KR20130090758A - Rf 스위치 - Google Patents

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KR20130090758A
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데니스 에이. 마슬리아
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아코 세미컨덕터, 인크
데니스 에이. 마슬리아
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Abstract

안테나를 송신기 증폭기 또는 수신기 증폭기 중 어느 하나에 교대로 결합시키는 RF 스위칭 디바이스들이 제공된다. 예시적인 RF 스위칭 디바이스는, 2개의 밸브를 포함하며, 한 밸브는 안테나와 수신기 증폭기 사이의 수신기 전송 라인을 위한 것이고, 다른 밸브는 안테나와 전력 증폭기 사이의 송신기 전송 라인을 위한 것이다. 각각의 밸브는 그라운드와 그것의 전송 라인 사이에 스위칭가능하게 결합된다. 그라운드에 결합되었을 때, 밸브를 통해 흐르는 전류는 전송 라인의 임피던스를 증가시켜, 전송 라인 상의 신호들을 감쇠시킨다. 그라운드로부터 분리되었을 때, 전송 라인의 임피던스는 기본적으로 영향을 받지 않는다. 밸브들의 쌍은 한 밸브가 온(on)일 때, 다른 밸브가 오프(off)가 되고, 그 역도 마찬가지가 되도록 제어되어, 안테나가 전력 증폭기로부터 신호들을 수신하거나 또는 수신기 증폭기가 안테나로부터 신호들을 수신하게 한다.

Description

RF 스위치{RF SWITCHES}
<관련 출원에 대한 교차 참조>
본 출원은 2009년 4월 22일에 출원되었으며, 발명의 명칭이 "MOSFET 및 듀얼 게이트 JFET를 포함하며, 높은 항복 전압을 갖는 전자 회로"인 미국 특허 가출원 제61/171,689호, 2008년 2월 13일에 출원되었으며 발명의 명칭이 "높은 항복 전압의 더블 게이트 반도체 디바이스"인 미국 특허 출원 제12/070,019호, 및 2010년 1월 13일에 출원되었으며 발명의 명칭이 "MOSFET과 듀얼 게이트 JFET를 포함하는 전자 회로"인 미국 특허 출원 제12/686,573호와 관련되어 있으며, 이들 3개 특허출원들은 모두 본 명세서에 참조로서 원용된다.
<발명의 분야>
본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스들, 더욱 특히 RF 애플리케이션들에 사용하기 위한 무선 주파수(RF) 스위치들에 관한 것이다.
<관련 기술>
도 1은 안테나(110)에 결합된 종래 기술의 예시적인 송수신기(100)를 도시한다. 송수신기(100)는 전력 증폭기(130)와 수신기 증폭기(140) 사이에서 스위치하도록 구성된, 고상 SPDT (solid-state single pole double throw) 스위치와 같은 스위치(120)를 포함한다. 송수신기(100)는 스위치(120)와 안테나(110) 사이에 배치된 필터들(150)을 더 포함한다.
종래 기술에서, 안테나(110)는, 각각이 스위치(120), 전력 증폭기(130), 및 수신기 증폭기(140)를 포함하는 다수의 회로들에 간혹 결합되며, 그러한 각각의 회로는 특정 주파수 대역에 전용이다. 여기에서, 송수신기(100)는 예를 들어 하나 이상의 높은 대역들 및/또는 하나 이상의 낮은 대역들을 처리한다. 이 예시들에서, 필터들(150)은 회로가 전용되는 특정 주파수 대역의 외부의 주파수들을 선택적으로 제거한다.
전력 증폭기(130)에 의해 생성되는 전력의 대부분은 어떤 소망하는 주파수에 있지만, 일부 전력은 그 프라이머리(primary) 주파수의 고조파들(harmonics)에 들어가기도 한다. 따라서, 필터들(150)의 다른 기능은 전송된 신호의 보다 높은 고조파(harmonics)를 제거하여, 안테나(110)가 소망하는 주파수에서만 송신하게 하는 것이다.
동작 시에, 송수신기(100)는 전력 증폭기(130)를 안테나(110)에 결합시켜 RF 신호를 송신하고, 수신기 증폭기(140)를 안테나(110)에 결합시켜 RF 신호를 수신한다. 그러나, 전력 증폭기(130)와 수신기 증폭기(140)가 모두 동일한 스위치(120)에 결합되어 있기 때문에, 스위치(120)는 높은 전력의 송신된 RF 신호를 수신기 전송 라인(160)에 의도치않게 결합시킬 수 있으며, 이는 기생 누설로서 알려진 효과임을 알 수 있을 것이다.
