KR20150124921A

KR20150124921A - 무선 주파수 집적 회로에 대한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20150124921A
Application number: KR1020150059983A
Authority: KR
Inventors: 빈프리트 바칼스키; 베르너 심부에르게르
Original assignee: 인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2015-11-06
Also published as: CN105049012A; US20150311922A1; DE102015106509A1; US9641201B2; CN105049012B; DE102015106509B4; KR101752544B1

Abstract

실시예에 따르면, 무선 주파수 집적 회로(RFIC)는 RFIC의 입력 단자에 연결된 조정가능 캐패시턴스와, 조정가능 캐패시턴스에 연결된 입력 및 RFIC의 대응하는 복수의 제 2 출력 단자에 연결된 복수의 출력 노드를 가진 제 1 SPMT(single-pole multiple-throw) 무선 주파수(RF) 스위치를 포함한다.

Description

무선 주파수 집적 회로에 대한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR A RADIO FREQUENCY INTEGRATED CIRCUIT}

본 개시내용은 일반적으로 전자 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선 주파수(RF) 집적 회로에 대한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

RF 스위치는 다양한 RF 회로에서 사용되어 다양한 기능을 구현한다. 예컨대, 상이한 주파수에 걸쳐 상이한 시그널링 방법을 사용하는 RF 시스템은 상이한 유형의 RF 프런트 엔드 회로들 중에서 선택하는 데 안테나 스위치의 네트워크를 사용함으로써 구현될 수 있다. 그러한 회로의 일례는 CDMA(code division multiple access) 또는 GSM(Global System for Mobile Communications)과 같은 상이한 표준을 사용하여 호출할 수 있는 멀티표준 셀룰러 전화기이다. RF 스위치를 사용함으로써, CDMA 통신에 최적화된 RF 프런트 엔드 회로는 CDMA 호출에 사용될 수 있지만, GSM 통신에 최적화된 RF 프런트 엔드 회로는 GSM 호출에 사용될 수 있다. 또한, RF 스위치는 수동 정합 및 튜닝 요소를 스위칭인 및 스위칭아웃 및/또는 바이패싱함으로써 안테나 및 전력 증폭기에 대한 조정가능 정합 네트워크를 구현하고, 고주파 필터에 조정가능 튜닝을 제공하는 데 사용될 수 있다.

멀티표준 셀룰러 핸드셋에 의해 지원되는 대역의 수가 증가함에 따라, 이에 대응하여 스위치, 필터, 증폭기 및 정합 네트워크의 개수 및 그러한 핸드셋의 프런트 엔드를 구현하는 데 사용되는 라우팅 지원이 증가한다. 몇몇 경우에, 이들 구성요소는 몇몇 집적 회로, RF 필터 및 수동 구성요소를 하우징하는 멀티칩 모듈을 사용하여 구현될 수 있다. 그러한 시스템을 지원하는 멀티표준 시스템 및 멀티표준 모듈의 설계 시에 수반되는 몇몇 기술적 도전은 RF 성능을 저하시킬 수 있는 접속 라인 사이의 크로스 커플링, 절연 및 감쇠에 의해 발생하는 성능 이슈를 고려하는 방식으로의 접속 라인의 라우팅이다.

본 발명 및 본 발명의 장점의 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부 도면과 관련하여 후속 설명을 참조한다.
도 1은 RF 스위치 시스템의 실시예를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 프로그램가능 캐패시터의 실시예를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 프로그램가능 병렬 캐패시턴스를 사용하는 RF 스위치의 실시예를 도시하는 도 3a 및 예시적인 프로그램가능 병렬 캐패시턴스를 도시하는 도 3b를 포함한다.
도 4는 스위치 및 캐패시터 제어기의 실시예를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 RF 스위칭 시스템 및 연관된 스미스차트의 다른 실시예를 도시한다.
도 6은 방법 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 7은 RF 스위칭 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
도 8은 RF 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
서로 다른 도면에서 대응하는 숫자 및 심볼은 이와 다르게 나타내지 않는 한 일반적으로 대응하는 부분을 지칭한다. 도면은 바람직한 실시예의 관련 측면을 명료하게 설명하도록 도시되며 반드시 실제 크기대로 도시되는 것은 아니다. 특정 실시예를 보다 명료하게 설명하기 위해, 동일한 구조체, 재료 또는 프로세스 단계의 변화를 나타내는 문자가 도면 번호 뒤에 올 수 있다.

현재 바람직한 실시예의 생성 및 이용은 이하 보다 상세히 논의된다. 그러나, 본 발명이 광범위하게 다양한 특정 콘텍스트로 구현될 수 있는 다수의 적용가능한 발명 개념을 제공함을 알아야 한다. 논의된 특정 실시예는 본 발명을 생성하고 이용하는 예시적인 특정 방법일 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

본 발명은 특정 콘텍스트에서 바람직한 실시예에 관하여 설명될 것이다: 무선 주파수 집적 회로(RFIC)를 위한 시스템 및 방법. 본 발명은 무선 및 유선 통신 시스템, 레이더 시스템 및 회로와 같은 고주파 애플리케이션에 대한 스위치를 이용하는 다른 회로 및 오실레이터, 수신/송신 스위치, 감쇠기, 전력 증폭기 바이패스 회로, RF 정합 및 RF 필터 스위칭과 같은 인서킷(in circuits)을 포함하는 다른 시스템 및 애플리케이션도 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 집적 회로는 SPMT(single-pole multiple throw) RF 스위치의 공통 포트에 연결된 조정가능 직렬 캐패시터를 포함한다. 동작 동안에, 조정가능 직렬 캐패시터의 캐패시턴스는 SPMT 스위치의 출력에 연결된 선택된 로드에 RF 정합을 제공하도록 조정된다. 몇몇 실시예에서, 다수의 RF 로드는 개별 로드에 정합을 제공하는 데 추가적인 직렬 캐패시터를 사용하지 않으면서 SPMT의 출력에 연결될 수 있는데, 이는 조정가능 직렬 캐패시터가 필요한 직렬 캐패시턴스를 제공하기 때문이다. 몇몇 실시예에서, 디지털 인터페이스 및 룩업 테이블은 SPMT 스위치의 위치 및 연관된 캐패시턴스 세팅을 선택하는 데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 다수의 RF 로드는 예컨대, RF 필터 안테나 포트 및 다른 RF 회로를 포함할 수 있다. 조정가능 직렬 캐패시터의 세팅은 광범위하게 다양한 RF 부정합이 보상될 수 있도록 선택될 수 있다. 이는 예컨대, 비대칭 트레이스 치수 및 기생에 기인한 PCB 관련 부정합 및 부정합된 특성 임피던스를 포함할 수 있다.

