KR20170012409A - 광대역 멀티모드 멀티-대역 프론트 엔드 모듈에서의 결합기를 위한 적응적 부하 - Google Patents

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Abstract

라디오-주파수(RF) 신호를 수신하도록 구성된 제1 포트, 제1 송신 라인을 통해 제1 포트에 접속되고 RF 출력 신호를 제공하도록 구성된 제2 포트, 및 제2 송신 라인 - 제2 송신 라인은 제1 송신 라인에 결합됨 - 에 접속된 제3 포트를 포함하는, 프론트 엔드 모듈(FEM)들을 위한 방향성 결합기들이 개시되어 있다. 본 개시내용에 따른 방향성 결합기는, 제2 송신 라인에 접속되고, RF 신호가 제1 주파수 대역 내에 있을 때에 제1 임피던스를 제공하고 RF 신호가 제2 주파수 대역 내에 있을 때에 제2 임피던스를 제공하도록 구성된 종단 회로를 더 포함할 수도 있다.

Description

광대역 멀티모드 멀티-대역 프론트 엔드 모듈에서의 결합기를 위한 적응적 부하{ADAPTIVE LOAD FOR COUPLER IN BROADBAND MULTIMODE MULTI-BAND FRONT END MODULE}
관련된 출원
이 출원은 ADAPTIVE LOAD FOR COUPLER IN BROADBAND MULTIMODE MULTI-BAND FRONT END MODULE이라는 명칭으로, 2014년 5월 29일자로 출원된 미국 가출원 제62/004,325호를 우선권 주장하고, 그 개시내용은 그 전체적으로 참조로 본 명세서에 포함된다.
분야
본 개시내용은 일반적으로 라디오-주파수(radio-frequency)(RF) 디바이스들에서의 프론트 엔드 모듈(front end module)들에 관한 것이다.
방향성 결합기(directional coupler)들은 어떤 RF 디바이스들에서 프론트 엔드 모듈(front end module)(FEM)들과 관련하여 이용될 수 있다. FEM들에서의 출력 전력 제어 정확도는 다양한 설계 및/또는 동작 인자들에 의해 불리하게 영향받을 수 있다.
일부 구현예들에서, 본 개시내용은 라디오-주파수(RF) 디바이스들에서의 프론트 엔드 모듈들과 함께 이용하기 위한 방향성 결합기들에 관한 것이다. 어떤 실시예들은 RF 신호를 수신하도록 구성된 제1 포트, 제1 송신 라인을 통해 제1 포트에 접속되고 RF 출력 신호를 제공하도록 구성된 제2 포트, 및 제2 송신 라인 - 제2 송신 라인은 제1 송신 라인에 결합됨 - 에 접속된 제3 포트를 포함하는 방향성 결합기를 제공한다. 방향성 결합기는, 제2 송신 라인에 접속되고, RF 신호가 제1 주파수 대역 내에 있을 때에 제1 임피던스(impedance)를 제공하고 RF 신호가 제2 주파수 대역 내에 있을 때에 제2 임피던스를 제공하도록 구성된 종단 회로(termination circuit)를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 종단 회로는 제1 주파수 대역 내의 주파수에서 공진하도록 구성되는 제1 및 제2 수동 디바이스들을 포함한다. 제1 수동 디바이스는 저항기일 수도 있고, 제2 수동 디바이스는 커패시터(capacitor)일 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 제1 수동 디바이스는 저항기일 수도 있고, 제2 수동 디바이스는 인덕터(inductor)일 수도 있다.
어떤 실시예들에서, 종단 회로는 제1 및 제2 수동 디바이스들과 병렬로 제3 수동 디바이스를 더 포함한다. 제1 수동 디바이스는 저항기일 수도 있고, 제2 및 제3 수동 디바이스들 중의 하나는 커패시터일 수도 있고, 제2 및 제3 수동 디바이스들 중의 또 다른 하나는 인덕터일 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 제1 및 제2 임피던스들은 복합 임피던스들이다. 어떤 실시예들에서, 종단 회로는 제2 송신 라인을 제1 또는 제2 임피던스에 선택적으로 접속하기 위한 다이플렉서(diplexer)를 포함한다.
어떤 실시예들은 방향성 결합기의 제1 포트 상에서 RF 출력 신호를 제공하도록 구성된 방향성 결합기, 방향성 결합기의 제2 포트에 접속된 전력 증폭기 모듈, 및 방향성 결합기의 제3 포트에 접속된 전력 검출 회로를 포함하는 라디오-주파수(RF) 시스템을 제공한다. RF 시스템은, 방향성 결합기의 제4 포트에 접속되고, RF 출력 신호가 제1 주파수 대역 내에 있을 때에 제1 임피던스를 제공하고 RF 신호가 제2 주파수 대역 내에 있을 때에 제2 임피던스를 제공하도록 구성된 종단 회로를 더 포함한다.
종단 회로는 제1 주파수 대역 내의 주파수에서 공진하도록 구성되는 제1 및 제2 수동 디바이스들을 포함할 수도 있다. 제1 수동 디바이스는 인덕터일 수도 있고, 제2 수동 디바이스는 커패시터일 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 종단 회로는 제1 및 제2 수동 디바이스들과 병렬로 제3 수동 디바이스를 더 포함한다. 어떤 실시예들에서, 제1 및 제2 수동 디바이스들 중의 하나는 커패시터이고, 제1 및 제2 수동 디바이스들 중의 또 다른 하나는 인덕터이고, 제3 수동 디바이스들은 저항기이다.
