KR20180132933A - 보상된 전자기 커플러 - Google Patents

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KR20180132933A
KR20180132933A KR1020187034186A KR20187034186A KR20180132933A KR 20180132933 A KR20180132933 A KR 20180132933A KR 1020187034186 A KR1020187034186 A KR 1020187034186A KR 20187034186 A KR20187034186 A KR 20187034186A KR 20180132933 A KR20180132933 A KR 20180132933A
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누타퐁 스리라타나
스리람 스리니바산
즈양 류
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스카이워크스 솔루션즈, 인코포레이티드
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Abstract

전자기 커플러는 입력 포트를 출력 포트에 접속시키는 제1 전송 라인을 가지는 유전체층을 포함한다. 유전체층의 또 다른 면 상의 제2 전송 라인은 커플링된 포트 및 격리 포트를 형성한다. 전자기 커플러는 커플링된 포트에서 커플링된 신호를 제공하는데, 이는 입력 포트에서의 입력 신호를 나타낸다. 커플링된 신호의 진폭은 입력 신호의 진폭 곱하기 커플링 인자와 관련된다. 유전체층 상의 동조 엘리먼트는 유전체층의 두께에서의 변경들의 범위에 걸쳐 커플링 인자를 안정화시키도록 구성된다.

Description

보상된 전자기 커플러
관련 출원들에 대한 상호 참조
이 출원은 35 U.S.C.§119(e) 및 PCT 제8조 하에서, 2016년 4월 29일에 출원된 공동 계류중인 미국 가특허 출원 제62/329,385호, 및 2017년 2월 24일에 출원된 공동 계류중인 미국 가특허 출원 제62/463,010호에 대한 이익을 주장하며, 이들 각각은 모든 목적으로 그 전체가 참조로 본원에 포함된다.
지향성 커플러들은 라디오 트랜시버, 무선 핸드셋 등과 같은 프론트 엔드 모듈(FEM) 제품들에서 널리 사용된다. 예를 들어, 지향성 커플러는 전자기(EM) 출력 전력을 검출하고 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. RF 소스에 의해 생성되는 라디오 주파수(RF) 신호가 부하에, 예컨대 안테나에 제공될 때, RF 신호의 일부는 부하로부터 역반사될 수 있다. EM 커플러는 RF 소스와 부하 사이의 신호 경로에 포함되어 RF 소스로부터 부하로 이동하는 RF 신호의 순방향 RF 전력의 표시 및/또는 부하로부터 역반사되는 역방향 RF 전력의 표시를 제공할 수 있다. EM 커플러들은, 예를 들어, 지향성 커플러, 양방향성 커플러, 멀티-밴드 커플러(예를 들어, 듀얼 밴드 커플러) 등을 포함한다.
도 1을 참조하면, EM 커플러(100)는 전력 입력 포트(102), 전력 출력 포트(104), 커플링된 포트(106), 및 격리 포트(108)를 통상적으로 포함한다. 유도성 또는 용량성 커플링을 포함할 수 있는 전자기 커플링 메커니즘은 마이크로스트립, 스트립 라인, 공면 라인 등과 같은, 2개의 평행한 또는 오버랩된 전송 라인에 의해 통상적으로 제공된다. 메인 전송 라인(110)은 전력 입력 포트(102)와 전력 출력 포트(104) 사이에서 연장하고, 전력 입력 포트(102)로부터 전력 출력 포트(104)로 신호(116)의 대부분을 제공한다. 커플링된 라인(112)은 커플링된 포트(106)와 격리 포트(108) 사이에서 연장하며, 다양한 측정들을 포함하는 다양한 목적으로, 전력 입력 포트(102)와 전력 출력 포트(104) 사이에서 이동하는 전력의 일부(114)를 추출할 수 있다. 단자 임피던스가 격리 포트(108)에 제시될 때, 전력 입력 포트(102)로부터 전력 출력 포트(104)로 이동하는 순방향 RF 전력의 표시가 커플링된 포트(106)에 제공된다.
순방향 커플링 모드에서, 도 1에서와 같이, 부분(114)은 전력 입력 포트(102)로부터 전력 출력 포트(104)로 이동하는 메인 신호(116) RF 전력의 일부이다. EM 커플러들은 일반적으로 데시벨로 언급되는 이들의 커플링 인자에 의해 통상적으로 등급화되는데, 이는 입력 신호(116)의 전력으로부터 커플링되는 부분(114)의 전력의 비의 측정이다. 예를 들어, 20 dB 커플러는, 입력 전력보다 20dB 더 낮거나, 또는 입력 전력의 약 1%인, 커플링된 신호를 예를 들어, 부분(114)을 제공할 것이다.
메인 신호로부터 전력을 과도하게 제거하지 않도록 상대적으로 낮은 커플링 인자를 가지는 것이 일반적으로 바람직하지만, 커플링 인자가 특정적이고 지속적이어서 메인 신호의 전력의 정확한 평가를 허용하는 것 역시 바람직하다. 커플러의 제조 동안의 공정 변경들은 커플링 인자에 영향을 줄 수 있고, 커플링 인자에서의 상당한 변경을 가지는 커플러들을 초래할 수 있다.
양태들 및 실시예들은 커플러 파라미터들 및 성능에 대한 제조 공정 변경들의 영향을 보상하도록 설계되는 구조들을 가지는 전자기 커플러들에 관한 것이다. 하기에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 다양한 컴포넌트들 및 피처들이 전송 라인들로부터 조합되어 보상된 전자기 커플러들을 형성할 수 있는데, 이는 다양한 컴포넌트들 및 피처들과 추가로 조합되어 모듈들, 디바이스들 및 시스템들을 형성할 수 있다. 보상된 전자기 커플러들은 제조 동안 공정 변경들을 보상하여 보다 지속적인 커플링 인자들 및 더 높은 제조 수율들을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자기 커플러는 제1 면 및 제2 면을 가지는 유전체층; 유전체층의 제1 면 상에 배치되고 입력 포트와 출력 포트 사이에서 연장하는 제1 전송 라인; 유전체층의 제2 면 상에 배치되고 커플링된 포트와 격리 포트 사이에서 연장하는 제2 전송 라인 ― 전자기 커플러는 입력 포트에서 입력 신호를 수신하는 것에 응답하여 커플링된 포트에서 커플링된 신호를 제공하도록 구성되고, 커플링된 신호의 진폭은 입력 신호의 진폭 곱하기 커플링 인자와 관련됨 ― ; 및 유전체층의 제1 면 상에 배치되며 유전체층의 두께에서의 변경들의 범위에 걸쳐 커플링 인자를 안정화시키도록 구성되는 동조 엘리먼트를 포함한다.
일 예시적인 전자기 커플러에서, 동조 엘리먼트는 전기적 접지에 단락된다. 일 예에서, 동조 엘리먼트는 임피던스를 통해 접지에 접속된다. 일 예에서, 임피던스는 조정가능하다. 일 예에서, 동조 엘리먼트는 제1 전송 라인 및 제2 전송 라인으로부터 선택적으로 디커플링되도록 구성된다.
일 예시적인 전자기 커플러에서, 제2 전송 라인은 제1 전송 라인으로부터 측방으로 오프셋된다. 일 예에서, 제2 전송 라인은 동조 엘리먼트로부터 측방으로 오프셋된다. 일 예에서, 제2 전송 라인의 일부는 제1 전송 라인 및 동조 엘리먼트 중 적어도 하나와의 오버랩 영역을 형성한다.
또 다른 예에서, 전자기 커플러는 모듈, 무선 디바이스의 일부, 또는 또 다른 형태의 전자 디바이스 또는 시스템일 수 있다. 일 예에서, 시스템 또는 디바이스는 트랜시버를 포함한다. 일 예에서, 시스템 또는 디바이스는 전송 신호를 전송하고 그리고/또는 수신 신호를 수신하기 위한 안테나를 포함한다. 일 예에서, 시스템 또는 디바이스는 전자기 커플러의 입력 포트 또는 출력 포트에 접속되는 안테나 스위치 모듈을 포함하고, 전자기 커플러와, 트랜시버 또는 안테나, 또는 그 둘 모두 사이에서 신호들을 지향시키도록 구성된다. 일 예에서, 시스템 또는 디바이스는 트랜시버와 안테나 스위치 모듈 사이에 접속되는 전력 증폭기를 포함하고, 전력 증폭기는 전송 신호를 수신하여 증폭시키도록 구성된다. 일 예에서, 시스템 또는 디바이스는 센서 모듈, 메모리, 베이스밴드 서브-시스템, 사용자 인터페이스, 및/또는 배터리를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 전자기 커플러의 커플링 인자를 안정화시키고 제조 공정 변경들을 보상하기 위한 피처들을 가지는 전자기 커플러를 제조하는 방법은 유전체층을 제공하는 것; 유전체층의 제1 면 상에 제1 전송 라인을 형성하는 것 ― 제1 전송 라인은 전자기 커플러의 입력 포트와 출력 포트 사이에서 연장함 ― ; 유전체층이 제1 전송 라인과 제2 전송 라인 사이에 위치되도록 유전체층의 제2 면 상에 제2 전송 라인을 형성하는 것 ― 제2 전송 라인은 전자기 커플러의 커플링된 포트와 격리 포트 사이에서 연장하고, 제2 전송 라인은 전자기 커플러가 입력 포트에서 입력 신호를 수신하고 격리 포트에 접속되는 종단 임피던스를 가지는 것에 응답하여 커플링된 포트에서 커플링된 신호를 제공하도록 제1 전송 라인에 대해 배향됨 ― ; 및 유전체 재료의 두께의 범위에 걸쳐 커플링 인자를 안정화시키도록 구성되는 동조 엘리먼트를 제공하는 것을 포함한다.