도 1은 RF 스위치(102)를 통해 단자(RF1 및 RF2)를 입력 단자(RF_IN)에 선택적으로 연결하는 스위칭 RFIC(102)를 포함하는 RF 시스템(100)의 실시예를 도시한다. 실시예에서, 프로그램가능 캐패시터(104)는 RF 스위치(103)의 상태에 따라 단자 RF_IN과 RF1 사이 및 단자 RF_IN과 RF2 사이에 RF 정합을 제공하도록 조정된다. 도시된 바와 같이, 노드(RF1)는 필터(112)에 연결되고 노드(RF2)는 필터(120)에 연결된다. 필터(112 및 120)는 상이한 입력 임피던스를 가질 수 있고/있거나 RF 스위치(103)의 출력에서 필터(112)의 입력까지의 라우팅의 길이는 RF 스위치(103)의 출력에서 필터(120)의 입력까지의 라우팅의 길이와 상이할 수 있다. 몇몇 실시예에서, RFIC(102)는 동일한 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 필터(112 및 120)로서 배치될 수 있다. 또한, 증폭기(116)는 필터(112)의 출력에 연결될 수 있고, 증폭기(124)는 필터(120)의 출력에 연결될 수 있다. 증폭기(116 및 124)는 예컨대, 저잡음 증폭기(LNA) 또는 다른 RF 구성요소를 사용하여 구현될 수 있다. 또한, 신호(RF_IN)를 RFIC(102)의 입력에 정합하는 데 션트(shunt) 인덕터(108)가 사용될 수 있고, RF 스위치(103)의 출력을 필터(112)의 입력에 부분적으로 정합하는 데 션트 인덕터(110)가 사용될 수 있으며, RF 스위치(103)의 출력을 필터(120)의 입력에 부분적으로 정합하는 데 션트 인덕터(118)가 사용될 수 있다. 실시예에서, 이들 부분 정합은 프로그램가능 캐패시터(104)의 조정가능 직렬 캐패시턴스로 완료될 수 있다. 직렬 인덕터(114 및 122)가 예컨대, 증폭기(116 및 124)의 입력들을 각각 정합시키는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이 더 많거나 적은 정합 구성요소가 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상이한 정합 네트워크 토폴로지가 사용될 수 있다. 예컨대, 직렬 인덕터(114 및 122) 대신에 션트 인덕터가 사용될 수 있고/있거나 션트 인덕터(108, 110 및 118) 대신에 직렬 인덕터가 사용될 수 있다.

실시예에서, 제어기(106)는 RF 스위치(103) 및 프로그램가능 캐패시터(104)의 상태를 제어하는 데 사용될 수 있다. RF 스위치(103) 및 프로그램가능 캐패시터(104)의 상태가 RFIC(102)로부터 외부적으로 제어가능하도록 제어기(106)의 입력은 디지털 버스(DIG)에 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 프로그램가능 캐패시터(104)의 값의 선택은 RF 스위치(103)의 위치에 의존하여 이루어질 수 있다. 이들 캐패시턴스 값은 예컨대, 실시예 RF 시스템(100)의 제조 동안에 프로그래밍될 수 있다. 예컨대, 필터(112)에 정합을 제공하는 프로그램가능 캐패시터(104)에 대한 제 1 캐패시턴스 값 및 필터(120)에 정합을 제공하는 프로그램가능 캐패시터(104)에 대한 제 2 캐패시턴스 값은 비휘발성 메모리 또는 마스크 프로그램가능 ROM과 같은 메모리에서 프로그래밍될 수 있거나, 프로그램가능 캐패시터(104)의 프로그램가능 캐패시턴스 값은 RF 스위치(103)의 선택된 위치에 의존하도록 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 이들 캐패시턴스 값은 RF 스위치(103)와 필터(112 및 120) 사이의 동일하지 않은 트레이스 길이가 정합과 관련하여 고려되도록 결정될 수 있다.

실시예에서, 프로그램가능 캐패시터(104)는 RF 스위치의 기생 캐패시턴스를 사용하여 구현될 수 있다. 도 2a는 직렬로 연결된 로드 경로 및 직렬 게이트 저항(RGATE)을 통해 게이트 전압 발생기(VGATE)에 연결된 게이트 접속부를 가진 MOS 트랜지스터(MSW)를 포함하는 RF 스위치를 도시한다. 도 2a의 실시예에서, 내부 소스/드레인 접속부가 저항(RDS)을 통해 접지에 연결된다. 일례로서, 실시예 저항(RDS)은 약 400 ㏀일 수 있지만, 다른 값이 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 트랜지스터(MSW)는 NMOS 디바이스를 사용하여 구현되지만, 트랜지스터(MSW)는 PMOS 디바이스 또는 CMOS-Bulk, 후막 또는 박막 SOI를 사용하는 CMOS-SOI, GaAs-HEMTs 또는 FET 트랜지스터 유형 기술의 다른 트랜지스터 유형을 사용하여 구현될 수 있다. 몇몇 경우에, PIN 다이오드도 사용될 수 있다.

