KR102409690B1 - Rf 체인의 특성을 측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 측정 장치의 동작 방법에 있어서, 서로 다른 적어도 세 개의 주파수 성분 신호들을 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)의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드의 출력 신호 및 상기 적어도 하나의 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제2 다이오드의 출력 신호를 검출하는 과정과, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 제1 주파수의 성분 신호 및 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 제1 주파수의 성분 신호에 기반하여 상기 회로 소자에 대한 S-파라미터를 측정하는 과정을 포함하는 과정을 포함한다.

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: N-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 장치는, 서로 다른 적어도 세 개의 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)의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드의 출력 신호 및 상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제2 다이오드의 출력 신호를 검출하고, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 제1 주파수의 성분 신호 및 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 제1 주파수의 성분 신호에 기반하여 상기 회로 소자에 대한 S-파라미터를 측정하는 측정 제어부를 포함한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 측정 장치의 동작 방법은, 서로 다른 적어도 세 개의 주파수 성분 신호들을 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)의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드의 출력 신호 및 상기 적어도 하나의 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제2 다이오드의 출력 신호를 검출하는 과정과, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 제1 주파수의 성분 신호 및 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 제1 주파수의 성분 신호에 기반하여 상기 회로 소자에 대한 S-파라미터를 측정하는 과정을 포함한다.
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 N-톤 테스트 신호를 이용하여 RF 체인의 전기적인 특성을 측정하기 위한 구성들의 예를 도시한다.
도 6은 다양한 실시 예들에 따라 자가 보정(self-calibration)을 위한 회로 구조를 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 650)와, 제어 값을 각 회로 소자에 적용하기 위해 각 회로 소자로 제어 값을 전달하는 SPI(serial peripheral interface)(예: SPI 640) 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(5th 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 캘리브레이션 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: N-톤 테스트 신호, 펄스, FMCW(frequency modulated continuous wave) 신호)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 N-톤 테스트 신호(예를 들어, 각각이 주파수 f1, f2, f3, …, fN을 가지는 코사인 파형의 N 개의 테스트 신호들을 포함)을 생성할 수 있고, 생성된 N-톤 테스트 신호를 RF 체인 210(예: 커플러 317)에 입력할 수 있다. 여기서 N개의 테스트 신호의 주파수는 f1> f2> f3>…> fN 의 관계를 만족한다. 커플러 317에 입력된 N-톤 테스트 신호의 일부는 다이오드 339로 출력되고, 일부는 증폭기 323의 입력 단으로 출력되어 증폭기 323의 입력 신호가 될 수 있다. 다이오드 339로 출력된 N-톤 테스트 신호 성분은 다이오드 339에 의해 상호 변조되어 (fn+fn+k)의 주파수를 가지는 신호와 (fn-fn+k)의 주파수를 가지는 신호를 생성할 수 있고, VLSI 칩 테스터 230의 측정 제어부 131은 상호 변조된 신호들 중 (fn-fn+k)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 (fn-fn+k)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 (fn-fn+k)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 (
Figure 112019123794987-pat00001
) 신호를 획득할 수 있고, 유사한 방법으로, 다이오드 335의 출력 단에서 증폭기 323의 출력 신호 또는 혼합기 315의 입력 신호에 대응하는 (
Figure 112019123794987-pat00002
) 신호와, 다이오드 331의 출력 단에서 혼합기 315의 출력 신호 또는 증폭기 319의 입력 신호에 대응하는 (
Figure 112019123794987-pat00003
)신호와, 다이오드 327의 출력 단에서 증폭기 319의 출력 신호에 대응하는 (
Figure 112019123794987-pat00004
)신호를 획득할 수 있다. 본 개시에서, (
Figure 112019123794987-pat00005
)신호는 (
Figure 112019123794987-pat00006
)의 주파수를 가지는 신호를 의미한다.