일 예에서, 방법은 동조 엘리먼트에 대한 전기적 접지 접속을 제공하는 것을 포함한다. 일 예에서, 방법은 전기적 접지에 동조 엘리먼트를 선택적으로 접속시키도록 구성되는 스위칭 엘리먼트를 제공하는 것을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 제조 공정 변경들의 범위에 걸쳐 전자기 커플러의 커플링 인자를 안정화시키는 방법은 유전체층의 제1 면 상에 배치되며 입력 포트와 출력 포트 사이에서 연장하는 제1 전송 라인 및 유전체층의 제2 면 상에 배치되며 커플링된 포트와 격리 포트 사이에서 연장하는 제2 전송 라인을 포함하는 전자기 커플러를 제공하는 것 ― 전자기 커플러는 입력 포트에서 입력 신호를 수신하는 것에 응답하여 커플링된 포트에서 커플링된 신호를 제공하도록 구성되고, 커플링된 신호의 진폭은 입력 신호의 진폭 곱하기 커플링 인자와 관련됨 ― ; 및 유전체층의 두께의 범위에 걸쳐 커플링 인자를 안정화시키도록 구성되는 동조 엘리먼트를 제공하는 것을 포함한다.
일 예에서, 방법은 전기적 접지에 동조 엘리먼트를 선택적으로 접속시키는 것을 포함한다. 일 예에서, 방법은 조정가능한 임피던스를 통해 동조 엘리먼트를 선택적으로 접지시키는 것을 포함한다. 일 예에서, 방법은 커플링 인자를 측정하고 임피던스를 조정하여 커플링 인자를 미리 결정된 값들의 범위 내에서 유지하는 것을 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 전자기 커플러는 각각이 두께에서의 변경의 범위를 가지는 복수의 기판층을 포함하는 다층 유전체 기판; 복수의 기판층 사이에서 제1 면 상에 배치되며 입력 포트와 출력 포트 사이에 연장하는 메인 전송 라인; 복수의 기판층 사이의 제2 면 상에 배치되고 커플링된 포트와 격리 포트 사이에서 연장하는 커플링된 라인 ― 전자기 커플러는 입력 포트에서 입력 신호를 수신하는 것에 응답하여 커플링된 포트에서 커플링된 신호를 제시하도록 구성되고, 커플링된 신호의 진폭은 입력 신호의 진폭 곱하기 커플링 인자와 관련되고, 메인 전송 라인 및 커플링된 라인은 복수의 기판 층 사이에서 적어도 하나의 기판층에 의해 서로 분리됨 ― ; 및 제1 면 상에 배치되며 적어도 하나의 기판층의 두께에서의 변경들의 범위에 걸쳐 커플링 인자를 안정화시키도록 구성되는 동조 엘리먼트를 포함한다.
일 예에서, 동조 엘리먼트는 전기적 접지에 단락된다. 일 예에서, 동조 엘리먼트는 임피던스를 통해 접지에 접속된다. 일 예에서, 임피던스는 조정가능하다. 일 예에서, 동조 엘리먼트는 메인 전송 라인 및 커플링된 라인으로부터 선택적으로 디커플링되도록 구성된다.
일 예에서, 커플링된 라인은 메인 전송 라인으로부터 측방으로 오프셋된다. 일 예에서, 커플링된 라인은 동조 엘리먼트로부터 측방으로 오프셋된다. 일 예에서, 커플링된 라인의 일부는 메인 전송 라인 및/또는 동조 엘리먼트와의 오버랩 영역을 형성한다.
또 다른 예에서, 전자기 커플러는 모듈, 무선 디바이스, 또는 또 다른 형태의 전자 디바이스 또는 시스템의 일부일 수 있다. 일 예에서, 시스템 또는 디바이스는 트랜시버를 포함한다. 일 예에서, 시스템 또는 디바이스는 전송 신호를 전송하고 그리고/또는 수신 신호를 수신하기 위한 안테나를 포함한다. 일 예에서, 시스템 또는 디바이스는 전자기 커플러의 입력 포트 또는 출력 포트에 접속되는 안테나 스위치 모듈을 포함하고, 전자기 커플러와, 트랜시버 또는 안테나, 또는 둘 모두 사이에 신호드를 지향시키도록 구성된다. 일 예에서, 시스템 또는 디바이스는 트랜시버와 안테나 스위치 모듈 사이에 접속되는 전력 증폭기를 포함하고, 전력 증폭기는 전송 신호를 수신하고 증폭시키도록 구성된다. 일 예에서, 시스템 또는 디바이스는 센서 모듈, 메모리, 베이스밴드 서브-시스템, 사용자 인터페이스, 및/또는 배터리를 더 포함할 수 있다.
또 다른 양태들, 실시예들, 및 이들 예시적인 양태들 및 실시예들의 장점들이 하기에 상세히 논의된다. 본원에 개시되는 실시예들은 본원에 개시되는 원리들 중 적어도 하나와 부합하는 임의의 방식으로 다른 실시예들과 조합될 수 있고, "실시예", "일부 실시예들", "대안적인 실시예", "다양한 실시예들", "하나의 실시예" 등에 대한 참조들은 반드시 상호 배타적이지는 않으며 기술되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 나타내도록 의도된다. 본원에서 이러한 용어들의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하지는 않는다.
적어도 하나의 실시예의 다양한 양태들은, 축척에 맞게 그려진 것으로 의도되지 않는, 첨부 도면들에 관해 하기에 논의된다. 도면들은 다양한 양태들 및 실시예들의 예시 및 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 이 명세서에 포함되어 이 명세서의 일부를 구성하지만, 발명의 제한들의 정의로서 의도되지는 않는다. 도면들에서, 다양한 도면들에 예시되는 각각의 동일한 또는 거의 동일한 컴포넌트들은 동일한 번호에 의해 표현된다. 명료함의 목적으로, 모든 컴포넌트가 모든 도면에 라벨링되지 않을 수도 있다.
도 1은 전자기 커플러의 일 예의 도면이다.
도 2는 커플링의 이론의 예시이다.
도 3a는 보상된 커플러의 예의 상면도의 개략도이다.
도 3b는 도 3a의 보상된 커플러의 단면도의 개략도이다.
도 3c는 보상된 커플러의 대안적인 예의 단면도의 개략도이다.
도 3d는 보상된 커플러의 대안적인 예의 상면도의 개략도이다.
도 3e는 보상된 커플러의 대안적인 예의 상면도의 개략도이다.
도 4는 예시적인 보상된 커플러의 레이아웃의 측면도의 개략도이다.
도 5a는 공칭 두께보다 더 적은 유전체 두께에 대한 미보상된 커플러에 대한 주파수들의 범위에 걸친 커플링 인자들의 그래프이다.
도 5b는 공칭 유전체 두께에 대한 미보상된 커플러에 대한 주파수들의 범위에 걸친 커플링 인자들의 그래프이다.
도 5c는 공칭 두께보다 더 큰 유전체 두께에 대한 미보상된 커플러에 대한 주파수들의 범위에 걸친 커플링 인자들의 그래프이다.
도 6a는 공칭 두께보다 더 적은 유전체 두께에 대한 보상된 커플러의 실시예에 대한 주파수들의 범위에 걸친 커플링 인자들의 그래프이다.
도 6b는 공칭 유전체 두께에 대한 보상된 커플러의 실시예에 대한 주파수들의 범위에 걸친 커플링 인자들의 그래프이다.
도 6c는 공칭 두께보다 더 큰 유전체 두께에 대한 보상된 커플러의 실시예에에 대한 주파수들의 범위에 걸친 커플링 인자들의 그래프이다.
도 7은 보상된 커플러를 포함하는 모듈의 일 예의 블록도이다.
도 8은 보상된 커플러를 포함할 수 있는 전자 디바이스의 일 예의 블록도이다.
