KR20240078608A - 위상 변이 시스템, 무선주파수 칩 및 레이더 센서 - Google Patents

위상 변이 시스템, 무선주파수 칩 및 레이더 센서 Download PDF

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KR20240078608A
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타오 리우
지아슈 첸
정동 리우
웬팅 저우
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칼테라 세미컨덕터 테크놀로지 (상하이) 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 위상 변이 시스템, 칩 및 레이더 센서를 제공한다. 여기서, 위상 변이 시스템은 적어도 2개의 캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛을 포함하되, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛은 적어도 한 경로의 위상 변이 제어 신호에 의해 제어되어 상기 전송 라인 위상 변이 유닛이 제1 위상 또는 제2 위상에 따라 무선주파수 신호에 대해 위상 변이를 수행하도록 하고; 상기 전송 라인 위상 변이 유닛은 적어도 여러 세트의 전송 라인을 포함하며; 여기서 2개의 캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제1 세트의 전송 라인 중 적어도 일부 전송 라인 사이는 물리적으로 격리되고 각각의 제2 세트의 전송 라인을 통해 연결된다. 상기 위상 변이 시스템은 전송 라인 위상 변이기의 긴 전송 경로로 인한 위상 변이 선형성 감소 문제를 해결하는 데 사용된다.

Description

위상 변이 시스템, 무선주파수 칩 및 레이더 센서
본 발명은 집적 회로 기술분야에 관한 것으로, 구체적으로 위상 변이 시스템, 무선주파수 칩 및 레이더 센서에 관한 것이다.
많은 무선 응용에서, 특히 무선 통신과 레이더 센서 분야에서, 무선주파수 회로의 위상 제어 능력은 정보 용량, 간섭 방지 능력을 크게 향상시키거나 탐지/통신 방향성을 향상시킬 수 있다.
이로써, 단말기가 위상 제어 능력을 구비하도록 무선주파수 회로에 위상 변이기를 접속시킨다. 위상 변이기의 위상 변이 정확도, 위상 변이 정밀도, 교정 복잡성 및 교정 지속 시간, 대역폭 등 영향 요인으로 인해 위상 변이기는 많은 무선주파수 회로의 전체 성능에 병목 현상을 일으키게 된다.
선행기술에 존재하는 단점을 고려하여, 본 발명은 위상 변이 시스템, 칩 및 레이더 센서를 제공하고, 상기 위상 변이 시스템은 전송 라인 위상 변이기의 긴 전송 경로로 인한 위상 변이 선형성 감소 문제를 해결하는 데 사용된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 위상 변이 시스템을 제공하며, 상기 위상 변이 시스템은 적어도 2개의 캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛을 포함하되, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛은 적어도 한 경로의 위상 변이 제어 신호에 의해 제어되어 상기 전송 라인 위상 변이 유닛이 제1 위상 또는 제2 위상에 따라 무선주파수 신호에 대해 위상 변이를 수행하도록 하고; 상기 전송 라인 위상 변이 유닛은 적어도 여러 세트의 전송 라인을 포함하며; 2개의 캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제1 세트의 전송 라인 중 적어도 일부 전송 라인 사이는 물리적으로 격리되고 각각의 제2 세트의 전송 라인을 통해 연결된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 무선주파수 칩을 제공하며, 상기 무선주파수 칩은 제1 양태에 따른 위상 변이 시스템을 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 레이더 센서를 제공하며, 상기 레이더 센서는 입력된 무선주파수 송신 신호를 탐지 신호파로 자유 공간으로 방사하는 송신 안테나; 탐지된 에코 신호파를 무선주파수 수신 신호로 변환하되, 상기 에코 신호파는 상기 탐지 신호파가 물체에 의해 반사되어 형성되는 수신 안테나; 및 상기 송신 안테나 및 수신 안테나에 커플링되고, 위상 변이가 있는 무선주파수 송신 신호를 상기 송신 안테나로 출력하며, 상기 무선주파수 수신 신호를 기저 대역 디지털 신호로 변환하여 상기 물체를 측정하는 제2 양태에 따른 무선주파수 칩을 포함한다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 기기를 제공하며, 상기 기기는 상기 레이더 센서, 또는 상기 무선주파수 칩; 및 상기 레이더 센서 또는 상기 무선주파수 칩을 장착하기 위한 기기 본체를 포함한다.
본 발명에서 제공되는 위상 변이 시스템은 전송 라인 위상 변이 유닛 사이의 일부 전송 라인을 물리적으로 격리함으로써, 긴 전송 라인으로 무선주파수 신호를 전송할 때 발생하는 전자기 영향을 감소시켜, 위상 변이 선형성을 향상시킨다. 이로써 위상 변이 시스템의 위상 변이 능력을 전체적으로 향상시킨다.
위의 일반적인 설명과 아래의 세부적인 설명은 단지 예시적인 것으로 본 발명을 한정할 수 없음을 이해해야 한다.
첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 상세히 설명함으로써 본 발명의 상술한 목적 및 다른 목적, 특징, 장점이 더욱 분명해질 것이다. 아래에서 설명되는 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 각각 일 예시적인 실시예에 따른 전송 라인 위상 변이 유닛의 원리 모식도를 나타내고,
도 2는 일 예시적인 실시예에 따른 전송 라인 위상 변이 유닛의 구조 모식도를 나타내고,
도 3은 일 예시적인 실시예에 따른 전송 라인 위상 변이 유닛의 구조 모식도를 나타내고,
도 4는 일 예시적인 실시예에 따른 전송 라인 위상 변이 유닛의 구조 모식도를 나타내고,
도 5a 및 도 5b는 각각 일 예시적인 실시예에 따른 전송 라인 위상 변이기의 구조 모식도를 나타내고,
도 6은 일 예시적인 실시예에 따른 무선주파수 인버터의 구조 모식도를 나타내고,
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d는 각각 일 예시적인 실시예에 따른 무선주파수 인버터의 신호 전송 모식도를 나타내고,
도 8a 및 도 8b는 각각 일 예시적인 실시예에 따른 위상 변이 시스템의 구조 모식도를 나타내고,
도 9a 및 도 9b는 각각 일 예시적인 실시예에 따른 전송 라인 위상 변이기의 구조 모식도를 나타내고,
도 10a 및 도 10b는 각각 일 예시적인 실시예에 따른 전송 라인 위상 변이기의 구조 모식도를 나타내고,
도 11은 위상 변이 시스템의 구조 모식도를 나타내고,
도 12a 및 도 12b는 일 예시적인 실시예에 따른 교정 회로의 작동 상태 모식도를 나타내고,
도 13은 일 예시적인 실시예에 따른 무선주파수 칩의 구조 모식도를 나타낸다.
이제 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 보다 완전하게 설명할 것이다. 그러나, 예시적인 실시예는 다양한 형태로 실시될 수 있고, 여기에서 설명되는 실시예에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 되며; 오히려, 이러한 실시예를 제공함으로써 본 발명이 철저하고 완전해지고, 예시적인 실시예의 구상을 당업자에게 완전한게 전달한다. 도면에서 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부분을 나타내므로, 이들에 대한 중복 설명을 생략한다.
설명된 특징, 구조 또는 특성은 임의의 적합한 방식으로 하나 이상의 실시예에 결합될 수 있다. 아래의 설명에서, 많은 특정 세부사항을 제공하여 본 발명의 실시예에 대한 충분한 이해를 제공한다. 그러나, 당업자는 본 발명의 기술적 해결수단이 이러한 특정 세부사항 중 하나 이상 없이 실시되거나 다른 방식, 구성요소, 재료, 장치 등을 사용할 수 있음을 이해할 것이다.
도면에 도시된 흐름도는 예시일 뿐, 모든 내용과 동작/단계를 반드시 포함하는 것은 아니고, 설명된 순서에 따라 반드시 수행되는 것도 아니다. 예를 들어, 일부 동작/단계는 분해될 수 있고, 일부 동작/단계는 병합되거나 부분적으로 병합될 수 있으므로, 실제 수행 순서는 실제 상황에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 명세서, 특허청구범위 및 상기 도면 중의 용어 “제1”, “제2” 등은 특정 순서를 설명하기 위한 것이 아니라 상이한 객체를 구별하기 위한 것이다. 또한, 용어 “포함”, “구비” 및 이들의 임의의 변형은 비배타적인 포함을 포괄하는 것으로 의도된다.
첨부된 도면은 단지 예시적인 실시예의 모식도이고, 첨부된 도면 중의 모듈 또는 흐름은 본 발명을 실시하는 데 반드시 필요한 것이 아니므로, 본 발명의 보호범위를 한정하는 데 사용될 수 없음을 당업자는 이해할 수 있다.
위상 변이기를 포함하는 레이더 센서를 예로 들면, 레이더 센서에 구성된 작동 모드에 따라, 위상 변이기는 국부 발진기 신호(LO 신호라고도 함)에 대해 위상 변이 처리를 수행하고, 송신 안테나를 통해 탐지 신호파로 변환하여 자유 공간으로 방사하며; 송신 안테나에 의해 방사된 탐지 신호파가 물체에 의해 반사되어 에코 신호파가 형성되면, 수신 안테나는 상기 에코 신호파를 무선주파수 수신 신호로 변환하고, 상기 무선주파수 수신 신호는 국부 발진기 신호와 혼합된 후, 기저 대역 신호를 출력하며, 상기 기저 대역 신호는 위상 변이기에서 제공되는 위상 변이 정보를 휴대하고 있으므로, 레이더 센서의 신호 처리기가 기저 대역 신호에서 상기 물체의 물리적 상대 측정값을 정확하게 추출하는 데 도움이 된다.
레이더 센서의 일부 예시에서, 그 중의 위상 변이기는 IQ 위상 변이기를 사용하고, 즉 위상 변이기는 입력된 무선주파수 신호를 동위상 신호 및 직교위상 신호로 변환하며, 위상 변이 제어 신호를 통해 동위상 신호 및 직교위상 신호의 진폭을 조절하고, 벡터 합성을 이용하여 임의의 위상 변이된 무선주파수 신호를 얻는다. 그러나, 한편으로는, IQ 위상 변이기는 능동 소자이므로 PVD가 변경될 때 안정화되기 어렵고; 다른 한편으로는, IQ 위상 변이기는 명백한 비합리적 특성을 가지고 있어 단일 지점 교정을 사용해야 하며, 예를 들어 기설정된 위상 변이 지점을 하나씩 교정하고, 예상대로 상기 교정 복잡성과 지속 시간은 레이더 센서의 작동 효율을 제한한다.
본 발명은 전송 라인 위상 변이기를 제공한다. 상기 전송 라인 위상 변이기는 적어도 하나의 전송 라인 위상 변이 유닛을 포함한다. 전송 라인 위상 변이 유닛은 여러 세트의 전송 라인(접지 라인을 포함하거나 포함하지 않을 수 있음) 및 복수의 위상 조절 회로를 포함한다. 상이한 세트의 전송 라인의 무선주파수 전류의 폐합 경로 길이는 상이하므로 등가 인덕턴스가 상이하다. 일부분의 위상 조절 회로는 여러 세트의 전송 라인 사이 또는 전송 라인과 접지 라인 사이에 연결되어 상이한 전송 라인 또는 상이한 접지 라인에서 신호를 전환하여 전송 라인의 등가 인덕턴스(L)를 조절하므로, 이 부분의 위상 조절 회로를 인덕턴스 조절 회로라고 한다. 다른 부분의 위상 조절 회로는 상이한 전송 라인 사이 또는 전송 라인과 접지 라인 사이에 스위치드 커패시터를 추가하여 전송 라인의 등가 커패시턴스(C)를 조절하므로, 이 부분의 위상 조절 회로를 커패시턴스 조절 회로라고 한다. 전송 라인의 삽입 위상()과 등가 인덕턴스(L) 및 등가 커패시턴스(C)는 대응 관계를 가지므로, 위상 조절 회로(즉, 인덕턴스 조절 회로 및 커패시턴스 조절 회로)를 통해 전송 라인 위상 변이 유닛의 삽입 위상()을 조절하여 위상 변이 기능을 구현할 수 있다.
위상 조절 회로의 상태를 제어하여 전송 라인 위상 변이 유닛을 적어도 두 가지 상태로 구성할 수 있는 바, 제1 위상 상태(기준 상태라고도 함) 및 제2 위상 상태(위상 변이 상태라고도 함)라고 한다. 제1 및 제2 위상 상태에서 전송 라인 위상 변이 유닛의 등가 인덕턴스, 등가 커패시턴스를 각각 L 1 , C 1 및 L 2 , C 2 로 기록하고, 이 두 가지 상태에서의 삽입 위상을 각각 및 로 기록한다. 제1 위상 상태(기준 상태) 및 제2 위상 상태(위상 변이 상태)에서 전송 라인 위상 변이 유닛의 삽입 위상의 차이값을 위상 변이량이라고 하고, 로 기록한다. 따라서, 이다. 상기 전송 라인 위상 변이 유닛은 또한 세 가지 이상의 상태를 제공할 수 있다. 이로부터 볼 수 있다시피, 상기 위상 조절 회로는 수신된 적어도 한 경로의 위상 변이 제어 신호에 따라 상기 여러 세트의 전송 라인이 위치한 전송 경로의 전기적 매개변수를 조정하여 상기 전송 라인 위상 변이 유닛에 의해 출력된 무선주파수 신호가 입력된 무선주파수 신호에 대해 적어도 제1 위상 또는 제2 위상의 위상 변이를 갖도록 한다.
전송 라인 위상 변이 유닛은 전송 라인의 기본 구조 유형에 따라 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛 및 차동 전송 라인 위상 변이 유닛으로 나눌 수 있다.
예를 들어, 단일 종단 전송 라인으로 구성된 전송 라인 위상 변이 유닛은 단일 종단 신호 라인, 제1 쌍의 접지 라인, 및 제2 쌍의 접지 라인을 포함한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 단일 종단 신호 라인(S) 및 제1 쌍의 접지 라인(G1-1, G1-2)은 제1 세트의 전송 라인을 구성하고, 단일 종단 신호 라인(S) 및 제2 쌍의 접지 라인(G2-1, G2-2)은 제2 세트의 전송 라인을 구성한다. 두 쌍의 접지 라인과 신호 라인 사이의 간격 차이를 이용하여 상이한 등가 인덕턴스를 구현하고; 신호 라인과 접지 라인 사이의 스위치드 커패시터를 이용하여 상이한 등가 커패시턴스를 구현한다. 접지 라인을 전환하는 회로와 스위치드 커패시터는 모두 위상 조절 회로(22)에 포함된다.