도시된 바와 같이, MOS 트랜지스터(MSW)는 게이트-드레인 캐패시턴스(Cgd) 및 게이트 소스 캐패시턴스(Cgs)를 갖는다. 저항(RGATE)이 Cgd 및 Cgs의 용량성 임피던스보다 충분히 큰 임피던스를 가지면, 이들 기생 오버랩 캐패시턴스는 트랜지스터(MSW)가 셧오프될 때 모든 MOS 트랜지스터(MSW)에 걸쳐 대칭적으로 확산된다. 그러므로, 입력 노드(IN)과 출력 노드(OUT) 사이의 캐패시턴스는 대략 게이트 드레인 캐패시턴스(Cgd)와 게이트 소스 캐패시턴스(Cgs)의 직렬 조합이다. 도 2b는 MOS 트랜지스터(MSW)의 소스/드레인 접속이 직렬 저항(RDS)을 사용하여 바이어싱되는 RF 스위치의 다른 실시예를 도시한다.

실시예에서, 공통 게이트 구성에서 트랜지스터의 적층은 RF 체인을 스위칭 온 및 스위칭 오프하는 데 사용된다. RGATE가 높은 저항값을 가진다고 가정하면, 전체 기생 오프-캐피시턴스는 다음과 같이 표현될 수 있다.

W는 트랜지스터 폭이고, Cgs는 게이트/소스 및 게이트/드레인 오버랩 캐패시턴스이며, N은 직렬로 연결된 트랜지스터의 개수이다. THROWCOUNT는 실시예 스위치 상의 트랜지스터의 개수로서 정의된다. 이상의 수학식으로 알 수 있듯이, 전체 기생 오프-캐패시턴스(C _off )는 N이 감소함에 따라 증가하고 N이 증가함에 따라 감소한다.

도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 조정가능 캐패시턴스를 도시한다. 실시예에서, 개별적으로 스위칭 가능한 직렬 MOS 트랜지스터(MSW)를 가진 RF 스위치는 프로그램가능 캐패시턴스를 구현하는 데 사용될 수 있다. 도 2c의 우측의 등가 회로에 도시된 바와 같이, 개별적으로 스위칭 가능한 직렬 MOS 트랜지스터(MSW)는 턴온될 때 각각의 개별 트랜지스터의 채널 저항(Rch)에 의해 선택적으로 단락되는 캐패시터의 직렬 조합으로서 표현될 수 있다. 그러므로, 모든 트랜지스터(MSW)를 턴오프함으로써, 최소 직렬 캐패시턴스가 선택될 수 있다. 하나만 제외하고 모든 트랜지스터(MSW)를 턴온함으로써, 최대 직렬 캐패시턴스가 선택될 수 있다.

도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 RF 스위칭 시스템(200)을 상세히 도시한다. 도시된 바와 같이, 제 1 입력 포트(In1)는 RF 스위치(202)를 통해 출력 포트(Out)에 연결된다. 도시된 바와 같이, RF 스위치(202) 내의 직렬 트랜지스터(MSW)의 게이트는 모두 게이트의 동일한 게이트 드라이브 전압에 연결된다. 그러므로, RF 스위치(202)는 하이 임피던스 모드(즉, 스위치는 오프됨) 또는 로우 임피던스 모드(RF 스위치(202)가 제 1 입력 포트(IN1)와 출력 포트(Out) 사이에 DC 접속을 제공함)로 동작한다.

몇몇 실시예에서, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 프로그램가능 캐패시턴스는 그 전체내용이 본 명세서에서 참조로서 인용되는 미국 특허 출원 번호 제 14/243,338 호에 설명된 회로 및 방법을 사용하여 구현될 수 있다.

실시예에서, 제 2 입력 포트(In2)와 출력 포트(Out) 사이에 연결된 회로(204)는 모든 트랜지스터(MSW)의 게이트가 활성이 될 때 DC 경로를 제공할 수 있는 RF 스위치로서 사용될 수 있거나, 조정가능 직렬 캐패시턴스로서 사용될 수 있다. 조정가능 직렬 캐패시턴스로서 사용하기 위해, 트랜지스터(MSW)의 각각의 개별 게이트는 개별적으로 활성화 및/또는 비활성화될 수 있다. 트랜지스터(MSW) 중 적어도 하나가 턴오프되는 한, 제 2 입력 포트(In2)와 출력 포트(Out) 사이의 직렬 용량성 경로가 설정될 수 있다. 이상 논의된 바와 같이, 셧오프되는 트랜지스터(MSW)의 개수가 많을수록, 직렬 캐패시턴스는 낮아진다. 반면에, 트랜지스터(MSW)를 하나를 제외하고 모두 활성화함으로써 더 높은 직렬 캐패시턴스가 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제 1 입력 포트(In1)를 출력 포트(Out)로부터 분리하고/하거나 제 1 입력 포트(In2)를 출력 포트(Out)로부터 분리하기 위해, 각각의 스위치가 오프되는 것이 바람직할 때, 션트 스위치(도시 생략)가 제 1 입력 포트(In1)와 제 2 입력 포트(In2)에 연결되어 신호가 기생 직렬 캐패시턴스를 통해 전파하지 못하게 할 수 있다.

스위칭 회로의 실시예는 또한 도 3에서 실시예 스위칭 RFIC(300)에 관하여 도시된 것과 같은 병렬 프로그램가능 캐패시터를 사용하여 구현될 수 있다. 실시예에서, 스위칭 RFIC(300)는 입력 노드(RF_IN)를 출력 노드(RF1) 또는 출력 노드(RF2)에 선택적으로 연결하는 RF 스위치(103)에 연결된 병렬 프로그램가능 캐패시터(354)를 포함한다. RF 스위치(103) 및 병렬 프로그램가능 캐패시터(354)에 대한 세팅은 제어기(106)를 사용하여 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어기(106)는 디지털 버스(DIG)를 통해 어드레싱가능하다.

