KR20230042558A - 전기 광학 위상 고정 루프들을 갖는 전자 디바이스들 - Google Patents

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Abstract

전자 디바이스는 1차 및 2차 레이저들을 갖는 전기 광학 위상 고정 루프(OPLL)를 사용하여 클록킹된 무선 회로부를 포함할 수 있다. 주파수 고정 루프(FLL) 경로 및 위상 고정 루프(PLL) 경로는 2차 레이저의 출력을 그의 입력에 커플링시킬 수 있다. 포토다이오드는 레이저 출력에 기초하여 포토다이오드 신호를 생성할 수 있다. 디지털-시간 변환기(DTC)는 기준 신호를 생성할 수 있다. FLL 경로는 2차 레이저가 주파수 고정될 때까지 포토다이오드 신호에 기초하여 2차 레이저를 개략적으로 튜닝할 수 있다. 이어서, PLL 경로는 2차 레이저의 위상이 1차 레이저에 고정될 때까지 기준 신호 및 포토다이오드 신호에 기초하여 2차 레이저를 미세하게 튜닝할 수 있다. 포토다이오드 신호는 PLL 경로 상에서 서브샘플링될 수 있다. 이는 OPLL이 최소의 지터 및 위상 잡음으로 광학 국부 발진기 신호들을 생성하게 허용할 수 있다.

Description

전기 광학 위상 고정 루프들을 갖는 전자 디바이스들{ELECTRONIC DEVICES HAVING ELECTRO-OPTICAL PHASE-LOCKED LOOPS}
본 출원은, 2022년 6월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 제17/830,087호, 및 2021년 9월 21일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/246,747호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 이로써 그들 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 개시내용은 일반적으로 전자 디바이스들에 관한 것으로, 더 상세하게는 무선 회로부를 갖는 전자 디바이스들에 관한 것이다.
전자 디바이스들에는 무선 능력들이 제공될 수 있다. 무선 능력들을 갖는 전자 디바이스는 하나 이상의 안테나들을 포함하는 무선 회로부를 갖는다. 무선 회로부는 안테나들에 의해 전달되는 무선 주파수 신호들을 사용하여 통신들을 수행하는 데 사용된다.
전자 디바이스들 상의 소프트웨어 애플리케이션들이 시간 경과에 따라 더 데이터 집약적이 되기 때문에, 더 높은 데이터 레이트들로 무선 통신들을 지원하는 전자 디바이스들에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러나, 전자 디바이스들에 의해 지원되는 최대 데이터 레이트는 무선 주파수 신호들의 주파수에 의해 제한된다. 통신 주파수들이 증가함에 따라, 무선 회로부에 대해 낮은 지터 및 낮은 위상 잡음 클록킹(clocking)을 제공하는 것이 어려워질 수 있다.
전자 디바이스는 100 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 신호들을 전달하는 무선 회로부를 포함할 수 있다. 디바이스 내의 무선 회로부 또는 다른 회로부는 전기 광학 위상 고정 루프(OPLL)를 사용하여 클록킹될 수 있다. OPLL은, 고정된 제1 주파수에서 제1 광학 국부 발진기(LO) 신호를 방출하는 1차 레이저 및 조정가능한 제2 주파수에서 제2 광학 LO 신호를 방출하는 2차 레이저를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 회로부는 제1 및 제2 광학 LO 신호들을 사용하여 무선 신호들을 전달할 수 있다.
주파수 고정 루프(FLL) 경로 및 위상 고정 루프(PLL) 경로는 2차 레이저의 출력을 2차 레이저의 입력에 커플링시킬 수 있다. 포토다이오드가 FLL 경로 및 PLL 경로 둘 모두 상에 개재될 수 있다. 포토다이오드는 제1 및 제2 광학 LO 신호들에 기초하여 포토다이오드 신호를 생성할 수 있다. OPLL은 기준 발진기 신호를 생성하는 기준 발진기를 포함할 수 있다. OPLL은 발진기 신호에 기초하여 디지털-시간 변환기(DTC) 기준 신호를 생성하는 DTC를 포함할 수 있다.
FLL 경로는 기준 발진기 신호 및 포토다이오드 신호에 기초하여 2차 레이저를 개략적으로(coarsely) 튜닝할 수 있다. 예를 들어, FLL 경로는 제1 및 제2 광학 LO 신호들 사이의 주파수 오프셋을 추정하는 카운터를 포함할 수 있다. 카운터는 (예를 들어, 제2 광학 LO 신호의 주파수가 정착(settle)되고, 미리 결정된 값으로 고정될 때까지) 추정된 주파수 오프셋에 기초하여 2차 레이저를 개략적으로 튜닝할 수 있다. 일단 제2 광학 LO 신호의 주파수가 고정되면, PLL 경로는 DTC 기준 신호 및 포토다이오드 신호에 기초하여 2차 레이저를 미세하게 튜닝할 수 있다. 예를 들어, PLL 경로는 포토다이오드 신호를 서브샘플링하여 서브샘플링된 포토다이오드 신호를 생성하는 서브샘플링 믹서를 포함할 수 있다. 서브샘플링 믹서는 (예를 들어, 제2 광학 LO 신호의 위상이 정착되고, 제1 광학 LO 신호에 대해 고정될 때까지) DTC 기준 신호와 서브샘플링된 포토다이오드 신호 사이의 위상 차이에 기초하여 2차 레이저를 미세하게 튜닝할 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 광학 LO 신호들은 최소의 지터 및 위상 잡음으로 디바이스(10)의 부분들을 클록킹하는 데 사용될 수 있다.
본 개시내용의 일 양태는 전기 광학 위상 고정 루프를 제공한다. 전기 광학 위상 고정 루프는 제1 주파수에서 광을 방출하도록 구성된 제1 광원을 포함할 수 있다. 전기 광학 위상 고정 루프는 적어도 50 ㎓의 오프셋 주파수만큼 제1 주파수로부터 오프셋된 제2 주파수에서 광을 방출하도록 구성된 제2 광원을 포함할 수 있다. 전기 광학 위상 고정 루프는 제2 광원의 출력을 제2 광원의 입력에 통신가능하게 커플링시키는 피드백 경로를 포함할 수 있다. 전기 광학 위상 고정 루프는 기준 신호를 생성하도록 구성된 디지털-시간 변환기(DTC)를 포함할 수 있다. 전기 광학 위상 고정 루프는 피드백 경로를 따라 개재된 위상 비교기를 포함할 수 있으며, 여기서 위상 비교기는 기준 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 광원을 조정하도록 구성된다.
본 개시내용의 일 양태는 전기 광학 위상 고정 루프를 동작시키는 방법을 제공한다. 방법은 제1 레이저를 이용하여, 제1 주파수에서 제1 광학 국부 발진기(LO) 신호를 방출하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 제2 레이저를 이용하여, 50 ㎓ 초과의 오프셋 주파수만큼 제1 주파수로부터 오프셋된 제2 주파수에서 제2 광학 LO 신호를 방출하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 제2 레이저의 출력과 제2 레이저의 입력 사이에 통신가능하게 커플링된 주파수 고정 루프(FLL) 경로를 이용하여, 제2 주파수가 고정될 때까지 제2 레이저에 의해 방출되는 제2 광학 LO 신호를 개략적으로 튜닝하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 일단 제2 주파수가 고정되면, 제2 레이저의 출력과 제2 레이저의 입력 사이에 통신가능하게 커플링된 위상 고정 루프(PLL) 경로를 이용하여, 제2 광학 LO 신호가 제1 광학 LO 신호에 위상 고정될 때까지 제2 레이저에 의해 방출되는 제2 광학 LO 신호를 미세하게 튜닝하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 일 양태는 전자 디바이스를 제공한다. 전자 디바이스는 안테나 방사 요소를 포함할 수 있다. 전자 디바이스는, 안테나 방사 요소에 커플링되며, 안테나 방사 요소, 제1 광학 국부 발진기(LO) 신호, 및 제2 광학 LO 신호를 사용하여 100 ㎓ 초과의 주파수에서 무선 신호들을 전달하도록 구성된 포토다이오드를 포함할 수 있다. 전자 디바이스는 제1 광학 LO 신호 및 제2 광학 LO 신호를 생성하도록 구성된 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 광학 컴포넌트들은 제1 광학 LO 신호를 방출하도록 구성된 제1 레이저를 포함할 수 있다. 광학 컴포넌트들은 제2 광학 LO 신호를 방출하도록 구성된 제2 레이저를 포함할 수 있다. 광학 컴포넌트들은 제1 광학 LO 신호 및 제2 광학 LO 신호에 기초하여 포토다이오드 신호를 생성하도록 구성된 포토다이오드를 포함할 수 있다. 광학 컴포넌트들은, 포토다이오드 신호에 기초하여, 서브샘플링된 포토다이오드 신호를 생성하도록 구성되고, 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 레이저를 튜닝하도록 구성된 서브샘플링 믹서를 포함할 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 약 100 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 신호들을 전달하는 적어도 하나의 안테나를 갖는 무선 회로부를 갖는 예시적인 전자 디바이스의 블록도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 광학 국부 발진기(LO) 신호들에 기초하여 약 100 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 신호들을 송신하는 예시적인 안테나의 평면도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 도 2에 도시된 유형의 예시적인 안테나가 광학 LO 신호들에 기초하여 약 100 ㎓ 초과의 주파수들에서 수신된 무선 신호들을 중간 주파수 신호들로 어떻게 변환할 수 있는지를 도시하는 평면도이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 도 2 및 도 3에 도시된 유형의 다수의 안테나들이 다수의 편광들을 커버하기 위해 어떻게 적층될 수 있는지를 도시하는 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 유형의 적층된 안테나들이 대응하는 신호 빔 내의 약 100 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 신호들을 전달하기 위한 위상 안테나 어레이로 어떻게 통합될 수 있는지를 도시하는 평면도이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른, 중간 주파수들로 그리고 이어서 광학 도메인으로의 변환을 위해 약 100 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 신호들을 송신하고, 약 100 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 신호들을 수신하는 안테나를 갖는 예시적인 무선 회로부의 회로도이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 대응하는 신호 빔 내의 약 100 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 신호들을 전달하는 예시적인 위상 안테나 어레이의 회로도이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 낮은 지터 및 낮은 위상 잡음 광학 국부 발진기 신호들을 방출하기 위해 1차 및 2차 광원들을 사용할 수 있는 예시적인 전기 광학 위상 고정 루프의 회로도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 예시적인 디지털-시간 변환기(DTC)가 전기 광학 위상 고정 루프에 대한 프로그래밍가능 DTC 기준 신호를 어떻게 생성할 수 있는지를 도시하는 타이밍도이다.
도 10은 일부 실시예들에 따른, 낮은 지터 및 낮은 위상 잡음 광학 국부 발진기 신호들을 방출하기 위해 전기 광학 위상 고정 루프를 사용하는 것에 수반되는 예시적인 동작들의 흐름도이다.
도 1의 전자 디바이스(10)(때때로, 본 명세서에서 전기 광학 디바이스(10)로 지칭됨)는, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터와 같은 컴퓨팅 디바이스, 임베디드 컴퓨터를 포함하는 컴퓨터 모니터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, 미디어 플레이어, 또는 다른 핸드헬드 또는 휴대용 전자 디바이스, 더 작은 디바이스, 예컨대 손목시계 디바이스, 펜던트(pendant) 디바이스, 헤드폰 또는 이어피스(earpiece) 디바이스, 안경, 고글 또는 사용자의 머리에 착용되는 다른 장비에 임베딩된 디바이스, 또는 다른 웨어러블(wearable) 또는 소형 디바이스, 텔레비전, 임베디드 컴퓨터를 포함하지 않는 컴퓨터 디스플레이, 게이밍 디바이스, 내비게이션 디바이스, 디스플레이를 구비한 전자 장비가 키오스크(kiosk) 또는 자동차 내에 장착되어 있는 시스템과 같은 임베디드 시스템, 무선 인터넷 연결 음성 제어 스피커, 홈 엔터테인먼트 디바이스, 원격 제어 디바이스, 게이밍 제어기, 주변 사용자 입력 디바이스, 무선 기지국 또는 액세스 포인트, 이들 디바이스들 중 2개 이상의 디바이스들의 기능을 구현하는 장비, 또는 다른 전자 장비일 수 있다.
도 1의 기능 블록도에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 하우징(12)과 같은 전자 디바이스 하우징 상에 또는 그 내에 위치된 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 때때로 케이스로 지칭될 수 있는 하우징(12)은 플라스틱, 유리, 세라믹, 섬유 복합재들, 금속(예를 들어, 스테인리스 강, 알루미늄, 금속 합금 등), 다른 적합한 재료들, 또는 이들 재료들의 조합으로 형성될 수 있다. 일부 상황들에서, 하우징(12)의 일부들 또는 전체는 유전체 또는 기타 저전도성 재료(예를 들어, 유리, 세라믹, 플라스틱, 사파이어 등)로 형성될 수 있다. 다른 상황들에서, 하우징(12) 또는 하우징(12)을 형성하는 구조물들의 적어도 일부는 금속 요소들로부터 형성될 수 있다.
디바이스(10)는 제어 회로부(14)를 포함할 수 있다. 제어 회로부(14)는 저장 회로부(16)와 같은 저장소를 포함할 수 있다. 저장 회로부(16)는 하드 디스크 드라이브 저장소, 비휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)를 형성하도록 구성된 다른 전기적으로 프로그래밍 가능한 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예를 들어, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등을 포함할 수 있다. 저장 회로부(16)는 디바이스(10) 및/또는 이동식 저장 매체에 통합된 저장소를 포함할 수 있다.
제어 회로부(14)는 프로세싱 회로부(18)와 같은 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로부(18)는 디바이스(10)의 동작을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 프로세싱 회로부(18)는 하나 이상의 프로세서들, 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 디지털 신호 프로세서들, 호스트 프로세서들, 기저대역 프로세서 집적 회로들, 주문형 집적 회로들, 중앙 프로세싱 유닛(CPU)들, 그래픽 프로세싱 유닛(GPU)들 등을 포함할 수 있다. 제어 회로부(14)는 하드웨어(예를 들어, 전용 하드웨어 또는 회로부), 펌웨어, 및/또는 소프트웨어를 사용하여 디바이스(10)에서 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 디바이스(10)에서 동작들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드는 저장 회로부(16) 상에 저장될 수 있다(예를 들어, 저장 회로부(16)는 소프트웨어 코드를 저장하는 비일시적(유형적) 컴퓨터 판독가능 저장 매체들을 포함할 수 있다). 소프트웨어 코드는 때때로 프로그램 명령어들, 소프트웨어, 데이터, 명령어들, 또는 코드로 지칭될 수 있다. 저장 회로부(16) 상에 저장된 소프트웨어 코드는 프로세싱 회로부(18)에 의해 실행될 수 있다.
제어 회로부(14)는 위성 내비게이션 애플리케이션들, 인터넷 브라우징 애플리케이션들, VOIP(voice-over-internet-protocol) 전화 통화 애플리케이션들, 이메일 애플리케이션들, 미디어 재생 애플리케이션들, 운영 체제 기능들 등과 같은, 디바이스(10) 상의 소프트웨어를 실행하기 위해 사용될 수 있다. 외부 장비와의 상호작용들을 지원하기 위해, 제어 회로부(14)는 통신 프로토콜들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로부(14)를 사용하여 구현할 수 있는 통신 프로토콜들은 인터넷 프로토콜들, 무선 근거리 네트워크(wireless local area network, WLAN) 프로토콜들(예를 들어, IEEE 802.11 프로토콜들 - 때로는 Wi-Fi®로 지칭됨), 다른 단거리 무선 통신 링크용 프로토콜들, 예컨대 Bluetooth® 프로토콜 또는 다른 무선 개인 영역 네트워크(wireless personal area network, WPAN) 프로토콜들, IEEE 802.11ad 프로토콜들(예를 들어, 초광대역 프로토콜들), 셀룰러 전화 프로토콜들(예를 들어, 3G 프로토콜들, 4G (LTE) 프로토콜들, 3GPP 제5 세대(5G) 새로운 무선 방식(New Radio, NR) 프로토콜들, 제6 세대(6G) 프로토콜들, 서브-T㎐ 프로토콜들, T㎐ 프로토콜들 등), 안테나 다이버시티 프로토콜들, 위성 내비게이션 시스템 프로토콜들(예를 들어, 글로벌 포지셔닝 시스템(global positioning system, GPS) 프로토콜들, 글로벌 내비게이션 위성 시스템(global navigation satellite system, GLONASS) 프로토콜들 등), 안테나 기반 공간 레인징 프로토콜들, 광학 통신 프로토콜들, 또는 임의의 다른 원하는 통신 프로토콜들을 포함한다. 각각의 통신 프로토콜은 프로토콜을 구현하는 데 사용되는 물리적 연결 방법론을 특정하는 대응하는 무선 액세스 기술(RAT)과 연관될 수 있다.
