KR20160108396A - 스위칭가능한 안테나 어레이 - Google Patents

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KR20160108396A
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signal
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KR1020167020965A
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아론 예즈켈리
타미르 레빙거
사기 쿠퍼맨
세르게이 레빈
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퀄컴 인코포레이티드
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Abstract

장치는 임피던스 회로(404) 및 임피던스 회로(404)에 결합된 복수의 인덕터들(430, 432, 434, 436)을 포함한다. 복수의 인덕터들 각각은 복수의 스위치들(sw1-sw4) 중 대응하는 스위치와 병렬로 결합된다.

Description

스위칭가능한 안테나 어레이{SWITCHABLE ANTENNA ARRAY}
관련 출원의 교차 참조
[0001]본 출원은, 공동 소유의 2014년 1월 17일에 출원된 미국 가특허 출원 제61/928,660호 및 2014년 12월 12일에 출원된 미국 정식특허 출원 제14/569,206호를 우선권으로 주장하며, 상기 출원의 내용들은 그 전체가 인용에 의해 명시적으로 포함된다.
[0002]본 개시물은 전반적으로 스위칭가능한 안테나 어레이에 관한 것이다.
[0003]기술의 진보는 더 작고 더 강력한 컴퓨팅 장치로 이어져 왔다. 예를 들어, 현재 휴대용 무선 전화기, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA들), 그리고 작고 경량이고 그리고 쉽게 사용자에 의해 운반되는 페이징 장치와 같은, 무선 컴퓨팅 장치를 포함하는 다양한 휴대용 퍼스널 컴퓨팅 디바이스가 존재한다. 보다 구체적으로, 셀룰러 전화기들 및 인터넷 프로토콜(IP) 전화기들과 같은 휴대용 무선 전화기들은 무선 네트워크들을 통해 음성 및 데이터 패킷들을 통신할 수 있다. 또한, 이러한 많은 무선 전화들은, 내부에 포함되는 다른 타입들의 디바이스들을 포함한다. 예를 들어, 무선 전화기는 또한 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 레코더, 및 오디오 파일 플레이어를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 무선 전화들은 인터넷에 액세스하기 위해 사용될 수 있는 웹 브라우저 애플리케이션과 같은 소프트웨어 응용 프로그램들을 포함하는 실행가능 명령들을 프로세싱할 수 있다. 이와 같이, 이러한 무선 전화기들은 상당한 컴퓨팅 능력들을 포함할 수 있다.
[0004]기술에 있어서의 진보들은 또한 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나 어레이들을 이용하는 많은 안테나들을 발생시켰다. 안테나 엘리먼트들의 수는 전자 디바이스의 동작에 적응하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 수의 안테나 엘리먼트들은 특정 동작 모드들에서 사용될 수 있고, 제 2 수의 안테나 엘리먼트들은 상이한 동작 모드에서 사용될 수 있다. 일부 시스템들은 안테나들에 결합된 능동 엘리먼트들(예를 들어, 전력 증폭기들(PA들)) 및 저 잡음 증폭기들(LNA들)에 대한 전력을 선택적으로 차단함으로써 구성가능한 안테나 어레이들을 제공한다. 그러나, 무선 주파수 직접 회로(RFIC)의 합산/분배 네트워크는 통상적으로 윌킨슨(Wilkinson) 전력 컴바이너와 같은 구성가능하지 않은 수동 엘리먼트를 통해 구현된다. 안테나 어레이의 재구성은 종종 비효율성들로 인해 전력 손실 및 잡음을 발생시킨다. 예를 들어, 선택된 안테나 엘리먼트들에 결합된 특정 능동 엘리먼트들(예를 들어, 안테나 엘리먼트들에 결합된 하나 또는 그 초과의 송신/수신 경로들에서의 LNA 또는 PA)이 턴 오프되는 경우, 턴 오프된 안테나 엘리먼트들과 연관된 신호 경로들이 임피던스 불일치 및 타이밍 문제들로 인해 잡음과 간섭을 유발할 수 있다.
[0005]도 1은 무선 시스템과 통신하는 무선 디바이스를 도시한다.
[0006]도 2는 도 1의 무선 디바이스의 블록도를 도시한다.
[0007]도 3은 다수의 구성가능한 분배 및 합산 네트워크들을 도시한다.
[0008]도 4는 대표적인 구성가능한 분배 및 합산 네트워크의 예를 도시한다.
[0009]도 5는 스위칭가능한 안테나 어레이를 이용한 통신 방법을 도시하는 흐름도를 도시한다.
[0010]후술되는 상세한 설명은, 본 개시물의 예시적인 설계들의 설명으로서 의도되며, 본 개시물이 실시될 수 있는 유일한 설계들만을 나타내도록 의도되지 않는다. "예시적인"이라는 용어는 예시, 실례 또는 예증"의 역할을 의미하는 것으로 사용된다. "예시"로서 본 명세서에 기술된 임의의 설계는, 반드시 다른 설계들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되는 것은 아니다. 상세한 설명은 본 개시물의 예시적인 설계들의 완전한 이해를 제공할 목적으로 특정 세부 사항들을 포함한다. 본원에 설명된 예시적인 설계들이 이들 특정한 세부사항들 없이 실시될 수도 있다는 것은 당업자들에게 명백할 것이다. 몇몇 예시들에서, 본 명세서에 제시된 예시적인 설계들의 신규성을 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해, 잘 알려진 구조들 및 디바이스들은 블록도 형태로 도시되어 있다.
