KR20150022890A - 캐리어 어그리게이션을 위한 변압기-가변 신호 분할을 갖는 저 잡음 증폭기들 - Google Patents

캐리어 어그리게이션을 위한 변압기-가변 신호 분할을 갖는 저 잡음 증폭기들 Download PDF

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안노쉬 보미 데이비어왈라
알렉산다르 미오드래그 타식
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Abstract

캐리어 어그리게이션을 지원하는 LNA(Low noise amplifier)들이 개시된다. 예시적인 설계에서, 장치(예를 들어, 무선 디바이스, 집적 회로 등)는 증폭기 회로, 변압기, 및 복수의 하향변환기들을 포함한다. 증폭기 회로는 입력 라디오 주파수(RF) 신호를 수신 및 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공한다. 입력 RF 신호는 상이한 주파수들의 다수의 캐리어들 상에서 무선 디바이스에 송신된 전송들을 포함한다. 변압기는 증폭기 회로에 커플링되는 주 코일 및 복수의 출력 RF 신호들을 제공하는 복수의 보조 코일들을 포함한다. 복수의 하향변환기들은 상이한 주파수들의 복수의 로컬 발진기(LO) 신호들을 이용하여 복수의 출력 RF 신호들을 하향변환한다. 각각의 하향변환기는, 하나의 출력 RF 신호 및 하나의 LO 신호를 수신하고 수신되는 캐리어들의 하나의 세트에 대해 동위항 및 직교 하향변환된 신호들을 제공하는 믹서들의 쌍을 포함한다.

Description

캐리어 어그리게이션을 위한 변압기-가변 신호 분할을 갖는 저 잡음 증폭기들{LOW NOISE AMPLIFIERS WITH TRANSFORMER-BASED SIGNAL SPLITTING FOR CARRIER AGGREGATION}
35 U.S.C.§119 하의 우선권 주장
본 특허 출원은 2012년 5월 25일 출원되고 발명의 명칭이 "LOW NOISE AMPLIFIERS FOR CARRIER AGGREGATION"인 미국 가출원 번호 제61/652,064호[문서 번호 121973P1]를 우선권으로 주장하며, 상기 가출원은 본원의 양수인에게 양도되었으며 인용에 의해 본원에 명시적으로 포함된다.
본 개시는 일반적으로 전자기기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, LNA(low noise amplifier)들에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서 무선 디바이스(예를 들어, 셀룰러 전화 또는 스마트폰)는 쌍방향 통신을 위해 데이터를 전송 및 수신할 수 있다. 무선 디바이스는 데이터 전송을 위한 전송기 및 데이터 수신을 위한 수신기를 포함할 수 있다. 데이터 전송을 위해, 전송기는 변조된 라디오 주파수(RF) 신호를 획득하기 위해 데이터로 RF 캐리어 신호를 변조하고, 적절한 출력 전력 레벨을 갖는 증폭된 RF 신호를 획득하기 위해 변조된 RF 신호를 증폭하고, 안테나를 통해 기지국에 증폭된 RF 신호를 전송할 수 있다. 데이터 수신을 위해, 수신기는 안테나를 통해 수신된 RF 신호를 획득하고, 기지국에 의해 송신된 데이터를 복구하기 위해 수신된 RF 신호를 증폭 및 프로세싱할 수 있다.
무선 디바이스는 다수의 캐리어들 상의 동시성 동작인 캐리어 어그리게이션(carrier aggregation)을 지원할 수 있다. 캐리어는 통신을 위해 이용되는 주파수들의 범위를 지칭할 수 있고, 특정한 특성들과 연관될 수 있다. 예를 들어, 캐리어는 캐리어 상의 동작을 설명하는 시스템 정보와 연관될 수 있다. 캐리어는 또한 컴포넌트 캐리어(CC), 주파수 채널, 셀 등으로서 지칭될 수 있다. 무선 디바이스에 의한 캐리어 어그리게이션을 효율적으로 지원하는 것이 바람직하다.
도 1은 무선 시스템과 통신하는 무선 디바이스를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 캐리어 어그리게이션(CA)의 4개의 예들을 도시한다.
도 3은 도 1의 무선 디바이스의 블록도를 도시한다.
도 4는 CA를 지원하는 수신기를 도시한다.
도 5 내지 도 10은 CA를 지원하기 위해 변압기-기반 신호 분할을 갖는 CA LNA의 다양한 예시적인 설계들을 도시한다 .
도 11은 CA를 지원하기 위해 다수의 보조 코일들을 갖는 변압기의 예시적인 설계를 도시한다.
도 12는 신호 증폭을 수행하기 위한 프로세스를 도시한다.
아래에 제시되는 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 설계들의 설명으로서 의도되며 본 개시가 실시될 수 있는 유일한 설계들만을 표현하도록 의도되는 것은 아니다. "예시적인" 이란 용어는 "예, 인스턴스 또는 예시로서 작용하는 것"을 의미하도록 본 명세서에서 이용된다. "예시적인" 것으로서 본 명세서에서 설명되는 임의의 설계는 반드시 다른 설계들보다 선호되거나 유리한 것으로서 해석될 필요는 없다. 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 설계들의 완전한 이해를 제공하기 위한 특정한 세부사항들을 포함한다. 본 명세서에서 설명되는 예시적인 설계들은 이들 특정한 세부사항들 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자들에게 자명할 것이다. 몇몇 인스턴스들에서, 잘 알려진 구조들 및 디바이스들은 본 명세서에서 제시되는 예시적인 설계들의 신규성을 모호하게 하지 않도록 블록도 형태로 도시된다.
캐리어 어그리게이션을 위한 변압기-기반 신호 분할을 갖는 LNA들이 본 명세서에서 개시된다. 이들 LNA들은 무선 통신 디바이스들과 같은 다양한 타입들의 전자 디바이스들에 대해 이용될 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템(120)과 통신하는 무선 디바이스(110)를 도시한다. 무선 시스템(120)은 LTE(Long Term Evolution) 시스템, CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템, GSM(Global System for Mobile Communications) 시스템, WLAN(wireless local area network) 시스템, 또는 몇몇 다른 무선 시스템일 수 있다. CDMA 시스템은 WCDMA(Wideband CDMA), TD-SCDMA(Time Division Synchronous CDMA), cdma2000, 또는 몇몇 다른 버전의 CDMA를 구현할 수 있다. 단순함을 위해, 도 1은 2개의 기지국들(130 및 132) 및 하나의 시스템 제어기(140)를 포함하는 무선 시스템(120)을 도시한다. 일반적으로, 각각의 무선 시스템은 임의의 수의 기지국들 및 임의의 세트의 네트워크 엔티티들을 포함할 수 있다.
무선 디바이스(110)는 사용자 장비(UE), 모바일 스테이션, 단말, 액세스 단말, 가입자 유닛, 스테이션 등으로서 또한 지칭될 수 있다. 무선 디바이스(110)는 셀룰러 전화, 스마트폰, 태블릿, 무선 모뎀, 개인용 디지털 보조기기(PDA), 핸드헬드 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 스마트북, 넷북, 코드리스 전화, 무선 로컬 루프(WLL) 스테이션, 블루투스 디바이스 등일 수 있다. 무선 디바이스(110)는 무선 시스템(120)과 통신할 수 있을 수 있다. 무선 디바이스(110)는 브로드캐스트 스테이션들(예를 들어, 브로드캐스트 스테이션(134))로부터 신호들, 하나 이상의 GNSS(global navigation satellite systems)에서 위성들(예를 들어, 위성(150))로부터 신호들 등을 또한 수신할 수 있을 수 있다. 무선 디바이스(110)는 LTE, cdma2000, WCDMA, TD-SCDMA, GSM, 802.11 등과 같은 무선 통신을 위한 하나 이상의 라디오 기술들을 지원할 수 있다.
