KR20220015393A - 반이중 트랜시버들을 위한 송수신 포트 - Google Patents

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하리크리슈나 파르싸사라씨
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텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

반이중 트랜시버(300)가 안테나(202), 안테나에 커플링되는 안테나측 변압기 권선(210), 및 안테나측 변압기 권선에 의해 안테나에 커플링되는 저잡음 증폭기(222)를 포함한다.

Description

반이중 트랜시버들을 위한 송수신 포트
디지털 무선 통신 시스템들, 유선 통신 시스템들, 및 연관된 애플리케이션들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 통신 시스템들이 통신 목적으로 반이중 트랜시버들을 이용한다. 전형적인 반이중 트랜시버에서, 데이터는 상이한 기간들에서 송신되고 수신된다. 특정한 반이중 트랜시버들에서, 다양한 무선 송신 프로토콜들(예컨대, 802.11b/g WiFi)이 추가 핀을 자유롭게 하기 위하여 트랜시버 상의 송신 포트와 수신 포트를 결합한다(결과적인 포트는 "Tx-Rx 포트"임). Tx-Rx 포트는, 무선 신호들을 송신하고 수신하기 위해, 예를 들어 본드 와이어 커플링에 의해, 안테나에 커플링된다. 트랜시버가 무선 신호들을 수신하도록 구성되는 기간들 동안, 이러한 수신된 신호들은 전력 증폭기 발룬(balun) 변압기의 이차측에서 용량성 커플링에 의해 안테나에서부터 증폭기(예컨대, 저잡음 증폭기(low-noise amplifier)(LNA))로 송신된다. 용량성 커플링은 안테나와 LNA 사이의 매칭 네트워크의 일부로서 역할을 한다. 그러나, 용량성 커플링은 잡음 지수(noise figure)를 증가시키고(또는 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio)(SNR)의 저하) 본드 와이어 인덕턴스의 변동들에 민감하다.
본 개시의 적어도 하나의 예에 따라, 반이중 트랜시버가 안테나, 안테나에 커플링되는 안테나측 변압기 권선, 및 안테나측 변압기 권선에 의해 안테나에 커플링되는 저잡음 증폭기를 포함한다.
본 개시의 다른 예에 따라, 반이중 트랜시버가 안테나와 안테나에 커플링되는 안테나측 변압기 권선을 포함한다. 반이중 트랜시버는 저잡음 증폭기가 안테나측 변압기 권선에 의해 안테나에 커플링되는 수신 모드에서 동작하도록 구성된다.
본 개시의 또 다른 예에 따라, 안테나측 변압기 권선에 커플링되는 안테나를 포함하는 반이중 트랜시버를 동작시키는 방법이, 안테나측 변압기 권선에 의해 저잡음 증폭기를 안테나에 커플링함으로써 수신 모드에서 반이중 트랜시버를 동작시키는 단계를 포함한다.
다양한 예들의 상세한 설명을 위해, 첨부 도면들이 이제 참조될 것이며, 도면들 중:
도 1은 다양한 예들에 따른 예시적인 통신 시스템의 블록도를 도시하며;
도 2는 다양한 예들에 따른 회로 개략적 엘리먼트들을 포함하는 반이중 트랜시버의 블록도를 도시하며;
도 3은 다양한 예들에 따른 반이중 트랜시버의 회로 개략도를 도시하며;
도 4는 다양한 예들에 따른 예시적인 스미스 차트를 도시하며;
도 5는 다양한 예들에 따른 주파수의 함수로서 잡음 계수(noise factor) 및 전력 손실의 예시적인 그래프를 도시하며; 그리고
도 6은 다양한 예들에 따른 반이중 트랜시버를 동작시키기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
위에서 설명된 안테나와 LNA 사이의 용량성 커플링에 의해 야기되는 증가된 잡음 지수를 완화함으로써 잡음 성능을 개선하는 것 외에도, 반이중 무선 트랜시버들의 소비 전력을 절약하는 것이 또한 바람직하다. 본 개시의 예들은 안테나와 LNA 사이의 커플링으로서 인덕터를 이용함으로써 전술한 바를 해결한다. 예들에서, 인덕터는 안테나의 임피던스를 LNA에 대한 최적 소스 임피던스로 변환하는 매칭 네트워크의 적어도 일부이다.
인덕터는 전력 증폭기 발룬 변압기의 이차 또는 안테나측 권선을 통해 안테나에 커플링한다. 인덕터는 LNA에 또한 커플링된다. 용량성 매칭 네트워크를 유도성 매칭 네트워크로 대체함으로써, 잡음 지수는 감소된다. 예를 들어, 그리고 도 4에 관해 아래에서 더 설명될 바와 같이, 안테나와 LNA 사이의 커플링으로서 인덕터를 사용하는 것은 잡음 원과 교차하는 소스 임피던스 값이 커플링 디바이스로서 커패시터를 사용할 때 이용 가능할 것보다 낮은 값을 가지게 한다.