다른 예를 들어, 차동 전송 라인으로 구성된 전송 라인 위상 변이 유닛은 제1 쌍의 차동 전송 라인, 제2 쌍의 차동 전송 라인, 및 접지 라인을 포함하고, 여기서 접지 라인은 있어도 되고 없어도 된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 신호 라인(Sig1_P, Sig1_N)은 제1 세트의 전송 라인을 구성하고, 신호 라인(Sig2_P, Sig2_N)은 제2 세트의 전송 라인을 구성한다. 이들은 모두 차동 전송 라인이다. 두 세트의 차동 전송 라인(PN) 사이의 간격 차이를 이용하여 상이한 등가 인덕턴스를 구현한다. 차동 전송 라인 사이의 스위치드 커패시터를 이용하여 상이한 등가 커패시턴스를 구현한다. 차동 전송 라인을 전환하는 인덕터와 스위치드 커패시터는 모두 위상 조절 회로(21)에 포함된다.
전송 라인 위상 변이 유닛이 안정적인 전기적 특성과 우수한 차동 대칭성(후자는 차동 전송 라인 위상 변이 유닛에만 유효함)을 갖도록 하기 위해, 통상적으로 축 대칭 구조를 사용하고, 여기서 대칭축은 전송 라인 위상 변이 유닛의 중심선이며, 신호 전송 방향과 평행하고, 도 1a, 도 1b의 가상 축(도면의 쇄선)과 같이, 상기 가상 축은 실체 전송 라인이 아닌 레이아웃에서 각 전송 라인의 구조적 대칭 관계를 식별하는 데 사용된다. 실체 전송 라인은 가상 축과 중첩되거나 부분적으로 중첩되는 경우가 존재할 수 있는 데, 도 1a에 도시된 바와 같이, 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 신호 라인(S)은 가상 축과 중첩되고, 제1 쌍의 접지 라인 중의 접지 라인(G1-1) 및 접지 라인(G1-2)은 신호 라인(S)에 대해 동일한 제1 간격(d21)을 가지며, 제2 쌍의 접지 라인 중의 접지 라인(G2-1) 및 접지 라인(G2-2)은 신호 라인(S)에 대해 동일한 제2 간격(d22)을 갖는다. 실체 전송 라인은 가상 축과 중첩되지 않는 경우가 존재할 수 있는 데, 도 1b에 도시된 바와 같이, 차동 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제1 쌍의 차동 전송 라인에서 신호 라인(Sig1_P, Sig1_N)은 가상 축(도면의 쇄선)에 대해 동일한 제1 간격(d11)을 가지고, 제2 쌍의 차동 전송 라인 중의 신호 라인(Sig2_P, Sig2_N)은 가상 축에 대해 동일한 제2 간격(d12)을 갖는다.
설명해야 할 것은, 본 발명에 나열된 위상 변이량, 간격 등 물리량은 공학적 오차 범위에 부합되는 물리량으로 이해되어야 함을 당업자는 이해해야 한다.
또 설명해야 할 것은, 도 1a, 도 1b는 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛과 차동 전송 라인 위상 변이 유닛의 레이아웃 방식을 보여주고, 도면의 각 세트의 전송 라인은 동일한 금속층에 위치한다. 다른 일부 예시에서, 각 세트의 전송 라인의 금속층은 또한 상이한 층 또는 적층의 레이아웃 방식으로 배열될 수 있다. 또한, 도 1a, 도 1b의 예시에서, 삽입 위상이 작은 한 세트의 전송 라인 사이의 간격은 삽입 위상이 큰 한 세트의 전송 라인 사이의 간격보다 작다. 다른 일부 레이아웃 예시에서, 상이한 세트의 전송 라인 사이의 간격은 동일/유사할 수도 있고, 상이한 세트의 전송 라인 사이는 상이한 길이를 갖고 있어 각 세트의 전송 라인에 대응되는 등가 인덕턴스(L)/등가 커패시턴스(C)가 원하는 조절 범위를 달성하도록 하며, 최종적으로 원하는 위상 변이량()을 달성하여 위상 변이 과정에서 매칭 임피던스를 유지한다.
이로써 위상 조절 회로는 상술한 원리에 따라 설계되어 적어도 한 경로의 위상 변이 제어 신호가 출력되는 회로이다. 상기 위상 변이 제어 신호는 위상 조절 회로에서 제어된 소자의 개수, 제어된 전기적 매개변수 등에 따라 설정된다. 일부 예시에서, 그 중 한 경로의 위상 변이 제어 신호는 전압, 전류, 듀티 사이클과 같은 조정 가능한 전기적 매개변수를 이용하여 제어가능 소자를 제어한다. 예를 들어 한 경로의 위상 변이 제어 신호의 전압은 스위치 튜브의 온/오프(ON/OFF)를 조정할 수 있다. 예를 들어 한 경로의 위상 변이 제어 신호의 전압(또는 전류)은 스위치 튜브를 조정하여 선형 영역 범위 내에서 상이한 임피던스를 제공할 수 있다. 예를 들어 한 경로의 위상 변이 제어 신호의 전압(또는 전류)은 스위치 튜브가 컷오프 영역 또는 포화 영역 등에 있도록 조정할 수 있다. 예를 들어 한 경로의 위상 변이 제어 신호의 듀티 사이클은 커패시터의 충방전 지속 시간을 조정하여 커패시턴스 변화로 인한 상응한 위상 상태 전환 적응 등을 추가로 조정할 수 있다. 다른 일부 예시에서, 그 중 여러 경로의 위상 변이 제어 신호는 제어가능 어레이를 제어하여 전체 회로의 커패시턴스 매개변수 및/또는 인덕턴스 매개변수를 조정하기 위해 코딩 신호를 구성한다. 예를 들어 여러 경로의 위상 변이 제어 신호는 상응한 커패시턴스 매개변수 및/또는 인덕턴스 매개변수 등을 조정하기 위해 제어가능 스위치 어레이의 온/오프 스위치의 개수를 조정할 수 있다.
이로써, 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 위상 조절 회로는 상이한 세트의 전송 라인을 전환하기 위한 스위치 튜브를 포함하거나, 상이한 세트의 전송 라인이 상이한 흐름으로 무선주파수 신호를 전송하도록 하기 위한 스위치 튜브 등을 포함할 수 있다. 이에 대응하여, 반도체 공정을 이용하여 제조된 스위치 튜브는 위상 변이 제어 신호를 조절하여 포화 영역 또는 컷오프 영역에서 전환하도록 할 수 있다. 반도체 공정을 이용하여 제조된 스위치 튜브는 위상 변이 제어 신호를 조절하여 포화 영역과 컷오프 영역 사이의 선형 영역 내의 저항값을 조정하도록 하여 상이한 세트의 전송 라인이 분류된 무선주파수 신호를 전송하도록 할 수 있다. 위상 조절 회로는 상응한 위상 상태에 필요한 등가 회로의 커패시턴스값 및/또는 저항값을 조정하기 위해 커패시터, 저항기를 더 포함할 수 있고, 즉 실제로 전송 라인 위상 변이 유닛의 커패시턴스 매개변수 및/또는 인덕턴스 매개변수를 변경한다. 이는 무선주파수 신호 위상 변이의 목적을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 전송 라인 위상 변이 유닛과 외부 회로 사이의 임피던스 매칭을 구현할 수 있다. 외부 회로는 예를 들어 무선주파수의 드라이버 증폭 회로 또는 위상 변이된 무선주파수 신호를 수신하는 기타 회로 등이다.
상기 위상 변이량의 공식으로부터 볼 수 있다시피, 상기 위상 조절 회로는 전송 라인 위상 변이 유닛의 등가 인덕턴스 또는 등가 커패시턴스를 독립적으로 조절할 수 있다. 위상 변이 전후의 전송 라인을 매칭 상태로 유지하기 위해서는 위상 변이 전후의 전송 라인의 특징 임피던스(ZC)가 변하지 않아야 한다. 공식 에 따라, 위상 변이 전후에 등가 인덕턴스(L)와 등가 커패시턴스(C)의 비율이 변하지 않고 유지되어야 한다. 따라서, 통상적으로 등가 인덕턴스 및 등가 커패시턴스를 동시에 조정해야 한다. 무선주파수 회로의 경우, 상이한 세트의 전송 라인, 스위치 튜브와 같은 일부 전자 소자는 조정 시 커패시턴스 매개변수 및 인덕턴스 매개변수를 동시에 변경할 수 있고, 본 발명에서 설명되는 위상 조정 회로 중의 상이한 종류의 제어가능 회로는 전송 라인 위상 변이 유닛 전체의 커패시턴스 매개변수 또는 인덕턴스 매개변수를 조절하는 데 중요한 역할을 한다는 관점에서 구별되고 이해되어야 한다.
위상 조절 회로는 위상 변이 제어 신호의 제어하에 상기 전송 라인 위상 변이 유닛의 인덕턴스 매개변수를 조정하여 상기 전송 라인 위상 변이 유닛이 상기 제1 위상 또는 제2 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행하도록 하는 인덕턴스 조절 회로를 포함한다.
일부 예시에서, 스위치 튜브 및 조정 가능한 저항기 또는 스위치 튜브 및 조정 가능한 인덕터 등 제어가능 소자를 이용하여 상이한 세트의 전송 라인을 세트에 따라 선택하여 전송 라인 위상 변이 유닛이 제1 위상 또는 제2 위상에서 상태 전환을 구현하도록 한다.
전송 라인 위상 변이 유닛이 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛인 것으로 예를 들면, 일부 예시에서, 상기 인덕턴스 조절 회로는 제1 쌍의 접지 라인 또는 제2 쌍의 접지 라인을 전환하는 회로에 사용된다. 예를 들어, 인덕턴스 조절 회로는 제1 쌍의 접지 라인 중의 접지 라인(G1-1)과 제2 쌍의 접지 라인 중의 접지 라인(G2-1) 사이에 연결되는 스위치 튜브(SW_1), 및 제1 쌍의 접지 라인 중의 접지 라인(G1-2)과 제2 쌍의 접지 라인 중의 접지 라인(G2-2) 사이에 연결되는 스위치 튜브(SW_2)를 포함한다. 전송 라인 위상 변이 유닛이 제1 위상 상태로 구성되는 경우, 스위치 튜브(SW_1)와 스위치 튜브(SW_2)는 도통되어 단일 종단 신호 라인(S) 및 제1 쌍의 접지 라인(G1-1, G1-2)에 의해 위상 변이 동작이 수행되고; 위상 변이 상태로 구성되는 경우, 스위치 튜브(SW_1)와 스위치 튜브(SW_2)는 차단되어 단일 종단 신호 라인(S) 및 제2 쌍의 접지 라인(G2-1, G2-2)에 의해 위상 변이 동작이 수행된다.
다른 일부 예시에서, 상기 인덕턴스 조절 회로는 제1 쌍의 접지 라인 및 제2 쌍의 접지 라인의 무선주파수 신호 흐름을 조정하는 회로에 사용된다. 예를 들어, 인덕턴스 조절 회로는 제1 쌍의 접지 라인 중의 접지 라인(G1-1)과 제2 쌍의 접지 라인 중의 접지 라인(G2-1) 사이에 연결되는 스위치 튜브(MOS_1), 및 제1 쌍의 접지 라인 중의 접지 라인(G1-2)과 제2 쌍의 접지 라인 중의 접지 라인(G2-2) 사이에 연결되는 스위치 튜브(MOS_2)를 포함한다. 입력된 무선주파수 신호에 대해 제1 위상의 위상 변이를 수행하도록 선택하는 경우, 스위치 튜브(MOS_1) 및 스위치 튜브(MOS_2)는 포화 영역 또는 선형 영역에서 작동하여 단일 종단 신호 라인(S) 및 제1 쌍의 접지 라인(G1-1, G1-2)이 있는 전송 경로에 흐르는 무선주파수 신호의 흐름이 단일 종단 신호 라인(S) 및 제2 쌍의 접지 라인(G2-1, G2-2)이 있는 전송 경로에 흐르는 무선주파수 신호의 흐름보다 크도록 하며; 입력된 무선주파수 신호에 대해 제2 위상의 위상 변이를 수행하도록 선택하는 경우, 스위치 튜브(MOS_1) 및 스위치 튜브(MOS_2)는 컷오프 영역 또는 선형 영역에서 작동하여 단일 종단 신호 라인(S) 및 제2 쌍의 접지 라인(G2-1, G2-2)이 있는 전송 경로에 흐르는 무선주파수 신호의 흐름이 단일 종단 신호 라인(S) 및 제1 쌍의 접지 라인(G1-1, G1-2)이 있는 전송 경로에 흐르는 무선주파수 신호의 흐름보다 크도록 한다.
전송 라인 위상 변이 유닛이 차동 전송 라인 위상 변이 유닛인 것으로 예를 들면, 차동 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 인덕턴스 조절 회로는 상이한 세트의 전송 라인 사이에서 세트에 따라 선택하는 데 사용되는 스위치 튜브를 포함한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 인덕턴스 조절 회로는 적어도 2개의 스위치 튜브(sw_sig1, sw_sig2)를 포함하고, 하나의 스위치 튜브(sw_sig1)는 제2 쌍의 차동 전송 라인 중의 신호 라인(Sig2_P)과 제1 쌍의 차동 전송 라인 중의 신호 라인(Sig1_P) 사이에 연결되며; 다른 하나의 스위치 튜브(sw_sig2)는 제2 쌍의 차동 전송 라인 중의 신호 라인(Sig2_N)과 제1 쌍의 차동 전송 라인 중의 신호 라인(Sig1_N) 사이에 연결된다. 여기서, 신호 라인(Sig2_P)과 신호 라인(Sig1_P)은 모두 차동 무선주파수 신호 세트 중의 동일한 무선주파수 신호(Sig_P)를 전송하는 데 사용되고, 신호 라인(Sig2_N)과 신호 라인(Sig1_N)은 모두 차동 무선주파수 신호 세트 중의 동일한 무선주파수 신호(Sig_N)를 전송하는 데 사용된다.
입력된 무선주파수 신호에 대해 제2 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행하도록 선택하는 경우, 스위치 튜브(sw_sig1)와 스위치 튜브(sw_sig2)가 차단되어 제2 쌍의 차동 신호 라인(Sig2_P, Sig2_N)이 무선주파수 신호를 전송하도록 하고; 입력된 무선주파수 신호에 대해 제1 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행하도록 선택하는 경우, 제2 스위치 튜브(sw_sig1)와 제2 스위치 튜브(sw_sig2)가 도통되어 제1 쌍의 차동 신호 라인(Sig1_P, Sig1_N)이 무선주파수 신호를 전송하도록 한다.