[0011]도 1은 무선 통신 시스템(120)과 통신하는 무선 디바이스(110)를 도시한다. 무선 통신 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 광대역 CDMA(WCDMA), CDMA 1X, EVDO(Evolution-Data Optimized), TD-SCDMA(Time Division Synchronous CDMA), 또는 CDMA의 일부 다른 버전들을 구현할 수 있다. 편의상, 도 1은 2개의 기지국(130 및 132) 및 하나 시스템 제어기(140)를 포함하는 무선 통신 시스템(120)을 도시한다. 일반적으로, 무선 시스템은 임의의 수의 기지국들 및 임의의 세트의 네트워크 엔티티들을 포함할 수 있다.
[0012]무선 디바이스(110)는 또한, 사용자 장비(UE), 모바일 스테이션, 단말, 액세스 단말, 가입자 유닛, 스테이션 등으로 지칭될 수 있다. 무선 디바이스(110)는 셀룰러 폰, 스마트폰, 태블릿, 무선 모뎀, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 핸드 헬드 디바이스, 랩탑 컴퓨터, 스마트북, 넷북, 코드리스 폰, 무선 로컬 루프(WLL) 스테이션 블루투스 디바이스 등일 수 있다. 무선 디바이스(110)는 무선 통신 시스템(120)과 통신할 수 있다. 무선 디바이스(110)는 또한, 하나 또한 그 초과의 GNSS(global navigation satellite system) 등에서, 브로드캐스트 스테이션들(예를 들어, 브로드캐스트 스테이션(134))로부터의 신호들, 위성들(예를 들어, 위성(150))로부터의 신호들을 수신할 수 있다. 무선 디바이스(110)는, LTE, WCDMA, CDMA 1X, EVDO, TD-SCDMA, GSM, 802.11 등과 같은 무선 통신을 위한 하나 또는 그 초과의 라디오 기술들을 지원할 수 있다.
[0013]무선 디바이스(110)는 또한, 각각 복수의 안테나들(또는 안테나 엘리먼트들)을 포함하는 하나 또는 그 초과의 스위칭가능한 안테나 어레이(예를 들어, 페이즈드 안테나 어레이들)를 포함할 수 있다. 복수의 안테나들(또는 안테나 엘리먼트)은 구성가능한 분배 및 합산(CDS; configurable distribution and summing) 네트워크와 함께 사용될 수 있다.
[0014]도 2는 도 1의 무선 디바이스(110)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. 본 예시적인 설계에서, 무선 디바이스(110)는 안테나 인터페이스 회로(224)를 통해 1차 안테나 어레이(210)에 결합된 트랜시버(220), 안테나 인터페이스 회로(226)를 통해 2차 안테나 어레이(212)에 결합된 트랜시버(222), 및 데이터 프로세서/제어기(280)를 포함한다. 1차 안테나 어레이(210) 및/또는 2차 안테나 어레이(212)는 스위칭가능할 수 있고 도 3 및 도 4을 참고로 하여 추가로 설명된 바와 같이, 구성가능한 분배 및 합산(CDS) 네트워크를 포함할 수 있다. 트랜시버(220)는 다중 주파수 대역들, 다중 무선 기술들, 반송파 집성 등을 지원하기 위해서 다수(K)개의 수신기들(230pa 내지 230pk) 및 다수(K)개의 송신기들(250pa 내지 250pk)을 포함한다. 트랜시버(222)는, 다수의 주파수 대역들, 다수의 라디오 기술들, 반송파 집성, 수신 다이버시티, MIMO(multiple-input multiple-output) 송신을 다수의 송신 안테나들로부터 다수의 수신 안테나들로 지원하기 위한 다수(L)개의 수신기들(230sa 내지 230sl) 및 다수(L)개의 송신기들(250sa 내지 250sl) 등을 포함한다.
[0015]도 2에 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 수신기(230)는 LNA(240) 및 수신 회로들(242)을 포함한다. 데이터 수신의 경우, 안테나 어레이(210)는, 기지국들 및/또는 다른 송신기 스테이션들로부터 신호들을 수신하고 수신 RF 신호를 제공하며, 이 수신 RF 신호는, 안테나 인터페이스 회로(224)를 통해 라우팅되고 입력 RF 신호로서 선택된 수신기로 제공된다. 안테나 인터페이스 회로(224)는 스위치들, 듀플렉서들, 송신 필터들, 수신 필터들, 매칭 회로들 등을 포함할 수 있다. 아래의 설명은, 수신기(230pa)가 선택된 수신기라고 가정한다. 수신기(230pa) 내에서, LNA(240pa)는 입력 RF 신호를 증폭시키고 출력 RF 신호를 제공한다. 수신 회로들(242pa)은 출력 RF 신호를 RF로부터 기저대역으로 하향변환하고, 하향변환된 신호를 증폭 및 필터링하고, 그리고 아날로그 입력 신호를 데이터 프로세서/제어기(280)로 제공한다. 수신 회로들(242pa)는 믹서들, 필터들, 증폭기들, 매칭 회로들, 발진기, LO(local oscillator) 발생기, 페이즈 고정 루프(PLL) 등을 포함할 수 있다. 트랜시버들(220 및 222) 내 각각의 나머지 수신기(230)는 수신기(230pa)와 유사한 방식으로 동작할 수 있다.