일부 예들에서, 매칭 네트워크는 안테나를 LNA에 커플링시키는 인덕터 외에도 컴포넌트들을 포함하며, 이들 컴포넌트들은 소스 임피던스를 Gmin(예컨대, 최적 소스 임피던스)에 더 가깝게 이동시킨다. 인덕터를 안테나와 LNA 사이의 커플링으로서 사용하는 경우, 매칭 네트워크의 추가적인 컴포넌트들은 커패시터를 커플링 디바이스로서 사용할 때 매칭 네트워크의 추가적인 컴포넌트들보다 Gmin을 근사화하기 위해 더 적은 추가적인 인덕턴스를 추가할 수 있다. 게다가, 발룬 변압기의 증폭기측 권선에 커플링하는 수신된 신호로 인한 손실이 감소하며, 이는 LNA의 이득을 효과적으로 증가시킨다. 그 결과, 유사한 이득 및 잡음 성능을 위해, 반이중 트랜시버 전류 소비는 감소된다. 반이중 트랜시버는 또한 본드 와이어 인덕턴스에서의 변동들에 덜 민감한데, 왜냐하면 이 값이 안테나와 LNA 사이의 커플링으로서 인덕터를 포함하는 매칭 네트워크의 전체 인덕턴스의 비교적 작은 백분율이기 때문이며, 이는 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 다양한 예들이 구현될 수 있는 통신 시스템(100)의 블록도를 묘사한다. 도 1의 이 넓은 레벨의 표현에서, 통신 시스템(100)은 신호들을 송신하고 수신하도록 설계되는 트랜시버로서 도시된다. 통신 시스템(100)의 예들은 가입국, 무선 디바이스, 셀룰러 전화기, 무선 전화기, 핸드헬드 양방향 라디오, 세션 개시 프로토콜(Session Initiation Protocol)(SIP) 폰, 무선 가입자 회선(wireless local loop)(WLL) 스테이션, 개인 정보 단말기(personal digital assistant)(PDA), 무선 연결 능력을 갖는 핸드헬드 디바이스, 무선 모뎀 고정 전화기 시스템들에 연결되는 다른 프로세싱 디바이스, 통신 능력들을 갖는 모바일 컴퓨터 또는 미디어 플레이어들, 및 다른 통신 디바이스들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 통신 시스템(100)은 송신기 서브시스템(104) 및 수신기 서브시스템(106)을 포함하는 트랜시버 서브시스템(102)과, 안테나(110)를 포함한다. 일 예에서, 통신 시스템(100)은 또한 국부 발진기(local oscillator)(LO) 서브시스템(108)을 포함하며, LO 서브시스템은 LO 신호(또는 LO 신호로부터 도출되는 신호)를 송신기 서브시스템(104) 및 수신기 서브시스템(106)에 제공한다.
일 예에서, 트랜시버 서브시스템(102)은 데이터를 송신하기 위한 송신기 서브시스템(104)과 데이터를 수신하기 위한 수신기 서브시스템(106)을 포함하는 반이중 트랜시버이다. 송신기 서브시스템(104) 및 수신기 서브시스템(106)의 일부 컴포넌트들은 공통 컴포넌트일 수 있다. 송신기 서브시스템(104)과 수신기 서브시스템(106)은 각각 데이터의 송신 및 수신을 위한 상이한 시간 간격들에서 동작하도록 구성된다. 예를 들어, 트랜시버 서브시스템(102)의 송신 페이즈 동안, 송신기 서브시스템(104)은 액티브 상태에 있고 수신기 서브시스템(106)은 인액티브 상태에 있다. 트랜시버 서브시스템(102)의 수신 페이즈 동안, 수신기 서브시스템(106)은 액티브 상태에 있고 송신기 서브시스템(104)은 인액티브 상태에 있다.
도 2는 더 상세하게는 송신기 서브시스템(104)과 수신기 서브시스템(106)을 포함하는 반이중 트랜시버(200)를 도시하며, 특정한 회로 엘리먼트들이 묘사되어 있다. 송신기 서브시스템(104)은 전력 증폭기(212)에 커플링되는 송신기 체인(211)를 포함한다. 전력 증폭기(212)는 발룬 변압기(206)의 증폭기측 권선(208)에 인가되는 차분 신호를 생성하도록 구성된다. 발룬 변압기(206)는 또한 안테나측 권선(210)을 포함하며, 안테나측 권선은 안테나(202)에 커플링된다. 전력 증폭기(212)가 차분 신호를 증폭기측 권선(208)에 인가할 때, 발룬 변압기(206)는 그 차분 신호를 안테나측 권선(210)의 단일종단 신호로 변환하도록 동작하며, 단일종단 신호는 그 다음에 안테나(202)를 통해 송신된다.
