전력의 합일 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 제1 다이오드, 상기 제2 다이오드 및 상기 제3 다이오드 각각은, 상기 제1 주파수의 성분 신호 및 상기 제2 주파수의 성분 신호를 상호 변조하여, 상기 제3 주파수의 성분 신호를 포함하는 출력 신호를 생성할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 측정 장치는 RF 체인을 더 포함할 수 있다. 다시 말해서, 측정 장치는 기지국과 단말과 같이 RF 체인을 포함하는 장치일 수 있다. 측정 장치는 자신의 RF 체인의 전기적인 특성을 측정할 수 있고, 측정 결과에 기반하여 RF 체인을 자가 보정(self-calibration)할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 측정 장치는 회로 소자에 대한 S-파라미터에 기반하여, 회로 소자의 캘리브레이션을 위한 적어도 하나의 비트 값을 조절할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는 회로 소자의 비트 값이 S-파라미터에 대응하도록 비트 값을 조절하여 회로 소자를 캘리브레이션 할 수 있다. 다른 예로, 측정 장치는 회로 소자의 비트 값을 S-파라미터에 대응하는 값으로 조절하여 회로 소자를 캘리브레이션 할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 제1 주파수 및 제2 주파수는, 밀리미터파 대역에서 주파수들이고, 제3 주파수는, 저주파 대역에서 주파수일 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수 f₁은 59.96GHz이고, 제2 주파수 f₂는 60.06GHz이고, 제3 주파수는 f₁-f₂=100MHz일 수 있다. 다른 예로, 제1 주파수 f₁은 69.95GHz이고, 제2 주파수 f₂는 70.05GHz이고, 제3 주파수는 f₁-f₂=100MHz일 수 있다. 상술한 주파수 값들은 예시적인 것이고, 다양한 변형이 가능하다.

도 5는 다양한 실시 예들에 따라 2-톤 테스트 신호를 이용하여 RF 체인의 전기적인 특성을 측정하기 위한 구성들의 예를 도시한다. 본 개시에서, RF 체인의 특성 또는 전기적인 특성을 측정하는 동작은, RF 체인을 구성하는 각 회로 소자의 특성 또는 전기적인 특성을 측정하는 동작을 포함할 수 있다.

도 5를 참고하면, RF 체인 210은 증폭기 521, 523, 혼합기 531, LO 541 및 테스터를 포함할 수 있다. 테스터는 커플러 511, 513, 515, 517, 다이오드들 551, 553, 555, 557, 및 저항들 561, 563, 565, 559를 포함할 수 있다. 커플러 511은 증폭기 521의 출력 단과, 다이오드 551의 양극과, 한쪽이 그라운드에 연결된 저항 561의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 커플러 513은 증폭기 521의 입력 단과, 혼합기 531의 출력 단과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 563의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 커플러 515는 혼합기 531의 입력 단과, 증폭기 523의 출력 단과, 다이오드 555의 양극과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 565의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 커플러 517은 증폭기 523의 입력 단과, 다이오드 557의 양극과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 559의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 혼합기 531은 LO 541연결될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, VLSI 칩 테스터 230의 신호 발생기 133은 RF 체인 210의 각 회로 소자에 대한 S-파라미터를 측정하기 위해 2-톤 테스트 신호를 RF 체인 210에 입력할 수 있다. S-파라미터의 측정 대상이 되는 회로 소자는 밀리미터파 대역에서 동작할 수 있으나, 동작 주파수가 밀리미터파 대역에만 한정되지는 아니한다. 여기에서, 2-톤 테스트 신호의 파형은 코사인 파형일 수 있고, 2톤 테스트 신호를 구성하는 신호들의 크기와 위상은 서로 동일할 수 있다. 2-톤 테스트 신호는 먼저 커플러 517로 입력될 수 있으며, 2-톤 테스트 신호

는 하기의 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

는 2-톤 테스트 신호,

은 2-톤 테스트 신호

의 복소 값,

,

는 신호의 각 주파수이고,

>

및

임이 가정된다.

커플러 517을 통과한 신호

은 하기와 같은 <수학식 2>를 만족할 수 있다:

여기에서, P(a)는 신호 a의 전력,

은 커플러 517을 통과한 신호 중 증폭기 523에 입력되는 신호,

은 커플러 517을 통과한 신호 중 다이오드 557에 입력되는 신호,

는 2-톤 테스트 신호이다. 또한,

이고,

일 수 있다. 여기서는 계산의 편의를 위해 커플러의 삽입손실이

0 dB와 비슷한 수준임이 가정된다.

유사하게, 커플러 517, 515, 513 또는 511을 통과한 신호

,

은 하기의 <수학식 3>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서, P(a)는 신호 a의 전력,

은 커플러 517, 511, 513 또는 515에 대한 입력 신호,

은 증폭기 521, 523 또는 혼합기 531의 S-파라미터,

은 커플러 517, 511, 513 또는 515의 출력 신호 중 다이오드로 입력되는 신호,

은 나머지 신호 성분을 의미한다. 2-톤 테스트 신호

는

으로 표현될 수 있고,

이고,

일 수 있다.

2-톤 테스트 신호

가 RF 체인 210에 입력될 경우, 각 회로 소자를 통과하거나 각 회로 소자에 반사된 신호

은 회로 소자의 전기적인 특성에 따라 하기의 <수학식 4>와 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

는 2-톤 테스트 신호

가 각 회로 소자에 의해 변화된 신호,

,

는 각 주파수,

은

에서

주파수 신호의 복소 값,

은

에서

신호의 복소 값,

는 시간 변수를 의미한다.

<수학식 4>에서,

,

는 각각 하기의 <수학식 5> 및 <수학식 6>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

는 2-톤 테스트 신호

가 각 회로 소자에 의해 변화된 신호

에서

주파수 신호의 복소 값,

은 2-톤 테스트 신호

의 복소 값,

은

주파수에서

의 크기 변화량,

은

주파수에서

의 위상 변화량을 의미한다.

여기에서,

는 2-톤 테스트 신호

가 각 회로 소자에 의해 변화된 신호

에서

주파수 신호의 복소 값,

은 2-톤 테스트 신호

의 복소 값,

은

주파수에서

의 크기 변화량,

은

주파수에서

의 위상 변화량을 의미한다.