몇몇 실시예에서, 병렬 프로그램가능 캐패시터(354)는 도 3b에 도시된 디지털 튜닝가능한 캐패시터 회로(350)와 같은 종래의 프로그램가능 병렬 캐패시턴스 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 디지털 튜닝가능한 캐패시터 회로(350)는 이진 가중 캐패시턴스(304, 306, 308, 310, 312)를 포함하며, 각각의 이진 가중 캐패시턴스는 각각 직렬 NMOS 디바이스(316) 및 게이트 저항(318)을 사용하여 구현되는 직렬 스위치(320, 322, 324, 326, 328)에 연결된다. 캐패시턴스(304, 306, 308, 310, 312)의 값은 각각 8㎊, 4㎊, 2㎊, 1㎊ 및 0.5㎊이다. 캐패시터(304, 306, 308, 310, 312)의 각각은 노드(302) 뿐만 아니라 정전기 방전(ESD) 보호 트랜지스터(313)에도 연결된다. 노드(302)에서 확인되는 캐패시턴스의 양은 디지털 신호(D4, D3, D2, D1, D0)를 사용하여 제어가능하다. 예컨대, 신호(D3)가 로직 하이에 있고 이에 의해 직렬 스위치(322)를 턴온하고, 신호(D4, D2, D1, D0)가 로직 로우에 있고 이에 의해 스위치(320, 324, 326, 328)를 턴오프하면, 노드(302)에서 확인되는 용량성 로드는 약 4㎊이다. 마찬가지로, 모든 신호(D3, D2, D1, D0)가 로직 하이에 있으면, 노드(302)에 의해 확인되는 로드는 약 15.5㎊이다. 다른 실시예에서, 병렬 스위칭 가능한 브랜치가 5 개보다 많이 또는 적게 사용될 수 있다. 또한, 다양한 브랜치 캐패시턴스는 도 3에 도시된 것과 다른 값을 가질 수 있다.

몇몇 실시예에서, 도 3a 및 도 3b에 관하여 설명된 프로그램가능 캐패시턴스는 2013년 5월 14일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 13/894,096 및 2013년 10월 22일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 14/060,341에 설명된 회로 및 방법을 사용하여 구현될 수 있으며, 이들 출원의 전체 내용은 본 명세서에서 참조로서 인용된다.

도 4는 예컨대, 도 1 및 도 3a에 도시된 제어기(106)를 구현하는 데 사용될 수 있는 실시예 제어기의 블록도를 도시한다. 제어기(400)는 디지털 버스(DIG)에 연결된 직렬 인터페이스(402)를 포함한다. 직렬 인터페이스(402)는 예컨대, SPI 인터페이스 및 I2C 인터페이스, MIPI/RFFE 또는 당해 기술에 알려져 있는 다른 직렬 인터페이스를 사용하여 구현될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 직렬 인터페이스(402)는 병렬 인터페이스를 사용하여 구현될 수도 있다. 직렬 인터페이스(402)의 출력은 RF 스위치 및 조정가능 캐패시터를 어드레싱하기 위해 필요한 정보를 포함하는 룩업 테이블(404)의 입력에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 룩업 테이블(404)의 콘텐츠는 비휘발성 메모리, 퓨즈, 마스크-프로그램가능 메모리 또는 당해 기술에 알려져 있는 다른 프로그래밍 회로 및 방법을 사용하여 프로그램가능할 수 있다.

실시예에서, 룩업 테이블(404)은 실시예 RF 스위치의 입력과 출력 사이에 임피던스 정합을 제공하는 캐패시턴스 값을 가지도록 조정가능 캐패시터를 구성하는 캐패시턴스 제어어를 제공하도록 프로그래밍될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이들 캐패시턴스 값은 RF 시스템의 제조 동안에 기판 또는 시스템 제조자에 의해 프로그래밍될 수 있다.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따라 RF 시스템(500)을 도시한다. 도시된 바와 같이 RFIC(502)는 슈퍼 포트 스위치(504), 프로그램가능 캐패시터(506), SP6T RF 스위치(508) 및 RF 필터(530a 내지 530e)를 통해 LNA(536a 내지 536e) 중 하나에 입력 신호(ANT1)를 연결하고, 슈퍼 포트 스위치(512), 프로그램가능 캐패시터(514), SP6T RF 스위치(510) 및 RF 필터(530f 내지 530j)를 통해 LNA(536f 내지 536j) 중 하나에 입력 신호(ANT2)를 연결하도록 구성되는 다수의 RF 스위치(504, 512, 508 및 510)를 포함한다. LNA(536a 내지 536j)는 예컨대, 추가 회로(도시 생략)에 연결될 수 있다. 프로그램가능 캐패시터(506 및 514)는 본 명세서에 설명된 프로그램가능 캐패시터 실시예에 따라 구현될 수 있다. 슈퍼 포트 스위치(504, 512 및 516)는 예컨대, 0.1 dB 또는 0.2 dB 미만인 매우 낮은 감쇠를 가진 SPDT RF 스위치를 사용하여 구현될 수 있다. RF 스위치(504, 508, 510, 512 및 516) 및 프로그램가능 캐패시터(506 및 514)의 각각은 디지털 버스(DIG)에 접속되는 제어기(160)를 통해 제어된다.