수신기 서브시스템(106)은 저잡음 증폭기(LNA)(222)에 커플링되는 수신기 체인(223)을 포함한다. 본 개시의 예들은 LNA(222)를 임의의 특정 토폴로지 또는 설계로 제한하지 않고; 오히려, LNA(222)는 소스 축퇴(degeneration)를 갖는 공통 게이트 또는 공통 소스와 같은 다양한 알려진 토폴로지들을 포함할 수 있으며, 이는 도 3에 도시된다. LNA(222)는 매칭 네트워크(216)에 커플링되고 매칭 네트워크(216)로부터 수신된 RF 신호들을 증폭한다. LNA(222)와 매칭 네트워크(216)는 증폭 기능(예컨대, LNA(222)에 의해 수행됨)과 임피던스 매칭 기능(예컨대, 매칭 네트워크(216)에 의해 수행됨) 사이의 구분을 예시하기 위해 도 2에서 개별적으로 언급된다. 그러나, 특정한 컴포넌트들(예컨대, 트랜지스터들 및 인덕터들과 같은 컴포넌트들이며, 이는 도 3에 관해 아래에서 추가로 설명됨)이 LNA(222)의 증폭 기능 및 매칭 네트워크(216)의 임피던스 매칭 기능 둘 다에 기여한다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, LNA(222) 및 매칭 네트워크(216)가 도 2에서 개별적으로 도시되지만, 이들 기능 블록들의 서브컴포넌트들이 반드시 서로 배타적이거나 또는 별개인 것은 아니다.
매칭 네트워크(216)는 결국 안테나측 권선(210)에 커플링된다. 송수신 스위치(Tx-Rx 스위치)(214)가 안테나측 권선(210)과 매칭 네트워크(216) 사이의 노드(215)를 접지 노드에 선택적으로 커플링하도록 구성된다. 이 예에서, Tx-Rx 스위치(214)는 n형 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)(MOSFET)이다. 따라서, 일 예에서, Tx-Rx 스위치(214)의 게이트에 인가된 신호(EN)가 어써트(assert)될 때, Tx-Rx 스위치(214)는 도통되고 노드(215)를 접지 노드에 커플링시킨다. 반대로, EN 신호가 디어써트(de-assert)될 때, Tx-Rx 스위치(214)는 도통되지 않고 접지 노드로부터 노드(215)를 격리시킨다.
위에서 설명된 바와 같이, 다양한 무선 송신 프로토콜들(예컨대, 802.11b/g WiFi)이 추가 핀을 자유롭게 하기 위하여 트랜시버 상의 송신 포트와 수신 포트를 결합한다(결과적인 포트는 "Tx-Rx 포트"임). 도 2의 예에서, 안테나(202)는 이러한 단일 Tx-Rx 포트(203)에 커플링된다. 본 개시의 예들은 임의의 반이중 시스템에 적용될 수 있다.
송신기 서브시스템(104)은 반이중 트랜시버(200)가 송신하고 있는 기간들 동안 액티브이다. 안테나(202)를 통해 신호의 송신을 이루기 위해, 송신기 체인(211)은 RF 송신 신호들의 생성을 가능하게 하는 적합한 로직, 회로부, 및/또는 실행가능 명령어들을 포함한다. 송신기 체인(211)으로부터의 생성된 RF 송신 신호들은 전력 증폭기(212)의 입력에 커플링된다. 전력 증폭기(212)는 자신의 입력에서 신호를 증폭하기 위해 적합한 로직, 회로부, 및/또는 실행가능 명령어들을 포함한다. 일 예에서, RF 송신 신호들은 안테나(202)에서 수신되는 RF 신호의 파워 레벨보다 더 높은 파워 레벨에서 안테나(202)에 의해 송신되고, 따라서 전력 증폭기(212)는 입력으로서 RF 송신 신호들을 수신하며, 그 RF 송신 신호들을 증폭하고 증폭된 RF 송신 신호들을 발룬 변압기(206)의 증폭기측 권선(208)에 제공한다. 증폭기측 권선(208)은 전기 에너지를 안테나측 권선(210)에 (예컨대, 자기 커플링에 의해) 전달하며, 안테나측 권선은 결국 그 신호를 무선 송신을 위해 안테나(202)에 제공한다.