따라서, 증폭기 523의 S-파라미터는 하기의 <수학식 7>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은 증폭기 523의 S-파라미터,

은

에서

에 대한 증폭기 523을 통과한 신호의 크기 변화량,

은

에서

에 대한 증폭기 523에 입력되는 신호의 크기 변화량,

는

에서

에 대한 증폭기 523을 통과한 신호의 위상 변화량,

은

에서

에 대한 증폭기 523에 입력되는 신호의 위상 변화량,

는

에서

에 대한 증폭기 523을 통과한 신호의 크기 변화량,

은

에서

에 대한 증폭기 523에 입력되는 신호의 크기 변화량,

는

에서

에 대한 증폭기 523을 통과한 신호의 위상 변화량,

은

에서

에 대한 증폭기 523에 입력되는 신호의 위상 변화량,

는

을 만족하는 주파수,

는

를 만족하는 주파수를 의미한다.

유사하게, 혼합기 531의 S-파라미터는 하기의 <수학식 8>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은 혼합기 531의 S-파라미터,

은

에서

에 대한 혼합기 531을 통과한 신호의 크기 변화량,

은

에서

에 대한 혼합기 531에 입력되는 신호의 크기 변화량,

는

에서

에 대한 혼합기 531을 통과한 신호의 위상 변화량,

은

에서

에 대한 혼합기 531에 입력되는 신호의 위상 변화량,

는

에서

에 대한 혼합기 531을 통과한 신호의 크기 변화량,

은

에서

에 대한 혼합기 531에 입력되는 신호의 크기 변화량,

는

에서

에 대한 혼합기 531을 통과한 신호의 위상 변화량,

은

에서

에 대한 혼합기 531에 입력되는 신호의 위상 변화량,

는

을 만족하는 주파수,

는

를 만족하는 주파수를 의미한다.

유사하게, 증폭기 521의 S-파라미터는 하기의 <수학식 9>와 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은 증폭기 521의 S-파라미터,

은

에서

에 대한 증폭기 521을 통과한 신호의 크기 변화량,

은

에서

에 대한 증폭기 521에 입력되는 신호의 크기 변화량,

는

에서

에 대한 증폭기 521을 통과한 신호의 위상 변화량,

은

에서

에 대한 증폭기 521에 입력되는 신호의 위상 변화량,

는

에서

에 대한 증폭기 521을 통과한 신호의 크기 변화량,

은

에서

에 대한 증폭기 521에 입력되는 신호의 크기 변화량,

는

에서

에 대한 증폭기 521을 통과한 신호의 위상 변화량,

은

에서

에 대한 증폭기 521에 입력되는 신호의 위상 변화량,

는

을 만족하는 주파수,

는

를 만족하는 주파수를 의미한다.

커플러를 통과한 신호에서 다이오드로 입력되는 신호 성분

은 커플러의 응답 속도와 결합 인자에 따라 하기의 <수학식 10>을 만족할 수 있다:

여기에서,

은 각 다이오드에 입력되는 신호,

,

는 각 주파수,

은

에서

주파수 신호의 복소 값,

은

에서

주파수 신호의 복소 값,

는 시간 변수를 의미한다.

<수학식 10>에서

,

는 각각 하기의 <수학식 11> 및 <수학식 12>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은 각 다이오드에 입력되는 신호

에서

주파수 신호의 복소 값,

은 다이오드에 연결된 커플러의 다른 포트에서 출력되는 신호에서

주파수 신호의 복소 값,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량을 의미한다.

여기에서,

은 각 다이오드에 입력되는 신호

에서

주파수 신호의 복소 값,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량을 의미한다.

한편, 각 다이오드의 전류-전압 특성은 하기와 같은 <수학식 13>을 만족할 수 있다:

여기에서, y는 다이오드의 출력 전류, x는 다이오드의 입력 전압, c는 보정 계수일 수 있다.

<수학식 13>의 매클로린 급수(Maclaurin series) 표현은 <수학식 14>와 같다:

따라서, 다이오드를 통과한 신호는 하기의 <수학식 15>와 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은 각 다이오드에 입력되는 신호(전압),

은 각 다이오드를 통과한 전류,

,

는 각주파수,

은

에서

주파수 신호의 복소 값,

은

에서

신호의 복소 값,

는 시간 변수, c는 다이오드의 보정 계수를 의미한다.

<수학식 15>에 따르면, 다이오드를 통과한 신호는 상호 변조 현상에 의해

및 다른 주파수 성분을 가진 신호들을 포함할 수 있다.

<수학식 10>과 <수학식 15>를 비교하면, 다이오드를 통과한 신호

의 각 주파수

신호의 복소 값

은, 다이오드를 통과하기 전의 신호

에서 각 주파수

신호의 복소 값

및 각 주파수

신호의 복소 값

의 곱으로 표현될 수 있다. 따라서, 다이오드를 통과한 신호 중 각 주파수

를 가지는 신호 성분을 이용하여, 각 회로 소자의 전기적인 특성(즉, S-파라미터)이 측정될 수 있다.

다이오드를 통과한 신호에서 각 주파수가

인 신호의 복소 값

은 하기의 <수학식 16>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은 각 다이오드에 입력되는 신호

에서

주파수 신호의 복소 값,

은

에서

신호의 복소 값, c는 다이오드의 보정 계수,

은 2-톤 테스트 신호

의 복소 값,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은 다이오드에 연결된 커플러의 다른 포트에서 출력되는 신호,

은

에서

의 성분

에 대한

의 크기 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은

에서

의 성분

에 대한

의 크기 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량을 의미한다.

<수학식 16>에 따르면,

은 하기의 <수학식 17>과 같이 정의될 수 있다:

여기에서,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은 증폭기 523의 입력 신호,

은

에서

의 성분

에 대한

의 크기 변화량,

은 다이오드 557의 입력 신호,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은 혼합기 531의 입력 신호,

은

에서

의 성분

에 대한

의 크기 변화량,

은 다이오드 555의 입력 신호를 의미한다.

만약, 커플러 511, 513, 515 및 517이 서로 동일하다면, 각 커플러를 통과한 신호의 크기 변화량

및 위상 변화량

은 모두 동일하므로, <수학식 18> 및 <수학식 19>가 성립할 수 있다:

여기에서,

은 커플러 517을 통과한 신호의 크기 변화량,

는 커플러 515를 통과한 신호의 크기 변화량,

은 커플러 513을 통과한 신호의 크기 변화량,

는 커플러 511을 통과한 신호의 크기 변화량을 의미한다.