또한, 스위치(120)는 약 15 내지 30 volts 범위의, 전력 증폭기에 의해 발생된 높은 전압을 처리할 수 있을 필요가 있다. 그러한 전압은 MOS(metal oxide semiconductor) 스위치들이 견디기에는 너무 높다.
본 발명의 예시적인 제조물은 반도체 디바이스, 송수신기, 및 통신 디바이스를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 제조물들은 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 기술들을 이용하여 실리콘 기판들 위에서 전체적으로 구현된다. 예시적인 제조물은 전력 증폭기, 수신기 증폭기, 및 제1 및 제2 전송 라인들을 포함한다. 제1 전송 라인은 전력 증폭기와 안테나 포트 사이에서 확장하며, 제2 전송 라인은 수신기 증폭기와 안테나 포트 사이에서 확장한다. 예시적인 실시예는 또한 제1 및 제2 밸브들을 포함한다. 제1 밸브는 제1 전송 라인의 임피던스를 변화시키도록 구성되고, 제2 밸브는 제2 전송 라인의 임피던스를 변화시키도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 제1 밸브와 제2 밸브는 하나의 밸브가 개방되었을때 다른 밸브가 폐쇄되도록 제어가능하다. 다양한 실시예들에서, 제조물은 제1 및 제2 밸브들을 반대로 제어하도록 구성된 제어 로직을 추가적으로 포함한다. 제조물이 예를 들어 통신 디바이스를 포함하는 이들 실시예들에서는, 제조물은 안테나 포트에 결합된 안테나를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제1 밸브 및/또는 제2 밸브는, 각각, 밸브를 온과 오프로 스위칭하기 위해 밸브를 그라운드에 결합시키고, 밸브를 그라운드로부터 분리하도록 제어가능한 더블 게이트 반도체 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 다양한 실시예들에서, 제1 전송 라인은 전송 라인 세그먼트를 포함하며, 제1 밸브 및/또는 제2 밸브는 모두 노드에서 제1 전송 라인에 연결된 제1 및 제2 라인들을 포함할 수 있다. 이 실시예들에서, 제1 라인은 전송 라인의 세그먼트를 따라 배치된 제1 라인 세그먼트를 포함하고, 제2 라인은 전송 라인의 세그먼트를 따라 배치된 제2 라인 세그먼트를 포함한다.
예시적인 제조물은, 일부 실시예들에서, 프라이머리 주파수의 고조파를 제거하기 위해 전력 증폭기와 안테나 사이에 필터를 포함하지 않는데, 왜냐하면, 제1 전송 라인 상의 동작 주파수 주위의 감쇠가 중요하지 않다고 하더라도 전체 회로가 제1 전송 라인 상에서 전력 증폭기의 프라이머리 주파수보다 높은 주파수들에서 강한 주파수 감쇠를 일으키기 때문이다. 다양한 실시예들에서, 제1 및/또는 제2 밸브들은 0.5 dB보다 작은 삽입 손실을 갖는다. 또한, 다양한 실시예들에서, 제1 밸브는 전력 증폭기의 프라이머리 주파수에서 적어도 22dB의 아이솔레이션(isolation)을 제공할 수 있다.
본 발명은 또한 안테나를 이용하여 교대로 송신 및 수신하는 방법들을 제공한다. 예시적인 방법은, 교대로, RF 신호들을 전력 증폭기로부터 안테나로 송신하고, 안테나로부터 RF 신호들을 수신하는 것을 포함한다. 더욱 구체적으로, RF 신호들을 전력 증폭기로부터 안테나로 송신하는 단계는 송신기 전송 라인을 통해 수행되며, 동시에 수신기 증폭기와 안테나 사이에 결합된 수신기 전송 라인 상에서는 RF 신호들을 저지(impeding)한다. 마찬가지로, 안테나로부터 RF 신호들을 수신하는 단계는 수신기 전송 라인을 통해 수행되며, 동시에 송신기 전송 라인 상에서는 전력 증폭기로부터의 RF 신호들을 저지한다. 다양한 실시예들에서, CMOS 디바이스는 RF 신호들을 송신기 전송 라인을 통해 안테나로 송신하는 전력 증폭기로부터, 수신기 전송 라인을 통해 안테나로부터 RF 신호들을 수신하는 수신기 증폭기로 스위칭한다.