반이중 트랜시버(200)가 송신하고 있는 기간들 동안, EN 신호는 어써트되고 따라서 Tx-Rx 스위치(214)는 도통되고 노드(215)를 접지 노드에 커플링한다. 증폭된 RF 송신 신호들의 진폭은 크며, 이는 예를 들어 LNA(222)를 손상시킬 수 있다. 이러한 손상을 피하기 위해, Tx-Rx 스위치(214)는 안테나측 권선(210)에서부터 접지 노드로의 연결을 제공함으로써, 매칭 네트워크(216)로부터, 그리고 따라서 LNA로부터 안테나측 권선(210)을 충분히 디커플링시킨다.
반이중 송신기(200)가 수신하고 있는 기간들 동안, EN 신호는 디어써트되고 따라서 Tx-Rx 스위치(214)는 도통되지 않고 접지 노드로부터 노드(215)를 격리시킨다. 그 결과, 안테나측 권선(210)은 매칭 네트워크(216)에 커플링되고, 결국 LNA(222)에 커플링된다. 따라서, 안테나측 권선(210)은 안테나(202)가 안테나측 권선(210)에 의해 LNA(222)에 커플링되기 때문에 유도성 신호 커플링으로서 기능을 한다. RF 신호들은 안테나(202)에서 수신되고 안테나측 권선(210) 및 매칭 네트워크(216)를 통해 LNA(222)에 전달된다. LNA(222)는 수신된 RF 신호들을 증폭하고, 증폭된 수신 RF 신호들은 LNA(222)의 출력에서 수신기 체인(223)에 제공된다. 수신기 체인(223)은 수신된 RF 신호들의 프로세싱을 가능하게 하는 적합한 로직, 회로부, 및/또는 실행가능 명령어들을 포함한다.
매칭 네트워크(216)는 안테나(202)의 임피던스를 LNA(222)를 위한 최적 소스 임피던스로 변환하면서 안테나(202)로부터의 수신된 RF 신호들을 LNA(222)에 전달하도록 구성된다. 수신기 서브시스템(106)의 전류 소비 및 잡음 계수를 감소시키도록 매칭 네트워크(216)를 설계하는 것이 바람직하다. 본드 와이어 인덕턴스에서의 변동들에 대한 민감도를 줄이는 것이 더 바람직하다. 이들 인자들은 도 3을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 3은 반이중 트랜시버(300)의 예시적인 회로 개략도를 도시한다. 도 2의 반이중 트랜시버(200)와 같이, 반이중 트랜시버(300)는 또한 송신기 서브시스템(104)과 수신기 서브시스템(106)을 포함한다. 도 3에서, 송신기 체인(211), 전력 증폭기(212), 발룬 변압기(206) (및 그것의 권선들(208, 210)), 안테나(202), Tx-Rx 포트(203), Tx-Rx 스위치(214), LNA(222), 및 수신기 체인(223)을 포함하여, 도 2에 관해 설명된 것들과 유사한 번호들을 갖는 엘리먼트들은 유사한 방식으로 기능을 한다.
반이중 트랜시버(300)는 발룬 변압기(206)의 안테나측 권선(210) 및 안테나(202)에 커플링되는 인덕터(304)에 의해 표현되는 본드 와이어 인덕턴스의 존재를 추가로 보여준다. 바이어스 전압 소스(318)와 바이어스 저항기(320)는 LNA(222)의 입력에 커플링되고, 수신된 RF 신호들의 적절한 증폭을 허용하기 위해 직류(DC) 전압을 LNA(222)의 입력에 제공하도록 구성된다. 이 예에서, LNA(222)는 게이트, 소스, 및 드레인을 각각이 갖는 제1 n형 MOSFET(322) 및 제2 n형 MOSFET(323)를 포함한다. 제1 n형 MOSFET(322)의 소스는 소스 축퇴 인덕터(324)에 커플링되며, 이는 결국 접지 노드에 커플링된다. 제1 n형 MOSFET(322)의 게이트는 게이트 인덕터(321)에 커플링되고 LNA(222)의 입력으로서 기능을 하는 한편, 제1 n형 MOSFET(322)의 드레인은 제2 n형 MOSFET(323)의 소스에 커플링된다. 제2 n형 MOSFET(323)의 게이트는 전압 소스에 커플링되며, 이 전압 소스는 단순화를 위해 도시되지 않지만 제2 n형 MOSFET(323)의 게이트에 바이어스하기 위한 전압 Vb를 제공한다. 제2 n형 MOSFET(323)의 드레인은 수신기 체인(223)에 커플링되고 증폭된 수신 RF 신호들을 추가적인 프로세싱을 위해 수신기 체인(223)에 제공한다. 제2 n형 MOSFET(323)의 드레인은 또한 부하 인덕터(325)에 커플링되며, 부하 인덕터는 결국 이 예에서 VDD에 의해 표현되는 공급 전압 노드에 커플링된다. 도 2에 관해 위에서 설명된 바와 같이, LNA(222)의 컴포넌트들은 또한 수신기 서브시스템(106)의 임피던스 매칭 기능에 기여할 수 있다. 예를 들어, 게이트 인덕터(321)와 소스 축퇴 인덕터(324)는 LNA(222) 토폴로지의 일부가 되는 것에 더하여 임피던스 매칭 기능을 제공한다. 마찬가지로, n형 MOSFET들(322, 323)은 또한 LNA(222) 토폴로지의 일부가 되는 것에 더하여 임피던스 매칭 기능을 제공한다.
