KR20220120509A - 스위칭가능 인덕터들을 갖는 스마트 양방향 커플러 - Google Patents

스위칭가능 인덕터들을 갖는 스마트 양방향 커플러 Download PDF

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KR20220120509A
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coupled
transmission line
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coupler
output port
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쯔장 양
스리람 스리니바산
누타퐁 스리라타나
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스카이워크스 솔루션즈, 인코포레이티드
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Abstract

라디오 주파수 신호 커플러는, 입력 포트, 출력 포트, 입력 포트와 출력 포트 사이에 커플링되는 메인 송신 라인, 및 메인 송신 라인에 전자기적으로 커플링되는 커플링된 송신 라인을 포함한다. 커플링된 송신 라인은, 제1 송신 라인, 제2 송신 라인, 및 제1 동작 모드 동안 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링해제하도록 구성되는 스위치를 포함한다. 라디오 주파수 커플은 모바일 폰과 같은 통신 디바이스의 프론트 엔드 모듈에서 사용될 수 있다.

Description

스위칭가능 인덕터들을 갖는 스마트 양방향 커플러{SMART BIDIRECTIONAL COUPLER WITH SWITCHABLE INDUCTORS}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은, 2021년 2월 23일자로 출원되고 발명의 명칭이 SMART BIDIRECTIONAL COUPLER WITH SWITCHABLE INDUCTORS인 미국 가특허 출원 제63/152,409호에 대한 35 U.S.C. § 119(e) 하의 우선권을 주장하고, 이 미국 가특허 출원은 모든 목적들을 위해 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함된다.
기술분야
본 개시내용은 일반적으로 양방향 커플러(bidirectional coupler)들에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 개시내용의 양태들은 스위칭가능 인덕터들을 사용하여 커플러 성능을 개선시키기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
본 개시내용의 일 양태에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러(radio frequency signal coupler)가 제공된다. 라디오 주파수 신호 커플러는, 입력 포트, 출력 포트, 입력 포트와 출력 포트 사이에 커플링되는 메인 송신 라인, 및 메인 송신 라인에 전자기적으로 커플링되는 커플링된 송신 라인(coupled transmission line)을 포함한다. 커플링된 송신 라인은, 제1 송신 라인, 제2 송신 라인, 및 제1 동작 모드 동안 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링해제하도록 구성되는 스위치를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 스위치는 제1 동작 모드 동안 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링하여 제1 커플링 팩터(first coupling factor)를 제공하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링해제하여 제2 커플링 팩터를 제공하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 동작 모드는 제1 주파수 범위에 대응하고, 제2 동작 모드는 제2 주파수 범위에 대응하고, 제2 주파수 범위는 제1 주파수 범위와는 상이하다.
하나의 예에 따르면, 제1 주파수 범위에 걸친 제1 커플링 팩터는, 제2 주파수 범위에 걸친 제2 커플링 팩터와 실질적으로 유사하다.
다른 예에 따르면, 라디오 주파수 커플러는 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 입력 포트와 출력 포트 사이에서 실질적으로 일정한 삽입 손실을 유지하도록 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작된다.
추가의 예에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러는 양방향 커플러로서 구성되고, 입력 및 출력 포트들은 각각 입력 라디오 주파수 신호를 수신하고 출력 라디오 주파수 신호를 제공하도록 구성된다.
추가의 실시예에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러는, 적어도 하나의 순방향 출력 포트(forward output port) 및 역방향 출력 포트(reverse output port)를 더 포함하고, 커플링된 송신 라인은 적어도 하나의 순방향 출력 포트와 역방향 출력 포트 사이에 커플링된다.
하나의 예에 따르면, 적어도 하나의 순방향 출력 포트는 입력 라디오 주파수 신호가 입력 포트에서 수신될 때 순방향의 커플링된 신호를 제공하도록 구성된다.
다른 예에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러는 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 순방향의 커플링된 신호의 실질적으로 일정한 전력 레벨을 유지하도록 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작된다.
추가의 예에 따르면, 역방향 출력 포트는 입력 라디오 주파수 신호가 출력 포트에서 수신될 때 역방향의 커플링된 신호를 제공하도록 구성된다.
일 예에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러는 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 역방향의 커플링된 신호의 실질적으로 일정한 전력 레벨을 유지하도록 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작된다.
다른 예에 따르면, 적어도 하나의 순방향 출력 포트 및 역방향 포트는 공통 출력 포트에 선택적으로 커플링된다.
일부 예들에 따르면, 적어도 하나의 순방향 출력 포트 및 역방향 포트는 조정가능 종단 회로(adjustable termination circuit)에 선택적으로 커플링된다. 이들 예들에 따르면, 조정가능 종단 회로에 의해 제공되는 임피던스 값이 입력 라디오 주파수 신호의 주파수에 기초하여 조정될 수도 있다.
다른 실시예에 따르면, 커플링된 송신 라인은 제3 송신 라인을 포함하고, 스위치는, 제3 주파수 범위에 대응하는 제3 동작 모드 동안 제1 송신 라인 및/또는 제2 송신 라인에 제3 송신 라인을 커플링하도록 구성되고, 제3 주파수 범위는 제1 및 제2 주파수 범위들과는 상이하다. 추가의 실시예에 따르면, 스위치는 제3 동작 모드 동안 제1 송신 라인 및/또는 제2 송신 라인에 제3 송신 라인을 커플링하여 제3 커플링 팩터를 제공하도록 구성된다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러를 동작시키기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 입력 포트와 출력 포트 중 하나에서 라디오 주파수 신호를 수신하는 단계, 입력 포트와 출력 포트 사이에 커플링되는 메인 송신 라인에 라디오 주파수 신호를 제공하는 단계, 커플링된 송신 라인에 라디오 주파수 신호의 일 부분을 전자기적으로 커플링하는 단계 - 커플링된 송신 라인은 제1 송신 라인 및 제2 송신 라인을 포함함 -, 및 제1 동작 모드 동안 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링해제하도록 스위치를 동작시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 제1 동작 모드 동안 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링하도록 스위치를 동작시키는 단계는, 제1 동작 모드 동안 제1 커플링 팩터를 제공하는 단계를 더 포함한다.
일 예에 따르면, 제1 커플링 팩터는 제1 주파수 범위에 대응한다.
일 실시예에 따르면, 제2 동작 모드 동안 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링해제하도록 스위치를 동작시키는 단계는, 제2 동작 모드 동안 제2 커플링 팩터를 제공하는 단계를 더 포함한다.
일 예에 따르면, 제2 커플링 팩터는 제2 주파수 범위에 대응하고, 제2 주파수 범위는 제1 주파수 범위와는 상이하다.
다른 예에 따르면, 제1 주파수 범위에 걸친 제1 커플링 팩터는, 제2 주파수 범위에 걸친 제2 커플링 팩터와 실질적으로 유사하다.
추가의 실시예에 따르면, 이 방법은, 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 입력 포트와 출력 포트 사이에서 실질적으로 일정한 삽입 손실을 유지하도록 제1 및 제2 동작 모드들에서 라디오 주파수 신호 커플러를 동작시키는 단계를 더 포함한다.
본 개시내용의 일 양태에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러가 제공된다. 라디오 주파수 신호 커플러는, 입력 포트, 출력 포트, 입력 포트와 출력 포트 사이에 커플링되는 메인 인덕터, 및 메인 인덕터에 전자기적으로 커플링되는 커플링된 인덕터를 포함한다. 커플링된 인덕터는, 제1 인덕터, 제2 인덕터, 및 제1 동작 모드 동안 제1 및 제2 인덕터들을 커플링하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 제1 및 제2 인덕터들을 커플링해제하도록 구성되는 스위치를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 스위치는 제1 동작 모드 동안 제1 및 제2 인덕터들을 커플링하여 제1 커플링 팩터를 제공하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 제1 및 제2 인덕터들을 커플링해제하여 제2 커플링 팩터를 제공하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 동작 모드는 제1 주파수 범위에 대응하고, 제2 동작 모드는 제2 주파수 범위에 대응하고, 제2 주파수 범위는 제1 주파수 범위와는 상이하다.