RFIC(502)는 핀(TX)에 연결된 송신 신호를 신호(ANT1 및 ANT2) 중 하나로 라우팅하는 데 사용될 수 있는 슈퍼 포트 스위치(516), 필터 네트워크(518)를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 필터 네트워크(518)는 듀플렉서일 수 있다. 예컨대, 핀(TX)은 슈퍼 포트 스위치(516 및 504)를 통해 ANT1에 연결될 수 있고, 슈퍼 포트 스위치(516 및 512)를 통해 ANT2에 연결될 수 있다. 이와 달리, 송신 신호는 필터(518) 및 슈퍼 포트 스위치(504)를 통해 ANT1으로 라우팅될 수 있고/있거나 필터(518) 및 슈퍼 포트 스위치(512)를 통해 ANT2로 라우팅될 수 있다.

실시예에서, 프로그램가능 캐패시터(506)는 ANT1와 RF 출력 포트 또는 SP6T RF 스위치(508)에 의해 선택된 50 Ω 종단 사이에 RF 정합을 제공하도록 제어기(160)에 의해 조정된다. 유사하게, 프로그램가능 캐패시터(514)는 ANT2와 RF 출력 포트 또는 SP6T RF 스위치(510)에 의해 선택된 50 Ω 종단 사이에 RF 정합을 제공하도록 제어기(160)에 의해 조정된다. 도시된 바와 같이, RFIC(502)의 출력 포트는 RF 필터(530a 내지 530j) 뒤이어 LNA(536a 내지 536j) 중 하나에 의해 로딩된다. 도시된 실시예에서, 션트 인덕턴스(532a 내지 532j)는 대응하는 RF 필터(530a 내지 530j)의 입력에 연결되고, 직렬 인덕턴스(534a 내지 534j)는 대응하는 RF 필터(530a 내지 530j)와 LNA(536a 내지 536j) 사이에 연결된다. 입력(ANT1 및 ANT2)은 각각 션트 인덕터(540 및 542)로 로딩된다.

RF 시스템(500) 및 RFIC(502)가 실시예 스위치(RFIC)의 다수의 가능한 구현예 중 하나일 뿐임을 알아야 한다. 다른 실시예에서, RFIC(502)는 상이한 개수의 슈퍼 포트 스위치, SPMT 스위치 및 프로그램가능 캐패시터를 가질 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, SP6T는 6 개보다 많거나 적은 출력 포트를 가진 SPxT RF 스위치를 사용하여 구현될 수 있다. 도면에 도시된 다양한 필터, 정합 네트워크 및 증폭기의 구성이 다수의 예 중 하나일 뿐임을 더 알아야 한다. 다른 실시예에서, RF 시스템(500)은 예컨대, 더 많거나 더 적은 RF 필터, 상이한 정합 네트워크 토폴로지, 공유 또는 멀티플렉싱된 LNA 등과 같은 RF 구성요소의 상이한 구성을 가질 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다.

도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 시스템(500)을 도시한다. RF 시스템(550)은 도 5a에 도시된 RFIC(502)와 유사하되 션트 프로그램가능 캐패시터(556 및 558)가 추가된 RFIC(552)를 포함한다. 추가적인 션트 프로그램가능 캐패시터(556 및 558)를 사용함으로써, 도 5a의 RF 시스템(500)에 도시된 션트 인덕턴스(532a 내지 532j)는 제거될 수 있고, 이에 의해 몇몇 실시예에서 기판 영역을 보존하고 구성요소 총수 및 시스템 비용을 감소시킬 수 있다.

도 5c는 도 5b의 RF 시스템(550)에 관하여 정합이 달성되는 방법을 예시하는 스미스 차트(580)를 도시한다. 스미스 차트(580) 상의 포인트는 SAW 필터의 입력 임피던스를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 포인트(582)에서의 임피던스는 100 Ω 전송선을 사용하여 포인트(584)로 변환된다. 몇몇 실시예에서, 이 전송선의 길이는 수 밀리미터이다. 그 다음에, 포인트(584)는 도 5b에 도시된 직렬 프로그램가능 캐패시턴스(506 또는 514)와 같은 직렬 캐패시턴스를 사용하여 포인트(586)로 변환된다. 결국, 포인트(586)는 도 5b에 도시된 션트 프로그램가능 캐패시턴스(556 또는 558)와 같은 션트 캐패시턴스를 사용하여 스미스 차트(580)의 중앙의 포인트(588)에서 정합된 상태로 변환된다. 스미스 차트(580)가 실시예 프로그램가능 캐패시터가 RF 시스템에서 정합을 제공하는 데 사용될 수 있는 방법의 다수의 실시예 중 하나일 뿐임을 알아야 한다.

도 6은 RF 시스템을 동작하는 방법(600)의 실시예를 도시한다. 단계(602)에서, 스위치 세팅이 선택된다. 실시예에서, 스위치 세팅은 RFIC의 입력 단자에 연결된 입력 및 RFIC의 대응하는 복수의 제 2 출력 단자에 연결된 복수의 출력 노드를 가진 SPMT(single-pole multiple-throw) 무선 주파수(RF) 스위치에 속한다. 단계(604)에서, 캐패시턴스 세팅은 RFIC의 입력 단자 및 SPMT 스위치의 입력에 연결된 조정가능 캐패시터 중에서 선택된다.

실시예 RF 스위치 시스템이 다양한 애플리케이션에 적용될 수 있음을 알아야 한다. 예컨대, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 SP4T RF 스위치는 실시예 RF 스위치 드라이버 회로를 사용하여 구현될 수 있다. RF 스위치를 이용한 다른 애플리케이션은 실시예 RF 스위치 드라이버 회로도 사용하여 구현될 수도 있다.