제1 n형 MOSFET(322)는 자신의 트랜스컨덕턴스와 이 예에서 게이트 인덕터(321) 및 소스 축퇴 인덕터(324)에 의해 표현되는 매칭 네트워크(216)의 품질 계수(quality factor)에 비례하는 전류를 제공한다. 이 증폭된 전류는 제2 n형 MOSFET(323)를 통해 그리고 부하 인덕터(325) 안으로 흐르며, 결과적으로 n형 MOSFET(322)의 게이트에서의 신호 전압에 비례하는 Vout에서의 전압 이득이 발생하며, 이는 수신기 체인(223)에 의해 수신되고 프로세싱된다. 따라서, LNA(222)의 이득은 n형 MOSFET(322)의 트랜스컨덕턴스뿐만 아니라 부하 인덕터(325) 및 매칭 네트워크(216)(예컨대, 게이트 인덕터(321) 및 소스 축퇴 인덕터(324))의 품질 계수에 의해 영향을 받는다. 위에서 설명된 바와 같이, Gmin을 성취하기 위해 매칭 네트워크(216)에 의해 제공될 것이 요구되는 인덕턴스가, 인덕터로서 기능을 하는 안테나측 권선(210)을 신호 커플링 엘리먼트로서 사용할 때, 용량성 커플링 엘리먼트를 사용할 때보다 낮기 때문에, LNA(222)의 이득은 또한 개선된다.
일 예에 따라, 안테나(202)에서부터 LNA(222)으로의 신호 커플링은 인덕터로서 기능을 하는 안테나측 권선(210)에 의해 제공된다. 특히, 안테나측 권선(210)은 LNA(222)의 입력(예컨대, 게이트 인덕터(321)를 통해 제1 n형 MOSFET(322)의 게이트)에 그리고 안테나(202)에 커플링된다.
위에서 설명된 바와 같이, 본드 와이어가 안테나(202)를 발룬 변압기(206)의 안테나측 권선(210)에 커플링하는데 사용될 수 있다. 이러한 본드 와이어 커플링은, 수신기 서브시스템(106)의 잡음 성능에 영향을 미치는, 프로세스 허용오차의 함수로서 가변할 수 있는 자신의 인덕턴스 컴포넌트(304)를 갖는다. 그러나, 안테나측 권선(210) 및 게이트 인덕터(321)의 합 값은 본드 와이어 인덕턴스(304)보다 훨씬 크다. 따라서, 안테나측 권선(210)을 안테나(202)에서부터 LNA(222)의 입력으로의 신호 커플링으로서 사용함으로써, 본드 와이어 인덕턴스(304)에서의 변동들은 수신기 서브시스템(106)의 잡음 성능에 대한 영향을 감소시킨다. 하나의 예에서, 안테나측 권선(210) 및 인덕터(316)는 대략 4nH의 인덕턴스를 가질 수 있는 반면, 본드 와이어 인덕턴스(304)는 대략 1nH이고 수신된 RF 신호들의 주파수에 기초하여 +/- 10% (0.1nH)까지 가변한다. 따라서, 안테나(202)에서부터 LNA(222)까지의 신호 경로에서의 전체 인덕턴스는 대략 4.9-5.1nH로 가변하며, 이는 단지 2%의 변동이다. 본드 와이어 인덕턴스(304)에서의 변동들의 영향이 감소한 결과로서, 수신기 서브시스템(106)의 전체 잡음 성능은 본드 와이어 인덕턴스(304)의 변동 범위 전체에 걸쳐 개선된다.