무선 디바이스(110)는 다수의 캐리어들 상의 동작인 캐리어 어그리게이션을 지원할 수 있다. 캐리어 어그리게이션은 또한 다중-캐리어 동작으로서 또한 지칭될 수 있다. 무선 디바이스(110)는 698-960 MHz(megahertz)의 저-대역, 1475 내지 2170 MHz의 중-대역 및/또는 2300 내지 2690 및 3400 내지 3800 MHz의 고-대역에서 동작할 수 있을 수도 있다. 저-대역, 중-대역 및 고-대역은 대역들의 3개의 그룹들(또는 대역 그룹들)을 지칭하며, 각각의 대역 그룹은 다수의 주파수 대역들(또는 단순히 "대역들")을 포함한다. 각각의 대역은 200MHz까지 커버할 수 있으며 하나 이상의 캐리어들을 포함할 수 있다. 각각의 캐리어는 LTE에서 20MHz까지 커버할 수 있다. LTE 릴리즈 11은 LTE/UMTS 대역들로서 지칭되고 3GPP TS 36.101에서 나열되는 35개의 대역들을 지원한다. 무선 디바이스(110)는 LTE 릴리즈 11의 1개 또는 2개의 대역들에서 5개까지의 캐리어들을 갖도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 캐리어 어그리게이션(CA)은 2개의 타입들, 인트라-대역 CA 및 인터-대역 CA로 카테고리화될 수 있다. 인트라-대역 CA는 동일한 대역 내의 다수의 캐리어들 상의 동작을 지칭한다. 인터-대역 CA는 상이한 대역들의 다수의 캐리어들 상의 동작을 지칭한다.
도 2a는 연속적인 인트라-대역 CA의 예를 도시한다. 도 2a에서 도시된 예에서, 무선 디바이스(110)는 저-대역의 대역인 동일 대역에서 4개의 연속적인 캐리어들을 갖도록 구성된다. 무선 디바이스(110)는 동일한 대역 내의 다수의 연속적인 캐리어들 상에서 전송들을 수신할 수 있다.
도 2b는 비-연속적인 인트라-대역 CA의 예를 도시한다. 도 2b에서 도시된 예에서, 무선 디바이스(110)는 저-대역의 대역인 동일한 대역에서 4개의 비-연속적인 캐리어들을 갖도록 구성된다. 캐리어들은 5MHz, 10MHz, 또는 몇몇 다른 양만큼 분리될 수 있다. 무선 디바이스(110)는 동일한 대역 내의 다수의 비-연속적인 캐리어들 상에서 전송들을 수신할 수 있다.
도 2c는 동일한 대역 그룹에서 인터-대역 CA의 예를 도시한다. 도 2c에서 도시된 예에서, 무선 디바이스(110)는 저-대역인 동일한 대역 그룹의 2개의 대역들에서 4개의 캐리어들을 갖도록 구성된다. 무선 디바이스(110)는 동일한 대역 그룹의 상이한 대역들(예를 들어, 도 2c의 저-대역) 내의 다수의 캐리어들 상에서 전송들을 수신할 수 있다.
도 2d는 상이한 대역 그룹들에서 인터-대역 CA의 예를 도시한다. 도 2d에서 도시된 예에서, 무선 디바이스(110)는, 저 대역의 한 대역 내의 2개의 캐리어들 및 중-대역의 다른 대역 내의 2개의 부가적인 캐리어들을 포함하는 상이한 대역 그룹들에서 2개의 대역들의 4개의 캐리어들을 갖도록 구성된다. 무선 디바이스(110)는 상이한 대역 그룹들의 상이한 대역들(예를 들어, 도 2d의 저-대역 및 중-대역) 내의 다수의 캐리어들 상에서 전송들을 수신할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 캐리어 어그리게이션의 4개의 예들을 도시한다. 캐리어 어그리게이션은 또한 대역들 및 대역 그룹들의 다른 결합들에 대해 지원될 수 있다. 예를 들어, 캐리어 어그리게이션은 저-대역 및 고-대역, 중-대역 및 고-대역, 및 고-대역 및 고-대역에 대해 지원될 수 있다.
도 3은 도 1의 무선 디바이스(110)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. 예시적인 설계에서, 무선 디바이스(110)는 주 안테나(310)에 커플링되는 트랜시버(320), 보조 안테나(312)에 커플링되는 수신기들(322) 및 데이터 프로세서/제어기(380)를 포함한다. 트랜시버(320)는 다수의 대역들, 캐리어 어그리게이션들, 다수의 라디오 기술들 등을 지원하기 위해 다수(K개)의 수신기들(330aa 내지 330ak) 및 다수(K개)의 전송기들(360a 내지 360k)을 포함한다. 수신기들(322)은 다수의 대역들, 캐리어 어그리게이션, 다수의 라디오 기술들, 수신 다이버시티, 다수의 전송 안테나들로부터 다수의 수신 안테나들로의 MIMO(multiple-input multiple-output) 전송 등을 지원하기 위해 다수(M)의 수신기들(330ba 내지 330bm)을 포함한다.
도 3에서 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 수신기(330)는 입력 회로들(332), LNA(340), 및 수신 회로들(342)을 포함한다. 데이터 수신을 위해, 안테나(310)는 기지국들 및/또는 다른 전송기 스테이션들로부터 신호들을 수신하고, 안테나 인터페이스 회로(324)를 통해 라우팅되고 선택된 수신기로 제공되는 수신된 RF 신호를 제공한다. 안테나 인터페이스 회로(324)는 스위치들, 듀플렉서들, 전송 필터들, 수신 필터들 등을 포함할 수 있다. 아래의 설명은 수신기(330aa)가 선택된 수신기라고 가정한다. 수신기(330aa) 내에서, 수신된 RF 신호는 입력 RF 신호를 LNA(340aa)에 제공하는 입력 회로들(332aa)을 통과한다. 입력 회로들(332aa)은 매칭 회로, 수신기 필터 등을 포함할 수 있다. LNA(340aa)는 입력 RF 신호를 증폭하고 출력 RF 신호를 제공한다. 수신 회로들(342aa)은 출력 RF 신호를 증폭, 필터링 및 RF로부터 기저대역으로 하향변환하고, 아날로그 입력 신호를 데이터 프로세서(380)에 제공한다. 수신 회로들(332aa)은 믹서들, 필터들, 증폭기들, 매칭 회로들, 발진기, 로컬 발진기(LO) 생성기, 위상 동기 루프(PLL) 등을 포함할 수 있다. 트랜시버(320)의 각각의 잔여 수신기(330) 및 수신기들(322)의 각각의 수신기(330)는 트랜시버(320)의 수신기(330aa)와 유사한 방식으로 동작할 수 있다.
도 3에서 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 전송기(360)는 전송 회로들(362), 전력 증폭기(PA)(364), 및 출력 회로들(366)을 포함한다. 데이터 전송을 위해, 데이터 프로세서(380)는 전송될 데이터를 프로세싱(예를 들어, 인코딩 및 변조)하고 아날로그 출력 신호를 선택된 전송기에 제공한다. 아래의 설명은 전송기(360a)가 선택된 전송기라고 가정한다. 전송기(360a) 내에서, 전송 회로들(362a)은 아날로그 출력 신호를 기저대역으로부터 RF로 증폭, 필터링 및 상향변환하고 변조된 RF 신호를 제공한다. 전송 회로(362a)는 믹서들, 증폭기들, 필터들, 매칭 회로들, 발진기, LO 생성기, PLL 등을 포함할 수 있다. PA(364a)은 변조된 RF 신호를 수신 및 증폭하고 적절한 출력 전력 레벨을 갖는 전송 RF 신호를 제공한다. 전송 RF 신호는 출력 회로들(366a)을 통과하고, 안테나 인터페이스 회로(324)를 통해 라우팅되고, 안테나(310)를 통해 전송된다. 출력 회로들(366a)은 매칭 회로, 전송 필터, 지향성 커플러 등을 포함할 수 있다.
도 3은 수신기들(330) 및 전송기들(360)의 예시적인 설계를 도시한다. 수신기 및 전송기는 또한 필터, 매칭 회로들 등과 같이 도 3에서 도시되지 않은 다른 회로들을 포함할 수 있다. 트랜시버(320) 및 수신기들(322) 중 일부 또는 모두 다는 하나 이상의 아날로그 집적 회로들(IC들), RF IC들(RFIC들), 믹싱된-신호 IC들 등 상에서 구현될 수 있다. 예를 들어, LNA들(340), 수신 회로들(342), 전송 회로들(362)은 RFIC 등일 수 있는 하나의 모듈 상에 구현될 수 있다. 안테나 인터페이스 회로들(324 및 326), 입력 회로들(332), 출력 회로들(366) 및 PA들(364)은 하이브리드 모듈 등일 수 있는 다른 모듈 상에 구현될 수 있다. 수신기들(330) 및 전송기들(360) 내의 회로들은 또한 다른 방식으로 구현될 수 있다.