다양한 실시 예들에서, VLSI 칩 테스터 230(의 측정 제어부 131)은 다이오드의 출력 단에서 획득된 (
Figure 112019123794987-pat00007
) 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 (
Figure 112019123794987-pat00008
) 신호와, 다이오드 335로부터의 (
Figure 112019123794987-pat00009
) 신호에 기반하여, 증폭기 323의 S-파라미터를 결정할 수 있다. 다른 예로, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 335로부터의 (
Figure 112019123794987-pat00010
) 신호와, 다이오드 331로부터의 (
Figure 112019123794987-pat00011
) 신호에 기반하여, 혼합기 321의 S-파라미터를 결정할 수 있다. 다른 예로, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 331로부터의 (
Figure 112019123794987-pat00012
) 신호와, 다이오드 327로부터의 (
Figure 112019123794987-pat00013
) 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 서로 다른 적어도 세 개의 주파수 성분 신호를 포함하는 포함하는 테스트 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는 적어도 제1 주파수 f1의 성분 신호와 제2 주파수 f2의 성분 신호와, 제3 주파수 f3의 성분 신호를 포함하는 N개의 테스트 신호(예: N-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 신호, 제3 주파수의 성분 신호를 포함하는 N개의 주파수 성분 신호가 RF 체인에 포함된 각 회로 소자를 통과하게 할 수 있다.
405 단계에서, 측정 장치는 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드의 출력신호를 검출할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 신호
Figure 112019123794987-pat00014
에 대한 커플링된 신호
Figure 112019123794987-pat00015
은
Figure 112019123794987-pat00016
이 커플러의 출력 포트 및/또는 입력 포트에서 검출되는 경우에 커플러의 커플링 포트에서 검출되는 신호를 의미한다. 일 실시 예에 따르면, 제1 다이오드는 회로 소자의 입력 테스트 신호
Figure 112019123794987-pat00017
에 대한 커플링된 신호
Figure 112019123794987-pat00018
을 입력 신호로 수신할 수 있다.
407 단계에서, 측정 장치는 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제2 다이오드의 출력 신호를 검출할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 다이오드는 회로 소자의 출력 테스트 신호
Figure 112019123794987-pat00019
에 대한 커플링된 신호
Figure 112019123794987-pat00020
을 입력 신호로 수신할 수 있다.
도 4에서, 405 단계가 수행된 후 407 단계가 수행되는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 407 단계가 405 단계보다 먼저 수행되거나, 405 단계 및 407 단계가 동시에 수행될 수도 있다.
409 단계에서, 측정 장치는 제1 다이오드의 출력 신호에서 주파수 성분 신호 및 제2 다이오드의 출력 신호에서 주파수 성분 신호에 기반하여 회로 소자에 대한 S-파라미터를 측정할 수 있다. 여기에서, 주파수 성분 신호의 주파수는 서로 다른 주파수들 간의 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 주파수 (
Figure 112019123794987-pat00021
)의 성분 신호의 크기 대비 제2 다이오드의 출력 신호에서 주파수 (
Figure 112019123794987-pat00022
)의 성분 신호의 크기의 비율에 기반하여, 회로 소자에 대한 S-파라미터의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는 <수학식 18>에 따라 회로 소자에 대한 S-파라미터의 크기를 결정할 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 측정 장치는 제1 다이오드의 출력 신호에서 주파수 (
Figure 112019123794987-pat00023
)의 성분 신호의 위상과, 제2 다이오드의 출력 신호에서 주파수 (
Figure 112019123794987-pat00024
)의 성분 신호의 위상 사이의 차이에 기반하여, 상기 회로 소자의 응답 속도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는 <수학식 20>에 따라 회로 소자의 응답 속도를 결정할 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, 입력되는 테스트 신호의 주파수는 밀리미터파 대역에서 주파수들이고, 측정 장치에서 검출되는 주파수는 저주파 대역에서 주파수일 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수 f1은 59.96GHz이고, 제2 주파수 f2는 60.06GHz이고 주파수는 f1-f2=100MHz일 수 있다. 상술한 주파수 값들은 예시적인 것이고, 다양한 변형이 가능하다.