위상 조절 회로는 입력된 위상 변이 제어 신호의 제어하에 상기 전송 라인 위상 변이 유닛의 커패시턴스 매개변수를 조정하여 전송 라인 위상 변이 유닛이 상기 제1 위상 또는 제2 위상을 선택하도록 하는 커패시턴스 조절 회로를 더 포함한다. 여기서, 커패시턴스 조절 회로는 조정 가능한 커패시턴스를 제공하는 제어가능 회로로, 제1 위상(또는 제2 위상) 상태에서 전송 라인 위상 변이 유닛에 필요한 커패시턴스에 대응하여 조정할 수 있다.
커패시턴스 조절 회로는 가변 용량 회로를 기반으로 조절을 제공하고, 예를 들어 스위치드 커패시터 어레이 및 가변 용량 다이오드를 포함하는 가변 용량 회로 중 적어도 하나의 제어가능 회로를 포함한다. 여기서, 상기 스위치드 커패시터 어레이에는 여러 세트의 스위치 튜브 및 커패시터의 직렬 회로가 포함되고, 각각의 스위치 튜브는 입력된 위상 변이 제어 신호에 의해 선택적으로 온/오프된다. 가변 용량 다이오드를 포함하는 가변 용량 회로에서, 상기 가변 용량 다이오드는 입력된 위상 변이 제어 신호에 의해 커패시턴스값이 조정된다.
상기 가변 용량 회로의 기초상에서, 고정 커패시턴스를 갖는 스위치드 커패시터를 추가로 포함할 수 있고, 커패시턴스 조절 회로에 기본 커패시턴스값을 제공하며, 나머지 가변 용량 회로는 기본 커패시턴스값의 기초상에서 총 커패시턴스값을 조절한다. 위의 고정 및/또는 가변 커패시턴스 스위치의 기초상에서, 상기 제1 스위치 튜브는 입력된 제어 신호에 따라 조절 메커니즘으로 사용될 수도 있고, 스위치 튜브의 도통 상태를 조절하여 차단 상태 및 도통 상태에서 작동할 뿐만 아니라 차단과 도통 사이의 다양한 반도통 상태에서 작동하도록 할 수 있고, 이는 커패시턴스값을 제어하는 것과 같다.
상기 커패시턴스 조절 회로는 무선주파수 신호를 전송하는 전송 라인과 기준 접지 사이에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 커패시턴스 조절 회로는 신호 라인(S)과 임의의 접지 라인 사이에 커플링된다. 다른 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 차동 전송 라인 위상 변이 유닛에는 접지 라인(Gnd_P, Gnd_N)이 포함된다. 여기서, Gnd_P와 Gnd_N 사이는 금속으로 연결하여 등전위 회로를 형성한다. 동일한 세트에서 각각의 전송 라인은 각각 접지 라인(Gnd_P)과 접지 라인(Gnd_N) 사이에서 커패시턴스 조절 회로에 커플링된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 커패시턴스 조절 회로는 두 세트의 직렬 연결된 커패시터(cap) 및 스위치 튜브(sw_cap)를 포함한다. 한 세트의 직렬 연결된 커패시터(cap) 및 스위치 튜브(sw_cap)는 접지 라인(Gnd_P)과 신호 라인(Sig2_P) 사이에 연결되고, 다른 세트의 직렬 연결된 커패시터(cap) 및 스위치 튜브(sw_cap)는 접지 라인(Gnd_N)과 신호 라인(Sig2_N) 사이에 연결된다. 차동 전송 라인 위상 변이 유닛이 대칭된 레이아웃을 갖도록 하기 위해 차동 무선주파수 신호의 대칭성을 유지한다. 상기 커패시턴스 조절 회로는 집적 회로에 대칭되게 배열된다.
차동 전송 라인 위상 변이 유닛의 회로 복잡성을 단순화하고 차동 신호의 신호 대칭성을 유지하기 위해, 무선주파수 신호의 간섭 방지 특성을 이용하여 위상 변이 및 신호 전송을 구현하고, 제1 쌍의 차동 전송 라인 사이의 간격(도 1b에 도시된 바와 같은 2×d11), 및 제1 쌍의 차동 전송 라인 중의 전송 라인의 길이는 제1 위상에 대응되는 인덕턴스 매개변수 및 커패시턴스 매개변수에 따라 설정된다.
차동 전송 라인 위상 변이 유닛을 예로 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 커패시턴스 조절 회로는 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sip2_P, Sip2_N) 사이에 연결된다. 상기 커패시턴스 조절 회로는 가상 축을 따라 대칭되게 배열된 커패시터(cap1, cap2), 및 스위치 튜브(sw_cap)를 포함한다. 여기서, 커패시터(cap1)의 일단은 제2 쌍의 차동 신호 라인(Sig2_P)에 연결되고, 타단은 스위치 튜브(sw_cap)에 연결되며; 커패시터(cap2)의 일단은 제2 쌍의 차동 신호 라인(Sig2_N)에 연결되고, 타단은 스위치 튜브(sw_cap)에 연결된다. 상기 커패시턴스 조절 회로의 작동 과정은 다음과 같다: 예를 들어, 위상 변이 제어 신호의 제어하에, 스위치 튜브(sw_cap)가 도통되는 경우, 전송 라인 위상 변이 유닛은 제2 위상에 따라 입력된 무선주파수 신호에 대해 위상 변이 동작을 수행하고; 스위치 튜브(sw_cap)가 차단되는 경우, 전송 라인 위상 변이 유닛은 제1 위상에 따라 입력된 무선주파수 신호에 대해 위상 변이 동작을 수행한다. 다른 예를 들어, 위상 변이 제어 신호의 제어하에, 스위치 튜브(sw_cap)가 반도체 특성을 이용하여 큰 저항값을 제공하는 경우, 두 쌍의 차동 전송 라인에서 무선주파수 신호의 분류 구성을 조정하여 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sip2_P, Sip2_N)에 의해 전송된 무선주파수 신호의 전류 성분이 제1 쌍의 차동 전송 라인(Sip1_P, Sip1_N)에 의해 전송된 무선주파수 신호의 전류 성분보다 크도록 하는 것에 해당하고, 이로써, 전송 라인 위상 변이 유닛은 제2 위상에 따라 입력된 무선주파수 신호에 대해 위상 변이 동작을 수행하며; 스위치 튜브(sw_cap)가 반도체 특성을 이용하여 작은 저항값을 제공하는 경우, 두 쌍의 차동 전송 라인에서 무선주파수 신호의 분류 구성을 조정하여 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sip2_P, Sip2_N)에 의해 전송된 무선주파수 신호의 전류 성분이 제1 쌍의 차동 전송 라인(Sip1_P, Sip1_N)에 의해 전송된 무선주파수 신호의 전류 성분보다 작도록 하는 것에 해당하고, 이로써, 전송 라인 위상 변이 유닛은 제1 위상에 따라 입력된 무선주파수 신호에 대해 위상 변이 동작을 수행한다.
상기 각 제어가능 회로는 각 전송 라인 사이의 위치 관계, 회로 소자의 배열 위치에 따라 상응한 전송 라인에 연결될 수 있다. 예를 들어, 반도체의 적층 구조에서, 위상 조절 회로와 각 전송 라인은 금속화 비아홀 및/또는 마이크로스트립 라인과 같은 도체를 이용하여 연결될 수 있다. 전송 라인 위상 변이 유닛이 위상 변이를 전환할 때 발생하는 지터, 위상 변이 드리프트, 차동 신호의 공통 모드와 같은 위상 변이기 지표를 체계적으로 억제하기 위해 전송 라인 위상 변이 유닛은 다중 경로 브리지를 포함한다. 각각의 브리지는 마이크로스트립 라인을 포함하거나 마이크로스트립 라인 및 금속 비아홀 포함할 수 있다. 모든 브리지는 위상 조절 회로 중의 기타 전기 소자가 상응한 전송 라인에 대응되게 커플링되도록 하기 위해 전체적으로 대칭 구조를 갖는다. 이로써 전송 라인 위상 변이 유닛의 전체 축 대칭 회로 구조를 구현한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 브리지(Brg_11, Brg_21, Brg_31)는 신호 라인(Sig1_N) 및 신호 라인(Sig2_N)에 각각 커플링되고; 각 브리지(Brg_12, Brg_22, Brg_32)는 신호 라인(Sig1_P) 및 신호 라인(Sig2_P)에 각각 커플링된다. 여기서, 각 브리지(Brg_11 및 Brg_12, Brg_21 및 Brg_22, Brg_31 및 Brg_32)는 모두 신호 전송 방향을 따라 대칭되게 배열된다. 각 브리지(Brg_11, Brg_31)는 브리지(Brg_21)에 대해 대칭되게 배열되고; 각 브리지(Brg_12, Brg_32)는 브리지(Brg_22)에 대해 대칭되게 배열된다. 커패시턴스 조절 회로 및 인덕턴스 조절 회로는 각 브리지의 대칭 위치에 접속되어 전송 라인 위상 변이 유닛의 전체 레이아웃의 대칭 회로 구조를 구현한다.
일부 미도시된 예시에서, 커패시턴스 조절 회로 및 인덕턴스 조절 회로 중의 일부 전기 소자는 브리지의 개수를 감소시키기 위해 동일한 브리지의 상이한 연결점에 커플링될 수 있으며, 이로써 회로 구조를 단순화하고 전송 라인 위상 변이 유닛 전체의 회로 안정성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 집적 회로 중의 기타 회로에 대한 차동 전송 라인 위상 변이 유닛의 신호 간섭, 예를 들어 저주파 회로에 대한 전자기 방사의 신호 간섭을 감소시키기 위해, 전송 라인 위상 변이 유닛은 상기 제1 쌍의 차동 전송 라인 및 제2 쌍의 차동 전송 라인 주변에 설치된 접지 도체를 더 포함하고, 이는 상기 차동 전송 라인 위상 변이 유닛의 전자기 차폐를 제공하는 데 사용된다. 접지 도체는 생략하거나 유지할 수 있다.
일부 예시에서, 전송 라인 위상 변이 유닛과 기타 회로 사이의 위치 관계에 따라, 상기 접지 도체는 적어도 전송 라인 위상 변이 유닛과 기타 회로 사이의 금속층에 위치한다. 예를 들어, 상기 금속층에는 접지 금속 스트립 형태의 접지 도체가 형성된다. 여기서, 간극이 있는 스트립 네트워크 형태의 접지 도체로 배열되도록 접지 금속 스트립의 개수는 여러 개일 수 있다. 예를 들어, 차동 전송 라인 위상 변이 유닛과 기타 회로 사이의 금속층에는 접지 도체가 형성되고, 상기 접지 도체는 전자기 방사를 효과적으로 차폐하기 위해 대칭 구조이기도 하다. 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 접지 도체는 접지 라인(Gnd_P, Gnd_N) 및 접지 라인 사이를 연결하는 금속 라인을 포함한다. 여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 접지 도체의 외피 크기는 전송 라인 위상 변이 유닛의 외피 크기보다 크고; 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 접지 도체의 외피 크기는 전송 라인 위상 변이 유닛의 외피 크기보다 작다.
다른 일부 예시에서, 전송 라인 위상 변이 유닛과 집적 회로의 패키징 구조 사이의 금속층을 이용하여 접지 도체를 형성한다.
또 다른 일부 예시에서, 전송 라인 위상 변이 유닛에서 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛 주변의 금속층과 상응한 금속층 사이의 접지 비아홀을 이용하여 입체적인 접지 도체를 형성하여 전송 라인 위상 변이기를 수용한다.
상기 전송 라인 위상 변이기는 복수의 전송 라인 위상 변이 유닛을 포함하고, 각 전송 라인 위상 변이 유닛의 적어도 한 세트의 전송 라인은 서로 연결되어 캐스케이드 회로를 형성한다. 캐스케이드된 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛에 의해 제공되는 위상 변이는 동일하거나 상이할 수 있다. 전송 라인 위상 변이 유닛의 모든 전송 라인 위상 변이 유닛이 각각의 제1 위상에 있는 상태를 전송 라인 위상 변이 유닛의 기준 상태로 하고, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛이 제2 위상에 있는 상태를 위상 상태로 한다. 예를 들어, 레이더 센서의 기설정된 위상 변이 스텝에 따라, 캐스케이드된 각 전송 라인 위상 변이 유닛의 제1 위상 및 제2 위상은 모두 동일하고, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛은 위상 변이 제어 신호에 의해 별도로 제어될 수 있으므로, 전송 라인 위상 변이기는 위상 변이 스텝의 정수배인 위상 변이 동작을 제공할 수 있다. 여기서, 위상 변이 스텝은 전송 라인 위상 변이기의 단일 전송 라인 위상 변이 유닛의 위상 변이량()이다.
각 전송 라인 위상 변이 유닛 사이는 적어도 한 세트의 신호 라인에 의해 전기적으로 연결되어 캐스케이드 회로가 형성된다. 예를 들어, 레이더 센서에서, 복수의 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛의 각각의 단일 종단 신호 라인(S), 제1 쌍의 접지 라인(G1-1, G1-2), 및 제2 쌍의 접지 라인(G2-1, G2-2)은 모두 일체형으로 제조된 금속 라인이다. 각 전송 라인 위상 변이 유닛은 위상 조절 회로를 이용하여 위상 변이 동작을 제공한다. 다른 예를 들어, 레이더 센서에서, 복수의 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛의 각각의 단일 종단 신호 라인(S), 및 제2 쌍의 접지 라인(G2-1, G2-2)은 모두 일체형으로 제조된 금속 라인이다. 각 전송 라인 위상 변이 유닛은 위상 조절 회로를 이용하여 상이한 세트의 전송 라인을 따른 무선주파수 신호 전송을 선택하여 위상 변이 동작을 제공한다.
무선주파수 신호의 경우, 무선주파수 신호의 전자기 특성과 전송 라인 위상 변이기의 각 전송 라인의 긴 총 길이로 인해 전송 라인 위상 변이기가 총 위상 변이량과 위상 변이 오차 오프셋 사이에 상호 제약을 형성하게 한다. 전송 라인 위상 변이기에 포함된 전송 라인 위상 변이 유닛의 개수가 많을수록 전체적으로 위상 변이될 수 있는 총 위상량이 커지고, 동시에 전송 라인 길이가 길어지기 때문에, 긴 전송 라인이 무선주파수 신호를 전송할 때 발생하는 전자기 방사는 전체 전송 라인 위상 변이기가 비선형 위상 변이 편차를 쉽게 일으키도록 한다.