데이터 프로세서/제어기(380)는 무선 디바이스(110)에 대한 다양한 기능들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 데이터 프로세서(380)는 수신기들(330)을 통해 수신되는 데이터 및 전송기들(360)을 통해 전송되는 데이터에 대한 프로세싱을 수행할 수 있다. 제어기(380)는 안테나 인터페이스 회로(324 및 326), 입력 회로들(332), LNA들(340), 수신 회로들(342), 전송 회로들(362), PA들(364), 출력 회로들(366), 또는 이들의 결합의 동작을 제어할 수 있다. 메모리(382)는 데이터 프로세서/제어기(380)에 대한 프로그램 코드들 및 데이터를 저장할 수 있다. 데이터 프로세서/제어기(380)는 하나 이상의 주문형 집적 회로들(ASIC들) 및/또는 다른 IC들 상에 구현될 수 있다.
도 4는 CA LNA(440)를 갖는 CA 수신기(400)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. CA LNA(440)는 도 3의 하나 이상의 LNA들(340)을 위해 이용될 수 있다. CA LNA(440)는 단일 입력 및 다수(M개)의 출력들을 포함하며, 1xM LNA로서 지칭될 수 있으며, 여기서 M > 1이다.
CA 수신기(400) 내에서, 입력 매칭 회로(432)는 수신기 입력 신호(RXin)를 수신하고, 입력 RF 신호(RFin)를 CA LNA(440)에 제공한다. 매칭 회로(432)는 관심의 대역에 대한 안테나 인터페이스 회로 또는 안테나 중 어느 하나와 CA LNA(440) 간의 임피던스 및/또는 전력 매칭을 수행한다. 매칭 회로(432)는 도 3의 입력 회로들(332) 중 하나의 부분일 수 있다.
도 4에서 도시된 예시적인 설계에서, CA LNA(440)는 증폭기 회로(Amp Ckt)(450) 및 변압기(470)를 포함한다. 증폭기 회로는 증폭기 스테이지, 입력 스테이지, 이득 회로 등으로서 또한 지칭될 수 있다. 증폭기 회로(450)는 매칭 회로(432)로부터의 입력 RF 신호를 증폭하고, 증폭된 RF 신호를 제공한다. 변압기(470)는 증폭된 RF 신호를 수신하고 M개의 출력 RF 신호들을 M개의 하향변환기들(480a 내지 480m)에 제공한다. 입력 RF 신호는 캐리어들의 M개의 세트들 상의 전송들을 포함할 수 있고, 각각의 세트는 하나 이상의 캐리어들을 포함한다. CA LNA(440)는 캐리어들의 M개의 세트들에 대한 M개의 출력 RF 신호들을 제공하며, 캐리어들의 각각의 세트에 대한 하나의 출력 RF 신호가 수신된다.
도 4에서 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 하향변환기(480)는 2개의 믹서들(482 및 484)을 포함한다. 하향변환기(480a) 내에서, 믹서(482a)는 변압기(470)로부터 제 1 출력 RF 신호(RFout1) 및 캐리어의 제 1 세트에 대한 제 1 혼합 주파수의 동위상 LO 신호(ILO1)를 수신한다. 믹서(482a)는 ILO1 신호를 이용하여 제 1 출력 RF 신호를 하향변환하고 동위상(I) 하향변환된 신호를 제공한다. 믹서(484a)는 변압기(470)로부터 제 1 출력 RF 신호를 수신하고, 제 1 혼합 주파수의 직교 LO 신호(QLO1)를 수신한다. 믹서(484a)는 QLO1 신호를 이용하여 제 1 출력 RF 신호를 하향변환하고 직교(Q) 하향변환된 신호를 제공한다.
기저대역 회로들(490a 내지 490m)은 각각 하향변환기들(480a 내지 480m)에 커플링된다. 각각의 기저대역 회로(490)는 필터들(492 및 494) 및 증폭기들(496 및 498)을 포함할 수 있다. 기저대역 회로(490a) 내에서, 필터들(492a 및 494a)은 각각 믹서들(482a 및 484a)로부터 I 및 Q 하향변환된 신호들을 수신 및 필터링하고 I 및 Q 필터링된 신호들을 제공한다. 증폭기들(496a 및 498a)은 I 및 Q 필터링된 신호들을 증폭하고 캐리어들의 제 1 세트에 대한 I 및 Q 기저대역 신호들을 제공한다.
하향변환기들(480a 및 480m)은 캐리어들의 M개의 세트들 상에서 전송들을 수신하도록 인에이블될 수 있다. 각각의 하향변환기(480)는 변압기(470)로부터 각각의 출력 RF 신호를 수신하고, 그의 출력 RF 신호를 적합한 혼합 주파수의 각각의 LO 신호를 이용하여 하향변환하고, 캐리어들의 하나의 세트에 대한 I 및 Q 기저대역 신호들을 제공한다. 하향변환기들(480a 및 480m)은 캐리어들의 M개의 세트들에 대한 상이한 혼합 주파수들의 M개의 LO 신호들을 이용하여 그의 M개의 출력 RF 신호들을 하향변환을 수행할 수 있다.
도 4는 하향변환기들(480) 및 기저대역 회로들(490)의 예시적인 설계를 도시한다. 하향변환기 및 기저대역 회로는 또한 상이한 및/또는 부가적인 회로들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하향변환기는 믹서들 전에 커플링되는 증폭기들을 포함할 수 있다. 기저대역 회로는 필터들 이전의 증폭기들 또는 중간 주파수(IF)로부터 기저대역으로 I 및 Q 하향변환된 신호들을 추가로 하향변환하기 위한 부가적인 믹서들, 또는 다른 회로들을 포함할 수 있다.
도 4는 하나의 증폭기 회로(450) 및 하나의 변압기(470)를 갖는 CA LNA(440)의 예시적인 설계를 도시한다. CA LNA는 다수의 증폭기 회로들 및/또는 다수의 변압기들을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, CA LNA는 다수의 변압기들에 커플링되는 하나의 증폭기 회로를 포함할 수 있다. 각각의 변압기는 하나 이상의 출력 RF 신호들을 제공할 수 있다.
도 4의 CA LNA(440)는 다양한 회로 아키텍처들로 구현될 수 있다. CA LNA(440)의 몇몇 예시적인 설계들이 아래에서 설명된다. CA LNA(440)는 또한 다양한 타입들의 트랜지스터들로 구현될 수 있다. N-채널 금속 산화물 반도체(NMOS) 트랜지스터들로 구현된 CA LNA(440)의 몇몇 예시적인 설계들이 아래에서 설명된다.
도 5는 유도성 디제너레이션 및 변압기-기반 신호 분할을 갖는 CA LNA(440a)의 예시적인 설계의 개략도를 도시한다. CA LNA(440a)는 도 4의 CA LNA(440)의 일 예시적인 설계이다. CA LNA(440a)는 증폭기 회로(450a) 및 변압기(470a)를 포함하며, 이들은 도 4의 증폭기 회로(450) 및 변압기(470)의 일 예시적인 설계이다.
도 5에서 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 증폭기 회로(450a)는 소스 디제너레이션 인덕터(552), 이득 트랜지스터(554), 및 캐스코드 트랜지스터(556)를 포함한다. 이득 트랜지스터(554)는 입력 RF 신호를 수신하는 그의 게이트, 및 인덕터(552)의 한 단부에 커플링되는 그의 소스를 갖는다. 인덕터(552)의 다른 단부는 회로 접지에 커플링된다. 캐스코드 트랜지스터(556)는 이득 트랜지스터(554)의 드레인에 커플링되는 그의 소스, 제어 신호(Vctrl)를 수신하는 그의 게이트 및 변압기(470a)에 커플링되는 그의 드레인을 갖는다. 이득 트랜지스터(554) 및 캐스코드 트랜지스터(556)는 도 5에서 도시된 바와 같은 NMOS 트랜지스터들로, 또는 다른 타입들의 트랜지스터들로 구현될 수 있다.