도 5는 다양한 실시 예들에 따라 N-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 N-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, N-톤 테스트 신호의 파형은 코사인 파형일 수 있고, N톤 테스트 신호를 구성하는 신호들의 크기와 위상은 서로 동일할 수 있다. N-톤 테스트 신호는 먼저 커플러 517로 입력될 수 있으며, N-톤 테스트 신호
Figure 112019123794987-pat00025
는 하기의 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00026
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00027
는 N-톤 테스트 신호,
Figure 112019123794987-pat00028
은 N-톤 테스트 신호
Figure 112019123794987-pat00029
의 복소 값,
Figure 112019123794987-pat00030
은 신호들의 각주파수들이고,
Figure 112019123794987-pat00031
>
Figure 112019123794987-pat00032
>
Figure 112019123794987-pat00033
및
Figure 112019123794987-pat00034
Figure 112019123794987-pat00035
Figure 112019123794987-pat00036
임이 가정된다.
커플러 517을 통과한 신호
Figure 112019123794987-pat00037
은 하기와 같은 <수학식 2>를 만족할 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00038
여기에서, P(a)는 신호 a의 전력,
Figure 112019123794987-pat00039
은 커플러 517을 통과한 신호 중 증폭기 523에 입력되는 신호,
Figure 112019123794987-pat00040
은 커플러 517을 통과한 신호 중 다이오드 557에 입력되는 신호,
Figure 112019123794987-pat00041
는 N-톤 테스트 신호이다. 또한,
Figure 112019123794987-pat00042
이고,
Figure 112019123794987-pat00043
일 수 있다. 여기서는 계산의 편의를 위해 커플러의 삽입손실이 0 dB와 비슷한 수준임이 가정된다.
유사하게, 커플러 517, 515, 513 또는 511을 통과한 신호
Figure 112019123794987-pat00044
,
Figure 112019123794987-pat00045
은 하기의 <수학식 3>과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00046
여기에서, P(a)는 신호 a의 전력,
Figure 112019123794987-pat00047
은 커플러 517, 511, 513 또는 515에 대한 입력 신호,
Figure 112019123794987-pat00048
은 증폭기 521, 523 또는 혼합기 531의 S-파라미터,
Figure 112019123794987-pat00049
은 커플러 517, 511, 513 또는 515의 출력 신호 중 다이오드로 입력되는 신호,
Figure 112019123794987-pat00050
은 나머지 신호 성분을 의미한다. N-톤 테스트 신호
Figure 112019123794987-pat00051
는
Figure 112019123794987-pat00052
으로 표현될 수 있고,
Figure 112019123794987-pat00053
이고,
Figure 112019123794987-pat00054
일 수 있다.
N-톤 테스트 신호
Figure 112019123794987-pat00055
가 RF 체인 210에 입력될 경우, 각 회로 소자를 통과하거나 각 회로 소자에 반사된 신호
Figure 112019123794987-pat00056
은 회로 소자의 전기적인 특성에 따라 하기의 <수학식 4>와 같이 표현될 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00057
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00058
는 N-톤 테스트 신호
Figure 112019123794987-pat00059
가 각 회로 소자에 의해 변화된 신호,
Figure 112019123794987-pat00060
은 신호들의 각주파수들,
Figure 112019123794987-pat00061
는 송신단에 의해 변화된 신호에서 각주파수가
Figure 112019123794987-pat00062
인 입력 신호의 복소 값,
Figure 112019123794987-pat00063
는 시간 변수를 의미한다.
<수학식 4>에서,
Figure 112019123794987-pat00064
는 하기의 <수학식 5>와 같이 표현될 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00065
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00066
는 송신단에 의해 변화된 신호에서 각주파수가
Figure 112019123794987-pat00067
인 입력 신호의 복소 값,
Figure 112019123794987-pat00068
은 N-톤 테스트 신호
Figure 112019123794987-pat00069
의 복소 값,
Figure 112019123794987-pat00070
은 입력 신호의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00071
은 입력 신호의 위상 변화량을 의미한다.