이로써, 상기 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 위상 변이를 위한 두 쌍의 전송 라인이 캐스케이드를 형성할 때, 각 전송 라인 위상 변이 유닛 사이의 제1 쌍의 전송 라인 사이는 물리적으로 격리되고 각각의 제2 쌍의 전송 라인을 통해 연결된다.
여기서, 상기 위상 변이를 위한 모든 쌍의 전송 라인은 전술한 예시의 동일한 세트의 전송 라인 중의 전송 라인에 속한다. 예를 들어, 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 위상 변이를 위한 제2 쌍의 접지 라인(G2-1, G2-2)은 한 세트의 전송 라인(S, G2-1, G2-2) 중의 일부 전송 라인에 속한다. 다른 예를 들어, 차동 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 위상 변이를 위한 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N)은 한 세트의 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N)이다.
일부 예시에서, 각 전송 라인 위상 변이 유닛의 제1 쌍의 전송 라인은 제2 쌍의 전송 라인 사이에 배열되고, 즉 제1 쌍의 전송 라인 사이의 간격은 제2 쌍의 전송 라인 사이의 간격보다 작으며, 각 전송 라인 위상 변이 유닛 사이의 마찬가지로 간격이 작은 제1 쌍의 전송 라인 사이에 물리적 격리가 형성되고, 각 전송 라인 위상 변이 유닛 사이의 마찬가지로 간격이 큰 제2 쌍의 전송 라인 사이에 전기적 연결이 형성된다.
상기 물리적 격리는 전자기 격리를 위한 차폐 구조 또는 전송 라인 위상 변이 유닛 사이의 전송 라인 사이에 형성된 갭 등을 포함한다. 여기서, 차폐 구조는 전송 라인 사이에 비전류 전송을 형성하는 구조이고, 예를 들어 전송 라인 사이에서 절연 매체에 의해 형성된 돌기 또는 공극; 또는 무선주파수 신호가 전류에 의해 전송될 수 없도록 전송 라인에 배열된 금속 비아홀 등이다. 상기 갭은 물리적으로 연결되지 않은 전송 라인에 의해 형성되고, 플라스틱과 같은 절연 매체 또는 공기를 충진하여 비전류 전송을 구현할 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 차동 전송 라인 위상 변이 유닛(11)은 캐스케이드되어 전송 라인 위상 변이기를 형성하고, 여기서, 차동 무선주파수 신호(Input_P, Input_N)는 입력 신호이며, 차동 무선주파수 신호(Output_P, Output_N)는 위상 변이된 출력 신호이고, 캐스케이드된 각 전송 라인 위상 변이 유닛(11)의 각 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N)은 전체적으로 금속 라인을 형성하고, 캐스케이드된 각 전송 라인 위상 변이 유닛(11)의 각 제1 쌍의 차동 전송 라인(Sig1_P, Sig1_N) 사이는 물리적으로 단선되어 갭이 형성된다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛(12)은 캐스케이드로 전송 라인 위상 변이기를 형성하고, 여기서, 단일 종단 무선주파수 신호(Input)는 입력 신호이고, 단일 종단 무선주파수 신호(Output)는 위상 변이된 출력 신호이며, 캐스케이드된 각 전송 라인 위상 변이 유닛(12)의 각 제2 쌍의 접지 라인(G2-2, G2-1) 및 단일 종단 신호 라인(S)은 모두 전체적으로 금속 라인을 형성하고, 캐스케이드된 각 전송 라인 위상 변이 유닛(12)의 각 제1 쌍의 접지 라인(G1-2, G1-1)은 물리적으로 단선되어 갭이 형성된다.
간격이 좁은 상이한 전송 라인 쌍 사이에 형성된 물리적 간격을 이용하면, 전송 라인 위상 변이기가 작은 위상 변이 동작을 수행할 때 누적되는 전자기 간섭을 제한하는 데 도움이 된다. 이는 한편으로는 전송 라인 위상 변이기의 위상 변이 선형성 및 위상 변이 정밀도를 향상시키는 데 도움이 되고, 다른 한편으로는 전송 라인 위상 변이기의 교정 난이도를 크게 감소시킨다.
상기 전송 라인 위상 변이기는 무선주파수 회로에 별도로 구성되어 위상 변이 스텝의 위상 변이를 제공할 수 있다. 또는, 전송 라인 위상 변이기는 다른 유형의 위상 변이기와 캐스케이드되어 위상 변이 시스템을 형성한다.
본 발명은 또한 상기 전송 라인 위상 변이기, 및 각각의 상기 전송 라인 위상 변이기의 위상 조절 회로에 연결되는 위상 변이 컨트롤러를 포함하는 위상 변이 시스템을 제공한다.
각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 위상 변이량 을 이용하여 360° 내에서 다단계 위상 변이 동작을 제공하는 목적을 구현하기 위해, 일부 예시에서, 상기 위상 변이 시스템은 개의 전송 라인 위상 변이 유닛의 위상 캐스케이드를 포함할 수 있다. 집적 회로의 크기 제한이 큰 레이더 칩의 경우, 상술한 위상 변이 시스템은 레이더 칩의 크기 제한에 적응하기 어려울 뿐만 아니라 무선주파수 신호의 손실도 증가시킨다. 이로써, 본 발명은 또한 무선주파수 인버터 및 전송 라인 위상 변이기를 포함하는 위상 변이 시스템을 제공한다. 여기서, 상기 무선주파수 인버터와 각 전송 라인 위상 변이기는 캐스케이드로 연결된다. 상기 무선주파수 인버터는 캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛의 임의의 캐스케이드 위치에 접속될 수 있다. 예를 들어, 상기 무선주파수 인버터는 캐스케이드 회로의 전단 또는 말단에 위치하여 전송 라인 위상 변이 유닛을 산발적으로 제어하여 다양한 위상 상태를 조정하는 것을 최소화하는 데 도움이 된다.
상기 무선주파수 인버터는 제어가능 역위상 또는 동위상 무선주파수 소자로, 단일 종단 무선주파수 인버터 또는 차동 무선주파수 인버터일 수 있다. 집적 회로의 레이아웃 계획에 있어서, 무선주파수 인버터의 회로 구조에는 층 횡단, 소자 연결로 인한 레이아웃 비대칭이 발생하기 쉽기 때문에, 단일 종단 및 차동 신호 변환 및 역위상 변이 동작을 동시에 충족할 때 일부 무선주파수 인버터에 의해 출력된 차동 신호 또는 단일 종단 신호의 위상은 편차가 있으며, 이로써 전체 위상 변이 시스템의 위상 변이 정밀도에 영향을 미친다.
단순화된 회로 구조로 상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 단일 종단 및 차동 변환을 구현할 수 있는 무선주파수 인버터를 제공한다. 상기 무선주파수 인버터는 동일한 대칭축을 기준으로 대칭되게 배열된 인덕턴스 회로와 다른 위상 조절 회로를 포함한다. 상기 대칭축은 무선주파수 인버터 회로 전체의 대칭 레이아웃을 형성하는 회로 구조의 공칭을 측정하는 데 사용된다. 예를 들어 상기 대칭축은 실체가 아니고 무선주파수 인버터의 회로 구조가 대칭 구조인지를 측정하는 데 사용된다. 다른 예를 들어 상기 대칭축은 인덕턴스 회로의 탭 라인이고, 탭 라인을 따라 형성된 공칭이다.
여기서, 상기 인덕턴스 회로는 단일 종단 신호 인터페이스 및 차동 신호 인터페이스를 포함한다. 여기서, 단일 종단 신호 인터페이스(또는 차동 신호 인터페이스)는 상응한 전송 라인 위상 변이기 또는 국부 발진기 회로를 캐스케이드로 연결하는 데 사용된다. 단일 종단 신호 인터페이스는 단일 종단 신호 단자(SIG), 및 한 쌍의 접지 단자(Gnd_A, Gnd_B)를 포함한다. 차동 신호 인터페이스는 한 쌍의 차동 신호 단자(Sig_P, Sig_N)를 포함한다. 상기 단일 종단 신호 인터페이스 및 차동 신호 인터페이스는 모두 무선주파수 인버터의 회로 구조에서 대칭축을 따라 대칭되게 배열된다.
상기 무선주파수 인버터의 위상 조절 회로는 2개의 제어가능 스위치를 포함하고, 각각의 제어가능 스위치는 접지 라인과 상기 단일 종단 신호 인터페이스의 접지 단자 사이에 연결되어, 상기 인덕턴스 회로가 무선주파수 신호의 위상을 동위상 또는 역위상으로 출력하도록 한다. 즉, 상기 인덕턴스 회로는 입력된 무선주파수 신호에 대해 동위상 또는 역위상의 위상 변이를 수행한다. 여기서, 상기 제어된 스위치는 집적 회로의 레이아웃에서 대칭축을 따라 대칭된다. 상기 무선주파수 인버터는 레이아웃에서 대칭되는 회로 구조를 갖기 때문에, 이의 역위상 및 동위상은 모두 보다 작은 위상 오차를 갖는다.
이로써, 인덕턴스 회로는 상기 대칭축을 기준으로 대칭되게 배열된 회로 구조이고, 단일 종단 신호 인터페이스를 제공하는 제1 인덕터 및 차동 신호 인터페이스를 제공하는 제2 인덕터를 포함한다. 제1 인덕터 및 제2 인덕터는 유도식 커플링을 통해 단일 종단 무선주파수 신호와 차동 무선주파수 신호 사이의 변환을 제공한다. 여기서, 축 대칭 회로 레이아웃 하에, 상기 제1 인덕터 및 제2 인덕터는 집적 회로의 동일하거나 상이한 금속층에 배열될 수 있고, 또는 동일하거나 상이한 배선 형상을 가질 수 있다. 여기서 상기 배선 형상은 예를 들어 원형, 타원형, 직사각형 또는 다각형(예: 오각형 또는 육각형) 등이다.
도 6을 참조하면, 상기 인덕턴스 회로는 상기 단일 종단 신호 인터페이스의 신호 단자(312)에 연결되는 탭 라인(311)의 축을 따라 대칭되는 제1 인덕터(31); 및 상기 제1 인덕터(31)에 커플링되는 제2 인덕터(32)를 포함하고, 상기 제2 인덕터(32)도 상기 탭 라인(311)의 축을 따라 대칭되며, 상기 차동 신호 인터페이스(321, 322)에 연결된다. 여기서, 제1 인덕터(31)의 한 쌍의 접지 단자(313, 314)는 각각 무선주파수 인버터의 위상 조절 회로 중의 한 쌍의 제어된 스위치(SW_P, SW_N)에 연결되고, 여기서, 한 쌍의 접지 단자(313, 314)는 탭 라인(311)(즉, 대칭축)을 따라 대칭된다. 제1 인덕턴스의 단일 종단 신호 인터페이스 및 제2 인덕턴스의 차동 신호 인터페이스 측에는 각각 접지 라인(33, 33’)이 배열된다. 여기서, 단일 종단 신호 단자 측의 접지 라인은 대칭축을 따라 대칭되어, 제어가능 스위치(SW_P, SW_N) 쌍이 축 대칭 회로 레이아웃 방식으로 접지 단자(313, 314)와 접지 라인(33) 사이에 연결되도록 한다. 차동 신호 인터페이스 측의 접지 라인(33’)도 대칭축을 따라 대칭되어 가공이 용이하다. 여기서, 도 6에 도시된 제1 인덕터(31) 및 제2 인덕터(32)는 상이한 금속층에 위치하거나, 동일한 금속층에서 중첩 부분이 절연되게 설치된다.
단일 종단 신호 인터페이스가 무선주파수 신호 입력단이고, 차동 신호 인터페이스가 무선주파수 신호 출력단인 것으로 예를 들면, 위상 변이 제어 신호의 제어하에, 제어가능 스위치(SW_P)가 차단되고, 제어가능 스위치(SW_N)가 도통되는 경우, 도 7a에 도시된 바와 같이, 무선주파수 인버터는 단일 종단 신호 인터페이스에 단일 종단 무선주파수 신호를 입력하여 위상 변이가 0°인 위상 변이 동작을 수행하여, 동위상의 무선주파수 신호를 출력하고; 제어가능 스위치(SW_P)가 도통되고, 제어가능 스위치(SW_N)가 차단되는 경우, 도 7b에 도시된 바와 같이, 무선주파수 인버터는 단일 종단 신호 인터페이스에 단일 종단 무선주파수 신호를 입력하여 위상 변이가 180°인 위상 변이 동작을 수행하여, 역위상의 무선주파수 신호를 출력한다.
차동 신호 인터페이스가 무선주파수 신호 입력단이고, 단일 종단 신호 인터페이스가 무선주파수 신호 출력단인 것으로 예를 들면, 위상 변이 제어 신호의 제어하에, 제어가능 스위치(SW_P)가 차단되고, 제어가능 스위치(SW_N)가 도통되는 경우, 도 7c에 도시된 바와 같이, 무선주파수 인버터는 차동 신호 인터페이스에 무선주파수 신호를 입력하여 위상 변이가 0°인 위상 변이 동작을 수행하여, 단일 종단 무선주파수 신호를 출력하고; 제어가능 스위치(SW_P)가 도통되고, 제어가능 스위치(SW_N)가 차단되는 경우, 도 7d에 도시된 바와 같이, 무선주파수 인버터는 차동 신호 인터페이스에 무선주파수 신호를 입력하여 위상 변이가 180°인 위상 변이 동작을 수행하여, 도 7c에 도시된 위상과 반대인 단일 종단 무선주파수 신호를 출력한다.
도 8a에 도시된 위상 변이 시스템을 예로 들면, 무선주파수 인버터(42)의 단일 종단 신호 인터페이스는 레이더 센서 중의 국부 발진기 회로(미도시)에 연결되고, 무선주파수 인버터(42)의 차동 신호 인터페이스는 복수의 캐스케이드된 차동 전송 라인 위상 변이 유닛(41)에 연결된다. 여기서, 인접한 전송 라인 위상 변이 유닛(41)에서 간격이 좁은 각 제1 쌍의 차동 신호 라인은 서로 물리적으로 격리되며, 각 제2 쌍의 차동 신호 라인은 서로 전기적 연결되고 무선주파수 인버터(42)의 차동 신호 인터페이스 중의 차동 전송 라인(SIG_P, SIG_N)에 연결되며; 전송 라인 위상 변이 유닛(41)의 접지 라인은 무선주파수 인버터(42)의 차동 신호 인터페이스의 접지 라인(GND)에 연결된다.