디바이스(10)는 입력-출력 회로부(20)를 포함할 수 있다. 입력-출력 회로부(20)는 입력-출력 디바이스들(22)을 포함할 수 있다. 입력-출력 디바이스들(22)은, 데이터가 디바이스(10)로 공급되게 하기 위해 그리고 데이터가 디바이스(10)로부터 외부 디바이스들로 제공되게 하기 위해 사용될 수 있다. 입력-출력 디바이스들(22)은 사용자 인터페이스 디바이스들, 데이터 포트 디바이스들, 및 다른 입력-출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력-출력 디바이스들(22)은 터치 센서들, 디스플레이들(예를 들어, 터치 감응형 및/또는 힘 감응형 디스플레이들), 발광 컴포넌트들, 예컨대 터치 센서 능력들이 없는 디스플레이들, 버튼들(기계식, 정전식, 광학식 등), 스크롤 휠들, 터치 패드들, 키 패드들, 키보드들, 마이크로폰들, 카메라들, 버튼들, 스피커들, 상태 표시자들, 오디오 잭들 및 다른 오디오 포트 컴포넌트들, 디지털 데이터 포트 디바이스들, 모션 센서들(가속도계들, 자이로스코프들, 및/또는 모션을 탐지하는 나침반들), 정전 용량 센서들, 근접 센서들, 자기 센서들, 힘 센서들(예를 들어, 디스플레이에 인가된 압력을 검출하기 위해 디스플레이에 커플링된 힘 센서들), 온도 센서들 등을 포함할 수 있다. 일부 구성들에서, 키보드들, 헤드폰들, 디스플레이들, 지시 디바이스(pointing device)들, 예컨대 트랙패드들, 마우스들, 및 조이스틱들, 및 다른 입력-출력 디바이스들은 유선 또는 무선 연결들을 사용하여 디바이스(10)에 커플링될 수 있다(예를 들어, 입력-출력 디바이스들(22) 중 일부는 주 프로세싱 유닛 또는 디바이스(10)의 다른 부분에 유선 또는 무선 링크를 통해 커플링되는 주변기기들일 수 있음).
입력-출력 회로부(20)는 무선 통신들을 지원하기 위한 무선 회로부(24)를 포함할 수 있다. 무선 회로부(24)(때때로 본 명세서에서 무선 통신 회로부(24)로 지칭됨)는 하나 이상의 안테나들(30)을 포함할 수 있다.
무선 회로부(24)는 또한 송수신기 회로부(26)를 포함할 수 있다. 송수신기 회로부(26)는 송신기 회로부, 수신기 회로부, 변조기 회로부, 복조기 회로부(예를 들어, 하나 이상의 모뎀들), 무선 주파수 회로부, 하나 이상의 무선통신장치들, 중간 주파수 회로부, 광 송신기 회로부, 광 수신기 회로부, 광학 광원들, 다른 광학 컴포넌트들, 기저대역 회로부(예를 들어, 하나 이상의 기저대역 프로세서들), 증폭기 회로부, 하나 이상의 국부 발진기들 및/또는 위상 고정 루프들과 같은 클록킹 회로부, 메모리, 하나 이상의 레지스터들, 필터 회로부, 스위칭 회로부, 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter, ADC) 회로부, 디지털-아날로그 변환기(digital-to-analog converter, DAC) 회로부, 무선 주파수 송신 라인들, 광섬유들, 및/또는 안테나들(30)을 사용하여 무선 신호들을 송신 및/또는 수신하기 위한 임의의 다른 회로부를 포함할 수 있다. 송수신기 회로부(26)의 컴포넌트들은 하나의 집적 회로, 칩, 시스템 온 칩(system-on-chip, SOC), 다이, 인쇄 회로 기판, 기판, 또는 패키지 상에서 구현될 수 있거나, 또는 송수신기 회로부(26)의 컴포넌트들은 2개 이상의 집적 회로들, 칩들, SOC들, 인쇄 회로 기판들, 기판들, 및/또는 패키지들에 걸쳐 분산될 수 있다.
도 1의 예는 단지 예시적인 것이다. 도 1의 예에서는 명료함을 위해 제어 회로부(14)가 무선 회로부(24)와는 별개로 도시되어 있지만, 무선 회로부(24)는 프로세싱 회로부(18)의 일부를 형성하는 프로세싱 회로부(예를 들어, 하나 이상의 프로세서들), 및/또는 제어 회로부(14)의 저장 회로부(16)의 일부를 형성하는 저장 회로부를 포함할 수 있다(예를 들어, 제어 회로부(14)의 부분들이 무선 회로부(24) 상에 구현될 수 있음). 일 예로서, 제어 회로부(14)는 기저대역 회로부(예를 들어, 하나 이상의 기저대역 프로세서들), 디지털 제어 회로부, 아날로그 제어 회로부, 및/또는 무선 회로부(24)의 일부를 형성하는 다른 제어 회로부를 포함할 수 있다. 기저대역 회로부는, 예를 들어, PHY 계층, MAC 계층, RLC 계층, PDCP 계층, SDAP 계층, 및/또는 PDU 계층에서 사용자 평면 기능들을 수행하도록, 그리고/또는 PHY 계층, MAC 계층, RLC 계층, PDCP 계층, RRC 계층, 및/또는 비-액세스 층 계층에서 제어 평면 기능들을 수행하도록 제어 회로부(14)(예를 들어, 저장 회로부(20)) 상의 통신 프로토콜 스택에 액세스할 수 있다.
송수신기 회로부(26)는 개개의 신호 경로(28)를 통해 무선 회로부(24) 내의 각각의 안테나(30)에 커플링될 수 있다. 각각의 신호 경로(28)는 하나 이상의 무선 주파수 송신 라인들, 도파관들, 광섬유들, 및/또는 송수신기 회로부(26)와 안테나(30) 사이에서 무선 신호들을 전달하기 위한 임의의 다른 원하는 라인들/경로들을 포함할 수 있다. 안테나들(30)은 무선 신호들을 전달하기 위한 임의의 원하는 안테나 구조물들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나들(30)은 다이폴 안테나 구조물들, 평면 다이폴 안테나 구조물들(예를 들어, 보타이 안테나(bowtie antenna) 구조물들), 슬롯 안테나 구조물들, 루프 안테나 구조물들, 패치 안테나 구조물들, 역-F 안테나 구조물들, 평면 역-F 안테나 구조물들, 나선형 안테나 구조물들, 모노폴 안테나들, 다이폴들, 이들 설계들의 하이브리드들 등으로부터 형성되는 공진 요소들을 갖는 안테나들을 포함할 수 있다. 필터 회로부, 스위칭 회로부, 임피던스 정합 회로부, 및/또는 다른 안테나 튜닝 컴포넌트들은 시간 경과에 따라 주파수 응답 및 안테나들(30)의 무선 성능을 조정하도록 조정될 수 있다.
원하는 경우, 안테나들(30) 중 2개 이상은 위상 안테나 어레이(때때로 본 명세서에서 위상 어레이 안테나로 지칭됨) 내로 통합될 수 있고, 여기서 안테나들 각각은 시간 경과에 따라 조정되는 개개의 위상 및 크기로 무선 신호들을 전달하여, 무선 신호들이 보강적으로 그리고 상쇄적으로 간섭하여 주어진 지시 방향으로 신호 빔을 생성(형성)하게 한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 용어 "무선 신호들을 전달한다"는 (예를 들어, 외부 무선 통신 장비와의 단방향 및/또는 양방향 무선 통신들을 수행하기 위한) 무선 신호들의 송신 및/또는 수신을 의미한다. 안테나들(30)은 신호들을 자유 공간 내로(또는 유전체 커버 층과 같은 개재 디바이스 구조물들을 통해 자유 공간으로) 방사함으로써 무선 신호들을 송신할 수 있다. 안테나들(30)은, 부가적으로 또는 대안적으로, (예를 들어, 유전체 커버 층과 같은 개재 디바이스 구조물들을 통해) 자유 공간으로부터 무선 신호들을 수신할 수 있다. 안테나들(30)에 의한 무선 신호들의 송신 및 수신은, 각각, 안테나의 동작의 주파수 대역(들) 내의 무선 신호들에 의한 안테나 내의 안테나 공진(방사) 요소 상의 안테나 전류들의 여기 또는 공진을 수반한다.
송수신기 회로부(26)는 디바이스(10)와 외부 무선 통신 장비(예를 들어, 디바이스(10), 무선 액세스 포인트 또는 기지국 등과 같은 하나 이상의 다른 디바이스들) 사이에서 무선 통신 데이터를 전달하는 무선 신호들을 송신 및/또는 수신하기 위해 안테나(들)(30)를 사용할 수 있다. 무선 통신 데이터는 양방향으로 또는 단방향으로 전달될 수 있다. 무선 통신 데이터는, 예를 들어, 전화 통화, 스트리밍 미디어 콘텐츠, 인터넷 브라우징과 연관된 무선 데이터, 디바이스(10) 상에서 실행되는 소프트웨어 애플리케이션들, 이메일 메시지들과 연관된 무선 데이터 등과 같은, 대응하는 데이터 패킷들 내로 인코딩된 데이터를 포함할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 무선 회로부(24)는 안테나(들)(30)를 사용하여 무선 감지 동작들을 수행할 수 있다. 감지 동작들은, 디바이스(10)가 디바이스(10) 외부의 객체들의 존재, 위치, 배향, 및/또는 속도(모션)를 검출(예를 들어, 감지 또는 식별)할 수 있게 할 수 있다. 제어 회로부(14)는 외부 객체들의 검출된 존재, 위치, 배향, 및/또는 속도를 사용하여 임의의 원하는 디바이스 동작들을 수행할 수 있다. 예들로서, 제어 회로부(14)는 외부 객체들의 검출된 존재, 위치, 배향, 및/또는 속도를 사용하여, 사용자의 손(들) 또는 다른 신체 부위들에 의해 수행된 또는 외부 스타일러스, 게이밍 제어기, 헤드 장착형 디바이스, 또는 다른 주변기기 디바이스들 또는 액세서리들에 의해 수행된 제스처 입력과 같은 디바이스(10) 상에서 실행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션들에 대한 대응하는 사용자 입력을 식별하고, 하나 이상의 안테나들(30)이 (예를 들어, 무선 주파수 노출에 대한 규제 한계들을 만족시키기 위한) 감소된 최대 송신 전력 레벨로 언제 디스에이블되거나 또는 제공될 필요가 있는지를 결정하고, (예를 들어, 안테나들(30)이 위상 어레이의 안테나들(30)을 포함하는 시나리오들에서) 무선 회로부(24)에 대한 안테나들(30)에 의해 생성된 무선 주파수 신호 빔을 어떻게 스티어링(형성)할지를 결정하고, (예를 들어, 증강 현실 애플리케이션, 게이밍 애플리케이션, 지도 애플리케이션, 홈 디자인 애플리케이션, 엔지니어링 애플리케이션 등에 의한 사용을 위해 디바이스(10)가 위치되는 룸의 소프트웨어 모델을 생성하기 위해) 디바이스(10) 주변 환경을 맵핑 또는 모델링하고, 디바이스(10)의 부근(예를 들어, 주변)에서 또는 디바이스(10)의 사용자의 모션 방향에서 장애물들의 존재를 검출하는 등을 할 수 있다.
무선 회로부(24)는 전자기 스펙트럼의 대응하는 주파수 대역들(때때로 본 명세서에서 통신 대역들로서 또는 단순히 "대역들"로서 지칭됨) 내에서 무선 신호들을 송신 및/또는 수신할 수 있다. 통신 회로부(26)에 의해 처리되는 주파수 대역들은 2.4 ㎓ WLAN 대역(예를 들어, 2400 내지 2480 ㎒), 5 ㎓ WLAN 대역(예를 들어, 5180 내지 5825 ㎒), Wi-Fi® 6E 대역(예를 들어, 5925 내지 7125 ㎒) 및/또는 다른 Wi-Fi® 대역들(예를 들어, 1875 내지 5160 ㎒)과 같은 무선 근거리 네트워크(WLAN) 주파수 대역들(예를 들어, Wi-Fi®(IEEE 802.11) 또는 다른 WLAN 통신 대역들), 2.4 ㎓ Bluetooth® 대역 또는 다른 WPAN 통신 대역들과 같은 무선 개인 영역 네트워크(WPAN) 주파수 대역들, 셀룰러 전화 주파수 대역들(예를 들어, 약 600 ㎒ 내지 약 5 ㎓ 대역들, 3G 대역들, 4G LTE 대역들, 10 ㎓ 미만의 5G 새로운 무선방식 주파수 범위 1(FR1) 대역들, 20 내지 60 ㎓의 5G 새로운 무선방식 주파수 범위 2(FR2) 대역들 등), 10 내지 100 ㎓의 다른 센티미터파 또는 밀리미터파 주파수 대역들, 근거리 통신 주파수 대역들(예를 들어, 13.56 ㎒에서), 위성 내비게이션 주파수 대역들(예를 들어, 1565 내지 1610 ㎒의 GPS 대역, 글로벌 내비게이션 위성 시스템(GLONASS) 대역, BeiDou 내비게이션 위성 시스템(BDS) 대역 등), IEEE 802.15.4 프로토콜 및/또는 다른 초광대역 통신 프로토콜들 하에서 동작하는 초광대역(UWB) 주파수 대역들, 3GPP 무선 통신 표준군 하의 통신 대역들, IEEE 802.XX 표준군 하의 통신 대역들, 및/또는 임의의 다른 원하는 관심 주파수 대역들을 포함할 수 있다.
