KR100914221B1 - 단일 칩 상에 증폭기 및 오실레이터를 갖는 장치 및 상기 장치를 교정하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기술적 과제는 안테나에 결합하는 무선 주파수 수신기를 제공하는 것이다. 상기 수신기는 하향 변환 믹서(downconversion mixer); 수신된 주파수 신호를 상기 믹서에 제공하기 위해, 안테나에 결합하는 입력 및 상기 믹서의 제 1 입력에 결합하는 출력을 구비하는 입력 증폭기; 및 믹싱(mixing) 주파수 신호를 상기 믹서에 제공하기 위해, 상기 믹서의 제 2 입력에 결합하는 출력을 구비하는 전압 제어 오실레이터(voltage controlled oscillator)를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터의 구성요소들은 실질적으로 동일한 공명 회로 토폴로지(topology)를 나타내도록 배열되고, 상기 수신기 전단의 다른 구성요소들과 동일한 집적 회로에서 구현된다. 보다 구체적으로, 상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터 각각은 집적 회로 구성요소 값 변화량을 보상하기 위해 교정 신호에 결합된 교정 회로를 포함하고, 이때, 상기 전압 제어 오실레이터에 사용되는 교정 신호는 또한, 상기 증폭기에도 사용된다.

무선 주파수, 전압 제어 오실레이터(VCO), 교정, 저잡음 증폭기(LNA)

Description

단일 칩 상에 증폭기 및 오실레이터를 갖는 장치 및 상기 장치를 교정하는 방법 {Apparatus with an amplifier and oscillator on a single chip and method to calibrate such apparatus}

본 발명은 일반적으로 무선 주파수(RF) 수신기에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 단일 칩 무선 주파수(RF) 수신기 구조에 관한 것이다.

다음의 약어들은 다음과 같이 정의된다.

BB: 기저 대역(baseband)

IC: 집적 회로(integrated circuit)

IF: 중간 주파수(intermediate frequency)

LNA: 저잡음 증폭기(low noise amplifier)

LO: 국부 발진기(local oscillator)

PLL: 위상 동기 루프(phase lock loop)

RF: 무선 주파수(radio frequency)

RX: 수신기(receiver)

VCO: 전압 제어 오실레이터(voltage controlled oscillator)

VDD: 전력 공급 전압(power supply voltage)

현재, 집적회로들(ICs)을 사용하여 구현되는 다중-대역(multi-band) 수신기들은 다중의 오프-칩(off-chip) 필터들을 포함하는 수신기 전단(front ends)과 결합한다. 이러한 다중의 오프 칩(off-chip) 필터들은 그 사이즈, 복잡성, 전력 소비 및 다중-대역 트랜스시버(transceiver)들의 조립 비용이 증가하고, 그들의 사용은 일반적으로 바람직하지 않다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서는 원 칩(one-chip), 다중-대역(multi-band) 수신기 구조가 바람직하다는 것을 알 수 있다. 이러한 원 칩(one-chip) 다중-대역 수신기 구조는 바람직하게, 일반적으로 LNA와 주파수 믹서 사이에 위치한 특정의 필터(이미지 리젝션 필터)를 포함하는 다중의 오프 칩(off-chip) 필터들을 요구하지 않는다. 일반적으로 위임된 미국 특허 US 2003/0176174 A1, 셉피넨파울리, 파르시넨아아르노, 구스파프손미카엘 및 마키탈로미카에 의해 발명된“무선 주파수 성능 튜닝의 교정 기능을 제공하는 방법 및 장치”의 설명에 따르면,(이하의 전부는 참조에 의해 구체화된다.), 동시 송신 및 수신 모드(3G CDMA 시스템들과 같은)를 구비한 전 이중 시스템(full duplex systems)에서 수신기 입력으로 누출되는 송신기 전력의 누출로 인해, 일반적으로 이미지 레젝션 필터(들)(image rejection filter)이 요구된다.

그렇지만, LNA와 믹서 사이에서의 오프-칩(off-chip) 필터의 제거는 다른 수단들에 의해 수행되는 단일 필터링을 필요로 한다. 만약, 단일 필터링이 수행되지 않거나 부정확하게 수행되면, 믹서 출력 신호는 원하는 신호 성분 외에 원치 않는 신호 성분을 포함할 것이다. 이러한 원치 않는 신호 성분은 최악의 경우에는, 원하는 신호 성분들의 수신을 완전히 망칠 수 있다.