본드 와이어 인덕턴스(304)에서의 변동들에 대한 성능 의존도들을 줄이는 것에 더하여, 안테나측 권선(210)에서부터 LNA(222)의 입력으로의 신호 커플링으로서 인덕터(312)를 사용하면 또한, 도 4 및 도 5에 관해 더 설명되는 바와 같이, LNA(222)의 잡음 계수뿐만 아니라 수신기 서브시스템(106)의 전류 소비를 개선시킨다. 도 4는 각각 2, 2.5, 3, 및 3.5dB의 LNA(222) 잡음 지수들에 대응하는 잡음 지수 원들(402, 404, 406, 408)을 갖는 스미스 차트(400)를 도시한다. 스미스 차트(400)는 LNA(222)에 대한 "Gmin"에 대응하는 주파수(예컨대, 2.3-2.5 GHz)의 함수로서 임피던스 곡선(410)을 포함한다. 스미스 차트(400)는 또한 안테나측 권선(210)을 안테나(202)와 LNA(222)의 입력 사이의 신호 커플링으로서 이용하는 것에 대응하는 주파수의 함수로서 임피던스 곡선(412)을 포함한다. 마지막으로, 스미스 차트(400)는 커패시터를 안테나(202)와 LNA(222)의 입력 사이의 신호 커플링으로서 이용하는 것에 대응하는 주파수의 함수로서 임피던스 곡선(414)을 포함한다.
알 수 있는 바와 같이, 유도성 신호 커플링으로서 기능을 하는 안테나측 권선(210)에 대응하는 임피던스 곡선(412)은 잡음 지수의 측면에서 용량성 신호 커플링에 대응하는 임피던스 곡선(414)보다 대략 1 dB 더 양호하다. 게다가, LNA(222)에 대한 최적의 소스 임피던스를 나타내는 잡음 지수 원(402)에서 멀리 있는 임피던스 곡선은 그 임피던스 곡선을 잡음 지수 원(402) 안으로 회전시키기 위해 더 많은 인덕턴스를 요구한다. 예들에서, 매칭 네트워크에서 인덕턴스를 증가시키는 것은 매칭 네트워크를 통해 전파되는 RF 신호들에 추가 잡음을 도입한다. 따라서, LNA(222)에 대한 최적의 소스 임피던스를 성취하기 위해, 용량성 신호 커플링을 사용하는 매칭 네트워크는 더 많은 인덕턴스를 요구하고, 안테나측 권선(210)의 유도성 신호 커플링을 사용하는 매칭 네트워크보다 더 많은 잡음을 도입한다.
안테나(202)와 LNA(222)의 입력 사이에 안테나측 권선(210)의 유도성 신호 커플링을 사용함으로써 성취되는 개선된 잡음 성능에 더하여, 수신기 서브시스템(106)의 전류 소비가 또한 감소된다. 도 5는 용량성 신호 커플링을 사용하는 것 및 안테나측 권선(210)의 유도성 신호 커플링을 사용하는 것 둘 다로부터 초래되는 주파수의 함수로서 잡음 계수 및 전력 손실을 입증하는 한 세트의 파형들(500)을 도시한다. 그 파형들(500)은 용량성 신호 커플링을 사용할 때 주파수의 함수로서 잡음 계수를 보여주는 파형(502)과 위에서 설명된 바와 같은 안테나측 권선(210)의 유도성 신호 커플링과 같은 유도성 신호 커플링을 위한 주파수의 함수로서 잡음 계수를 보여주는 파형(504)을 포함한다. 파형들(500)은 발룬 변압기(206)의 증폭기측 권선(210)에 커플링되는 수신된 신호로 인한 전력 손실을 유도성 신호 커플링, 이를테면 위에서 설명된 바와 같은 안테나측 권선(210)의 유도성 신호 커플링에 대한 주파수의 함수로서 보여주는 파형(506)을 또한 포함한다. 그 파형들(500)은 발룬 변압기(206)의 증폭기측 권선(210)에 커플링되는 수신된 신호로 인한 전력 손실을 용량성 신호 커플링에 대한 주파수의 함수로서 보여주는 파형(508)을 더 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 2.4GHz(예컨대, 파형들(502, 504)의 교차점)에서의 대략 동등한 잡음 계수 성능에 대해, 파형(506)에 의해 도시된 유도성 신호 커플링에 대한 전력 손실이 파형(508)에 의해 도시된 용량성 신호 커플링에 대한 전력 손실 미만이다. 개선된 잡음 성능을 제공하는 유도성 신호 커플링으로 인해, 도 4에서 보이고 위에서 설명된 바와 같이, LNA(222) 전류 소비(와 따라서 반이중 트랜시버(300) 전류 소비)는 감소되면서, 동시에 용량성 신호 커플링을 사용하여 반이중 트랜시버들에 필적하는 잡음 성능을 여전히 제공한다.