도 9a-9c는 보상된 커플러를 포함하는 무선 디바이스들의 다양한 예들의 블록도들이다.
적층 제조 공정들 또는 반도체 제조 공정들로 구현되는 전통적인 다층 커플러 설계들은 공정 변경을 거친다. 예를 들어, 메인 전송 라인 및 커플링된 라인을 형성하는 금속층들 사이의 유전체 두께의 변경은, 두 라인 사이의 용량성 커플링 및 유도성 커플링에 대한 가변 두께의 효과에 의해 야기되는 커플링 인자에서의 변경과 같은, 성능 변경을 초래할 수 있다.
이 효과가 도 2에 대해 설명되는데, 이는 전력 입력 포트(102), 전력 출력 포트(104), 커플링된 포트(106), 및 격리 포트(108)를 도시한다. 메인 전송 라인(110) 및 커플링된 라인(112)은 인덕터인 것으로 간주될 수 있고, 서로에 대한 이들의 근접성으로 인해 이들 사이에 유도성 커플링이 존재한다. 추가로, 메인 전송 라인(110)에 대한 커플링된 라인(112)의 근접성은 커패시터를 형성하고, 따라서 두 라인 사이에 용량성 커플링 역시 존재한다. 유도성 및 용량성인, 커플링의 두 형태 모두는 메인 전송 라인(110)과 커플링된 라인(112) 사이의 근접도에 따라 달라진다. 그에 따라, EM 커플러의 커플링 인자는, 메인 전송 라인과 커플링된 라인 사이의 근접도가 변경하는 경우 달라질 것이다. 현대의 전송 라인 커플러들은 적층 및/또는 반도체 기법들을 사용하여 제조될 수 있고, 전송 라인들은 유전체 재료의 층에 의해 서로 분리될 수 있다. 유전체 재료를 적층시키거나 퇴적시키는 공정은 커플러마다 상이할 수 있는, 또는 심지어 단일 커플러 내에 있을 수 있는 유전체 두께를 초래할 수 있다.
공정 변경들로 인한 커플링 인자 변경은 제어하기에 어렵다. 특히, 유전체 두께 변경을 정정하는 것이 어려울 수 있다. 통상적으로는, 제조 공정들에 대해 엄격한 제어들 및 허용오차들이 요구되었거나, 또는 유전체의 스크리닝(예를 들어, 수용가능한 유전체 두께에 대한, 즉 허용오차 내에서의 단면화 및 측정) 또는 커플링 인자 성능의 제조-후 스크리닝을 수행하기 위해 시험이 요구된다. 이는 일반적으로는 더 높은 비용 및 더 긴 제조 시간 또는 시험 시간을 초래한다.
양태들 및 실시예들은 커플링 인자 변경을 보상하기 위한 추가적인 엘리먼트들을 포함하는 커플러를 제공한다. 커플링 인자 변경은, 예컨대, 라인들 사이의 유전체 두께에서의 변경, 라인들을 형성하는 금속 트레이스들 간의 간극, 또는 라인 폭들 및 높이들에서의 변경에 의한, 메인 전송 라인과 커플링된 라인 사이의 간극에서의 변경으로 인한 것일 수 있으며, 이들 모두는 제조 공정들 동안의 변경들에 의해 야기된다. 커플링된 신호가 메인 신호의 전력을 결정하기 위해 사용될 수 있기 때문에 커플링 인자에서의 지속성이 바람직하며, 따라서 커플링된 신호 대 메인 신호의 비, 즉, 커플링 인자는 널리-공지되고, 도전적인 성능 사양을 만족시키도록 지속적일 필요가 있다. 모바일 폰 응용예들에서, 신호 전력을 정확하게 모니터링하고 제어하는 능력은 결정적일 수 있다. 디바이스들 및 컴포넌트들이 사이즈 상으로 훨씬 더 작아짐에 따라, 제조 공정에 의해 야기되는 변경들(본원에서 공정 변경들이라 지칭됨)은 훨씬 더 중요해질 수 있다. 전통적인 커플러 설계들 및 제조에서, 유전체 두께에서의 변경은 커플링 인자에서 25% 이상의 변경을 야기할 수 있다. 본원에 개시되는 EM 커플러들의 실시예들은 커플링 인자 변경을 상쇄시키기 위한 동조 스터브들로서 작용하는 추가적인 컴포넌트들을 포함하고, 이에 의해 공정 변경의 견지에서 커플링 인자 지속성을 개선하여, 적절한 EM 커플러들의 더 낮은 비용 및 더 높은 수율을 초래한다.
본원에 논의되는 방법들 및 장치들의 실시예들이 후속하는 기재에서 설명되거나 첨부 도면들에서 예시되는 구성의 상세항목들 및 컴포넌트들의 배열에 대한 응용예에서 제한되지 않는다는 것이 인지되어야 한다. 방법들 및 장치들은 다른 실시예들에서 구현될 수 있으며 다양한 방식들로 실행되거나 수행될 수 있다. 특정 구현예들의 예들은 단지 예시적인 목적으로 본원에 제공되며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 또한, 본원에 사용되는 구문 및 용어는 기재의 목적을 위한 것이며, 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. "포함하는(including, comprising)", "가지는(having)", "함유하는(containing)", "수반하는(involving)" 및 이들의 변형들은 그 다음에 열거되는 항목들 및 그 등가물들 뿐만 아니라 추가적인 항목들을 포함하도록 의도된다. "또는"에 대한 참조들은, "또는"을 사용하여 기술되는 임의의 용어들이 기술된 용어들 중 단 하나, 하나 초과, 또는 모두 중 임의의 것을 나타내도록 내포적인 것으로 해석될 수 있다. 전후, 좌우, 최상부 및 최하부, 상부 및 하부, 단부, 측면, 수직 및 수평 등에 대한 임의의 참조들은 본 시스템들 및 방법들 또는 이들의 컴포넌트들을 임의의 하나의 위치적 또는 공간적 배향으로 제한하는 것이 아니라, 기재의 편의를 위해 의도된다.
특정 실시예들에 따르면, EM 커플러에서, 커플링된 라인은 메인 전송 라인에 대해 다양한 배향들로 위치될 수 있다. 하나 이상의 추가적인 트레이스 또는 전송 라인은 커플링 인자에 대한 공정 변경의 영향을 상쇄시키는 경향이 있는 방식으로 메인 전송 라인과 커플링된 라인 사이의 커플링에 영향을 주도록 위치될 수 있고, 따라서 종래의 커플러 설계들로부터 이용가능한 것보다 커플링 인자에서의 더 낮은 변경을 가지는 제조된 EM 커플러들을 산출한다.
이러한 배열의 다양한 예들이 도 3a-3e에 도시된다. 도 3a는 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118)의 상면 개략도이다. 도 3b는 도 3a에 도시된 전송 라인들의 대응하는 단부도이다. 이 예에서, 동조 엘리먼트(118)는 메인 전송 라인(110)과 동일한 면 내에 있고, 커플링된 라인(112)은 동조 엘리먼트(118) 아래의(또는 위의) 상이한 면 내에 위치되고, 유전체 재료(120)에 의해 분리되고, 메인 전송 라인(110)으로부터 오프셋된다. 도 3c에 도시된 대안적인 예에서, 동조 엘리먼트(118)는 커플링된 라인(112)과 동일한 면 내에 있을 수 있고, 메인 전송 라인(110)은 동조 엘리먼트(118) 아래의(또는 위의) 상이한 면 내에 위치되고, 유전체 재료(120)에 의해 분리되고, 커플링 라인(112)으로부터 오프셋될 수 있다.
전송 라인들(110, 112), 동조 엘리먼트(118), 및 유전체 재료(120)는 예를 들어, 적층 공정 또는 퇴적 및 에칭 공정에 의해 제조될 수 있다. 도 3b 및 3c에서 알 수 있는 바와 같이, 유전체 재료(120)의 두께는 제1 면과 제2 면 사이의, 그리고 따라서 동조 엘리먼트(118)와 커플링된 라인(112) 또는 메인 전송 라인(110) 사이의 간극 또는 거리를 결정할 수 있다. 이 간극은 라인들 사이의 용량성 및 유도성 커플링에 영향을 주고, 유전체 두께에서의 변경들은 커플링 인자에서의 변경을 야기한다.
도 3a-3c에 예시된 예들에서, 제조 공정 동안, 유전체 재료(120)의 두께에서의 변경들이 존재할 수 있다. 하나의 커플러는 동일한 공정 또는 장비를 사용하여 제조된 또 다른 커플러보다 더 두꺼운 유전체 재료(120)를 가질 수 있거나, 또는 그 역이 성립한다. 유전체 재료의 예시적인 두께는 42 마이크로미터(㎛ 또는 미크론)이고, 통상적으로는 5% 또는 10%만큼 변경할 수 있다. 결과적인 두께의 예시적인 범위는 42㎛의 공칭 의도 두께에 대해 38㎛ 내지 46㎛까지일 수 있다.