하나의 예에 따르면, 제1 주파수 범위에 걸친 제1 커플링 팩터는, 제2 주파수 범위에 걸친 제2 커플링 팩터와 실질적으로 유사하다.
다른 예에 따르면, 라디오 주파수 커플러는 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 입력 포트와 출력 포트 사이에서 실질적으로 일정한 삽입 손실을 유지하도록 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작된다.
추가의 예에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러는 양방향 커플러로서 구성되고, 입력 및 출력 포트들은 각각 입력 라디오 주파수 신호를 수신하고 출력 라디오 주파수 신호를 제공하도록 구성된다.
추가의 실시예에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러는, 적어도 하나의 순방향 출력 포트 및 역방향 출력 포트를 더 포함하고, 커플링된 인덕터는 적어도 하나의 순방향 출력 포트와 역방향 출력 포트 사이에 커플링된다.
하나의 예에 따르면, 적어도 하나의 순방향 출력 포트는 입력 라디오 주파수 신호가 입력 포트에서 수신될 때 순방향의 커플링된 신호를 제공하도록 구성된다.
다른 예에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러는 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 순방향의 커플링된 신호의 실질적으로 일정한 전력 레벨을 유지하도록 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작된다.
추가의 예에 따르면, 역방향 출력 포트는 입력 라디오 주파수 신호가 출력 포트에서 수신될 때 역방향의 커플링된 신호를 제공하도록 구성된다.
일 예에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러는 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 역방향의 커플링된 신호의 실질적으로 일정한 전력 레벨을 유지하도록 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작된다.
다른 예에 따르면, 적어도 하나의 순방향 출력 포트 및 역방향 포트는 공통 출력 포트에 선택적으로 커플링된다.
일부 예들에 따르면, 적어도 하나의 순방향 출력 포트 및 역방향 포트는 조정가능 종단 회로에 선택적으로 커플링된다. 이들 예들에 따르면, 조정가능 종단 회로에 의해 제공되는 임피던스 값이 입력 라디오 주파수 신호의 주파수에 기초하여 조정될 수도 있다.
다른 실시예에 따르면, 커플링된 인덕터는 제3 인덕터를 포함하고, 스위치는, 제3 주파수 범위에 대응하는 제3 동작 모드 동안 제1 인덕터 및/또는 제2 인덕터에 제3 인덕터를 커플링하도록 구성되고, 제3 주파수 범위는 제1 및 제2 주파수 범위들과는 상이하다. 추가의 실시예에 따르면, 스위치는 제3 동작 모드 동안 제1 인덕터 및/또는 제2 인덕터에 제3 인덕터를 커플링하여 제3 커플링 팩터를 제공하도록 구성된다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 라디오 주파수 신호 커플러를 동작시키기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 입력 포트와 출력 포트 중 하나에서 라디오 주파수 신호를 수신하는 단계, 입력 포트와 출력 포트 사이에 커플링되는 메인 인덕터에 라디오 주파수 신호를 제공하는 단계, 커플링된 인덕터에 라디오 주파수 신호의 일 부분을 전자기적으로 커플링하는 단계 - 커플링된 인덕터는 제1 인덕터 및 제2 인덕터를 포함함 -, 및 제1 동작 모드 동안 제1 및 제2 인덕터들을 커플링하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 제1 및 제2 인덕터들을 커플링해제하도록 스위치를 동작시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 제1 동작 모드 동안 제1 및 제2 인덕터들을 커플링하도록 스위치를 동작시키는 단계는, 제1 동작 모드 동안 제1 커플링 팩터를 제공하는 단계를 더 포함한다.
일 예에 따르면, 제1 커플링 팩터는 제1 주파수 범위에 대응한다.
일 실시예에 따르면, 제2 동작 모드 동안 제1 및 제2 인덕터들을 커플링해제하도록 스위치를 동작시키는 단계는, 제2 동작 모드 동안 제2 커플링 팩터를 제공하는 단계를 더 포함한다.
일 예에 따르면, 제2 커플링 팩터는 제2 주파수 범위에 대응하고, 제2 주파수 범위는 제1 주파수 범위와는 상이하다.
다른 예에 따르면, 제1 주파수 범위에 걸친 제1 커플링 팩터는, 제2 주파수 범위에 걸친 제2 커플링 팩터와 실질적으로 유사하다.
추가의 실시예에 따르면, 이 방법은, 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 입력 포트와 출력 포트 사이에서 실질적으로 일정한 삽입 손실을 유지하도록 제1 및 제2 동작 모드들에서 라디오 주파수 신호 커플러를 동작시키는 단계를 더 포함한다.
본 개시내용의 추가의 양태에 따르면, 입력 포트, 출력 포트, 입력 포트와 출력 포트 사이에 커플링되는 메인 인덕턴스, 및 메인 인덕턴스에 전자기적으로 커플링되는 커플링된 인덕턴스를 포함하는 라디오 주파수 신호 커플러가 제공된다. 커플링된 인덕턴스는, 제1 인덕턴스, 제2 인덕턴스, 및 제1 동작 모드 동안 제1 및 제2 인덕턴스들을 커플링하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 제1 및 제2 인덕턴스들을 커플링해제하도록 구성되는 스위치를 포함한다.
일부 예들에서, 제1 인덕턴스 및 제2 인덕턴스는 송신 라인들, 또는 인덕터들일 수도 있다.
적어도 하나의 실시예의 다양한 양태들이 첨부 도면들을 참조하여 아래에 논의되는데, 이 첨부 도면들은 일정한 비례로 그려지도록 의도되지 않는다. 도면들은 다양한 양태들 및 실시예들의 예시 및 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되고, 이 명세서에 포함되어 이 명세서의 일부를 구성하지만, 본 발명의 제한들의 정의로서 의도되지 않는다. 도면들에서, 다양한 도면들에 예시되는 각각의 동일하거나 또는 거의 동일한 컴포넌트는 동일한 번호로 표현된다. 명확성의 목적들을 위해, 모든 컴포넌트가 모든 도면에서 라벨링되는 것은 아닐 수도 있다. 도면들에서:
도 1은 프론트 엔드 모듈(front end module)의 블록 다이어그램이다.
도 2는 라디오 주파수 커플러의 개략적 다이어그램이다.
도 3은 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른 라디오 주파수 커플러의 개략적 다이어그램이다.
도 4a는 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른, 제1 동작 모드에서 동작하는 라디오 주파수 커플러의 개략적 다이어그램이다.
도 4b는 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른, 제2 동작 모드에서 동작하는 라디오 주파수 커플러의 개략적 다이어그램이다.
도 5는 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른 라디오 주파수 커플러의 성능을 예시하는 그래프들의 세트이다.
도 6은 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른 라디오 주파수 커플러 배열체(radio frequency coupler arrangement)의 개략적 다이어그램이다.
도 7a는 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른, 제1 상태에서 동작하는 라디오 주파수 커플러 배열체의 개략적 다이어그램이다.
도 7b는 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른, 제2 상태에서 동작하는 라디오 주파수 커플러 배열체의 개략적 다이어그램이다.
도 7c는 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른, 제3 상태에서 동작하는 라디오 주파수 커플러 배열체의 개략적 다이어그램이다.
도 7d는 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른, 제4 상태에서 동작하는 라디오 주파수 커플러 배열체의 개략적 다이어그램이다.
도 8은 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른 라디오 주파수 커플러의 레이아웃이다.
양태들 및 예들은 양방향 커플러들 및 이들의 컴포넌트들, 그리고 이를 포함하는 디바이스들, 모듈들, 및 시스템들에 관한 것이다.