[0016]도 2에 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 송신기(250)는 송신 회로들(252) 및 전력 증폭기(PA)(254)를 포함한다. 데이터 송신의 경우, 데이터 프로세서/제어기(280)는 송신될 데이터를 프로세싱(예를 들어, 인코딩 및 변조)하고 아날로그 출력 신호를 선택된 송신기에 제공한다. 아래의 설명은 송신기(250pa)가 선택된 송신기라는 것을 가정한다. 송신기(250pa) 내에서, 송신 회로들(252pa)은 아날로그 출력 신호를 증폭, 필터링하고, 기저대역으로부터 RF로 상향변환하고 변조된 RF 신호를 제공한다. 송신 회로들(252pa)은, 증폭기들, 필터들, 믹서들, 매칭 회로들, 발진기, LO 생성기, PLL 등을 포함할 수 있다. PA(254pa)는 변조된 RF 신호를 수신하고 증폭하며 적절한 출력 전력 레벨을 갖는 송신 RF 신호를 제공한다. 송신 RF 신호는 안테나 인터페이스 회로(224)를 통해 라우팅되고 안테나 어레이(210)를 통해 송신된다. 트랜시버들(220 및 222) 내 각각의 나머지 송신기(250)는 송신기(250pa)와 유사한 방식으로 동작할 수 있다.
[0017]도 2는 수신기(230) 및 송신기(250)의 예시적인 설계를 도시한다. 수신기 및 송신기는 또한 도 2에 도시되지 않은 다른 회로, 이를 테면, 필터들, 매칭 회로들 등을 포함할 수 있다. 트랜시버(220 및 222)의 전부 또는 일부는 하나 또는 그 초과의 아날로그 집적 회로들(IC들), RF IC들(RFIC들), 믹스-신호 IC들 등에서 구현될 수 있다. 예를 들어, LNA들(240) 및 수신 회로들(242)은, RFIC일 수 있는 하나의 모듈 상에서 구현될 수 있는 식이다. 트랜시버(220 및 222)의 회로들은 또한 다른 방식들로 구현될 수 있다.
[0018]데이터 프로세서/제어기(280)는 무선 디바이스(110)를 위한 다양한 기능들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 데이터 프로세서/제어기(280)는 수신기들(230)을 통해 수신되는 데이터 및 송신기들(250)을 통해 송신되는 데이터에 대해 프로세싱을 수행할 수 있다. 데이터 프로세서/제어기(280)는 트랜시버들(220 및 222) 내의 다양한 회로들의 동작을 제어할 수 있다. 메모리(282)는 데이터 프로세서/제어기(280)를 위한 프로그램 코드들 및 데이터를 저장할 수 있다. 데이터 프로세서/제어기(280)는 하나 또는 그 초과의 ASIC(application specific integrated circuit)들 및/또는 다른 IC들 상에서 구현될 수 있다.
[0019]무선 디바이스(110)는 다수의 주파수 대역 그룹들, 다수의 라디오 기술들, 및/또는 다수의 안테나들을 지원할 수 있다. 무선 디바이스(110)는 다수의 주파수 대역 그룹들, 다수의 라디오 기술들, 및/또는 다수의 안테나들을 통한 수신을 지원하는 다수의 LNA들을 포함할 수 있다.
[0020]도 3은 제 1 예시적인 CDS 네트워크(310) 및 제 2 예시적인 CDS 네트워크(320)를 도시하며, 이들 각각은 안테나 어레이(예를 들어, 도 2의 안테나 어레이들(210, 212) 중 하나)와 연관될 수 있다. 예시적인 CDS 시스템(300)은 다수의 CDS 네트워크들, 이를 테면, CDS 네트워크들(310, 320)을 포함할 수 있다. 제 1 CDS 네트워크(310)는 CDS 시스템(300)의 제 1 스테이지에 대응하고, 제 2 CDS 네트워크(320)는 CDS 시스템(300)의 제 2 스테이지에 대응한다. CDS 네트워크는 다수의 안테나들(350)(예를 들어, 안테나 어레이(210 또는 212)의 안테나들)과 사용될 수 있다. CDS 네트워크는 구성가능한 안테나 어레이의 모든 구성들에 대해 적절한 리턴 손실 및 매우 낮은 삽입 손실을 유지하는데 사용될 수 있다.
[0021]예시적인 실시예에서, 신호 경로(예를 들어, 송신 경로 및/또는 수신 경로)는 CDS 네트워크(들)의 다수의 스테이지들을 가로지를(traverse) 수 있다. 안테나/안테나 엘리먼트들에 "가장 가까운" CDS 네트워크(들)의 스테이지는 안테나/안테나 엘리먼트 당 하나의 스위치를 포함할 수 있다. 예시하자면, 도 3의 실시예에서, 스테이지 2는 32개의 스위치들(예를 들어, 8개의 4-스위치 CDS 네트워크들, 이를 테면, 4-스위치 CDS 네트워크(320))를 포함할 수 있다. 32개의 스위치들 각각이 32개의 안테나(350) 중 하나에 연결된다. 32개의 스위치들 중 특정 스위치가 오프인 경우, 대응하는 안테나가 연결해제된다(예를 들어, 나머지 CDS 시스템(300)으로부터 전기적으로 절연된다). 32개의 스위치들 중 특정 스위치가 온인 경우, 대응하는 안테나가 연결되고, CDS 시스템(300)은 다른 안테나들로부터의 신호들과 대응하는 안테나로부터의 신호를 결합할 수 있다. 안테나들(350)에 "가장 가까운" 스테이지들로부터 더욱 멀리 떨어져 있는 스테이지들까지 이동함에 따라, 총 스위치들의 수가 감소될 수 있다. 예를 들어, 이진 트리 구성에서, 비-이진 구성들은 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있지만, CDS 시스템(300)의 다음 스테이지는 16개의 스위치들(예를 들어, 2개의 8-스위치 CDS 네트워크들, 이를 테면, 8-스위치 CDS 네트워크(310))을 포함할 수 있다. 따라서, 32개의 안테나들(350)을 포함하는 안테나 어레이는, CDS 시스템(300) 내의 상이한 온/오프 스위치 조합들이 상이한 안테나 구성들(예를 들어, 안테나들(350)의 상이한 조합들이 신호 수신 및/또는 송신 동안 사용됨)을 구현하기 위해 사용될 수 있기 때문에 "스위칭가능한 것"으로 간주될 수 있다.