도 8b에 도시된 위상 변이 시스템을 예로 들면, 무선주파수 인버터(42)의 차동 신호 인터페이스는 레이더 센서 중의 국부 발진기 회로(미도시)에 연결되고, 무선주파수 인버터(42)의 단일 종단 신호 인터페이스는 복수의 캐스케이드된 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛(43)에 연결된다. 여기서, 인접한 전송 라인 위상 변이 유닛(43)에서 간격이 좁은 각 제1 쌍의 접지 라인은 서로 물리적으로 격리되며, 각 제2 쌍의 접지 라인은 서로 전기적 연결되고 무선주파수 인버터(42)의 접지 라인에 연결되며, 캐스케이드된 각 전송 라인 위상 변이 유닛(43)의 각 단일 종단 신호 라인은 무선주파수 인버터(42)의 단일 종단 신호 인터페이스 중의 단일 종단 신호 라인(SIG)에 연결되고; 전송 라인 위상 변이 유닛(43)의 접지 라인은 무선주파수 인버터(42)의 단일 종단 신호 인터페이스의 접지 라인(GND)에 연결된다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 예시로부터 볼 수 있다시피, 무선주파수 인버터 및 전송 라인 위상 변이기가 포함된 위상 변이 시스템에서, 전송 라인 위상 변이기는 각각의 위상 변이 제어 신호의 제어하에 0-180° 범위 내에서 단위 위상 변이 스텝으로 다중 위상 변이 동작을 제공할 수 있고, 무선주파수 인버터는 위상 변이 제어 신호의 제어하에 180°의 역위상 변이 동작을 제공할 수 있으므로, 위상 변이 시스템은 전체적으로 360° 위상 변이 범위 내에서 고정밀 위상 변이 동작을 제공하고 집적 회로에서 위상 변이 시스템의 전체 크기를 효과적으로 줄일 수 있다.
상기 각 예시의 무선주파수 인버터 및 전송 라인 위상 변이 유닛이 모두 수동 소자에 속하기 때문에, 작동 시 외부 환경, 전압 등의 변화에 영향을 덜 받으며, 이로써 IQ 위상 변이기와 같은 능동 소자보다 위상 변이 오차가 작다. 그러나, 전송 라인 위상 변이 유닛이 캐스케이드로 연결되는 경우, 누적 오차가 나타난다. 이로써, 본 발명의 위상 변이 시스템은 교정에 사용할 수 있다. 여기서, 상기 위상 변이 시스템은 전송 라인 위상 변이기를 포함하거나, 캐스케이드된 무선주파수 인버터 및 전송 라인 위상 변이기를 포함할 수 있다.
위상 변이 시스템의 전자기 방사를 고려한 기초상에서, 상기 무선주파수 인버터의 신호 인터페이스는 전송 라인 위상 변이 유닛의 제2 세트의 전송 라인에 연결되고 제1 세트의 전송 라인 중 적어도 일부 전송 라인과 물리적으로 격리된다.
구체적으로, 상기 차동 신호 인터페이스는 상기 차동 전송 라인 위상 변이기 중의 제2 쌍의 차동 전송 라인에 연결되고, 상기 차동 신호 인터페이스와 상기 차동 전송 라인 위상 변이기 중의 제1 쌍의 차동 전송 라인은 물리적으로 격리된다. 여전히 도 8a를 참조하면, 무선주파수 인버터의 차동 신호 인터페이스 중의 차동 신호 단자(SIG_P, SIG_N)는 차동 전송 라인 위상 변이기의 외측에 배열된 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N)에 대응되게 연결되고, 내측에 배열된 제1 쌍의 차동 전송 라인(Sig1_P, Sig1_N)과 차동 신호 인터페이스는 물리적으로 격리된다.
상기 단일 종단 신호 인터페이스는 상기 단일 종단 전송 라인 위상 변이기의 한 세트의 전송 라인 중의 한 쌍의 접지 라인에 연결되고, 상기 단일 종단 신호 인터페이스와 상기 단일 종단 전송 라인 위상 변이기의 다른 세트의 전송 라인 중의 한 쌍의 접지 라인은 물리적으로 격리된다. 여전히 도 8b를 참조하면, 무선주파수 인버터의 단일 종단 신호 인터페이스 중의 신호 단자(SIG) 및 접지단(GND)은 단일 종단 전송 라인 위상 변이기의 단일 종단 신호 라인(S) 및 외측에 배열된 한 쌍의 접지 라인(G2-1, G2-2)에 대응되게 연결되고, 내측에 배열된 다른 쌍의 접지 라인(G1-1, G1-2)과 단일 종단 신호 인터페이스는 물리적으로 격리된다.
전송 라인 위상 변이기 중의 각 전송 라인 위상 변이 유닛의 인덕턴스 및/또는 커패시턴스 조절 회로는 교정 메커니즘을 더 포함한다. 일부 공학 오차(예: 설계 편차, 반도체 가공 편차, 온도 변화, 전압 변화, 공정 각도 변화 등)의 영향을 받아 전송 라인 위상 변이 유닛(전송 라인 및 제어가능 회로 포함)의 커패시턴스 매개변수(C1, C2) 및 인덕턴스 매개변수(L1, L2)는 목표 위상 변이량과 일정한 편차가 존재하므로, 제1, 제2 위상 상태의 위상 변이 함수,는 편차가 발생하고, 최종적으로 위상 변이기의 위상 변이량 과 목표 위상 변이량의 편차로 이어진다. 이러한 편차를 수정하기 위해, 전송 라인 위상 변이 유닛에 교정 메커니즘이 있어야 한다.
전송 라인 위상 변이기의 교정 메커니즘의 원리는 다음과 같다: 커패시턴스 및/또는 인덕턴스 조절 회로의 성능을 조절함으로써, 회로의 일부 또는 전부 전기적 매개변수(C1, C2, L1, L2)를 특정 범위 내로 조절하여, 전송 라인 위상 변이 유닛의 실제 위상 변이량()을 설계 목표 위상 변이량으로 조절한다.
전송 라인 위상 변이기 중의 각 전송 라인 위상 변이 유닛은 상응한 적어도 한 경로의 위상 변이 제어 신호에 의해 제어되어, 전송 라인 위상 변이기에 의해 제공되는 각 위상 변이량의 위상 변이 오차를 보상한다. 이로써, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 입력된 위상 변이 제어 신호는 대응되는 제1 위상 또는 제2 위상의 위상 교정 정보에 따라 결정된다. 여기서, 상기 위상 교정 정보는 교정 후의 특정 비교정 상태(예: 작동 상태)에서 교정 후의 위상 변이 시스템에 의해 출력된 무선주파수 신호의 실제 위상 변이량을 제공하고 교정 전의 위상 변이량에 비해 기설정 위상 변이량에 더 가까운 정보이다. 상기 위상 교정 정보는 예를 들어 위상 변이 시스템(또는 그 중의 전송 라인 위상 변이기)의 실제 위상 변이량과 교정 전의 위상 변이량의 위상 편차, 또는 상기 위상 편차에 따라 결정된 보상 정보이다.
여기서, 상기 보상 정보는 전송 라인 위상 변이기를 여러 번 테스트하여 설정된 교정 전략에 따라 결정된다. 여기서, 상기 교정 전략은 상이한 위상 변이량 내에서 전송 라인 위상 변이기(또는 단일 전송 라인 위상 변이 유닛)의 위상 변이 변화가 위상 변이에 미치는 영향, 온도가 전송 라인 위상 변이기(또는 단일 전송 라인 위상 변이 유닛)의 위상 변이에 미치는 영향, 전송 라인 위상 변이기(또는 단일 전송 라인 위상 변이 유닛)의 시스템 오차가 위상 변이에 미치는 영향 중 적어도 하나를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 상기 보상 정보는 예를 들어 결정된 위상 편차에 따라 대응되는 위상 변이 위상을 결정하는 보상 전기적 매개변수를 포함한다. 보상 전기적 매개변수는 보상 전압, 보상 듀티 사이클 또는 보상 전류 등을 포함한다. 상기 위상 변이 제어 신호에 포함된 조정 가능한 전기적 매개변수는 보상 전기적 매개변수에 대응된다. 예를 들어, 전송 라인 위상 변이기(또는 단일 전송 라인 위상 변이 유닛)의 교정 회로는 기설정 전체 위상 변이량의 최소값 또는 최대값 또는 단위 위상 변이 등에 따라 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛에 대응되는 보상 정보를 각각 계산하여 저장한다. 상기 보상 정보는 예를 들어 임의의 2개의 위상 변이량 및 그 교정 회로에 의해 검출된 위상 편차에 따라 결정된 상기 2개의 위상 변이량 사이의 임의의 다른 위상 변이량 및 대응되는 다른 보상 정보도 포함한다.
일부 예시에서, 가공 난이도, 위상 변이 안정성 및 위상 변이 정밀도 등 요인을 종합하여, 전송 라인 위상 변이기에서 캐스케이드로 연결된 각 전송 라인 위상 변이 유닛은 모두 제1 위상 및 제2 위상 상태를 포함한다. 이로써, 전송 라인 위상 변이기는 제조가 용이한 수동 소자일 뿐만 아니라 위상 변이의 비선형 편차를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 이로 인해 전송 라인 위상 변이기의 교정 회로는 교정 동작을 보다 편리하고 빠르게 수행할 수 있다.
전송 라인 위상 변이기가 위치한 집적 회로의 교정 요구와 관련하여, 전송 라인 위상 변이기를 포함하는 레이더 센서를 예로 들면, 레이더 센서는 교정 상태, 작동 상태를 포함한다. 여기서, 교정 상태에서, 레이더 센서는 전송 라인 위상 변이기 교정을 비롯한 적어도 하나의 회로 교정 동작을 수행하고; 작동 상태에서, 레이더 센서는 전자기파 송수신 및 전자기파의 유효 구간에 따른 신호 처리를 비롯한 적어도 하나의 신호 측정 처리 동작을 수행한다. 여기서, 일부 예시에서, 교정 상태 및 작동 상태는 시분할로 전환되는 상이한 상태이다. 다른 일부 예시에서, 상기 교정 회로는 교정에 소비되는 시간 및 신호 자원을 감소시키기 위해 작동 상태가 포함된 시간대에 작동한다.
교정 시, 전송 라인 위상 변이기는 임의의 전체 위상 변이량()(예: 위상 변이량 최소값)에 따라 입력된 무선주파수 신호(RF)에 대해 위상 변이 동작을 수행하고, 위상 변이된 무선주파수 신호(RF_1)를 출력하며, 교정 회로는 상기 위상 변이량()에 대응되는 무선주파수 신호(RF_1)를 수집하고, 무선주파수 신호(RF_1)의 실제 위상 변이량()과 기설정된 위상 변이량()의 위상 편차()를 계산한다. 위상 변이 시스템은 다른 하나의 전체 위상 변이량()(예: 위상 변이량 최대값)에 따라 입력된 무선주파수 신호(RF)에 대해 위상 변이 동작을 수행하고, 위상 변이된 무선주파수 신호(RF_2)를 출력하며, 교정 회로는 상기 위상 변이량()에 대응되는 무선주파수 신호(RF_2)를 수집하고, 무선주파수 신호(RF_2)의 실제 위상 변이량()과 기설정된 위상 변이량()의 위상 편차()를 계산한다. 교정 테스트에 참여한 캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛의 개수, 및 각 전송 라인 위상 변이 유닛의 위상 변이 오차의 선형 누적 특징에 따라, 교정 회로는 측정된 두 위상 편차에 대해 등화 처리를 수행하여, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 제1 위상 및 제2 위상에 각각 대응되는 각각의 위상 편차를 얻을 수 있다.
레이더 센서에서, 특히 차량 탑재 레이더 센서에서, 레이더 센서에 의해 제공되는 측정 정보의 높은 신뢰성을 확보하기 위해, 레이더 센서에는 내장 자체 시험 시스템(BIST)이 포함되고, 상술한 교정 회로는 상기 내장 자체 시험 시스템에 구성될 수 있다. 교정 상태에서 전송 라인 위상 변이기의 위상 편차가 검출되고, 상기 위상 편차가 교정 가능한 범위 내에 있으면, 상기 교정 회로를 이용하여 위상 교정 정보를 결정하여 저장한다.
각각의 위상 변이량을 하나씩 교정하기 위해 IQ 위상 변이기에 사용된 방식과 달리, 전송 라인 위상 변이기는 캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛을 사용하고, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛은 우수한 위상 변이 선형성을 갖기 때문에, 교정 회로는 전송 라인 위상 변이기 중의 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛이 모두 제1 위상 또는 제2 위상 상태에 있도록 일괄적으로 제어하여, 위상 변이 시스템에 의한 무선주파수 신호 위상 변이의 위상 편차를 검출함으로써, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 위상 편차를 얻고, 나아가 위상 교정 정보를 얻을 수 있다.
이로써, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제공되는 위상 변이 시스템은 교정 회로 및 전송 라인 위상 변이기를 포함한다. 여기서, 교정 회로의 구체적인 교정 단계는 다음과 같다: 도 12a에 도시된 바와 같이, 전송 라인 위상 변이기가 N개의 캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛(1#, 2#, …, N#)을 포함한다고 가정한다. 모든 전송 라인 위상 변이 유닛을 교정 전의 제1 위상 상태로 구성하고, 도 12a에 도시된 바와 같이, 상기 전송 라인 위상 변이기 출력단(즉, 도면의 output)을 이용하며, 교정 회로는 출력 신호(특정 동일 주파수 기준 신호에 대해)의 위상을 테스트하고, 로 기록하며; 도 12b에 도시된 바와 같이, 모든 전송 라인 위상 변이 유닛을 교정 전의 제2 위상 상태로 구성하고, 교정 회로를 이용하여 전송 라인 위상 변이기의 출력 신호의 위상을 테스트하며, 로 기록한다. 전송 라인 위상 변이기의 교정 전의 전체 위상 변이량은이고; 전송 라인 위상 변이기의 전체 위상 변이량은 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 공통 위상 변이에서 비롯되고, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 위상 변이량은 완전히 동일하므로, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 교정 전의 위상 변이량은이고, 즉 위상 변이 스텝이다. 교정 회로를 통해 전송 라인 위상 변이기의 교정 후의 전체 위상 변이량을 결정하고, 상기 교정 후의 전체 위상 변이량을 등화하여, 전송 라인 위상 변이 유닛의 교정 후의 위상 변이 스텝을 얻음으로써, 전송 라인 위상 변이 유닛의 교정 후의 위상 변이 스텝을 목표값(예: 5.625°)으로 교정할 수 있다.