일부 실시예들에서, 수신기 전송 라인 상에서 RF 신호들을 저지하는 것은 수신기 전송 라인과 그라운드 사이에 배치된 제1 밸브를 온 상태로 유지하는 것을 포함한다. 마찬가지로, 일부 실시예들에서, 송신기 전송 라인 상에서 전력 증폭기로부터의 RF 신호들을 방해하는 것은 송신기 전송 라인과 그라운드 사이에 배치된 제2 밸브를 온 상태로 유지하는 것을 포함한다. 이들 실시예들 중 일부에서, 제1 및/또는 제2 밸브들은 더블 게이트 반도체 디바이스를 포함하고, 밸브를 온 상태로 유지하는 단계는 더블 게이트 반도체 디바이스가 그 더블 게이트 반도체 디바이스의 소스와 드레인 사이에서 전도하도록 더블 게이트 반도체 디바이스의 게이트들을 제어하는 것을 포함한다. 더블 게이트 반도체 디바이스가 소스와 드레인 사이에서 전도하지 않도록 더블 게이트 반도체 디바이스의 게이트들을 제어하는 것은, 밸브를 오프로 만들어, 각각의 전송 라인 상에서 밸브로부터의 임피던스를 제거하여 전력 증폭기로부터 안테나로의 송신 또는 안테나로부터 수신기 증폭기에 의한 수신 중 어느 하나를 가능하게 한다.
도 1은 안테나에 결합된 종래 기술의 송수신기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 통신 디바이스의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 밸브의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 밸브의 라인 세그먼트들의 레이아웃의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 밸브의 라인 세그먼트들의 레이아웃의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 밸브의 라인 세그먼트들의 레이아웃의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 밸브의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, "온" 상태의 예시적인 밸브로 인한 전송 라인 상의 신호 주파수의 함수로서의 감쇠를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, "오프" 상태의 예시적인 밸브로 인한 전송 라인 상의 신호 주파수의 함수로서의 감쇠를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 송신기 전송 라인 상의 전체적인 감쇠를 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 신호들을 송신하고 수신하는 방법의 흐름도 표현이다.
본 개시는 안테나를 송신기 증폭기 또는 수신기 증폭기 중 어느 하나에 교대로 결합시킬 수 있는 RF 스위칭 디바이스들에 관한 것이다. 본 개시는 또한 집적 회로(IC)와 같은 RF 스위칭 디바이스들, 및 PDA(Personal Digital Assistants), 휴대 전화기(cell phone), 스마트폰 등과 같은 이동 통신 디바이스들을 포함하는 제조물에 대한 것이다. 본 개시는 또한 RF 스위칭 디바이스들, 및 그러한 RF 스위칭 디바이스들을 포함하는 디바이스들을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 예시적인 RF 스위칭 디바이스는 2개의 밸브들을 포함하며, 한 밸브는 안테나와 수신기 증폭기 사이에 배치된 수신기 전송 라인을 제어하도록 구성되고, 다른 밸브는 안테나와 전력 증폭기 사이의 송신기 전송 라인을 제어하도록 구성된다. 본 명세서의 다른 곳에서 구체적으로 정의되는 밸브는 전송 라인을 그라운드에 스위칭가능하게 결합시키는 회로를 포함한다. 회로가 그라운드에 결합되었을 때, 회로를 흐르는 전류는 전송 라인의 임피던스를 증가시킴으로써, 전송 라인 상의 신호들을 아주 많이 감쇠시킨다. 그라운드로부터 분리되었을 때, 전송 라인의 임피던스는 기본적으로는 영향을 받지 않으며, 밸브의 존재로 인한 신호들의 감쇠는 최소가 된다. 밸브들의 쌍은 한 밸브가 온(on)일 때, 다른 밸브가 오프(off)가 되고, 그 역도 마찬가지가 되도록 제어되어, 안테나가 전력 증폭기로부터 신호들을 수신하거나 또는 수신기 증폭기가 안테나로부터 신호들을 수신하게 한다.
도 2는 안테나(110), 전력 증폭기(130), 수신기 증폭기(140), 전력 증폭기(130)를 안테나(110)에 결합시키는 송신기 전송 라인(210), 및 수신기 증폭기(140)를 안테나(110)에 결합시키는 수신기 전송 라인(220)을 포함하는 통신 디바이스(200)의 개략도이다. 디바이스(200)는 전송 라인들(210, 220)에 각각 결합된 밸브들(230, 240)을 더 포함한다. 또한, 디바이스(200)는 밸브들(230, 240)을 제어하도록 구성된 제어 로직(250)을 포함한다. 제어 로직(250)은 제어 라인(260) 상에서 제어 신호를 수신하고 2개의 밸브들(230, 240)의 각각으로 반대의 신호들을 출력하도록 구성된다. 예를 들면, 제어 신호에 따라, 밸브(230)가 고 전압을 수신하면, 밸브(240)는 저 전압을 수신하고, 그 역도 마찬가지이다. 제어 로직(250)의 간단한 예는 NAND 게이트이다.