여기에서,

은 커플러 517을 통과한 신호의 위상 변화량,

는 커플러 515를 통과한 신호의 위상 변화량,

은 커플러 513을 통과한 신호의 위상 변화량,

은 커플러 511을 통과한 신호의 위상 변화량을 의미한다.

따라서, <수학식 17>은 하기의 <수학식 20>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은 증폭기 523의 입력 신호,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은 혼합기 531의 입력 신호,

은 주파수

에서 증폭기 523에 대한 S-파라미터의 크기를 의미한다.

유사하게,

은 하기의 <수학식 21>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은 증폭기 523의 입력 신호,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은 혼합기 531의 입력 신호,

은 주파수

에서 증폭기 523에 대한 S-파라미터의 크기를 의미한다.

<수학식 20> 및 <수학식 21>에 따르면,

은

에서

의 크기의 곱이고,

(즉,

)임을 가정하면, S-파라미터 특성은 주파수에 대해 연속적인 함수일 수 있다. 따라서, 증폭기 523에 대한 S-파라미터의 크기

은 하기의 <수학식 22>와 같이 표현될 수 있다:

유사하게, 혼합기 531에 대한 S-파라미터의 크기 및 증폭기 521에 대한 S-파라미터의 크기 또한 측정될 수 있다.

결론적으로, 다양한 실시 예들에 따라, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드의 출력 신호에서 각 주파수가

인 신호의 크기를 측정함으로써, 각 회로 소자의 S-파라미터의 크기를 측정할 수 있다.

또한, 다양한 실시 예들에 따라, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드의 출력 신호에서 각 주파수가

인 신호의 위상을 측정함으로써, 각 회로 소자의 S-파라미터의 위상을 측정할 수 있다.

예를 들어, 증폭기 523의 응답 속도가

인 경우, 하기의 <수학식 23>이 만족될 수 있다:

여기에서,

은

를 만족하는 변수,

는

주파수에서

에 대한 혼합기 531의 입력 신호

의 위상 변화량,

는

주파수에서 혼합기 531의 입력 신호

에 대한 다이오드 555의 입력 신호

의 위상 변화량,

는

를 만족하는 변수,

는

주파수에서

에 대한 혼합기 531의 입력 신호

의 위상 변화량,

는

주파수에서 혼합기 531의 입력 신호

에 대한 다이오드 555의 입력 신호

의 위상 변화량,

는 증폭기 523의 응답 속도를 의미한다.

<수학식 23>에 따라, 증폭기 523의 응답 속도가

는 하기의 <수학식 24>와 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은

를 만족하는 변수,

는

주파수에서

에 대한 혼합기 531의 입력 신호

의 위상 변화량,

는

주파수에서 혼합기 531의 입력 신호

에 대한 다이오드 555의 입력 신호

의 위상 변화량,

는

를 만족하는 변수,

는

주파수에서

에 대한 혼합기 531의 입력 신호

의 위상 변화량,

는

주파수에서 혼합기 531의 입력 신호

에 대한 다이오드 555의 입력 신호

의 위상 변화량,

는 증폭기 523의 응답 속도를 의미한다.

<수학식 24>에서,

는 다이오드 555의 출력 신호

에서

주파수 신호 성분의 위상이고,

는 다이오드 557의 출력 신호

에서

주파수 신호 성분의 위상이다. 따라서, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 555의 출력 신호 및 다이오드 557의 출력 신호에서 각 주파수가

인 신호의 위상을 측정함으로써, 증폭기 523의 응답 속도를 측정할 수 있다. 유사하게, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드의 출력 신호에서 각 주파수가

인 신호의 위상을 측정함으로써, 혼합기 531 및또는 증폭기 521의 응답 속도를 측정할 수 있다.

도 6은 다양한 실시 예들에 따라 RF 체인의 전기적인 특성을 측정하기 위한 시뮬레이션 회로를 도시한다.

도 6을 참고하면, 신호 발생기 133은 하모닉 밸런스 시뮬레이션을 위해, 증폭기 611에 2-톤 테스트 신호를 입력할 수 있다. 2-톤 테스트 신호의 파워는 RFpower (dbm)이고, 2-톤 테스트 신호는 주파수가 각각 59.95GHz, 60.05GHz인 신호 성분들을 포함할 수 있다. 본 개시에서, RFpower는 -20dBm에서 0dBm의 범위 이내의 값일 수 있다. 2-톤 테스트 신호는 커플러들 651, 653, 655 및 657을 통과하여, 회로 소자 및/또는 다이오드에 입력될 수 있다. VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 641의 출력 신호(즉, 음극에서 측정되는 신호)에서 주파수가 60.05-59.95=0.1GHz=100MHz인 신호 성분과, 다이오드 645의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분을 이용하여 증폭기 611의 S-파라미터를 결정할 수 있다. VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 645의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분과, 다이오드 649의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분을 이용하여 LO 631과 연결된 혼합기 621의 S-파라미터를 결정할 수 있다. VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 649의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분과, 다이오드 653의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분을 이용하여 증폭기 613의 S-파라미터를 결정할 수 있다.

상술한 예시들에서 측정된 각 회로 소자에 대한 S-파라미터는 각 회로 소자의 삽입 손실일 수 있다. 그러나, 2-톤 테스트 신호는 각 회로 소자에서 반사될 수 있고, VLSI 칩 테스터 230은 각 회로 소자에 대한 반사 손실까지 측정할 수 있다. 예를 들어, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 641의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분과, 다이오드 643의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분을 이용하여 증폭기 611의 S-파라미터(반사 손실)를 결정할 수 있다. VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 645의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분과, 다이오드 647의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분을 이용하여 LO 631과 연결된 혼합기 621의 S-파라미터(반사 손실)를 결정할 수 있다. VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 649의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분과, 다이오드 651의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분을 이용하여 증폭기 613의 S-파라미터(반사 손실)를 결정할 수 있다.