일부 예시에서, 교정 회로는 기설정된 전기적 매개변수와 위상 변이량 사이의 매핑 관계에 따라, 얻은 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛에 대응되는 각각의 목표값을 교정 후의 제1 위상 및 제2 위상의 위상 변이량에 대응되는 위상 교정 정보로 변환하여 메모리에 저장한다. 위상 변이 시스템은 작동 시 고정된 전기적 매개변수를 제1 위상 상태로 하여 상기 위상 교정 정보에 따라 교정 후의 제2 위상 상태에 대응되는 전기적 매개변수를 계산한다.
다른 일부 예시에서, 교정 회로는 상이한 위상 상태에서 교정 전의 전체 위상 편차(,)를 종합하여 임의의 위상 상태에서 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 교정 전의 위상 편차(，)를 결정하고; 상기 위상 편차는 전송 라인 위상 변이 유닛의 임의의 위상 변이 상태에 대응되는 위상 변이량의 위상 변이 오차를 나타내며; 기설정된 전기적 매개변수와 삽입 위상 사이의 매핑 관계에 따라, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 위상 편차를 위상 교정 정보로 전환하여 메모리에 저장한다. 위상 변이 시스템은 작동 시 상이한 위상 변이 상태에 대응되는 각 위상 교정 정보를 기반으로 상응한 위상 변이 제어 신호를 생성한다.
이로써, 교정 회로는 아날로그 회로 및 디지털 회로를 포함하고; 여기서, 아날로그 회로는 무선주파수 신호를 기저 대역 신호로 변환하기 위한 위상 수집 회로를 포함한다. 디지털 회로는 기저 대역 신호의 위상 편차를 검출하기 위한 위상 교정 회로를 포함한다.
여기서, 상기 위상 수집 회로는 위상 변이 시스템의 M개의 전송 라인 위상 변이 유닛에 의해 출력된 무선주파수 신호를 수집하고, 수집된 무선주파수 수집 신호에 대해 하향 변환 처리를 수행하여, 기저 대역 신호를 얻으며, 상기 기저 대역 신호는 무선주파수 신호 중의 교정 전의 실제 위상을 휴대한다. 위상 교정 회로 중의 아날로그-디지털 변환기를 이용하여, 기저 대역 신호를 기저 대역 디지털 신호로 변환하고, 주파수 영역에서 설명된 실제 위상 및 기설정된 M배 제1 위상(또는 M배 제2 위상)에 대응되는 위상 변이 위상 사이의 편차를 이용하여, 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 교정 후의 제1 위상(또는 제2 위상)을 얻는다. 여기서, 1≤M≤N이고, N은 위상 변이 시스템의 전송 라인 위상 변이 유닛의 총 수이다. 위상 교정 회로는 적어도 두 번 검출된 실제 위상을 이용하여 각각의 전송 라인 위상 변이 유닛의 위상 교정 정보를 계산하여 메모리에 저장한다. 여기서, 상기 계산은 위상 편차의 등화 계산, 및 위상과 전기적 매개변수 간의 변환 계산 등을 포함한다.
무선주파수 신호의 실제 위상 변이량을 추출하기 위해, 일부 예시에서, 교정 회로는 교정을 위한 무선주파수 신호의 초기 위상, 각 위상 상태의 위상 변이값 또는 위상 변이량 등 매개변수를 기설정하고, 이에 따라 전송 라인 위상 변이기를 제어하여 상응한 위상 변이 동작을 수행함으로써, 실제 위상 변이량을 얻을 수 있다. 다른 일부 예시에서, 위상 수집 회로는 무선주파수 수집 회로, 변조 회로 및 주파수 변환 회로를 포함한다. 여기서, 상기 무선주파수 수집 회로는 상기 위상 변이 시스템의 출력단에 커플링되고, 위상 변이 시스템에 의해 출력된 무선주파수 신호를 수집하여 무선주파수 샘플링 신호를 출력하는 데 사용된다. 상기 무선주파수 수집 회로는 단일 종단 커플러 또는 직교 커플러일 수 있다.
상기 변조 회로는 상기 무선주파수 수집 회로에 커플링되고, 제1 기저 대역 신호를 입력하며, 상기 제1 기저 대역 신호를 이용하여 상기 무선주파수 샘플링 신호를 변조하여 상기 실제 위상을 포함하는 변조 신호를 출력하는 데 사용된다. 상기 제1 기저 대역 신호는 IF 신호일 수 있고, 초기 위상은 임의의 위상일 수 있다. 변조 회로는 두 경로의 신호를 변조하여 얻은 변조 신호가 상기 실제 위상을 휴대하도록 한다. 상기 변조 회로는 단일 종단 변조 회로 또는 직교 변조 회로일 수 있다.
상기 주파수 변환 회로는 상기 변조 회로에 커플링되고, 국부 발진기 신호를 입력하며, 상기 국부 발진기 신호를 이용하여 상기 변조 신호에 대해 하향 변환 처리를 수행하여 실제 위상을 포함하는 제2 기저 대역 신호를 생성하는 데 사용된다. 여기서, 국부 발진기 신호는 위상 변이 시스템의 입력된 무선주파수 신호이다. 상기 주파수 변환 회로는 하향 변환 동작을 수행하여 실제 위상을 포함하는 제2 기저 대역 신호를 얻는다. 상기 제2 기저 대역 신호의 주파수는 제1 기저 대역 신호의 주파수와 거의 동일하다. 이로써, 교정 전에, 위상 수집 회로는 제1 기저 대역 신호 및 국부 발진기 신호를 이용하여, 실제 위상 변이량을 휴대한 무선주파수 신호를 실제 위상을 휴대한 기저 대역 신호(즉, 제2 기저 대역 신호)로 변환한다. 상기 주파수 변환 회로는 단일 종단 주파수 변환 회로 또는 직교 주파수 변환 회로일 수 있다.
위상 교정 회로는 ADC를 포함하는 디지털 회로로, 제2 기저 대역 신호를 제2 기저 대역 디지털 신호로 변환하고, 제2 기저 대역 디지털 신호를 주파수 영역으로 변환하여 제2 기저 대역 디지털 신호의 실제 위상을 계산하며; 상기 실제 위상은 국부 발진기 신호의 초기 위상, 제1 기저 대역 신호의 초기 위상, 및 전송 라인 위상 변이기의 실제 위상의 합을 포함하고; 기설정된 각 초기 위상값을 이용하여 데이터 연산을 수행하며, 위상 교정 회로는 전송 라인 위상 변이기의 교정 후의 실제 위상을 추출할 수 있다.
일부 예시에서, 상기 위상 수집 회로는 상기 각 회로 모듈의 회로 조합을 통해 직교위상 신호를 포함하는 제2 기저 대역 신호를 출력한다. 이로써, 위상 교정 회로가 국부 발진기 신호, 제1 기저 대역 신호 중의 초기 위상을 제거하고 교정 정밀도를 향상시키는 데 도움이 된다. 상기 각 초기 위상값은 제1 기저 대역 신호 또는 국부 발진기 신호에 대해 각각의 위상 검출을 수행하여 얻을 수도 있고, 교정 회로의 작동으로 인한 교정 편차를 추가로 감소시킬 수 있다.
위상 변이 시스템의 위상 변이 제어 신호에 위상 교정 정보가 반영되므로, 위상 변이 시스템이 작동 시 교정 후의 제1 위상의 정수배(또는 제2 위상의 정수배)에 따라 위상 변이 동작을 보다 정확하게 수행할 수 있도록 한다.
상기 위상 변이 시스템은 위상 변이 컨트롤러를 더 포함한다. 위상 변이 컨트롤러는 위상 변이 시스템의 각각의 위상 조절 회로에 연결되어, 위상 변이 명령을 위상 변이 제어 신호로 변환한다. 교정 회로가 포함된 시스템에서, 상기 위상 변이 컨트롤러는 위상 변이 명령에 따라 미리 저장된 위상 교정 정보를 판독하고, 상응한 위상 변이 제어 신호를 생성하며; 여기서, 상기 위상 교정 정보는 상기 위상 변이기 교정을 통해 결정된다.
상기 위상 변이 컨트롤러는 교정 회로 중의 디지털 신호 프로세서(예: MCU, FPGA 또는 전용 하드웨어 프로세서 등)와 공유되거나 별도로 구성될 수 있다. 예를 들어, 위상 변이 컨트롤러는 프로세서 및 코덱 등을 포함한다. 상기 위상 변이 컨트롤러와 디지털 신호 프로세서는 위상 변이 시스템의 각 위상 교정 정보를 저장하기 위한 메모리를 공동으로 유지한다. 예를 들어, 위상 변이 컨트롤러는 입력된 위상 변이 제어 명령 중의 위상 변이 정보에 따라, 교정 후의 제1 위상에 따라 위상 변이를 제공하는 전송 라인 위상 변이 유닛, 및 교정 후의 제2 위상에 따라 위상 변이를 제공하는 전송 라인 위상 변이 유닛을 결정하고, 각 전송 라인 위상 변이 유닛을 제어하기 위한 코딩 신호를 생성하며, 코덱을 통해 각 경로의 위상 변이 제어 신호로 변환하고, 각 전송 라인 위상 변이 유닛의 위상 조절 회로로 출력한다.
상기 위상 변이 제어 명령은 상기 위상 변이 컨트롤러를 제어하는 상위 계층 시스템으로부터 유래될 수 있다. 상기 상위 계층 시스템은 위상 변이 시스템이 위치하는 집적 회로(예: 레이더 칩)에서 실행되는 소프트웨어 시스템 및/또는 하드웨어 시스템이거나, 상기 집적 회로의 핀에 연결된 외부 시스템이다. 상기 상위 계층 시스템 중의 하드웨어 시스템은 위상 변이 컨트롤러와 공유되거나 별도로 구성될 수 있고, 예를 들어 프로세서 등을 포함한다. 소프트웨어 시스템은 예를 들어 하드웨어 시스템에서 순차적으로 실행될 수 있는 프로그램 등을 포함한다. 상기 위상 변이 제어 명령은 예를 들어 레벨 신호 또는 프로그램 명령이다.
무선주파수 인버터 및 전송 라인 위상 변이기를 포함하는 위상 변이 시스템의 경우, 위상 변이 컨트롤러는 또한 위상 변이 제어 명령에 따라 무선주파수 인버터 중의 위상 조절 회로에 위상 변이 제어 신호를 출력한다. 이로써 360° 범위 내에서 단위 위상 변이를 위상 변이 스텝으로 하는 다양한 교정 가능한 위상 변이 동작을 구현한다.
예를 들어, 도 7a, 도 7b에 도시된 바와 같이, 위상 변이 인버터의 단일 종단 신호 인터페이스는 입력 인터페이스이고, 차동 신호 인터페이스는 출력 인터페이스이며, 위상 변이 컨트롤러가 무선주파수 인버터의 위상 조절 회로 중의 스위치 튜브(SW_P)가 차단되고, 스위치 튜브(SW_N)가 도통되도록 제어하는 경우, 무선주파수 인버터는 동위상 무선주파수 신호를 출력하며; 위상 변이 컨트롤러가 무선주파수 인버터의 위상 조절 회로 중의 스위치 튜브(SW_P)가 도통되고, 스위치 튜브(SW_N)가 차단되도록 제어하는 경우, 무선주파수 인버터는 역위상 무선주파수 신호를 출력한다. 다른 예를 들어, 도 7c, 도 7d에 도시된 바와 같이, 위상 변이 인버터의 차동 신호 인터페이스는 입력 인터페이스이고, 단일 종단 신호 인터페이스는 출력 인터페이스이며, 위상 변이 컨트롤러가 무선주파수 인버터의 위상 조절 회로 중의 스위치 튜브(SW_P)가 차단되고, 스위치 튜브(SW_N)가 도통되도록 제어하는 경우, 무선주파수 인버터는 동위상의 차동 무선주파수 신호를 출력하며; 위상 변이 컨트롤러가 무선주파수 인버터의 위상 조절 회로 중의 스위치 튜브(SW_P)가 도통되고, 스위치 튜브(SW_N)가 차단되도록 제어하는 경우, 무선주파수 인버터는 역위상의 차동 무선주파수 신호를 출력한다.
상응하게는, 전송 라인 위상 변이기 중의 각 위상 조절 회로는 위상 변이 제어 신호를 조절하는 조정 가능한 소자를 포함하여, 전송 라인 위상 변이기가 교정된 위상 변이에 따른 위상 변이 동작을 구현한다. 예를 들어, 커패시턴스 조절 회로는 스위치드 커패시터 어레이, 가변 용량 다이오드, 또는 조정 가능한 커패시터와 같이 조정 가능한 커패시턴스를 갖는 소자를 포함한다. 다른 예를 들어 인덕턴스 조절 회로는 스위치 튜브, 조정 가능한 저항기, 또는 조정 가능한 인덕터와 같이 조정 가능한 인덕턴스(또는 조정 가능한 저항)를 갖는 소자를 포함한다.
설명해야 할 것은, 커패시턴스 조절 회로 및 인덕턴스 조절 회로에는 제어가능 액세스 회로(또는 제어가능 비액세스 회로)의 고정 소자(예: 고정 커패시터 또는 고정 저항기 등)가 더 포함되어, 제1 위상(또는 제2 위상) 상태에서 전송 라인 위상 변이기의 전체 커패시턴스 매개변수 및 인덕턴스 매개변수가 위상 변이 및 임피던스 매칭의 요구를 동시에 충족하도록 한다.