[0022]예를 들어, 신호 수신 동안, 최대 32개의 안테나들로부터의 신호들이 CDS 네트워크(들)을 통해 라우팅될 수 있고 조합되어 조합 신호를 형성할 수 있다. CDS 시스템(300) 내의 스위치들 중 하나 또는 그 초과의 것의 온/오프 포지션을 변경함으로써 상이한 안테나 구성들이 선택될 수 있다. 예를 들어, CDS 시스템(300)은, 하나의 안테나가 접속되는 32C1=32개의 가능한 구성들, 2개의 안테나들이 접속되는 32C2=496개의 가능한 구성들 등을 지원할 수 있다(여기서, xCy는 x개의 총 항목들로부터 y개의 항목들을 선택하는 가능한 조합들의 수이다).
[0023]신호 수신 중에, 안테나(들)(350)는 외부 신호들(예를 들어, RF 신호들)을 수신하고 안테나 인터페이스 회로(예를 들어, 안테나 인터페이스 회로(224))를 통해 수신 신호를 LNA(240pa)에 제공한다. 도시된 바와 같이, LNA(240pa)는 입력 신호를 증폭시키고 출력 신호를 페이즈 시프터들(330)을 통해 CDS 시스템(300)에 제공한다. CDS 시스템(300)은 증폭기들(예를 들어, 증폭기 회로들)에 의해 분리되는 다수의 스테이지들을 포함한다. 예를 들어, 신호 수신 동안, CDS 네트워크(320)에 대응하는 CDS 시스템(300)의 스테이지는, 페이즈 시프터들(330)로부터 신호를 수신할 수 있다. 신호는 CDS 네트워크(320)를 통해 이동할 수 있으며, 여기서, CDS 네트워크(320)의 각각의 스위치는 선택된 안테나 구성에 의존하여 온 또는 오프된다. CDS 네트워크(320)는, (예를 들어, 증폭기들(315)에 의해) 증폭되고 CDS 시스템(300)의 "다음" 스테이지(예를 들어, CDS 네트워크(310))에 제공되는 신호를 출력할 수 있다. CDS/증폭기 프로세스는 CDS 시스템의 추가 스테이지들을 통해 신호가 이동함에 따라 반복될 수 있다. 도시된 바와 같이, CDS 시스템(300)의 출력이 증폭기들(305)에 의해 증폭되고 데이터 프로세서/제어기(예를 들어, 데이터 프로세서/제어기(280))에 제공될 수 있다. 예시적인 실시예에서, CDS 시스템(300), 페이즈 시프터들(330), 및 증폭기들(305)은 도 2의 수신 회로들(242) 및/또는 송신 회로들(252)에 대응할 수 있다(예를 들어, 수신 회로들(242) 및/또는 송신 회로들(252) 내부에 포함될 수 있다). 예시적인 실시예에서, CDS 시스템(300)(예를 들어, CDS 네트워크들(310, 320))의 스테이지(들), 증폭기들(305), 증폭기들(315), 페이즈 시프터들(330), PA(254), 및/또는 LNA(240)는 RFIC(390)에 포함된다.
[0024]신호 송신 동안, 데이터 프로세서/제어기(280)는 증폭기들(305)을 통해 CDS 시스템(300)에 의해 수신되는 신호를 제공한다. 신호는 CDS 시스템(300)의 스테이지들을 통해 (예를 들어, CDS 네트워크(310)로부터 증폭기들(315)을 통해 CDS 네트워크(320)로) 이동할 수 있고, CDS 시스템(300)의 출력은 페이즈 시프터들(330)을 통해 PA(254pa)로 제공될 수 있다. PA(254pa)는 입력 신호를 증폭하여 타겟 출력 파워 레벨을 갖는 송신 신호를 제공한다. 송신 신호는 안테나(들)(350)를 통해 송신된다. CDS 네트워크, 이를 테면, CDS 네트워크(320)의 스위치는, 스위치로부터 연관된 안테나(350)로의 (예를 들어, 복수의 경로들(380) 중) 대응하는 경로가 사용 중이지 않을 경우 오픈될 수 있다. 스위치는, 스위치로부터 연관되는 안테나(350)까지의 경로가 사용 중인 경우 클로즈될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 스위치가 제어 신호의 값에 기초하여 오픈되고 클로즈될 수 있다. 예를 들어, 제어 신호는 데이터 프로세서/제어기(280) 또는 다른 디바이스로부터 수신될 수 있고 트랜지스터의 게이트에 제공될 수 있다.
[0025]대안적인 실시예들에서, CDS 시스템(300)은 3개 이상의 스테이지들(예를 들어, 3개 이상의 CDS 네트워크들)을 포함할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 또한, 도 3의 4-스위치 및 8-스위치 CDS 네트워크들의 예들은 제한되는 것을 의미하지 않는다. 대안적인 실시예들에서, CDS 네트워크는 상이한 수의 스위치들을 포함할 수 있다. 또한, 안테나들과 데이터 프로세서/제어기 사이의 신호 경로(들)이 도 3에 도시된 안테나보다 더 많거나, 더 적거나 그리고/또는 상이한 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 예시적인 실시예들에서, 신호 경로는 또한, 추가 증폭기들, 믹서들, 승산기들, 인터페이스 멀티플렉서(예를 들어, 하이, 미디엄 및/또는 로우-패스 필터들을 포함함), 웨이크업 검출기, RF 제어기, 가변 이득 증폭기들, RSSI(radio signal strength indicator) 측정 회로 등을 포함할 수 있다.