상술한 하모닉 밸런스 시뮬레이션의 결과에 따른 각 회로 소자에 대한 반사 손실은 하기의 <표 1>과 같이 표현될 수 있다:

\|S11\| (입력 파워 = -20 dBm)	실제 S-파라미터[dB]	시뮬레이션 값[dB]
AMP1	-11.3	-11.135
AMP2	-8.8	-8.863
MIX1	-14.1	-14.243

여기에서,

은 각 회로 소자에 대한 반사 손실, AMP1은 증폭기 611, AMP2는 증폭기 613, MIX1은 혼합기 621을 의미한다.

AMP1에 대한 반사 손실의 시뮬레이션 값 -11.135dB는 하기의 <수학식 25>에 따라 계산되었다:

여기에서,

은 AMP1의 반사 손실,

은 다이오드 643의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기,

은 다이오드 641의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기를 의미한다.

AMP2에 대한 반사 손실의 시뮬레이션 값 -8.863dB는 하기의 <수학식 26>에 따라 계산되었다:

여기에서,

는 AMP2의 반사 손실,

은 다이오드 651의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기,

은 다이오드 649의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기를 의미한다.

MIX1에 대한 반사 손실의 시뮬레이션 값 -14.243은 하기의 <수학식 27>에 따라 계산되었다:

여기에서,

는 MIX1의 반사 손실,

은 다이오드 647의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기,

은 다이오드 645의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기를 의미한다.

상술한 하모닉 밸런스 시뮬레이션의 결과에 따른 각 회로 소자에 대한 삽입 손실은 하기의 <표 2>와 같이 표현될 수 있다:

\|S21\| (입력 파워 = -20 dBm)	실제 S-파라미터[dB]	시뮬레이션 값[dB]
AMP1	14.8	14,13
AMP2	11.5	13.6
MIX1	-2.1	-0.087

여기에서,

은 각 회로 소자에 대한 삽입 손실, AMP1은 증폭기 611, AMP2는 증폭기 613, MIX1은 혼합기 621을 의미한다.

AMP1에 대한 삽입 손실의 시뮬레이션 값 14.13dB는 하기의 <수학식 28>에 따라 계산되었다:

여기에서,

은 AMP1의 삽입 손실,

은 다이오드 645의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기,

AMP2에 대한 삽입 손실의 시뮬레이션 값 13.6dB는 하기의 <수학식 29>에 따라 계산되었다:

여기에서,

는 AMP2의 삽입 손실,

은 다이오드 653의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기,

MIX1에 대한 삽입 손실의 시뮬레이션 값 -0.087은 하기의 <수학식 30>에 따라 계산되었다:

여기에서,

는 MIX1의 삽입 손실,

은 다이오드 649의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기,

상기 <표 1> 및 <표 2>를 참고하면, S-파라미터의 시뮬레이션 값 및 S-파라미터의 실제 측정 값 사이의 오차는 2.1dB이내일 수 있다.

도 7은 다양한 실시 예들에 따라 자가 보정(self-calibration)을 위한 회로 구조를 도시한다.

도 7을 참고하면, 자가 보정을 위한 회로는 전력 분배기/결합기 710, IF 모듈 720, 검출기 730, SPI 740, 디지털 제어부 750 및 RF 체인들 760을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상술한 전력 분배기/결합기 710, IF 모듈 720, 검출기 730, SPI 740, 디지털 제어부 750 및 RF 체인들 760은 측정 장치 100에 포함될 수 있다. 예를 들어, 검출기 730, SPI 740, 디지털 제어부 750은 측정 제어부 131에 포함될 수 있고, 전력 분배기/결합기 710, IF 모듈 720 및 RF 체인들 760은 통신부 110에 포함될 수 있다. 전력 분배기/결합기 710은 테스트 회로 111에 포함될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 검출기 740은 RF 체인들 760의 테스터 및/또는 전력 분배기/결합기 710의 측정 신호를 검출할 수 있다. 디지털 제어부 750은 검출된 신호에 기반하여 회로 소자(예; 위상 변환기, 감쇄기)의 값을 조절하기 위한 제어 값을 생성할 수 있다. 나아가, 디지털 제어부 750은 SPI 740을 통해 RF 체인들 760(모듈 또는 채널)의 회로 소자 값을 제어 값에 따라 조절할 수 있다.

다시 말해서, 도 7에 예시된 것과 같은 능동 아날로그 빔포밍 구조에서 채널들(즉, RF 체인들) 사이의 상대 오차를 줄이도록 자가 보정 기능이 구현될 수 있다. 예를 들어, 디지털 제어부 750은 채널 간의 S-파라미터를 측정하고, 채널 간 오차를 줄이도록 위상 변환기 및/또는 감쇄기의 값을 비트 단위로 제어함으로써, 자가 보정 기능을 수행할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 각 회로 소자에 대한 S-파라미터를 측정하기 위해 2-톤 테스트 신호 대신 FMCW(frequency modulated continuous wave) 신호가 RF 체인에 입력될 수 있다. 이하 도 8에서, FMCW 신호의 개형이 설명된다.

도 8은 다양한 실시 예들에 따라 2-톤 테스트 신호를 이용하여 회로 소자의 S-파라미터를 측정하기 위한 구성들의 예를 도시한다.

도 8을 참고하면, RF 체인 210은 위상 변환기 810, 커플러 821, 823, 전력 분배기 831, 833, 전력 결합기 835, 저항 851, 853 및 다이오드 841, 843, 845를 포함할 수 있다. 커플러 821은 위상 변환기 810의 출력 단과, 전력 분배기 831과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 851의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 커플러 823은 위상 변환기 810의 입력 단과, 전력 분배기 833과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 853의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 전력 결합기 835는 다이오드 843과, 다이오드 841과 연결된 전력 분배기 831과, 다이오드 845와 연결된 전력 분배기 833과 연결될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 2-톤 테스트 신호