특정 경우에서, 제조 공정이 공칭 두께보다 더 적은 두께를 생성하는 경우, 커플링된 라인(112)은 공칭으로 설계된 것보다 메인 전송 라인(110)에 더 가까울 것이다. 이러한 경우, 도 2에 대해 위에서 논의된 바와 같이, 전통적인 커플러에서의 커플링된 라인(112)과 메인 전송 라인(110) 사이의 커플링은 더 클 것이고, 의도된 것보다 더 높은 커플링 인자를 초래할 것이다.
그러나, 본원에 개시되는 실시예들에서, 동조 엘리먼트(118)는 증가한 커플링에 대해 작용하여, 공정 변경들에 대해 커플링 인자를 안정화시킨다. 도 3a-3c의 예들은 접지(122)를 포함하고 이에 의해 동조 엘리먼트(118)는 각각의 단부에서 접지되어, 부분적인 접지 면을 형성하고 커플링된 라인(112) 및/또는 메인 전송 라인(110)과의 접지 효과를 생성한다. 도 3b의 예에서, 감소한 유전체 두께는 메인 전송 라인(110) 및 동조 엘리먼트(118) 모두에 대해 커플링된 라인(112)을 더 가깝게 가져올 것이다. 메인 전송 라인(110)에 대한 더 가까운 근접도는 위에서 논의된 바와 같이, EM 커플링을 증가시키는 경향이 있을 것이지만, 접지된 동조 엘리먼트(118)에 대한 더 가까운 근접도는 반대의 효과를 가질 것이다. 2개의 효과는 서로 상쇄하며, 공정 변경이 유전체 두께를 더 얇아지도록 할 때 더 지속적인 커플링 인자를 산출한다.
유사한 방식으로, 여전히 도 3b의 예에 대해, 공정 변경으로 인한 증가한 유전체 두께는 커플링 라인(112)이 메인 전송 라인(110) 및 동조 엘리먼트(118) 각각으로부터 더 멀어지는 결과를 초래할 것이다. 커플링된 라인(112)이 메인 전송 라인(110)으로부터 더 멀어지는 것의 효과는 커플링을 감소시키는 것인 반면, 커플링된 라인(112)이 동조 엘리먼트(118)로부터 더 멀어지는 것의 효과는 접지 효과가 줄어듦에 따라 커플링을 증가시키는 것이다. 이 두 효과는 서로 무효화하는 경향이 있으며, 공정 변경이 유전체 두께를 더 크도록 할 때 더 지속적인 커플링 인자를 유지한다. 접지(122)를 가지는 동조 엘리먼트(118)의 효과는 일부 커플링된 전력을 접지에 분로시키는 것이다. 동조 엘리먼트(118)는 그것이 다른 엘리먼트들, 즉, 메인 전송 라인(110) 및 커플링된 라인(112)에 더 가까울 때 더 많은 커플링된 전력을 접지에 분로시키고, 더 멀어질 때 더 적은 커플링된 전력을 접지에 분로시킨다.
도 3a-3c의 예시적인 실시예들은 접지로부터의 동조 엘리먼트(118)의 선택적 디커플링을 허용하기 위해 각각의 접지(122)에서의 접지 스위치(124)를 또한 포함할 수 있다. 특정 실시예들은 동조 엘리먼트(118)를 접지시키기 위한 고정된 접속을 포함할 수 있지만, 대안적인 실시예들은 접지 접속으로부터 동조 엘리먼트(118)를 선택적으로 디커플링시키기 위한 하나 이상의 접지 스위치(124)을 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들은 대안적인 노드들, 기준 전압들에, 또는 다른 방식으로 동조 엘리먼트(118)를 선택적으로 접속시키기 위한 스위치들(124)을 또한 포함할 수 있다. 하나 이상의 스위치(124)를 포함하는 실시예들에서, 동조 엘리먼트(118)는 동작으로부터 선택적으로 제거될 수 있고, 이에 의해, 동조 엘리먼트(118)의 보상 효과를, 그것이 필요하지 않을 수 있는 경우, 제거한다. 따라서, 접지들(122)은 특정 실시예들에서 스위칭될 수 있다(124). 추가로, 접지들(122)은 다양한 실시예들에서 상이한 위치들에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 3a-3c에서의 접지들(122)이 동조 엘리먼트(118)의 단부들을 접지에 접속시키는 것으로 도시되지만, 대안적인 실시예들은 추가적인 또는 대안적인 위치들에서, 예컨대, 동조 엘리먼트(118)의 길이를 따르는 접지들(122)을 포함할 수 있고, 측면들, 중간, 또는 다른 어느 곳에 있는 동조 엘리먼트(118)에 커플링될 수 있다.
도 3b의 예시적인 실시예에서, 커플링된 라인(112)은 동조 엘리먼트(118)의 실질적으로 아래에 있으며 메인 전송 라인(110)으로부터 오프셋된다. 다른 실시예들에서, 커플링된 라인(112)은 메인 전송 라인(110)의 실질적으로 아래에 있을 수 있고 동조 엘리먼트(118)로부터 오프셋될 수 있거나, 또는 커플링된 라인(112)은 메인 전송 라인(110) 및 동조 엘리먼트(118)의 각각으로부터 오프셋될 수 있거나, 또는 전송 라인들은 임의의 개수의 방식들로 서로에 대해 달리 배향될 수 있다. 추가로, 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118)가 다양한 형상들을 가질 수 있고 다양한 재료들로 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 메인 전송 라인(110) 및 커플링된 라인(112)은 금속과 같은 전도체로 형성될 수 있고, 동조 엘리먼트(118)는 또한 전도체로 형성될 수 있지만, 대안적으로, 예를 들어, 감소한 두께가 커플링을 증가시키는 경향이 있을 때 메인 전송 라인(110)과 커플링된 라인(112) 사이의 커플링을 감소시키기 위해, 반도체 또는 커플링 인자에 대한 그것의 영향에 기초하여 선택되는 다른 재료로 형성될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118) 중 임의의 것은 다양한 형상들을 가질 수 있고, 특히 직선일 필요도 없고 특별한 면으로 제한될 필요도 없다. 추가로, 다수의 변경들이 이루어져서 커플링 인자에 영향을 줄 수 있고, 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118) 중 임의의 것의 재료, 기하학적 형상(폭, 길이, 형상 등), 위치 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 동조 엘리먼트(118)의 보상 효과를 최적화할 수 있다.
본원에 기술된 바와 같은 공정 변경에 대해 보상 방식으로 수행하거나 기능하기에 적합한 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112) 및 동조 엘리먼트(118)의 임의의 물리적 배열이 다양한 실시예들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 3d 및 3e는 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112) 및 동조 엘리먼트(118)의 대안적인 물리적 배열들을 예시한다. 도 3d 및 3e 각각은 루프로서 구현되는 메인 전송 라인(110)을 예시하고, 커플링된 라인(112)은, 메인 전송 라인(110)에 인접한 루프로서, 그리고 이 예에서 메인 전송 라인(110)과는 상이한 면 내에서, 예를 들어, 그 사이에 유전체를 가지는 상이한 층 상에 구현된다. 도 3d의 예는 접지(122)에 선택적으로 스위칭되는 단부들(124)을 가지는 메인 전송 라인(110)과 동일한 면 내에 루프의 형태인 동조 엘리먼트(118)를 포함한다. 도 3e의 예는 또한 접지(122)에 선택적으로 스위칭되는(124), 접지 면의 형태로 동조 엘리먼트(118)를 포함한다. 대안적인 실시예들은 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112) 및 동조 엘리먼트(118)의 물리적 구조, 재료들, 및 배열들에서의 다수의 변경들을 포함한다.
도 3a-3e가 서로에 대한 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118)의 다양한 물리적 형상들 및 배열들을 예시하는 반면, 도 4는 스택업(400) 내의 이들 엘리먼트들에 대한 위치들의 예를 예시한다. 도 4는 본원에 기술되는 EM 커플러들 중 임의의 것의 예시적인 구성의 일부 양태들을 예시한다. 도 4의 예는 적층 기판(410), 및 적층 기판(410) 상에 장착되고 솔더 범프들(412)을 통해 적층 기판(410)에 전기적으로 접속되는 다이(420)를 포함하는 회로 스택업(400)을 포함한다. 기판(410) 및 다이(420)는, 전도성 비아들을 통해 층들 사이에 상호접속들을 가지는, 유전체에 의해 분리되는 전도체(예를 들어, 금속) 또는 반도체 재료들의 다수의 층들로 각각 이루어진다. 다양한 실시예들에서, 다이(420)는 핀, 소켓, 패드, 볼, 랜드 등과 같은 다른 배열들에 의해 기판(410)에 전기적으로 접속될 수 있다. 다른 실시예들은 적층 기판(410)만 포함하고 다이(420)를 포함하지 않을 수 있다.