전송 라인 위상 변이기가 캐스케이드된 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛을 포함하는 것으로 예를 들면, 도 9a에 도시된 바와 같이, 상기 전송 라인 위상 변이 유닛은 단일 종단 신호 라인(Sig), 제1 쌍의 접지 라인(Gnd1), 제2 쌍의 접지 라인(Gnd2), 및 위상 조절 회로, 제2 브리지(53)를 포함한다. 여기서, 위상 조절 회로는 커패시턴스 조절 회로 등을 포함한다. 여기서, 커패시턴스 조절 회로는 가변 용량 다이오드(D) 및 조정 가능한 전원(S), 및 제어가능 커패시턴스 회로를 포함한다. 여기서, 제어가능 커패시턴스 회로는 스위치 튜브(sw_c), 및 커패시터(C)를 포함한다. 여기서, 커패시터(C) 및 스위치 튜브(sw_c)는 신호 라인(Sig)과 제2 브리지(53) 사이에서 직렬 연결로 액세스되고, 커패시터(C)와 스위치 튜브(sw_c)의 직렬 회로에 병렬 연결된다. 조정 가능한 전원(S)은 입력된 위상 변이 제어 신호에 따라 조정 가능한 전압(또는 전류)을 출력하고, 가변 용량 다이오드(D)는 조정 가능한 전압(또는 전류)의 제어하에 커패시턴스를 조절하여, 전송 라인 위상 변이 유닛의 커패시턴스 매개변수가 상응한 제1 위상(또는 제2 위상)에 필요한 커패시턴스 매개변수에 부합되도록 한다. 인덕턴스 조절 회로는 제1 쌍의 접지 라인의 각각의 접지 라인과 제2 브리지(53) 사이에 연결된 각 스위치 튜브(sw_l)를 포함한다. 여기서, 각각의 스위치 튜브(sw_l)는 입력된 위상 변이 제어 신호에 따라 도통되거나 차단되어, 제1 쌍의 접지 라인 또는 제2 쌍의 접지 라인을 통해 전송되는 무선주파수 신호를 전환하고, 스위치 튜브(sw_l)는 스위칭 전압의 제어하에 제1 쌍의 접지 라인 또는 제2 쌍의 접지 라인에 의해 형성된 인덕턴스 매개변수를 조절하여, 전송 라인 위상 변이 유닛의 인덕턴스 매개변수가 상응한 제1 위상(또는 제2 위상)에 필요한 인덕턴스 매개변수에 부합되도록 한다. 전송 라인 위상 변이 유닛이 제1 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행함을 나타내기 위해 각 경로의 위상 변이 제어 신호가 입력되면, 스위치 튜브(sw_c)가 차단되고, 각 스위치 튜브(sw_l)가 도통되며, 조정 가능한 전원은 가변 용량 다이오드를 조정하여 제1 커패시턴스값을 제공하고, 이로써 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제1 쌍의 접지 라인(Gnd1) 및 신호 라인(Sig)이 무선주파수 신호를 전송하는 전송 경로를 형성하도록 하며, 가변 용량 다이오드가 제1 위상을 교정하기 위한 커패시턴스값을 제공하도록 한다. 전송 라인 위상 변이 유닛이 제2 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행함을 나타내기 위해 각 경로의 위상 변이 제어 신호가 입력되면, 스위치 튜브(sw_c)가 도통되고, 각 스위치 튜브(sw_l)가 차단되며, 조정 가능한 전원은 가변 용량 다이오드를 조정하여 제2 커패시턴스값을 제공하고, 이로써 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제2 쌍의 접지 라인(Gnd2) 및 신호 라인(Sig)이 무선주파수 신호를 전송하는 전송 경로를 형성하도록 하며, 가변 용량 다이오드가 제2 위상을 교정하기 위한 커패시턴스값을 제공하도록 한다. 이로써, 전송 라인 위상 변이 유닛은 상이한 위상 상태에서 전송 라인 위상 변이 유닛이 위치하는 무선주파수 전송 링크의 임피던스 매칭을 동시에 충족한다.
상기 도 9a에 도시된 교정 가능한 전송 라인 위상 변이 유닛은 커패시턴스 매개변수를 조정하여 각 위상 변이량을 교정하는 전송 라인 위상 변이 유닛이다. 도 9a와 달리, 도 9b에 도시된 전송 라인 위상 변이 유닛은 인덕턴스 매개변수를 조정하여 각 위상 변이량을 교정하는 전송 라인 위상 변이 유닛이다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛은 단일 종단 신호 라인(Sig), 제1 쌍의 접지 라인(Gnd1), 제2 쌍의 접지 라인(Gnd2), 및 위상 조절 회로, 제2 브리지(53’)를 포함한다. 여기서, 위상 조절 회로는 인덕턴스 조절 회로 등을 포함한다. 여기서, 커패시턴스 조절 회로는 스위치 튜브(sw_c, sw_s), 및 커패시터(C)를 포함한다. 여기서, 커패시터(C) 및 스위치 튜브(sw_c)는 신호 라인(Sig)과 제2 브리지(53’) 사이에서 직렬 연결로 액세스되고, 스위치 튜브(sw_s)는 신호 라인(Sig)과 제2 브리지(53’) 사이에 연결되며, 커패시터(C)와 스위치 튜브(sw_c)의 직렬 회로에 병렬 연결된다. 인덕턴스 조절 회로는 제1 쌍의 접지 라인(Gnd1)의 각각의 접지 라인과 제2 브리지(53’) 사이에 연결된 각 가변 저항기(Ad_R)를 포함하다. 여기서, 각각의 가변 저항기(Ad_R)는 입력된 위상 변이 제어 신호(Vctrl)에 따라 저항값을 조정하여, 제1 쌍의 접지 라인(Gnd1) 및 제2 쌍의 접지 라인(Gnd2)을 통해 전송되는 무선주파수 신호를 분류한다. 즉, 가변 저항기(Ad_R)는 조정 가능한 전압(또는 전류)의 제어하에 제1 쌍의 접지 라인(Gnd1) 및 제2 쌍의 접지 라인(Gnd2)에 의해 형성된 인덕턴스 매개변수를 조절하여, 전송 라인 위상 변이 유닛의 인덕턴스 매개변수가 상응한 제1 위상(또는 제2 위상)에 필요한 인덕턴스 매개변수에 부합되도록 한다. 전송 라인 위상 변이 유닛이 제1 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행함을 나타내기 위해 각 경로의 위상 변이 제어 신호가 입력되면, 스위치 튜브(sw_s)가 도통되고 스위치 튜브(sw_c)가 차단되어, 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제1 쌍의 접지 라인(Gnd1) 및 신호 라인(Sig)이 무선주파수 신호를 전송하는 전송 경로를 형성하도록 하며, 가변 저항기(Ad_R)가 액세스한 제1 저항값을 통해 제2 쌍의 접지 라인(Gnd2) 및 신호 라인(Sig)에 의해 형성된 등가 인덕턴스가 제1 위상을 교정하기 위한 인덕턴스값을 제공하도록 한다. 전송 라인 위상 변이 유닛이 제2 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행함을 나타내기 위해 각 경로의 위상 변이 제어 신호가 입력되면, 스위치 튜브(sw_s)가 차단되고 스위치 튜브(sw_c)가 도통되어, 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제2 쌍의 접지 라인(Gnd2) 및 신호 라인(Sig)이 무선주파수 신호를 전송하는 전송 경로를 형성하도록 하며, 가변 저항기(Ad_R)가 액세스한 제2 저항값을 통해 제1 쌍의 접지 라인(Gnd1)에 의해 형성된 등가 인덕턴스가 제2 위상을 교정하기 위한 인덕턴스값을 제공하도록 한다.
전송 라인 위상 변이 유닛이 차동 전송 라인 위상 변이 유닛인 것으로 예를 들면, 도 10a에 도시된 바와 같이, 상기 전송 라인 위상 변이 유닛은 제1 쌍의 차동 전송 라인(Sig1_P, Sig1_N), 및 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N), 및 제2 위상 조절 회로, 제1 브리지(631, 632)를 포함한다. 여기서, 제2 위상 조절 회로는 커패시턴스 조절 회로, 인덕턴스 조절 회로 등을 포함한다. 여기서, 커패시턴스 조절 회로는 가변 용량 다이오드(D2) 및 조정 가능한 전원(S2), 및 제어가능 커패시턴스 회로를 포함한다. 여기서, 제어가능 커패시턴스 회로는 스위치 튜브(sw_cap) 및 커패시터(cap)를 포함한다. 여기서, 직렬 연결된 커패시터(cap) 및 스위치 튜브(sw_cap)는 제1 브리지(631)를 통해 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N) 사이에 액세스된다. 가변 용량 다이오드(D2) 및 조정 가능한 전원(S2)도 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N) 사이에 액세스된다. 여기서, 조정 가능한 전원(S2)은 입력된 위상 변이 제어 신호에 따라 조정 가능한 전압(또는 전류)을 출력하고, 가변 용량 다이오드(D2)는 조정 가능한 전압(또는 전류)의 제어하에 커패시턴스를 조절하여, 전송 라인 위상 변이 유닛의 커패시턴스 매개변수가 상응한 제1 위상(또는 제2 위상)에 필요한 커패시턴스 매개변수에 부합되도록 한다. 인덕턴스 조절 회로는 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N)의 각각의 차동 전송 라인과 제1 브리지(632) 사이에 연결된 각 스위치 튜브(sw_sig)를 포함한다. 여기서, 각각의 스위치 튜브(sw_sig)는 입력된 위상 변이 제어 신호에 따라 도통되거나 차단되어, 제1 쌍의 접지 라인 또는 제2 쌍의 접지 라인을 통해 전송되는 무선주파수 신호를 전환하고, 스위치 튜브(sw_sig)는 스위칭 전압의 제어하에 제1 쌍의 차동 전송 라인 또는 제2 쌍의 차동 전송 라인에 의해 형성된 인덕턴스 매개변수를 조절하여, 전송 라인 위상 변이 유닛의 인덕턴스 매개변수가 상응한 제1 위상(또는 제2 위상)에 필요한 인덕턴스 매개변수에 부합되도록 한다. 전송 라인 위상 변이 유닛이 제1 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행함을 나타내기 위해 각 경로의 위상 변이 제어 신호가 입력되면, 스위치 튜브(sw_cap)가 차단되고, 각 스위치 튜브(sw_sig)가 도통되며, 조정 가능한 전원은 가변 용량 다이오드를 조정하여 제1 커패시턴스값을 제공하고, 이로써 차동 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제1 쌍의 차동 전송 라인이 무선주파수 신호를 전송하는 전송 경로를 형성하도록 하며, 가변 용량 다이오드가 제1 위상을 교정하기 위한 커패시턴스값을 제공하도록 한다. 전송 라인 위상 변이 유닛이 제2 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행함을 나타내기 위해 각 경로의 위상 변이 제어 신호가 입력되면, 스위치 튜브(sw_cap)가 도통되고, 각 스위치 튜브(sw_sig)가 차단되며, 조정 가능한 전원은 가변 용량 다이오드를 조정하여 제2 커패시턴스값을 제공하고, 이로써 차동 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제2 쌍의 차동 전송 라인이 무선주파수 신호를 전송하는 전송 경로를 형성하도록 하며, 가변 용량 다이오드가 제2 위상을 교정하기 위한 커패시턴스값을 제공하도록 한다.
상기 도 10a에 도시된 교정 가능한 전송 라인 위상 변이 유닛은 커패시턴스 매개변수를 조정하여 각 위상 변이량을 교정하는 전송 라인 위상 변이 유닛이다. 도 10a와 달리, 도 10b에 도시된 전송 라인 위상 변이 유닛은 인덕턴스 매개변수를 조정하여 각 위상 변이량을 교정하는 전송 라인 위상 변이 유닛이다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 차동 전송 라인 위상 변이 유닛은 제1 쌍의 차동 전송 라인(Sig1_P, Sig1_N), 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N), 및 위상 조절 회로, 제1 브리지(631’, 632’)를 포함한다. 여기서, 위상 조절 회로는 커패시턴스 조절 회로, 인덕턴스 조절 회로 등을 포함한다. 여기서, 커패시턴스 조절 회로는 스위치 튜브(sw_cap) 및 커패시터(cap)를 포함한다. 여기서, 직렬 연결된 커패시터(cap) 및 스위치 튜브(sw_cap)는 제1 브리지를 통해 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N)에 액세스된다. 인덕턴스 조절 회로는 제2 쌍의 차동 전송 라인의 각각의 전송 라인(Sig2_P 또는 Sig2_N)과 제1 브리지(631’) 사이에 연결된 각 가변 저항기(R’)를 포함한다. 여기서, 각각의 가변 저항기(R’)는 입력된 위상 변이 제어 신호(Vctrl)에 따라 저항을 조정하여, 제1 쌍의 차동 전송 라인 및 제2 쌍의 차동 전송 라인을 통해 전송되는 무선주파수 신호를 분류한다. 즉, 가변 저항기(R’)는 조정 가능한 전압(또는 전류)의 제어하에 제1 쌍의 차동 전송 라인 및 제2 쌍의 차동 전송 라인에 의해 형성된 인덕턴스 매개변수를 조절하여, 전송 라인 위상 변이 유닛의 인덕턴스 매개변수가 상응한 제1 위상(또는 제2 위상)에 필요한 인덕턴스 매개변수에 부합되도록 한다. 전송 라인 위상 변이 유닛이 제1 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행함을 나타내기 위해 각 경로의 위상 변이 제어 신호가 입력되면, 스위치 튜브(sw_cap)가 차단되어, 차동 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제1 쌍의 차동 전송 라인(Sig1_P, Sig1_N)이 무선주파수 신호를 전송하는 전송 경로를 형성하도록 하며, 가변 저항기(R’)가 액세스한 제1 저항값을 통해 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N)이 제2 쌍의 차동 전송 라인 중의 무선주파수 신호를 분류하도록 하여, 형성된 등가 인덕턴스는 제1 위상을 교정하기 위한 인덕턴스값을 제공한다. 전송 라인 위상 변이 유닛이 제2 위상에 따라 위상 변이 동작을 수행함을 나타내기 위해 각 경로의 위상 변이 제어 신호가 입력되면, 스위치 튜브(sw_cap)가 도통되어, 차동 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제2 쌍의 차동 전송 라인(Sig2_P, Sig2_N)이 무선주파수 신호를 전송하는 전송 경로를 형성하도록 하며, 가변 저항기(R’)가 액세스한 제2 저항값을 통해 제1 쌍의 차동 전송 라인(Sig1_P, Sig1_N)이 제2 쌍의 차동 전송 라인 중의 무선주파수 신호를 분류하도록 하여, 형성된 등가 인덕턴스는 제1 위상을 교정하기 위한 인덕턴스값을 제공한다.