가 RF 체인 210에 입력될 경우, 커플러 823의 출력 포트에서 위상 변환기 810에 대한 입력 신호

이 검출될 수 있고, 신호

및 신호

에 대한 커플링된 신호

은 <수학식 10>(n=1)을 만족할 수 있다. 여기에서, 신호

,

및

는 <수학식 2>를 만족할 수 있고, 2-톤 테스트 신호

는 f_1- 주파수의 성분 신호와, f₂ 주파수의 성분 신호를 포함할 수 있다. 유사하게, 2-톤 테스트 신호

가 RF 체인 210에 입력될 경우, 커플러 821의 입력 포트에서 위상 변환기 810의 출력 신호

이 검출될 수 있고, 신호

에 대한 커플링된 신호

은 <수학식 10>(n=2)을 만족할 수 있다. 신호

이 전력 분배기 833에 입력될 경우, 전력 분배기 833은 입력 신호의 전력의 절반을 가지는 두 신호들

을 각각 전력 결합기 835 및 다이오드 845로 출력할 수 있다. 유사하게, 신호

이 전력 분배기 831에 입력될 경우, 전력 분배기 831은 입력 신호의 전력의 절반을 가지는 두 신호들

을 각각 전력 결합기 835 및 다이오드 841로 출력할 수 있다. 전력 결합기 835에 입력된 신호들

및

은 전력 결합기 835에 의해 결합되고, 전력 결합기 835는 결합된 신호

를 출력할 수 있다. 다시 말해서, 전력 결합기 835는 커플러 823에 의해 출력되는 커플링된 신호

및 커플러 821에 의해 출력되는 커플링된 신호

각각의 크기가 1/

배 줄어든 신호들을 결합하여 출력할 수 있다.

한편, 전력 결합기 835의 출력 신호

가 다이오드 843을 통과한 경우, 다이오드 843의 출력 신호에서 각주파수가

인 성분 신호는 하기의 <수학식 31>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은 위상 변환기 810의 입력 신호

에 대한 커플링된 신호,

는 위상 변환기 810의 출력 신호

에 대한 커플링된 신호,

는 다이오드 843의 입력 신호

에 대한 다이오드 843의 출력 신호, c는 보정 계수,

은 2-톤 테스트 신호

의 복소 값,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은

에서

의 성분

에 대한

의 크기 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은

에서

의 성분

에 대한

의 크기 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

는 위상 변환기 810의 상대적인 위상 크기,

은 위상 변환기 810의 S-파라미터,

및

는 각각

를 만족하는 각주파수, t는 시간 변수를 의미한다.

<수학식 32>에서 다이오드 843의 출력 신호를 동위상(in-phase, 이하 I-위상으로 지칭된다) 성분 신호 및 직각 위상(quadrature phase, 이하 Q-위상으로 지칭된다) 성분 신호로 구분하면, 각각의 I-위상 신호 성분(이하, I-신호로 지칭된다) 및 Q-위상 신호 성분(이하, Q-신호로 지칭된다)은 하기의 <수학식 33> 및 <수학식 34>와 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

주파수 신호의 복소 값,

은

에서

신호의 복소 값,

은 위상 변환기 810의 입력 신호,

는 위상 변환기 810의 출력 신호,

은

에 대한 커플링된 신호,

는

에 대한 커플링된 신호,

은 위상 변환기 810의 S-파라미터,

는 위상 변환기 810의 상대적인 위상 크기,

및

는 각각

를 만족하는 각주파수, t는 시간 변수를 의미한다.

여기에서,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

주파수 신호의 복소 값,

은

에서

신호의 복소 값,

은 위상 변환기 810의 입력 신호,

는 위상 변환기 810의 출력 신호,

은

에 대한 커플링된 신호,

는

에 대한 커플링된 신호,

은 위상 변환기 810의 S-파라미터,

는 위상 변환기 810의 상대적인 위상 크기,

및

는 각각

를 만족하는 각주파수, t는 시간 변수를 의미한다.

VLSI 칩 테스터 230은 <수학식 22>에 따라, 다이오드 845의 출력 신호에서

및 다이오드 841의 출력 신호에서

에 기반하여, 위상 변환기 810의 S-파라미터의 크기

를 결정할 수 있다. 또한, VSLI 칩 테스터 230은 다이오드 845의 출력 신호에서

주파수 신호 성분의 위상

과, 다이오드 841의 출력 신호에서

주파수 신호 성분의 위상

을 결정할 수 있다. 따라서, VLSI 칩 테스터 230은 <수학식 33> 및 <수학식 34>에 따라,

및

값이 주어진 상태에서, 다이오드 843의 출력 신호에서 I-신호의 크기와 Q-신호의 크기의 비율에 기반하여 위상 변환기 810의 상대적인 위상 크기

를 결정할 수 있다.

도 8에서, 위상 변환기 810의 S-파라미터를 측정하는 방법이 예시되었으나, 도 8에서 설명된 방법은 위상 변환기 810뿐만 아니라 다른 회로 소자의 S-파라미터를 측정하는데 적용될 수도 있다.

도 9는 다양한 실시 예들에 따라 대역 통과 필터(band pass filter, BPF)를 이용하여 회로 소자의 S-파라미터를 측정하기 위한 구성들의 예를 도시한다.

도 9를 참고하면, RF 체인 210은 위상 변환기 910, 커플러 921, 923, 전력 분배기 931, 933, 전력 결합기 935, 저항 951, 953, 다이오드 941, 943, 945, 및 BPF 961, 963을 포함할 수 있다. 커플러 921은 위상 변환기 910의 출력 단과, 전력 분배기 931과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 951의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 커플러 923은 위상 변환기 910의 입력 단과, 전력 분배기 933과, 한 쪽이 그라운드에 연결된 저항 953의 다른 쪽에 연결될 수 있다. 전력 결합기 935는 다이오드 943과, BPF 961의 출력 단과, BPF 963의 출력 단에 연결될 수 있다. BPF 961의 입력 단은 다이오드 941에 연결된 전력 분배기 931에 연결될 수 있고, BPF 963의 입력 단은 다이오드 945에 연결된 전력 분배기 933에 연결될 수 있다.

다양한 실시 예들에서, 2-톤 테스트 신호

가 RF 체인 210에 입력될 경우, 커플러 923의 출력 포트에서 위상 변환기 910에 대한 입력 신호

이 검출될 수 있고, 신호

및 신호

에 대한 커플링된 신호

은 <수학식 10>(n=1)을 만족할 수 있다. 여기에서, 신호

,

및

는 <수학식 2>를 만족할 수 있고, 2-톤 테스트 신호

가 RF 체인 210에 입력될 경우, 커플러 921의 입력 포트에서 위상 변환기 910의 출력 신호

이 검출될 수 있고, 신호

에 대한 커플링된 신호

은 <수학식 10>(n=2)을 만족할 수 있다. 신호

이 전력 분배기 933에 입력될 경우, 전력 분배기 933은 입력 신호의 전력의 절반을 가지는 두 신호들

을 각각 BPF 963 및 다이오드 945로 출력할 수 있다. 유사하게, 신호

이 전력 분배기 931에 입력될 경우, 전력 분배기 931은 입력 신호의 전력의 절반을 가지는 두 신호들

을 BPF 961 및 다이오드 941로 출력할 수 있다.