어떤 실시예들에서, 제1 및 제2 임피던스들은 복합 임피던스들이다. 종단 회로는 제2 송신 라인을 제1 또는 제2 임피던스에 선택적으로 접속하기 위한 다이플렉서를 포함할 수도 있다.
어떤 실시예들은 RF 신호들을 프로세싱하도록 구성된 트랜시버, RF 출력 신호의 송신을 용이하게 하도록 구성된, 트랜시버와 통신하는 안테나, 및 방향성 결합기의 제1 포트 상에서 RF 출력 신호를 안테나에 제공하도록 구성된 방향성 결합기를 포함하는 무선 디바이스를 제공한다. 무선 디바이스는 방향성 결합기의 제2 포트에 접속된 전력 증폭기 모듈, 방향성 결합기의 제3 포트에 접속된 전력 검출 회로, 및 방향성 결합기의 제4 포트에 접속되고, RF 출력 신호가 제1 주파수 대역 내에 있을 때에 제1 임피던스를 제공하고 RF 신호가 제2 주파수 대역 내에 있을 때에 제2 임피던스를 제공하도록 구성된 종단 회로를 더 포함한다.
종단 회로는 제1 주파수 대역 내의 주파수에서 공진하도록 구성되는 제1 및 제2 수동 디바이스들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 수동 디바이스는 커패시터일 수도 있고, 제2 수동 디바이스는 인덕터일 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 종단 회로는 제1 및 제2 수동 디바이스들과 병렬로 제3 수동 디바이스를 더 포함한다.
본 명세서에서 개시된 어떤 실시예들은 방향성 결합기를 동작시키기 위한 프로세스를 제공하고, 프로세스는 방향성 결합기의 제1 포트 상에서 라디오-주파수(RF) 신호를 수신하는 것, RF 신호의 적어도 제1 부분을, 제1 송신 라인을 통해 제1 포트에 접속된 방향성 결합기의 제2 포트에 제공하는 것, 및 RF 신호의 적어도 제2 부분을 제2 송신 라인에 결합하는 것을 포함하고, 제2 송신 라인은 방향성 결합기의 제3 및 제4 포트들 사이를 접속한다. 프로세스는, 제3 또는 제4 포트의 어느 하나에서 제2 송신 라인에 접속되고, RF 신호의 제2 부분이 제1 주파수 대역 내에 있을 때에 제1 임피던스를 제공하고 RF 신호의 제2 부분이 제2 주파수 대역 내에 있을 때에 제2 임피던스를 제공하도록 구성된 종단 회로를 제공하는 것을 더 포함할 수도 있다.
다양한 실시예들은 예시적인 목적들을 위하여 동반된 도면들에서 도시되고, 발명들의 범위를 제한하는 것으로 결코 해석되지 않아야 한다. 게다가, 상이한 개시된 실시예들의 다양한 특징들은 이 개시내용의 일부인 추가적인 실시예들을 형성하기 위하여 조합될 수 있다. 도면들 전반에 걸쳐, 참조 번호들은 참조 구성요소들 사이의 대응관계를 표시하기 위하여 재이용될 수도 있다.
도 1은 하나 이상의 실시예들에 따른, RF 디바이스를 위한 프론트-엔드 모듈(FEM)의 블록도이다.
도 2는 하나 이상의 실시예들에 따른, 방향성 결합기의 블록도이다.
도 3은 하나 이상의 실시예들에 따른, "데이지 체인(daisy chain)" 구성으로 된 복수의 방향성 결합기들을 도시하는 블록도이다.
도 4는 하나 이상의 실시예들에 따른, 전력 증폭기 FEM의 블록도이다.
도 5는 하나 이상의 실시예들에 따른, RF 시스템을 위한 가능한 결합기 에러 부하-풀(error load-pull) 결과를 예시하는 도면이다.
도 6은 하나 이상의 실시예들에 따른, 적응적 부하 회로를 예시하는 도면이다.
도 7은 하나 이상의 실시예들에 따른, 적응적 부하 회로를 예시하는 도면이다.
도 8은 하나 이상의 실시예들에 따른, 방향성 결합기를 포함하는 프론트 엔드 모듈의 블록도이다.
도 9는 하나 이상의 실시예들에 따라 무선 디바이스를 개략적으로 도시한다.
본 명세서에서 제공된 제목들은 오직 편리성을 위한 것이고, 청구된 발명의 범위 또는 의미에 반드시 영향을 주는 것은 아니다. 프론트 엔드 모듈들에서의 방향성 결합기들을 위한 적응적 부하들에 관한 예시적인 구성들 및 실시예들이 본 명세서에서 개시되어 있다.
이동 인터넷 및 멀티미디어 서비스들과 연관된 요구 및 사용은 최근에 상당히 확장하였다. 이동 웹 브라우징, 음악 및 비디오 다운로딩/스트리밍, 비디오 원격회의, 소셜 네트워킹, 게이밍, 브로드캐스트 텔레비전, 및 다른 이동 서비스들은 보편적인 이동 인터넷 사용들의 예들이다. 이러한 이동 접속성 애플리케이션들을 수용하기 위하여, 스마트폰들, PDA들, 넷북들, 태블릿 PC들, 및 데이터 카드들 및 그 이외의 것들을 포함하는 다양한 진보된 이동 디바이스들이 개발되었다.