시간이 경과함에 따라, 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스들 상의 소프트웨어 애플리케이션들은 더욱 더 데이터 집약적이 되었다. 따라서, 전자 디바이스들 상의 무선 회로부는 더욱 더 높은 데이터 레이트들로 데이터 전송을 지원할 필요가 있다. 일반적으로, 무선 회로부에 의해 지원되는 데이터 레이트들은 무선 회로부에 의해 전달되는 무선 신호들의 주파수에 비례한다(예를 들어, 더 높은 주파수들은 더 낮은 주파수들보다 더 높은 데이터 레이트들을 지원할 수 있음). 무선 회로부(24)는 (예를 들어, 센티미터 및 밀리미터파 신호들이 약 10 ㎓ 내지 100 ㎓ 사이의 상대적으로 높은 주파수들에 있기 때문에) 상대적으로 높은 데이터 레이트들을 지원하기 위해 센티미터 및 밀리미터파 신호들을 전달할 수 있다. 그러나, 센티미터 및 밀리미터파 신호들에 의해 지원되는 데이터 레이트들이 디바이스(10)의 모든 데이터 전송 요구들을 충족시키기에는 여전히 불충분할 수 있다. 최대 5 내지 10 Gbps 이상의 데이터 레이트들과 같은 훨씬 더 높은 데이터 레이트들을 지원하기 위해, 무선 회로부(24)는 100 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 신호들을 전달할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 회로부(24)는 대략 100 ㎓ 초과의 주파수들에서 무선 신호들(32)을 송신할 수 있고 무선 신호들(34)을 수신할 수 있다. 무선 신호들(32, 34)은 때때로 본 명세서에서 THF(tremendously high frequency) 신호들(32, 34), 서브-T㎐ 신호들(32, 34), T㎐ 신호들(32, 34), 또는 서브-밀리미터파 신호들(32, 34)로 지칭될 수 있다. THF 신호들(32, 34)은 서브-T㎐ 또는 T㎐ 주파수들, 예컨대 (예를 들어, 서브-T㎐, T㎐, THF, 또는 서브-밀리미터 주파수 대역, 예컨대 6G 주파수 대역 내의) 100 ㎓ 내지 1 T㎐, 100 ㎓ 내지 10 T㎐, 100 ㎓ 내지 2 T㎐, 200 ㎓ 내지 1 T㎐, 300 ㎓ 내지 1 T㎐, 300 ㎓ 내지 2 T㎐, 300 ㎓ 내지 10 T㎐, 100 ㎓ 내지 800 ㎓, 200 ㎓ 내지 1.5 T㎐ 등의 주파수들에 있을 수 있다. 이들 주파수들에 의해 지원된 높은 데이터 레이트들은 디바이스(10)에 의해 레버리징되어, (예를 들어, 추가의 데이터 대역폭을 제공하기 위해 공간 다중화를 지원하면서) 셀룰러 전화 음성 및/또는 데이터 통신들을 수행하고, 디바이스(10) 외부의 객체들의 존재, 위치, 및/또는 속도를 검출하기 위해 레이더 동작들과 같은 공간 레인징 동작(spatial ranging operation)들을 수행하고, (예를 들어, 향상된 보안성으로) 자동차 감지를 수행하고, 디바이스(10)의 사용자 또는 다른 사람에 대한 건강/신체 모니터링을 수행하고, 가스 또는 화학적 검출을 수행하고, 디바이스(10)와 다른 디바이스 또는 주변기기 디바이스 사이의 높은 데이터 레이트 무선 연결을 형성하고(예를 들어, 초고해상도 비디오를 디스플레이하는 디스플레이와 디바이스(10) 상의 디스플레이 드라이버 사이의 높은 데이터 레이트 연결을 형성하고), 원격 무선 헤드(예를 들어, 유연한 높은 데이터 레이트 연결)를 형성하고, 높은 데이터 레이트들을 지원하는 디바이스(10) 내에 THF 칩-대-칩 연결을 형성하고(예를 들어, 여기서 디바이스(10) 내의 제1 칩 상의 하나의 안테나(30)는 디바이스(10) 내의 제2 칩 상의 다른 안테나(30)로 THF 신호들(32)을 송신함), 그리고/또는 임의의 다른 원하는 높은 데이터 레이트 동작들을 수행할 수 있다.
디바이스(10)와 같은 전자 디바이스들 내에서 공간은 확보하기가 힘들다. 일부 시나리오들에서, 상이한 안테나들(30)이 THF 신호들(34)을 수신하는 데 사용되기 보다는 THF 신호들(32)을 송신하는 데 사용된다. 그러나, 상이한 안테나들(30)을 사용하여 THF 신호들(32)의 송신 및 THF 신호들(34)의 수신을 다루는 것은, 2개의 안테나들(30) 및 신호 경로들(28)이 송신 및 수신 둘 모두를 다루는 데 필요할 것이기 때문에 디바이스(10) 내에서 과도한 양의 공간 및 다른 자원들을 소비할 수 있다. 디바이스(10) 내의 공간 및 자원 소비를 최소화하기 위해, 동일한 안테나(30) 및 신호 경로(28)가 THF 신호들(32)을 송신하고 THF 신호들(34)을 수신하는 둘 모두를 하는 데 사용될 수 있다. 원하는 경우, 무선 회로부(24) 내의 다수의 안테나들(30)은 THF 신호들(32)을 송신할 수 있고 THF 신호들(34)을 수신할 수 있다. 안테나들은 선택된 빔 지시 방향(beam pointing direction)으로 배향된 대응하는 신호 빔 내에서 THF 신호들(32)을 송신하는 그리고 THF 신호들(34)을 수신하는 위상 안테나 어레이 내로 통합될 수 있다.
이들 고주파수들에서 무선 통신들을 지원하는 무선 회로부(24) 내로 컴포넌트들을 통합하는 것은 어려울 수 있다. 원하는 경우, 송수신기 회로부(26) 및 신호 경로들(28)은 공간 및 자원 효율적인 방식으로 THF 신호들(32)의 송신 및 THF 신호들(34)의 수신을 지원하기 위해 광 신호들을 전달하는 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 광 신호들은 THF 주파수들에서 THF 신호들(32)을 송신하는 데 그리고 THF 주파수들에서 THF 신호들(34)을 수신하는 데 사용될 수 있다.
도 2는 광 신호들을 사용하여 THF 신호들(32)을 송신하고 THF 신호들(34)을 수신하는 둘 모두를 하는 데 사용될 수 있는 예시적인 안테나(30)의 도면이다. 안테나(30)는 방사(공진) 요소 아암들(36)과 같은 하나 이상의 안테나 방사(공진) 요소들을 포함할 수 있다. 도 2의 예에서, 안테나(30)는 2개의 대향하는 방사 요소 아암들(36)(예를 들어, 보타이 아암들 또는 다이폴 아암들)을 갖는 평면 다이폴 안테나(때때로 "보타이" 안테나로 지칭됨)이다. 이것은 단지 예시적인 것이고, 일반적으로, 안테나(30)는 임의의 원하는 안테나 방사 요소 아키텍처를 갖는 임의의 유형의 안테나일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 안테나(30)는 방사 요소 아암들(36) 사이에 커플링된 포토다이오드(PD)(42)를 포함한다. 디바이스(10)와 같은, 포토다이오드들(42)을 갖는 안테나들(30)을 포함하는 전자 디바이스들은 때때로 전기 광학 디바이스들(예를 들어, 전기 광학 디바이스(10))로 또한 지칭될 수 있다. 포토다이오드(42)는 프로그래밍가능 포토다이오드일 수 있다. 포토다이오드(42)가 프로그래밍가능 UTC PD(uni-travelling-carrier photodiode)인 예가 본 명세서에서 일 예로서 설명된다. 따라서, 포토다이오드(42)는 때때로 본 명세서에서 UTC PD(42) 또는 프로그래밍가능 UTC PD(42)로 지칭될 수 있다. 이는 단지 예시적인 것이며, 일반적으로, 포토다이오드(42)는 광학 주파수들(예를 들어, 적외선, 가시, 및/또는 자외선 주파수들)에서의 전자기 에너지(예를 들어, 광 또는 광 에너지)를 방사 요소 아암들(36) 상의 THF 주파수들에서의 전류로 변환하고 그리고/또는 그 반대로 변환하는 임의의 원하는 유형의 조정가능/프로그래밍가능 포토다이오드 또는 컴포넌트를 포함할 수 있다. 각각의 방사 요소 아암(36)은, (예를 들어, 안테나(30)가 보타이 안테나인 구현예들에서) 예를 들어, UTC PD(42)에서의 제1 에지 및 제1 에지보다 더 넓은 제1 에지에 반대편의 제2 에지를 가질 수 있다. 원하는 경우, 다른 방사 요소들이 사용될 수 있다.
UTC PD(42)는 하나 이상의 제어 신호들(VBIAS)을 수신하는 바이어스 단자(38)를 가질 수 있다. 제어 신호들(VBIAS)은 하나 이상의 전압 레벨들에서 제공되는 바이어스 전압들 및/또는 UTC PD(42)의 동작을 제어하기 위한 다른 제어 신호들, 예컨대 UTC PD(42)의 출력 임피던스를 조정하기 위한 임피던스 조정 제어 신호들을 포함할 수 있다. 제어 회로부(14)(도 1)는 시간 경과에 따라 UTC PD(42)의 동작을 동적으로 제어(예를 들어, 프로그래밍 또는 조정)하기 위해 상이한 설정들(예를 들어, 값들, 크기들 등)에서 제어 신호들(VBIAS)을 제공(예를 들어, 인가, 공급, 어써트 등)할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호들(VBIAS)은, 안테나(30)가 THF 신호들(32)을 송신하는지 또는 THF 신호들(34)을 수신하는지 여부를 제어하는 데 사용될 수 있다. 제어 신호들(VBIAS)이 제1 레벨 또는 크기에서 어써트된 바이어스 전압을 포함할 때, 안테나(30)는 THF 신호들(32)을 송신하도록 구성될 수 있다. 제어 신호들(VBIAS)이 제2 레벨 또는 크기에서 어써트된 바이어스 전압을 포함할 때, 안테나(30)는 THF 신호들(34)을 수신하도록 구성될 수 있다. 도 2의 예에서, 제어 신호들(VBIAS)은 THF 신호들(32)을 송신하도록 안테나(30)를 구성하기 위해 제1 레벨에서 어써트된 바이어스 전압을 포함한다. 원하는 경우, 제어 신호들(VBIAS)은 또한, 안테나(30)에 의해 전달된 신호들에 대한 이득 제어를 수행하기 위해 그리고/또는 UTC PD(42)의 출력 임피던스를 조정하기 위해, THF 신호들의 파형을 (예를 들어, 입사 광 신호들의 변조를 보존하는 제곱 함수, 선형 함수 등으로서) 제어하도록 조정될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, UTC PD(42)는 광 경로(optical path)(40)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 광 경로(40)는 하나 이상의 광섬유들 또는 도파관들을 포함할 수 있다. UTC PD(42)는 광 경로(40)를 통해 송수신기 회로부(26)(도 1)로부터 광 신호들을 수신할 수 있다. 광 신호들은 제1 광학 국부 발진기(LO) 신호(LO1) 및 제2 광학 국부 발진기 신호(LO2)를 포함할 수 있다. 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)은 송수신기 회로부(26)(도 1)에서 광원들에 의해 생성될 수 있다. 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)은 광학 파장들(예를 들어, 400 nm 내지 700 nm), 자외선 파장들(예를 들어, 근자외선 또는 극 자외선 파장들), 및/또는 적외선 파장들(예를 들어, 근적외선 파장들, 중간 적외선 파장들, 또는 원적외선 파장들)에 있을 수 있다. 광학 국부 발진기 신호(LO2)는 광학 국부 발진기 신호(LO1)로부터 파장 오프셋(X)만큼 파장이 오프셋될 수 있다. 파장 오프셋(X)은 안테나(30)에 의해 전달되는 THF 신호들의 파장(예를 들어, 100 ㎓ 내지 1 T㎐(1000 ㎓), 100 ㎓ 내지 2 T㎐, 300 ㎓ 내지 800 ㎓, 300 ㎓ 내지 1 T㎐, 300 내지 400 ㎓, 등)과 동일할 수 있다.
신호 송신 동안, 무선 데이터(예를 들어, 무선 데이터 패킷들, 심볼들, 프레임들 등)가 광학 국부 발진기 신호(LO2)로 변조되어, 변조된 광학 국부 발진기 신호(LO2')를 생성할 수 있다. 원하는 경우, 광학 국부 발진기 신호(LO1)에는 광 위상 시프트(S)가 제공될 수 있다. 광 경로(40)는 광학 국부 발진기 신호(LO1)(인가될 때, 광 위상 시프트(S)가 플러스됨) 및 변조된 광학 국부 발진기 신호(LO2')로 UTC PD(42)를 조명할 수 있다. 원하는 경우, 렌즈 또는 다른 광학 컴포넌트들이 광 경로(40)와 UTC PD(42) 사이에 개재되어, 광학 국부 발진기 신호들을 UTC PD(42) 상에 포커싱하는 것을 도울 수 있다.
UTC PD(42)는 광학 국부 발진기 신호(LO1) 및 변조된 국부 발진기 신호(LO2')(예를 들어, 2개의 광학 국부 발진기 신호들 사이의 비트들)를 방사 요소 아암들(36)의 주연부를 따라 흐르는 안테나 전류들로 변환할 수 있다. 안테나 전류들의 주파수는 국부 발진기 신호(LO1)와 변조된 국부 발진기 신호(LO2') 사이의 주파수 차이와 같다. 안테나 전류들은 THF 신호들(32)을 자유 공간(free space)으로 방사(송신)할 수 있다. 제어 신호(VBIAS)는 UTC PD(42)를 제어하여, (예를 들어, 제곱 함수를 신호들에 적용함으로써) 변조 및 그에 따른 변조된 국부 발진기 신호(LO2')에 대한 무선 데이터를 보존하면서 광학 국부 발진기 신호들을 방사 요소 아암들(36) 상의 안테나 전류들로 변환할 수 있다. 그에 의해, THF 신호들(32)은 외부 무선 통신 장비에 의한 수신 및 복조를 위해 변조된 무선 데이터를 반송할 것이다.
도 3은 안테나(30)가 (예를 들어, 제어 신호들(VBIAS)의 설정을 도 2의 송신 상태로부터 수신 상태로 변경한 후) THF 신호들(34)을 어떻게 수신할 수 있는지를 도시하는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, THF 신호들(34)은 안테나 방사 요소 아암들(36) 상에 입사될 수 있다. 입사 THF 신호들(34)은 방사 요소 아암들(36)의 주연부 주위로 흐르는 안테나 전류들을 생성할 수 있다. UTC PD(42)는 광학 국부 발진기 신호(LO1)(인가될 때 광 위상 시프트(S)가 플러스됨), 광학 국부 발진기 신호(LO2)(예를 들어, 변조 없음), 및 제어 신호들(VBIAS)(예를 들어, 제2 레벨에서 어써트된 바이어스 전압)을 사용하여, 수신된 THF 신호들(34)을 중간 주파수 신호 경로(44) 상으로 출력되는 중간 주파수 신호들(SIGIF)로 변환할 수 있다.
중간 주파수 신호들(SIGIF)의 주파수는 THF 신호들(34)의 주파수에서 광학 국부 발진기 신호(LO1)의 주파수와 광학 국부 발진기 신호(LO2)의 주파수 사이의 차이를 뺀 것과 동일할 수 있다. 일 예로서, 중간 주파수 신호들(SIGIF)은 10 ㎓ 내지 100 ㎓, 30 ㎓ 내지 80 ㎓, 약 60 ㎓ 등의 센티미터 또는 밀리미터파 주파수들과 같은 THF 신호들(32, 34)보다 더 낮은 주파수들에 있을 수 있다. 원하는 경우, 송수신기 회로부(26)(도 1)는, 송신으로부터 수신으로 또는 그 반대로 스위칭할 때 광학 국부 발진기 신호(LO1) 및/또는 광학 국부 발진기 신호(LO2)의 주파수를 변경할 수 있다. UTC PD(42)는 중간 신호들(SIGIF)에서 THF 신호들(34)의 데이터 변조를 보존할 수 있다. 송수신기 회로부(26)(도 1) 내의 수신기는 중간 주파수 신호들(SIGIF)을 복조하여(예를 들어, 추가적인 하향 변환 후), THF 신호들(34)로부터 무선 데이터를 복구할 수 있다. 다른 예에서, 무선 회로부(24)는 무선 데이터를 복구하기 전에 중간 주파수 신호들(SIGIF)을 광학 도메인으로 변환할 수 있다. 또 다른 예에서, 중간 주파수 신호 경로(44)가 생략될 수 있고, UTC PD(42)는 THF 신호들(34)을 (예를 들어, 광 신호의 측대역에서) 후속적인 복조 및 데이터 복구를 위한 광학 도메인으로 변환할 수 있다.