다양한 실시 예들에서, BPF 961은 주파수가 f₁인 신호를 통과시키고, 다른 주파수를 가지는 신호(예: 주파수가 f₂인 신호)를 차단할 수 있다. 또한, BPF 963은 주파수가 f₂인 신호를 통과시키고, 다른 주파수를 가지는 신호(예: 주파수가 f₁인 신호)를 통과시킬 수 있다. 따라서, BPF 961의 출력 신호는 신호

에서 주파수가 f₁인 성분 신호(이하,

로 지칭될 수 있다)를 포함하고, BPF 963의 출력 신호는 신호

에서 주파수가 f₂인 성분 신호(이하,

로 지칭될 수 있다)을 포함할 수 있다. 전력 결합기 935에 입력된 신호들

및

은 전력 결합기 935에 의해 결합되고, 전력 결합기 935는 결합된 신호

(이하, In으로 지칭될 수 있다)를 출력할 수 있다. 전력 결합기 935의 출력 신호는 다이오드 943으로 입력되고, 다이오드 943은 위상 변환기 910의 위상 크기를 결정하기 위한 신호를 출력할 수 있다.

전력 결합기 935에 의해 결합된 신호 In은 <수학식 16>에 따라 하기의 <수학식 35>와 같이 표현될 수 있다:

여기에서, In은 전력 결합기 935에 의해 결합된 신호 또는 전력 결합기 935의 출력 신호,

은 2-톤 테스트 신호

의 복소 값,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은

에서

의 성분

에 대한

의 크기 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

에서

에 대한

의 크기 변화량,

은

에서

의 성분

에 대한

의 크기 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

및

는 각각

를 만족하는 각주파수,

은 위상 변환기 910의 입력 신호,

는 위상 변환기 910의 출력 신호,

은

에 대한 커플링된 신호,

는

에 대한 커플링된 신호를 의미한다.

신호 In이 다이오드 943을 통과할 경우, 다이오드 943의 출력 신호에서 각주파수가

인 성분 신호의 위상 크기는 하기의 <수학식 36>과 같이 표현될 수 있다:

여기에서,

는 다이오드 943의 출력 신호에서 각주파수가

인 성분 신호의 위상 크기,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

및

는 각각

를 만족하는 각주파수,

은 위상 변환기 910의 입력 신호,

는 위상 변환기 910의 출력 신호,

은

에 대한 커플링된 신호,

는

에 대한 커플링된 신호,

은

에서

의 성분 신호,

는

에서

의 성분 신호를 의미한다.

따라서, 하기의 <수학식 37>과 같이, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 943의 출력 신호에서 각주파수가

인 성분 신호의 위상 크기에서, 다이오드 945의 출력 신호에서 주파수가

인 성분 신호의 위상 크기를 감산함으로써, 위상 변환기 910의 위상 크기

를 획득할 수 있다:

여기에서,

는 위상 변환기 910의 위상 크기(즉, 위상 변환기 910의 S-파라미터의 위상),

은

을 만족하는 변수,

은

주파수에서

에 대한

의 위상 변화량,

은

에서

에 대한

의 위상 변화량,

및

는 각각

를 만족하는 각주파수,

은 위상 변환기 910의 입력 신호,

는 위상 변환기 910의 출력 신호,

은

에 대한 커플링된 신호,

는

에 대한 커플링된 신호,

은

에서

의 성분 신호,

는

에서

의 성분 신호,

는 다이오드 943의 출력 신호에서 각주파수가

인 성분 신호의 위상 크기,

는 다이오드 945의 출력 신호에서 주파수가

인 성분 신호의 위상 크기를 의미한다.

나아가, VSLI 칩 테스터 230은 <수학식 22>에 따라, 다이오드 945의 출력 신호에서

및 다이오드 941의 출력 신호에서

에 기반하여, 위상 변환기 910의 S-파라미터의 크기

를 결정할 수 있다.

도 9에서, 위상 변환기 910의 S-파라미터를 측정하는 방법이 예시되었으나, 도 9에서 설명된 방법은 위상 변환기 910뿐만 아니라 다른 회로 소자의 S-파라미터를 측정하는데 적용될 수도 있다.

도 10은 다양한 실시 예들에 따라 BPF를 이용하여 RF 체인의 전기적인 특성을 측정하기 위한 시뮬레이션 회로를 도시한다.

도 10을 참고하면, 신호 발생기 133은 하모닉 밸런스 시뮬레이션을 위해, 증폭기 1010에 2-톤 테스트 신호를 입력할 수 있다. 2-톤 테스트 신호의 파워는 RFpower (dbm)이고, 2-톤 테스트 신호는 주파수가 각각 69.95 GHz, 70.05 GHz인 신호 성분들을 포함할 수 있다. 본 개시에서, RFpower는 -20 dBm에서 0 dBm의 범위 이내의 값일 수 있다. 2-톤 테스트 신호는 커플러 1021에 입력되고, 커플러 1021은 증폭기 1010의 입력 신호를 증폭기 1010로 출력하고, 증폭기 1010의 입력 신호에 대한 커플링된 신호를 전력 분배기 1031로 출력할 수 있다. 증폭기 1010의 출력 신호는 커플러 1023로 입력되고, 커플러 1023은 증폭기 1010의 출력 신호에 대한 커플링된 신호를 전력 분배기 1033로 출력하고, 저항 1050으로 신호를 출력할 수 있다. 저항 1050의 저항 값은 임피던스 불일치(impedance mismatch)에 의한 영향을 고려하기 위해 변화 및/또는 스윕(swept)될 수 있다(예: 저항 값이 10 Ω일 때부터 90Ω까지 가변할 수 있다). 전력 분배기 1031은 커플러 1021로부터의 입력 신호의 전력의 절반을 가지는 두 신호들을 각각 BPF 1051과, 다이오드 1041로 출력할 수 있다. 유사하게, 전력 분배기 1033은 커플러 1023로부터의 입력 신호의 전력의 절반을 가지는 두 신호들을 각각 BPF 1053과, 다이오드 1045로 출력할 수 있다.