이동 디바이스들은 예를 들어, 3G WCDMA/HSPA 및 4G LTE 표준들을 포함하는 다양한 무선 표준들을 지원하도록 구성될 수도 있고, 레거시 2G GSM 및 2.5G GPRS/EDGE 표준들과의 역호환성(backward compatibility)을 지원하도록 또한 구성될 수도 있다. 또한, 이러한 디바이스들은 복수의 주파수 대역들을 지원할 수도 있고, 상대적으로 낮은 비용 및/또는 크기를 유지하면서 그렇게 행하도록 요구될 수도 있다. 이동 디바이스들의 증가된 복잡도는 필터들, 스위치들, 및/또는 전력 증폭기 모듈(power amplifier module)(PAM)들과 같은 프론트 엔드 모듈(FEM) 컴포넌트들의 설계에 대한 더욱 엄격한 요건들로 귀착될 수 있다. 예를 들어, 핸드셋들 및 다른 이동 디바이스들에서의 어떤 PAM들은 쿼드-대역(quad-band) GSM/GPRS/EDGE PAM 플러스 하나 이상의 단일-모드 단일-대역 3G PAM들을 수용하도록 설계된다. 어떤 실시예들에서, FEM/PAM은 모든 관련된 주파수 대역들을 포괄하면서 모든 관련된 무선 인터페이스 표준들을 지원하도록 구성될 수도 있다.
멀티대역 멀티모드 기능성을 제공하도록 설계된 프론트 엔드 모듈들은 이러한 기능성을 수용하도록 설계된 다양한 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 도 1은 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 특징들을 구현할 수도 있는 무선 디바이스와 같은 RF 디바이스를 위한 프론트-엔드 모듈(FEM)(100)의 실시예의 예시도를 제공한다. FEM(100)은 멀티모드 멀티대역(multimode multiband)(MMMB) 프론트 엔드 모듈일 수도 있다. FEM(100)은 송신(TX) 및/또는 수신(RX) 필터들의 어셈블리(102)를 포함할 수도 있다. FEM(100)은 하나 이상의 스위칭 회로들(104)을 또한 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위칭 회로(들)(104)의 제어는 제어기(106)에 의해 수행될 수 있거나 용이하게 될 수 있다. FEM(100)은 안테나, 또는 복수의 안테나들과 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예들에서, FEM(100)은 무선 디바이스와 같은 RF 디바이스 내에 포함될 수 있다. FEM은 직접적으로 무선 디바이스에서, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 하나 이상의 모듈 형태들로, 또는 그 일부 조합으로 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 무선 디바이스는 예를 들어, 셀룰러 전화, 스마트폰, 전화 기능성을 갖거나 갖지 않는 핸드-헬드 무선 디바이스, 무선 태블릿, 무선 라우터, 무선 액세스 포인트, 무선 기지국, 웨어러블 무선 컴퓨팅 디바이스 등을 포함할 수 있다.
FEM(100)은 하나 이상의 방향성 결합기들(101)에 결합된 하나 이상의 증폭기들(108) 또는 증폭기 모듈들을 포함한다. 방향성 결합기들은 송신 라인에서의 송신 전력의 일부를 또 다른 포트를 통해 출력된 어떤 양만큼 결합하기 위한 라디오 주파수(RF) 전력 증폭기 애플리케이션들에서 이용될 수도 있다. 이하에서 더욱 상세하게 설명된 마이크로스트립(microstrip) 또는 스트립라인(stripline) 결합기들의 경우, 이러한 결합은 하나를 통과하는 에너지가 다른 것에 결합되도록, 함께 충분히 근접하게 설정된 2개의 송신 라인을 이용함으로써 달성된다. 일반적으로 말하면, 핸드셋들을 위한 전력 결합 및 제어 아키텍처들은 2개의 주요 그룹: 직접 및 간접 검출로 분해될 수 있다. 간접 전력 검출은 RF 출력 전력을 직접적으로 평가하지 않으면서 DC 특성들을 측정한다. 간접 검출과 연관된 상대적으로 간단한 회로는 더 낮은 비용 및/또는 더 작은 크기의 솔루션을 제공할 수 있다. 그러나, 어떤 실시예들에서, 간접 검출 시스템들은 예측불가능한 안테나 부하 상태들로 인해 제어 정확도 문제들을 겪을 수 있다. 대조적으로, 직접 전력 검출은 RF 파형 자체를 모니터링하고, 방향성 결합기 및 연관된 설계 복잡도를 종종 요구한다. 결합기들은 개별 컴포넌트들로 구현될 수 있거나, 인쇄 회로 기판 상에 내장될 수 있다.
도 2에서 예시된 바와 같이, 방향성 결합기(201)는 4 개의 포트들, 즉, 입력 포트, 송신 포트, 결합 포트, 및 격리 포트를 포함할 수도 있다. 용어 "주 라인"은 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 입력 및 송신 포트들 사이의 결합기의 송신 라인 섹션(210)을 지칭할 수도 있다. 용어 "결합된 라인"은 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 주 라인(210)에 병렬로, 그리고 결합 및 격리 포트들 사이에서 이어지는 송신 라인 섹션(220)을 지칭할 수도 있다.
다양한 포트들이 도 2에서의 특정한 구성에서 예시되어 있지만, 방향성 결합기 포트들은 결합 기능성을 여전히 제공하면서 다른 구성들을 채용할 수도 있다. 즉, 도 2의 다양한 표기법들은 어떤 애플리케이션들에서 임의적인 것으로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 임의의 주어진 포트는 입력 포트로 고려될 수도 있고, 여기서, (예컨대, 스트립라인 및/또는 마이크로스트립 결합기들을 위하여) 직접적으로 접속된 포트는 송신 포트가 되고, 인접한 포트는 결합 포트가 되고, 대각선 포트는 격리 포트가 된다.