게다가, 수신기를 위한 다중-대역 요구들은 이러한 방법으로 전단을 변경할 수 있어서, 고정된 필터는 더 이상 LNA와 믹서 사이에서 구현될 수 없다. 일반적으로, 제어할 수 있는 전단 성분들의 하나의 세트는 각각 관심 주파수 대역에서 사용되기 때문에, 이러한 일이 발생할 수 있다. 그러므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서는 또한, 각 주파수 대역을 위한 필터들의 제공과 관련된 복잡성이 없는 다중-대역 동작을 조절하는 전단 구조를 희망한다.

더욱 상세하게는, 종래 기술에 따른 수신기의 부분(수신기“전단)(100)은 도 1에 기술된다. 이러한 특정 예에서, 수신기(100)는 5개의 주파수 대역들(대역 1에서 대역 5)에서 동작한다. 수신기(100)는 광대역 안테나(105)와 연결된 필터링 및 임피던스 매칭 성분들(111 및 115)(간단히 필터라고 한다.)을 포함한다. 필터들(111 및 115)는 차례로 각각 LNA들(121 및 125)에 연결된다. LNA들(121 및 125)의 출력들은 차례대로 각각 이미지 리젝션 필터들(151, 153, ...155)에 연결되고, 각각 그곳에서부터 믹서들(131, 133, ... 135)에 연결된다. 믹서들(131~135)를 사용하여, 신호들은 더 신호 프로세싱을 하기 위해 기저 대역(예를 들면, 0Hz, 0Hz에 가까운 경우, 또는 고감도 수신 장치(superheterodyne) 또는 등가 수신기(equivaient receiver)를 구현할 때, 어떤 적절한 IF)로 믹스드 다운(mixed down)된다. PLL 및 교정 회로 블록들(141~145)에 포함된 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator, VCO)들은 믹서들(131~135)에 각각 연결되고, 거기에 적절 한 믹싱 주파수 신호들을 제공한다. 도 1에 명백히 도시된 바에 따라, 분리된 교정 회로(PLL 및 교정 블록들(141~145)의 부분)는 5개의 관심 주파수 대역(frequency bands of interest)들의 서비싱(servicing)이 요구된다. 종래 기술의 제한 없는 실시예에서는 대역_1 및 대역_2는 동일한 PLL 및 교정 블록(141)에 의해 서비스되는 것을 유의한다.

종래 기술에서 수신기 구조(100)의 복잡성은 오프 칩(off-chip) 이미지 리젝션 필터들(151~155)의 필요에 의해 더욱 증가된다. 효과적인 회로 복사(circuit duplication), 기능 오버랩 및 오프-칩 필터링 프로세스를 조절하기 위해 상호 연결된 칩의 요구는 결과적으로, 복잡하고 비싼 수신기의 구현을 발생시켰다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 앞서 말한 다른 문제점들은 극복되고, 다른 이득들은 실현된다.