본 명세서에서 논의되는 방법들 및 장치들의 실시예들은, 다음의 설명에 제시되거나 또는 첨부 도면들에 예시되는 컴포넌트들의 구성 및 배열의 세부사항들에 대한 적용에 있어서 제한되지 않는다는 것이 인식되어야 한다. 방법들 및 장치들은 다른 실시예들에서의 구현과 다양한 방식들로 실시되는 것 또는 수행되는 것이 가능하다. 특정 구현들의 예들은 본 명세서에서 단지 예시 목적들을 위해서만 제공되고 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 어구 및 전문용어는 설명의 목적을 위한 것이고 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 명세서에서 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)", "갖는(having)", "함유하는(containing)", "수반하는(involving)", 및 이들의 변형들의 사용은 그 이후에 리스팅되는 아이템들 및 이들의 등가물들뿐만 아니라 부가적인 아이템들을 포괄하도록 의도된다. "또는(or)"에 대한 언급들은 "또는"을 사용하여 설명되는 임의의 용어들이 설명된 용어들 중 하나, 하나 초과, 및 전부 중 임의의 것을 나타낼 수도 있도록 포괄적인 것으로서 해석될 수도 있다.
도 1은, 예를 들어, 라디오 주파수(radio-frequency)(RF) 신호들을 송신 및 수신하기 위해, 모바일 폰과 같은 통신 디바이스에서 사용될 수도 있는 바와 같은 RF "프론트 엔드" 서브시스템 또는 모듈(FEM)(100)의 전형적인 배열체의 일 예를 예시하는 블록 다이어그램이다. 도 1에 도시된 FEM(100)은, 송신을 위해 안테나에 신호들을 제공하도록 구성되는 송신 경로(TX) 및 안테나로부터 신호들을 수신하기 위한 수신 경로(RX)를 포함한다. 송신 경로(TX)에서, 전력 증폭기 모듈(110)이, 입력 포트(101)를 통해 FEM(100)에 입력되는 RF 신호(105)에 이득을 제공하여, 증폭된 RF 신호를 생성한다. 전력 증폭기 모듈(110)은 하나 이상의 전력 증폭기(Power Amplifier)(PA)들을 포함할 수 있다.
FEM(100)은, 하나 이상의 필터들을 포함할 수 있는 필터링 서브시스템 또는 모듈(120)을 더 포함할 수 있다. FEM(100)에 연결된 안테나(140)와 전력 증폭기 모듈(110) 사이를 이동하는 RF 신호로부터 전력의 일 부분을 추출하기 위해 방향성 커플러(130)가 사용될 수 있다. 안테나(140)는 RF 신호를 송신할 수 있고 또한 RF 신호들을 수신할 수 있다. 안테나 스위치 모듈(Antenna Switch Module)(ASM)이라고도 또한 지칭되는 스위칭 회로(150)가, 예를 들어, FEM(100)의 송신 모드와 수신 모드 사이에서, 또는 상이한 송신 또는 수신 주파수 대역들 사이에서 스위칭하는 데 사용될 수 있다. 특정 예들에서, 스위칭 회로(150)는 제어기(160)의 제어 하에서 동작될 수 있다. 도시된 바와 같이, 방향성 커플러(130)는 필터링 서브시스템(120)과 스위칭 회로(150) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 다른 예들에서, 방향성 커플러(130)는 전력 증폭기 모듈(110)과 필터링 서브시스템(120) 사이에, 또는 스위칭 회로(150)와 안테나(140) 사이에 포지셔닝될 수도 있다.
FEM(100)은, 안테나(140)에 의해 수신된 신호들을 프로세싱하고 수신된 신호들을 출력 포트(171)를 통해 신호 프로세서(예를 들어, 트랜시버)에 제공하도록 구성되는 수신 경로(RX)를 또한 포함할 수 있다. 수신 경로(RX)는, 안테나로부터 수신된 신호들을 증폭하기 위한 하나 이상의 저잡음 증폭기(Low-Noise Amplifier)(LNA)들(170)을 포함할 수 있다. 도시되지 않았지만, 수신 경로(RX)는, 수신된 신호들을 필터링하기 위한 하나 이상의 필터들을 또한 포함할 수 있다.
상술된 바와 같이, 방향성 커플러들(예를 들어, 방향성 커플러(130))은 라디오 트랜시버들, 무선 핸드셋들, 및 이와 유사한 것과 같은 프론트 엔드 모듈(FEM) 제품들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 방향성 커플러들이 RF 출력 전력을 검출 및 모니터링하는 데 사용될 수 있다. RF 소스에 의해 생성된 RF 신호가 부하에, 예컨대 안테나에 제공될 때, RF 신호의 일 부분이 부하로부터 RF 소스를 향해 다시 반사될 수 있다. RF 소스로부터 부하로 이동하는 RF 신호의 순방향 RF 전력의 표시 및/또는 부하로부터 반사된 역방향 RF 전력의 표시를 제공하기 위해 RF 소스와 부하 사이의 신호 경로에 RF 커플러가 포함될 수 있다. RF 커플러들은, 예를 들어, 방향성 커플러들, 양방향 커플러들, 다중 대역 커플러들(예를 들어, 이중 대역 커플러들), 및 이와 유사한 것을 포함한다.
도 2를 참조하면, RF 커플러(200)가 전형적으로 전력 입력 포트(202), 전력 출력 포트(204), 커플링된 포트(206), 및 격리 포트(208)를 갖는다. 유도성 또는 용량성 커플링을 포함할 수 있는 전자기 커플링 메커니즘이 전형적으로 마이크로스트립들, 스트립 라인들, 공면 라인(coplanar line)들, 및 이와 유사한 것과 같은 2개의 병렬 또는 중첩 송신 라인들에 의해 제공된다. 전력 입력 포트(202)와 전력 출력 포트(204) 사이에서 연장되는 송신 라인(210)이 메인 라인이라고 칭해지고 전력 입력 포트(202)로부터 전력 출력 포트(204)로 신호의 대부분을 제공할 수 있다. 커플링된 포트(206)와 격리 포트(208) 사이에서 연장되는 송신 라인(212)이 커플링된 라인이라고 칭해지고, 측정을 위해 전력 입력 포트(202)와 전력 출력 포트(204) 사이에서 이동하는 전력의 일 부분을 추출하는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 송신 라인들(210, 212) 각각에 의해 제공되는 인덕턴스의 양이 각각의 송신 라인의 길이에 대응한다. 특정 예들에서, 인덕터 코일들이 송신 라인들(210, 212) 대신에 사용될 수도 있다.
(도 2에 도시된 바와 같이) 종단 임피던스(214)가 격리 포트(208)에 제시될 때, 전력 입력 포트(202)로부터 전력 출력 포트(204)로 이동하는 순방향 RF 전력의 표시가 커플링된 포트(206)에 제공된다. 유사하게, 종단 임피던스가 커플링된 포트(206)에 제시될 때, 전력 출력 포트(204)로부터 전력 입력 포트(202)로 이동하는 역방향 RF 전력의 표시가 커플링된 포트(206)에 제공되는데, 이 커플링된 포트(206)는 이제 사실상 역방향 RF 전력을 위한 격리 포트이다. 종단 임피던스(214)는 전형적으로 다양한 종래의 RF 커플러들에서 50 옴 션트 저항기(50 Ohm shunt resistor)에 의해 구현된다; 그러나, 다른 예들에서, 종단 임피던스(214)는 특정 동작 주파수에 대해 상이한 임피던스 값을 제공할 수도 있다. 일부 예들에서, 종단 임피던스(214)는 다수의 동작 주파수들을 지원하도록 조정가능할 수도 있다.
하나의 예에서, RF 커플러(200)는, 송신 라인(212)(또는 제2 인덕터 코일)에 대한 송신 라인(210)(또는 제1 인덕터 코일)의 용량성 커플링 및 송신 라인(212)(또는 제2 인덕터 코일)에 대한 송신 라인(210)(또는 제1 인덕터 코일)의 상호 커플링에 대응하는 커플링 팩터를 제공하도록 구성된다. 일부 예들에서, 커플링 팩터는 송신 라인들(210, 212) 사이의 이격과 송신 라인들(210, 212)의 인덕턴스의 함수일 수도 있다. 많은 경우들에서, 주파수가 증가함에 따라 커플링 팩터가 증가한다. 커플링 팩터가 증가함에 따라, 메인 라인(즉, 송신 라인(210))으로부터 커플링된 라인(즉, 송신 라인(212))으로 더 많은 전력이 커플링되어, RF 커플러(200)의 삽입 손실을 증가시킨다.