따라서, 증폭기 523 및 혼합기 531의 S-파라미터는 하기의 <수학식 6>과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019123794987-pat00072
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00073
은 증폭기 523의 S-파라미터,
Figure 112019123794987-pat00074
은 혼합기 531의 S-파라미터,
Figure 112019123794987-pat00075
은 증폭기 521의 S-파라미터,
Figure 112019123794987-pat00076
은 입력 신호의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00077
은 입력 신호의 위상 변화량,
Figure 112019123794987-pat00078
는
Figure 112019123794987-pat00079
을 만족하는 주파수,
Figure 112019123794987-pat00080
는
Figure 112019123794987-pat00081
를 만족하는 주파수,
Figure 112019123794987-pat00082
는
Figure 112019123794987-pat00083
을 만족하는 주파수,
Figure 112019123794987-pat00084
는
Figure 112019123794987-pat00085
를 만족하는 주파수를 의미한다. 즉
Figure 112019123794987-pat00086
은 증폭기 523의 통과특성을 지시하는 S-파라미터,
Figure 112019123794987-pat00087
은 혼합기 531의 통과특성을 지시하는 S-파라미터,
Figure 112019123794987-pat00088
은 증폭기 521의 통과특성을 지시하는 S 파라미터를 나타낸다.
커플러를 통과한 신호에서 다이오드로 입력되는 신호 성분
Figure 112019123794987-pat00089
은 커플러의 응답 속도와 결합 인자에 따라 하기의 <수학식 7>을 만족할 수 있다.
Figure 112019123794987-pat00090
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00091
은 N-톤 테스트 신호가 회로 소자에 의해 변화된
Figure 112019123794987-pat00092
신호가 커플러를 통해 커플링된 신호의 성분,
Figure 112019123794987-pat00093
는 커플러의 특성에 따라 변화된 각주파수가
Figure 112019123794987-pat00094
인 입력 신호의 복소 값,
Figure 112019123794987-pat00095
는 시간 변수를 의미한다.
<수학식 7>에서
Figure 112019123794987-pat00096
는 하기의 <수학식 8>과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00097
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00098
는 커플러의 특성에 따라 변화된 각주파수가
Figure 112019123794987-pat00099
인 입력 신호의 복소 값,
Figure 112019123794987-pat00100
는 송신단에 의해 변화된 신호에서 각주파수가
Figure 112019123794987-pat00101
인 입력 신호의 복소 값,
Figure 112019123794987-pat00102
은
Figure 112019123794987-pat00103
신호의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00104
은
Figure 112019123794987-pat00105
신호의 위상 변화량을 의미한다.
한편, 각 다이오드의 전류-전압 특성은 하기와 같은 <수학식 9>을 만족할 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00106
여기에서, y는 다이오드의 출력 전류, x는 다이오드의 입력 전압, c는 보정 계수일 수 있다.
<수학식 9>의 매클로린 급수(Maclaurin series) 표현은 <수학식 10>과 같다:
Figure 112019123794987-pat00107
여기에서, y는 다이오드의 출력 전류, x는 다이오드의 입력 전압, c는 보정 계수일 수 있다.
따라서, 다이오드를 통과한 신호는 하기의 <수학식 11>와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019123794987-pat00108
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00109
은
Figure 112019123794987-pat00110
신호가 커플러를 통해 커플링된 신호의 성분,
Figure 112019123794987-pat00111
은
Figure 112019123794987-pat00112
이 다이오드를 통과한 신호,
Figure 112019123794987-pat00113
,
Figure 112019123794987-pat00114
는 각주파수,
Figure 112019123794987-pat00115
는 커플러의 특성에 따라 변화된 각주파수가
Figure 112019123794987-pat00116
인 입력 신호의 복소 값,
Figure 112019123794987-pat00117
는 커플러의 특성에 따라 변화된 각주파수가
Figure 112019123794987-pat00118
인 입력 신호의 복소 값
Figure 112019123794987-pat00119
는 시간 변수, c는 다이오드의 보정 계수를 나타낼 수 있다.
<수학식 11>에 따르면, 다이오드를 통과한 신호는 상호 변조 현상에 의해
Figure 112019123794987-pat00120
및 다른 주파수 성분을 가진 신호들을 포함할 수 있다.