입력 라디오 주파수(RF) 신호는 일부 종류의 RF 발생기로부터 결합기의 입력 포트에서 공급될 수도 있다. 예를 들어, 입력 신호는 입력 포트에 결합된 하나 이상의 전력 증폭기 디바이스들에 의해 적어도 부분적으로 구동될 수도 있다. 이 입력 신호의 대부분은 결합기(201)의 주 아암(main arm)(210)을 통해 송신 포트에 결합된 신호 수신자에게 전달될 수도 있고, 신호의 부분, 예를 들어, 20 dB 결합기를 위한 신호의 1%는 결합된 아암(220)을 통해, 결합 포트에 결합된 검출기에 공급될 수도 있다. RF 발생기, 신호 송신된 신호 수신자, 및 검출기로서 작동하는 디바이스들 및 그 구성들은 결합기(201)가 이용되는 시스템에 종속될 수도 있다. 예를 들어, 입력 신호를 입력 포트에 공급하는 RF 발생기는 그 출력 신호의 (예컨대, 결합 포트에서의) 샘플을 그로부터 취하는 것이 바람직할 수도 있는 전력 증폭기, 스위치, 트랜시버, 또는 임의의 다른 디바이스일 수도 있다. 송신된 신호는 예를 들어, 스위치, 또 다른 전력 증폭기, 안테나, 필터, 및/또는 등에 의해 수신될 수도 있다. 결합 포트에서 RF 입력 신호의 샘플을 제공함으로써, 결합기(201)는 RF 입력 신호를 측정하기 위한 메커니즘을 제공할 수도 있다. 결합 포트는 예를 들어, 정보를 시스템에 제공하고 및/또는 RF 입력 신호를 조절/제어하기 위하여 결합 포트에서 검출된 신호를 이용하도록 구성된 센서 또는 피드백 제어기와 같은 임의의 바람직한 타입의 검출기에 접속될 수도 있다.
격리 포트는 예를 들어, 50 오옴(Ohm) 또는 75 오옴 부하와 같은 내부 또는 외부 정합된 부하로 종단될 수도 있다. 그러나, 결합기 격리 포트를 50 오옴으로 종단하는 것은 송신 포트가 이상적이지 않고 및/또는 결합기 방향성이 유한할 때에 이상적인 결합기 성능을 제공하지 않을 수도 있다. 그러므로, 본 명세서에서 개시된 어떤 실시예들은 바람직한 결합기 성능을 제공하도록 적응될 수도 있는 복합 임피던스 종단 회로를 제공한다. 또한, 종단 회로는 하나를 초과하는 동작의 대역이 단일 전력 증폭기 모듈 내에 포함되는 상이한 동작의 대역들 및/또는 모드들에 대하여 상이한 부하 임피던스를 제공하도록 적응가능할 수도 있다. 예를 들어, 공간 또는 다른 고려사항들로 인해, 다수의 동작 대역들은 단일 방향성 결합기를 공유할 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 듀플렉서(duplexer)와 캐스케이드 연결된 멀티모드 멀티대역(MMMB) FEM은 주파수 및 듀플렉서 및 안테나 스위치 모듈(antenna switch module)(ASM)과 함께 변화하는 결합기 출력 포트에서의 임피던스로 인해 하나 이상의 대역들에서 열화하는 검출기 에러를 겪을 수 있다. 그러므로, 방향성 결합기들을 위한 다수의 대역들에 대한 정확도는 상당한 고려사항일 수도 있다.
MMMB FEM은 도 3에서 예시된 바와 같이, "데이지 체인" 구성으로 된 하나 이상의 방향성 결합기들을 사용할 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 셀룰러 전화 핸드셋들과 같은 무선 디바이스들을 위한 멀티-대역 및 멀티-모드 아키텍처들은 "데이지-체인 연결된" 방향성 결합기들을 이용하여 다수의 주파수 대역들에 걸쳐 공유되는 전력 검출을 제공한다. 이러한 구성들은 높은 방향성뿐만 아니라, 상이한 주파수 대역들에 걸친 실질적으로 유사한 결합 인자들을 갖는 결합기들을 필요로 할 수도 있다. 데이지 체인 구성에서는, 도 3에서 도시된 바와 같이, 방향성 결합기(예컨대, 고대역 결합기(303))의 종단 포트가 제2 방향성 결합기(예컨대, 저대역 결합기(305)의 결합 포트에 전기적으로 접속될 수도 있어서, 2개의 결합기들이 종단 임피던스를 공유한다. 오직 2개의 방향성 결합기들이 도 3에서 예시되어 있지만, 본 명세서에서 개시된 원리들은 3개 이상과 같은 임의의 수의 결합기들을 포함하는 구성들에서 사용될 수도 있다. 본 명세서에서 개시된 결합기 격리 회로들의 실시예들은 복수의 데이지-체인 결합기들에 대한 공유된 격리를 제공하기 위하여 사용될 수도 있다.
WCDMA, GSM/EDGE, 및/또는 다른 타입들의 시스템들의 전력 제어 요건들은 전력 증폭기(PA) 프론트 엔드 모듈(FEM) 설계에서 도전들을 도입할 수 있다. 예를 들어, 출력 전력 제어 정확도는 종종 명확하게 정의된 설계 사양이지만, 제어 대역폭, 스위칭 스펙트럼, 및 오정합된 부하의 상호작용은 제품 개발 사이클에서 늦게까지 종종 완전히 조사되지 않고; 이러한 우려들은 설계 사이클의 종료 근처에서 산출된 최후의 몇몇 설계 사양들 사이에 종종 있다. 최신의 멀티-모드 및 멀티-대역 핸드셋 PA FEM들은 예를 들어, 오정합된 부하에서 +/- 0.5 dB 전력 제어 정확도를 갖는 40 dB를 초과하는 동적 범위를 요구할 수도 있다.