그에 따라, RF 커플러들은 전형적으로 특정 주파수(또는 대역)에서 원하는 커플링 팩터를 달성하도록 설계된다. 그러나, 일부 경우들에서, RF 커플러들은 양방향일 수도 있고 다중 모드, 다중 주파수 애플리케이션들에서 사용하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드에서 동작하도록 구성되는 FEM(예를 들어, 도 1의 FEM(100))에 RF 커플러가 포함될 수도 있다. 하나의 예에서, 제1 동작 모드는 저주파 신호들(예를 들어, 1GHz)에 대응할 수도 있고 제2 동작 모드는 고주파 신호들(예를 들어, 3GHz)에 대응할 수도 있다. 일부 예들에서, RF 커플러는 제1 동작 모드 동안 원하는 커플링 팩터를 달성하도록 설계될 수도 있고 커플링 팩터는 제2 동작 모드 동안 의도된 것 또는 원하는 것보다 더 강할 수도 있다. 그에 따라, 감쇠기가 제2 동작 모드 동안 커플링된 전력을 감소시키는 데 사용될 수도 있다. 마찬가지로, RF 커플러의 삽입 손실은 제2 동작 모드 동안 증가할 수도 있고, 전력 증폭기 모듈(110)(또는 다른 RF 소스)의 출력 전력은 증가된 삽입 손실을 보상하기 위해 제2 동작 모드 동안 증가될 수도 있다.
일부 예들에서, 제2 동작 모드(즉, 고주파 모드) 동안 커플링된 전력을 감소시키기 위한 감쇠기의 포함은 RF 커플러의 풋프린트(footprint) 및 FEM의 전체 패키지 사이즈를 증가시킬 수 있다. 부가적으로, 제2 동작 모드 동안 커플링된 전력을 감쇠시킴으로써, RF 커플러에 의해 제공되는 출력 전력 모니터링의 정확도가 감소될 수도 있다. 예를 들어, 감쇠기에 의해 제공되는 감쇠는, 증가된 커플링 팩터에 대응하는 초과 전력의 정확한 양을 보상하지 않을 수도 있고, 감쇠기가 제공한 감쇠의 정확한 값이 변할 수도 있다. 마찬가지로, 제1 동작 모드(즉, 저주파 모드) 동안 감쇠기를 바이패스하기 위해서는 바이패스 스위치가 필요할 수도 있다. 여분의 공간을 차지하는 것 외에도, 바이패스 스위치는 커플링된 전력 신호 경로에 부가적인 손실을 제공할 수도 있다. 부가적으로, 제2 동작 모드 동안 더 높은 출력 전력을 제공하기 위해 전력 증폭기 모듈(110)(또는 다른 RF 소스)을 동작시키면 전력 증폭기 모듈(110)의 효율을 감소시키고 FEM(100)의 전력 소비를 증가시킬 수도 있다.
대안적으로, 제1 및 제2 동작 모드들을 지원하기 위해, FEM(100)은 각각의 모드에 대한 별개의 RF 커플러들을 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, FEM(100)은, 제1 동작 모드 동안 원하는 커플링 팩터를 달성하도록 설계되는 제1 RF 커플러, 및 제2 동작 모드 동안 원하는 커플링 팩터를 달성하도록 설계되는 제2 RF 커플러를 포함할 수도 있다. 그러나, 별개의 RF 커플러들의 포함은 FEM(100)의 패키지 사이즈 및/또는 풋프린트를 증가시킬 수도 있다. 부가적으로, RF 커플러들 사이를 스위칭하는 데 필요한 스위칭 회로부는 또한 FEM(100)의 패키지 사이즈 및/또는 풋프린트를 증가시킬 수도 있고, 신호 경로들에 부가적인 손실을 도입시킬 수도 있다.
그에 따라, 개선된 양방향 커플러가 본 명세서에 제공된다. 적어도 하나의 실시예에서, 양방향 커플러는, 조정가능 커플링 팩터를 제공하도록 구성되는 스위칭가능 인덕터들을 포함한다. 일부 예들에서, 양방향 커플러는 신호 주파수들의 범위를 지원하도록 구성된다. 특정 예들에서, 커플링 팩터는 신호 주파수들의 범위에 걸쳐 삽입 손실을 최소화하면서 실질적으로 일정한 커플링된 전력 레벨을 유지하도록 조정된다.
도 3은 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른 양방향 커플러(300)의 개략적 다이어그램을 예시한다. 도시된 바와 같이, 커플러(300)는 메인 송신 라인(302), 커플링된 송신 라인(304), 및 스위치(306)를 포함한다. 하나의 예에서, 커플링된 송신 라인(304)은 제1 세그먼트(304a) 및 제2 세그먼트(304b)를 포함한다. 일부 예들에서, 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)은, 스위칭가능 인덕터들에 대응하는 송신 라인들이다. 스위치(306)는 커플링된 송신 라인(304)의 길이(즉, 인덕턴스)를 변경하기 위해 제1 세그먼트(304a)를 제2 세그먼트(304b)에 선택적으로 커플링하도록 동작된다.
하나의 예에서, 메인 송신 라인(302)은 제1 포트(CPL_IN) 및 제2 포트(CPL_ANT)를 포함하고, 커플링된 송신 라인(304)은 제1 순방향 포트(CPL_FL), 제2 순방향 포트(CPL_FH), 및 역방향 포트(CPL_R)를 포함한다. 일부 예들에서, 메인 송신 라인(302)의 제1 포트(CPL_IN)는 FEM의 필터 또는 증폭기(예를 들어, FEM(100)의 필터링 서브시스템(120) 또는 전력 증폭기 모듈(110))의 출력에 커플링되도록 구성된다. 마찬가지로, 메인 송신 라인(302)의 제2 포트(CPL_ANT)는 FEM의 스위치/안테나 포트(예를 들어, FEM(100)의 스위칭 회로(150) 또는 안테나(140)에 연결된 포트)의 입력에 커플링되도록 구성될 수도 있다.
일부 예들에서, 라디오 주파수 신호가 메인 송신 라인(302)의 제1 포트(CPL_IN)에 인가될 때, 신호가 메인 송신 라인(302)의 제2 포트(CPL_ANT)를 통해 출력되고, 커플링된 신호가, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 또는 제2 순방향 포트들(CPL_FL, CPL_FH)에 제공된다. 유사하게, 라디오 주파수 신호가 메인 송신 라인(302)의 제2 포트(CPL_ANT)에 인가될 때, 신호가 메인 송신 라인(302)의 제1 포트(CPL_IN)를 통해 출력되고, 커플링된 신호가, 커플링된 송신 라인(304)의 역방향 포트(CPL_R)에 제공된다.
상술된 바와 같이, 스위치(306)는 커플링된 송신 라인(304)의 길이(즉, 인덕턴스)를 변경하기 위해 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 선택적으로 커플링하도록 동작될 수도 있다. 하나의 예에서, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 커플링하기 위해, 스위치(306)는 제1 세그먼트(304a)의 제1 순방향 포트(CPL_FL)를 제2 세그먼트(304b)의 스위치 포트(CPL_SWT)에 선택적으로 커플링하도록 구성된다. 그에 따라, 커플러(300)는 스위치(306)의 상태에 대응하는 상이한 동작 모드들에서 동작하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 동작 모드에서, 스위치(306)는 턴 온(turn on)(즉, 폐쇄)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 세그먼트(304a)를 커플링된 송신 라인(304)의 제2 세그먼트(304b)에 커플링할 수도 있다. 마찬가지로, 제2 동작 모드에서, 스위치(306)는 턴 오프(turn off)(즉, 개방)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 세그먼트(304a)를 커플링된 송신 라인(304)의 제2 세그먼트(304b)로부터 커플링해제할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른, 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작하는 양방향 커플러(300)의 개략적 다이어그램들이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 동작 모드에서, 스위치(306)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 커플링한다. 하나의 예에서, 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)이 함께 커플링될 때, 커플링된 송신 라인(304)은 제1 길이(L1)를 가지며, 커플러(300)는, 제1 길이(L1)에 대응하는 제1 커플링 팩터(CF1)를 갖는다. 일부 예들에서, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 길이(L1)는 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)의 조합된 길이에 대응한다. 그에 따라, 메인 송신 라인(302)의 제1 포트(CPL_IN)에 라디오 주파수 신호가 인가될 때, 커플링된 신호가 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 통해 커플링된 송신 라인(304)의 제2 순방향 포트(CPL_FH)에 제공된다. 마찬가지로, 메인 송신 라인(302)의 제2 포트(CPL_ANT)에 라디오 주파수 신호가 인가될 때, 커플링된 신호가 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 통해 커플링된 송신 라인(304)의 역방향 포트(CPL_R)에 제공된다.