본 발명의 기술적 과제는 안테나에 결합하기 위한 무선 주파수 수신기를 제공하는 것이다. 상기 수신기는 하향 변환 믹서(downconversion mixer); 수신된 주파수 신호를 상기 믹서에 제공하기 위해, 안테나에 결합하는 입력 및 상기 믹서의 제 1 입력에 결합하는 출력을 구비하는 입력 증폭기; 및 믹싱(mixing) 주파수 신호를 상기 믹서에 제공하기 위해, 상기 믹서의 제 2 입력에 결합하는 출력을 구비하는 전압 제어 오실레이터(voltage controlled oscillator)를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터의 구성 성분들은 실질적으로 동일한 공명 회로 위상을 나타내도록 배열되고, 상기 수신기 전단의 다른 구성 성분들과 동일한 집적 회로에서 구현된다. 상기 공명 회로는 바람직하게, 희망하는 경우, 구성 성분 프로세스 변화량 보상 및 또한, 다중 주파수 대역 선택을 위한 스위치할 수 있는 커패시터들 및 조정할 수 있는 바랙터들(varactors)과 같은 조정할 수 있는 구성 요소들을 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터 각각은 집적 회로 구성 성분 값 변화량을 보상하기 위해 교정 신호에 결합된 교정 회로를 포함하고, 이때, 상기 전압 제어 오실레이터에 사용되는 교정 신호는 또한, 상기 증폭기에도 사용된다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 무선 주파수 수신기를 교정하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 하향 변환 믹서(downconversion mixer), 수신된 주파수 신호를 상기 믹서에 제공하기 위해, 안테나에 결합된 입력 및 상기 믹서의 제 1 입력에 결합된 출력을 구비하는 증폭기 및 믹싱 주파수 신호를 상기 믹서에 제공하기 위해, 상기 믹서의 제 2 입력에 결합된 출력을 구비하는 전압 제어 오실레이터를 제공하는 단계를 포함하고, 이 때. 적어도 상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터의 구성 성분들은 동일한 집적 회로에서 실질적으로 동일한 공명 회로 위상을 나타내도록 배열되도록 제공되는 것을 특징으로 한다. 상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터 각각은 집적 회로 구성 성분 값 변화량을 보상하기 위해 교정 신호에 결합된 교정 회로가 더 제공된다. 상기 방법은 상기 전압 제어 오실레이터에서 집적 회로 구성 성분 값 변화량을 교정에 사용되는 교정 신호를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 교정 신호를 또한, 상기 증폭기에서 집적 회로 구성 성분 값 변화량을 교정하는데 사용하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 적어도 하나 이상의 안테나 및 다른 무선 주파수 대역들에서 동작하는 다중모드 트랜스시버를 포함하는 셀률러 폰과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 이동국을 제공하는 것이다. 다중모드 트랜스시버는 무선 주파수 송신기 및 상기 적어도 하나 이상의 안테나에 결합된 무선 주파수 수신기를 포한한다. 상기 수신기는 하향 변환 믹서, 상기 안테나에 결합된 입력 및 상기 믹서에 수신된 주파수 신호를 제공하기 위해 상기 믹서의 제 1 입력에 결합된 출력을 구비하는 증폭기 및 상기 믹서에 믹싱 주파수 신호를 제공하기 위해 상기 믹서의 제 2 입력에 결합된 출력을 구비하는 조정할 수 있는 오실레이터를 포함한다. 상기 증폭기 및 상기 오실레이터의 구성 성분들은 실질적으로 동일한 공명 회로 위상을 나타내기 위해 배열되고 상기 수신기의 전단의 다른 구성 성분들과 함께 동일한 집적 회로에서 구현된다.

상기 이동국의 바람직한 일 실시예는 상기 증폭기 및 상기 오실레이터 각각은 집적 회로 구성 성분 값 변화량을 보상하기 위해 교정 신호에 결합된 교정 회로를 포함하고, 이때, 상기 오실레이터에 사용되는 교정 신호는 또한 상기 증폭기에도 사용된다.

상기 전압 제어 오실레이터에서 집적 회로 구성 성분 값 변화량을 교정에 사용되는 교정 신호를 획득하고, 상기 획득된 교정 신호를 또한, 상기 증폭기에서 집적 회로 구성 성분 값 변화량을 교정하는데 사용하여 동작하는 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체도 또한, 개시된다.

상술한 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제들은 다음의 바람직한 실시예들의 상세한 설명, 관련되어 제출된 도면들을 참조하면 더욱 명확해진다.

도 1은 종래 기술에 따라 무선 수신기의 구조의 모양을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 무선 수신기의 모양을 설명하이 위한 개략적인 블록도이다.

도 3은 도 2에 도시된 LNA, VCO 및 믹서의 구조를 보다 상세하게 설명하고, LNA 및 VCO의 유사한 공명 회로 위상을 강조하기 위한 회로도이다.

도 4는 도 2 및 도 3의 믹서, LNA 및 VCO의 유도 결합을 보여주기 위한 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따라 구성되고, 동작하는 무선 주파수 전단을 구비한 이동국을 포함하는 무선 통신 시스템의 블록도이다.

본 발명에 따라 구성된 수신기 전단(200)은 도 2의 개략적인 형식으로 도시된다. 도 1에 도시된 종래 기술의 수신기 전단(100)의 다중 회로와 대조적으로, 적어도 LNA(220) 및 PLL(240)/VCO(245) 회로 구성 요소들은 공통적인 IC(단일 칩)(10)에서 구현된다. 게다가, 많은 경우에 믹서(230)가 RF 신호의 적절한 이득을 보증하기 위해 동일한 칩(10) 위에 위치하는 것이 바람직하다.