도 7은 증폭기(710, 712 및 714)의 출력이 RF 스위치(704), 직렬 프로그램가능 캐패시터(706) 및 션트 프로그램가능 캐패시터(708)를 포함하는 RFIC(702)를 통해 단일 출력 노드(Out)로 멀티플렉싱되는 다른 실시예 RF 스위칭 시스템(700)을 도시한다. 일 실시예에서, 증폭기(710, 712 및 714)는 LNA이고 노드(out)는 RF 회로의 프런트 엔드에 연결되고, LNA 중 하나의 출력은 RF 스위치(704)를 사용하여 선택될 수 있다. 이와 달리, 다른 유형의 증폭기의 출력은 다른 유형의 회로로 라우팅될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 직렬 프로그램가능 캐패시터(706) 및 션트 프로그램가능 캐패시터(708)는 정합을 제공하는 데 사용되고, 주파수 대역 내에 최대 이득을 중심에 두는 데에도 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, RFIC(702)는 도시된 바와 같이 입력 포트를 3 개보다 많이 또는 적게 가질 수 있다.

도 8은 다수의 송신 채널 및 수신 채널을 가진 송수신기(802)가 RF 필터(816)를 통해 시스템 인터페이스 포트(830 및 832)로 인터페이싱될 수 있는 방법을 예시하는 본 발명의 실시예에 따른 RF 시스템(800)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 송수신기(802)에 연결된 구성요소는 RF 필터(804 및 808), LNA(806), 튜닝가능 스위칭 네트워크(810 및 811) 및 스위칭가능 전력 증폭기(PA)(818)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 튜닝가능 스위칭 네트워크(810 및 811)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 필터(808)의 입력 및 출력과 RF 정합을 달성하도록 조정될 수 있는 SPMT 스위치(812a 및 812b) 및 조정가능 캐패시터(814a 및 814b)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 스위칭가능 PA 회로(818)는 송수신기(802)의 송신 출력에 연결된다. 튜닝가능 스위칭 네트워크(811)는 스위칭가능 PA 회로(818)의 다양한 출력 및 송수신기(802)의 다양한 수신 입력을 인터페이스 포트(832)로 라우팅하도록 구성된다. 튜닝가능 스위칭 네트워크(811)의 조정가능 캐패시터(814a 및 814b)는 튜닝가능 스위칭 네트워크(811)의 SPMT 스위치(812a 및 812b)의 포트에 연결된 다양한 구성요소에 인터페이스 포트(832)를 정합하는 데 사용될 수 있다.

실시예에 따르면, 주선 주파수 집적 회로(RFIC)는 RFIC의 입력 단자에 연결된 조정가능 캐패시턴스와, 조정가능 캐패시턴스에 연결된 입력 및 RFIC의 대응하는 복수의 제 2 출력 단자에 연결된 복수의 출력 노드를 가진 SPMT RF 스위치를 포함한다. 조정가능 캐패시턴스는 병렬의 조정가능 캐패시턴스를 사용하여 구현되어, 병렬로 연결된 복수의 스위칭가능 캐패시턴스를 가질 수 있다. RFIC는 조정가능 캐패시턴스와 제 1 SPMT 스위치 사이에 연결된 제 2 SPMT RF 스위치를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 SPMT RF 스위치의 제 1 출력은 제 1 SPMT RF 스위치의 입력에 연결된다. RFIC는 RFIC의 제 3 입력 단자에 연결된 입력을 가진 제 3 SPMT RF 스위치를 더 포함할 수 있고, 제 2 SPMT RF 스위치의 제 2 출력은 제 3 SPMT RF 스위치의 출력에 연결된다. 몇몇 실시예에서, RFIC의 복수의 제 2 출력 단자는 RF 필터에 연결되도록 구성된다.

실시예에서, RFIC는 RFIC의 디지털 입력 단자에 연결된 입력, 제 1 SPMT RF 스위치의 제어 인터페이스에 연결된 제 1 출력 인터페이스 및 조정가능 캐패시턴스에 연결된 제 2 출력 인터페이스를 가진 디지털 인터페이스를 더 포함한다. 조정가능 캐패시턴스는 RFIC의 입력 단자에 연결된 제 1 노드 및 RF 스위치의 입력에 연결된 제 2 노드를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 조정가능 캐패시턴스는 직렬로 연결된 복수의 스위칭 트랜지스터를 포함한다. 조정가능 캐패시턴스의 캐패시턴스는 복수의 스위칭 트랜지스터의 게이트-드레인 캐패시턴스 및 게이트-소스 캐패시턴스를 포함할 수 있다. 일례에서, 복수의 스위칭 트랜지스터 중 적어도 하나는 동작 동안에 개방된다.

실시예에서, 조정가능 캐패시턴스는 직렬로 연결된 복수의 스위칭가능 캐패시턴스를 포함한다. 조정가능 캐패시턴스는 입력 단자와 제 1 SPMT 스위치 사이에 직렬로 연결된 제 1 조정가능 캐패시턴스를 포함할 수 있다. 실시예에서, 조정가능 캐패시턴스는 제 1 조정가능 캐패시턴스와 기준 노드 사이에 병렬로 연결된 제 2 조정가능 캐패시턴스를 더 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 회로는 RFIC의 입력 단자에 연결된 제 1 노드를 가진 조정가능 캐패시턴스와, 조정가능 캐패시턴스의 제 2 노드에 연결된 입력 및 RFIC의 대응하는 복수의 제 2 출력 단자에 연결된 복수의 출력 노드를 가진 제 1 SPMT(single-pole multiple-throw) 무선 주파수(RF) 스위치와, 조정가능 캐패시턴스의 제어 인터페이스와 제 1 SPMT 스위치의 제어 인터페이스에 연결된 제어기를 가진 무선 주파수 집적 회로(RFIC)를 포함한다. 회로는 RFIC의 대응하는 복수의 제 2 출력 단자에 연결된 복수의 로드 회로를 포함한다.