도 4는 방향성 결합기(401)를 갖는 전력 증폭기 FEM의 실시예를 예시한다. 예시된 시스템은 출력 전력 검출 및 제어를 위한 방향성 결합기를 갖는 일반적인 전력 증폭기 FEM에 대응할 수도 있다. 이러한 FEM은 (예컨대, 방향성 결합기(401) 이후에 스위치를 갖는) GSM/EDGE 또는 (예컨대, 방향성 결합기(401) 이후에 듀플렉서를 갖는) WCDMA에 적용가능할 수도 있다. 연관된 안테나/오정합 부하는
Figure pct00001
으로서 본 명세서에서 나타내어질 수도 있고, 결합기 종단(402)은
Figure pct00002
으로서 본 명세서에서 나타내어질 수도 있다.
4-포트 방향성 결합기 시스템(401)은 일반적인 4-포트 산란 행렬을 예시하는 다음의 수학식에 의해 표현될 수도 있다:
Figure pct00003
어떤 PA FEM 시스템 실시예들에서, 결합 포트(포트 3)는 50-오옴 결합 종단에 정합될 수도 있어서, a3은 간략화를 위하여 0과 동일한 것으로 고려될 수도 있다. 그러므로, 행렬은 다음과 같이 간략화될 수 있다:
Figure pct00004
여기서, b2는 RF OUT(포트 2)에서의 순방향 전압 파형을 나타내고, b3은 PA FEM 전력 제어를 위한 결합 포트에서 순방향 전압 파형을 나타낸다. 부하가 변화할 때, 시스템은 50 오옴 부하(즉,
Figure pct00005
=0)로 측정된 b3 값으로 언급될 수도 있는 b3을 유지하기 위하여 a1을 조절할 수도 있다.
결합기 방향성은 다음의 수학식에 의해 정의될 수 있다:
Figure pct00006
상기 산란 행렬은 다음과 같이 간략화될 수도 있다:
Figure pct00007
Figure pct00008
계수가 제로로 근사화될 경우, b2는 부하 변동들(또는
Figure pct00009
)에 의해 영향을 받지 않을 수도 있다.
Figure pct00010
계수는 다음의 수학식에서 제로로 동일시된다.
Figure pct00011
그리고:
Figure pct00012
상기
Figure pct00013
에 대한 수학식의 중요성은,
Figure pct00014
(즉, 결합기 격리 포트의 종단)이 비-이상적인 인자들(주로 비-이상적인 S22 및 유한한 방향성 D)을 오프셋하기 위하여 채용될 수 있다는 것이다. 그러므로, 제로와 동일한
Figure pct00015
(예컨대, 결합기 격리 포트에서의 50 오옴 종단)은
Figure pct00016
의 경우에 최상의 옵션이 아닐 수도 있다. 다시 말해서, 50-오옴 결합기 종단은 RF OUT 포트가 완벽하지 않을 경우에 최상의 선택이 아닐 수도 있다.
실제의 50 또는 75-오옴 종단 임피던스의 언급된 부적절성을 해결하기 위하여, 튜닝된 복합 임피던스가 결합기 성능을 개선시키기 위하여 이용될 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 2개의 독립적인 튜너(tuner)들은 결합기 종단을 체계적으로 튜닝하고 전력 변동들을 최소화하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 튜너는 결합기 종단 포트에서 위치될 수도 있고, 다른 것은 부하 포트에서 위치될 수도 있다. 적당한 결합기 종단
Figure pct00017
은 비-이상적인 S22 및 결합기 방향성에 의해 야기된 전력 변동을 감소시킬 수 있다. 어떤 실시예들에서, 방향성 결합기의 격리 포트에서의 복합 부하는 PA FEM들에서의 어떤 비-이상적인 인자들을 보상하기 위하여 이용된다.
결합기 종단 모듈(402)은 이러한 디바이스들에 의해 제공된 주파수-종속적 임피던스들에 기초하여 수동 주파수-선택적 임피던스들을 제공할 수도 있는, 커패시터들 및/또는 인덕터들과 같은 하나 이상의 수동 디바이스들을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 결합기 종단 모듈은 상이한 동작 대역들에 대하여 상이한 임피던스들을 가지는 회로들을 능동적으로 선택하기 위한 다이플렉서(407)를 포함할 수도 있다.
어떤 실시예들에서, 저항기-커패시터(resistor-capacitor)(RC) 회로, 저항기-인덕터(resistor-inductor)(RL) 회로, 및/또는 RLC 회로는 방향성 결합기를 위한 복합 종단을 제공하기 위하여 이용될 수도 있다. 도 5는 RF 시스템을 위한 가능한 결합기 에러 부하-풀 결과를 예시한다. 예를 들어, 도 5의 그래프는 RF 출력 포트 및 듀플렉서 오정합에서의 대략 2.5의 VSWR 값에 대응할 수도 있다. 그래프는 결합기 종단 포트의 평면에서 결합기 에러 등고선을 제공한다. 하부 등고선(510)은 저대역(low-band)(LB) 성능에 대한 결합기 에러 등고선을 예시한다. 그래프는 참조부호 m15에 의해 식별된 복합 임피던스에서의 저대역 성능에 대한 대략 0.34의 최상으로 최적화된 에러를 도시한다. 상부 등고선(520)은 고대역(high-band)(HB) 성능에 대한 결합기 에러 등고선을 예시한다. 그래프는 참조부호 m20에 의해 식별된 복합 임피던스에서의 고대역 성능에 대한 대략 0.14의 최상으로 최적화된 에러를 도시한다.