특히, 오프 칩(off-chip) 안테나(105)의 출력은 관심 주파수 대역들(frequency bands of interest)을 조정하는 가변 필터(tunable filter)(210)에 결합된다. 필터(210)은 차례대로 LNA(220)의 입력에 연결되고, LNA(220)의 출력은 차례대로 선택 믹서(230)의 입력에 연결된다. 가변 지역 오실레이터(PLL)(240)의 교정에 관련된 출력들은 필터(210) 및 LNA(220)에 연결되고, 주파수 신호 출력(VCO-출력)은 믹서 230에 결합된다.

도 1와 대조적인 도 2에서, 본 발명의 특징은 도 2로부터 각 관심 주파수 대역에 동일한 기능을 수행하는 다중 중복된 회로들을 제거하는 것임을 즉시 명백히 알 수 있다. 이는 구성 성분의 변화량의 보상의 사용뿐만 아니라, 희망하는 관심 주파수 대역들로 조절시킬 수 있는 공명 회로의 가변 회로 구성 요소들의 구현에 의해 실행된다. 조절 기능은 가변 회로 구성 요소들을 희망 주파수 대역들로 조절시키는데 사용되는 다중 리액티브 회로 구성 요소들(도 2에 미도시)에 의해 실행된다.

도시된 수신기 전단 구성요소들(210, 220, 230 및 240)은 바람직하게 단일 칩에서 구현되므로, 회로 성분들은 동일한 프로세스 변화량을 조건으로 하는 이러한 개인 회로 구성 요소들로 구성되고, LNA(220) 및 VCO(245)를 조절하는데 사용되는 다중 리액티브 회로 구성 요소들을 포함한다. 이러한 사실은 VCO(245)를 교정하는 교정 신호가 마찬가지로 LNA(220)을 교정하는데 사용될 수 있는 바람직한 효과를 갖는다. LNA(220) 로드 및 입력 임피던스 매칭을 조절하는 조절 신호(tuning signal)의 유용성은 LNA(220)를 위한 분리된 교정 회로의 필요를 제거한다. 게다가, 이러한 회로 구현은 분리된 이미지 신호 리젝션 필터, 도 1에 도시된 필터들(151~155),를 불필요하게 할 정도까지 LNA(220)의 선택도를 증가시킨다.

도 2에서 설명된 수신기 전단 위상의 상세한 구현은 도 3에서 도시된다. LNA(220) 및 VCO(245)는 믹서(230)에 유도 결합된다. LNA(220) 및 VCO(245 ) 각각은 스위치들(270 및 280)에 의해 스위치된 개별의 스위치된 커패시터 배열(250 및 260)와 결합된다. (커패시터들(C1~C6) 및 스위치들(SW1, SW2 및 SW3))

외부의 구성 성분들에 의존하지 않는 단일 칩 회로 구조는 변화량 보상 프로세스를 필요로 할 수 있다. 몇 기가 헤르츠(GHz)에 이르는 주파수들에서 대략 10 % 의 커패시턴스 값들의 변화는 VCO(245)의 공명 주파수(resonance frequency)에서 300 메가 헤르츠(MHz)에서 500 메가 헤르츠(MHz)의 변화량을 일으킬 수 있다. 동작하는 주파수에서 이러한 변화량을 보상하기 위해, 바람직하게 커패시터들(C1~C6) 및 스위치들(SW1, SW2 및 SW3)을 이용하는 프로세스 변화량 교정이 수행된다. LNA(220)에서 선택도가 증가되면, 동일한 유형의 문제가 발생할 수 있고, 또한, 수행되어야 하는 교정을 요청한다. 게다가, 다중-대역(multi-band) 동작은 스위치할 수 있는 커패시터들이 또한 사용될 수 있는 VCO(245) 및 LNA(220)의 대역 선택 능력을 필요로 한다.