도 6은 반이중 트랜시버(예컨대, 위에서 설명된 반이중 트랜시버(300))를 동작시키기 위한 방법(600)을 도시한다. 반이중 트랜시버(300)는 안테나측 변압기 권선(210)에 커플링되는 안테나(202)를 포함한다. 그 방법(600)은 저잡음 증폭기(예컨대, LNA(222))를 안테나(202)에 안테나측 변압기 권선(210)에 의해 커플링함으로써 수신 모드에서 반이중 트랜시버(300)를 동작시키는 것으로 블록 602에서 시작한다. 이런 식으로, 유도성 신호 커플링이 안테나(202)와 LNA(222) 사이에 제공되며, 이는 위에서 설명된 바와 같이 반이중 트랜시버(300)의 성능을 개선시킨다. 그 방법(600)은 옵션적으로는 안테나측 변압기 권선(210)으로부터 저잡음 증폭기(예컨대, LNA(222))를 디커플링함으로써 송신 모드에서 반이중 트랜시버(300)를 동작시키는 것으로 블록 604에서 계속한다. 위에서 설명된 바와 같이, 송수신 스위치(214)는 이러한 송신 및 수신 모드들에서 동작들을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 수신 모드 동안, 송수신 스위치(214)는 도통하지 않도록 제어되며, 이는 안테나측 변압기 권선(210)을 LNA(222)에 커플링시킨다. 송신 모드 동안, 송수신 스위치(214)는 도통하도록 제어되며, 이는 안테나측 변압기 권선(210)과 LNA(222) 사이의 노드(215)를 접지 노드에 커플링시켜, 안테나측 변압기 권선(210)으로부터 LNA(222)를 효과적으로 디커플링시킨다.
전술한 논의에서 그리고 청구범위에서, "구비하는" 및 "포함하는"이란 용어들은 개방형으로 사용되고, 따라서 "...을 포함하지만 이에 제한되지 않는" 의미로 해석되어야 한다. 또한, "커플링시킨다" 또는 "커플링한다"라는 용어는 간접 또는 직접 중 어느 하나의 연결을 의미하도록 의도된다. 따라서, 제1 디바이스가 제2 디바이스에 커플링되면, 해당 연결은 직접 연결을 통해 또는 다른 디바이스들 및 연결들에 의한 간접 연결을 통해 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 제1 컴포넌트 또는 로케이션과 제2 컴포넌트 또는 로케이션 사이에 커플링되는 디바이스가 직접 연결을 통하거나 또는 다른 디바이스들 및 연결들에 의한 간접 연결을 통할 수 있다. 태스크 또는 기능을 수행하도록 "구성되는" 엘리먼트 또는 특징부가 기능을 수행하기 위해 제조업자에 의한 제조 시에 구성(예컨대, 프로그래밍 또는 구조적으로 설계)될 수 있으며 그리고/또는 기능 및/또는 다른 추가적인 또는 대안적인 기능들을 수행하기 위해 제조 후에 사용자에 의해 구성 가능(또는 재구성 가능)할 수 있다. 구성은 디바이스의 펌웨어 및/또는 소프트웨어 프로그래밍을 통해, 디바이스의 하드웨어 컴포넌트들 및 상호연결들의 구성 및/또는 레이아웃을 통해, 또는 그것들의 조합을 통해 이루어질 수 있다. 추가적으로, 전술한 논의에서 "접지" 또는 유사한 문구들의 사용들은 섀시 접지, 지구 접지, 플로팅(floating) 접지, 가상 접지, 디지털 접지, 공통 접지, 및/또는 본 개시의 교시들에 적용 가능하거나 또는 적합한 임의의 다른 형태의 접지 연결을 포함하도록 의도된다. 달리 언급되지 않는 한, 값에 선행하는 "약", "대략", 또는 "실질적으로"는 언급된 값의 +/- 10 퍼센트를 의미한다.
위의 논의는 본 개시의 원리들 및 다양한 실시예들을 예시하는 것으로 의도된다. 일단 위의 개시가 충분히 이해되면 수많은 변형들 및 수정들은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백하게 될 것이다. 다음의 청구항들은 모든 이러한 변형들 및 수정들을 포함하도록 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (18)

  1. 반이중 트랜시버로서,
    안테나;
    상기 안테나에 커플링되는 안테나측 변압기 권선; 및
    상기 안테나측 변압기 권선에 의해 상기 안테나에 커플링되는 저잡음 증폭기
    를 포함하는, 반이중 트랜시버.
  2. 제1항에 있어서, 전력 증폭기; 및
    상기 전력 증폭기에 커플링되는 증폭기측 변압기 권선을 더 포함하며,
    상기 증폭기측 변압기 권선은 상기 안테나측 변압기 권선에 자기적으로 커플링되는, 반이중 트랜시버.