다음의 프로세스는 예를 들어, 하나의 800 MHz 대역(LB) 결합기 및 하나의 1.98 GHz 대역(HB) 결합기로 복합 종단 임피던스를 튜닝하기 위하여 사용될 수도 있다: 덩어리 결합기 모델(lump coupler model)(예컨대, 데이지-체인)은 표준 50-오옴 종단 임피던스를 갖는 고대역 및 저대역 성능을 위하여 생성될 수도 있고 시뮬레이팅될 수도 있다. 부하 풀 결과들은 각각의 대역에 대한 최적화 부하를 구하기 위하여 이용될 수도 있다. 적응적 부하는 고대역 및 저대역의 양자에 대한 최적화된 성능 결과들과 정합하도록 구성될 수도 있다. 일단 적응적 복합 부하가 시스템에 적용되었으면, 결과들은 50-오옴 성능과 비교하여 개선된 성능을 확인하기 위하여 검증될 수도 있다. 어떤 실시예들은 2-대역 시스템들의 맥락에서 설명되지만, 적응적 결합기 부하들은 임의의 수의 동작의 대역들을 수용하는 시스템들에 적용될 수도 있다.
도 6은 다수의 대역들에 대한 감소된 결합기 에러를 제공하기 위한 예시적인 적응적 부하 회로를 제공한다. 회로(600)는 커패시터(601), 저항기(602), 및 인덕터(603)를 포함한다. 인덕터 및 커패시터가 주파수-변동 임피던스들을 가지므로, 회로(600)의 임피던스는 상이한 주파수들의 신호들에 대하여 변동될 수도 있다. 그러므로, 커패시터(601), 저항기(602), 및/또는 인덕터(603)의 값들은 관심 있는 대역들에 대한 희망하는 복합 임피던스를 달성하기 위하여 선택될 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 커패시터(601)는 희망하는 임피던스를 제공하기 위하여 관심 있는 어떤 주파수들에서 인덕터(603)와 공진하도록 구성된다. 도 7은 저항기(702)와 병렬로 (커패시터로서 도시된) 단일 커패시터 또는 인덕터(701)를 포함하는 간략화된 임피던스 회로(700)를 예시한다. 임피던스 회로들(600, 700)은 도시된 바와 같이, 인덕터들 및/또는 커패시터들과 같은 하나 이상의 직렬 디바이스들을 더 포함할 수도 있다.
도 8은 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 적응적 복합 임피던스를 제공하는 종단 회로에 접속될 수도 있는 방향성 결합기(801)를 포함하는 멀티모드 멀티대역(MMMB) 프론트 엔드 모듈의 블록도이다. 모듈(801)은 위에서 더욱 상세하게 논의된 바와 같이, 임의의 바람직한 수의 동작 대역들을 수용하기 위한 회로를 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 개시된 다양한 실시예들은 다수의 동작 대역들에 적응적으로 정합하기 위하여 RF FEM들에서의 방향성 결합기들을 위한 광대역 종단을 개발하기 위한 솔루션들을 제공한다. 본 명세서에서 개시된 솔루션들은 MMMB에서의 다수의 대역들의 각각에 대한 개선된 결합기 에러 성능을 제공할 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 저대역 및 고대역 성능 중의 적어도 하나에 대한 개선은 +/- 0.6 dB에서 달성될 수도 있다.
무선 디바이스 구현예
일부 구현예들에서는, 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 특징들을 가지는 디바이스 및/또는 회로가 무선 디바이스와 같은 RF 디바이스 내에 포함될 수 있다. 이러한 디바이스 및/또는 회로는 직접적으로 무선 디바이스에서, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 모듈 형태로, 또는 그 일부의 조합으로 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 무선 디바이스는 예를 들어, 셀룰러 전화, 스마트폰, 전화 기능성을 갖거나 갖지 않는 핸드-헬드 무선 디바이스, 무선 태블릿 등을 포함할 수 있다.
도 9는 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 유리한 특징들을 가지는 예시적인 무선 디바이스(900)를 개략적으로 도시한다. 본 명세서에서 설명된 바와 같은 다양한 스위치들 및 다양한 바이어싱/결합 구성들의 맥락에서, 스위치(120)는 모듈의 일부일 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 스위치 모듈은 예를 들어, 무선 디바이스(900)의 멀티-대역 멀티-모드 동작을 용이하게 할 수 있다.
예시적인 무선 디바이스(900)에서, 복수의 PA들을 가지는 전력 증폭기(PA) 모듈(916)은 (듀플렉서(920)를 통해) 증폭된 RF 신호를 스위치(120)에 제공할 수 있고, 스위치(120)는 증폭된 RF 신호를 안테나에 라우팅할 수 있다. PA 모듈(916)은 알려진 방식으로 구성될 수 있고 동작될 수 있는 트랜시버(914)로부터 증폭되지 않은 RF 신호를 수신할 수 있다. 트랜시버는 수신된 신호들을 프로세싱하도록 또한 구성될 수 있다. 트랜시버(914)는 사용자를 위하여 적당한 데이터 및/또는 음성 신호들과, 트랜시버(914)를 위하여 적당한 RF 신호들 사이의 변환을 제공하도록 구성되는 기저대역 서브-시스템(910)과 상호작용하도록 도시되어 있다. 트랜시버(914)는 무선 디바이스(900)의 동작을 위한 전력을 관리하도록 구성되는 전력 관리 컴포넌트(906)에 접속되도록 또한 도시되어 있다. 이러한 전력 관리 컴포넌트는 기저대역 서브-시스템(910)의 동작들을 또한 제어할 수 있다.