[0026]도 3의 수동 CDS 네트워크들(310 및 320)이 안테나들(350)에 결합된 수신 경로들 및 송신 경로들 사이에서 공유되고, 따라서, 송신 경로들 및 수신 경로들 각각에 대한 전용 CDS 네트워크들을 이용하는 것보다 더 적은 영역을 이용하여 구현될 수 있다는 것을 주목한다. CDS 네트워크는 (신호 손실을 도입하는 "오픈" 경로들을 구비하는 정적 합산/분배 네트워크에 비해) 신호 손실을 감소시킴으로써 RF 신호들의 신호 대 잡음 비를 개선시킬 수 있다. 이외에도, CDS 네트워크들이 각각의 선택된 안테나 서브세트를 통해(즉, 스위치 구성들 각각을 통해) 저 손실 레벨을 유지하기 때문에 성능이 개선될 수 있다. 개시된 CDS 네트워크들은 RF 애플리케이션들에서 유용하며 mm-웨이브 스마트 안테나 어레이들에서 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, CDS 네트워크들은, 송신 경로들 및 수신 경로들 사이에서 공유되지 않을 수 있다. 이러한 실시예에서, 스위치들은 송신 경로들과 수신 경로들 사이에서 중복될 수 있다.
[0027]도 4는 CDS 네트워크(320)(예를 들어, 4-웨이(way) CDS 구현)의 예시적인 설계를 도시한다. 도 4에 도시된 4-웨이 CDS(320)는 입력부(402), 임피던스 회로(404), 공통 노드(406), 복수의 스위치들(408)(예를 들어, 4개의 스위치들(410-416)) 및 복수의 출력부들(418)(예를 들어, 4개의 출력부들(420-426))을 포함한다. 복수의 스위치들(408) 각각은 스위치 입력부(예를 들어, 스위치들(410-416)의 입력 단자들에 대응하는 스위치 입력부들(440-446))를 갖는다.
[0028]복수의 스위치들(408)의 선택된(예를 들어, 클로즈된) 스위치들에 의해 출력된 신호들이 컴바이너(450)에 의해 조합된다. 컴바이너(450)는 조합 신호(452)를 생성할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 조합 신호(452)는 분배 및 합산 네트워크의 다음 스테이지로 또는 송신 또는 수신 경로의 후속 스테이지로(예를 들어, 안테나로 또는 안테나로부터)제공될 수 있다. 스위치 출력부들(420-426) 및 컴바이너(450) 사이의 라인이 부분적으로 대시기호로 이루어져 추가 컴포넌트(들)(예를 들어, 증폭기들, 페이즈 시프터들 등)이 스위치 출력부들(420-426)과 컴바이너(450) 사이에 존재할 수 있다는 것을 나타낸다는 것을 주목한다. 또한, 도 4가 합산기를 도시하고 있지만, 일부 실시예들에서, 컴바이너(450)는 스위치 출력부들(420-426) 각각에 결합된 공통 노드, 또는 신호들을 결합할 수 있는 임의의 다른 컴포넌트를 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있다는 것을 주목해야 한다.
[0029]복수의 스위치들(408)의 각각의 스위치는, 예시적인 비제한적인 예들로서, n-타입 전계 효과 트랜지스터(NFET), p-타입 전계 효과 트랜지스터(PFET), 또는 다른 타입의 트랜지스터와 같은 트랜지스터를 포함하거나 또는 이와 대응할 수 있다. 스위치가 활성화되지 않을 경우, 복수의 스위치들(408) 각각이 연관된 스위치 캐패시턴스(예를 들어, 드레인-소스 캐패시턴스)를 가지며, 스위치 입력부들(440-446) 각각이 대응하는 인덕터(430-436)를 통해 스위치 출력부(420-426)(예를 들어, 스위치들(410-416)의 출력 단자들에 대응하는 스위치 출력부들(420-426))에 결합된다. 예를 들어, 스위치(410)(SW1)에 대한 입력부(440)는 인덕터(430)를 통해 출력부(420)(out1)에 결합된다. 복수의 스위치들(408)(예를 들어, 스위치들(410-416))이, 임피던스 회로(404)에 결합되는 공통 노드(406)에 병렬로 결합된다. 복수의 스위치들(408)이 신호 경로들을 (예를 들어, 수신 신호 또는 송신 신호에 대해) 오픈/클로즈하기 위해 사용된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 인덕터에 의해 스위치 출력부에 "결합되는" 스위치 입력부는, 스위치가 클로즈되는 경우 인덕터가 스위치 입력부와 스위치 출력부 사이에서 신호를 안내할 것이라는 것을 의미하지 않는다. 스위치가 클로즈되는 경우, 본원에 추가로 설명되는 바와 같이, 인덕터는 실질적으로 우회될 수 있다. 본원에 설명된 기술들은 안테나(들)의 동작에 영향을 주기 위해 사용되는 것이 아니라, 오히려 얼마나 많은 안테나들이 신호들을 분배할지 또는 신호를 수신할지를 보다 효율적으로 선택하는데 사용된다는 것이 주목된다.