설명해야 할 것은, 상기 임의의 전송 라인 위상 변이 유닛의 예시는 예에 불과하고, 교정 가능한 전송 라인 위상 변이 유닛에서, 인덕턴스와 커패시턴스를 조정하는 방식을 통해 상응한 위상 상태를 교정할 수도 있다. 인덕턴스 매개변수 및/또는 커패시턴스 매개변수 등을 조정하는 방식을 통해, 전송 라인 위상 변이 유닛은 상이한 위상 상태에서 전송 라인 위상 변이 유닛이 위치하는 무선주파수 전송 링크의 임피던스 매칭을 동시에 충족할 수 있다. 여기서, 임피던스 매칭은 전송 라인 위상 변이 유닛의 커패시턴스 매개변수와 인덕턴스 매개변수의 비율의 안정성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 각 예시로부터 볼 수 있다시피, 커패시턴스 조절 회로에는 개별적으로 교정을 위한 커패시턴스 조절 가능 회로가 더 포함될 수 있다. 인덕턴스 조절 회로에는 개별적으로 교정을 위한 인덕턴스 조절 가능 회로가 더 포함될 수 있다. 커패시턴스 조절 회로에서 커패시턴스 매개변수를 교정하기 위한 회로는 가변 용량 다이오드에 한정되지 않고, 스위치드 커패시터 어레이, 직렬 연결된 커패시터 및 스위치 튜브 등 제어가능 회로일 수도 있다. 예를 들어, 커패시턴스 조절 회로는 코딩된 위상 변이 제어 신호를 이용하여 스위치드 커패시터 어레이를 조정함으로써, 고정 커패시터와 가변 용량 다이오드 조합의 조정 가능한 커패시턴스 회로를 대체하여, 커패시턴스 조절 회로의 복잡성을 단순화할 수 있다. 유사하게는, 인덕턴스 조절 회로에서 인덕턴스 매개변수를 교정하기 위한 회로는 스위치 튜브 및 가변 저항기에 한정되지 않고, 스위칭 저항 어레이와 같은 제어가능 회로일 수도 있다. 상기 커패시턴스 조절 회로 및/또는 인덕턴스 조절 회로는 또한 교정된 상이한 위상 상태 간의 인덕턴스/커패시턴스 변화를 종합적으로 고려하여 교정 및 위상 변이를 겸비하는 위상 조절 회로를 제공함으로써, 전송 라인 위상 변이 유닛의 집적 회로에서의 회로 집적 요구 또는 다른 회로 설계 요구를 충족할 수 있다.
또한, 상기 커패시턴스 조절 회로 및/또는 인덕턴스 조절 회로의 전체 또는 일부 제어가능 회로는 또한 도면에 도시된 액세스 방식과 달리 상이한 위상 상태에서 커패시턴스 매개변수 및/또는 인덕턴스 매개변수를 조절하는 방식을 사용하여 임피던스 매칭 및 위상 변이의 목적을 동시에 충족할 수 있다.
본 발명은 또한 무선주파수 칩을 제공하며, 도 13에 도시된 바와 같이, 신호 발생기, 주파수 체배기, 위상 변이 시스템, 및 드라이버 증폭기를 포함한다.
여기서, 신호 발생기는 클록 기준 신호에 따라 중간 주파수 신호를 생성한다. 상기 신호 발생기는 예를 들어 위상 고정 루프 회로를 포함한다. 위상 고정 루프 회로 중의 전압 제어 발진기는 루프에 의해 제어되어 중간 주파수 신호를 생성한다. 상기 중간 주파수 신호는 예를 들어 물리량 측정용 레이더 센서의 탐지 요구에 적합한 FMCW 신호(연속 주파수 변조 신호)이다.
주파수 체배기는 상기 신호 발생기에 연결되고, 상기 중간 주파수 신호의 주파수를 무선주파수 신호에 체배한다. 주파수 체배기는 중간 주파수 신호를 무선주파수 대역에 체배하는 데 사용된다. 레이더 칩을 예로 들면, 주파수 체배기는 FMCW 신호를 밀리미터파 주파수 대역에 체배한다.
상기 위상 변이 시스템은 위상 변이 제어 신호의 제어하에 무선주파수 신호에 대해 위상 변이를 수행하여, 출력된 무선주파수 신호가 입력된 무선주파수 신호에 비해 위상 변이가 없거나 0-360° 사이의 특정 위상 변이량이 있도록 한다.
위상 변이 시스템이 캐스케이드된 N개의 전송 라인 위상 변이 유닛을 포함하는 것으로 예를 들면, 위상 변이 컨트롤러의 제어하에, N개의 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 M개는 제2 위상() 상태에 있고, (N-M)개는 제1 위상(0) 상태에 있으며, 이로써 위상 변이 시스템은 입력된 무선주파수 신호의 위상 변이를 로 합계한다.
위상 변이 시스템이 무선주파수 인버터 및 캐스케이드된 N개의 전송 라인 위상 변이 유닛을 포함하는 것으로 예를 들면, 위상 변이 컨트롤러의 제어하에, N개의 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 M개는 제2 위상 상태(예: 위상 변이량은 임)에 있고, (N-M)개는 제1 위상 상태(예: 위상 변이량은 0임)에 있으며, 무선주파수 인버터는 180°의 위상 상태에 있고; 위상 변이 시스템은 입력된 무선주파수 신호의 위상 변이를 로 합계한다.
드라이버 증폭기는 상기 위상 변이 시스템에 연결되어, 위상 변이가 있는 무선주파수 신호를 증폭하여 출력한다. 상기 드라이버 증폭기는 위상 변이가 있는 무선주파수 신호를 후단 회로(예: 안테나 장치) 구동에 적합한 전력으로 증폭하여 출력하는 데 사용된다.
이로써, 무선주파수 칩은 위상 변이가 있는 무선주파수 신호를 생성한다. 상기 위상 변이가 있는 무선주파수 신호는 레이더 센서에서 위상 코딩을 이용하여 레이더 신호 인식 능력을 향상시키고, 레이더 간섭, 빔 형성 등을 감소시키는 데 사용될 수 있으며, 위상 변이 시스템은 더 나은 선형성을 갖기 때문에 교정 난이도가 크게 단순화되고 위상 변이의 정확도가 향상된다.
본 발명은 또한 안테나 어레이 및 무선 주파수 칩이 구성되어 있는 레이더 센서를 제공하고, 여기서 안테나 어레이는 송신 안테나 및 수신 안테나를 포함한다.
상기 무선주파수 칩의 드라이버 증폭기는 위상 변이가 있는 무선주파수 신호을 송신 안테나를 통해 탐지 신호파로 변환하여 자유 공간으로 송신한다. 위상 변이가 있는 무선주파수 신호를 무선주파수 송신 신호라고도 한다.
탐지 신호파가 물체에 의해 반사되어 형성된 에코 신호파를 수신하기 위해, 상기 무선주파수 칩은 신호 수신기를 더 포함하는데, 이는주파수 체배기에 의해 제공되는 무선주파수 신호(국부 발진기 신호라고도 함)를 이용하여 입력 신호를 혼합하여 기저 대역 신호를 얻고; ADC를 통해 기저 대역 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 여기서, 무선주파수 입력 신호는 에코 신호파가 수신 안테나에 의해 변환되어 얻은 것이다. 이로부터 볼 수 있다시피, 출력된 기저 대역 디지털 신호에는 레이더 칩과 물체 사이의 상대 위치 관계로 인한 위상 변이가 포함될 뿐만 아니라, 위상 변이 시스템에 의해 수행되는 위상 변이량도 포함된다. 위상 변이 시스템의 위상 변이 동작으로 인해, 신호 수신기에 연결된 신호 처리 회로는 상기 위상 변이량을 이용하여 기저 대역 디지털 신호에 대해 간섭 필터링을 수행하여 획득된 수신 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다. 이로써, 신호 처리 회로는 상기 수신 신호를 이용하여 레이더 칩과 주변 환경의 물체 사이의 측정 정보를 탐지하기 위해 FFT를 비롯한 신호 처리를 수행할 수 있다. 측정 정보는 예를 들어 거리, 상대 속도, 각도 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 상기 신호 처리 회로는 예를 들어 기저 대역 디지털 신호(및/또는 수신 신호) 처리를 전문으로 하는 하드웨어 가속기 및/또는 프로세서를 포함한다. 신호 처리 회로는 무선주파수 칩에 통합되거나 별도로 구성되어 레이더 센서의 주요 구성요소를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 기기를 제공하며, 상기 기기는 기기 본체; 및 기기 본체에 설치되는 상술한 실시예의 레이더 센서 또는 무선주파수 칩을 포함하고; 여기서, 레이더 센서는 목표 감지에 사용된다. 무선주파수 칩은 통신에 사용되어 음성, 문자 및 이미지 중 적어도 하나를 휴대하는 무선주파수 신호를 전송할 수 있다.
레이더 센서 또는 무선주파수 칩은 기기 본체의 외부 또는 내부에 설치될 수 있거나, 레이더 센서의 일부분은 기기 본체의 내부에 설치되고 다른 부분은 기기 본체의 외부에 설치될 수 있다.
설명해야 할 것은, 레이더 센서 및/또는 무선주파수 칩은 무선 신호의 송수신을 통해 목표 감지 및/또는 통신 등 기능을 구현하여, 기기 본체에 목표 감지 정보 및/또는 통신 정보를 제공함으로써 기기 본체의 작동을 보조하거나 제어할 수 있다.
선택 가능한 일 실시예에서, 상기 기기 본체는 스마트 주택, 교통, 스마트 홈, 가전제품, 모니터링, 산업 자동화, 객실 감지 및 건강 관리와 같은 분야에 사용되는 부품 및 제품일 수 있다. 예를 들어, 상기 기기 본체는 스마트 교통 운송 기기(예: 자동차, 자전거, 오토바이, 선박, 지하철, 기차 등), 보안 기기(예: 카메라), 액체 레벨/유량 감지 기기, 스마트 웨어러블 기기(팔찌, 안경 등), 스마트 홈 기기(청소 로봇, 도어록, TV, 에어컨, 스마트 조명 등), 다양한 통신 기기(예: 휴대폰, 태블릿 컴퓨터 등), 및 게이트, 스마트 신호등, 스마트 표지판, 교통 카메라 및 다양한 산업용 로봇 팔(또는 로봇) 등일 수 있고, 또한 자동차 객실 감지, 실내 인원 모니터링, 스마트 의료 기기, 소비자 전자 기기와 같은 생명 특징 매개변수를 감지하는 데 사용되는 다양한 장비 및 상기 장비가 장착된 다양한 기기일 수 있다.
선택 가능한 다른 실시예에서, 상술한 기기 본체가 첨단 운전자 지원 시스템(즉, ADAS)에 적용되는 경우, 차량 탑재 센서인 레이더 센서(예: 밀리미터파 레이더)는 ADAS 시스템에 자동 브레이크 보조(즉, AEB), 사각지대 감지 경고(즉, BSD), 차선 변경 보조 경고(즉, LCA), 후진 보조 경고(즉, RCTA)와 같은 다양한 안전 보호 기능을 제공할 수 있다. 특히 복잡한 전자기 환경이 있는 도로에서 본 해결수단은 위상 변이 시스템에 의해 제공되는 더 높은 해상도와 더 정확한 위상 변이를 이용하여 감지 정확도를 향상시킬 수 있다. 이로써 ADAS 자동 지원 기능의 적시성과 신뢰성을 향상시킨다.
본 발명은 특정 예시를 형성하고 사용하는 방법을 설명하지만, 본 발명은 이러한 예시의 임의의 세부사항에 한정되지 않는다는 점을 분명히 이해해야 한다. 오히려, 본 발명에 개시된 내용의 교시에 기반하여, 이러한 원리는 많은 다른 실시예에 적용될 수 있다.
이상, 본 발명의 예시적인 실시예를 구체적으로 도시하고 설명하였다. 이해해야 할 것은, 본 발명은 여기에 설명된 상세한 구조, 설치 방식 또는 구현 방법에 한정되지 않고; 오히려, 본 발명은 특허청구범위의 사상 및 범위 내에 포함된 다양한 수정 및 등가 설치를 포괄하는 것으로 의도된다.

Claims (10)

  1. 위상 변이 시스템으로서,
    적어도 2개의 캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛을 포함하되,
    각각의 전송 라인 위상 변이 유닛은 적어도 한 경로의 위상 변이 제어 신호에 의해 제어되어 상기 전송 라인 위상 변이 유닛이 제1 위상 또는 제2 위상에 따라 무선주파수 신호에 대해 위상 변이를 수행하도록 하고;
    상기 전송 라인 위상 변이 유닛은 적어도 여러 세트의 전송 라인을 포함하며; 2개의 캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛 중의 제1 세트의 전송 라인 중 적어도 일부 전송 라인 사이는 물리적으로 격리되고 각각의 제2 세트의 전송 라인을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 위상 변이 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 세트의 전송 라인 사이의 간격은 제2 세트의 전송 라인 사이의 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 위상 변이 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    캐스케이드된 전송 라인 위상 변이 유닛의 전단 또는 말단에 연결되는 무선주파수 인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변이 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무선주파수 인버터의 신호 인터페이스는 전송 라인 위상 변이 유닛의 제2 세트의 전송 라인에 연결되고 제1 세트의 전송 라인 중 적어도 일부 전송 라인과 물리적으로 격리되는 것을 특징으로 하는 위상 변이 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전송 라인 위상 변이 유닛은 단일 종단 전송 라인 위상 변이 유닛이되, 상기 제1 세트의 전송 라인은 제1 쌍의 접지 라인 및 단일 종단 신호 라인이고; 제2 세트의 전송 라인은 제2 쌍의 접지 라인 및 상기 단일 종단 신호 라인이며; 또는
    상기 전송 라인 위상 변이 유닛은 차동 전송 라인 위상 변이 유닛이되, 상기 제1 세트의 전송 라인은 제1 쌍의 차동 전송 라인이고; 상기 제2 세트의 전송 라인은 제2 쌍의 차동 전송 라인인 것을 특징으로 하는 위상 변이 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 전송 라인 위상 변이 유닛에 커플링되고, 상응한 전송 라인 위상 변이 유닛을 위상 변이 동작을 수행하도록 제어하기 위해 적어도 한 경로의 위상 변이 제어 신호를 적어도 하나의 전송 라인 위상 변이 유닛으로 출력하는 위상 변이 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변이 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 물리적 격리는 물리적으로 단선되어 형성된 갭 또는 차폐 구조인 것을 특징으로 하는 위상 변이 시스템.
  8. 무선주파수 칩으로서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 위상 변이 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 칩.
  9. 레이더 센서로서,
    수신된 무선주파수 송신 신호를 탐지 신호파로 자유 공간으로 방사하는 송신 안테나;
    탐지된 에코 신호파를 무선주파수 수신 신호로 변환하되, 상기 에코 신호파는 상기 탐지 신호파가 물체에 의해 반사되어 형성되는 수신 안테나; 및
    상기 송신 안테나 및 수신 안테나에 커플링되고, 위상 변이가 있는 무선주파수 송신 신호를 상기 송신 안테나로 출력하며, 상기 무선주파수 수신 신호를 기저 대역 디지털 신호로 변환하는 제8항에 따른 무선주파수 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 센서.
  10. 기기로서,
    제9항에 따른 레이더 센서, 또는 제8항에 따른 무선주파수 칩; 및
    상기 레이더 센서 또는 무선주파수 칩을 장착하기 위한 기기 본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기기.
KR1020237045385A 2022-09-30 2022-09-30 위상 변이 시스템, 무선주파수 칩 및 레이더 센서 KR20240078608A (ko)

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