본 발명의 바람직한 특징은 상기 회로 구조, LNA(220) 및 VCO(245)의 공명 회로 위상의 유사성 및 단일 IC에서 구현에 있다. LNA(220)의 구조 및 VCO (245)의 구조간의 중요한 차이는, LNA(220)에서 Q1 및 Q2의 게이트들은 LNA (220)의 (차동) 단일 입력 노드들 형성하는 반면에, VCO(245)에서 트랜지스터들(Q1 및 Q2)의 게이트들은 변동 상태를 생성하는 정궤환을 제공하기 위해 크로스 연결된다. 다른 측면들에서, 전류 바이어스(Ibias), 전압 레퍼런스(Vref), 및 전압 제어(Vcot) 신호들 및 전압을 조절하는 버랙터 다이오드들(VR1, VR2), 다양한 관련 트랜지스터들(Q3~Q8)을 포함하는 LNA(220)및 VCO(245)의 회로 구성은 실질적으로 동일하다. 구성 성분들의 값들 또한 바람직하게 실질적으로 동일하다.(소 신호 이득의 IC 프로세스 변화량 및 차이점들의 범위 내에서)

LNA(220)의 출력, VCO(245)의 출력은, 그들의 각 코일들(T1)을 경유하여 믹서 코일들(T2, T3)을 경유하는 믹서(230) 다이오드 브리지(D1~D4)에 모두 유도 결합된다.(유도 결합 인자 K) 이러한 결합의 개략적인 도면은 도 4에 개시된다. 일반적으로, 믹서 연결들 및 동작 주파수 모드 선택은 미국 특허 US 6,621,365 B1, 유하 할리부오리 및 파울리 세피넨에 의해 발명된“어댑티브 수신기에 듀얼 모드 VCO을 제공하는 방법 및 장치”(이하의 전부는 참조에 의해 구체화된다.)에서 개시될 수 있다.

LNA(220) 및 VCO(245)는 실질적으로 동일한 공명 회로 위상을 갖고, 동일한 IC에서 제작된 동일 프로세스 변화량에 종속된다는 사실로 인해, VCO(245)를 결정하는 프로세스 변화량 교정 신호는 LNA(220)을 교정하기 위해 사용될 수도 있다는 것이 편리하게 발견되었다. 이러한 교정 신호는 다양한 방법들로 결정될 수 있다. 하나의 적절하고 선호되는 기술은 칼레 아시카이넨 및 파울리 세피넨에 의해 발명된 미국 특허 번호 6,639,474 “조정 가능한 오실레이터”에 의해 개시된다. 예를 들면, 이러한 접근에서 조정 가능한 오실레이터는 적어도 하나의 공명 회로를 갖고, 오실레이터의 주파수는 제어 신호에 의한 적어도 하나의 공명 회로의 공명 주파수의 변화에 의해 조정된다. 제어 신호는 최소 값 및 최대 값이 선택되면, 적어 도 하나의 목표 값이 된다. 조정 가능한 오실레이터의 주파수는 실질적으로 상기 목표 값에 대응되게 설정된다. 제어 신호의 값 및 목표 값은 비교되고, 제어 신호의 값이 실질적으로 목표 값과 다를 때, 적어도 하나의 공명 회로의 공명 주파수를 변화시키기 위해 조절 신호가 생성된다.

상기 살펴본 바와 같이, VCO(245)는 LNA(220)이 여전히 교정되지 않을 때, RF 입력 신호를 요구하지 않는 선호된(제한이 없는) 접근에 따라 교정될 수 있다.

일반적으로, 교정 신호는 교정 및 대역 선택 모두를 위해 C1~C6을 선택하는 SW1~SW3을 제어할 수 있다. 커패시터들 및 인덕터들을 위한 적절한 구성 성분 값들은 실제적인 어플리케이션의 기능이다. 그렇지만, 좋은 Q 값이라고 가정한 집적 회로(10) 코일 값들은 대략적으로 약 0.5nH에서 약 0.6nH의 범위이고, 공명 주파수(fo)는 다음 [수학식 1]로 정의된다.

만약, L 값이 고정되면, 주파수의 변화는 가능한 C 값의 변화로부터 발생한다. 그러므로, Ｌ 및 C의 구성 성분 값들은 극히 제한된다. 만약 L의 값이 변하기 쉽고, 조정할 수 있으면, 상술한 유하 할리부오리 및 파울리 세피넨에 의해 발명된 US 6,621,365 B1, “어댑티브 수신기에 듀얼 모드 VCO를 제공하는 방법 및 장치”에 따라, 수신기 전단에 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 더 많은 주파수 대역들을 제공하는 것이 가능하다.