도 2 및 도 3의 안테나(30)는 주어진 편광(예를 들어, 수직 편광과 같은 선형 편광)으로 THF 신호들(32)의 송신 및 THF 신호들(34)의 수신을 지원할 수 있다. 원하는 경우, 무선 회로부(24)(도 1)는 상이한 편광들을 커버하기 위한 다수의 안테나들(30)을 포함할 수 있다. 도 4는 무선 회로부(24)가 상이한 편광들을 커버하기 위한 다수의 안테나들(30)을 어떻게 포함할 수 있는지의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무선 회로부는 제1 편광(예를 들어, 수직 편광과 같은 제1 선형 편광)을 커버하기 위한 안테나(30V)와 같은 제1 안테나(30)를 포함할 수 있고, 제1 편광과는 상이한 또는 이에 직교하는 제2 편광(예를 들어, 수평 편광과 같은 제2 선형 편광)을 커버하기 위한 안테나(30H)와 같은 제2 안테나(30)를 포함할 수 있다. 안테나(30V)는 대응하는 쌍의 방사 요소 아암들(36) 사이에 커플링된 UTC PD(42V)와 같은 UTC PD(42)를 가질 수 있다. 안테나(30H)는 안테나(30V) 내의 방사 요소 아암들(36)에 비-평행하게(예를 들어, 직교하게) 배향된 대응하는 쌍의 방사 요소 아암들(36) 사이에 커플링된 UTC PD(42H)와 같은 UTC PD(42)를 가질 수 있다. 이는 안테나들(30V, 30H)이 개개의 (직교) 편광들을 갖는 THF 신호들(32)을 송신하게 할 수 있고, 안테나들(30V, 30H)이 개개의 (직교) 편광들을 갖는 THF 신호들(32)을 수신하게 할 수 있다.
디바이스(10) 내의 공간을 최소화하기 위해, 안테나(30V)는 (예를 들어, UTC PD(42V)가 UTC PD(42H)와 부분적으로 또는 완전히 중첩되는 경우) 안테나(30H) 위에 또는 그 아래에 수직으로 적층될 수 있다. 이러한 예에서, 안테나들(30V, 30H)은 둘 모두가 강성 또는 가요성 인쇄 회로 기판과 같은 동일한 기판 상에 형성될 수 있다. 기판은 다수의 적층형 유전체 층들(예를 들어, 세라믹, 에폭시, 가요성 인쇄 회로 기판 재료, 강성 인쇄 회로 기판 재료 등의 층들)을 포함할 수 있다. 안테나(30V) 내의 방사 요소 아암들(36)은 안테나(30H) 내의 방사 요소 아암들(36)과는 별개의 기판의 층 상에 형성될 수 있거나, 또는 안테나(30V) 내의 방사 요소 아암들(36)은 안테나(30H) 내의 방사 요소 아암들(36)과 동일한 기판의 층 상에 형성될 수 있다. UTC PD(42V)는 UTC PD(42H)와 동일한 기판의 층 상에 형성될 수 있거나, 또는 UTC PD(42V)는 UTC PD(42H)와는 별개의 기판의 층 상에 형성될 수 있다. UTC PD(42V)는 안테나(30V) 내의 방사 요소 아암들(36)과 동일한 기판의 층 상에 형성될 수 있거나, 또는 안테나(30V) 내의 방사 요소 아암들(36)과는 별개의 기판의 층 상에 형성될 수 있다. UTC PD(42H)는 안테나(30H) 내의 방사 요소 아암들(36)과 동일한 기판의 층 상에 형성될 수 있거나, 또는 안테나(30H) 내의 방사 요소 아암들(36)과는 별개의 기판의 층 상에 형성될 수 있다.
원하는 경우, 안테나들(30) 또는 도 4의 안테나들(30H, 30V)은 위상 안테나 어레이 내에 통합될 수 있다. 도 5는 안테나들(30H, 30V)이 위상 안테나 어레이 내에 어떻게 통합될 수 있는지의 일 예를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 행들 및 열들의 직사각형 그리드로 배열된 적층된 안테나들(30H, 30V)의 위상 안테나 어레이(46)를 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(46)에서의 안테나들의 각각은 동일한 기판 상에 형성될 수 있다. 이는 단지 예시적인 것이다. 일반적으로, 위상 안테나 어레이(46)(때때로 위상 어레이 안테나로 지칭됨)는 임의의 원하는 패턴으로 배열된 임의의 원하는 수의 안테나들(30V, 30H)(또는 비-적층형 안테나들(30))을 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(46) 내의 안테나들 각각에는 개개의 광 위상 시프트(S)(도 2 및 도 3)가 제공될 수 있으며, 이는, THF 신호들(32)을 집합적으로 송신하고 그리고/또는 원하는 빔 지시 방향으로 THF 신호들의 신호 빔을 형성하기 위해 합산하는 THF 신호들(34)을 수신하도록 안테나들을 구성한다. 빔 지시 방향은 신호 빔을 외부 통신 장비를 향해, 원하는 외부 객체를 향해, 외부 객체로부터 멀어지는 등으로 가리키도록 선택될 수 있다.
위상 안테나 어레이(46)는 디바이스(10) 내에서 상대적으로 작은 공간을 차지할 수 있다. 예를 들어, 각각의 안테나(30V/30H)는 (예를 들어, 하나의 방사 요소 아암의 단부로부터 반대편 방사 요소 아암의 대향하는 단부까지 측정된 바와 같은) 길이(48)를 가질 수 있다. 길이(48)는 THF 신호들(32, 34)의 파장의 1/2과 대략 동일할 수 있다. 예를 들어, 길이(48)는 0.5 mm 이하만큼 작을 수 있다. 위상 안테나 어레이(46) 내의 각각의 UTC-PD(42)는 100 제곱 마이크로미터 이하의 측면적을 점유할 수 있다. 이것은 위상 안테나 어레이(46)가 디바이스(10) 내에서 매우 적은 면적을 점유하게 하고, 그에 의해 위상 안테나 어레이가 디바이스 컴포넌트들에 대한 다른 공간을 여전히 허용하면서 디바이스(10)의 상이한 부분들 내에 통합될 수 있게 할 수 있다. 도 2 내지 도 5의 예들은 단지 예시적인 것이며, 일반적으로, 각각의 안테나는 임의의 원하는 안테나 방사 요소 아키텍처를 가질 수 있다.
도 6은 주어진 안테나(30) 및 신호 경로(28)(도 1)가 광학 국부 발진기 신호들에 기초하여 THF 신호들(32)을 송신하고 THF 신호들(34)을 수신하는 둘 모두를 하는 데 어떻게 사용될 수 있는지를 도시하는 회로도이다. 도 6의 예에서, UTC PD(42)는 수신된 THF 신호들(34)을 중간 주파수 신호들(SIGIF)로 변환하며, 중간 주파수 신호들은 이어서, 수신된 THF 신호들로부터 무선 데이터를 복구하기 위해 광학 도메인으로 변환된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 무선 회로부(24)는 신호 경로(28)(예를 들어, 본 명세서에서 때때로 광 신호 경로(28)로 지칭되는 광 신호 경로)를 통해 안테나(30)에 커플링된 송수신기 회로부(26)를 포함할 수 있다. UTC PD(42)는 안테나(30)의 방사 요소 아암(들)(36)과 신호 경로(28) 사이에 커플링될 수 있다. 송수신기 회로부(26)는 광학 컴포넌트들(68), 전력 증폭기(76)와 같은 증폭기 회로부, 및 디지털-아날로그 변환기(DAC)(74)를 포함할 수 있다. 광학 컴포넌트들(68)은 광 수신기(72)와 같은 광 수신기 및 광학 국부 발진기(LO) 광원들(방출기들)(70)을 포함할 수 있다. LO 광원들(70)은 개개의 파장들(예를 들어, 가시, 적외선, 및/또는 자외선 파장들)에서의 레이저 광원들, 레이저 다이오드들, 광학 위상 고정 루프들, 또는 광(예를 들어, 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 포함하는 전자기 에너지, 광, 또는 광 에너지)을 방출하는 다른 광학 방출기들과 같은 2개 이상의 광원들(예를 들어, 전자기 에너지, 광 또는 광 에너지의 소스들)을 포함할 수 있다. 원하는 경우, LO 광원들(70)은 단일 광원을 포함할 수 있고, 광원에 의해 방출된 광을 상이한 파장들로 분할하기 위한 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 신호 경로(28)는 광 경로(66)를 통해 광학 컴포넌트들(68)에 커플링될 수 있다. 광 경로(66)는 하나 이상의 광섬유들 및/또는 도파관들을 포함할 수 있다.
신호 경로(28)는 광 스플리터(optical splitter, OS)(54)와 같은 광 스플리터, 광 경로(64) 및 광 경로(62)와 같은 광 경로들, 광 합성기(optical combiner, OC)(52)와 같은 광 합성기, 및 광 경로(40)를 포함할 수 있다. 광 경로(62)는 광섬유 또는 도파관일 수 있다. 광 경로(64)는 광섬유 또는 도파관일 수 있다. 광 스플리터(54)는 광 경로(66)에 커플링된 제1(예를 들어, 입력) 포트, 광 경로(62)에 커플링된 제2(예를 들어, 출력) 포트, 및 광 경로(64)에 커플링된 제3(예를 들어, 출력) 포트를 가질 수 있다. 광 경로(64)는 광 스플리터(54)를 광 합성기(52)의 제1(예를 들어, 입력) 포트에 커플링시킬 수 있다. 광 경로(62)는 광 스플리터(54)를 광 합성기(52)의 제2(예를 들어, 입력) 포트에 커플링시킬 수 있다. 광 합성기(52)는 광 경로(40)에 커플링된 제3(예를 들어, 출력) 포트를 가질 수 있다.
광 위상 시프터(80)와 같은 광 위상 시프터는 광 경로(64) 상에 또는 그를 따라 (광학적으로) 개재될 수 있다. 광 변조기(56)와 같은 광 변조기는 광 경로(62) 상에 또는 그를 따라 (광학적으로) 개재될 수 있다. 광 변조기(56)는, 예를 들어, 마하 젠더 변조기(Mach-Zehnder modulator, MZM)일 수 있고, 따라서, 때때로 본 명세서에서 MZM(56)으로 지칭될 수 있다. MZM(56)은 광 경로(62)를 따라 병렬로 개재된 제1 광학 아암(분기)(60) 및 제2 광학 아암(분기)(58)을 포함한다. MZM(56)의 아암들(60, 58)을 따라 광학 국부 발진기 신호(LO2)를 전파하는 것은, 하나 또는 둘 모두의 아암들에 인가되는 전압 신호의 존재 시, MZM의 출력에서 신호를 재조합하기 전에 상이한 광 위상 시프트들이 각각의 아암 상에 부여되게 할 수 있다(예를 들어, 여기서 아암들 상에 생성된 광 위상 변조들은 MZM(56)의 출력에서 강도 변조들로 변환됨). MZM(56)에 인가된 전압이 무선 데이터를 포함할 때, MZM(56)은 무선 데이터를 광학 국부 발진기 신호(LO2)로 변조할 수 있다. 원하는 경우, MZM(56)에서 수행되는 위상 시프팅은 광 위상 시프터(80)에 부가하여 또는 그 대신에 빔 형성/스티어링을 수행하는 데 사용될 수 있다. MZM(56)은 아암들(58, 60) 중 하나 또는 둘 모두에 인가된 하나 이상의 바이어스 전압들(WBIAS)(때때로 본 명세서에서 바이어스 신호들(WBIAS)로 지칭됨)을 수신할 수 있다. 제어 회로부(14)(도 1)는, MZM(56)을 상이한 동작 모드들(예를 들어, 광 반송파 신호들을 억제하는 동작 모드들, 광 반송파 신호들을 억제하지 않는 동작 모드들, 등)로 배치하기 위해 상이한 크기들을 갖는 바이어스 전압(WBIAS)을 제공할 수 있다.
중간 주파수 신호 경로(44)는 UTC PD(42)를 MZM(56)(예를 들어, 아암(60))에 커플링시킬 수 있다. 저잡음 증폭기(82)와 같은 증폭기는 중간 주파수 신호 경로(44) 상에 개재될 수 있다. 중간 주파수 신호 경로(44)는 UTC PD(42)로부터 MZM(56)으로 중간 주파수 신호들(SIGIF)을 전달하는 데 사용될 수 있다. DAC(74)는 송수신기 회로부(26)의 송신기에서 상향변환 회로부, 변조기 회로부, 및/또는 기저대역 회로부에 커플링된 입력을 가질 수 있다. DAC(74)는 안테나(30)를 통해 송신할 디지털 데이터를 수신할 수 있고, 디지털 데이터를 아날로그 도메인으로 (예를 들어, 데이터 DAT로서) 변환할 수 있다. DAC(74)는 송신 데이터 경로(78)에 커플링된 출력을 가질 수 있다. 송신 데이터 경로(78)는 DAC(74)를 MZM(56)(예를 들어, 아암(60))에 커플링시킬 수 있다. 신호 경로(28)를 따르는 컴포넌트들 각각은 동일한 안테나(30)가 (예를 들어, 신호 경로(28)를 따르는 동일한 컴포넌트들을 사용하여) THF 신호들(32)을 송신하고 THF 신호들(34)을 수신하는 둘 모두를 하게 하고, 그에 의해 디바이스(10) 내의 공간 및 자원 소비를 최소화할 수 있다.
LO 광원들(70)은 (예를 들어, THF 신호들(32/34)의 파장에 의해 분리되는 상이한 파장들에서) 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 생성(방출)할 수 있다. 광학 컴포넌트들(68)은 렌즈들, 도파관들, 광 커플러들, 광섬유들, 및/또는 방출된 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 광 경로(66)를 통해 광 스플리터(54)를 향해 지향시키는 다른 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 광 스플리터(54)는 광학 국부 발진기 신호(LO2)를 광 경로(62) 상으로 출력하면서 광학 국부 발진기 신호(LO1)를 광 경로(64) 상으로 출력하기 위해 (예를 들어, 파장에 의해) 광 경로(66) 상의 광 신호들을 분할할 수 있다.
제어 회로부(14)(도 1)는 위상 제어 신호들(CTRL)을 광 위상 시프터(80)에 제공할 수 있다. 위상 제어 신호들(CTRL)은 광 위상 시프터(80)를 제어하여, 광 경로(64) 상의 광학 국부 발진기 신호(LO1)에 광 위상 시프트(S)를 인가할 수 있다. 위상 시프트(S)는 THF 신호들(32/34)의 신호 빔을 원하는 지시 방향으로 스티어링하도록 선택될 수 있다. 광 위상 시프터(80)는 위상 시프트된 광학 국부 발진기 신호(LO1)(LO1 + S로 표기됨)를 광 합성기(52)로 전달할 수 있다. 신호 빔 스티어링이 THF 도메인에서보다는 오히려 (예를 들어, 광 위상 시프터(80)를 사용하여) 광학 도메인에서 수행되는데, 이는 THF 신호들(32, 34)의 주파수들만큼 높은 주파수들에서 동작하는 만족스러운 위상 시프팅 회로 컴포넌트들이 존재하지 않기 때문이다. 광 합성기(52)는 광 경로(62)를 통해 광학 국부 발진기 신호(LO2)를 수신할 수 있다. 광 합성기(52)는 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 광 경로(40) 상에 조합할 수 있으며, 광 경로는 광학 국부 발진기 신호들을 신호 송신 또는 수신 동안 사용하기 위해 UTC PD(42) 상으로 지향시킨다.
THF 신호들(32)의 송신 동안, DAC(74)는 THF 신호들(32)을 통한 송신을 위해 디지털 무선 데이터(예를 들어, 데이터 패킷들, 프레임들, 심볼들 등)를 수신할 수 있다. DAC(74)는 디지털 무선 데이터를 아날로그 도메인으로 변환할 수 있고, 데이터를 (예를 들어, 안테나(30)를 통한 송신을 위해) 데이터 DAT로서 송신 데이터 경로(78) 상으로 출력(송신)할 수 있다. 전력 증폭기(76)는 데이터 DAT를 증폭시킬 수 있다. 송신 데이터 경로(78)는 데이터 DAT를 MZM(56)(예를 들어, 아암(60))으로 전달할 수 있다. MZM(56)은 데이터 DAT를 광학 국부 발진기 신호(LO2)로 변조하여, 변조된 광학 국부 발진기 신호(LO2')(예를 들어, 광학 국부 발진기 신호(LO2)의 주파수/파장에 있지만 데이터 DAT에 의해 식별된 데이터를 포함하도록 변조되는 광학 국부 발진기 신호)를 생성할 수 있다. 광 합성기(52)는 광 경로(40)에서 광학 국부 발진기 신호(LO1)를 변조된 광학 국부 발진기 신호(LO2')와 조합할 수 있다.