디바이스(200)는 또한 도 2에 도시된 바와 같이, 밸브들(230, 240)과 안테나(110) 사이, 그리고 밸브들(230, 240)과 각각의 증폭기들(130, 140) 사이의 전송 라인들(210, 220)에 결합된 임피던스 매칭 회로들(270)을 선택적으로 포함한다. 임피던스 매칭 회로들(270)은 일부 실시예들에서 그라운드와, 전송 라인(210, 220) 상의 노드와의 사이에 결합된 캐패시터, 및 노드와 각각의 밸브(230, 240) 사이에 전송 라인들(210, 220)과 일렬로(in-line) 배치된 인덕터를 포함할 수 있다.
디바이스(200)의 일부 실시예들에서, 전력 증폭기(130), 수신기 증폭기(140), 밸브들(230, 240), 및 임피던스 매칭 회로들(270)은 패키지 내의 반도체 칩 상에 배치된다. 이들 실시예들에서, 예를 들어 칩 상의 본딩 패드들을 패키지 상의 본딩 패드들에 연결시킴으로써, 그리고 패키지 상의 본딩 패드들을 안테나(110)를 포함하는 회로 기판 상의 본딩 패드들에 연결시킴으로써, 패키지를 통해 안테나(110)와 전송 라인들(210, 220) 사이에서 접속이 이루어진다. 일부 실시예들에서, 칩은 CMOS 칩을 포함한다. 안테나(110)를 연결시키기 위한, 전송 라인들(210, 220)의 단자 종단부는 본 명세서에서 안테나 포트로 지칭된다. 도 2에 도시되지는 않았지만, 안테나 포트는 전송 라인들(210, 220)의 교차점에 있다.
다중 주파수 대역들을 처리하기 위해 디바이스(200)가 추가의 밸브들 및 증폭기들을 도 2에 도시된 것들과 병렬로 추가적으로 포함할 수 있음을 또한 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 높은 대역 및 낮은 대역은 2개의 전력 증폭기들(130) 및 2개의 수신기 증폭기들(140)에 의해 수용될 수 있고, 각각의 증폭기는 안테나(110)로의 전용 전송 라인을 가지며, 각각의 전용 전송 라인은 전용 밸브에 의해 제어된다. 스위치는 한 측면 상의 안테나 포트를(많은 현대의 경우들에서, 안테나는 회로 기판 상에 또는 회로 기판 상에 탑재된 특정 기판 상에 프린트됨) 한 위치에서 수신기의 저잡음 증폭기의 입력에 접속하거나 또는 다른 위치에서 전력 증폭기의 출력에 접속하고 있다.
본 명세서에서 이용되는 밸브는 이하의 컴포넌트들, 구성, 및 특성들을 갖는 전자 회로로서 정의된다. 구체적으로, 밸브는 전송 라인의 세그먼트, 노드에서 전송 라인에 연결되며 전송 라인의 세그먼트를 따라 배치된 세그먼트를 포함하는 제1 도전성 라인, 및 제1 라인을 그라운드에 결합시키고 분리시킬 수 있는 스위치를 포함한다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 하나의 라인 세그먼트는 다른 라인 세그먼트를 따라 배치되며, 2개의 세그먼트들은 일부 공통 경로를 통해 서로 나란히 배치되며, 그 경로는 예를 들면, 직선 라인, 곡선 라인, 8자형(figure-8), 또는 정사각파형 패턴을 포함할 수 있다. 라인 세그먼트들의 예시적인 구성들은 도 4-6에 도시되어 있다.
제1 라인 및 전송 라인의 세그먼트들은, 전류가 그 둘 다를 흐르고 있을 때, 전송 라인의 전류가 한 방향으로 흐르는 동안 제1 라인의 전류는 반대 방향으로 흐르도록 구성된다. 제1 및 전송 라인들의 세그먼트들에서 흐르는 전류들이 반대 방향으로 흐르기 때문에, 그리고 제1 라인의 세그먼트가 전송 라인의 세그먼트를 따라 배치되기 때문에, 전류가 양측을 통하여 흐를 때, 전송 라인의 세그먼트의 임피던스는 제1 라인에 전류가 흐르지 않고 있을 때에 비해 증가한다. 증가된 임피던스는 전송 라인을 따라 전파하는 신호들을 감쇠시키는 결과를 낳는다.