도 5에서 도시된 예시적인 설계에서, 변압기(470a)는 주 코일(572) 및 2개의 보조 코일들(574a 및 574b)을 포함한다. 코일은 또한 인덕터 코일, 권선, 도체 등으로서 지칭될 수 있다. 주 코일(572)은 캐스코드 트랜지스터(556)의 드레인에 커플링되는 한 단부 및 전원(VDD)에 커플링되는 다른 단부를 갖는다. 보조 코일들(574a 및 574b)은 주 코일(572)에 자기적으로 커플링된다. 보조 코일(574a)은 캐리어들의 제 1 세트에 대한 제 1 차동 출력 RF 신호를 하향변환기(480a)에 제공한다. 보조 코일(574b)은 캐리어들의 제 2 세트에 대한 제 2 차동 출력 RF 신호를 하향변환기(480b)에 제공한다. 예시적인 설계에서, 보조 코일들(574a 및 574b)은 서로에 대해 대칭적일 수 있다.
도 5는 증폭기 회로(450a) 및 하향변환기들(480a 및 480b)이 변압기(470a)에 커플링되고 어떠한 다른 회로 컴포넌트들도 변압기(470a)에 커플링되지 않는 예시적인 설계를 도시한다. 다른 예시적인 설계에서, 커패시터는 주 코일(572)에 병렬로 커플링될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 커패시터는 각각의 보조 코일(574)에 또는 단지 하나의 보조 코일(574)에 병렬로 커플링될 수 있다. 각각의 커패시터는 동작의 주파수 또는 원하는 대역, 커패시터에 병렬로 커플링된 코일의 인덕턴스 등과 같은 다양한 팩터들에 기초하여 선택될 수 있는 적합한 값을 가질 수 있다.
도 5에서 도시된 예시적인 설계에서, 유동성으로 디제너레이팅된 증폭기 회로(450a)는 입력 RF 신호를 증폭하고 RF 전류를 변압기(470a)의 주 코일(572)에 제공한다. 보조 코일들(574a 및 574b)은 주 코일(572)에 자기적으로 커플링되고 2개의 출력 RF 신호들을 2개의 하향변환기들(480a 및 480b)에 제공한다. 변압기(470a)가 증폭기 회로(450a)에 대한 로드로서 작용하기 때문에, 신호 분할이 로드에서 달성된다. 각각의 하향변환기(480)는 그 하향변환기에 의해 수신되는 캐리어들의 세트에 기초하여 결정된 주파수로 믹서들(482 및 484)의 쌍을 이용하여 각각의 출력 RF 신호를 하향변환한다. 2개의 하향변환기들(480a 및 480b)은 상이한 주파수의 LO 신호들로 2개의 출력 RF 신호들을 하향변환한다.
비-CA 수신기는 단일 하향변환기에 커플링되는 3-코일 변압기를 포함할 수 있다. 3-코일 변압기는 주 코일 및 2개의 보조 코일들을 포함할 수 있다. 하향변환기는 I 믹서 및 Q 믹서를 포함할 수 있다. 하나의 보조 코일은 I 믹서에 커플링될 수 있고 제 1 출력 RF 신호를 I 믹서에 제공할 수 있다. 다른 보조 코일은 Q 믹서에 커플링될 수 있고 제 2 출력 RF 신호를 Q 믹서에 제공할 수 있다. I 및 Q 믹서들은 각각, 동일한 주파수의 ILO 및 QLO 신호들을 이용하여 2개의 출력 RF 신호들을 하향변환할 수 있다.
도 4 및 도 5의 CA 수신기(400)는 몇 개의 방식으로 위에서 설명된 비-CA 수신기와 상이하다. 첫째로, CA 수신기(400)의 2개의 보조 코일들(574a 및 574b)은 2개의 하향변환기들(480a 및 480b)을 구동하고, 각각의 하향변환기(480)는 I 및 Q 믹서들을 포함한다. 대조적으로, 비-CA 수신기의 2개의 보조 코일들은 단일 하향변환기를 구동한다. 둘째로, CA 수신기(400)의 보조 코일들(574a 및 574b)로부터의 2개의 출력 RF 신호들은 수신되는 캐리어들의 2개의 세트들에 대해 상이한 주파수들의 LO 신호들을 이용하여 하향변환되고, 각각의 LO 신호는 90도 이위상(out of phase)인 ILO 및 QLO 신호들을 포함한다. 대조적으로, 비-CA 수신기의 보조 코일들로부터의 2개의 출력 RF 신호들은 동일한 주파수의 ILO 및 QLO 신호들을 포함하는 단일 LO 신호를 이용하여 하향변환된다.
도 6은 유도성 디제너레이션, 변압기-기반 신호 분할 및 피드백을 갖는 CA LNA(440b)의 예시적인 설계의 개략도를 도시한다. CA LNA(440b)는 도 4의 CA LNA(440)의 다른 예시적인 설계이다. CA LNA(440b)는 도 5의 CA LNA(440a)와 유사하게, 증폭기 회로(450a), 및 변압기(470a)를 포함한다. CA LNA(440b)는 추가로 캐스코드 트랜지스터들(556)의 드레인과 이득 트랜지스터(554)의 게이트 간에, 즉 증폭기 회로(450a)의 입력과 출력 간에 커플링되는 피드백 회로(540)를 포함한다.
도 6에서 도시된 예시적인 설계에서, 피드백 회로(540)는 직렬로 커플링되는 스위치(542), 레지스터(544) 및 커패시터(546)를 포함한다. 커패시터(546)의 하부 단자는 이득 트랜지스터(554)의 게이트에 커플링된다. 스위치(542)는 캐스코드 트랜지스터(556)의 드레인과 레지스터(544)의 상부 단자 간에 커플링된다. 스위치(542)는 피드백 회로(540)를 증폭기 회로(450a)에 연결하도록 폐쇄될 수 있거나, 또는 증폭기 회로(450a)로부터 피드백 회로(540)를 연결해제하도록 개방될 수 있다. 피드백 회로(540)는 또한 트랜지스터와 같은 하나 이상의 액티브 회로들을 포함할 수 있다. 예시적인 설계에서, 피드백 회로(540)는 입력 전력 매칭을 제공하기 위해 저-대역에 대해 인에이블되고 이용될 수 있다. 중-대역 및 고-대역에 대해, 피드백 회로(540)는 디스에이블될 수 있고, 소스 디제너레이션 인덕터(552)는 입력 전력 매칭을 위해 입력 매칭 회로(432)와 함께 이용될 수 있다. 피드백 회로(540)는 또한 다른 방식으로 이용될 수 있다.
피드백 회로(540)는 입력 매칭에 도움을 줄 수 있다. 특히, CA LNA(440b)에 대한 입력 매칭은 소스 디제너레이션 인덕터(552)는 물론 증폭기 회로(450a) 주위의 피드백 회로(540)로 달성될 수 있다.
피드백 회로(540)는 또한 증폭기 회로(450a)의 선형성을 개선할 수 있다. 특히 증폭기 회로(450a)는 (i) 피드백 회로(540)가 선택될 때 소스 디제너레이션 인덕터(552) 및 피드백 회로(540) 둘 다에 의해, 또는 (ii) 피드백 회로(540)가 선택되지 않을 때 소스 디제너레이션 인덕터(552)에 의해서만 선형화될 수 있다. 피드백 회로(540)의 도움으로, 더 작은 인덕터(552)가 증폭기 회로(450a)에 대한 원하는 선형성을 획득하는데 이용될 수 있다.
도 7은 소스 디제너레이션 인덕터를 갖지 않고 변압기-기반 신호 분할을 갖는 CA LNA(440c)의 예시적인 설계의 개략도를 도시한다. CA LNA(440c)는 도 4의 CA LNA(440)의 또 다른 예시적인 설계이다. CA LNA(440c)는 증폭기 회로(450b) 및 변압기(470a)를 포함한다.
감쇄 회로(530)는 입력 RF 신호를 수신하고 감쇄된 입력 RF 신호를 CA LNA(440c)에 제공한다. 감쇄 회로(530)는 (i) 감쇄 회로(530)의 입력과 출력 간에 커플링된 레지스터(532) 및 (ii) 감쇄 회로(530)의 출력과 회로 접지 간에 커플링되는 가변 레지스터(534)를 포함한다. AC 커플링 커패시터(538)는 증폭기 회로(450b)의 입력과 감쇄 회로(530)의 출력 간에 커플링된다.