광 경로(40)는 광학 국부 발진기 신호(LO1)(예를 들어, 광 위상 시프터(80)에 의해 인가된 위상 시프트(S)가 있음) 및 변조된 광학 국부 발진기 신호(LO2')로(이를 사용하여) UTC PD(42)를 조명할 수 있다. 제어 회로부(14)(도 1)는 THF 신호들(32)의 송신을 위해 안테나(30)를 구성하는 UTC PD(42)에 제어 신호(VBIAS)를 인가할 수 있다. UTC PD(42)는 광학 국부 발진기 신호(LO1) 및 변조된 광학 국부 발진기 신호(LO2')를 (예를 들어, 제어 신호(V-BIAS)를 사용하여 송신을 위해 프로그래밍되는 동안) THF 신호들(32)의 주파수에서 방사 요소 아암(들)(36) 상의 안테나 전류들로 변환할 수 있다. 방사 요소 아암(들)(36) 상의 안테나 전류들은 THF 신호들(32)을 방사할 수 있다. THF 신호들(32)의 주파수는 광학 국부 발진기 신호(LO1)와 변조된 광학 국부 발진기 신호(LO2') 사이의 주파수 차이에 의해 주어진다. 제어 신호들(VBIAS)은 방사된 THF 신호들(32)에서 변조된 광학 국부 발진기 신호(LO2')로부터의 변조를 보존하도록 UTC PD(42)를 제어할 수 있다. THF 신호들(32)을 수신하는 외부 장비는 그에 의해, 안테나(30)에 의해 송신된 THF 신호들(32)로부터 데이터 DAT를 추출할 수 있을 것이다.
THF 신호들(34)의 수신 동안, MZM(56)은 어떠한 데이터도 광학 국부 발진기 신호(LO2)로 변조하지 않는다. 따라서, 광 경로(40)는 광학 국부 발진기 신호(LO1)(예를 들어, 위상 시프트(S)를 가짐) 및 광학 국부 발진기 신호(LO2)로 UTC PD(42)를 조명한다. 제어 회로부(14)(도 1)는 THF 신호들(32)의 수신을 위해 안테나(30)를 구성하는 UTC PD(42)에 제어 신호(VBIAS)(예를 들어, 바이어스 전압)를 인가할 수 있다. UTC PD(42)는 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 사용하여 수신된 THF 신호들(34)을 (예를 들어, 바이어스 전압(VBIAS-)을 사용하여 수신을 위해 프로그래밍되는 동안) 중간 주파수 신호 경로(44) 상으로 출력된 중간 주파수 신호들(SIGIF)로 변환할 수 있다. 중간 주파수 신호들(SIGIF)은 수신된 THF 신호들(34)로부터의 변조된 데이터를 포함할 수 있다. 저잡음 증폭기(82)는 중간 주파수 신호들(SIGIF)을 증폭시킬 수 있으며, 이는 이어서 MZM(56)(예를 들어, 아암(60))에 제공된다. MZM(56)은 (예를 들어, 중간 주파수 신호들(SIGIF)에서의 데이터를 광학 국부 발진기 신호들 중 하나로 변조함으로써) 중간 주파수 신호들(SIGIF)을 광 신호들(LOrx)로서 광학 도메인으로 변환할 수 있고, 광 신호들을 (예를 들어, 광 경로들(62, 66) 또는 다른 광 경로들을 통해) 화살표(63)로 도시된 바와 같이, 광학 컴포넌트들(68) 내의 광 수신기(72)로 전달할 수 있다. 제어 회로부(14)(도 1)는 광 수신기(72)를 사용하여 광 신호들(LOrx)을 다른 포맷들로 변환하고, 광 신호들로부터 THF 신호들(34)에 의해 반송된 데이터를 복구(복조)할 수 있다. 이러한 방식으로, 동일한 안테나(30) 및 신호 경로(28)는 THF 신호들의 송신 및 수신 둘 모두에 사용되면서, 또한 빔 스티어링 동작들을 수행할 수 있다.
중간 주파수 신호들(SIGIF)이 광학 도메인으로 변환되는 도 6의 예는 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 송수신기 회로부(26)는, 먼저 신호들을 광학 도메인으로 전달하지 않고서 중간 주파수 신호들(SIGIF)을 수신하고 복조할 수 있다. 예를 들어, 송수신기 회로부(26)는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있고, 중간 주파수 신호 경로(44)는 MZM(56)에보다는 오히려 ADC의 입력에 커플링될 수 있고, ADC는 중간 주파수 신호들(SIGIF)을 디지털 도메인으로 변환할 수 있다. 다른 예로서, 중간 주파수 신호 경로(44)는 생략될 수 있고, 제어 신호들(VBIAS)은 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 갖는 THF 신호들(34)을 광학 도메인으로 직접 샘플링하도록 UTC PD(42)를 제어할 수 있다. 일 예로서, UTC PD(42)는 수신된 THF 신호들(34) 및 제어 신호들(VBIAS)을 사용하여 광 경로(40) 상에서 광 신호를 생성할 수 있다. 광 신호는 고정 주파수 오프셋(예를 들어, 30 내지 100 ㎓, 60 ㎓, 50 내지 70 ㎓, 10 내지 100 ㎓ 등)만큼 광 반송파로부터 분리되는 측대역들을 갖는 광 반송파를 가질 수 있다. 측대역들은 수신된 THF 신호들(34)로부터 변조된 데이터를 반송하는 데 사용될 수 있다. 신호 경로(28)는 UTC PD(42)에 의해 생성된 광 신호를 광학 컴포넌트들(68)에서의 광 수신기(72)로 (예를 들어, 광 경로들(40, 64, 62, 66, 63) 및/또는 다른 광 경로들을 통해) 지향(전파)시킬 수 있다. 제어 회로부(14)(도 1)는 광 수신기(72)를 사용하여 광 신호를 다른 포맷들로 변환하고, 광 신호로부터(예컨대, 광 신호의 측대역들로부터) THF 신호들(34)에 의해 반송된 데이터를 복구(복조)할 수 있다.
원하는 경우, 광학 컴포넌트들(68)은 하나 이상의 전기 광학 위상 고정 루프들과 같은 클록킹 회로부를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광학 컴포넌트들(68)은 전기 광학 위상 고정 루프(OPLL) 회로, 예컨대 OPLL(75)(때때로 본 명세서에서 광학 전기 위상 고정 루프로 지칭됨)을 포함할 수 있다. OPLL(75)은 LO 광원들(70)을 제어 및 클록킹하고 그리고/또는 디바이스(10)에서 임의의 다른 원하는 하드웨어를 클록킹하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어, OPLL(75)은 송수신기(26)에 위치될 필요가 없고, 일반적으로 디바이스(10) 내의 다른 곳에 위치될 수 있다). LO 광원들(70)은, 예를 들어 OPLL(75)을 사용하여 서로에 대해 위상 고정 및 주파수 고정되는 광학 LO 신호들을 생성할 수 있다.
도 7은 다수의 안테나들(30)이 대응하는 신호 빔을 통해 THF 신호들을 전달하는 위상 안테나 어레이(88) 내에 어떻게 통합될 수 있는지의 일 예를 도시하는 회로도이다. 도 7의 예에서, 도 6의 MZM들(56), 중간 주파수 신호 경로들(44), 데이터 경로들(78), 및 광 수신기(72)는 명료함을 위해 생략되었다. 위상 안테나 어레이(88) 내의 안테나들 각각은 대안적으로, 수신된 THF 신호들을 광학 도메인으로 직접 샘플링할 수 있거나, 또는 중간 주파수 신호들(SIGIF)을 송수신기 회로부(26) 내의 ADC들로 전달할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 위상 안테나 어레이(88)는 N개의 안테나들(30), 예컨대 제1 안테나(30-0), 제2 안테나(30-1), 및 제N 안테나(30-(N-1))를 포함한다. 위상 안테나 어레이(88) 내의 안테나들(30) 각각은 개개의 광 신호 경로(예를 들어, 도 6의 광 신호 경로(28))를 통해 광학 컴포넌트들(68)에 커플링될 수 있다. N개의 신호 경로들 각각은 대응하는 안테나(30)의 UTC PD(42)에 커플링된 개개의 광 합성기(52)를 포함할 수 있다(예를 들어, 안테나(30-0) 내의 UTC PD(42)는 광 합성기(52-0)에 커플링될 수 있고, 안테나(30-1) 내의 UTC PD(42)는 광 합성기(52-1)에 커플링될 수 있고, 안테나(30-(N-1)) 내의 UTC PD(42)는 광 합성기(52-(N-1))에 커플링될 수 있는 등임). N개의 신호 경로들 각각은 또한, 개개의 광 경로(62) 및 대응하는 광 합성기(52)에 커플링된 개개의 광 경로(64)를 포함할 수 있다(예를 들어, 광 경로들(64-0, 62-0)은 광 합성기(52-0)에 커플링될 수 있고, 광 경로들(64-1, 62-1)은 광 합성기(52-1)에 커플링될 수 있고, 광 경로들(64-(N-1), 62-(N-1))은 광 합성기(52-(N-1))에 커플링될 수 있는 등임).
광학 컴포넌트들(68)은 LO 광원들(70), 예컨대 제1 LO 광원(70A) 및 제2 LO 광원(70B)을 포함할 수 있다. 위상 안테나 어레이(88) 내의 안테나들(30) 각각에 대한 광 신호 경로들은 하나 이상의 광 스플리터들(54), 예컨대 제1 광 스플리터(54A) 및 제2 광 스플리터(54B)를 공유할 수 있다. LO 광원(70A)은 제1 광학 국부 발진기 신호(LO1)를 생성(예를 들어, 생산, 방출, 송신 등)할 수 있고, 제1 광학 국부 발진기 신호(LO1)를 광 경로(66A)를 통해 광 스플리터(54A)에 제공할 수 있다. 광 스플리터(54A)는 광 경로들(64)(예를 들어, 광 경로들(64-0, 64-1, 64-(N-1) 등)을 통해 위상 안테나 어레이(88) 내의 UTC PD들(42) 각각에 제1 광학 국부 발진기 신호(LO1)를 분배할 수 있다. 유사하게, LO 광원(70B)은 제2 광학 국부 발진기 신호(LO2)를 생성(예를 들어, 생산, 방출, 송신 등)할 수 있고, 제2 광학 국부 발진기 신호(LO2)를 광 경로(66B)를 통해 광 스플리터(54B)에 제공할 수 있다. 광 스플리터(54B)는 광 경로들(62)(예를 들어, 광 경로들(62-0, 62-1, 62-(N-1) 등)을 통해 위상 안테나 어레이(88) 내의 UTC PD들(42) 각각에 제2 광학 국부 발진기 신호(LO2)를 분배할 수 있다.
개개의 광 위상 시프터(80)는 각각의 광 경로(64)를 따라(그 상에) 개재될 수 있다(예를 들어, 제1 광 위상 시프터(80-0)는 광 경로(64-0)를 따라 개재될 수 있고, 제2 광 위상 시프터(80-1)는 광 경로(64-1)를 따라 개재될 수 있고, 제N 광 위상 시프터(80-(N-1))는 광 경로(64-(N-1))를 따라 개재될 수 있는 등임). 각각의 광 위상 시프터(80)는 그러한 광 위상 시프터에 의해 광학 국부 발진기 신호(LO1)에 제공된 위상(S)을 제어하는 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있다(예를 들어, 제1 광 위상 시프터(80-0)는 안테나(30-0)에 제공된 광학 국부 발진기 신호(LO1)에 0 도/라디안의 광 위상 시프트를 부여할 수 있고, 제2 광 위상 시프터(80-1)는 안테나(30-1)에 제공된 광학 국부 발진기 신호(LO1)에 ΔΦ의 광 위상 시프트를 부여할 수 있고, 제N 광 위상 시프터(80-(N-1))는 안테나(30-(N-1))에 제공된 광학 국부 발진기 신호(LO1)에 (N-1)ΔΦ의 광 위상 시프트를 부여할 수 있는 등임). N개의 광 위상 시프터들(80) 각각에 의해 부여된 위상(S)을 조정함으로써, 제어 회로부(14)(도 1)는 위상 안테나 어레이(88) 내의 안테나들(30) 각각을 제어하여, 형성된 신호 빔(83) 내에서 THF 신호들(32)을 송신하고 그리고/또는 THF 신호들(34)을 수신할 수 있다. 신호 빔(83)은 특정 빔 지시 방향(각도)(84)(예를 들어, 신호 빔(83)의 피크 이득의 방향)으로 배향될 수 있다. 위상 안테나 어레이(88)에 의해 전달되는 THF 신호들은 빔 지시 방향(84)에 직교하는 파면들(86)을 가질 수 있다. 제어 회로부(14)는, 예들로서, 외부 통신 장비 또는 외부 객체를 향해 가리키도록 또는 외부 객체들로부터 멀리 가리키도록 시간 경과에 따라 빔 지시 방향(84)을 조정할 수 있다.
위상 안테나 어레이(88)는, 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 사용하여(예를 들어, 신호 빔(83)을 스티어링하기 위해 각각의 안테나 요소에 제공된 위상 시프트들을 사용하여) 어레이가 THF 신호들을 송신 및/또는 수신하는 활성 모드에서 동작가능할 수 있다. 원하는 경우, 위상 안테나 어레이(88)는 또한, 어레이가 THF 신호들을 송신하지 않거나 또는 수신하지 않는 수동 모드에서 동작가능할 수 있다. 대신에, 수동 모드에서, 위상 안테나 어레이(88)는 디바이스(10) 상에 입사되는 THF 신호들 또는 다른 전자기파들을 반사하는 수동 반사기를 형성하도록 구성될 수 있다. 수동 모드에서, 위상 안테나 어레이(88) 내의 UTC PD들(42)은 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)에 의해 조명되지 않고, 송수신기 회로부(26)는 입사 THF 신호들의 어떠한 변조/복조, 혼합, 필터링, 검출, 변조 및/또는 증폭도 수행하지 않는다.
프로세싱 능력들을 갖는 디바이스들은 클록 신호들을 생성하는 위상 고정 루프(PLL)들과 같은 클록킹 회로부를 포함한다. 디바이스(10)와 같은 THF 시그널링 능력들을 갖는 디바이스들은 (예를 들어, 클록킹 회로부가 THF 주파수들에 대해 비교적 많은 양의 전력 및 칩 영역을 소비하기 때문에) 클록 신호들에서의 지터(완벽한 주기성으로부터의 편차들) 및 위상 잡음 주파수 생성에 특히 민감하다. 클록 지터를 최소화하기 위해, 디바이스(10)에서의 프로세싱 동작들은 전기 광학 PLL(OPLL), 예컨대 도 6의 OPLL(75)을 사용하여 클록킹될 수 있다. 송수신기(26)(도 1)를 사용하는 THF 통신들이 OPLL(75)을 사용하여 클록킹되는 예들이 본 명세서에서 일 예로서 설명된다. 이는 단지 예시적인 것이며, 일반적으로, OPLL(75)은 디바이스(10)에서의 임의의 원하는 프로세싱 동작들(예를 들어, 고속 디지털 인터페이스 동작들, 프로세서 계산들, 감지, 자동차, 입력/출력 동작들, 100 ㎓ 미만의 주파수들, 예컨대 밀리미터/센티미터파 주파수들 또는 10 ㎓ 미만의 주파수들에서의 통신들 등)을 클록하는 데 사용될 수 있다.
도 8는 OPLL(75)의 회로도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, OPLL(75)은 기준 발진기(90)와 같은 발진기, 디지털-시간 변환기(DTC)(92)와 같은 디지털-시간 변환기 회로부, 카운터(98)와 같은 카운터 회로부, 서브샘플링 믹서(122)와 같은 믹서, 루프 필터(126)와 같은 필터 회로부, 1차 레이저(116)와 같은 제1 광원, 2차 레이저(102)와 같은 제2 광원, 광 스플리터(OS)(104) 및 광 스플리터(112)와 같은 광 스플리터들, 및 UTC PD(118)와 같은 포토다이오드를 포함할 수 있다.