도 4의 예에서, EM 커플러의 메인 라인 섹션 및 커플링된 라인 섹션들이 기판(410)의 층들 내에 구현된다. 도 4는 이들의 길이의 범위가 이미지의 면에 대해 직교일 수 있다는 점에서 메인 전송 라인(110) 및 커플링된 라인(112)의 "단면도"를 도시한다. 도시된 바와 같이, 커플링된 라인(112)은 메인 전송 라인(110)의 한 층 아래에 형성되고 메인 전송 라인(110)으로부터 오프셋되고, 도 3b의 배열과 유사하게, 동조 엘리먼트(118) 아래에 그리고 이에 근접하게 형성된다. 실시예들에서, 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 동조 엘리먼트(118)는 메인 전송 라인(110)과 동일한 층 내에 그리고 이에 인접하게 형성될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 메인 전송 라인(110) 및 커플링된 라인(112)은 도면에서 교환될 수 있거나, 또는 서로에 대한 엘리먼트들의 다른 물리적 배열들이 적합할 수 있다. 또한 위에서 논의된 바와 같이, 특정 실시예들에서, 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118) 중 임의의 것은 곡선의 또는 경사진 섹션들을 포함할 수 있고, 직선이 아닐 수 있다. 추가로, 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118)는 기판(410) 또는 다이(420)의 하나 이상의 층 내에 구현될 수 있다. 추가로, 스택업(400)이 기판(410) 및 다이(420)로서 기술되었지만, 스택업(400)은 회로 보드(예를 들어, 410) 및 기판(예를 들어, 420)으로서 등가적으로 기술될 수 있거나, 또는 스택업은 다수의 그리고/또는 추가적인 층을 이루는 구조들을 가질 수 있다. 예를 들어, 멀티-칩 모듈은 기판 및 다수의 다이를 가질 수 있고, 디바이스는 하나 이상의 멀티-칩 모듈이 그에 장착되는 회로 보드를 포함할 수 있다. 본원에 기술되는 EM 커플러들 중 임의의 것의 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118)는 다양한 구조들의 다수의 층들 사이에서 또는 다수의 층들에 걸쳐 구현될 수 있다.
추가로, 스위치, 접지, 필터, 임피던스, 제어 회로, 통신 인터페이스, 및 메모리 뿐만 아니라 다른 컴포넌트들이 또한 스택업 내에서, 회로 보드, 기판, 또는 다이 중 하나 이상의 층에서 구현될 수 있거나, 또는 다양한 층들 사이에 분산될 수 있거나, 또는 스택업에 대해 외부에 있을 수 있거나, 이들의 임의의 조합일 수 있다.
42 ㎛의 유전체 두께가 예시적인 두께로서 제시되었지만, 다른 실시예들은 다른 공칭 두께들을 포함할 수 있고, 공칭 두께들에 대한 기준은 주파수, 주파수 대역들, 및 원하는 커플링 인자들과 같은, 동작 파라미터들 또는 응용예들을 변경하는 것에 의존할 수 있다.
본원에 개시되는 동조 엘리먼트의 이점이 없는 특정 커플러 설계의 시뮬레이트된 성능이 도 5a 내지 5c에 도시된다. 도 5a 내지 5c의 각각은 X-축 상의 주파수들의 범위에 걸친 Y-축 상의 커플링 인자의 그래프를 도시한다. 도 5a는 이 예에 대해 42 ㎛의 공칭 두께보다 더 얇은 38 ㎛의 "얇은" 유전체 두께에 대한 결과들을 도시한다. 도 5b는 42 ㎛의 공칭 유전체 두께에 대한 결과들을 도시한다. 도 5c는 46 ㎛의 더 두꺼운 유전체 두께에 대한 결과를 도시한다. 도 5a 내지 5c 각각에서, 참조 번호(510)는 1 GHz의 주파수에서의 커플링 인자에 대응하고, 참조 번호(520)는 2 GHz의 주파수에서의 커플링 인자에 대응하고, 참조 번호(530)는 3 GHz의 주파수에서의 커플링 인자에 대응한다. 가변적인 유전체 두께들에 대한, 1 GHz, 2 GHz, 및 3 GHz의 이들 특정 주파수들에서의 커플링 인자는 데시벨 단위로, 두 자리까지 반올림하여, 표 1에서 표로 만들어진다.
Figure pct00001
표 1에 관해 알 수 있는 바와 같이, 커플링 인자는 유전체의 두께가 4 ㎛만큼 더 얇을 때 공칭으로부터 약 0.4 dB만큼 감소한다. 유사하게, 커플링 인자는 유전체의 두께가 4 ㎛만큼 더 두꺼울 때 약 0.4 dB만큼 증가한다. 참조를 위해, 0.4 dB 차이는 커플링 인자에서의 변경이 고려되지 않은 경우 전력 측정에서 약 10% 오류를 낼 수 있다.
도 3a-3e에서 도시된 바와 같이, 예를 들어, 본원에 개시된 양태들 및 실시예들에 따라, 동조 엘리먼트(118)를 사용하면, 커플링 인자에서의 변경이 크게 개선될 수 있다. 도 6a 내지 6c의 각각은 위에서와 같이 동일한 유전체 두께들에 대해, 그러나 도 3a-3b의 예시적인 실시예에서와 같이 동조 엘리먼트(118)를 가지는 커플러에 대해, 시뮬레이션으로부터 생성되는, 주파수들의 범위에 걸친 커플링 인자의 그래프이다. 도 6a는 38 ㎛의 유전체 두께에 대한 결과를 도시하는 반면, 도 6b는 42 ㎛의 공칭 유전체 두께에 대한 결과를 도시하고, 도 6c는 46 ㎛의 유전체 두께에 대한 결과를 도시한다. 도 6a 내지 6c의 각각에서, 참조 번호(610)는 1 GHz의 주파수에서의 커플링 인자에 대응하고, 참조 번호(620)는 2 GHz의 주파수에서의 커플링 인자에 대응하고, 참조 번호(630)는 3 GHz의 주파수에서의 커플링 인자에 대응한다. 도 3a-3b의 예시적인 커플러 설계에 대한, 가변적인 유전체 두께들에 대한, 이들 특정 주파수들에서의 커플링 인자들은 데시벨 단위로 다시 두 자리로 반올림되어, 표 2에서 표로 만들어진다.
Figure pct00002
표 2에 관해 알 수 있는 바와 같이, 도 3a-3b의 예시적인 실시예에 대해, 커플링 인자들은 유전체의 두께가 4 ㎛만큼 더 얇을 때 본질적으로 변경되지 않으며, 유전체의 두께가 4 ㎛만큼 두꺼울 때 단지 .06 dB의 최댓값만큼 증가한다. 표 2는, 동조 엘리먼트(118)가 도 3a-3b의 예시적인 실시예에서와 같이 제공될 때, 가변적인 유전체 두께들에 대해, 커플링 인자에서의 훨씬 더 낮은 변경을 도시한다.
위에서 논의된 바와 같이, 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118)는 예를 들어, 전기 전도체들의 직선(선형) 트레이스들일 수 있거나, 또는 비-선형일 수 있다. 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118) 중 하나 이상은 휨 또는 곡선들을 가질 수 있고, 예를 들어, 나선형, 스파이럴, 또는 C-형상일 수 있다. 특정 실시예들에서, 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118) 중 임의의 것 또는 모두는 인덕터 권선들로 형성될 수 있거나, 또는 망, 톱니 등으로 패터닝될 수 있다. 실시예들에서, 원하는 커플링 및 변경들에 대한 보상을 달성하기 위해 임의의 적절한 형상 및 상대적 근접성이 참작된다.
도 3a-3e의 예시적인 실시예들에서, 동조 엘리먼트(118)는 각각의 단부에서 스위칭된(124) 종단 접지(122)를 가지는 것으로 도시된다. 다른 실시예들은 동조 엘리먼트(118)를 따르는 다양한 위치들에서의 접지를 포함할 수 있고, 직접 접속 대신 접지시키거나, 또는 접지로 단락시키기 위한 종단 임피던스들(예를 들어, 1 옴, 5 옴, 또는 10 옴)을 포함할 수 있다. 특정 실시예들은 예를 들어, 동조 엘리먼트(118)를 직접 접지에 또는 하나 이상의 임피던스를 통해 접지에 선택적으로 접속시키기 위해, 전계 효과 트랜지스터(FET)들 또는 마이크로 전자-기계식 스위치(MEMS)로서 구현되는 스위칭된 접속들을 가질 수 있다. 임피던스들은 선택가능하고 그리고/또는 조정가능하여, 추가적인 조정가능성을 허용하고 커스터마이즈가능한 커플링 및 보상 효과를 허용할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 동조 엘리먼트(118)는 접지로의 경로 없이 전기적으로 자유 플로팅할 수 있다. 동조 엘리먼트(118)가 전기적으로 자유 플로팅하는 경우(개방 회로), 그것은 일반적으로 어떠한 효과도 보이지 않을 것이며, 이에 의해 특정 응용예에 대해 필요하지 않을 때 선택적으로 접속해제될 수 있다.