증폭기 회로(450b)는 이득 트랜지스터(564) 및 캐스코드 트랜지스터(566)를 포함한다. 이득 트랜지스터(564)는 AC 커플링 커패시터(538)에 커플링되는 그의 게이트 및 (도 7에서 도시된 바와 같이) 회로 접지에 또는 (도 7에서 도시되지 않은) 소스 디제너레이션 인덕터에 커플링되는 그의 소스를 갖는다. 캐스코드 트랜지스터(566)는 Vctrl 신호를 수신하는 그의 게이트, 이득 트랜지스터(564)의 드레인에 커플링되는 그의 소스 및 변압기(470a)에 커플링되는 그의 드레인을 갖는다.
CA LNA(440c)는 유리하게는, 입력 RF 신호가 잼머(jammer)들을 포함하는 시나리오에서 이용될 수 있으며, 이는 바람직한 신호들에 주파수 면에서 근접하는 큰 바람직하지 않은 신호들(large undesired signals)이다. 감쇄 회로(530)는 (예를 들어, 도 7에서 도시된 바와 같이) 프로그래밍 가능할 수 있거나, 또는 고정될 수 있다(도 7에서 도시되지 않음). 감쇄 회로(530)는 입력 RF 신호에서 잼머들을 감쇄시키고 CA LNA(440c)에 대한 양호한 입력 매칭을 제공하는 이중 목적을 서빙할 수 있다.
도 8은 고-이득 및 저-이득 증폭기 회로들 및 변압기-기반 신호 분할를 갖는 CA LNA(440d)의 예시적인 설계의 개략도를 도시한다. CA LNA(440d)는 도 4의 CA LNA(440)의 또 다른 예시적인 설계이다. CA LNA(440d)는 고-이득 증폭기 회로(450a), 저-이득 증폭기 회로(450b) 및 변압기(470a)를 포함한다. 입력 RF 신호는 증폭기 회로(450a) 내의 이득 트랜지스터(554)의 게이트에 제공된다. 입력 RF 신호는 또한 이득 트랜지스터(564)의 게이트에 감쇄된 입력 RF 신호를 제공하는 감쇄 회로(536)에 제공된다. 감쇄 회로(536)는 도 7의 감쇄 회로(530) 및 AC 커플링 커패시터(538)를 포함할 수 있다.
증폭기 회로(450a)는, 입력 RF 신호가 작고 고 이득이 요구될 때 입력 RF 신호를 증폭하고 증폭된 RF 신호를 변압기(470a)에 제공하도록 선택될 수 있다. 입력 RF 신호는 수신된 전력이 제 1 임계치 미만인 경우 작은 것으로 간주될 수 있다. 증폭기 회로(450b)는, 입력 RF 신호가 크고 및/또는 잼머들이 존재하며 저 이득이 요구될 때 입력 RF 신호를 증폭하고 증폭된 RF 신호를 변압기(470a)에 제공하도록 선택될 수 있다. 입력 RF 신호는, 수신된 전력이 제 2 임계치보다 큰 경우 큰 것으로 간주될 수 있다. 제 2 임계치는 (i) 히스테리시스(hysteresis)가 요구되지 않는 경우 제 1 임계치와 동일하거나 (ii) 히스테리시스를 제공하도록 제 1 임계치보다 높을 수 있다. 히스테리시스는 입력 RF 신호의 수신된 전력이 제 1 및/또는 제 2 임계치들에 근접할 때 증폭기 회로들(450a 및 450b) 간의 연속적인 스위칭을 방지하거나 완화시키는데 이용될 수 있다.
도 9는 변압기-기반 신호 분할을 갖는 CA LNA(940)의 예시적인 설계의 개략도를 도시한다. CA LNA(940)는 하나 이상의 대역들의 캐리어들의 다수의 세트들 상의 CA를 지원할 수 있다. 캐리어들의 각각의 세트는 하나의 대역의 하나 이상의 캐리어들을 포함할 수 있다. CA LNA(940)는 N개의 LNA 입력들을 위해 N개의 증폭기 회로들(950a 내지 950n) 및 M개의 LNA 출력들을 위한 M개의 출력 RF 신호들을 제공하는 변압기(970)를 포함하며, 여기서 M > 1 및 N > 1 이다.
N개의 입력 매칭 회로들(932a 내지 932n)은 N개의 수신기 입력 신호들(RXin1 내지 RXinN)을 수신하고 N개의 입력 RF 신호들(RFin1 내지 RFinN)을 증폭기 회로들(950a 내지 950n)에 각각 제공한다. 매칭 회로들(932a 내지 932n)은 도 3의 하나 이상의 입력 회로들(332)의 부분일 수 있다. 각각의 매칭 회로(932)는 하나 이상의 관심의 대역들에 대한 안테나 또는 안테나 인터페이스 회로 중 어느 하나와 CA LNA(940) 간의 임피던스 및/또는 전력 매칭을 수행한다. RXin1 내지 RXinN 신호들은 상이한 대역들 및/또는 상이한 안테나들에 대한 것일 수 있다. 예를 들어, RXin1 내지 RXinN 신호들은 하나의 안테나로부터의 동일 신호일 수 있고, 매칭 회로들(932a 내지 932n)은 상이한 대역들에 대한 입력 매칭을 수행할 수 있다. 다른 예로서, Rxin1 내지 RXinN 신호들은 상이한 안테나들로부터의 상이한 신호들일 수 있고, 매칭 회로들(932a 내지 932n)은 동일한 대역 또는 상이한 대역들에 대한 입력 매칭을 수행할 수 있다.
도 9에서 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 증폭기 회로(950)는 이득 트랜지스터(954), 캐스코드 트랜지스터(956) 및 소스 디제너레이션 인덕터(952)를 포함하며, 이들은 도 5의 이득 트랜지스터(554), 캐스코드 트랜지스터(556) 및 인덕터(552)와 유사한 방식으로 커플링된다. 이득 트랜지스터들(954) 및 캐스코드 트랜지스터들(956)은 도 9에서 도시된 바와 같이 NMOS 트랜지스터들로 또는 다른 타입들의 트랜지스터들로 구현될 수 있다. 증폭기 회로들(950a 내지 950n)은 이득 트랜지스터들(954) 및 캐스코드 트랜지스터들(956)에 대해 동일하거나 상이한 트랜지스터 크기들, 동일하거나 상이한 바이어스 전류들, 및 동일하거나 상이한 바이어스 전압들을 가질 수 있다. 증폭기 회로들(950a 내지 950n)은 또한 소스 디제너레이션 인덕터(952)에 대해 동일하거나 상이한 크기들을 가질 수 있다.
이득 트랜지스터들(954a 내지 954n)은 각각 입력 매칭 회로들(932a 내지 932n)로부터 RFin1 내지 RFinN 신호들을 수신한다. 캐스코드 트랜지스터들(956a 내지 956n)은 제어 신호들(Vctrl1 내지 VctrlN)을 각각 수신한다. 각각의 증폭기 회로(950)는 제어 신호 상에 적합한 전압을 제공함으로써 인에이블될 수 있거나, 또는 제어 신호 상에 낮은 전압을 제공함으로써 디스에이블될 수 있다. 각각의 증폭기 회로(950)는, 증폭기 회로가 인에이블될 때 그의 입력 RF 신호를 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공한다. 하나의 증폭기 회로(950)는 임의의 정해진 순간에 인에이블될 수 있다.
도 9에서 도시된 예시적인 설계에서, 변압기(970)는 주 코일(972) 및 M개의 보조 코일들(974a 내지 974m)을 포함한다. 주 코일(972)은 캐스코드 트랜지스터들(956a 내지 956n)의 드레인에 커플링되는 한 단부, 및 VDD 전원에 커플링되는 다른 단부를 갖는다. 보조 코일들(974a 내지 974m)은 주 코일(972)에 자기적으로 커플링되고 M개의 하향변환기들(980a 내지 980m)에 각각 또한 커플링된다. 각각의 보조 코일(974)은 수신되는 캐리어들의 상이한 세트에 대한 차동 출력 RF 신호를 연관된 하향변환기(980)에 제공한다. 각각의 하향변환기(980)는 그 하향변환기가 선택될 때 적합한 주파수의 LO 신호를 이용하여 그의 출력 RF 신호를 하향변환한다. M개의 하향변환기들(980a 내지 980m)은 상이한 주파수의 M개의 LO 신호들을 이용하여 그의 M개의 출력 RF 신호들을 하향변환하고, 캐리어들의 M개의 세트들에 대해 I 및 Q 하향변환된 신호들의 M개의 쌍들을 제공할 수 있다.