기준 발진기(90)는 경로(94)를 통해 DTC(92)의 입력에 커플링된 출력을 가질 수 있다. 기준 발진기(90)의 출력은 또한 경로(94)를 통해 카운터(98)의 입력에 커플링될 수 있다. 카운터(98)는 경로(100)를 통해 2차 레이저(102)의 제어 입력에 커플링된 출력을 가질 수 있다. DTC(92)는 경로(96)를 통해 서브샘플링 믹서(122)의 입력에 커플링된 출력을 가질 수 있다. 서브샘플링 믹서(122)의 출력은 경로(124)를 통해 2차 레이저(102)의 제어 입력에 커플링될 수 있다. 루프 필터(126)는 서브샘플링 믹서(122)와 2차 레이저(102) 사이에서 경로(124)를 따라 개재될 수 있다. 2차 레이저(102)는 광 스플리터(104)에 커플링된 출력을 가질 수 있다. 광 스플리터(104)는 광 경로(106)(예를 들어, 하나 이상의 광섬유들, 도파관들 등)를 통해 2차 레이저(102)를 UTC PD(118)에 커플링시킬 수 있고, 2차 레이저(102)를 OPLL(75)의 출력 단자(108)에 커플링시킬 수 있다.
1차 레이저(116)는 광 스플리터(112)에 커플링된 출력을 가질 수 있다. 광 스플리터(112)는 광 경로(114)(예를 들어, 하나 이상의 광섬유들, 도파관들 등)를 통해 1차 레이저(116)를 UTC PD(118)에 커플링시킬 수 있고, 1차 레이저(116)를 OPLL(75)의 출력 단자(110)에 커플링시킬 수 있다. 원하는 경우, 광 경로들(106, 104)은 단일 광 경로로 결합될 수 있고 그리고/또는 광 스플리터들(104, 112)은 단일 광 스플리터로 결합될 수 있다. UTC PD(118)는, 카운터(98)의 입력에 커플링되고, 경로(120)(예를 들어, 하나 이상의 무선 주파수 송신 라인들)를 통해 서브샘플링 믹서(122)의 입력에 커플링된 출력을 가질 수 있다. 출력 단자들(108, 110)은 디바이스(10) 내의 다른 컴포넌트들을 클록킹하는 데 사용되는 광학 LO 신호들을 제공할 수 있다. 예를 들어, OPLL(75)이 송수신기(26)(도 1)를 사용하는 THF 통신들을 클록킹하는 데 사용되는 구현예들에서, 단자(108)는 광 경로(62)에 커플링될 수 있고, 단자(110)는 도 6의 광 경로(64)에 커플링될 수 있다.
OPLL(75)은 주파수 고정 루프(FLL) 내에 네스팅(nest)된 PLL을 포함할 수 있다. 예를 들어, UTC PD(118), 경로(120)의 일부, 카운터(98), 경로(100), 2차 레이저(102), 광 스플리터(104), 및 광 경로(106)는 FLL 경로(130)에 의해 도시된 바와 같이 FLL을 형성할 수 있다. 반면에, UTC PD(118), 경로(120)의 일부, 서브샘플링 믹서(122), 경로(124), 루프 필터(126), 2차 레이저(102), 광 스플리터(104), 및 광 경로(106)는 PLL 경로(128)에 의해 도시된 바와 같이, FLL 경로(130) 내에 네스팅된 PLL을 형성할 수 있다. FLL 경로(130) 및 PLL 경로(128)는 2차 레이저(102)에 대한 피드백 경로들(예를 들어, 2차 레이저(102)의 출력을 2차 레이저(102)의 (제어) 입력에 통신가능하게 커플링시키는 피드백 경로들, 여기서 서브샘플링 믹서(122) 및 그 내의 위상 비교기는 PLL 경로(128)로 형성된 피드백 경로를 따라 개재되고, 카운터(98) 및 그 내의 비교기는 FLL 경로(130)로 형성된 피드백 경로를 따라 개재됨)일 수 있다. OPLL(75)은 출력 단자(110) 상에서 광학 국부 발진기 신호(LO1)를 생성(예를 들어, 발생, 출력, 방출 등)할 수 있고, 출력 단자(108) 상에서 광학 발진기 신호(LO2)를 생성할 수 있다. FLL은 2차 레이저(102)가 1차 레이저(116)에 주파수 고정될 때까지(예를 들어, 2개의 광학 국부 발진기들 사이에 선택된/미리 결정된 안정적인 주파수 차이가 존재하도록 광학 국부 발진기 신호(LO1)가 광학 국부 발진기 신호(LO2)에 주파수 고정될 때까지) 2차 레이저(102)를 개략적으로 조정(튜닝)하는 데 사용될 수 있다. PLL은 2차 레이저(102)가 1차 레이저(116)에 위상 고정될 때까지(예를 들어, 광학 국부 발진기 신호(LO1)가 광학 국부 발진기 신호(LO2)에 위상 고정될 때까지) 2차 레이저(102)를 미세하게 조정(튜닝)하는 데 사용될 수 있다. 주파수 및 위상 고정 광학 국부 발진기 신호들은 디바이스(10) 내의 다른 컴포넌트들(예를 들어, THF 신호들의 송신 및/또는 수신을 위한 무선 회로부(24))을 매우 낮은 지터 및 매우 낮은 위상 잡음으로 클록킹하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에서 레이저들로서 설명되지만, 1차 레이저(116) 및 2차 레이저(102)는 임의의 원하는 광원들/방출기들일 수 있다. 예를 들어, 레이저들(116, 102)은 도 7의 LO 광원들(70)을 형성할 수 있고 그리고/또는 도 7의 LO 광원들(70A, 70B)을 각각 형성할 수 있다. 1차 레이저(116)는 때때로 리더(leader) 레이저로 또한 지칭될 수 있는 반면, 2차 레이저(102)는 때때로 팔로워(follower) 레이저로 또한 지칭된다. 1차 레이저(116)는 고정 주파수/파장에서 광학 국부 발진기 신호(LO1')를 방출할 수 있다(예를 들어, 1차 레이저(116)는 고정 주파수를 갖는 고정(비-조정가능) 레이저일 수 있다). 반면에, 2차 레이저(102)는 조정가능/프로그래밍가능 주파수/파장에서 광학 국부 발진기 신호(LO2')를 방출할 수 있다(예를 들어, 2차 레이저(102)는 조정가능/프로그래밍가능 레이저일 수 있다). 경로들(124, 100)을 통해 2차 레이저(102)에 의해 수신된 제어 신호들은 광학 국부 발진기 신호(LO2')의 주파수를 조정/프로그래밍하는 데 사용될 수 있다. 광학 국부 발진기 신호(LO2')의 파장은 선택된 파장 오프셋(X)(예를 들어, 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 사용하여 송신 및/또는 수신될 THF 신호들의 주파수들)만큼 광학 국부 발진기 신호(LO1')의 파장으로부터 오프셋될 수 있다.
광 스플리터(104)는 광학 국부 발진기 신호(LO2')로부터의 전력의 제1 양을 광학 국부 발진기 신호(LO2'')로서 광 경로(106)를 통해 UTC PD(118)에 송신할 수 있다. 광 스플리터(104)는 광학 국부 발진기 신호(LO2')로부터의 전력의 제2 양을 광학 국부 발진기 신호(LO2)로서 출력 단자(108)에 송신할 수 있다(예를 들어, 여기서 전력의 제2 양은 제1 양보다 크다). 일 예로서, 광 스플리터(104)는 광학 국부 발진기 신호(LO2')의 전력의 10%를 광학 국부 발진기 신호(LO2'')로서 UTC PD(118)에 제공할 수 있고, 광학 국부 발진기 신호(LO2')의 전력의 90%를 광학 국부 발진기 신호(LO2)로서 출력 단자(108)에 제공할 수 있다.
동시에, 광 스플리터(104)는 광학 국부 발진기 신호(LO1')로부터의 전력의 제1 양을 광학 국부 발진기 신호(LO1'')로서 광 경로(114)를 통해 UTC PD(118)에 송신할 수 있다. 광 스플리터(112)는 광학 국부 발진기 신호(LO1')로부터의 전력의 제2 양을 광학 국부 발진기 신호(LO1)로서 출력 단자(110)에 송신할 수 있다(예를 들어, 여기서 전력의 제2 양은 제1 양보다 크다). 일 예로서, 광 스플리터(112)는 광학 국부 발진기 신호(LO1')의 전력의 10%를 광학 국부 발진기 신호(LO1'')로서 UTC PD(118)에 제공할 수 있고, 광학 국부 발진기 신호(LO1')의 전력의 90%를 광학 국부 발진기 신호(LO1)로서 출력 단자(110)에 제공할 수 있다. 광학 국부 발진기 신호들(LO2'', LO1'')은 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 주파수 고정 및 위상 고정시키기 위해 OPLL(75)에서 FLL 및 PLL에 의해 프로세싱될 수 있다.
광 경로(106)는 광학 국부 발진기 신호(LO2'')로 UTC PD(118)를 조명할 수 있다. 광 경로(114)는 광학 국부 발진기 신호(LO1'')로 UTC PD(114)를 조명할 수 있다. 도 8의 UTC PD(118)는 UTC PD일 필요가 없으며, 일반적으로, 광학 주파수들(예를 들어, 자외선 주파수들, 가시 주파수들, 및/또는 적외선 주파수들)에서의 전자기 에너지(예를 들어, 광 또는 광 에너지)를 경로(120) 상의 THF 주파수들에서의 전류로 변환하는 조정가능/프로그래밍가능 포토다이오드 또는 컴포넌트(예를 들어, 도 6의 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 사용하여 안테나 방사 요소 아암들(36) 상에서 전류를 생성하는데 사용되는 동일한 유형의 컴포넌트)일 수 있다.
UTC PD(118)는 광 경로들(106, 114)을 통해 수신된 광학 국부 발진기 신호들(LO2'', LO1'')에 기초하여 경로(120) 상에서 포토다이오드 신호(PD_SIG)를 생성 및 출력할 수 있다. 포토다이오드 신호(PD_SIG)는 광학 국부 발진기 신호(LO2'')의 주파수와 광학 국부 발진기 신호(LO1'')의 주파수(예를 들어, 도 6의 THF 신호들(32/34)의 주파수) 사이의 차이에 의해 주어진 주파수에 있을 수 있다. 경로(120)는 포토다이오드 신호(PD_SIG)를 FLL 루프 경로(130) 내의 카운터(98)에 전달할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 기준 발진기(90)는 기준 발진기 신호(osc)를 생성할 수 있다. 기준 발진기(90)는, 예를 들어 마이크로전기기계 시스템(MEMS) 발진기, 결정 발진기, 또는 임의의 다른 고정된 또는 약간 튜닝가능한 안정적인 발진기일 수 있다. 기준 발진기 신호(osc)는 약 5 내지 25 ㎓의 주파수와 같은 고정 무선 주파수에서 생성될 수 있다. 기준 발진기(90)는 경로(94)를 통해 기준 발진기 신호(osc)를 DTC(92) 및 카운터(98)에 제공할 수 있다.
카운터(98)는 기준 발진기 신호(osc)를 사용하여 경로(120)를 통해 수신된 포토다이오드 신호(PD_SIG)의 주파수를 측정(예를 들어, 결정, 식별, 생성, 계산, 추정 계산 등)할 수 있다. 예를 들어, 카운터(98)는 기준으로서 기준 발진기 신호(osc)를 사용하여 포토다이오드 신호(PD_SIG) 내의 펄스들의 수를 카운팅할 수 있고, 이어서, 펄스들의 카운팅된 수를 사용하여 포토다이오드 신호(PD_SIG)의 주파수를 추정할 수 있다. 카운터(98)는 또한, 포토다이오드 신호(PD_SIG)의 측정된 주파수를 광학 국부 발진기 신호들(LO2'', LO1'') 사이의 주파수의 예상되는 차이(예를 들어, 도 6의 THF 신호들(32/34)의 예상되는 주파수)와 비교할 수 있다. 포토다이오드 신호(PD_SIG)의 주파수와 예상되는 주파수 사이의 차이가 임계치 값을 초과하면, 카운터(98)는 상이한 주파수에서 광학 국부 발진기 신호(LO2')를 출력하는 것을 시작하기 위해, 2차 레이저(102)를 개략적으로 조정하는 개략적 튜닝 제어 신호(FLL_CTRL)(예를 들어, 주파수 오류 신호)를 경로(100)를 통해 2차 레이저(102)에 제공할 수 있다. 개략적 튜닝 제어 신호(FLL_CTRL)는 압전식 조정들, 미러 시프트들 등을 사용하여 2차 레이저(102)의 주파수를 개략적으로 튜닝할 수 있다.
이어서, 카운터(98)는, 포토다이오드 신호(PD_SIG)의 주파수와 예상되는 주파수 사이의 차이가 임계치 값 미만일 때까지(예를 들어, 2차 레이저(102)에 의해 생성된 실제 주파수가 정착되고, 원하는 주파수에 충분히 가까워질 때까지) 포토다이오드 신호(PD_SIG)를 계속 재측정하고, 2차 레이저(102)를 계속 개략적으로 조정할 수 있다. 일단 이것이 발생하면, OPLL(75)은 2차 레이저(102)의 주파수를 제자리에 고정(동결)시킬 수 있다. 이어서, PLL 경로(128)는 광학 국부 발진기 신호(LO2)를 광학 국부 발진기 신호(LO1)에 위상 고정시키기 위해 2차 레이저(102)를 미세하게 조정할 수 있다.
일단 OPLL(75)이 2차 레이저(102)의 주파수를 고정시키면(예를 들어, 일단 개략적 튜닝이 완료되면), 서브샘플링 믹서(122)는 포토다이오드 신호(PD_SIG)를 프로세싱할 수 있다. DTC(92)는 기준 발진기 신호(osc)에 기초하여 DTC 기준 신호(DTC_REF)를 생성할 수 있다. DTC(92)는, 예를 들어 선택된 타이밍을 갖도록 신호 펄스의 에지들을 프로그래밍함으로써 DTC 기준 신호(DTC_REF)를 생성할 수 있다. DTC(92)는 또한 신호 펄스의 주파수, 지연, 듀티 사이클, 및/또는 클록당 간격을 설정(프로그래밍)할 수 있다. DTC(92)는 개방 루프 시스템이며, DTC 기준 신호(DTC_REF)를 매우 빠르게 그리고 유도 코일들을 사용하지 않으면서 생성하여, 그에 의해, DTC 기준 신호(DTC_REF)를 생성하는 데 요구되는 칩 영역을 최소화할 수 있다. DTC(92)는 원하는 경우 신호 펄스들 대신에 신호 램프(signal ramp)들을 생성할 수 있다(예를 들어, DTC 기준 신호(DTC_REF)는 신호 펄스들 또는 신호 램프들을 포함할 수 있다). DTC(92)는, 예를 들어 DTC 기준 신호(DTC_REF)를 아날로그 컴포넌트들보다 더 빠르게 생성할 수 있다. DTC(92)는 기준 발진기 신호(osc)를 사용하여 임의의 원하는 주파수에서 DTC 기준 신호(DTC_REF)를 생성할 수 있다. DTC 기준 신호(DTC_REF)는, 예를 들어 5 ㎓ 내지 25 ㎓의 주파수에 있을 수 있다.