<수학식 7>과 <수학식 11>을 비교하면, 다이오드를 통과한 신호
Figure 112019123794987-pat00121
의 각 주파수
Figure 112019123794987-pat00122
신호의 복소 값
Figure 112019123794987-pat00123
은, 다이오드를 통과하기 전의 신호
Figure 112019123794987-pat00124
에서 각 주파수
Figure 112019123794987-pat00125
신호의 복소 값
Figure 112019123794987-pat00126
및 각 주파수
Figure 112019123794987-pat00127
신호의 복소 값
Figure 112019123794987-pat00128
의 곱으로 표현될 수 있다. 따라서, 다이오드를 통과한 신호 중 각 주파수
Figure 112019123794987-pat00129
를 가지는 신호 성분을 이용하여, 각 회로 소자의 전기적인 특성(즉, S-파라미터)이 측정될 수 있다.
N-톤을 가진 신호를 RF 체인에 입력한 경우, <수학식 11>에 의하여 각주파수가
Figure 112019123794987-pat00130
인 신호의 복소 값
Figure 112019123794987-pat00131
은 하기의 <수학식 12>와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019123794987-pat00132
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00133
는 커플러의 특성에 따라 변화된 각주파수가
Figure 112019123794987-pat00134
인 입력 신호의 복소 값,
Figure 112019123794987-pat00135
는 커플러의 특성에 따라 변화된 각주파수가
Figure 112019123794987-pat00136
인 입력 신호의 복소값, c는 다이오드의 보정 계수,
Figure 112019123794987-pat00137
은 N-톤 테스트 신호
Figure 112019123794987-pat00138
의 복소 값,
Figure 112019123794987-pat00139
는
Figure 112019123794987-pat00140
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00141
은
Figure 112019123794987-pat00142
에서
Figure 112019123794987-pat00143
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00144
은
Figure 112019123794987-pat00145
에서
Figure 112019123794987-pat00146
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00147
는
Figure 112019123794987-pat00148
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00149
는
Figure 112019123794987-pat00150
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00151
은
Figure 112019123794987-pat00152
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00153
은
Figure 112019123794987-pat00154
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00155
은
Figure 112019123794987-pat00156
주파수에서
Figure 112019123794987-pat00157
의 위상 변화량,
Figure 112019123794987-pat00158
은
Figure 112019123794987-pat00159
에서
Figure 112019123794987-pat00160
의 위상 변화량
Figure 112019123794987-pat00161
은
Figure 112019123794987-pat00162
는
Figure 112019123794987-pat00163
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00164
은
Figure 112019123794987-pat00165
의 위상 변화량,
Figure 112019123794987-pat00166
은
Figure 112019123794987-pat00167
의 위상 변화량을 의미한다.
<수학식 12>에 따르면,
Figure 112019123794987-pat00168
은 하기의 <수학식 13>과 같이 정의될 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00169
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00170
는
Figure 112019123794987-pat00171
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00172
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00173
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00174
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00175
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00176
은
Figure 112019123794987-pat00177
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00178
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00179
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00180
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00181
의 크기 변화량을 의미한다.
만약, 커플러 511, 513, 515 및 517이 서로 동일하다면, 각 커플러를 통과한 신호의 크기 변화량
Figure 112019123794987-pat00182
및 위상 변화량
Figure 112019123794987-pat00183
은 모두 동일하므로, <수학식 14> 및 <수학식 15>가 성립할 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00184
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00185
은 커플러 517을 통과한 신호의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00186
는 커플러 515를 통과한 신호의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00187
은 커플러 513을 통과한 신호의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00188
는 커플러 511을 통과한 신호의 크기 변화량을 의미한다.
Figure 112019123794987-pat00189
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00190
은 커플러 517을 통과한 신호의 위상 변화량,
Figure 112019123794987-pat00191
는 커플러 515를 통과한 신호의 위상 변화량,
Figure 112019123794987-pat00192
은 커플러 513을 통과한 신호의 위상 변화량,
Figure 112019123794987-pat00193
은 커플러 511을 통과한 신호의 위상 변화량을 의미한다.
따라서, <수학식 13>은 하기의 <수학식 16>와 같이 표현될 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00194
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00195
는
Figure 112019123794987-pat00196
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00197
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00198
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00199
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00200
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00201
은
Figure 112019123794987-pat00202
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00203
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00204
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00205
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00206
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00207
은 주파수
Figure 112019123794987-pat00208
에서 증폭기에 대한 S-파라미터의 크기를 의미한다.