본 개시 전체에 걸쳐, 밸브는, 전류가 제1 라인을 통해 흐르고 있을 때 "온(on)" 상태에 있는 것으로, 그리고 그렇지 않은 경우에는 "오프(off)" 상태에 있는 것으로 고려된다. 전송 라인의 임피던스 및 전송 라인 상의 RF 신호들의 감쇠는 밸브가 온일 때 높고, 임피던스 밸브가 오프일 때는 낮다. 전송 라인 상에서 실제적으로 구현된 임피던스는 신호의 주파수에 의존할 뿐 아니라, 라인 세그먼트들의 기하학적 형상 및 각각을 흐르는 전류량의 함수에도 의존한다.
본 명세서에서 사용되는 밸브들은, 스위치들(120)은 하나의 전송 라인을 2개의 다른 전송 라인들 중 어느 하나에 교대로 결합시키지만, 본 명세서에서 사용되는 밸브는 전송 라인들을 브레이크(break) 하지 않는다는 점에서 종래 기술의 스위치들(120)과 구별된다. 본 명세서에서 사용되는 밸브들은 전계 효과 트랜지스터들(FETs)과도 구별된다.
도 3은 예시적인 밸브(300)를 개략적으로 도시한다. 밸브(300)는 전송 라인 세그먼트(320)를 포함하는 전송 라인(310), 및 전송 라인 세그먼트(320)를 따라 배치된 제1 라인 세그먼트(340)를 포함하는 제1 라인(330)을 포함한다. 선택적으로, 밸브(300)는 제2 라인(350), 및 전송 라인 세그먼트(320)를 따라 배치된 제2 라인 세그먼트(360)를 더 포함한다. 비록 라인 세그먼트들(320, 340, 및 360)이 도 3에서 그들 각각의 라인들의 나머지들과 다르게 표현되었다 하더라도, 이들 라인 세그먼트들 내의 금속 트레이스들의 물리적 치수들(폭 및 두께)은 라인들 상의 다른 곳과 다르지 않을 수 있다.
라인들(330, 350)은 노드(370)에서 전송 라인(310)에 연결된다. 밸브(300)는 또한 라인들(330, 350)을 그라운드에 결합시키고 분리시킬 수 있는 스위치(380)를 포함한다. 라인 세그먼트들(320 및 340, 그리고 선택적으로 360)은, 전류가 각각을 통해 흐르고 있을 때, 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 라인 세그먼트들(340, 360)을 통해 흐르는 전류가 한 방향으로 흐르는 동안 전송 라인 세그먼트(320)를 통해 흐르는 전류는 반대 방향으로 흐르도록 구성된다. 제2 라인(350)을 포함하지 않고 밸브가 온 상태에 있을 때의 이들 실시예들에서는, 전송 라인(310)을 통해, 그리고 제1 라인(330)을 통해 흐르는 전류들은 각각이 밸브(300)에 의해 수신된 전류의 대략 절반이다. 제2 라인(350)을 포함하는 실시예들에서, 전송 라인(310)을 통해 흐르는 전류는 밸브(300)에 의해 수신된 전류의 대략 절반인 한편, 라인들(330, 350) 각각의 전류들은 밸브(300)에 의해 수신된 전류의 대략 ¼이다. 밸브(300)의 일부 실시예들에서, 밸브(300)는 0.5dB보다 작은 삽입 손실을 갖는다. 바람직하게는, 노드(370)부터 세그먼트들(340, 360)까지의 거리들 간의 임의의 경로 길이 차는 위상이 세그먼트들(340, 360)을 따라 유지되도록 파장의 정수배여야 한다.
밸브의 예시적인 부분이 도 4에 도시되어 있다. 이 예에서, 전송 라인 세그먼트(320)는 어느 한 쪽에서 전송 라인 세그먼트(320)를 따라 배치된 제1 및 제2 라인 세그먼트들(340, 360)을 갖는 원형 아크를 포함한다. 라인 세그먼트들(320, 340, 360) 각각의 전류 흐름의 방향은 화살표로 도시되어 있다.
라인 세그먼트들(320, 340, 360)의 길이들은 도 4의 예에서 유사하지만 동일하지는 않다. 라인 세그먼트들(320, 340, 360)의 길이들은 각각의 아크를 상이한 각에 대하게 함으로써 동일하게 만들 수 있음을 알 것이다. 원형 아크들의 예시적인 직경들은 300㎛에서 1㎜까지이다. 또한, 도 4의 라인 세그먼트들(320, 340, 360)의 폭들은 동일하나, 일부 실시예들에서 제1 및 제2 라인 세그먼트들(340, 360)의 폭들은 같지만, 전송 라인 세그먼트(320)의 폭과는 상이하다. 추가의 실시예들에서, 각 라인 세그먼트들(320, 340, 360)의 폭들은 상이하다. 라인 세그먼트들(320, 340, 360)에의 접속은 비아들을 통해 도면의 평면 위의 또는 아래의 층들 내의 트레이스들로 만들어질 수 있다. 라인 세그먼트들(320, 340, 360)의 예시적인 폭들은 10㎛에서 300㎛까지이다.