서브샘플링 믹서(122)는 위상 검출기(예를 들어, 디지털 XOR 로직을 포함하는 위상 검출기) 및/또는 주파수 검출기(예를 들어, 디지털 XOR 로직 및 플립 플롭을 포함함)를 포함할 수 있다. 서브샘플링 믹서(122) 내의 로직(예를 들어, 때때로 본 명세서에서 위상 비교기로서 집합적으로 지칭되는 위상 검출기 및 비교기)은 포토다이오드 신호(PD_SIG)의 위상을 DTC 기준 신호(DTC_REF)의 위상과 비교할 수 있다. 실제로, 포토다이오드 신호(PD_SIG)는 DTC 기준 신호(DTC_REF)(예를 들어, 5 내지 25 ㎓)보다 훨씬 더 높은 주파수들(예를 들어, 50 내지 400 ㎓)에 있을 수 있어서, 위상 비교를 어렵거나 불가능하게 만든다. 그러므로, 서브샘플링 믹서(122)는 포토다이오드 신호(PD_SIG)를 서브샘플링하여 서브샘플링된 포토다이오드 신호를 생성할 수 있고, 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상을 DTC 기준 신호(DTC_REF)의 위상과 비교할 수 있다(예를 들어, 여기서 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상은 원래의 포토다이오드 신호의 위상과 유사하다). 서브샘플링 믹서(122)는, 예를 들어 포토다이오드 신호(PD_SIG) 내의 샘플들의 규칙적으로 이격된 서브세트(예를 들어, 포토다이오드 신호(PD_SIG)의 매 8번째 샘플)를 DTC 기준 신호(DTC_REF)와 비교하는 것에 의해서만 포토다이오드 신호(PD_SIG)를 서브샘플링할 수 있다.
서브샘플링 믹서(122)는 포토다이오드 신호(PD_SIG)(예를 들어, 서브샘플링된 포토다이오드 신호)의 측정된 위상과 DTC 기준 신호(DTC_REF)의 위상 사이의 차이를 미리 결정된 임계치 값과 비교할 수 있다. 차이가 임계치 값을 초과하면, 서브샘플링 믹서(122)는 상이한 위상에서 광학 국부 발진기 신호들(LO2')을 출력하는 것을 시작하기 위해 2차 레이저(102)를 미세하게 조정하는 미세 튜닝 제어 신호(PLL_CTRL)를 경로(124)를 통해 2차 레이저(102)에 제공할 수 있다. 미세 튜닝 제어 신호(PLL_CTRL)는, 예를 들어 2차 레이저(102)에 의해 생성된 광학 국부 발진기에서의 위상 오류를 나타내는 오류 신호일 수 있다. 루프 필터(126)는 (예를 들어, 1 내지 3 ㎒ 필터를 사용하여) 오류 신호를 필터링할 수 있다. 미세 튜닝 제어 신호(PLL_CTRL)는, 예를 들어 2차 레이저(102)에서 버랙터의 커패시턴스를 조정함으로써 2차 레이저(102)의 위상을 미세하게 튜닝할 수 있다.
이어서, 서브샘플링 믹서(122)는, 포토다이오드 신호(PD_SIG)(예를 들어, 서브샘플링된 포토다이오드 신호)의 위상과 DTC 기준 신호(DTC_REF)의 위상 사이의 차이가 임계치 값 미만일 때까지(예를 들어, 2차 레이저(102)의 위상이 DTC 기준 신호(DTC_REF)에 의해 나타나는 원하는 위상 상에 정착될 때까지) 포토다이오드 신호(PD_SIG)를 계속 재측정하고, 2차 레이저(102)를 계속 미세하게 조정할 수 있다. 일단 이것이 발생하면, OPLL(75)은 2차 레이저(102)의 위상을 제자리에 고정(동결)시킬 수 있다.
이후, 1차 레이저(116) 및 2차 레이저(102)에 의해 후속하여 생성된 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)은 주파수 고정 및 위상 고정될 수 있다. 이는 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)이 (예를 들어, THF 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 도 6 및 도 7의 무선 회로부(24) 내의 UTC PD들(42)을 제어하기 위해) 디바이스(10) 내의 다른 컴포넌트들을 최소의 지터 및 최소의 위상 잡음으로 클록킹하게 허용할 수 있다. 이러한 방식으로 DTC(92)와 같은 DTC를 사용하여 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 생성하는 것은 기준 클록 선택 및 클록 신호 프로세싱에서 유연성을 허용할 수 있다. 예를 들어, DTC(92)는 PLL 루프를 통한 기준 클록 변조, 미세 주파수 튜닝, 주파수 디더링 등을 위해 사용될 수 있으며, 여기서 DTC에 의해 생성된 스퓨리어스(spurious) 신호들은 루프 필터(126)에 의해 필터링 아웃된다. 콤(comb) 주파수 생성 및/또는 MZM을 사용하는 주파수 생성과는 대조적으로, OPLL(75)은 광학 도메인에서 최소의 필터링 요건들로 최소의 스퓨리어스 주파수들을 허용할 수 있다.
도 8의 예는 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 2차 레이저(102) 및 1차 레이저(116)는 동일한 공진 공동을 공유할 수 있다(예를 들어, 2차 레이저(102)는 광학 국부 발진기 신호들 사이의 파장의 차이를 허용하기 위해 1차 레이저(116)보다 공진 공동의 더 긴 또는 더 짧은 부분을 이용할 수 있다). 2차 레이저(102)와 1차 레이저(116) 사이에서 공통 공진 공동을 공유하는 것은 2차 레이저(102) 및 1차 레이저(116)가 매우 유사한 열적 효과들을 나타내게 하여, 그에 의해, 2차 레이저(102)를 1차 레이저(116)에 단단히 고정시키는 것을 도울 수 있다. 이러한 방식으로 폐쇄 루프 방식으로 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 생성하는 것은 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)에서의 위상 잡음을 최소화할 수 있다. OPLL(75)의 컴포넌트들은 하드웨어(예를 들어, 하나 이상의 디지털 로직 게이트들, 디지털 회로들, 아날로그 회로들, 하나 이상의 프로세서들 등) 및/또는 소프트웨어(예를 들어, 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 논리/계산 동작들을 사용함)로 구현될 수 있다.
도 9는 도 8의 DTC 기준 신호(DTC_REF)에서의 예시적인 신호 펄스의 타이밍도이다. 곡선(132)은 DTC(92)에 의해 생성될 수 있는 하나의 신호 펄스(132)를 도시하고, 곡선(134)은 DTC(92)에 의해 생성될 수 있는 다른 펄스를 도시한다. DTC(92)는 신호 펄스의 선단 에지(leading edge)(136) 및/또는 하강 에지(138)의 타이밍, 기울기, 및/또는 간격을 조정하도록 프로그래밍가능할 수 있다. 그러한 조정들은 극히 정밀할 수 있다(예를 들어, 피코초의 스케일). 신호 펄스들의 주파수, 지연, 및/또는 듀티 사이클은 또한 DTC(92)에 의해 정밀하게 프로그래밍될 수 있다. 도 9의 예는 단지 예시적인 것이다. 곡선들(132, 134)은 다른 형상들을 가질 수 있다. DTC 기준 신호(DTC_REF)는 원하는 경우 신호 펄스들 대신에 신호 램프들을 포함할 수 있다.
도 10은 (예를 들어, 도 1의 무선 회로부(24)와 같은 디바이스(10) 내의 하나 이상의 컴포넌트들을 클록킹하기 위해) 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 생성하기 위해 도 8의 OPLL(75)을 사용하는 것에 수반되는 예시적인 동작들의 흐름도이다. 도 10의 동작(140)에서, 2차 레이저(102) 및 1차 레이저(116)는 광학 국부 발진기 신호들(LO2'', LO1'')을 사용하여 UTC PD(118)를 조명하도록 시작할 수 있다. UTC PD(188)는 광학 국부 발진기 신호들(LO2'', LO1'')에 기초하여 포토다이오드 신호(PD_SIG)를 생성할 수 있다.
동작(142)에서, OPLL(75)은 2차 레이저(102)를 개략적으로 튜닝하기 위해 FLL 경로(130)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 동작(144)에서, 기준 발진기(90)는 기준 발진기 신호(osc)를 생성하도록 시작할 수 있고, 기준 발진기 신호(osc)를 DTC(92) 및 카운터(98)에 제공할 수 있다.
동작(146)에서, 카운터(98)는 기준 발진기 신호(osc)를 기준으로서 사용하여 포토다이오드 신호(PD_SIG)의 주파수를 식별할 수 있다. 카운터(98) 내의 로직(예를 들어, 비교기 및/또는 다른 디지털 로직)은 식별된 주파수를 2차 레이저(102)의 미리 결정된/예상되는/선택된 주파수와 비교할 수 있다. 식별된 주파수가 예상되는 주파수로부터 과도하게 멀리 있으면(예를 들어, 식별된 주파수와 예상되는 주파수 사이의 차이가 임계치를 초과하면), 프로세싱은 경로(148)에 의해 도시된 바와 같이 동작(150)으로 진행할 수 있다. 동작(150)에서, 카운터(98)는 2차 레이저(102)의 주파수를 개략적으로 조정하기 위해 개략적 튜닝 제어 신호(FLL_CTRL)를 사용할 수 있다. 프로세싱은 식별된 주파수가 예상되는 주파수에 충분히 가까워질 때까지 경로(152)를 통해 동작(146)으로 다시 루프될 수 있다.
식별된 주파수가 예상되는 주파수에 충분히 가까워질 때(예를 들어, 식별된 주파수와 예상되는 주파수 사이의 차이가 임계치 미만일 때), 프로세싱은 경로(154)에 의해 도시된 바와 같이 동작(146)으로부터 동작(156)으로 진행할 수 있다. 동작(156)에서, OPLL(75)은 2차 레이저(102)의 개략적 튜닝을 고정시킬 수 있다(예를 들어, 2차 레이저(102) 및 광학 국부 발진기 신호(LO2')를 주파수 고정시킬 수 있다). 후속하여, 프로세싱은 경로(158)를 통해 동작(160)으로 진행할 수 있다.
동작(160)에서, OPLL(75)은 2차 레이저(102)를 미세하게 튜닝하기 위해 PLL 경로(128)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 동작(162)에서, DTC(92)는 기준 발진기 신호(osc)를 사용하여 DTC 기준 신호(DTC_REF)를 생성할 수 있다. DTC(92)는 미리 결정된/선택된/원하는 위상 및 주파수(예를 들어, 5 내지 25 ㎓)에서 DTC 기준 신호(DTC_REF)를 생성할 수 있다. DTC(92)는 DTC 기준 신호(DTC_REF)를 서브샘플링 믹서(122)에 제공할 수 있다.
동작(164)에서, 서브샘플링 믹서(122)는 포토다이오드 신호(PD_SIG)를 서브샘플링할 수 있고, 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상을 DTC 기준 신호(DTC_REF)의 위상과 비교할 수 있다. 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 식별된 위상이 DTC 기준 신호(DTC_REF)의 위상으로부터 과도하게 멀리 있으면(예를 들어, 식별된 위상과 DTC 기준 신호(DTC_REF)의 위상 사이의 차이가 임계치를 초과하면), 프로세싱은 경로(166)에 의해 도시된 바와 같이 동작(168)으로 진행할 수 있다. 동작(168)에서, 서브샘플링 믹서(122)는 2차 레이저(102)의 위상을 미세하게 조정하기 위해 미세 튜닝 제어 신호(PLL_CTRL)를 사용할 수 있다. 프로세싱은 식별된 위상이 DTC 기준 신호(DTC_REF)의 위상에 충분히 가까워질 때까지 경로(170)를 통해 동작(164)으로 다시 루프될 수 있다.
식별된 위상이 DTC 기준 신호(DTC_REF)의 위상에 충분히 가까워질 때(예를 들어, 식별된 위상과 DTC 기준 신호(DTC_REF)의 위상 사이의 차이가 임계치 미만일 때), 프로세싱은 경로(172)에 의해 도시된 바와 같이 동작(164)으로부터 동작(174)으로 진행할 수 있다. 동작(174)에서, OPLL(75)은 2차 레이저(102)의 미세 튜닝을 고정시킬 수 있다(예를 들어, 2차 레이저(102) 및 광학 국부 발진기 신호(LO2')를 위상 고정시킬 수 있다). 후속하여, 프로세싱은 경로(176)를 통해 동작(178)으로 진행할 수 있다.
동작(178)에서, OPLL(75)은 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 사용하여 디바이스(10)에서 하나 이상의 프로세싱 동작들을 클록킹할 수 있다(예를 들어, 디바이스(10)는 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)에 의해 클록킹되는 바와 같이 후속 프로세싱 동작들을 수행할 수 있다). 예를 들어, 디바이스(10) 내의 UTC PD들(42)은 OPLL(75)에 의해 생성된 광학 국부 발진기 신호들(LO1, LO2)을 사용하여 THF 신호들을 송신 및/또는 수신할 수 있다.
디바이스(10)는 개인 식별가능 정보를 수집 및/또는 사용할 수 있다. 개인 식별가능 정보의 사용은 사용자들의 프라이버시를 유지하기 위한 산업 또는 정부 요건들을 충족시키거나 초과하는 것으로 일반적으로 인식되는 프라이버시 정책들 및 관례들을 따라야 한다는 것이 잘 이해된다. 특히, 개인 식별가능 정보 데이터는 의도하지 않은 또는 인가되지 않은 액세스 또는 사용의 위험들을 최소화하도록 관리되고 취급되어야 하며, 인가된 사용의 성질이 사용자들에게 명확히 표시되어야 한다. 본 명세서에 설명된 광학 컴포넌트들(예를 들어, MZM 변조기(들), 도파관(들), 위상 시프터(들), UTC PD(들) 등)은 원하는 경우 플라즈몬 기술(plasmonics technology)로 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 13과 관련하여 위에서 설명된 방법들 및 동작들(예를 들어, 도 10 및 도 13의 동작들)은 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 하드웨어(예를 들어, 전용 회로부 또는 하드웨어)를 사용하여 디바이스(10)의 컴포넌트들에 의해 수행될 수 있다. 이러한 동작들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드는 디바이스(10)의 컴포넌트들 중 하나 이상(예를 들어, 도 1의 저장 회로부(16))에 저장된 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들(예를 들어, 유형적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 코드는 때로는 소프트웨어, 데이터, 명령어들, 프로그램 명령어들 또는 코드로 지칭될 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들은 드라이브들, 비휘발성 메모리, 예컨대 비휘발성 랜덤 액세스 메모리(NVRAM), 이동식 플래시 드라이브들 또는 다른 이동식 매체들, 다른 유형들의 랜덤 액세스 메모리 등을 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들 상에 저장된 소프트웨어는 디바이스(10)의 컴포넌트들 중 하나 이상 상의 프로세싱 회로부(예를 들어, 도 1의 프로세싱 회로부(18) 등)에 의해 실행될 수 있다. 프로세싱 회로부는 마이크로프로세서들, 중앙 프로세싱 유닛들(CPU), 프로세싱 회로부를 갖는 주문형 집적 회로들, 또는 다른 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전기 광학 위상 고정 루프가 제공되며, 그 전기 광학 위상 고정 루프는 제1 주파수에서 광을 방출하도록 구성된 제1 광원, 적어도 50 ㎓의 오프셋 주파수만큼 제1 주파수로부터 오프셋된 제2 주파수에서 광을 방출하도록 구성된 제2 광원, 제2 광원의 출력을 제2 광원의 입력에 통신가능하게 커플링시키는 피드백 경로, 기준 신호를 생성하도록 구성된 디지털-시간 변환기(DTC), 및 피드백 경로를 따라 배치된 위상 비교기를 포함하고, 위상 비교기는 기준 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 광원을 조정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전기 광학 위상 고정 루프는 위상 비교기의 입력에 커플링된 출력을 갖는 포토다이오드, 제1 광원의 출력을 포토다이오드에 통신가능하게 커플링시키는 제1 광 경로, 및 제2 광원의 출력을 포토다이오드에 통신가능하게 커플링시키는 제2 광 경로를 포함하며, 포토다이오드는 제1 주파수에서 제1 광원에 의해 방출되는 광의 적어도 일부 및 제2 주파수에서 제2 광원에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 사용하여 오프셋 주파수에서 포토다이오드 신호를 생성하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 포토다이오드는 UTC PD(uni-travelling-carrier photodiode)를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전기 광학 위상 고정 루프는 제1 광원의 출력을 제1 광 경로에 그리고 전기 광학 위상 고정 루프의 제1 출력 단자에 커플링시키는 제1 광 스플리터 및 제2 광원의 출력을 제2 광 경로에 그리고 전기 광학 위상 고정 루프의 제2 출력 단자에 커플링시키는 제2 광 스플리터를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 위상 비교기는 포토다이오드 신호의 위상과 기준 신호의 위상의 비교에 기초하여 제2 광원을 조정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전기 광학 위상 고정 루프는 위상 비교기를 포함하는 서브샘플링 믹서를 포함하며, 서브샘플링 믹서는 포토다이오드 신호를 서브샘플링하여 서브샘플링된 포토다이오드 신호를 생성하도록 구성되고, 위상 비교기는 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상과 기준 신호의 위상의 비교에 기초하여 제2 광원을 조정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전기 광학 위상 고정 루프는 제2 광원의 출력을 제2 광원의 입력에 통신가능하게 커플링시키는 부가적인 피드백 경로 및 부가적인 피드백 경로를 따라 배치된 카운터를 포함하며, 카운터는 포토다이오드 신호에 기초하여 오프셋 주파수를 식별하도록 구성되고, 식별된 오프셋 주파수에 적어도 기초하여 제2 주파수를 조정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전기 광학 위상 고정 루프는 기준 발진기 신호를 생성하도록 구성된 기준 발진기를 포함하며, DTC는 기준 발진기 신호에 기초하여 기준 신호를 생성하도록 구성되고, 카운터는 포토다이오드 신호 및 기준 발진기 신호에 기초하여 오프셋 주파수를 추정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 기준 발진기 신호는 5 ㎓ 내지 25 ㎓의 주파수에 있다.