유사하게,
Figure 112019123794987-pat00209
은 하기의 <수학식 17>과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00210
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00211
는
Figure 112019123794987-pat00212
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00213
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00214
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00215
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00216
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00217
은
Figure 112019123794987-pat00218
를 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00219
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00220
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00221
은 커플러를 통과하는
Figure 112019123794987-pat00222
의 크기 변화량,
Figure 112019123794987-pat00223
은 주파수
Figure 112019123794987-pat00224
에서 증폭기에 대한 S-파라미터의 크기를 의미한다.
<수학식 16> 및 <수학식 17>에 따르면,
Figure 112019123794987-pat00225
는
Figure 112019123794987-pat00226
에서
Figure 112019123794987-pat00227
의 크기의 곱이고,
Figure 112019123794987-pat00228
(즉,
Figure 112019123794987-pat00229
)임을 가정하면, S-파라미터 특성은 주파수에 대해 연속적인 함수일 수 있다. 따라서, 증폭기 523에 대한 S-파라미터의 크기
Figure 112019123794987-pat00230
은 하기의 <수학식 18>와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019123794987-pat00231
Figure 112019123794987-pat00232
는 S-파라미터의 크기,
Figure 112019123794987-pat00233
는
Figure 112019123794987-pat00234
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00235
은
Figure 112019123794987-pat00236
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00237
는
Figure 112019123794987-pat00238
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00239
은
Figure 112019123794987-pat00240
를 만족하는 변수를 나타낼 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
Figure 112019123794987-pat00241
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
Figure 112019123794987-pat00242
인 신호의 위상을 측정함으로써, 각 회로 소자의 S-파라미터의 위상을 측정할 수 있다.
예를 들어, 증폭기 523의 응답 속도가
Figure 112019123794987-pat00243
인 경우, 하기의 <수학식 19>이 만족될 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00244
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00245
는
Figure 112019123794987-pat00246
만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00247
는
Figure 112019123794987-pat00248
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00249
는
Figure 112019123794987-pat00250
만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00251
는
Figure 112019123794987-pat00252
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00253
는 증폭기 523의 응답 속도를 의미한다.
<수학식 19>에 따라, 증폭기 523의 응답 속도가
Figure 112019123794987-pat00254
는 하기의 <수학식 20>와 같이 표현될 수 있다:
Figure 112019123794987-pat00255
여기에서,
Figure 112019123794987-pat00256
는 증폭기의 응답 속도,
Figure 112019123794987-pat00257
는
Figure 112019123794987-pat00258
만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00259
는
Figure 112019123794987-pat00260
을 만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00261
는
Figure 112019123794987-pat00262
만족하는 변수,
Figure 112019123794987-pat00263
는
Figure 112019123794987-pat00264
을 만족하는 변수를 의미한다.
<수학식 20>에서,
Figure 112019123794987-pat00265
는 다이오드 555의 출력 신호에서
Figure 112019123794987-pat00266
주파수 신호 성분의 위상이고,
Figure 112019123794987-pat00267
는 다이오드 557의 출력 신호에서
Figure 112019123794987-pat00268
주파수 신호 성분의 위상이다.
따라서, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드 555의 출력 신호 및 다이오드 557의 출력 신호에서 각 주파수가
Figure 112019123794987-pat00269
인 신호의 위상을 측정함으로써, 증폭기 523의 응답 속도를 측정할 수 있다. 유사하게, VLSI 칩 테스터 230은 다이오드의 출력 신호에서 각 주파수가
Figure 112019123794987-pat00270
인 신호의 위상을 측정함으로써, 혼합기 531 및또는 증폭기 521의 응답 속도를 측정할 수 있다.