BPF 1051은 전력 분배기 1031로부터의 입력 신호 중에서 주파수가 69.95GHz인 성분 신호를 통과시키고, 다른 주파수를 가지는 성분 신호(예: 주파수가 70.05GHz인 성분 신호)를 차단할 수 있다. BPF 1051은 전력 분배기 1031로부터의 입력 신호 중에서 주파수가 69.95GHz인 성분 신호를 전력 결합기 1035로 입력할 수 있다. BPF 1053은 전력 분배기 1033로부터의 입력 신호 중에서 주파수가 70.05GHz인 성분 신호를 통과시키고, 다른 주파수를 가지는 성분 신호(예: 주파수가 69.95GHz인 성분 신호)를 차단할 수 있다. BPF 1053은 전력 분배기 1033으로부터의 입력 신호 중에서 주파수가 70.05GHz인 성분 신호를 전력 결합기 1035로 입력할 수 있다. 전력 결합기 1035는 BPF 1051로부터의 주파수가 69.95GHz인 신호 및 BPF 1053으로부터의 주파수가 70.05GHz인 신호를 결합시키고, 결합된 신호를 다이오드 1043으로 출력할 수 있다. 여기에서, 전력 결합기 1035에 입력된 신호들은 전력 결합기 1035에 의해 결합될 수 있다.

VLSI 칩 테스터 230은 <수학식 22>에 따라, 다이오드 1045의 출력 신호에서 (70.05-69.95)GHz=100MHz 주파수 신호 성분의 크기 및 다이오드 1041의 출력 신호에서 100MHz 주파수 신호 성분의 크기에 기반하여, 증폭기 1010의 S-파라미터의 크기를 결정할 수 있다. 또한, VLSI 칩 테스터 230은 <수학식 37>에 따라, 다이오드 1043의 출력 신호에서 100MHz 주파수 신호 성분의 위상 크기에서, 다이오드 1041의 출력 신호에서 100MHz 주파수 신호 성분의 위상 크기를 감산함으로써, 증폭기 1010의 위상 크기를 결정할 수 있다.

도 10과 같은 하모닉 밸런스 시뮬레이션의 결과에 따른 증폭기 1010에 대한 S-파라미터의 크기는 하기의 <표 3>과 같이 표현될 수 있다:

\|S21\| (입력 파워 = -20 dBm)	실제 S-파라미터[dB]	시뮬레이션 값[dB]
AMP1	14.8	13.7-15.7

여기에서,

은 증폭기 1010에 대한 S-파라미터의 크기, AMP1은 증폭기 1010을 의미한다.

AMP1에 대한 S-파라미터의 크기의 시뮬레이션 값은 하기의 <수학식 38>에 따라 계산되었다:

여기에서,

은 AMP1에 대한 S-파라미터의 크기,

은 다이오드 1045의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기,

은 다이오드 1041의 출력 신호에서 주파수가 100MHz인 신호 성분의 dBm 단위의 크기를 의미한다.

한편, 하모닉 밸런스 시뮬레이션의 결과에 따른 증폭기 1010에 대한 S-파라미터의 위상은 하기의 <표 4>와 같이 표현될 수 있다:

S21 (입력 파워 = -20 dBm)	실제 S-파라미터[degree]	시뮬레이션 값[degree]
AMP1	50	42.5-60

여기에서,

S21은 은 증폭기 1010에 대한 S-파라미터의 위상, AMP1은 증폭기 1010을 의미한다.

AMP1에 대한 S-파라미터의 위상의 시뮬레이션 값은 하기의 <수학식 39>에 따라 계산되었다:

상기 <표 3> 및 <표 4>를 참고하면, S-파라미터의 크기에 대한 시뮬레이션 값 및 S-파라미터의 크기에 대한 실제 측정 값 사이의 오차는 1.1dB 이내일 수 있고, 파라미터의 위상에 대한 시뮬레이션 값 및 S-파라미터의 위상에 대한 실제 측정 값 사이의 오차는 10도 이내일 수 있다.

본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.

소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.

이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.

또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.

상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.