추가로, 메인 전송 라인(110), 커플링된 라인(112), 및 동조 엘리먼트(118) 중 하나 이상은 선택적으로 조정가능한 길이를 가지도록 구획될 수 있다(section). 예를 들어, 스위치들(예를 들어, FET들, MEMS)의 적절한 세트는 전송 라인의 다양한 섹션들을 상호접속시킬 수 있고, 제어기는 스위치들을 제어하고 이에 의해 다수의 방식들로 다양한 섹션들을 선택적으로 접속시켜 하나 이상의 메인 전송 라인(110), 하나 이상의 커플링된 라인(112), 및 하나 이상의 동조 엘리먼트(118)를 형성하여, 동작 파라미터들 또는 응용예들을 변경하는 것에 대해 조정하도록 프로그래밍될 수 있다.
본원에 기술되는 보상된 커플러(100a)의 실시예들은, 예를 들어, 독립형 커플러 모듈, 프론트-엔드 모듈, 보상된 커플러를 안테나 스위칭 네트워크와 결합시킨 모듈, 임피던스 매칭 모듈, 안테나 동조 모듈 등을 포함하는 다양한 상이한 모듈들에서 구현될 수 있다. 도 7은 본원에 논의되는 보상된 커플러들의 실시예들 또는 예들 중 임의의 것을 포함할 수 있는 커플러 모듈의 일 예를 예시한다.
도 7은 보상된 커플러(100a)의 실시예를 포함하는 모듈(700)의 일 예의 블록도이다. 모듈(700)은 기판(702)을 포함하고, 다양한 다이들을 포함할 수 있고, 예를 들어, 보호를 제공하고 더 쉬운 핸들링을 용이하게 하기 위한 오버몰드와 같은 패키징을 포함할 수 있다. 오버몰드는 기판(702) 위에 형성되고, 그 위의 다양한 다이들 및 컴포넌트들을 실질적으로 캡슐화하도록 크기가 정해질 수 있다(dimensioned). 모듈(700)은 커플러(100a)로부터 패키징의 외부로의 접속성을 더 포함하여, 입력 포트 접속(704), 출력 포트 접속(706), 커플링된 포트 접속(708), 및 격리 포트 접속(710)과 같은, 신호 상호접속들을 제공할 수 있다. 접속들(704, 706, 708, 및 710)은 예를 들어, 와이어본드들 또는 솔더 범프들일 수 있다.
본원에 개시된, 임의로 모듈(700) 내로 패키지화된, 보상된 커플러의 실시예들은 다양한 전자 디바이스들에서 유리하게 사용될 수 있다. 전자 디바이스들의 예들은 가전 제품들, 가전 제품들의 부품들, 전자 시험 장비, 기지국과 같은 셀룰러 통신 인프라구조 등을 포함할 수 있다. 전자 디바이스들의 예들은 스마트폰과 같은 모바일 폰, 전화기, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 컴퓨터, 모뎀, 핸드헬드 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 전자 책 리더기, 스마트 워치와 같은 웨어러블 컴퓨터, 개인용 디지털 보조단말(PDA), 전자레인지, 냉장고, 자동차, 스테레오 시스템, DVD 플레이어, CD 플레이어, MP3 플레이어와 같은 디지털 음악 플레이어, 라디오, 캠코더, 카메라, 디지털 카메라, 휴대용 메모리 칩, 건강 관리 모니터링 디바이스, 자동차 전자 시스템 또는 항공 전자 시스템과 같은 차량용 전자 시스템, 세탁기, 건조기, 세탁기/건조기, 주변 디바이스, 손목 시계, 시계 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 전자 디바이스들은 미완성 제품들을 포함할 수 있다.
도 8은 전자 디바이스(800)의 포괄적 예의 개략적 블록도이다. 전자 디바이스(800)는 그 위에 다수의 모듈(820, 830, 840)이 장착된 회로 보드(810)를 포함한다. 회로 보드(810)는 다수의 층을 가질 수 있고, 층들 내에 그리고/또는 회로 보드(810)의 표면 상에 장착된 회로 엘리먼트들 및 상호접속들을 포함할 수 있다. 모듈들(820, 830, 840) 각각은, 그 내에 그리고 그 위에 또한 다양한 회로 엘리먼트들 및 상호접속들이 존재할 수 있는, 다층 기판을 가질 수 있다. 추가로, 모듈들(820, 830, 840)은 표면 실장 다이들, 예를 들어, 다이들(822, 824, 832, 834, 836)을 더 포함할 수 있는데, 이들 각각은 다수의 층을 가질 수 있고 다양한 회로 엘리먼트들 및 상호접속들을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 양태들 및 실시예들에 따른 보상된 EM 커플러(100a)는 셀 폰, 태블릿, 스마트 디바이스, 라우터, 케이블 모뎀, 무선 액세스 포인트 등과 같은 전자 디바이스(800)의 일부로서, 다양한 구조들의 층들, 예를 들어, 회로 보드, 기판들, 및 다이들 중 임의의 것 내에, 그 사이에, 또는 그에 걸쳐 구현될 수 있다.
도 9a-9c는 위에서 논의된 다양한 실시예들에 따른 보상된 EM 커플러(100a)를 포함하는 무선 디바이스들의 예들을 예시한다. EM 커플러(100a)는 트랜시버(920)와 안테나(930) 사이에서 이동하는 RF 신호의 전력의 일부를 추출하도록 구성된다. 일반적으로, EM 커플러(100a)는 양방향성 커플러이다. 예시된 바와 같이, 순방향 또는 전송 방향에서, 전력 증폭기(940)는 RF 신호와 같은 EM 신호를 트랜시버(920)로부터 수신하고, 증폭된 신호를 안테나 스위치 모듈(950) 및 EM 커플러(100a)를 통해 안테나(930)에 제공한다. 유사하게, 수신 방향에서, 수신된 신호는 안테나(930)로부터 EM 커플러(100a), 안테나 스위치 모듈(950), 및 저잡음 증폭기(960)를 통해 트랜시버(920)에 제공된다. 다양한 추가적인 엘리먼트들은 도 9a-9c의 무선 디바이스(900)와 같은 무선 디바이스에 포함될 수 있고, 그리고/또는 일부 실시예들에서, 예시된 엘리먼트들의 서브-조합이 구현될 수 있다.
전력 증폭기(940)는 RF 신호를 증폭시킨다. 전력 증폭기(940)는 임의의 적절한 전력 증폭기일 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기(940)는 단일 스테이지 전력 증폭기, 멀티-스테이지 전력 증폭기, 하나 이상의 바이폴라 트랜지스터에 의해 구현되는 전력 증폭기, 또는 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터에 의해 구현되는 전력 증폭기 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 전력 증폭기(940)는 예를 들어, GaAs 다이, CMOS 다이, 또는 SiGe 다이 상에 구현될 수 있다.
안테나(930)는 증폭된 신호를 전송하고, 신호들을 수신할 수 있다. 예를 들어, 셀룰러 폰, 무선 기지국 등에서, 안테나(930)는 다른 디바이스들에 그리고 다른 디바이스들로부터 RF 신호들을 전송하고 수신할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 다수의 안테나가 사용될 수 있다.
순방향 모드에서 동작하는 경우, EM 커플러(100a)는 전력 증폭기(940)와 안테나(930) 사이에서 이동하는 증폭된 신호의 전력의 일부를 추출할 수 있다. EM 커플러(100a)는 예를 들어, 전력 증폭기(940)로부터 안테나(930)로 이동하는 순방향 전력의 표시를 생성할 수 있다. 역방향 모드에서 동작하는 경우, EM 커플러(100a)는 안테나(930)로부터 전력 증폭기(940) 쪽으로 이동하는 반사된 전력의 표시를 생성할 수 있거나, 또는 외부 소스로부터 안테나(930)에 의해 수신되는 신호의 전력의 일부를 추출할 수 있다. 어느 모드에서든, EM 커플러(100a)는 신호 일부의 전력을 측정함으로써 전력 피드백을 제공하는 신호 일부를 센서(912)에 제공할 수 있다.