유사하게, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2 동작 모드에서, 스위치(306)는 턴 오프(즉, 개방)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 커플링해제한다. 하나의 예에서, 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)이 커플링해제될 때, 커플링된 송신 라인(304)은 제2 길이(L2)를 가지며, 커플러(300)는, 제2 길이(L2)에 대응하는 제2 커플링 팩터(CF2)를 갖는다. 일부 예들에서, 커플링된 송신 라인(304)의 제2 길이(L2)는 커플링된 송신 라인(304)의 제1 세그먼트(304a)의 길이에 대응한다. 그에 따라, 메인 송신 라인(302)의 제1 포트(CPL_IN)에 라디오 주파수 신호가 인가될 때, 커플링된 신호가 커플링된 송신 라인(304)의 제1 세그먼트(304a)를 통해 커플링된 송신 라인(304)의 제1 순방향 포트(CPL_FL)에 제공된다. 마찬가지로, 메인 송신 라인(302)의 제2 포트(CPL_ANT)에 라디오 주파수 신호가 인가될 때, 커플링된 신호가 커플링된 송신 라인(304)의 제1 세그먼트(304a)를 통해 커플링된 송신 라인(304)의 역방향 포트(CPL_R)에 제공된다.
상술된 바와 같이, 제1 동작 모드 동안 커플링된 송신 라인(304)의 길이(즉, L1)는 제2 동작 모드 동안 커플링된 송신 라인(304)의 길이(즉, L2)보다 더 길다. 그에 따라, 제1 동작 모드 동안 커플러(300)의 커플링 팩터(즉, CF1)는 제2 동작 모드 동안 커플러(300)의 커플링 팩터(즉, CF2)보다 더 크다. 커플링 팩터가 주파수에 따라 증가하기 때문에, 커플러(300)는 삽입 손실을 최소화시키기 위해 메인 송신 라인(302)에 인가되는 신호의 주파수에 기초하여 제1 및 제2 동작 모드들 사이를 스위칭할 수도 있다. 예를 들어, 더 낮은 주파수 신호들에 대해, 커플러(300)는 제1 동작 모드(즉, 더 큰 커플링 팩터(CF1))에서 동작할 수도 있다. 마찬가지로, 더 높은 주파수 신호들에 대해, 커플러(300)는 제2 동작 모드(즉, 더 작은 커플링 팩터(CF2))에서 동작할 수도 있다.
도 5는 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른 양방향 커플러의 시뮬레이션된 성능 결과들의 수 개의 그래프들을 예시한다. 하나의 예에서, 그래프(510)는 주파수에 걸친 양방향 커플러(300)의 커플링 팩터를 포함하고 그래프(520)는 주파수에 걸친 양방향 커플러(300)의 삽입 손실을 포함한다.
하나의 예에서, 그래프(510)의 제1 트레이스(512)는, 제1 동작 모드에서 동작하는 동안 커플러(300)의 커플링 팩터(즉, CF1)를 표현한다. 마찬가지로, 그래프(510)의 제2 트레이스(514)는, 제2 동작 모드에서 동작하는 동안 커플러(300)의 커플링 팩터(즉, CF2)를 표현한다. 도시된 바와 같이, 커플링된 송신 라인(304)의 길이로 인해, 제1 커플링 팩터(CF1)는 0.5GHz 내지 4GHz의 전체 주파수 스위프(frequency sweep)에 걸쳐 제2 커플링 팩터(CF2)보다 더 크게 유지된다. 상술된 바와 같이, 커플러(300)는 주파수에 기초하여 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작될 수도 있다. 하나의 예에서, 커플러(300)는 제1 주파수 범위(516)(약 0.5GHz 내지 1.5GHz)에 대해서는 제1 동작 모드에서 그리고 제2 주파수 범위(518)(약 1.5GHz 내지 2.75GHz)에 대해서는 제2 동작 모드에서 동작될 수도 있다. 주파수에 기초하여 제1 및 제2 동작 모드들 사이를 스위칭함으로써, 커플러(300)는 주파수 범위들(516, 518)에 걸쳐 실질적으로 일정한 커플링 팩터를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 커플러(300)는 제1 동작 모드에서 동작하는 동안 대략 0.6GHz(즉, 제1 주파수 범위(516))에서 대략 -27.1dB의 커플링 팩터를 그리고 제2 동작 모드에서 동작하는 동안 대략 1.7GHz(즉, 제2 주파수 범위(518))에서 대략 -25.1dB의 커플링 팩터를 제공할 수도 있다. 특정 예들에서, 커플러(300)는 전체 동작 주파수 범위(예를 들어, 0.5GHz 내지 3GHz)에 걸쳐 ±3dB 미만으로 변하는 커플링 팩터를 제공할 수도 있다. 일부 예들에서, 실질적으로 일정한 커플링 팩터는, 커플러(300)가, 주파수에 걸쳐 실질적으로 일정한 전력 레벨에서 커플링된 송신 라인(304)의 순방향 및 역방향 포트들(CPL_FL, CPL_FH, CPL_R)에 커플링된 전력을 제공하게 한다.
하나의 예에서, 그래프(520)의 제1 트레이스(522)는, 제1 동작 모드에서 동작하는 동안 커플러(300)의 삽입 손실(즉, CF1)을 표현하고, 제2 트레이스(524)는 제2 동작 모드에서 동작하는 동안 커플러(300)의 삽입 손실(즉, CF2)을 표현한다. 일부 예들에서, 주파수에 걸쳐 실질적으로 일정한 커플링 팩터를 유지함으로써, 커플러(300)의 삽입 손실이 최소화될 수 있다. 예를 들어, 커플러(300)는 제1 동작 모드에서 동작하는 동안 대략 1.5GHz(즉, 제1 주파수 범위(516) 내의 주파수)에서 대략 -0.10dB의 삽입 손실을 그리고 제2 동작 모드에서 동작하는 동안 대략 2.7GHz(즉, 제2 주파수 범위(518) 내의 상이한 주파수)에서 대략 -0.12dB의 삽입 손실을 가질 수도 있다. 특정 예들에서, 커플러(300)의 삽입 손실은 전체 동작 주파수 범위(예를 들어, 0.5GHz 내지 3GHz)에 걸쳐 -0.15dB 미만일 수도 있다. 일부 예들에서, 주파수에 걸쳐 삽입 손실을 최소화시킴으로써, 라디오 주파수 신호들은 주파수에 걸쳐 실질적으로 일정한 전력 레벨들로 메인 송신 라인(302)의 제1 및 제2 포트들(CPL_IN, CPL_ANT)에 인가될 수 있다. 부가적으로, 메인 송신 라인(302)에서의 복귀 손실은 제1 및 제2 동작 모드들 사이를 스위칭할 때 실질적으로 변경되지 않은 채로 유지될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 커플러(300)의 커플링 팩터는 순방향 및 역방향 출력 포트들(CPL_FL, CPL_FH, 및 CPL_R)에 제공되는 커플링된 신호의 실질적으로 일정한 전력 레벨을 유지하면서 주파수에 걸쳐 삽입 손실을 최소화시키도록 조정될 수 있다. 그에 따라, 커플러(300)는 커플링된 신호의 전력 레벨을 레귤레이팅하기 위해 여분의 컴포넌트들(예를 들어, 감쇠기들)을 사용하는 일 없이 디바이스들(예를 들어, FEM(100))에 통합될 수도 있다. 마찬가지로, 입력 신호를 커플러(300)에 제공하는 RF 소스(예를 들어, 전력 증폭기 모듈(110))가 주파수에 걸쳐 일정한 출력 전력 레벨에서 동작되어, 전력 증폭기 모듈(110)의 효율 및/또는 FEM(100)의 전력 소비를 개선시킬 수 있다. 부가적으로, 커플러(300)의 콤팩트한 풋프린트가 FEM(100)의 패키지 사이즈 또는 풋프린트가 감소되게 할 수도 있다.