밸브의 다른 예시적인 부분이 도 5에 도시되어 있다. 이 예에서, 라인 세그먼트들(320, 340, 360)은 전송 라인 세그먼트(320) 위에 그리고 아래에 위치함으로써 전송 라인 세그먼트(320)를 따라 배치된 라인 세그먼트들(340 및 360)을 갖는 적층된 원형 아크들을 포함한다. 도 5에서, 라인 세그먼트들(320, 340, 360)이 평면도 및 단면도 양쪽으로 도시되어 있다. 평면도는 라인 세그먼트들(320, 340, 360) 중 어느 하나에 접속될 수 있는 리드들의 쌍(500)을 도시한다. 라인 세그먼트들(340 및 360)로의 접속은 비아를 통해 교대로 이루어질 수 있다. 라인 세그먼트들(320, 340, 360) 각각의 전류 흐름의 방향은 단면도에 도시되어 있다. 단면도는 또한 라인 세그먼트들(320, 340, 360) 사이의 유전체층들(510)을 보여준다. 이 실시예에서, 라인 세그먼트들(320, 340, 360)의 길이들, 폭들 및 두께들은 동일하지만, 다른 실시예에서는 그렇게 제한되는 것은 아니다. 라인 세그먼트들(320, 340, 360)의 원형 아크들의 예시적인 직경 및 폭들은 각각 300㎛에서 1㎜까지 그리고 10㎛에서 300㎛까지이다.
밸브의 또 다른 예시적인 부분이 도 6에 도시되어 있다. 이 예에서, 전송 라인 세그먼트(320)는 라인 세그먼트들(340, 360)이 전송 라인 세그먼트(320)를 따라 배치된 8자형을 포함한다. 이 실시예에서, 라인 세그먼트들(320, 340, 360)의 길이들 및 두께들은 동일한 한편, 전송 라인 세그먼트(320)의 폭은 라인 세그먼트들(340, 360)의 폭들보다 크다. 8자형의 롭들(lobes)의 원형 아크들의 예시적인 직경과 라인 세그먼트들(320, 340, 360)의 폭들도 또한 각각 300㎛에서 1㎜까지 그리고 10㎛에서 300㎛까지이다.
도 7은, 스위치(380)가, 소스 및 드레인을 포함하고 MOS 게이트(710) 및 접합 게이트(720)에 의해 제어되는 더블 게이트 반도체 디바이스를 포함하는 밸브(300)의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다. 위에서 언급된 미국특허출원 제12/070,019호는 그러한 구성들을 개시한다. 미국특허출원 제12/070,019호에 제공된 바와 같이, MOS 게이트(710) 및 접합 게이트(720)는 일부 예시들에서 간단히 캐패시터를 포함할 수 있는 제어 회로에 의해 함께 결합될 수 있다. 단일 게이트 반도체 디바이스들 또한 스위치(380)에 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 8은 "온" 상태에 있는 예시적인 밸브로 인한 전송 라인 상의 신호 주파수 함수로서 감쇠를 보여주는 그래프이고, 도 9는 "오프" 상태에 대한 유사한 그래프를 보여준다. 두 그래프들은 6㎓ 까지의 동일한 주파수 범위를 다루지만 상이한 세로축 눈금(scale)을 사용한다. 도 8에서, 밸브가 온에 있을 때 1 ㎓ 에서의 감쇠는 약 10dB이고 주파수가 감소함에 따라 증가하는 것을 볼 수 있다. 밸브가 오프일 때, 도 9에서, 감쇠는 낮은 주파수에서 실질적으로 작고, 6㎓에서 약 1.3dB에 도달한다. 따라서, 약 2㎓까지의 동작 범위에서, 전송 라인들 상에서의 RF 신호들의 감쇠는 밸브가 오프일 때 미미함을 알 수 있다. 반면에, 밸브가 온일 때, 전력 증폭기(130)로부터의 RF 신호들은 현저히 감쇠된다. 추가의 감쇠를 위해, 예를 들어, 다수의 밸브들을 직렬로 구성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 온 상태인 밸브에 의해 전력 증폭기(130)의 프라이머리 주파수에서 제공되는 아이솔레이션은 적어도 22dB 이다.