도 9a-9c의 무선 디바이스들(900)의 예들은 무선 디바이스의 동작을 위한 전력을 관리하는 트랜시버(920)에 접속되는 전력 관리 시스템(904)을 더 포함한다. 전력 관리 시스템(904)은 베이스밴드 서브-시스템(906) 및 무선 디바이스(900)의 다른 컴포넌트들의 동작을 또한 제어할 수 있다. 전력 관리 시스템(904)은 예를 들어, 배터리(902)로부터 무선 디바이스(900)로 전력을 제공하거나 또는 전력 커넥터로부터 무선 디바이스(900)로 전력을 제공하고, 배터리(902)의 충전 및 방전 사이클들 및/또는 상태를 제어함으로써 배터리(902)의 충전 레벨을 제어함으로써, 무선 디바이스(900) 내의 전력을 관리할 수 있다.
일 실시예에서, 베이스밴드 서브-시스템(906)은 사용자 인터페이스(908)에 접속되어 사용자에게 제공되고 사용자로부터 수신되는 음성 및/또는 데이터의 다양한 입력 및 출력을 용이하게 한다. 베이스밴드 서브-시스템(906)은 또한, 데이터 및/또는 명령들을 저장하여 무선 디바이스(900)의 동작을 용이하게 하고, 그리고/또는 사용자에 대한 정보의 저장을 제공하도록 구성되는 메모리(910)에 접속될 수 있다.
전력 증폭기(940)는 광범위한 RF 또는 다른 주파수-대역 전송 신호들을 증폭시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기(940)는 전력 증폭기의 출력을 펄스화시켜 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN) 신호 또는 임의의 다른 적절한 펄스화된 신호를 전송하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있는 인에이블 신호를 수신할 수 있다. 전력 증폭기(940)는 예를 들어, 모바일용 글로벌 시스템(GSM) 신호, 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 신호, W-CDMA 신호, 롱 텀 에볼루션(LTE) 신호, EDGE 신호 등을 포함하는, 다양한 타입들의 신호 중 임의의 것을 증폭시키도록 구성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 전력 증폭기(940) 및 스위치 등을 포함하는 연관된 컴포넌트들은 예를 들어, pHEMT 또는 BiFET 트랜지스터들을 사용하여 GaAs 기판들 상에, 또는 CMOS 트랜지스터들, 뿐만 아니라 다른 반도체 제조 기술들을 사용하여 실리콘 기판 상에 제조될 수 있다.
도 9a-9c를 여전히 참조하면, 무선 디바이스(900)는 전력 증폭기(940)로부터 전송된 전력 신호들을 측정하기 위한 그리고 하나 이상의 커플링된 신호를 센서 모듈(912)에 제공하기 위한 하나 이상의 지향성 EM 커플러를 가지는 보상된 커플러(100a)를 또한 포함할 수 있다. 센서 모듈(912)은 차례로 전력 증폭기(940)의 전력 레벨을 레귤레이트하기 위한 조정들을 수행하기 위한 피드백으로서 정보를 트랜시버(920)에 그리고/또는 직접 전력 증폭기(940)에 송신할 수 있다. 이러한 방식으로, 보상된 커플러(100a)는 비교적 낮은/높은 전력을 가지는 전송 신호의 전력을 높이는데/감소시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 보상된 커플러(100a)가 다양한 다른 구현예들에서 사용될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
무선 디바이스(900)의 예들 중 임의의 것의 특정 실시예들에서, 무선 디바이스(900)로부터의 전송들은 전력 제한들 및/또는 시간 슬롯들을 규정했을 수 있다. 전력 증폭기(940)는 전력 대 시간의 규정된 제한들 내에서 전력 포락선들을 위아래로 시프트시킬 수 있다. 예를 들어, 특정 모바일 폰에는 특정 주파수 채널에 대한 전송 시간 슬롯이 할당될 수 있다. 이 경우, 전력 증폭기(940)는 할당된 수신 시간 슬롯 동안 전송으로부터 신호 간섭을 방지하고, 전력 소모를 감소시키기 위해, 시간 경과에 따라 하나 이상의 RF 전력 신호의 전력 레벨을 레귤레이트하도록 요구될 수 있다. 이러한 시스템들에서, 보상된 커플러(100a)는 위에서 논의된 바와 같이, 전력 증폭기 출력 신호의 전력을 측정하여 전력 증폭기(940)를 제어하는 것을 보조하기 위해 사용될 수 있다. 도 9a-9c에 도시된 구현예들은 속성상 단지 예시적이고 비-제한적인 것으로 의도된다.
도 9b에 도시된 예는 안테나 스위치 모듈(예를 들어, ASM(950))과 조합된 본원에 기술된 양태들 및 실시예들에 따른 보상된 커플러를 포함하는 조합 모듈(970)을 포함한다. 도 9c에 도시된 예는 프론트 엔드 모듈(모듈(980))로서 보상된 커플러, 안테나 스위치 모듈, 및 전력 증폭기(예를 들어, PA(940))를 함께 포함하는 조합 모듈(980)을 포함한다. 추가적인 실시예들은 하나 이상의 저잡음 증폭기(예를 들어, LNA(960)) 및/또는 센서들(예를 들어, 센서(912))을 더 포함하는 프론트 엔드 모듈을 포함한다.
적어도 하나의 실시예의 몇몇 양태들을 전술하였지만, 다양한 변경들, 수정들 및 개선들이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 용이하게 발생할 것임이 인지되어야 한다. 이러한 변경들, 수정들 및 개선들은 이 개시내용의 일부인 것으로 의도되고, 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 앞의 기재 및 도면들은 단지 예에 불과하다.

Claims (49)

  1. 전자기 커플러로서,
    제1 면 및 제2 면을 가지는 유전체층;
    상기 유전체층의 제1 면에 인접하고 입력 포트와 출력 포트 사이에서 연장하는 제1 전송 라인;
    상기 유전체층의 제2 면에 인접하고 커플링된 포트와 격리 포트 사이에서 연장하는 제2 전송 라인 ― 상기 전자기 커플러는 상기 입력 포트에서 입력 신호를 수신하는 것에 응답하여 상기 커플링된 포트에서 커플링된 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 커플링된 신호의 진폭은 상기 입력 신호의 진폭 곱하기(by) 커플링 인자와 관련됨 ― ; 및
    상기 유전체층의 제1 면 및 제2 면 중 하나에 인접하고 상기 유전충의 두께에서의 변경들의 범위에 걸쳐 상기 커플링 인자를 안정화시키도록 구성되는 동조 엘리먼트
    를 포함하는 전자기 커플러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동조 엘리먼트는 전기적 접지에 단락되는 전자기 커플러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동조 엘리먼트는 임피던스를 통해 접지에 접속되는 전자기 커플러.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 임피던스는 조정가능한 전자기 커플러.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 동조 엘리먼트는 상기 제1 전송 라인 및 상기 제2 전송 라인으로부터 선택적으로 디커플링되도록 구성되는 전자기 커플러.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전송 라인은 상기 제1 전송 라인으로부터 측방으로 오프셋되는 전자기 커플러.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전송 라인은 상기 동조 엘리먼트로부터 측방으로 오프셋되는 전자기 커플러.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전송 라인의 적어도 일부는 상기 제1 전송 라인 및 상기 동조 엘리먼트 중 적어도 하나와의 오버랩 영역을 형성하는 전자기 커플러.
  9. 모듈로서,
    제1항의 전자기 커플러
    를 포함하는 모듈.
  10. 전자 디바이스로서,
    제9항의 모듈
    을 포함하는 전자 디바이스.
  11. 시스템으로서,
    제1항의 전자기 커플러;
    전송 신호를 생성하도록 구성되는 트랜시버; 및
    상기 전자기 커플러의 입력 포트 또는 출력 포트에 접속되며 상기 전자기 커플러와, 상기 트랜시버 또는 안테나 사이에 전송 신호를 지향시키도록 구성되는 안테나 스위치 모듈
    을 포함하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 트랜시버와 상기 안테나 스위치 모듈 사이에 접속되는 전력 증폭기
    를 더 포함하고, 상기 전력 증폭기는 상기 전송 신호를 수신하여 증폭시키도록 구성되는 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 안테나
    를 더 포함하고, 상기 안테나는 상기 전송 신호를 전송하고 수신 신호를 수신하도록 구성되는 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전자기 커플러는 상기 출력 포트에서 상기 수신 신호를 수신하고, 상기 입력 포트에서 수신 신호를 제공하도록 추가로 구성되고, 상기 안테나 스위치 모듈은 상기 트랜시버에 상기 수신 신호를 지향시키도록 추가로 구성되는 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 시스템은 무선 디바이스인 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 무선 디바이스는 센서 모듈, 메모리, 베이스밴드 서브-시스템, 사용자 인터페이스, 및 배터리 중 적어도 하나를 더 포함하는 시스템.