[0030]스위치들(410-416) 각각에 결합된 인덕터들(430-436)의 사이즈들, 및/또는 스위치들(410-416)(예를 들어, 스위치 트랜지스터들)의 사이즈들은 일 기준에 기초하여 결정될 수 있다. 기준은, (예를 들어, 하나 또는 그 초과의 스위치들이 클로즈되는 경우) 제 1 모드의 삽입 손실을 (예를 들어, 하나 또는 그 초과의 스위치들이 오픈되는 경우) 제 2 모드의 리턴 손실과 균형을 잡기 위해 공식에 따라 결정될 수 있다. 예시적인 예에서, 각각의 인덕터 및/또는 스위치(예를 들어, 트랜지스터)는, 인덕터 및 스위치의 조합이 동작 주파수(즉, 1/sqrt(L*C)에 비례하는 Fres, 여기서, Fres는 공진 주파수이고, sqrt는 제곱 근 연산, L은 인덕터의 인덕턴스이고, C는 스위치의 캐패시턴스임)에서 병렬 공진을 갖도록 사이즈가 정해진다. 이 접근법은 그의 캐패시턴스로 인해 오픈(비활성) 스위치를 우회시키는 신호의 영향을 제거한다. 또한, 스위치의 온(활성화) 저항은, 모든 동작 모드들에 걸쳐서 (스위치 상의 전압 강하로 인한) 송신 손실과 (비-공통 노드 상의 임피던스 불일치로 인한) 리턴 손실 사이에서 최적화하도록(예를 들어, 균형을 맞추도록) 크기가 정해진다. 임피던스 회로(404)는 동작 모드들 모두에 걸쳐서 "입력(in)" 포트 상의 충분한 임피던스 매칭을 제공하기 위해서 최적화되는(예를 들어, 균형을 맞추는) 매칭 네트워크일 수 있다.
[0031]예시하자면, 기준은 복수의 스위치들의 모든 가능한 활성(즉, 클로즈된)/비활성(즉, 오픈된) 구성들에 기초할 수 있다. 인덕터들(430-436)은 복수의 스위치들(408)의 복수의 가능한 구성들의 활성 구성의 기준에 기초하여 사이즈가 정해질 수 있다. 예를 들어, 서로 독립적으로 활성화/비활성화될 수 있는 4개의 스위치들은 16개의 가능한 구성들을 갖는다. 인덕터들(430-436)은, 스위치 캐패시턴스에 기초하여 그리고 적당한 리턴 손실 및 저 삽입 손실을 유지하기 위해서 (예를 들어, 100피코헨리(pH) 인덕터 및 50 펨토패러드(fF) 캐패시터를 포함하는 임피던스 회로(404)의) 입력 임피던스를 매칭시키도록 (또는 실질적으로 매칭시키도록) 선택될 수 있다. 도 4에 도시된 4-스위치 어레인지먼트의 경우 16개의 동작 모드들이 가능하다. 인덕터들 및/또는 스위치들의 사이즈들을 결정하기 위해서, 시뮬레이션들이 수행되어 상이한 인덕터/스위치 사이즈들에 기초하여 16개의 동작 모드들에 대한 삽입 손실 및 리턴 손실을 결정할 수 있다. 사이즈(들)는, 평균 또는 "일반적인" 삽입 손실 및 리턴 손실이 특정 설계 기준에 부합하도록, 최악의 경우의 삽입 손실 및 리턴 손실이 특정 설계 기준에 부합하도록, 또는 다른 성능 기준에 기초하도록 선택될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 단계들은, 전체 CDS 네트워크를 구성하기 위해서, CDS 시스템에서 사용되는 다른 스위치 어레인지먼트들, 이를 테면, (예를 들어, CDS 네트워크(310)에 대해) 8-스위치 어레인지먼트, 16-스위치 어레인지먼트 등에 대해 반복될 수 있다.
[0032]따라서, CDS 네트워크(320)는, 드레인-소스 캐패시턴스를 공진시키기 위해서 그리고 오프 상태에 있는 스위치들에 결합되는 안테나들과 온 상태에 있는 스위치들에 결합되는 안테나들로/로부터의 신호들이 이동하는 신호 경로(들) 간의 분리를 개선하기 위해서 CDS 네트워크(예를 들어, CDS 네트워크(320))의 각각의 스위치에 결합되는 병렬 인덕터를 사용함으로써 모든 가능한 구성들에서 (예를 들어, 모두 16개의 구성들에서의) 적절한 리턴 손실 및 매우 낮은 삽입 손실을 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 각각의 스위치의 온-저항이 20ohms으로 셋팅되었을 경우, 삽입 손실이 2.5dB(decibels) 내지 3dB로 변하고, 리턴 손실이 모든 모드들/포트들에 걸쳐서(예를 들어, 온 및 오프 상태인 안테나들의 모두 16개의 퍼텐셜 스위치 구성들 및 조합들에 걸쳐) 11dB 미만으로 머물게 된다.
[0033]따라서, 설명된 예에 따르면, 무선 디바이스의 페이즈 안테나 어레이는 다수의 인덕터들을 포함할 수 있으며, 여기서, 각각의 인덕터는 대응하는 스위치와 병렬로 있다. 인덕터들은, 오프 상태에 있는 스위치들의 캐패시턴스들을 튠 아웃(tune out)하고 오프 상태에 있는 스위치들에 결합되는 증폭기 회로를 전기적으로 절연시키기 위해 사용될 수 있으며, 이는 신호 수신 및 신호 송신 동안 무선 디바이스에 의해 경험되는 열적 잡음 및 신호 손실을 감소시킬 수 있다. 역으로, 스위치가 온일 경우, 대응하는 인덕터는, 신호가 스위치를 통해 전파됨에 따라 실질적으로 우회될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 인덕터 및 캐패시터는 임피던스를 매칭시키기 위해서 병렬 인덕터/스위치 어레인지먼트들 및 입력부(402)와 직렬로 연결될 수 있다. 송신 메커니즘과 수신 메커니즘 사이의 기능들을 공유할 수 있도록, 스위치식 수동 엘리먼트(예를 들어, 1-웨이, 2-웨이, 3-웨이, 및/또는 4-웨이 스위칭을 수행하도록 구성되는 스위치 구조, 이를 테면, 복수의 스위치들(408))가 사용될 수 있다. 설명된 기술들은, 온 상태에 있는 스위치들의 각각의 가능한 구성에 대해 충분히 낮은 삽입 손실과 리턴 손실을 제공할 수 있어, 프로세스 변화들에 대해 강인성을 나타낸다.