도 8 및 도 9에 도시된 그래프들은 예시적인 밸브가 전체 회로의 맥락으로부터 제거될 때의 동작을 보여준다는 것을 알 수 있을 것이다. 도 10은 밸브(230)가 오프일 때의 송신기 전송 라인(210)의 전체적인 감쇠를 도시하며, 도 9와 도 10의 차이는 디바이스(200)의 나머지 회로의 존재에 의해 야기된다. 도 10으로부터, 전력 증폭기(130)가 약 2㎓의 주파수에서 송신하고 있을 때, 신호는 크게 감쇠되지 않지만, 약 4㎓에서의 제2 고조파는 훨씬 더 높은 고조파일 것이기 때문에 아주 많이 감쇠될 것이라는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 심지어 밸브(230)가 온일 때도 송신기 전송 라인(210)은 전력 증폭기(130)의 프라이머리 주파수의 주파수 위의 주파수들을 강하게 감쇠시키기 때문에, 도 2의 회로를 포함하는 제조물은 프라이머리 주파수의 고조파를 제거하기 위해 전력 증폭기(130)와 안테나(110) 사이에 필터를 포함하지 않을 수 있다. 이들 실시예들의 일부에서, 제2 고조파의 감쇠는 그러한 필터 없이 적어도 20dB 이다. 보다 높은 차수의 고조파들은 훨씬 더 심하게 감쇠된다. 예를 들면, 3차 고조파의 감쇠는 일부 예시들에서 적어도 30dB일 수 있다.
도 11은 본 발명의 예시적인 방법(1100)의 흐름도 표현을 제공한다. 방법(1100)은 예를 들어, RF 스위칭 디바이스를 포함하는 송수신기에 결합된 안테나를 포함하는 통신 디바이스를 동작시키는 방법일 수 있다. 방법(1100)은, RF 신호를 송신하는 단계(1110)와 RF 신호를 수신하는 단계(1120)의 두 단계들 사이에서의 교대의 스위칭을 제공한다.
RF 신호를 송신하는 단계(1110)에서, RF 신호는 송신기 전송 라인을 통해 전력 증폭기로부터 안테나로 송신된다. 단계(1110)는 동시에 수신기 증폭기와 안테나 사이에 결합된 수신기 전송 라인 상의 RF 신호를 저지시키는 단계를 포함한다. "저지하다(impeding)"는, 신호와 관련하여 본 명세서에서 사용될 때, 신호를 수송하는 전송 라인에서 전기적으로 유도되고 있는 임피던스를 이용하여 감쇠시키는 것을 의미하는 것으로 정의된다. 따라서, 도 1에 도시된 종래 기술에서와 같이, 수신기 증폭기(130)와 안테나(110) 사이의 전기 경로를 브레이크한 스위치(120)에 의해 전송 라인 상의 신호가 수신기 증폭기(130)에 도달하지 못하게 되는 경우, 스위치(120)가 실제로는 신호가 수신기 증폭기(130)에 도달하는 것을 막고 있음에도, 스위치는 현재의 사용 내에서 신호를 저지하지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. "저지하다"의 다른 동사 시제들도 유사하게 정의된다.
단계(1120)에서, 수신기 전송 라인을 통하여 안테나로부터 RF 신호가 수신된다. 단계(1120)는 동시에 송신기 전송 라인 상에서 전력 증폭기로부터의 RF 신호를 저지하는 단계를 포함한다. 전력 증폭기로부터의 RF 신호는, 예를 들면, 단지 전력 증폭기가 송신하고 있지 않을 때의 노이즈일 수 있다.
어느 단계(1110 또는 1120)에서든, 다양한 실시예들에서는, 어느 한쪽의 전송 라인 상의 RF 신호를 저지하는 것은, 전송 라인과 그라운드 사이에 배치된 밸브를 온 상태로 유지하는 것을 포함한다. 이들 실시예들 중 일부에서, 밸브는 더블 게이트 반도체 디바이스를 포함한다. 이들 동일한 실시예들에서, 밸브를 온 상태로 유지하는 것은 더블 게이트 반도체 디바이스가 그것의 소스와 그것의 드레인 사이에서 전도하도록 더블 게이트 반도체 디바이스의 게이트들을 제어하는 것을 포함한다. 추가의 실시예들에서, CMOS 디바이스는 단계(1110)에서 RF 신호들을 송신기 전송 라인을 통하여 안테나로 송신하는 전력 증폭기로부터, 단계(1120)에서 수신기 전송 라인을 통하여 안테나로부터 RF 신호들을 수신하는 수신기 증폭기로 스위칭한다.