한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

측정 장치에 있어서,
제1 주파수의 성분 신호와 제2 주파수의 성분 신호를 포함하는 테스트 신호를 생성하는 신호 발생기와,
상기 생성된 테스트 신호를 적어도 하나의 회로 소자를 포함하는 RF(radio frequency) 체인에 입력하고, 상기 적어도 하나의 회로 소자 중 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호(coupled signal) 및 상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호에 기반하여 생성된 신호들을 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드, 제2 다이오드 및 제3 다이오드의 출력 신호들을 검출하고, 상기 제1 다이오드의 출력 신호, 상기 제3 다이오드의 출력 신호, 및 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분에 기반하여, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터 또는 상기 회로 소자의 선형 전달 함수를 측정하는 측정 제어부와,
상기 커플링된 신호를 생성하고, 단방향 결합선로 커플러 혹은 양방향 결합선로 커플러인 커플러를 포함하고,
상기 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호는, 제1 전력 분배기에 의해 상기 제1 다이오드의 입력 신호 및 제1 입력 신호로 분배되고,
상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호는, 제2 전력 분배기에 의해 상기 제3 다이오드의 입력 신호 및 제2 입력 신호로 분배되고,
상기 제2 다이오드의 입력 신호는, 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호에 기반하여 전력 결합기에 의해 생성된 결합 신호이고,
상기 제1 다이오드, 및 제3 다이오드의 입력 신호는 상기 커플링된 신호의
이고,
상기 제2 다이오드의 입력 신호는, 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호의 합이고,
상기 제3 주파수는, 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 차이인 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 측정 제어부는, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 크기 대비 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 크기의 비율에 기반하여, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터의 크기를 결정하는 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호는, 상기 전력 결합기에 의해 결합되어 상기 제2 다이오드의 입력 신호를 형성하고,
상기 측정 제어부는, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상과, 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상을 결정하고,
상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터의 크기, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상 및 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상에 기반하여, 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 동위상 성분 신호의 크기 및 상기 제3 주파수의 직각 위상 성분 신호의 크기의 비율을 결정하고,
상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 동위상 성분 신호의 크기 및 상기 제3 주파수의 직각 위상 성분 신호의 크기의 비율에 기반하여, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터의 위상을 결정하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 입력 신호에서 상기 제1 주파수의 성분 신호와, 상기 제2 입력 신호에서 상기 제2 주파수의 성분 신호는, 상기 전력 결합기에 의해 결합되어 상기 제2 다이오드의 입력 신호를 형성하고,
상기 측정 제어부는, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상 또는 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상을 결정하고,
상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상에서, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상 또는 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상을 감산함으로써, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터의 위상을 결정하는 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 제1 입력 신호에서 상기 제1 주파수의 성분 신호는, 상기 제1 주파수의 신호를 통과(pass)시키고, 상기 제2 주파수의 신호를 차단(reject)시키는 대역 통과 필터(band pass filter, BPF)에 의해 획득되고,
상기 제2 입력 신호에서 상기 제2 주파수의 성분 신호는, 상기 제1 주파수의 신호를 차단시키고, 상기 제2 주파수의 신호를 통과시키는 대역 통과 필터에 의해 획득되는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 전력은, 상기 제1 다이오드의 입력 신호의 전력 및 상기 제1 입력 신호의 전력의 합이고,
상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 전력은, 상기 제3 다이오드의 입력 신호의 전력 및 상기 제2 입력 신호의 전력의 합인 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 다이오드, 상기 제2 다이오드 및 상기 제3 다이오드 각각은, 상기 제1 주파수의 성분 신호 및 상기 제2 주파수의 성분 신호를 상호 변조하여, 상기 제3 주파수의 성분 신호를 포함하는 출력 신호를 생성하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 RF 체인을 더 포함하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 측정 제어부는, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터에 기반하여, 상기 회로 소자의 캘리브레이션을 위한 적어도 하나의 비트 값을 조절하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는, 밀리미터파 대역에서 주파수들이고,
상기 제3 주파수는, 저주파 대역에서 주파수인 장치.
측정 장치의 동작 방법에 있어서,
제1 주파수의 성분 신호와 제2 주파수의 성분 신호를 포함하는 테스트 신호를 생성하는 과정과,
상기 생성된 테스트 신호를 적어도 하나의 회로 소자를 포함하는 RF(radio frequency) 체인에 입력하는 과정과, 상기 RF 체인은 커플러를 포함하고,
상기 적어도 하나의 회로 소자 중 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호(coupled signal) 및 상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호에 기반하여 생성된 신호들을 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드, 제2 다이오드 및 제3 다이오드의 출력 신호들을 검출하는 과정과,
상기 제1 다이오드의 출력 신호, 상기 제3 다이오드의 출력 신호 및 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 제3 주파수의 성분을 기반하여, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터 또는 상기 회로 소자의 선형 전달 함수를 측정하는 과정을 포함하고,
상기 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호는, 제1 전력 분배기에 의해 상기 제1 다이오드의 입력 신호 및 제1 입력 신호로 분배되고,
상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호는, 제2 전력 분배기에 의해 상기 제3 다이오드의 입력 신호 및 제2 입력 신호로 분배되고,
상기 제2 다이오드의 입력 신호는, 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호에 기반하여 전력 결합기에 의해 생성된 결합 신호이고,
상기 제1 다이오드, 및 제3 다이오드의 입력 신호는 상기 커플링된 신호의
이고,
상기 제2 다이오드의 입력 신호는, 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호의 합이고,
상기 커플러는 상기 커플링된 신호를 생성하고, 단방향 결합선로 커플러 혹은 양방향 결합선로 커플러이고,
상기 제3 주파수는, 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 차이인 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 선형 S-파라미터를 결정하는 과정은, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 크기 대비 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 크기의 비율에 기반하여, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터의 크기를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
청구항 12에 있어서, 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호는, 상기 전력 결합기에 의해 결합되어 상기 제2 다이오드의 입력 신호를 형성하고,
상기 선형 S-파라미터를 측정하는 과정은,
상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상과, 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상을 결정하는 과정과,
상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터의 크기, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상 및 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상에 기반하여, 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 동위상 성분 신호의 크기 및 상기 제3 주파수의 직각 위상 성분 신호의 크기의 비율을 결정하는 과정과,
상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 동위상 성분 신호의 크기 및 상기 제3 주파수의 직각 위상 성분 신호의 크기의 비율에 기반하여, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터의 위상을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 제1 입력 신호에서 상기 제1 주파수의 성분 신호와, 상기 제2 입력 신호에서 상기 제2 주파수의 성분 신호는, 상기 전력 결합기에 의해 결합되어 상기 제2 다이오드의 입력 신호를 형성하고,
상기 선형 S-파라미터를 결정하는 과정은, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상 또는 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상을 결정하는 과정과,
상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상에서, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상 또는 상기 제3 다이오드의 출력 신호에서 상기 제3 주파수의 성분 신호의 위상을 감산함으로써, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터의 위상을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
청구항 14에 있어서, 상기 제1 입력 신호에서 상기 제1 주파수의 성분 신호는, 상기 제1 주파수의 신호를 통과(pass)시키고, 상기 제2 주파수의 신호를 차단(reject)시키는 대역 통과 필터(band pass filter, BPF)에 의해 획득되고,
상기 제2 입력 신호에서 상기 제2 주파수의 성분 신호는, 상기 제1 주파수의 신호를 차단시키고, 상기 제2 주파수의 신호를 통과시키는 대역 통과 필터에 의해 획득되는 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 전력은, 상기 제1 다이오드의 입력 신호의 전력 및 상기 제1 입력 신호의 전력의 합이고,
상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 전력은, 상기 제3 다이오드의 입력 신호의 전력 및 상기 제2 입력 신호의 전력의 합인 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 제1 다이오드, 상기 제2 다이오드 및 상기 제3 다이오드 각각은, 상기 제1 주파수의 성분 신호 및 상기 제2 주파수의 성분 신호를 상호 변조하여, 상기 제3 주파수의 성분 신호를 포함하는 출력 신호를 생성하는 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 RF 체인을 더 포함하는 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터에 기반하여, 상기 회로 소자의 캘리브레이션을 위한 적어도 하나의 비트 값을 조절하는 과정을 더 포함하는 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는, 밀리미터파 대역에서 주파수들이고,
상기 제3 주파수는, 저주파 대역에서 주파수인 방법.