다른 실시예에 따르면, 전기 광학 위상 고정 루프는 기준 발진기 신호를 생성하도록 구성된 기준 발진기 - DTC는 기준 발진기 신호에 기초하여 기준 신호를 생성하도록 구성됨 -, 제2 광원의 출력을 제2 광원의 입력에 통신가능하게 커플링시키는 부가적인 피드백 경로, 및 부가적인 피드백 경로를 따라 배치된 카운터를 포함하며, 카운터는 기준 발진기 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 오프셋 주파수를 식별하도록 구성되고, 식별된 오프셋 주파수에 적어도 기초하여 제2 주파수를 조정하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 전기 광학 위상 고정 루프를 동작시키는 방법이 제공되며, 그 방법은, 제1 레이저를 이용하여, 제1 주파수에서 제1 광학 국부 발진기(LO) 신호를 방출하는 단계, 제2 레이저를 이용하여, 50 ㎓ 초과의 오프셋 주파수만큼 제1 주파수로부터 오프셋된 제2 주파수에서 제2 광학 LO 신호를 방출하는 단계, 제2 레이저의 출력과 제2 레이저의 입력 사이에 통신가능하게 커플링된 주파수 고정 루프(FLL) 경로를 이용하여, 제2 주파수가 고정될 때까지 제2 레이저에 의해 방출되는 제2 광학 LO 신호를 개략적으로 튜닝하는 단계, 및 일단 제2 주파수가 고정되면, 제2 레이저의 출력과 제2 레이저의 입력 사이에 통신가능하게 커플링된 위상 고정 루프(PLL) 경로를 이용하여, 제2 광학 LO 신호가 제1 광학 LO 신호에 위상 고정될 때까지 제2 레이저에 의해 방출되는 제2 광학 LO 신호를 미세하게 튜닝하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은, 안테나 방사 요소를 통해 오프셋 주파수에서 무선 신호들을 전달하기 위해 제1 광학 LO 신호 및 제2 광학 LO 신호를 사용하는 포토다이오드에 제1 광학 LO 신호 및 제2 광학 LO 신호를 송신하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 FLL 경로 및 PLL 경로를 따라 배치된 포토다이오드를 이용하여, 제1 광학 LO 신호의 적어도 일부 및 제2 광학 LO 신호의 적어도 일부를 사용하여 오프셋 주파수에서 포토다이오드 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 PLL 경로를 따라 배치된 서브샘플링 믹서를 이용하여, 포토다이오드 신호를 서브샘플링하여 서브샘플링된 포토다이오드 신호를 생성하는 단계를 포함하며, 제2 광학 LO 신호를 미세하게 튜닝하는 단계는 서브샘플링 믹서를 이용하여, 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상에 적어도 기초하여 제2 광학 LO 신호의 위상을 조정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 디지털-아날로그 변환기(DTC)를 이용하여, 기준 신호를 생성하는 단계를 포함하며, 제2 광학 LO 신호를 미세하게 튜닝하는 단계는 서브샘플링 믹서를 이용하여, 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상과 기준 신호의 위상의 비교에 기초하여 제2 광학 LO의 위상을 조정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 FLL 경로를 따라 배치된 카운터를 이용하여, 포토다이오드 신호를 사용하여 오프셋 주파수를 식별하는 단계를 포함하며, 제2 광학 LO 신호를 개략적으로 튜닝하는 단계는 식별된 오프셋 주파수에 적어도 기초하여 제2 주파수를 조정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 전자 디바이스가 제공되며, 그 전자 디바이스는, 안테나 방사 요소, 안테나 방사 요소에 커플링되고, 안테나 방사 요소, 제1 광학 국부 발진기(LO) 신호, 및 제2 광학 LO 신호를 사용하여 100 ㎓ 초과의 주파수에서 무선 신호들을 전달하도록 구성된 포토다이오드, 및 제1 광학 LO 신호 및 제2 광학 LO 신호를 생성하도록 구성된 광학 컴포넌트들을 포함하고, 광학 컴포넌트들은 제1 광학 LO 신호를 방출하도록 구성된 제1 레이저, 제2 광학 LO 신호를 방출하도록 구성된 제2 레이저, 제1 광학 LO 신호 및 제2 광학 LO 신호에 기초하여 포토다이오드 신호를 생성하도록 구성된 포토다이오드, 및 포토다이오드 신호에 기초하여, 서브샘플링된 포토다이오드 신호를 생성하도록 구성되고, 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 레이저를 튜닝하도록 구성된 서브샘플링 믹서를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는, 포토다이오드 신호의 주파수를 식별하도록 구성되고, 포토다이오드 신호의 식별된 주파수에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 레이저를 튜닝하도록 구성된 카운터를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 레이저는 공진 공동의 제1 부분을 포함하고, 제2 레이저는 제1 부분보다 긴 공진 공동의 제2 부분을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 포토다이오드는 UTC PD(uni-travelling-carrier photodiode)를 포함한다.
전술한 것은 단지 예시적인 것이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전기 광학 위상 고정 루프(electro-optical phase-locked loop)로서,
    제1 주파수에서 광을 방출하도록 구성된 제1 광원;
    적어도 50 ㎓의 오프셋 주파수만큼 상기 제1 주파수로부터 오프셋된 제2 주파수에서 광을 방출하도록 구성된 제2 광원;
    상기 제2 광원의 출력을 상기 제2 광원의 입력에 통신가능하게 커플링시키는 피드백 경로;
    기준 신호를 생성하도록 구성된 디지털-시간 변환기(DTC); 및
    상기 피드백 경로를 따라 배치된 위상 비교기를 포함하며,
    상기 위상 비교기는 상기 기준 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제2 광원을 조정하도록 구성되는, 전기 광학 위상 고정 루프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상 비교기의 입력에 커플링된 출력을 갖는 포토다이오드;
    상기 제1 광원의 출력을 상기 포토다이오드에 통신가능하게 커플링시키는 제1 광 경로(optical path); 및
    상기 제2 광원의 상기 출력을 상기 포토다이오드에 통신가능하게 커플링시키는 제2 광 경로를 더 포함하며,
    상기 포토다이오드는 상기 제1 주파수에서 상기 제1 광원에 의해 방출되는 상기 광의 적어도 일부 및 상기 제2 주파수에서 상기 제2 광원에 의해 방출되는 상기 광의 적어도 일부를 사용하여 상기 오프셋 주파수에서 포토다이오드 신호를 생성하도록 구성되는, 전기 광학 위상 고정 루프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 UTC PD(uni-travelling-carrier photodiode)를 포함하는, 전기 광학 위상 고정 루프.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 광원의 상기 출력을 상기 제1 광 경로에 그리고 상기 전기 광학 위상 고정 루프의 제1 출력 단자에 커플링시키는 제1 광 스플리터(optical splitter); 및
    상기 제2 광원의 상기 출력을 상기 제2 광 경로에 그리고 상기 전기 광학 위상 고정 루프의 제2 출력 단자에 커플링시키는 제2 광 스플리터를 더 포함하는, 전기 광학 위상 고정 루프.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 위상 비교기는 상기 포토다이오드 신호의 위상과 상기 기준 신호의 위상의 비교에 기초하여 상기 제2 광원을 조정하도록 구성되는, 전기 광학 위상 고정 루프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 위상 비교기를 포함하는 서브샘플링 믹서(subsampling mixer)를 더 포함하며,
    상기 서브샘플링 믹서는 상기 포토다이오드 신호를 서브샘플링하여 서브샘플링된 포토다이오드 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 위상 비교기는 상기 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상과 상기 기준 신호의 상기 위상의 비교에 기초하여 상기 제2 광원을 조정하도록 구성되는, 전기 광학 위상 고정 루프.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 광원의 상기 출력을 상기 제2 광원의 상기 입력에 통신가능하게 커플링시키는 부가적인 피드백 경로; 및
    상기 부가적인 피드백 경로를 따라 배치된 카운터를 더 포함하며,
    상기 카운터는 상기 포토다이오드 신호에 기초하여 상기 오프셋 주파수를 식별하도록 구성되고, 상기 식별된 오프셋 주파수에 적어도 기초하여 상기 제2 주파수를 조정하도록 구성되는, 전기 광학 위상 고정 루프.
  8. 제7항에 있어서,
    기준 발진기 신호를 생성하도록 구성된 기준 발진기를 더 포함하며,
    상기 DTC는 상기 기준 발진기 신호에 기초하여 상기 기준 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 카운터는 상기 포토다이오드 신호 및 상기 기준 발진기 신호에 기초하여 상기 오프셋 주파수를 추정하도록 구성되는, 전기 광학 위상 고정 루프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기준 발진기 신호는 5 ㎓ 내지 25 ㎓의 주파수에 있는, 전기 광학 위상 고정 루프.
  10. 제1항에 있어서,
    기준 발진기 신호를 생성하도록 구성된 기준 발진기 - 상기 DTC는 상기 기준 발진기 신호에 기초하여 상기 기준 신호를 생성하도록 구성됨 -;
    상기 제2 광원의 상기 출력을 상기 제2 광원의 상기 입력에 통신가능하게 커플링시키는 부가적인 피드백 경로; 및
    상기 부가적인 피드백 경로를 따라 배치된 카운터를 더 포함하며,
    상기 카운터는 상기 기준 발진기 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 오프셋 주파수를 식별하도록 구성되고, 상기 식별된 오프셋 주파수에 적어도 기초하여 상기 제2 주파수를 조정하도록 구성되는, 전기 광학 위상 고정 루프.
  11. 전기 광학 위상 고정 루프를 동작시키는 방법으로서,
    제1 레이저를 이용하여, 제1 주파수에서 제1 광학 국부 발진기(LO) 신호를 방출하는 단계;
    제2 레이저를 이용하여, 50 ㎓ 초과의 오프셋 주파수만큼 상기 제1 주파수로부터 오프셋된 제2 주파수에서 제2 광학 LO 신호를 방출하는 단계;
    상기 제2 레이저의 출력과 상기 제2 레이저의 입력 사이에 통신가능하게 커플링된 주파수 고정 루프(frequency-locked loop, FLL) 경로를 이용하여, 상기 제2 주파수가 고정될 때까지 상기 제2 레이저에 의해 방출되는 상기 제2 광학 LO 신호를 개략적으로 튜닝하는 단계; 및
    일단 상기 제2 주파수가 고정되면, 상기 제2 레이저의 상기 출력과 상기 제2 레이저의 상기 입력 사이에 통신가능하게 커플링된 위상 고정 루프(PLL) 경로를 이용하여, 상기 제2 광학 LO 신호가 상기 제1 광학 LO 신호에 위상 고정될 때까지 상기 제2 레이저에 의해 방출되는 상기 제2 광학 LO 신호를 미세하게 튜닝하는 단계를 포함하는, 전기 광학 위상 고정 루프를 동작시키는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    안테나 방사 요소를 통해 상기 오프셋 주파수에서 무선 신호들을 전달하기 위해 상기 제1 광학 LO 신호 및 상기 제2 광학 LO 신호를 사용하는 포토다이오드에 상기 제1 광학 LO 신호 및 상기 제2 광학 LO 신호를 송신하는 단계를 더 포함하는, 전기 광학 위상 고정 루프를 동작시키는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 FLL 경로 및 상기 PLL 경로를 따라 배치된 포토다이오드를 이용하여, 상기 제1 광학 LO 신호의 적어도 일부 및 상기 제2 광학 LO 신호의 적어도 일부를 사용하여 상기 오프셋 주파수에서 포토다이오드 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 전기 광학 위상 고정 루프를 동작시키는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 PLL 경로를 따라 배치된 서브샘플링 믹서를 이용하여, 상기 포토다이오드 신호를 서브샘플링하여 서브샘플링된 포토다이오드 신호를 생성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 광학 LO 신호를 미세하게 튜닝하는 단계는 상기 서브샘플링 믹서를 이용하여, 상기 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상에 적어도 기초하여 상기 제2 광학 LO 신호의 위상을 조정하는 단계를 포함하는, 전기 광학 위상 고정 루프를 동작시키는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    디지털-아날로그 변환기(DTC)를 이용하여, 기준 신호를 생성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 광학 LO 신호를 미세하게 튜닝하는 단계는 상기 서브샘플링 믹서를 이용하여, 상기 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 상기 위상과 상기 기준 신호의 위상의 비교에 기초하여 상기 제2 광학 LO의 상기 위상을 조정하는 단계를 포함하는, 전기 광학 위상 고정 루프를 동작시키는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 FLL 경로를 따라 배치된 카운터를 이용하여, 상기 포토다이오드 신호를 사용하여 상기 오프셋 주파수를 식별하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 광학 LO 신호를 개략적으로 튜닝하는 단계는 상기 식별된 오프셋 주파수에 적어도 기초하여 상기 제2 주파수를 조정하는 단계를 포함하는, 전기 광학 위상 고정 루프를 동작시키는 방법.
  17. 전자 디바이스로서,
    안테나 방사 요소;
    상기 안테나 방사 요소에 커플링되고, 상기 안테나 방사 요소, 제1 광학 국부 발진기(LO) 신호, 및 제2 광학 LO 신호를 사용하여 100 ㎓ 초과의 주파수에서 무선 신호들을 전달하도록 구성된 포토다이오드; 및
    상기 제1 광학 LO 신호 및 상기 제2 광학 LO 신호를 생성하도록 구성된 광학 컴포넌트들을 포함하며,
    상기 광학 컴포넌트들은,
    상기 제1 광학 LO 신호를 방출하도록 구성된 제1 레이저,
    상기 제2 광학 LO 신호를 방출하도록 구성된 제2 레이저,
    상기 제1 광학 LO 신호 및 상기 제2 광학 LO 신호에 기초하여 포토다이오드 신호를 생성하도록 구성된 포토다이오드, 및
    상기 포토다이오드 신호에 기초하여, 서브샘플링된 포토다이오드 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 서브샘플링된 포토다이오드 신호의 위상에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제2 레이저를 튜닝하도록 구성된 서브샘플링 믹서를 포함하는, 전자 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 포토다이오드 신호의 주파수를 식별하도록 구성되고, 상기 포토다이오드 신호의 상기 식별된 주파수에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제2 레이저를 튜닝하도록 구성된 카운터를 더 포함하는, 전자 디바이스.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 레이저는 공진 공동(resonant cavity)의 제1 부분을 포함하고, 상기 제2 레이저는 상기 제1 부분보다 긴 상기 공진 공동의 제2 부분을 포함하는, 전자 디바이스.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 UTC PD(uni-travelling-carrier photodiode)를 포함하는, 전자 디바이스.
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