  3. 제2항에 있어서, 상기 안테나측 변압기 권선과 상기 저잡음 증폭기 사이의 노드에, 그리고 접지 노드에 커플링되는 송수신 스위치를 더 포함하며,
    상기 반이중 트랜시버는 송신 모드 및 수신 모드에서 동작하도록 구성되며; 그리고
    상기 송수신 스위치는 상기 송신 모드에서 수행되도록 구성되고 상기 수신 모드에서 수행되지 않도록 구성되는, 반이중 트랜시버.
  4. 제3항에 있어서, 상기 송수신 스위치는 n형 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함하는, 반이중 트랜시버.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저잡음 증폭기는 n형 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)와, 상기 n형 MOSFET의 게이트에 그리고 상기 안테나측 변압기 권선에 커플링되는 인덕터를 포함하는, 반이중 트랜시버.
  6. 제5항에 있어서, 바이어스 전압 소스; 및
    상기 바이어스 전압 소스, 상기 인덕터, 및 상기 n형 MOSFET의 상기 게이트에 커플링되는 바이어스 저항기를 더 포함하는, 반이중 트랜시버.
  7. 반이중 트랜시버로서,
    안테나; 및
    상기 안테나에 커플링되는 안테나측 변압기 권선을 포함하며,
    상기 반이중 트랜시버는 저잡음 증폭기가 상기 안테나측 변압기 권선에 의해 상기 안테나에 커플링되는 수신 모드에서 동작하도록 구성되는, 반이중 트랜시버.
  8. 제7항에 있어서, 상기 안테나측 변압기 권선과 상기 저잡음 증폭기 사이의 노드에, 그리고 접지 노드에 커플링되는 송수신 스위치를 더 포함하며,
    상기 송수신 스위치는 상기 수신 모드에서 도통되지 않도록 구성되는, 반이중 트랜시버.
  9. 제7항에 있어서, 상기 반이중 트랜시버는 상기 저잡음 증폭기가 상기 안테나측 변압기 권선으로부터 디커플링되는 송신 모드에서 동작하도록 구성되는, 반이중 트랜시버.
  10. 제9항에 있어서, 상기 안테나측 변압기 권선과 상기 저잡음 증폭기 사이의 노드에, 그리고 접지 노드에 커플링되는 송수신 스위치를 더 포함하며, 상기 송수신 스위치는 상기 송신 모드에서 도통되도록 구성되는, 반이중 트랜시버.
  11. 제10항에 있어서, 상기 송수신 스위치는 n형 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함하는, 반이중 트랜시버.
  12. 제7항에 있어서, 전력 증폭기; 및
    상기 전력 증폭기에 커플링되는 증폭기측 변압기 권선을 더 포함하며,
    상기 증폭기측 변압기 권선은 상기 안테나측 변압기 권선에 자기적으로 커플링되는, 반이중 트랜시버.
  13. 제8항에 있어서, 상기 저잡음 증폭기는 n형 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함하고 인덕터가 상기 n형 MOSFET의 게이트에 그리고 상기 안테나측 변압기 권선에 커플링되는, 반이중 트랜시버.
  14. 제13항에 있어서, 바이어스 전압 소스; 및
    상기 바이어스 전압 소스, 상기 인덕터, 및 상기 n형 MOSFET의 상기 게이트에 커플링되는 바이어스 저항기를 더 포함하는, 반이중 트랜시버.
  15. 안테나측 변압기 권선에 커플링되는 안테나를 포함하는 반이중 트랜시버를 동작시키는 방법으로서,
    상기 안테나측 변압기 권선에 의해 상기 안테나에 저잡음 증폭기를 커플링함으로써 수신 모드에서 상기 반이중 트랜시버를 동작시키는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반이중 트랜시버는 상기 안테나측 변압기 권선과 상기 저잡음 증폭기 사이의 노드에, 그리고 접지 노드에 커플링되는 송수신 스위치를 더 포함하고,
    상기 커플링은 상기 송수신 스위치가 도통되지 않게 하는 것을 더 포함하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 안테나측 변압기 권선으로부터 상기 저잡음 증폭기를 디커플링함으로써 송신 모드에서 상기 반이중 트랜시버를 동작시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 반이중 트랜시버는 상기 안테나측 변압기 권선과 상기 저잡음 증폭기 사이의 노드에, 그리고 접지 노드에 커플링되는 송수신 스위치를 더 포함하고,
    상기 디커플링은 상기 송수신 스위치가 도통되게 하는 것을 더 포함하는, 방법.
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