본 발명을 적절한 기술 문맥에 위치하도록, 적어도 하나의 모바일 터미널 또는 본 발명을 실행하기에 적합한 이동국(MS)(100)을 포함하는 무선 통신 시스템의 일 실시예의 개략적인 블록도가 설명된 도 5에서 참조 번호가 생성되었다. 예를 들면, 패킷 데이터 네트워크 또는 PDN와 같은 데이터 동신 네트워크에 연결하기 위한 네트워크 노드(30), 적어도 하나의 기지국 제어기(BSC)(40) 및 물리적 및 지역적 채널들 모두를 소정의 에어 인터페이스 스탠다드(air interface standard)에 따른 이동국(100)으로 포워드 또는 다운링크 방향으로 전송하는 다수의 BTS(50)을 갖는 대표적인 네트워크 오퍼레이터가 또한 개시된다. 각 BTS(50)는 하나의 셀(cell)을 지원하는 것으로 가정한다. 리버스(reverse) 또는 업링크(uplink) 통신 경로는 또한, 이동국(11)에서부터 모바일에서 시작한 엑세스 요청들 및 소통을 전달하는 네트워크 오퍼레이터까지 존재한다. 에어 인터페이스 스탠다드(air interface standard)는 어떠한 적절한 스탠다드(standard) 또는 프로토콜(protocol)을 따를 수 있고, 인터넷(70) 엑세스 및 웨페이지 다운르드를 할 수 있는 데이터 소통과 같은 음성 소통 및 데이터 소통 전부를 가능하게 한다. 본 발명의 기술적 특징은 TDMA 또는 GSM에 한정되거나 GSM 관련 무선 시스템들이 아닐지라도, 에어 인터페이스의 하나의 적절한 유형은 TDMA에 기초하고, GSM 또는 진보된 GSM 프로토콜(protocol)을 지원할 것이다. 사실, 또 다른 무선 시스템 및 WCDMA 시스템과 같은 에어 인터페이스(air interface)는 적어도 도 5에 도시된 무선 통신 시스템에 의해 제공된 지리학적인 지역의 일부를 제공할 것이고, MS(100)은 GSM 또는 WCDMA 네트워크와 함께 동작할 수 있는 다중-대역 터미널의 실시예에서 선호된다. 양자택 일로, 단지 WCDMA 시스템에서 동작하는 단일-대역 터미널일 수도 있다. 이동국(100)은 전형적으로 디스플레이(140)의 입력과 결합된 출력 및 키보드 또는 키패드(160)의 출력과 결합된 입력을 갖는 마이크로콘트롤 유닛(MCU)(120)을 포함한다. 이동국(100)은 셀률러 텔레폰(cellular telephone) 또는 퍼스널 커뮤니케이터(personal communicator)와 같은 무선 전화기일 수 있다. 이동국(100)은 다른 장치의 사용 동안에 연결된 카드 또는 모듈 내에 포함될 수 있다. 예를 들면, 이동국(10)은 PCMCIA 또는 유사한 유형의 카드 또는 랩탑(laptop) 또는 노트북 컴퓨터 또는 사용자에 의해 사용될 수 있는 컴퓨터와 같은 휴대용 데이터 프로세서 내부에서 사용되는 동안에 인스톨된 모듈 내에 포함될 수 있다. 이동국(100)은 또한, 제한되지 않는 실시예들인 PDA, 게임 장치 또는 무선 통신 능력을 갖는 인터넷 어플라이언스에 의해 구현될 수 있다. MCU(120)은 포함되거나 또는 메모리(130)의 몇 형태에 연결되는 것으로 가정하면, 요청받은 데이터, 스크래치패드 메모리(scratchpad memory), 수신 받은 데이터, 전송된 데이터 등을 일시적으로 저장하기 위한 랜덤 엑세스 메모리(random access memory, RAM)뿐만 아니라, 동작 프로그램을 저장하는 롬(read-only memory, ROM)을 포함한다. 분리되고, 이동할 수 있는 SIM(미도시)도 또한 제공될 수 있으며, SIM은 예를 들면, 선호된 퍼블릭 랜드 모바일 네트워크(Public Land Mobile Network, PLMN) 리스트 및 다른 가입자와 관련된 정보들 저장한다. 본 발명의 목적에 의해, 롬(ROM)은 디스플레이(140) 및 키패드(160)를 통해 사용자에게 적절한 유저 인터페이스(UI)를 제공할 뿐 아니라, MCU(120)이 소프트웨어 루틴들(software routines), 레이어들(layers), 무선 통신 시스템에서 동작하도록 요청된 프로토콜들(protocols)을 실행할 수 있게 하는 프로그램을 저장하는 것으로 가정한다. 저장된 프로그램은 또한, LNA(220) 및 VCO(245)을 위한 적절한 조인트 교정(joint calibration) 절차를 실행하는데 실시 가능하다. 도시되지는 않았지만, 사용자가 상투적인 방식으로 보이스 콜(voice call)을 전달할 수 있는 마이크로폰 및 스피커가 제공될 수 있다. 이동국(110)은 송신기(Tx)(190) 및 수신기(Rx)(195)(LNA(220)를 포함한다.)를 포함하는 무선 트랜시버뿐만 아니라, 디지털 시그널 프로세서(DSP)(180), 등가 하이 스피드 프로서서(equivalent high processor), 로직 또는 제어부를 포함하는 무선 섹션(wiress section)을 포함한다. 이때, 송신기(Tx)(190) 및 수신기(Rx)(195)는 BTS(50)을 경유하여 네트워크 오퍼레이터(network operator)와 통신하는 안테나(105)와 결합된다. VCO(245)를 갖는 PLL(240)을 포함하는 적어도 하나의 로컬 오실레이터(LO)는 트랜시버를 조정하기 위해 제공된다. 디지털 보이스 및 패킷 데이터와 같은 데이터는 안테나(105)을 통해 송/수신된다. 본 발명이 1.9 가가 헤르츠(GHZ), 2.1 기가 헤르츠(GHZ) WCDMA 및 900/1800 메가 헤르츠(MHz) GSM 대역들에서 사용될지라도, 본 발명은 어떤 특정한 주파수 대역 대역들에서 사용으로 제한되지 않는다. 또한, 본 발명은 예를 들면, 슈퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기들뿐만 아니라 다이렉트 변환 수신기들을 특색으로 하는 아키텍처들(architectures)에 사용될 수 있는 어떤 특정 형태의 무선 아키텍처들의 사용에 제한 되지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 이동국(100)의 구성에서, 수신기(195)는 조정되고, CDMA 주파수 대역 또는 TDMA 주파수 대역을 포함하는 복수의 관심 주파 수 대역들에 걸쳐 동작한다. 더욱 일반적으로, 관심 주파수 대역은 GSM, WCDMA, UWB(예를 들면, 3.1 가가 헤르츠(GHz) 및 4.8 기가 헤르츠(GHz)), WLAN(예를 들면, 2.4 기가 헤르츠(GHz) 및 5 기가 헤르츠(GHz)), DVB-H(예를 들면, UHF, 470~838 메가 헤르츠(MHz)), GPS, FM 및 RF-ID(예를 들면, 868 메가 헤르츠(MHz)) 주파수 대역들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 어떤 바람직한 주파수 대역을 포함할지 모른다.