다만, N(N≥3인 정수)의 주파수 중에서 두개의 주파수의 차이가, 다른 두개의 주파수의 차이와 같으면 <수학식 18>과 <수학식 20>이 성립하지 않는다. 예를 들어, 3-톤 주파수 (
Figure 112019123794987-pat00271
를 이용하는 상황에서
Figure 112019123794987-pat00272
라면 동일한 주파수 (
Figure 112019123794987-pat00273
에 서로 다른 신호가 섞여서 측정 오차가 커질 수 있다. 그에 따라 N개의 주파수를 이용할 때는 <수학식 21>과 같은 조건이 필요할 수 있다.
Figure 112019123794987-pat00274
Figure 112019123794987-pat00275
는 모두 임의의 서로 다른 주파수를 나타낼 수 있다. a는 1내지 N-1 중 어느 하나로 결정될 수 있으며, b는 2내지 N중 어느 하나로 결정될 수 있다. c는 1내지 N-1 중 어느 하나로 결정될 수 있으며, d는 2 내지 N중 어느 하나로 결정될 수 있다.
도 6은 다양한 실시 예들에 따라 자가 보정(self-calibration)을 위한 회로 구조를 도시한다.
도 6을 참고하면, 자가 보정을 위한 회로는 전력 분배기/결합기 610, IF 모듈 620, 검출기 630, SPI 640, 디지털 제어부 650 및 RF 체인들 660을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상술한 전력 분배기/결합기 610, IF 모듈 620, 검출기 630, SPI 640, 디지털 제어부 650 및 RF 체인들 660은 측정 장치 100에 포함될 수 있다. 예를 들어, 검출기 630, SPI 640, 디지털 제어부 650은 측정 제어부 131에 포함될 수 있고, 전력 분배기/결합기 610, IF 모듈 620 및 RF 체인들 660은 통신부 110에 포함될 수 있다. 전력 분배기/결합기 610은 테스트 회로 111에 포함될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, 검출기 630은 RF 체인들 660의 테스터 및/또는 전력 분배기/결합기 610의 측정 신호를 검출할 수 있다. 디지털 제어부 650은 검출된 신호에 기반하여 회로 소자(예; 위상 변환기, 감쇠기)의 값을 조절하기 위한 제어 값을 생성할 수 있다. 나아가, 디지털 제어부 650은 SPI 640을 통해 RF 체인들 660(모듈 또는 채널)의 회로 소자 값을 제어 값에 따라 조절할 수 있다.
다시 말해서, 도 6에 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 650은 채널 간의 S-파라미터를 측정하고, 채널 간 오차를 줄이도록 위상 변환기 및/또는 감쇠기의 값을 비트 단위로 제어함으로써, 자가 보정 기능을 수행할 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 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 (18)

  1. 측정 장치에 있어서,
    서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn의 성분 신호를 포함하는 테스트 신호를 생성하는 신호 발생기와, 상기 서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn은 f1> f2> f3>…> fn의 관계를 만족하고,
    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)의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드의 출력 신호 및 상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제2 다이오드의 출력 신호를 검출하고,
    상기 제1 다이오드의 출력 신호 및 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 주파수 성분 신호를 추출하여 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 제1 다이오드의 출력 신호는 fn-fn+k 주파수를 가지는 신호이고,
    상기 제2 다이오드의 출력 신호는 fn-fn+k 주파수를 가지는 신호이고,
    상기 생성된 테스트 신호의 적어도 일부는 상기 회로 소자의 입력 신호이고,
    상기 주파수 성분 신호는 fn-fn+k 주파수를 가지는 신호이고,
    상기 n과 k는 0보다 큰 양의 정수인 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주파수 성분 신호의 주파수는, 상기 서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn들의 상호 변조에 기반하여 결정되는 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 측정 제어부는, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 주파수의 성분 신호의 크기 대비 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 주파수의 성분 신호의 크기의 비율에 기반하여, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터의 크기를 결정하는 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 측정 제어부는, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 주파수의 성분 신호의 위상과 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 주파수의 성분 신호의 위상 사이의 차이에 기반하여, 상기 회로 소자의 적어도 하나의 위상 또는 응답 속도를 결정하는 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 다이오드는, 상기 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호를 입력 신호로 수신하고,
    상기 제2 다이오드는, 상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호를 입력 신호로 수신하고,
    상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드는 상기 서로 다른 적어도 세 개의 주파수들의 성분 신호의 주파수들의 상호 변조에 기반하여 결정되는 상기 주파수 성분 신호를 출력하는 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 RF 체인을 더 포함하는 장치.