일부 예들에서, 양방향 커플러(300)는 다중 모드 동작을 지원하기 위해 부가적인 컴포넌트들(예를 들어, 조정가능 종단 컴포넌트들)과 함께 배열될 수도 있다. 마찬가지로, 커플러(300)는 기존 FEM 아키텍처들 및 레이아웃들 내의 통합을 지원하기 위해 부가적인 컴포넌트들과 함께 배열될 수도 있다. 도 6은 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른 양방향 커플러 배열체(600)를 예시한다. 하나의 예에서, 커플러 배열체(600)는 양방향 커플러(300), 조정가능 종단 회로(602), 및 복수의 스위치들(S1 내지 S6)을 포함한다.
상술된 바와 같이, 커플러(300)는, 제1 포트(CPL_IN) 및 제2 포트(CPL_ANT)를 갖는 메인 송신 라인(302), 제1 순방향 포트(CPL_FL), 제2 순방향 포트(CPL_FH), 및 역방향 포트(CPL_R)를 갖는 커플링된 송신 라인(304), 및 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 선택적으로 커플링하도록 구성되는 스위치(306)를 포함한다.
하나의 예에서, 제1 스위치(S1)는 커플링된 송신 라인(304)의 역방향 포트(CPL_R)를 조정가능 종단 회로(602)에 선택적으로 커플링하도록 구성되고, 제2 스위치(S2)는 커플링된 송신 라인(304)의 제1 순방향 포트(CPL_FL)를 조정가능 종단 회로(602)에 선택적으로 커플링하도록 구성되며, 제3 스위치(S3)는 커플링된 송신 라인(304)의 제2 순방향 포트(CPL_FH)를 조정가능 종단 회로(602)에 선택적으로 커플링하도록 구성된다. 마찬가지로, 제4 스위치(S4)는 커플링된 송신 라인(304)의 역방향 포트(CPL_R)를 공통 출력(CPL_OUT)에 선택적으로 커플링하도록 구성되고, 제5 스위치(S5)는 커플링된 송신 라인(304)의 제1 순방향 포트(CPL_FL)를 공통 출력(CPL_OUT)에 선택적으로 커플링하도록 구성되며, 제6 스위치(S6)는 커플링된 송신 라인(304)의 제2 순방향 포트(CPL_FH)를 공통 출력(CPL_OUT)에 선택적으로 커플링하도록 구성된다.
일부 예들에서, 조정가능 종단 회로(602)는 커플러의 방향성을 제어하기 위해 커플러(300)의 포트들에 선택적으로 커플링된다. 예를 들어, 조정가능 종단 회로(602)는 커플러(300)의 각각의 동작 모드에서 격리 포트에 대응하는 포트에 커플링될 수도 있다. 하나의 예에서, 커플러(300)가 순방향 커플링을 제공하고 있을 때, 조정가능 종단 회로(602)는 커플링된 송신 라인(304)의 역방향 포트(CPL_R)에 커플링될 수도 있다. 마찬가지로, 커플러(300)가 역방향 커플링을 제공하고 있을 때, 조정가능 종단 회로(602)는 커플링된 송신 라인(304)의 순방향 포트들(CPL_FL, CPL_FH) 중 하나에 커플링될 수도 있다. 하나의 예에서, 조정가능 종단 회로(602)는, 하나 이상의 튜닝가능 저항성, 유도성, 또는 용량성 요소들, 또는 이들의 조합을 포함하는 적어도 하나의 조정가능/튜닝가능 RLC(저항성-유도성-용량성) 회로를 포함한다. 일부 예들에서, 조정가능 종단 회로(602)는 커플러(300)의 동작 모드에 기초하여 조정/튜닝된다. 예를 들어, 제1 동작 모드 동안, 조정가능 종단 회로(602)는 더 낮은 주파수 신호들(예를 들어, 제1 주파수 범위(516))에 대해 최적화된 제1 종단 임피던스를 제공하도록 조정될 수도 있다. 마찬가지로, 제2 동작 모드 동안, 조정가능 종단 회로(602)는 더 높은 주파수 신호들(예를 들어, 제2 주파수 범위(518))에 대해 최적화된 제2 종단 임피던스를 제공하도록 조정될 수도 있다. 특정 예들에서, 조정가능 종단 회로(602)는 특정 신호 주파수들에 대한 종단 임피던스들을 제공하도록 조정될 수도 있다.
일부 예들에서, 커플러(300)의 커플링 팩터는 스위치들(S1 내지 S6)과 연관된 손실들을 고려하도록 조정될 수도 있다. 예를 들어, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)의 폭 및/또는 길이가 커플러(300)의 커플링 팩터를 증가 또는 감소시키도록 조정될 수도 있다. 특정 예들에서, 메인 송신 라인(302)과 커플링된 송신 라인(304) 사이의 이격이 커플러(300)의 커플링 팩터를 증가 또는 감소시키도록 조정될 수도 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른, 다양한 상태들에서 동작하는 양방향 커플러 배열체(600)의 개략적 다이어그램들이다.
도 7a는 양방향 커플러 배열체(600)의 제1 상태를 예시한다. 하나의 예에서, 제1 상태는 순방향으로의 약한 커플링에 대응한다. 일부 예들에서, 양방향 커플러 배열체(600)는 더 높은 주파수 신호들(예를 들어, 제2 주파수 범위(518))에 대한 순방향 커플링을 제공하기 위해 제1 상태에서 동작할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 커플러(300)는 제2 동작 모드에서 동작되고, 스위치(306)는 턴 오프(즉, 개방)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 커플링해제한다. 그에 따라, 메인 송신 라인(302)의 제1 포트(CPL_IN)에 라디오 주파수 신호가 인가될 때, 커플링된 신호가 커플링된 송신 라인(304)의 제1 세그먼트(304a)를 통해 커플링된 송신 라인(304)의 제1 순방향 포트(CPL_FL)에 제공된다. 하나의 예에서, 제5 스위치(S5)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어 제1 순방향 포트(CPL_FL)로부터의 커플링된 신호를 공통 출력 포트(CPL_OUT)로 지향시킨다. 부가적으로, 제1 스위치(S1)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 역방향 포트(CPL_R)를 조정가능 종단 회로(602)에 커플링한다. 커플러(300)가 제2 동작 모드에서 동작하고 있기 때문에, 조정가능 종단 회로(602)는 커플러 배열체(600)의 제1 상태 동안 더 높은 주파수 신호들에 대해 최적화된 제2 종단 임피던스를 제공하도록 구성될 수도 있다.
도 7b는 양방향 커플러 배열체(600)의 제2 상태를 예시한다. 하나의 예에서, 제2 상태는 순방향으로의 강한 커플링에 대응한다. 일부 예들에서, 양방향 커플러 배열체(600)는 더 낮은 주파수 신호들(예를 들어, 제1 주파수 범위(516))에 대한 순방향 커플링을 제공하기 위해 제2 상태에서 동작할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 커플러(300)는 제1 동작 모드에서 동작되고, 스위치(306)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 커플링한다. 그에 따라, 메인 송신 라인(302)의 제1 포트(CPL_IN)에 라디오 주파수 신호가 인가될 때, 커플링된 신호가 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 통해 커플링된 송신 라인(304)의 제2 순방향 포트(CPL_FH)에 제공된다. 하나의 예에서, 제6 스위치(S6)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어 제2 순방향 포트(CPL_FH)로부터의 커플링된 신호를 공통 출력 포트(CPL_OUT)로 지향시킨다. 부가적으로, 제1 스위치(S1)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 역방향 포트(CPL_R)를 조정가능 종단 회로(602)에 커플링한다. 커플러(300)가 제1 동작 모드에서 동작하고 있기 때문에, 조정가능 종단 회로(602)는 커플러 배열체(600)의 제2 상태 동안 더 낮은 주파수 신호들에 대해 최적화된 제1 종단 임피던스를 제공하도록 구성될 수도 있다.