  17. 모듈로서,
    제1항의 전자기 커플러; 및
    상기 전자기 커플러의 입력 포트 및 출력 포트 중 하나에 접속되는 안테나 스위치 모듈
    을 포함하는 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 안테나 스위치 모듈에 접속되는 전력 증폭기
    를 더 포함하고, 상기 안테나 스위치 모듈은 상기 전력 증폭기와 상기 전자기 커플러 사이에 접속되는 모듈.
  19. 무선 디바이스로서,
    제1항의 전자기 커플러; 및
    전송 신호를 생성하고 수신 신호를 수신하도록 구성되는 트랜시버
    를 포함하는 무선 디바이스.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전자기 커플러에 커플링되고 상기 전송 신호를 전송하고 상기 수신 신호를 수신하도록 구성되는 안테나
    를 더 포함하는 무선 디바이스.
  21. 제20항에 있어서,
    센서 모듈, 메모리, 베이스밴드 서브-시스템, 사용자 인터페이스, 및 배터리 중 적어도 하나를 더 포함하는 무선 디바이스.
  22. 전자기 커플러의 커플링 인자를 안정화시키고 제조 공정 변경들을 보상하기 위한 피처들을 가지는 전자기 커플러를 제조하는 방법으로서,
    유전체층을 제공하는 단계;
    상기 유전체층의 제1 면에 인접한 제1 전송 라인을 형성하는 단계 ― 상기 제1 전송 라인은 상기 전자기 커플러의 입력 포트와 출력 포트 사이에서 연장함 ― ;
    상기 유전체층이 제1 전송 라인과 제2 전송 라인 사이에 위치되도록 상기 유전체층의 제2 면에 인접한 제2 전송 라인을 형성하는 단계 ― 상기 제2 전송 라인은 상기 전자기 커플러의 커플링된 포트와 격리 포트 사이에서 연장하고, 상기 제2 전송 라인은, 상기 전자기 커플러가 상기 입력 포트에서 입력 신호를 수신하고 상기 격리 포트에 접속되는 종단 임피던스를 가지는 것에 응답하여 상기 커플링된 포트에서 커플링된 신호를 제공하도록, 상기 제1 전송 라인에 대해 배향됨 ― ; 및
    상기 유전체 재료의 두께의 범위에 걸쳐 상기 커플링 인자를 안정화시키도록 구성되는 동조 엘리먼트를 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 동조 엘리먼트에 대한 전기적 접지 접속을 제공하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 동조 엘리먼트를 상기 전기적 접지에 선택적으로 접속시키도록 구성되는 스위칭 엘리먼트를 제공하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  25. 제조 공정 변경들의 범위에 걸쳐 전자기 커플러의 커플링 인자를 안정화시키는 방법으로서,
    유전체층의 제1 면에 인접하고 입력 포트와 출력 포트 사이에서 연장하는 제1 전송 라인, 상기 유전체층의 제2 면에 인접하고 커플링된 포트와 격리 포트 사이에서 연장하는 제2 전송 라인을 포함하는 전자기 커플러를 제공하는 단계 ― 상기 전자기 커플러는 상기 입력 포트에서 입력 신호를 수신하는 것에 응답하여 상기 커플링된 포트에서 커플링된 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 커플링된 신호의 진폭은 상기 입력 신호의 진폭 곱하기 상기 커플링 인자와 관련됨 ― ; 및
    상기 유전체층의 두께의 범위에 걸쳐 상기 커플링 인자를 안정화시키도록 구성되는 동조 엘리먼트를 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    전기적 접지에 상기 동조 엘리먼트를 선택적으로 접속시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 전기적 접지에 상기 동조 엘리먼트를 선택적으로 접속시키는 것은 조정가능한 임피던스를 통해 상기 동조 엘리먼트를 선택적으로 접지시키는 것을 포함하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 커플링 인자를 측정하는 단계; 및
    미리 결정된 값들의 범위 내에서 상기 커플링 인자를 유지하도록 상기 임피던스를 조정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  29. 전자기 커플러로서,
    각각이 두께에서의 변경의 범위를 가지는 복수의 기판층을 포함하는 다층 유전체 기판;
    상기 복수의 기판층 사이에서 제1 면에 인접하고 입력 포트와 출력 포트 사이에서 연장하는 메인 전송 라인;
    상기 복수의 기판층들 사이에서 제2 면에 인접하고 커플링된 포트와 격리 포트 사이에서 연장하는 커플링된 라인 ― 상기 전자기 커플러는 상기 입력 포트에서 입력 신호를 수신하는 것에 응답하여 상기 커플링된 포트에서 커플링된 신호를 제시하도록 구성되고, 상기 커플링된 신호의 진폭은 상기 입력 신호의 진폭 곱하기 커플링 인자와 관련되고 상기 메인 전송 라인 및 상기 커플링된 라인은 상기 복수의 기판층 중에서 적어도 하나의 기판층에 의해 서로 분리됨 ― ; 및
    상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 하나에 인접하며 상기 적어도 하나의 기판층의 두께에서의 변경들의 범위에 걸쳐 커플링 인자를 안정화시키도록 구성되는 동조 엘리먼트
    를 포함하는 전자기 커플러.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 동조 엘리먼트는 전기적 접지에 단락되는 전자기 커플러.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 동조 엘리먼트는 임피던스를 통해 접지에 접속되는 전자기 커플러.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 임피던스는 조정가능한 전자기 커플러.
  33. 제29항에 있어서,
    상기 동조 엘리먼트는 상기 메인 전송 라인 및 상기 커플링된 라인으로부터 선택적으로 디커플링되도록 구성되는 전자기 커플러.
  34. 제29항에 있어서,
    상기 커플링된 라인은 상기 메인 전송 라인으로부터 측방으로 오프셋되는 전자기 커플러.
  35. 제29항에 있어서,
    상기 커플링된 라인은 상기 동조 엘리먼트로부터 측방으로 오프셋되는 전자기 커플러.
  36. 제29항에 있어서,
    상기 커플링된 라인의 적어도 일부는 상기 메인 전송 라인 및 상기 동조 엘리먼트 중 적어도 하나와의 오버랩 영역을 형성하는 전자기 커플러.
  37. 모듈로서,
    제29항의 전자기 커플러
    를 포함하는 모듈.
  38. 전자 디바이스로서,
    제37항의 모듈
    을 포함하는 전자 디바이스.
  39. 시스템으로서,
    제29항의 전자기 커플러;
    전송 신호를 생성하도록 구성되는 트랜시버; 및
    상기 전자기 커플러의 입력 포트 또는 출력 포트에 접속되며 상기 전자기 커플러와, 상기 트랜시버 또는 안테나 사이에 전송 신호를 지향시키도록 구성되는 안테나 스위치 모듈
    을 포함하는 시스템.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 트랜시버와 상기 안테나 스위치 모듈 사이에 접속되는 전력 증폭기
    를 더 포함하고, 상기 전력 증폭기는 상기 전송 신호를 수신하여 증폭시키도록 구성되는 시스템.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 안테나
    를 더 포함하고, 상기 안테나는 상기 전송 신호를 전송하고 수신 신호를 수신하도록 구성되는 시스템.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 전자기 커플러는 상기 출력 포트에서 상기 수신 신호를 수신하고 상기 입력 포트에서 수신 신호를 제공하도록 추가로 구성되고, 상기 안테나 스위치 모듈은 상기 트랜시버에 상기 수신 신호를 지향시키도록 추가로 구성되는 시스템.
  43. 제39항에 있어서,
    상기 시스템은 무선 디바이스인 시스템.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 무선 디바이스는 센서 모듈, 메모리, 베이스밴드 서브-시스템, 사용자 인터페이스, 및 배터리 중 적어도 하나를 더 포함하는 시스템.
  45. 모듈로서,
    제29항의 전자기 커플러; 및
    상기 전자기 커플러의 입력 포트 및 출력 포트 중 하나에 접속되는 안테나 스위치 모듈
    을 포함하는 모듈.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 안테나 스위치 모듈에 접속되는 전력 증폭기
    를 더 포함하고, 상기 안테나 스위치 모듈은 상기 전력 증폭기와 상기 전자기 커플러 사이에 접속되는 모듈.
  47. 무선 디바이스로서,
    제29항의 전자기 커플러; 및
    전송 신호를 생성하고 수신 신호를 수신하도록 구성되는 트랜시버
    를 포함하는 무선 디바이스.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 전자기 커플러에 커플링되고 상기 전송 신호를 전송하고 상기 수신 신호를 수신하도록 구성되는 안테나
    를 더 포함하는 무선 디바이스.
  49. 제48항에 있어서,
    센서 모듈, 메모리, 베이스밴드 서브-시스템, 사용자 인터페이스, 및 배터리 중 적어도 하나를 더 포함하는 무선 디바이스.
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