  7. 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.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn들은, 밀리미터파 대역에서 주파수들이고, 상기 주파수 성분 신호의 주파수는, 저주파 대역에서 주파수인 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn 중 두 개의 주파수간 주파수 차이는,
    상기 서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn 중 상기 두 개의 주파수와 적어도 하나가 다른 두 개의 주파수들 간 주파수 차이와 상이한 장치.
  10. 측정 장치의 동작 방법에 있어서,
    서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn의 성분 신호들을 포함하는 테스트 신호를 생성하는 과정과, 상기 서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn은 f1> f2> f3>…> fn의 관계를 만족하고,
    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)의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제1 다이오드의 출력 신호 및 상기 적어도 하나의 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호의 적어도 일부를 입력 신호로 수신하는 제2 다이오드의 출력 신호를 검출하는 과정과,
    상기 제1 다이오드의 출력 신호 및 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 주파수 성분 신호를 추출하여 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터 또는 상기 회로 소자의 선형 전달 함수를 측정하는 과정을 포함하고,
    상기 제1 다이오드의 출력 신호는 fn-fn+k 주파수를 가지는 신호이고,
    상기 제2 다이오드의 출력 신호는 fn-fn+k 주파수를 가지는 신호이고,
    상기 커플러는 상기 커플링된 신호를 생성하고, 단방향 결합선로 커플러 혹은 양방향 결합선로 커플러이고,
    상기 생성된 테스트 신호의 적어도 일부는 상기 회로 소자의 입력 신호이고,
    상기 주파수 성분 신호는 fn-fn+k 주파수를 가지는 신호이고,
    상기 n과 k는 0보다 큰 양의 정수인 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 주파수 성분 신호의 주파수는, 상기 서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn들의 상호 변조에 기반하여 결정되는 방법.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 선형 S-파라미터를 측정하는 과정은,
    상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 주파수의 성분 신호의 크기 대비 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 주파수의 성분 신호의 크기의 비율에 기반하여, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터의 크기를 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 다이오드의 출력 신호에서 상기 주파수의 성분 신호의 위상과 상기 제2 다이오드의 출력 신호에서 상기 주파수의 성분 신호의 위상 사이의 차이에 기반하여, 상기 회로 소자의 적어도 하나의 위상 또는 응답 속도를 결정하는 과정을 더 포함하는 방법.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 다이오드는, 상기 회로 소자의 입력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호를 입력 신호로 수신하고,
    상기 제2 다이오드는, 상기 회로 소자의 출력 테스트 신호에 대한 커플링된 신호를 입력 신호로 수신하고,
    상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드는 상기 서로 다른 적어도 세 개의 주파수들의 성분 신호의 주파수들의 상호 변조에 기반하여 결정되는 상기 주파수 성분 신호를 출력하는 방법.
  15. 청구항 10에 있어서, 상기 RF 체인을 더 포함하는 방법.
  16. 청구항 10에 있어서, 상기 회로 소자에 대한 선형 S-파라미터에 기반하여, 상기 회로 소자의 캘리브레이션을 위한 적어도 하나의 비트 값을 조절하는 과정을 더 포함하는 방법.
  17. 청구항 10에 있어서, 상기 서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn들은, 밀리미터파 대역에서 주파수들이고, 상기 주파수 성분 신호의 주파수는, 저주파 대역에서 주파수인 방법.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn 중 두 개의 주파수간 주파수 차이는,
    상기 서로 다른 주파수 f1, f2, f3, …, fn 중 상기 두 개의 주파수와 적어도 하나가 다른 두 개의 주파수들 간 주파수 차이와 상이한 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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ARFTG, A New Instrument Architecture for Millimeter-Wave Time-Domain Signal Analysis (2004.06.30.)*
ASM, Modelling Of Interference Caused By Uplink Signal For Low Earth Orbiting Satellite Ground Stations (2008.06.25.)*
Microwave Journal, Narrowband Vector Intermodulation Measurements (2011.03.31.)*

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