[0034]도 5는 무선 디바이스(110)에서의 동작 방법(500)의 예시적인 실시예의 흐름도이다. 방법(500)은 502에서, 임피던스 회로에서 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 방법(500)은 또한 504에서, 임피던스 회로에 결합되는 복수의 인덕터들에 신호를 출력하는 단계를 포함하며, 여기서, 복수의 인덕터들 각각은 복수의 스위치들의 대응하는 스위치와 병렬로 결합된다. 복수의 스위치들 각각은, 대응하는 인덕터를 통해 스위치 출력부에 결합되는 스위치 입력부를 구비한다. 예를 들어, 상기 복수의 스위치들은, 공통 노드(406)를 통해 임피던스 회로(404)에 결합되는 도 4의 복수의 스위치들(408)을 포함할 수 있다.
[0035]예시적인 실시예에서, 복수의 스위치들은, 제 1 CDS 네트워크(310) 또는 제 2 CDS 네트워크(320)와 같은 전력 분배 및 합산 네트워크의 스테이지에 대응할 수 있다. 도 3의 예에서, 제 1 스테이지에 대응하는 제 1 CDS 네트워크(310)는 대안적인 실시예에서 상이한 수의 스위치들을 포함할 수 있지만, 제 1 CDS 네트워크(310)는 8개의 스위치들을 포함한다. 예를 들어, 제 1 CDS 네트워크(310)는 N개의 스위치들을 포함할 수 있으며, N은 2보다 크거나 같은 정수이다. 따라서, 제 1 CDS 네트워크(310) 및 제 2 CDS 네트워크(320)는 동일한 수 또는 상이한 수의 스위치들(및 가능한 신호 경로들)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 스위치는 대응하는 안테나 엘리먼트(들)가 사용 중에 있지 않을 경우 스위치가 선택적으로 오픈될 수 있고 대응하는 안테나 엘리먼트(들)가 사용 중에 있을 경우 스위치가 선택적으로 클로즈될 수 있다. 방법(500)은 506에서, 조합 신호를 생성하기 위해서 복수의 스위치들 중 선택된 스위치들에 의해 출력된 신호들을 조합하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 도 4의 컴바이너(450)는 조합 신호(452)를 생성하기 위해서 복수의 스위치들(408)의 선택된 스위치들에 의해 출력된 신호들(예를 들어, 클로즈 상태에 있는 복수의 스위치들의 서브셋들(예를 들어, 하나, 일부, 또는 전부)의 출력들)을 조합할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 스위치로부터 대응 안테나까지의 경로가 사용 중인 경우 스위치가 오픈될 수 있고, 경로가 사용 중이지 않을 경우 스위치가 클로즈될 수 있다.
[0036]도 5의 방법(500)은 이와 같이, 스위칭가능한 페이즈드 안테나 어레이의 동작을 가능하게 하며, 스위칭가능한 페이즈드 안테나 어레이의 동작에서, CDS 네트워크(들)의 상이한 스테이지들에서의 상이한 스위치들은 (예를 들어, 대응하는 안테나 엘리먼트(들)이 사용 중인지 여부에 기초하여) 다른 스위치들과 무관하게 활성화 및 비활성화될 수 있다. N-스위치 구조에 대한 입력부들의 임의의 조합이 조합되어 조합 신호를 생성할 수 있다. CDS 네트워크(들)는 신호 손실을 감소시킴으로써 신호 대 잡음 비를 개선할 수 있고, 각각의 스위치 구성에 대해 저 손실 레벨을 유지함으로써 성능을 개선할 수 있다. 일례로, 설명된 시스템이 무선 디바이스에서 안테나 빔 포밍을 위해 사용될 수 있지만 본 개시물이 안테나 빔 포밍으로 제한되지 않는다는 것이 이해된다.
[0037]설명된 실시예들과 함께, 장치는 임피던스를 제공하기 위한 수단을 포함한다. 예를 들어, 임피던스를 제공하기 위한 수단은 제 1 CDS 네트워크(310)의 컴포넌트, 제 2 CDS 네트워크(320)의 컴포넌트, 도 4의 임피던스 회로(404), 하나 또는 그 초과의 다른 디바이스들, 회로들, 또는 이들의 임의의 결합을 포함할 수 있다. 장치는 또한, 임피던스를 제공하기 위한 수단에 결합되는 복수의 스위치들을 포함하는 스위칭하기 위한 수단을 포함한다. 복수의 스위치들 각각은, 대응하는 인덕터를 통해 스위치 출력부에 결합되는 스위치 입력부를 구비한다. 예를 들어, 스위칭하기 위한 수단은 제 1 CDS 네트워크(310)의 스위치들, 제 2 CDS 네트워크(320)의 스위치들, 도 4의 스위치들(410-416), 하나 또는 그 초과의 다른 디바이스들, 회로들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 장치는 복수의 스위치들에 의해 출력된 신호들을 결합하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합하기 위한 수단은 도 4의 컴버이너(450), 하나 또는 그 초과의 다른 디바이스들, 회로들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
[0038]당업자는, 정보 및 신호들이 다양한 상이한 기술들 및 기법들을 이용하여 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 전술한 설명을 통해 참조될 수 있는 데이터, 명령들, 커멘드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장 또는 입자들, 광학장 또는 입자들, 또는 이들의 임의의 조합으로 표현될 수 있다.