도 7c는 양방향 커플러 배열체(600)의 제3 상태를 예시한다. 하나의 예에서, 제3 상태는 역방향으로의 약한 커플링에 대응한다. 일부 예들에서, 양방향 커플러 배열체(600)는 더 높은 주파수 신호들(예를 들어, 제2 주파수 범위(518))에 대한 역방향 커플링을 제공하기 위해 제3 상태에서 동작할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 커플러(300)는 제2 동작 모드에서 동작되고, 스위치(306)는 턴 오프(즉, 개방)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 커플링해제한다. 그에 따라, 메인 송신 라인(302)의 제2 포트(CPL_ANT)에 라디오 주파수 신호가 인가될 때, 커플링된 신호가 커플링된 송신 라인(304)의 제1 세그먼트(304a)를 통해 커플링된 송신 라인(304)의 역방향 포트(CPL_R)에 제공된다. 하나의 예에서, 제4 스위치(S4)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어 역방향 포트(CPL_R)로부터의 커플링된 신호를 공통 출력 포트(CPL_OUT)로 지향시킨다. 부가적으로, 제2 스위치(S2)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 순방향 포트(CPL_FL)를 조정가능 종단 회로(602)에 커플링한다. 커플러(300)가 제2 동작 모드에서 동작하고 있기 때문에, 조정가능 종단 회로(602)는 커플러 배열체(600)의 제3 상태 동안 더 높은 주파수 신호들에 대해 최적화된 제2 종단 임피던스를 제공하도록 구성될 수도 있다.
도 7d는 양방향 커플러 배열체(600)의 제4 상태를 예시한다. 하나의 예에서, 제4 상태는 역방향으로의 강한 커플링에 대응한다. 일부 예들에서, 양방향 커플러 배열체(600)는 더 낮은 주파수 신호들(예를 들어, 제1 주파수 범위(516))에 대한 역방향 커플링을 제공하기 위해 제4 상태에서 동작할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 커플러(300)는 제1 동작 모드에서 동작되고, 스위치(306)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 커플링한다. 그에 따라, 메인 송신 라인(302)의 제2 포트(CPL_ANT)에 라디오 주파수 신호가 인가될 때, 커플링된 신호가 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)을 통해 커플링된 송신 라인(304)의 역방향 포트(CPL_R)에 제공된다. 하나의 예에서, 제4 스위치(S4)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어 역방향 포트(CPL_R)로부터의 커플링된 신호를 공통 출력 포트(CPL_OUT)로 지향시킨다. 부가적으로, 제3 스위치(S3)는 턴 온(즉, 폐쇄)되어, 커플링된 송신 라인(304)의 제2 순방향 포트(CPL_FH)를 조정가능 종단 회로(602)에 커플링한다. 커플러(300)가 제1 동작 모드에서 동작하고 있기 때문에, 조정가능 종단 회로(602)는 커플러 배열체(600)의 제4 상태 동안 더 낮은 주파수 신호들에 대해 최적화된 제1 종단 임피던스를 제공하도록 구성될 수도 있다.
양방향 커플러(300)가 2개의 선택가능 세그먼트들(즉, 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b))을 갖는 것으로서 상술되지만, 양방향 커플러(300)는 상이한 수의 세그먼트들을 갖는 커플링된 송신 라인으로 구성될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 커플러(300)는 3개의 상이한 신호 주파수들(또는 대역들/범위들)에 대해 최적화된 커플링 성능을 제공하기 위해 3개의 세그먼트들을 갖는 커플링된 송신 라인으로 구성될 수도 있다. 그에 따라, 제3 세그먼트가 제3 동작 모드 동안 커플링된 송신 라인(304)의 제1 세그먼트(304a) 및/또는 제2 세그먼트(304b)에 커플링되어 제3 커플링 팩터를 제공할 수도 있다. 일부 예들에서, 커플링된 송신 라인의 세그먼트들을 선택적으로 커플링하기 위해 부가적인 스위치들이 포함될 수도 있다.
마찬가지로, 양방향 커플러(300)가 메인 송신 라인(302) 및 커플링된 송신 라인(304)을 갖는 것으로서 상술되지만, 양방향 커플러(300)는 개별 인덕터들(즉, 코일들 또는 권선들을 가짐)로 구성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 양방향 커플러(300)는 메인 송신 라인(302)에 대응하는 메인 인덕터 및 커플링된 송신 라인(304)에 대응하는 커플링된 인덕터로 구성될 수도 있다. 일부 예들에서, 커플링된 인덕터는, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)에 대응하는 2개 이상의 인덕터들을 포함할 수도 있다. 특정 예들에서, 메인 인덕터는 양방향 커플러(300)의 1차 권선이라고 지칭될 수도 있고, 커플링된 인덕터는 양방향 커플러(300)의 2차 권선이라고 지칭될 수도 있다.
부가적으로, 양방향 커플러(300) 및 양방향 커플러 배열체(600)는 다양한 무선 애플리케이션들에서 사용될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 커플러(300) 및 커플러 배열체(600)는 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network)(WLAN), 초광대역(ultra-wideband)(UWB), 무선 개인 영역 네트워크(wireless personal area network)(WPAN), 4G 셀룰러, 및 LTE 셀룰러 애플리케이션들에서 사용하도록 구성될 수도 있다.
일부 예들에서, 커플러(300)의 스위치(306) 및/또는 커플러 배열체(600)의 스위치들(S1 내지 S6)은 갈륨 질화물(GaN), 갈륨 비화물(GaAs), 또는 실리콘 게르마늄(SiGe) 트랜지스터들을 포함할 수도 있다. 특정 예들에서, 트랜지스터들은 이종접합 바이폴라 트랜지스터(heterojunction bipolar transistor)(HBT)들, 고전자 이동도 트랜지스터(high-electron-mobility transistor)(HEMT)들, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)(MOSFET)들, 및/또는 상보성 금속 산화물 반도체(complementary metal-oxide-semiconductor)(CMOS)들로서 구성될 수도 있다. 일부 예들에서, 커플러(300) 또는 커플러 배열체(600), 또는 커플러(300) 또는 커플러 배열체(600)의 하나 이상의 컴포넌트들은 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator)(SOI) 기법들을 사용하여 제조될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 커플러(300)는 콤팩트한 레이아웃으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 8은 본 명세서에서 설명되는 양태들에 따른, 커플러(300)의 커플링된 송신 라인(304)의 레이아웃(800)을 예시한다. 도시된 바와 같이, 커플링된 송신 라인(304)의 제1 및 제2 세그먼트들(304a, 304b)은 콤팩트한 레이아웃으로 배열될 수 있다. 하나의 예에서, 커플러(300)의 풋프린트는 대안적인 다중 주파수 커플링 솔루션들(예를 들어, 2개의 상이한 커플러들)보다 50% 더 작을 수도 있다.
본 명세서에서 설명되는 양방향 커플러(300) 및/또는 양방향 커플러 배열체(600)의 실시예들이 다양한 전자 디바이스들에서 유리하게 사용될 수도 있다. 전자 디바이스들의 예들은 소비자 전자 제품들, 소비자 전자 제품들의 부분들, 전자 테스트 장비, 기지국과 같은 셀룰러 통신 인프라스트럭처 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 전자 디바이스들의 예들은, 라우터, 게이트웨이, 모바일 폰 예컨대 스마트 폰, 셀룰러 프론트 엔드 모듈, 전화기, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 컴퓨터, 모뎀, 핸드헬드 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 전자책 판독기, 웨어러블 컴퓨터 예컨대 스마트 워치, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant)(PDA), 어플라이언스, 예컨대 전자레인지(microwave), 냉장고, 또는 다른 어플라이언스, 자동차, 스테레오 시스템, DVD 플레이어, CD 플레이어, 디지털 음악 플레이어 예컨대 MP3 플레이어, 라디오, 캠코더, 카메라, 디지털 카메라, 휴대용 메모리 칩, 건강 관리 모니터링 디바이스, 차량 전자 시스템 예컨대 자동차 전자 시스템 또는 항공 전자 시스템, 주변기기 디바이스, 손목 시계, 클록(clock) 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 추가로, 전자 디바이스들은 미완성 제품들을 포함할 수 있다.