도 9는 M개의 출력 RF 신호들을 제공하는 단일 변압기에 커플링되는 N개의 증폭기 회로들을 갖는 CA LNA(940)의 예시적인 설계를 도시한다. CA LNA(940)는 NxM LNA로서 지칭될 수 있다. N개의 증폭기 회로들은, 상이한 대역들에 대해 설계될 수 있고 및/또는 상이한 안테나들에 커플링될 수 있는 N개의 입력 매칭 회로들에 커플링될 수 있다. 하나의 증폭기 회로는 변압기를 구동하기 위해 선택되거나 인에이블될 수 있다.
다른 예시적인 설계에서, CA LNA는 K개의 변압기들에 커플링된 N개의 증폭기 회로들을 포함할 수 있으며, 여기서 N > 1 및 K > 1이다. 각각의 변압기는 하나 이상의 출력 RF 신호들을 제공할 수 있다. N개의 증폭기 회로들은 N개의 입력 매칭 회로들에 커플링될 수 있다. K개의 증폭기 회로들은 K개의 변압기들을 구동하도록 N개의 증폭기 회로들 중에서 선택될 수 있으며, 이는 M개의 출력 RF 신호들을 집합적으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 증폭기 회로들의 K개의 세트들이 K개의 변압기들에 커플링될 수 있다. 증폭기 회로들의 각각의 세트는 하나의 변압기에 커플링될 수 있고, 임의의 수의 증폭기 회로들을 포함할 수 있다. 각각의 세트의 하나의 증폭기 회로는 연관된 변압기를 구동하도록 선택될 수 있다. (예를 들어, 상이한 세트들 내의) 다수의 증폭기 회로들의 다수의 이득 트랜지스터들은 인덕터들의 총 수를 감소시키기 위해 동일한 소스 디제너레이션 인덕터를 공유할 수 있다.
도 10은 변압기-기반 신호 분할을 갖는 CA LNA(1040)의 예시적인 설계를 도시한다. CA LNA(1040)는 변압기(1070)에 커플링되는 증폭기 회로(1050)를 포함한다. 증폭기 회로(1050)는 입력 매칭 회로(1032)로부터 입력 RF 신호를 수신하고 증폭된 RF 신호를 제공한다. 증폭기 회로(1050)는 도 5d의 증폭기 회로(450a), 도 7의 증폭기 회로(450b), 또는 몇몇 다른 증폭기 회로로 구현될 수 있다.
변압기(1070)는 주 코일(1072) 및 2개의 보조 코일들(1074a 및 1074b)을 포함한다. 주 코일(1072)은 증폭된 RF 신호를 수신하는 그의 중앙 탭 및 VDD 전원에 커플링되는 그의 2개의 단부들을 갖는다. 보조 코일들(1074a 및 1074b)은 주 코일(1072)에 자기적으로 커플링된다. 보조 코일(574a)은 캐리어들의 제 1 세트에 대한 제 1 차동 출력 RF 신호를 하향변환기(1080a)에 제공한다. 보조 코일(1074b)은 캐리어들의 제 2 세트에 대한 제 2 차동 출력 RF 신호를 하향변환기(1080b)에 제공한다. 예시적인 설계에서, 보조 코일들(1074a 및 1074b)은 서로에 대해 대칭적일 수 있다.
도 10에서 도시된 예시적인 설계에서, 가변 커패시터(버랙터(varactor))(1076a)는 주 코일(1072)의 상부 절반과 병렬로 커플링되고, 결합은 제 1 공진 회로를 형성한다. 버랙터(1076b)는 주 코일(1072)의 하부 절반과 병렬로 커플링되고 결합은 제 2 공진 회로를 형성한다. 제 1 및 제 2 공진 회로들은 버랙터들(1076a 및 1076b)의 값들을 변동시킴으로써 관심의 대역에 대해 튜닝될 수 있다.
단일 주 코일 및 복수의 보조 코일들을 갖는 변압기가 다양한 방식들로 구현될 수 있다. 주 및 보조 코일들은 원하는 인덕턴스 및 커플링을 획득하기 위해 다양한 패턴들로 구현될 수 있다. 주 및 보조 코일들은 또한 하나 이상의 전도성 층들 상에 제조될 수 있다.
도 11은 주 코일(1172) 및 2개의 보조 코일들(1174a 및 1174b)을 포함하는 변압기(1170)의 예시적인 설계의 3-차원(3-D) 도면을 도시한다. 도 11에서 도시된 예시적인 설계에서, 주 코일(1172)은 회로 모듈 또는 RFIC의 제 1 전도성 층 상에 제조된다. 주 코일(1172)은 중앙 탭을 중심으로 대칭적이며 중앙 탭의 좌측에 위치된 좌측 절반 및 중압 탭의 우측에 위치된 우측 절반을 포함한다. 주 코 일(1172)은 도 5 또는 도 10에서 도시된 바와 같이 커플링될 수 있는 제 1 단부(X) 및 제 2 단부(Y)를 포함한다. 보조 코일들(1174a 및 1174b)은 제 2 전도성 층 상에 제조되고, 각각 주 코일(1172)의 좌측 절반 및 우측 절반에 오버랩한다.
도 11은 주 및 보조 코일들이 나선 패턴들로 구현되는 예시적인 설계를 도시한다. 주 코일(1172)의 좌측 절반 및 보조 코일(1174a)은 제 1 방향(예를 들어, 도 11에서 시계방향)으로 형성될 수 있다. 주 코일(1172)의 우측 절반 및 보조 코일(1174b)은 제 1 방향과 반대의 제 2 방향(예를 들어, 도 11에서 반-시계방향)으로 형성될 수 있다. 서로의 반대 방향으로 보조 코일들(1174a 및 1174b)을 형성하는 것은 2개의 보조 코일들 간의 상호 커플링을 감소시킬 수 있으며, 이는 2개의 출력 RF 신호들 간의 격리를 개선할 수 있다. 일반적으로, 상이한 토폴로지들, 레이아웃 패턴들, 및 제조 기법들이 단일의 주 코일 및 다수의 보조 코일들을 갖는 변압기에 대해 상이한 이점들을 제공할 수 있다.
도 11은 주 코일(1172) 및 보조 코일들(1174a 및 1174b)이 2개의 전도성 층들 상에 적층되고 제조되는 예시적인 설계를 도시한다. 적층된 토폴로지는 변압기(1170)가 더 작은 다이 영역에 제조되도록 허용할 수 있으며, 보조 코일들(1174a 및 1174b)로부터의 2개의 출력 RF 신호들 간의 매칭을 또한 더 양호하게 할 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 변압기의 주 및 보조 코일들은 단일 전도성 층 상에 나란히(side-by-side) 제조될 수 있다. 나란한 토폴로지는 적층된 토폴로지에 비교하면 주 및 보조 코일들 간의 더 작은 커패시턴스를 가질 수 있다. 더 작은 커패시턴스는 고 주파수 동작을 위해 변압기의 더 높은 자기 공명 주파수(self resonance frequency; SRF)를 달성하기 위해 바람직할 수 있다. 또 다른 예시적인 설계에서, 변압기의 주 및 보조 코일들은 3개 이상의 전도성 층들 상에 제조될 수 있다. 예를 들어, 주 코일은 제 1 전도성 층 상에 제조될 수 있고, 제 1의 보조 코일은 제 1 전도성 층 위의 제 2 전도성 층 상에 제조될 수 있고, 제 2의 보조 코일은 제 1 전도성 층 아래의 제 3 전도성 층 상에 제조될 수 있다.
일반적으로, 변압기의 주 및 보조 코일들은 저-손실 금속(예를 들어, 구리), 더 높은 손실성 금속(예를 들어, 알루미늄), 또는 몇몇 다른 물질과 같은 다양한 전도성 물질들로 제조될 수 있다. 높은 품질 팩터(Q)가 저-손실 금속 층 상에 제조된 코일에 대해 달성될 수 있다. 더 작은-크기 코일은 상이한 IC 설계 규칙들이 적용될 수 있기 때문에 손실성 금속 층 상에 제조될 수 있다.