실시예에서, 제어기는 제 1 SPMT 스위치의 선택된 세팅에 대응하는 제어 세팅을 조정가능 캐패시턴스에 할당하도록 구성된다. 제어기는 제 1 SPMT 스위치의 선택된 세팅에 대응하는 복수의 로드 회로 중 하나에 RF 정합을 제공하는 세팅을 조정가능 캐패시턴스에 할당하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 복수의 로드 회로는 복수의 RF 필터, 복수의 RF 필터 중 하나의 출력에 연결된 적어도 하나의 저잡음 증폭기(LNA) 및/또는 RFIC의 입력에 연결된 디지털 인터페이스를 포함한다. 회로는 RFIC의 제 2 출력 단자들 중 하나에 연결된 출력을 가진 RF 전력 증폭기(PA)도 포함할 수 있다.

실시예에서, RFIC 및 복수의 로드 회로는 회로 기판 상에 배치된다. 이회로는 RFIC의 복수의 제 2 출력 단자 중 제 1 출력 단자와 복수의 로드 회로 중 제 1 로드 회로 사이에 연결된 제 1 도전성 트레이스와, RFIC의 복수의 제 2 출력 단자 중 제 1 출력 단자와 복수의 로드 회로 중 제 1 로드 회로 사이에 연결된 제 2 도전성 트레이스를 포함할 수 있다. 제 1 도전성 트레이스의 길이는 상기 제 2 도전성 트레이스의 길이와 상이하다.

다른 실시예에 따르면, 무선 주파수(RF) 시스템을 동작시키는 방법은 RFIC의 입력 단자에 연결된 입력 및 RFIC의 대응하는 복수의 제 2 출력 단자에 연결된 복수의 출력 노드를 가진 제 1 SPMT(single-pole multiple-throw) 무선 주파수(RF) 스위치의 스위치 세팅을 선택하는 단계를 포함한다. 방법은 RFIC의 입력 단자 및 SPMT 스위치의 입력에 연결된 조정가능 캐패시터의 캐패시턴스 세팅을 선택하는 단계를 더 포함한다. 조정가능 캐패시터는 RFIC의 입력 단자와 SPMT 스위치의 입력 사이에 연결된 조정가능 직렬 캐패시터를 포함할 수 있다.

실시예에서, 방법은 선택된 캐패시턴스 세팅을 결정하는 단계를 더 포함한다. 선택된 캐패시턴스 세팅은 RFIC의 입력 단자와 선택된 스위치 세팅에 대응하는 제 2 출력 단자 사이에 RF 정합을 제공하도록 결정된다. 방법은 RFIC의 입력 단자에서 RF 신호를 수신하는 단계와, 선택된 스위치 세팅에 대응하는 제 2 출력 단자에 연결된 필터에 수신된 RF 신호를 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 필터의 출력을 증폭시키는 단계도 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예의 이점은, 조정가능 직렬 캐패시터가 필요한 직렬 캐패시턴스를 제공하므로, 개별 로드에 정합을 제공하는 데 추가적인 직렬 캐패시터를 사용하지 않으면서 SPMT 스위치의 출력에 다수의 RF 로드를 연결하는 능력을 포함한다. 이처럼, 기판 공간이 보존될 수 있고 커플링 및 크로스토크가 감소할 수 있다.

이 발명은 예시적인 실시예에 관하여 설명되었지만, 이 설명은 제한 관점으로 해석되도록 의도되지 않는다. 이 설명을 참조할 때 예시적인 실시예의 다양한 변경 및 조합뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예도 당업자에게 자명할 것이다. 예컨대, 실시예 스위치 드라이버는 캐패시터 및 다른 튜닝 구성요소를 스위칭인 및 스위칭아웃함으로써 오실레이터를 튜닝하는 데 사용될 수 있다. 실시예 스위치 드라이버 회로는 일반적으로 수신/송신 스위치, 감쇠기, 전력 증폭기 바이패스 회로, RF 정합, RF 필터 스위칭뿐만 아니라 다른 유형의 회로 및 시스템에도 적용될 수 있다.