기저대역 서브-시스템(910)은 사용자에게 제공되고 사용자로부터 수신된 음성 및/또는 데이터의 다양한 입력 및 출력을 용이하게 하기 위하여 사용자 인터페이스(902)에 접속되도록 도시되어 있다. 기저대역 서브-시스템(910)은 무선 디바이스의 동작을 용이하게 하기 위한 데이터 및/또는 명령들을 저장하고, 및/또는 사용자를 위한 정보의 저장을 제공하도록 구성되는 메모리(904)에 또한 접속될 수 있다.
일부 실시예들에서, 듀플렉서(920)는 송신 및 수신 동작들이 공통 안테나(예컨대, 924)를 이용하여 동시에 수행되도록 할 수 있다. 도 9에서, 수신된 신호들은 예를 들어, 저잡음 증폭기(low-noise amplifier)(LNA)를 포함할 수 있는 "Rx" 경로들(도시되지 않음)로 라우팅될 수도 있다.
다수의 다른 무선 디바이스 구성들은 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 특징들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 무선 디바이스는 반드시 멀티-대역 디바이스가 아닐 수도 있다. 또 다른 예에서, 무선 디바이스는 다이버시티 안테나(diversity antenna)와 같은 추가적인 안테나들과, Wi-Fi, 블루투스(Bluetooth), 및 GPS와 같은 추가적인 접속성 특징들을 포함할 수 있다.
무선 디바이스(900)는 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 적응적 부하(903)에 의해 종단된 하나 이상의 방향성 결합기들(901)을 포함한다. MMMB 프론트-엔드 모듈들의 다양한 실시예들이 설명되었지만, 여러 더 많은 실시예들 및 구현예들이 가능하다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 예를 들어, 통합된 FEM들의 실시예들은 다양한 FEM 컴포넌트들을 포함하는 상이한 타입들의 무선 통신 디바이스들에 적용가능하다. 게다가, FEM들의 실시예들은 간결한 고성능 설계가 희망되는 시스템들에 적용가능하다. 본 명세서에서 설명된 실시예들의 일부는 이동 전화들과 같은 무선 디바이스들과 관련하여 사용될 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 특징들은 RF 신호들을 사용하는 임의의 다른 시스템들 또는 장치를 위하여 이용될 수 있다.
맥락이 명백하게 달리 요구하지 않으면, 설명 및 청구항들의 전반에 걸쳐, 단어들 "포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)" 등은 배타적(exclusive)이거나 철저한(exhaustive) 의미와는 반대로, 포함적 inclusive) 의미; 즉, "포함하지만, 이에 제한되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 일반적으로 이용되는 바와 같이, 단어 "결합된(coupled)"은 직접 접속될 수도 있거나, 또는 하나 이상의 중간 구성요소들을 통해 접속될 수도 있는 2개 이상의 구성요소들을 지칭한다. 추가적으로, 단어들 "본 명세서에서(herein)", "위에서(above)", "이하에서(below)" 및 유사한 성질의 단어들은 이 출원에서 이용될 때, 이 출원의 임의의 특정한 부분들이 아니라, 전체로서의 이 출원을 지칭할 것이다. 문맥이 허용할 경우, 단수 또는 복수를 이용하는 상기 상세한 설명에서의 단어들은 각각 복수 또는 단수를 또한 포함할 수도 있다. 2개 이상의 항목들의 리스트에 관련된 단어 "또는(or)"은, 단어가 단어의 다음의 해독들의 전부를 포괄한다: 리스트에서의 항목들 중의 임의의 것, 리스트에서의 항목들의 전부, 및 리스트에서의 항목들의 임의의 조합.
발명의 실시예들의 상기 상세한 설명은 철저하도록 의도되거나, 발명을 위에서 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도된 것이 아니다. 발명의 특정 실시예들 및 발명을 위한 예들은 예시적인 목적들을 위하여 위에서 설명되어 있지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자들이 인식하는 바와 같이, 발명의 범위 내에서 다양한 등가의 수정들이 가능하다. 예를 들어, 프로세스들 또는 블록들이 소정의 순서로 제시되어 있지만, 대안적인 실시예들은 상이한 순서로, 단계들을 가지는 루틴들을 수행할 수도 있거나, 블록들을 가지는 시스템들을 채용할 수도 있고, 일부의 프로세스들 또는 블록들은 삭제될 수도 있거나, 이동될 수도 있거나, 추가될 수도 있거나, 재분할될 수도 있거나, 조합될 수도 있거나, 및/또는 수정될 수도 있다. 이 프로세스들 또는 블록들의 각각은 다양한 상이한 방법들로 구현될 수도 있다. 또한, 프로세스들 또는 블록들은 때로는 직렬로 수행되는 것으로서 도시되지만, 이 프로세스들 또는 블록들은 그 대신에, 병렬로 수행될 수도 있거나, 상이한 시간들에서 수행될 수도 있다.
본 명세서에서 제공된 발명들의 교시 내용들은 반드시 위에서 설명된 시스템이 아니라, 다른 시스템들에 적용될 수 있다. 위에서 설명된 다양한 실시예들의 구성요소들 및 액트(act)들은 추가의 실시예들을 제공하기 위하여 조합될 수 있다.