예시적인 설계에서, 장치(예를 들어, 무선 디바이스, IC, 회로 모듈 등)는 예를 들어, 도 4 또는 도 5에서 도시된 바와 같이, 증폭기 회로, 변압기 및 복수의 하향변환기들 등을 포함할 수 있다. 증폭기 회로(예를 들어, 도 5의 증폭기 회로(450a))는 상이한 주파수들의 다수의 캐리어들 상에서 무선 디바이스로 송신되는 전송들을 포함하는 입력 RF 신호를 수신 및 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공할 수 있다. 변압기(예를 들어, 도 5의 변압기(470a))는 증폭기 회로에 커플링된 주 코일(예를 들어, 주 코일(572)) 및 복수의 출력 RF 신호들을 제공하는 복수의 보조 코일들(예를 들어, 보조 코일들(574))을 포함할 수 있다. 복수의 하향변환기들(예를 들어, 도 5의 하향변환기들(480a 및 480b))은 상이한 주파수들의 복수의 LO 신호들을 이용하여 복수의 출력 RF 신호들을 하향변환할 수 있다.
예시적인 설계에서, 주 코일은 예를 들어, 도 5에서 예시된 바와 같이 증폭된 RF 신호를 수신하는 제 1 단부 및 전원에 커플링되는 제 2 단부를 가질 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 주 코일은 예를 들어, 도 10에서 도시된 바와 같이 증폭된 RF 신호를 수신하는 중앙 탭 및 전원에 커플링되는 2개의 단부들을 가질 수 있다. 복수의 보조 코일들은 복수의 도체들(각각의 보조 코일에 대해 하나의 도체)로 구현될 수 있다. 각각의 도체는 잔여 도체들로부터 전기적으로 격리(즉, 연결되지 않음)될 수 있다. 예시적인 설계에서, 변압기는 제 1 및 제 2 출력 RF 신호들을 각각 제공하는 제 1 및 제 2 보조 코일들을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 보조 코일들은 예를 들어, 도 11에서 도시된 바와 같이 대칭적 레이아웃을 가질 수 있다. 예시적인 설계에서, 입력 RF 신호는 단일-엔드식 신호(single-ended signal)를 포함할 수 있고, 각각의 출력 RF 신호는 차동 신호를 포함할 수 있다.
예시적인 설계에서, 각각의 하향변환기는, 하나의 출력 RF 신호들 및 하나의 LO 신호를 수신하고 캐리어들의 하나의 세트에 대한 I 및 Q 하향변환된 신호들의 쌍을 제공하는 믹서들의 쌍(예를 들어, 도 5의 믹서들(482 및 484))을 포함할 수 있다. 각각의 LO 신호는 도 5에서 도시된 바와 같은 I 및 Q LO 신호들을 포함하는 직교 신호일 수 있다. 복수의 하향변환기들은 제 1 및 제 2 하향변환기들을 포함할 수 있다. 제 1 하향변환기(예를 들어, 도 5의 하향변환기(480a))는 제 1 주파수의 제 1 LO 신호를 이용하여 제 1 출력 RF 신호를 하향변환하는 믹서들의 제 1 쌍을 포함할 수 있다. 제 2 하향변환기(예를 들어, 도 5의 하향변환기(480b))는 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수의 제 2 LO 신호를 이용하여 제 2 출력 RF 신호를 하향변환하는 믹서들의 제 2 쌍을 포함할 수 있다.
증폭기 회로는 다양한 방식들로 구현될 수 있다. 일 예시적인 설계에서, 증폭기 회로는 이득 트랜지스터, 캐스코드 트랜지스터 및 인덕터를 포함한다. 이득 트랜지스터(예를 들어, 도 5의 이득 트랜지스터(554))는 입력 RF 신호를 수신할 수 있다. 캐스코드 트랜지스터(예를 들어, 캐스코드 트랜지스터(556))는 이득 트랜지스터에 커플링될 수 있고, 증폭된 RF 신호를 제공할 수 있다. 인덕터(예를 들어, 인덕터(552))는 이득 트랜지스터의 소스와 회로 접지 간에 커플링될 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 증폭기 회로는 이득 트랜지스터와 캐스코드 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이득 트랜지스터(예를 들어, 도 7의 이득 트랜지스터(564))는 회로 접지에 커플링되는 그의 소스를 가질 수 있고 입력 RF 신호를 수신할 수 있다. 캐스코드 트랜지스터(예를 들어, 캐스코드 트랜지스터(566))는 이득 트랜지스터에 커플링될 수 있고 증폭된 RF 신호를 제공할 수 있다. 증폭기 회로는 또한 다른 회로 설계들로 구현될 수 있다.
예시적인 설계에서, 피드백 회로(예를 들어, 도 6의 피드백 회로(540))는 증폭기 회로의 입력과 출력 간에 커플링될 수 있다. 피드백 회로는 레지스터, 커플링, 트랜지스터, 몇몇 다른 회로 컴포넌트, 또는 이들의 결합을 포함할 수 있다.
몇몇 예시적인 설계에서, 입력 매칭 회로는 예를 들어, 도 4에서 도시된 바와 같이 증폭기 회로에 커플링될 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 감쇄 회로는 예를 들어, 도 7에서 도시된 바와 같이 증폭기 회로에 커플링될 수 있다. 감쇄 회로는 입력 RF 신호를 수신하고 감쇄된 입력 RF 신호를 증폭기 회로에 제공할 수 있다. 감쇄 회로는 (예를 들어, 도 7에서 도시된 바와 같이) 조정 가능할 수 있거나 고정될 수 있다(도 7에서 도시되지 않음).
장치는 변압기 회로에 커플링되는 제 2 증폭기 회로를 더 포함할 수 있다. 예시적인 설계에서, 제 2 증폭기 회로는 예를 들어, 도 8에서 도시된 바와 같이 입력 RF 신호 또는 감쇄된 입력 RF 신호를 수신할 수 있고 제 2 증폭된 RF 신호를 제공할 수 있다. 증폭기 회로(예를 들어, 도 8의 증폭기 회로(450a))는 제 2 증폭기 회로(예를 들어, 도 8의 증폭기 회로(450b))보다 더 높은 이득을 가질 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 제 2 증폭기 회로(예를 들어, 도 9의 증폭기 회로(950n))는 제 2 입력 RF 신호를 수신하고 제 2 증폭된 RF 신호를 제공할 수 있다. 예시적인 설계들 둘 다에 대해, 변압기 회로의 주 코일은 증폭기 회로 또는 제 2 증폭기 회로에 의해 구동될 수 있다.
도 12는 무선 시스템에서 신호 증폭을 수행하기 위한 프로세스(1200)의 예시적인 설계를 도시한다. 프로세스(1200)는 무선 디바이스에 의해 또는 몇몇 다른 엔티티에 의해 수행될 수 있다. 상이한 주파수들의 다수의 캐리어들 상에서 무선 디바이스로 송신된 전송들을 포함하는 입력 RF 신호는 증폭된 RF 신호를 획득하기 위해 증폭될 수 있다(블록 1212). 증폭된 RF 신호는 복수의 출력 RF 신호들을 획득하기 위해 주 코일 및 복수의 보조 코일들을 포함하는 변압기를 통해 변형될 수 있다(블록 1214). 복수의 출력 RF 신호들은 상이한 주파수들의 복수의 LO 신호들을 이용하여 하향변환될 수 있다(블록 1216). 각각의 LO 신호는 예를 들어, 도 5에서 도시된 바와 같이 직교 하향변환을 위해 ILO 및 QLO 신호들을 포함할 수 있다.
일 예시적인 설계에서, 복수의 출력 RF 신호들은 제 1 및 제 2 출력 RF 신호들을 포함할 수 있고, 복수의 LO 신호들은 제 1 및 제 2 LO 신호들을 포함할 수 있다. 블록(1216)에 대해, 제 1 출력 RF 신호는 제 1 주파수의 제 1 LO 신호를 이용하여 믹서들의 제 1 쌍을 통해 하향변환될 수 있다. 제 2 출력 RF 신호는 제 1 주파수와 상이할 수 있는 제 2 주파수의 제 2 LO 신호를 이용하여 믹서들의 제 2 쌍을 통해 하향변환될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 LNA들은 IC, 아날로그 IC, RFIC, 혼합-신호 IC, ASIC, PCB(printed circuit board), 전자 디바이스 등 상에서 구현될 수 있다. LAN들은 또한 CMOS(complementary metal oxide semiconductor), NMOS, PMOS, BJT(bipolar junction transistor), BiCMOS(bipolar-CMOS), SiGe(silicon germanium), GaAs(gallium arsenide), HBT들(heterojunction bipolar transistors), HEMT들(high electron mobility transistors), SOI(silicon-on-insulator) 등과 같은 다양한 IC 프로세스 기술들로 제조될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 LNA들을 구현하는 장치는 자립형 디바이스일 수 있거나, 또는 더 큰 디바이스의 부분일 수 있다. 디바이스는 (i) 자립형 IC, (ii) 데이터 및/또는 명령들을 저장하기 위한 메모리 IC들을 포함할 수 있는 하나 이상의 IC들의 세트, (iii) RFR(RF receiver) 또는 RTR(RF transmitter/receiver)과 같은 RFIC, (iv) MSM(mobile station modem)과 같은 ASIC, (v) 다른 디바이스들 내에 임베딩될 수 있는 모듈, (vi) 수신기, 셀룰러 전화, 무선 디바이스, 핸드셋, 또는 모바일 유닛, (vii) 기타 등일 수 있다.