Claims

무선 주파수 집적 회로(RFIC)로서,
상기 RFIC의 입력 단자에 연결된 조정가능 캐패시턴스와,
상기 조정가능 캐패시턴스에 연결된 입력 및 상기 RFIC의 대응하는 복수의 제 2 출력 단자에 연결된 복수의 출력 노드를 가진 제 1 SPMT(single-pole multiple-throw) 무선 주파수(RF) 스위치를 포함하는
RFIC.
제 1 항에 있어서,
상기 조정가능 캐패시턴스는 병렬 조정가능 캐패시턴스를 포함하는
RFIC.
제 2 항에 있어서,
상기 병렬 조정가능 캐패시턴스는 병렬로 연결된 복수의 스위칭가능 캐패시턴스를 포함하는
RFIC.
제 1 항에 있어서,
상기 RFIC는 상기 조정가능 캐패시턴스와 상기 제 1 SPMT RF 스위치 사이에 연결된 제 2 SPMT RF 스위치를 더 포함하는
RFIC.
제 4 항에 있어서,
상기 제 2 SPMT RF 스위치의 제 1 출력은 상기 제 1 SPMT RF 스위치의 입력에 연결되는
RFIC.
제 4 항에 있어서,
상기 RFIC는 상기 RFIC의 제 3 입력 단자에 연결된 입력을 가진 제 3 SPMT RF 스위치를 더 포함하고, 상기 제 2 SPMT RF 스위치의 제 2 출력은 상기 제 3 SPMT RF 스위치의 출력에 연결되는
RFIC.
제 1 항에 있어서,
상기 RFIC의 복수의 제 2 출력 단자는 RF 필터에 연결되도록 구성되는
RFIC.
제 1 항에 있어서,
상기 RFIC의 디지털 입력 단자에 연결된 입력, 상기 제 1 SPMT RF 스위치의 제어 인터페이스에 연결된 제 1 출력 인터페이스 및 상기 조정가능 캐패시턴스에 연결된 제 2 출력 인터페이스를 가진 디지털 인터페이스를 더 포함하는
RFIC.
제 1 항에 있어서,
상기 조정가능 캐패시턴스는 상기 RFIC의 입력 단자에 연결된 제 1 노드 및 상기 RF 스위치의 입력에 연결된 제 2 노드를 가지는
RFIC.
제 9 항에 있어서,
상기 조정가능 캐패시턴스는 직렬로 연결된 복수의 스위칭 트랜지스터를 포함하는
RFIC.
제 10 항에 있어서,
상기 조정가능 캐패시턴스의 캐패시턴스는 상기 복수의 스위칭 트랜지스터의 게이트-드레인 캐패시턴스 및 게이트-소스 캐패시턴스를 포함하는
RFIC.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 스위칭 트랜지스터 중 적어도 하나는 동작 동안 개방되는
RFIC.
제 1 항에 있어서,
상기 조정가능 캐패시턴스는 직렬로 연결된 복수의 스위칭가능 캐패시턴스를 포함하는
RFIC.
제 1 항에 있어서,
상기 조정가능 캐패시턴스는 상기 입력 단자와 상기 제 1 SPMT RF 스위치 사이에 직렬로 연결된 제 1 조정가능 캐패시턴스를 포함하는
RFIC.
제 14 항에 있어서,
상기 조정가능 캐패시턴스는 상기 제 1 조정가능 캐패시턴스와 기준 노드 사이에 병렬로(in shunt) 연결된 제 2 조정가능 캐패시턴스를 더 포함하는
RFIC.
무선 주파수 집적 회로(RFIC)와,
상기 RFIC의 대응하는 복수의 제 2 출력 단자에 연결된 복수의 로드 회로를 포함하되,
상기 RFIC는
상기 RFIC의 입력 단자에 연결된 제 1 노드를 가진 조정가능 캐패시턴스와,
상기 조정가능 캐패시턴스의 제 2 노드에 연결된 입력 및 상기 RFIC의 대응하는 복수의 제 2 출력 단자에 연결된 복수의 출력 노드를 가진 제 1 SPMT(single-pole multiple-throw) 무선 주파수(RF) 스위치와,
상기 조정가능 캐패시턴스의 제어 인터페이스와 상기 제 1 SPMT RF 스위치의 제어 인터페이스에 연결된 제어기를 포함하는
회로.
제 16 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제 1 SPMT RF 스위치의 선택된 세팅에 대응하는 제어 세팅을 상기 조정가능 캐패시턴스에 할당하도록 구성되는
회로.
제 16 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제 1 SPMT RF 스위치의 선택된 세팅에 대응하는 상기 복수의 로드 회로 중 하나에 RF 정합을 제공하는 세팅을 상기 조정가능 캐패시턴스에 할당하도록 구성되는
회로.
제 16 항에 있어서,
상기 복수의 로드 회로는 복수의 RF 필터를 포함하는
회로.
제 19 항에 있어서,
상기 복수의 RF 필터 중 하나의 출력에 연결된 적어도 하나의 저잡음 증폭기(LNA)를 더 포함하는
회로.
제 16 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 RFIC의 입력에 연결된 디지털 인터페이스를 포함하는
회로.
제 16 항에 있어서,
상기 RFIC 및 상기 복수의 로드 회로는 회로 기판 상에 배치되고,
상기 회로 기판은
상기 RFIC의 복수의 제 2 출력 단자 중 제 1 출력 단자와 상기 복수의 로드 회로 중 제 1 로드 회로 사이에 연결된 제 1 도전성 트레이스와,
상기 RFIC의 복수의 제 2 출력 단자 중 제 1 출력 단자와 상기 복수의 로드 회로 중 제 1 로드 회로 사이에 연결된 제 2 도전성 트레이스를 포함하되, 상기 제 1 도전성 트레이스의 길이는 상기 제 2 도전성 트레이스의 길이와 상이한
회로.
제 16 항에 있어서,
상기 RFIC의 제 2 출력 단자들 중 하나에 연결된 출력을 가진 RF 전력 증폭기(PA)를 더 포함하는
회로.
무선 주파수(RF) 시스템을 동작시키는 방법에 있어서,
RFIC의 입력 단자에 연결된 입력 및 상기 RFIC의 대응하는 복수의 제 2 출력 단자에 연결된 복수의 출력 노드를 가진 제 1 SPMT(single-pole multiple-throw) 무선 주파수(RF) 스위치의 스위치 세팅을 선택하는 단계와,
상기 RFIC의 입력 단자 및 상기 제 1 SPMT RF 스위치의 입력에 연결된 조정가능 캐패시터의 캐패시턴스 세팅을 선택하는 단계를 포함하는
방법.
제 24 항에 있어서,
상기 선택된 캐패시턴스 세팅을 결정하는 단계를 더 포함하되,
상기 선택된 캐패시턴스 세팅은 상기 RFIC의 입력 단자와 상기 선택된 스위치 세팅에 대응하는 제 2 출력 단자 사이에 RF 정합을 제공하도록 결정되는
방법.
제 24 항에 있어서,
상기 RFIC의 입력 단자에서 RF 신호를 수신하는 단계와,
상기 선택된 스위치 세팅에 대응하는 상기 제 2 출력 단자에 연결된 필터에 상기 수신된 RF 신호를 전달하는 단계를 더 포함하는
방법.
제 26 항에 있어서,
상기 필터의 출력을 증폭시키는 단계를 더 포함하는
방법.
제 24 항에 있어서,
상기 조정가능 캐패시터는 상기 RFIC의 입력 단자와 상기 제 1 SPMT RF 스위치의 입력 사이에 연결된 조정가능 직렬 캐패시터를 포함하는
방법.