발명들의 일부 실시예들이 설명되었지만, 이 실시예들은 단지 예로서 제시되었으며, 개시내용의 범위를 제한하도록 의도된 것은 아니다. 실제로, 본 명세서에서 설명된 신규한 방법들 및 시스템들은 다양한 다른 형태들로 구체화될 수도 있고; 또한, 본 명세서에서 설명된 방법들 및 시스템들의 형태에서의 다양한 생략들, 치환들, 및 변경들은 개시내용의 사상으로부터 이탈하지 않으면서 행해질 수도 있다. 동반된 청구항들 및 그 등가물들은 개시내용의 범위 및 사상 내에 속하는 바와 같은 이러한 형태들 또는 수정들을 포괄하도록 의도된 것이다.

Claims (20)

  1. 방향성 결합기로서,
    라디오-주파수(radio-frequency)(RF) 신호를 수신하도록 구성된 제1 포트;
    제1 송신 라인을 통해 상기 제1 포트에 접속되고, RF 출력 신호를 제공하도록 구성된 제2 포트;
    제2 송신 라인에 접속된 제3 포트 - 상기 제2 송신 라인은 상기 제1 송신 라인에 결합됨 -; 및
    상기 제2 송신 라인에 접속되고, 상기 RF 신호가 제1 주파수 대역 내에 있을 때에 제1 임피던스를 제공하고 상기 RF 신호가 제2 주파수 대역 내에 있을 때에 제2 임피던스를 제공하도록 구성된 종단 회로
    를 포함하는 방향성 결합기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 종단 회로는 상기 제1 주파수 대역 내의 주파수에서 공진하도록 구성되는 제1 및 제2 수동 디바이스들을 포함하는, 방향성 결합기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 수동 디바이스는 저항기이고, 상기 제2 수동 디바이스는 커패시터인, 방향성 결합기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 수동 디바이스는 저항기이고, 상기 제2 수동 디바이스는 인덕터인, 방향성 결합기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 종단 회로는 상기 제1 및 제2 수동 디바이스들과 병렬로 제3 수동 디바이스를 더 포함하는, 방향성 결합기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 수동 디바이스는 저항기이고, 상기 제2 및 제3 수동 디바이스들 중의 하나는 커패시터이고, 상기 제2 및 제3 수동 디바이스들 중의 또 다른 하나는 인덕터인, 방향성 결합기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 임피던스들은 복합 임피던스들인, 방향성 결합기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 종단 회로는 상기 제2 송신 라인을 상기 제1 또는 제2 임피던스에 선택적으로 접속하기 위한 다이플렉서를 포함하는, 방향성 결합기.
  9. 라디오-주파수(RF) 시스템으로서,
    방향성 결합기의 제1 포트 상에서 RF 출력 신호를 제공하도록 구성된 방향성 결합기;
    상기 방향성 결합기의 제2 포트에 접속된 전력 증폭기 모듈;
    상기 방향성 결합기의 제3 포트에 접속된 전력 검출 회로; 및
    상기 방향성 결합기의 제4 포트에 접속되고, 상기 RF 출력 신호가 제1 주파수 대역 내에 있을 때에 제1 임피던스를 제공하고 상기 RF 신호가 제2 주파수 대역 내에 있을 때에 제2 임피던스를 제공하도록 구성된 종단 회로
    를 포함하는 RF 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 종단 회로는 상기 제1 주파수 대역 내의 주파수에서 공진하도록 구성되는 제1 및 제2 수동 디바이스들을 포함하는, RF 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 수동 디바이스는 인덕터이고, 상기 제2 수동 디바이스는 커패시터인, RF 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 종단 회로는 상기 제1 및 제2 수동 디바이스들과 병렬로 제3 수동 디바이스를 더 포함하는, RF 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2 수동 디바이스들 중의 하나는 커패시터이고, 상기 제1 및 제2 수동 디바이스들 중의 또 다른 하나는 인덕터이고, 상기 제3 수동 디바이스들은 저항기인, RF 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 임피던스들은 복합 임피던스들인, RF 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 종단 회로는 제2 송신 라인을 상기 제1 또는 제2 임피던스에 선택적으로 접속하기 위한 다이플렉서를 포함하는, RF 시스템.
  16. 무선 디바이스로서,
    RF 신호들을 프로세싱하도록 구성된 트랜시버;
    RF 출력 신호의 송신을 용이하게 하도록 구성된, 상기 트랜시버와 통신하는 안테나; 및
    방향성 결합기의 제1 포트 상에서 상기 RF 출력 신호를 상기 안테나에 제공하도록 구성된 방향성 결합기;
    상기 방향성 결합기의 제2 포트에 접속된 전력 증폭기 모듈;
    상기 방향성 결합기의 제3 포트에 접속된 전력 검출 회로; 및
    상기 방향성 결합기의 제4 포트에 접속되고, 상기 RF 출력 신호가 제1 주파수 대역 내에 있을 때에 제1 임피던스를 제공하고 상기 RF 신호가 제2 주파수 대역 내에 있을 때에 제2 임피던스를 제공하도록 구성된 종단 회로
    를 포함하는 무선 디바이스.
  17. 제16항에 있어서, 상기 종단 회로는 상기 제1 주파수 대역 내의 주파수에서 공진하도록 구성되는 제1 및 제2 수동 디바이스들을 포함하는, 무선 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 수동 디바이스는 커패시터이고, 상기 제2 수동 디바이스는 인덕터인, 무선 디바이스.
  19. 제17항에 있어서, 상기 종단 회로는 상기 제1 및 제2 수동 디바이스들과 병렬로 제3 수동 디바이스를 더 포함하는, 무선 디바이스.
  20. 제16항에 있어서, 상기 종단 회로는 제2 송신 라인을 상기 제1 또는 제2 임피던스에 선택적으로 접속하기 위한 다이플렉서를 포함하는, 무선 디바이스.
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