하나 이상의 예시적인 설계들에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 결합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 상기 기능들은 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나, 또는 이들을 통해 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 컴퓨터 저장 매체, 및 일 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 이전을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 둘 다를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용한 매체일 수 있다. 예를 들어, 이러한 컴퓨터 판독가능한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장소, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 명령 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하거나 전달하는데 사용될 수 있고, 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 임의의 연결 수단이 컴퓨터 판독가능한 매체로 적절히 칭해질 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어가 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, 디지털 가입자 라인(DSL), 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로웨이브와 같은 무선 기술들을 이용하여 전송되는 경우, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL, 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로웨이브와 같은 무선 기술들이 매체의 정의 내에 포함된다. 여기서 사용되는 disk 및 disc은 컴팩트 disc(CD), 레이저 disc, 광 disc, 디지털 다용도 disc(DVD), 플로피 disk, 및 블루-레이 disc를 포함하며, 여기서 disk는 보통 데이터를 자기적으로 재생하지만, disc은 레이저를 통해 광학적으로 데이터를 재생한다. 상기 것들의 조합들 역시 컴퓨터 판독 가능한 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
본 개시의 이전 설명은 임의의 당업자가 본 개시를 실시 또는 이용하는 것을 가능케 하기 위해 제공된다. 본 개시에 대한 다양한 수정들은 당업자들에게 쉽게 자명하게 될 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위로부터 벗어남 없이 다른 변동물들에 적용될 수 있다. 따라서 본 개시는 본 명세서에서 설명된 예들 및 설계들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라 본 명세서에서 기재된 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 최광의의 범위로 허여될 것이다.

Claims (19)

  1. 장치로서,
    상이한 주파수들의 다수의 캐리어들 상에서 무선 디바이스에 송신된 전송들을 포함하는 입력 라디오 주파수(RF) 신호를 수신 및 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공하도록 구성된 증폭기 회로;
    상기 증폭기 회로에 커플링된 주 코일 및 복수의 출력 RF 신호들을 제공하는 복수의 보조 코일들을 포함하는 변압기; 및
    상이한 주파수들의 복수의 로컬 발진기(LO) 신호들을 이용하여 상기 복수의 출력 RF 신호들을 하향변환하도록 구성된 복수의 하향변환기들
    을 포함하는,
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압기는 제 1 및 제 2 출력 RF 신호들을 각각 제공하는 제 1 및 제 2 보조 코일들을 포함하는,
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 코일은,
    증폭된 RF 신호를 수신하는 제 1 단부 및 전원에 커플링되는 제 2 단부를 갖는,
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 코일은,
    상기 증폭된 RF 신호를 수신하는 중앙 탭 및 전원에 커플링되는 2개의 단부들을 갖는,
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 보조 코일들은,
    각각의 보조 코일에 대해 하나의 도체씩, 복수의 도체들로 구현되고, 각각의 도체는 상기 복수의 도체들 중 잔여 도체들로부터 전기적으로 격리되는,
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 하향변환기들 각각은,
    상기 복수의 출력 RF 신호들 중 하나 및 상기 복수의 LO 신호들 중 하나를 수신하고 캐리어들의 하나의 세트에 대해 동위상(I) 및 직교(Q) 하향변환된 신호들의 쌍을 제공하도록 구성되는 믹서들의 쌍을 포함하는,
    장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 하향변환기들은,
    제 1 주파수의 제 1 LO 신호를 이용하여 제 1 출력 RF 신호를 하향변환하도록 구성된 믹서들의 제 1 쌍을 포함하는 제 1 하향변환기; 및
    상기 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수의 제 2 LO 신호를 이용하여 제 2 출력 RF 신호를 하향변환하도록 구성된 믹서들의 제 2 쌍을 포함하는 제 2 하향변환기를 포함하는,
    장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭기 회로는,
    상기 입력 RF 신호를 수신하도록 구성된 이득 트랜지스터;
    상기 이득 트랜지스터에 커플링되고 상기 증폭된 RF 신호를 제공하도록 구성된 캐스코드 트랜지스터; 및
    상기 이득 트랜지스터의 소스와 회로 접지 간에 커플링되는 인덕터를 포함하는,
    장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭기 회로는,
    회로 접지에 커플링된 소스를 갖고 상기 입력 RF 신호를 수신하도록 구성된 이득 트랜지스터; 및
    상기 이득 트랜지스터에 커플링되고 상기 증폭된 RF 신호를 제공하도록 구성된 캐스코드 트랜지스터를 포함하는,
    장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭기 회로의 출력과 입력 간에 커플링되는 피드백 회로
    를 더 포함하는,
    장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 피드백 회로는,
    레지스터, 커패시터, 또는 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는,
    장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭기 회로에 커플링되고, 상기 입력 RF 신호를 수신하고 감쇄된 입력 RF 신호를 상기 증폭기 회로에 제공하도록 구성된 감쇄 회로
    를 더 포함하는,
    장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 RF 신호는 단일-엔드식 신호를 포함하고, 상기 복수의 출력 RF 신호들 각각은 차동 신호를 포함하는,
    장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압기 회로에 커플링되고 상기 입력 RF 신호 또는 감쇄된 입력 RF 신호를 수신하고 제 2 증폭된 RF 신호를 제공하도록 구성된 제 2 증폭기 회로
    를 더 포함하고,
    상기 증폭기 회로는 상기 제 2 증폭기 회로보다 더 높은 이득을 갖는,
    장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압기 회로에 커플링되고, 제 2 입력 RF 신호를 수신하고 제 2 증폭된 RF 신호를 제공하도록 구성된 제 2 증폭기 회로
    를 더 포함하는,
    장치.
  16. 방법으로서,
    증폭된 RF 신호를 획득하도록 상이한 주파수들의 다수의 캐리어들 상에서 무선 디바이스로 송신된 전송들을 포함하는 입력 라디오 주파수(RF) 신호를 증폭하는 단계;
    복수의 출력 RF 신호들을 획득하도록 주 코일 및 복수의 보조 코일들을 포함하는 변압기를 이용하여 상기 증폭된 RF 신호를 변형하는 단계; 및
    상이한 주파수들의 복수의 로컬 발진기(LO) 신호들을 이용하여 상기 복수의 출력 RF 신호들을 하향변환하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 하향변환하는 단계는,
    제 1 주파수의 제 1 LO 신호를 이용하여 믹서들의 제 1 쌍을 통해 제 1 출력 RF 신호를 하향변환하는 단계; 및
    상기 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수의 제 2 LO 신호를 이용하여 믹서들의 제 2 쌍을 통해 제 2 출력 RF 신호를 하향변환하는 단계를 포함하는,
    방법.
  18. 장치로서,
    증폭된 RF 신호를 획득하도록 상이한 주파수들의 다수의 캐리어들 상에서 무선 디바이스로 송신된 전송들을 포함하는 입력 라디오 주파수(RF) 신호를 증폭하기 위한 수단;
    복수의 출력 RF 신호들을 획득하도록 상기 증폭된 RF 신호를 변형하기 위한 수단; 및
    상이한 주파수들의 복수의 로컬 발진기(LO) 신호들을 이용하여 상기 복수의 출력 RF 신호들을 하향변환하기 위한 수단
    을 포함하는,
    장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 하향변환하기 위한 수단은,
    제 1 주파수의 제 1 LO 신호를 이용하여 제 1 출력 RF 신호를 하향변환하기 위한 제 1 수단;
    상기 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수의 제 2 LO 신호를 이용하여 제 2 출력 RF 신호를 하향변환하기 위한 제 2 수단을 포함하는,
    장치.
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