상술한 내용에 기초하여 본 발명의 일 실시예는 조정할 수 있고, 수신기 안테나에 결합되는 광대역 필터를 포함할 수 있는 단일 칩에서 구현되는 수신기 구조에 관한 것임을 알 수 있다. 조정할 수 있는 광대역 필터는 차례로 LNA(220)에 결합되고, LNA(220)의 출력은 주파수 선택 믹서(230)에 결합된다. 주파수 선택은 LNA(220) 및 VCO(245) 로드의 변화에 의해 획득되므로, 믹서(230) 입력 공진이 변화한다. PLL(24)은 믹서(230)에 결합된 다중대역 전압 제어 오실레이터(245)를 포함한다.VCO(245) 및 LNA(220)은 단일 칩에서 구현되는 공명 회로들과 관련되었기 때문에, 그것들은 동일한 프로레스 변화량에 따른다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, LNA(220) 및 VCO(245)의 구성 성분들은 실제적으로 동일한 공명 회로 위상을 나타내도록 배열되고, 결과로서 동일한 집적 회로 교정 신호가 마찬가지로 교정할 목적으로 LNA(220)에 결합될 수 있는 VCO(245)를 교정하는데 사용된다. 이러한 바람직한 구조의 하나의 유익한 결과는 LNA(220)의 선택성은 실질적으로 증가될 수 있고, 종래 기술의 분리된 오프-칩 이미지 리젝션 필터(151)가 필요 없다는 것이다.