[0039]본원에 개시된 실시예와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록, 구성들, 모듈, 회로, 및 알고리즘 단계는, 전자 하드웨어, 프로세서에 의해 실행되는 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이 둘의 조합으로 구현될 수 있다는 것을 당업자는 추가로 이해할 것이다. 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 구성들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 그 기능성의 관점에서 일반적으로 상술되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 프로세서 실행가능 명령들로 구현되는지 여부는 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 설계 제약들에 의존한다. 당업자는 각각의 특정 애플리케이션 마다 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수 있지만, 이러한 구현 결정은 본 개시의 범위를 벗어나게 하는 것으로 해석되어서는 안된다.
[0040]본원에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈, 또는이 둘의 조합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(random access memory), ROM(flash memory, read-only memory), 플래시 메모리, PROM(programmable read-only memory), EPROM(erasable programmable read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), 레지스터들, 하드 디스크, 착탈식 디스크, CD-ROM(compact disc read-only memory), 또는 본 기술에 알려진 비일시적 저장 매체의 임의의 다른 형태로 상주할 수 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 결합되어, 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독하고, 저장 매체에 정보를 기록할 수 있다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC(application-specific integrated circuit)에 상주할 수 있다. ASIC은 컴퓨팅 디바이스 또는 사용자 단말에 상주할 수 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 컴퓨팅 디바이스 또는 사용자 단말에 개별 컴포넌트로서 상주할 수 있다.
[0041]개시된 실시예의 이전 설명은 당업자가 개시된 실시예들을 실시하거나 이용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시예들에 대한 다양한 변형은 당업자에게 쉽게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시물의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 개시물은 여기에 제시된 실시예들로 한정되도록 의도되는 것이 아니라, 다음 청구범위에 의해 정의된 바와 같이 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위와 일치하여야 한다.

Claims (20)

  1. 장치로서,
    임피던스 회로; 및
    상기 임피던스 회로에 결합된 복수의 인덕터들을 포함하고,
    상기 복수의 인덕터들 각각은 복수의 스위치들 중 대응하는 스위치에 병렬로 결합되는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들에 반응하고 그리고 상기 복수의 스위치들 중 선택된 스위치들에 의해 출력되는 신호들을 조합하여 조합 신호를 생성하도록 구성되는 컴바이너를 더 포함하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각각의 스위치는, 상기 임피던스 회로로부터 수신된 신호로 하여금 선택적으로, 상기 인덕터를 우회하게 하고 그리고 상기 스위치의 입력부로부터 상기 스위치의 출력부로 전파시키게 하도록 구성되는, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들 각각은 트랜지스터를 포함하고,
    트랜지스터들 각각은 제 1 모드의 임피던스 매칭을 제 2 모드의 직렬 손실과 실질적으로 균형을 맞추도록 기준에 기초하여 사이즈가 정해지는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 모드는 클로즈드 스위치에 대응하고 그리고 상기 제 2 모드는 오픈 스위치에 대응하는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 인덕터들 각각은 상기 복수의 스위치들의 복수의 구성들과 관련된 기준에 기초하여 사이즈가 정해지는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 인덕터들은 공통 노드를 통해 상기 임피던스 회로에 결합되는, 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 임피던스 회로는,
    입력부에 결합되고 그리고 상기 공통 노드에 결합된 제 2 인덕터; 및
    상기 입력부에 결합되고 그리고 접지에 결합되는 캐패시터를 포함하는, 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 인덕터들 및 상기 복수의 스위치들은 분배 및 합산 네트워크의 제 1 스테이지를 형성하는, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 분배 및 합산 네트워크의 제 2 스테이지는 제 2 복수의 스위치들을 포함하고, 상기 제 2 스테이지는 복수의 증폭기들을 통해 복수의 안테나들에 결합되는, 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 분배 및 합산 네트워크의 상기 제 1 스테이지 및 상기 분배 및 합산 네트워크의 상기 제 2 스테이지는 상기 복수의 안테나들에 결합된 송신 경로와 수신 경로 사이에서 공유되는, 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이지, 상기 제 2 스테이지, 및 상기 복수의 증폭기들은 라디오 주파수 집적 회로 내에 있는, 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들은 N개의 스위치들을 포함하고, N은 2보다 크거나 같은 정수인, 장치.
  14. 장치로서,
    임피던스를 제공하기 위한 수단; 및
    복수의 인덕팅하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 복수의 인덕팅하기 위한 수단 각각은 복수의 스위치들 중 대응하는 스위치에 병렬로 결합되는, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들 중 선택된 스위치들에 의해 출력된 신호들을 조합하기 위한 수단을 더 포함하는, 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들은 N개의 스위치들을 포함하고, N은 2보다 크거나 같은 정수인, 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들은 분배 및 합산 네트워크의 제 1 스테이지에 대응하고, 상기 제 1 스테이지는 복수의 증폭기들을 통해 복수의 안테나들에 결합되고, 그리고 상기 제 1 스테이지 및 상기 복수의 증폭기들은 라디오 주파수 집적 회로 내에 있는, 장치.
  18. 통신 방법으로서,
    임피던스 회로에서 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 임피던스 회로에 결합된 복수의 인덕터들에 상기 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 인덕터들 각각은 복수의 스위치들 중 대응하는 스위치에 병렬로 결합되는, 통신 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 스위치로부터 안테나까지의 경로가 사용 중이지 않은 경우 상기 복수의 스위치들의 스위치를 오픈하는 단계, 및
    상기 스위치로부터 상기 안테나까지의 경로가 사용 중인 경우 상기 스위치를 클로즈하는 단계를 더 포함하는, 통신 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    조합 신호를 생성하기 위해서 상기 복수의 스위치들 중 선택된 스위치들에 의해 출력된 신호들을 조합하는 단계를 더 포함하는, 통신 방법.
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