상술된 바와 같이, 개선된 양방향 커플러가 본 명세서에 제공된다. 적어도 하나의 실시예에서, 양방향 커플러는, 조정가능 커플링 팩터를 제공하도록 구성되는 스위칭가능 인덕터들을 포함한다. 일부 예들에서, 양방향 커플러는 신호 주파수들의 범위를 지원하도록 구성된다. 특정 예들에서, 커플링 팩터는 신호 주파수들의 범위에 걸쳐 삽입 손실을 최소화하면서 실질적으로 일정한 커플링된 전력 레벨을 유지하도록 조정된다.
적어도 하나의 실시예의 수 개의 양태들을 상술하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 다양한 변경들, 수정들, 및 개선들이 쉽게 이루어질 것이라는 것이 인식되어야 한다. 그러한 변경들, 수정들, 및 개선들이 본 개시내용의 일부인 것으로 의도되고 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 의도된다. 이에 따라, 전술한 설명 및 도면들은 단지 예를 든 것이고, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위, 및 그 등가물들의 적절한 구성으로부터 결정되어야 한다.

Claims (24)

  1. 라디오 주파수 신호 커플러(radio frequency signal coupler)로서,
    입력 포트;
    출력 포트;
    상기 입력 포트와 상기 출력 포트 사이에 커플링되는 메인 송신 라인; 및
    상기 메인 송신 라인에 전자기적으로 커플링되는 커플링된 송신 라인(coupled transmission line)
    을 포함하고,
    상기 커플링된 송신 라인은, 제1 송신 라인, 제2 송신 라인, 및 제1 동작 모드 동안 상기 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 상기 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링해제하도록 구성되는 스위치를 포함하는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 제1 동작 모드 동안 상기 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링하여 제1 커플링 팩터(first coupling factor)를 제공하도록 그리고 상기 제2 동작 모드 동안 상기 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링해제하여 제2 커플링 팩터를 제공하도록 구성되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 동작 모드는 제1 주파수 범위에 대응하고, 상기 제2 동작 모드는 제2 주파수 범위에 대응하고, 상기 제2 주파수 범위는 상기 제1 주파수 범위와는 상이한, 라디오 주파수 신호 커플러.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 주파수 범위에 걸친 상기 제1 커플링 팩터는, 상기 제2 주파수 범위에 걸친 상기 제2 커플링 팩터와 실질적으로 유사한, 라디오 주파수 신호 커플러.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 라디오 주파수 커플러는 상기 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 상기 입력 포트와 상기 출력 포트 사이에서 실질적으로 일정한 삽입 손실을 유지하도록 상기 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 라디오 주파수 신호 커플러는 양방향 커플러(bidirectional coupler)로서 구성되고, 상기 입력 및 출력 포트들은 각각 입력 라디오 주파수 신호를 수신하고 출력 라디오 주파수 신호를 제공하도록 구성되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  7. 제6항에 있어서,
    적어도 하나의 순방향 출력 포트(forward output port) 및 역방향 출력 포트(reverse output port)를 더 포함하고,
    상기 커플링된 송신 라인은 상기 적어도 하나의 순방향 출력 포트와 상기 역방향 출력 포트 사이에 커플링되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 순방향 출력 포트는 상기 입력 라디오 주파수 신호가 상기 입력 포트에서 수신될 때 순방향의 커플링된 신호를 제공하도록 구성되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 라디오 주파수 신호 커플러는 상기 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 상기 순방향의 커플링된 신호의 실질적으로 일정한 전력 레벨을 유지하도록 상기 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 역방향 출력 포트는 상기 입력 라디오 주파수 신호가 상기 출력 포트에서 수신될 때 역방향의 커플링된 신호를 제공하도록 구성되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 라디오 주파수 신호 커플러는 상기 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 상기 역방향의 커플링된 신호의 실질적으로 일정한 전력 레벨을 유지하도록 상기 제1 및 제2 동작 모드들에서 동작되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 순방향 출력 포트 및 상기 역방향 포트는 공통 출력 포트에 선택적으로 커플링되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 순방향 출력 포트 및 상기 역방향 포트는 조정가능 종단 회로(adjustable termination circuit)에 선택적으로 커플링되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 조정가능 종단 회로에 의해 제공되는 임피던스 값이 상기 입력 라디오 주파수 신호의 주파수에 기초하여 조정되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 커플링된 송신 라인은 제3 송신 라인을 포함하고, 상기 스위치는, 제3 주파수 범위에 대응하는 제3 동작 모드 동안 상기 제1 송신 라인 및/또는 상기 제2 송신 라인에 상기 제3 송신 라인을 커플링하도록 구성되고, 상기 제3 주파수 범위는 상기 제1 및 제2 주파수 범위들과는 상이한, 라디오 주파수 신호 커플러.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 제3 동작 모드 동안 상기 제1 송신 라인 및/또는 상기 제2 송신 라인에 상기 제3 송신 라인을 커플링하여 제3 커플링 팩터를 제공하도록 구성되는, 라디오 주파수 신호 커플러.
  17. 라디오 주파수 신호 커플러를 동작시키기 위한 방법으로서,
    입력 포트와 출력 포트 중 하나에서 라디오 주파수 신호를 수신하는 단계;
    상기 입력 포트와 상기 출력 포트 사이에 커플링되는 메인 송신 라인에 상기 라디오 주파수 신호를 제공하는 단계;
    커플링된 송신 라인에 상기 라디오 주파수 신호의 일 부분을 전자기적으로 커플링하는 단계 - 상기 커플링된 송신 라인은 제1 송신 라인 및 제2 송신 라인을 포함함 -; 및
    제1 동작 모드 동안 상기 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 상기 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링해제하도록 스위치를 동작시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 동작 모드 동안 상기 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링하도록 스위치를 동작시키는 단계는, 상기 제1 동작 모드 동안 제1 커플링 팩터를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 커플링 팩터는 제1 주파수 범위에 대응하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 동작 모드 동안 상기 제1 및 제2 송신 라인들을 커플링해제하도록 스위치를 동작시키는 단계는, 상기 제2 동작 모드 동안 제2 커플링 팩터를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제2 커플링 팩터는 제2 주파수 범위에 대응하고, 상기 제2 주파수 범위는 상기 제1 주파수 범위와는 상이한, 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 주파수 범위에 걸친 상기 제1 커플링 팩터는, 상기 제2 주파수 범위에 걸친 상기 제2 커플링 팩터와 실질적으로 유사한, 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 주파수 범위들에 걸쳐 상기 입력 포트와 상기 출력 포트 사이에서 실질적으로 일정한 삽입 손실을 유지하도록 상기 제1 및 제2 동작 모드들에서 상기 라디오 주파수 신호 커플러를 동작시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  24. 라디오 주파수 신호 커플러로서,
    입력 포트;
    출력 포트;
    상기 입력 포트와 상기 출력 포트 사이에 커플링되는 메인 인덕턴스;
    상기 메인 인덕턴스에 전자기적으로 커플링되는 커플링된 인덕턴스
    를 포함하고,
    상기 커플링된 인덕턴스는, 제1 인덕턴스, 제2 인덕턴스, 및 제1 동작 모드 동안 상기 제1 및 제2 인덕턴스들을 커플링하도록 그리고 제2 동작 모드 동안 상기 제1 및 제2 인덕턴스들을 커플링해제하도록 구성되는 스위치를 포함하는, 라디오 주파수 신호 커플러.
KR1020220022808A 2021-02-23 2022-02-22 스위칭가능 인덕터들을 갖는 스마트 양방향 커플러 KR20220120509A (ko)

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