전술한 명세서에서, 본 발명은 발명의 특정 실시예들과 관련하여 기술되었지만, 당업자들은 본 발명이 이들 특정 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 전술한 발명의 다양한 특징들 및 양상들은 개별적으로 또는 결합하여 이용될 수 있다. 또한, 본 발명은 본 명세서의 광범위한 사상 및 범주로부터 벗어남 없이 본 명세서에 기술된 것들 이상의 임의의 수의 환경들 및 적용들에서 활용될 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면들은 한정적이라기보다는 예시적인 것으로서 간주되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "구성되다(comprising)", "포함하다(including)" 및 "갖는다(having)"라는 용어들은, 구체적으로는, 확장가능한 기술 용어들로서 이해되는 것으로 의도된다는 것을 알 것이다.

Claims (16)

  1. 전력 증폭기;
    수신기 증폭기;
    상기 전력 증폭기와 안테나 포트 사이에서 확장하는 제1 전송 라인;
    상기 수신기 증폭기와 상기 안테나 포트 사이에서 확장하는 제2 전송 라인;
    상기 제1 전송 라인의 임피던스를 변화시키도록 구성된 제1 밸브; 및
    상기 제2 전송 라인의 임피던스를 변화시키도록 구성된 제2 밸브
    를 포함하며,
    상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브는 하나의 밸브가 개방될 때 다른 밸브가 폐쇄되도록 제어가능한 제조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 포트에 결합된 안테나를 더 포함하는 제조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 반대로 제어하도록 구성된 제어 로직을 더 포함하는 제조물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 밸브는 더블 게이트 반도체 디바이스를 포함하는 제조물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전송 라인은 전송 라인 세그먼트를 포함하고,
    상기 제1 밸브는,
    노드에서 상기 제1 전송 라인에 연결되며, 상기 전송 라인의 세그먼트를 따라 배치된 제1 라인 세그먼트를 포함하는 제1 라인,
    상기 노드에서 상기 제1 전송 라인에 연결되며, 상기 전송 라인의 세그먼트를 따라 배치된 제2 라인 세그먼트를 포함하는 제2 라인, 및
    상기 제1 라인 및 상기 제2 라인을 그라운드에 결합시키고 상기 그라운드로부터 분리시키도록 구성된 스위치를 포함하는 제조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위치는 더블 게이트 반도체 디바이스를 포함하는 제조물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제조물은 프라이머리(primary) 주파수의 고조파(harmonics)를 제거하기 위해 상기 전력 증폭기와 상기 안테나 사이에 필터를 포함하지 않는 제조물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 밸브는 0.5dB보다 작은 삽입 손실을 갖는 제조물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 밸브가 제공하는 아이솔레이션(isolation)은 상기 전력 증폭기의 프라이머리 주파수에서 적어도 22dB인 제조물.
  10. 송신기 전송 라인을 통하여 전력 증폭기로부터 안테나로 RF 신호를 송신하는 한편, 수신기 증폭기와 상기 안테나 사이에 결합된 수신기 전송 라인 상에서 RF 신호를 저지(impeding)하는 단계; 및 다음에,
    상기 수신기 전송 라인을 통하여 상기 안테나로부터 RF 신호를 수신하는 한편, 상기 송신기 전송 라인 상에서 상기 전력 증폭기로부터의 RF 신호를 저지하는 단계
    로 스위칭하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수신기 전송 라인 상에서 RF 신호를 저지하는 단계는, 상기 수신기 전송 라인과 그라운드 사이에 배치된 밸브를 온 상태로 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 밸브는 더블 게이트 반도체 디바이스를 포함하고, 상기 밸브를 온 상태로 유지하는 단계는 상기 더블 게이트 반도체 디바이스가 상기 더블 게이트 반도체 디바이스의 소스와 드레인 사이에서 전도하도록 상기 더블 게이트 반도체 디바이스의 게이트들을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신기 전송 라인 상에서 상기 전력 증폭기로부터의 RF 신호를 저지하는 단계는 상기 송신기 전송 라인과 그라운드 사이에 배치된 밸브를 온 상태로 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 밸브는 더블 게이트 반도체 디바이스를 포함하고, 상기 밸브를 온 상태로 유지하는 단계는 상기 더블 게이트 반도체 디바이스가 상기 더블 게이트 반도체 디바이스의 소스와 드레인 사이에서 전도하도록 상기 더블 게이트 반도체 디바이스의 게이트들을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    CMOS 디바이스는 상기 송신기 전송 라인을 통하여 RF 신호들을 상기 안테나로 송신하는 상기 전력 증폭기로부터, 상기 수신기 전송 라인을 통하여 상기 안테나로부터 RF 신호들을 수신하는 상기 수신기 증폭기로 스위칭하는 방법.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신기 전송 라인 상에서 RF 신호를 저지하는 단계는 상기 전력 증폭기의 프라이머리 주파수에서 적어도 22dB의 아이솔레이션을 제공하는 방법.
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