본 발명은 다중 오프-칩 필터들 및 특히, 원치 않는 이미지 신호들을 리젝팅하기 위한 오프-칩 이미지 리젝션 필터의 필요성을 제거하는 단일 칩 수신기 구조를 제공함으로서 종래 기술의 제한점들을 극복한다. 바람직한 구성 성분들인 LNA(220) 및 VCO(245)은 일반적인 반도체 기판 위의 단일 칩에서 제작되고, LNA(220) 및 VCO(245)는 실질적으로, 동일한 제조 프로세스 변화량에 따르는 동일한 공명 회로들을 갖는다. LNA(200)는 교정의 목적으로 VCO(245)에 결합될 수 있기 때문에, 분리된 LNA 교정 회로의 필요성은 피할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, LNA(220) 및 VCO(245) 각각은 다중-대역 수신기 전단에서 대역 선택을 수행하기 위해 대역 선택 신호에 결합된 교정/밴드 선택 회로로 구성되고, 동일한 대역 선택 신호는 바람직하게 VCO(245) 및 LNA(220)에서 사용된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 교정이 관심 주파수에 따라서 선택될 수 있는 특정한 주파수에서 수행되기 때문에, 교정 신호 및 밴드 선택 신호는 동일한 신호이다. 이러한 방법으로 프로세스 변화량을 위해 수행된 교정 및 대역 선택은 동시에 수행될 수 있다. 교정/밴드 선택 회로는 변동할 수 있는 인덕터를 포함할 것이다.

상술한 기술은 실시예 및 현재 본 발명을 수행하는 발명자들에게 이해될 수 있는 가장 최상의 방법 및 장치의 충분하고 유익한 설명의 제한 없는 예시들로 제공되었다. 그렇지만 첨부되는 도면 및 부가된 청구항들과 관련하여 이해될 때, 다양한 변형 및 적용이 상술한 설명의 관점에서 관련된 기술 분야 사람들에게 명백한 사항이 될 것이다. 그러나 몇 실시예들에 따라, 도 3에 도시된 하나의 형태를 변형 하는 특별한 회로 아키텍쳐와 같이, 다른 유사하거나 동일한 단일 칩 전단 수신기 디자인은 본 발명이 속하는 분야에서 시도될 것이다. 그렇지만, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제의 모든 그와 같은 유사한 변형은 여전히 본 발명의 범위에 속할 것이다.

게다가 본 발명의 특징들의 몇은 다른 특징들의 사용에 대응되지 않는 장점에 사용될 수 있다. 이와 같이, 상술한 설명은 단지 본 발명의 원리의 설명적인 실례로서 고려가 되고, 그 범위를 제한하지 않는다.

Claims (55)

1. 장치에 있어서,

   하향 변환 믹서(downconversion mixer);

   상기 믹서로 수신된 주파수 신호를 제공하도록 구성된 증폭기; 및

   믹싱(mixing) 주파수 신호를 상기 믹서로 제공하도록 구성된 전압 제어 오실레이터(voltage controlled oscillator)를 포함하고,

   상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터의 구성요소들은 적어도 부분적으로 동일한 공명 회로 토폴로지(topology)를 나타내도록 배열되고, 상기 장치의 전단의 다른 구성요소들과 동일한 집적 회로에서 구현되며,

   상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터 각각은 집적 회로 구성요소 값의 변화량을 보상하기 위해 입력 신호를 수신하도록 구성된 교정 및 대역 선택 회로를 포함하고,

   상기 전압 제어 오실레이터를 위해 사용되는 입력 신호는 상기 증폭기를 위하여 또한 이용되는, 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 입력 신호는 다중-대역 수신기 전단에서 대역 선택을 수행하도록 구성된 대역 선택 신호인, 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 입력 신호는 주파수 대역 선택을 수행하도록 구성된 공통 입력 신호이고,

   교정은 관심 주파수 대역에 따라 선택된 특정 주파수에 대해 수행되도록 구성된, 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 교정 및 대역 선택 회로는 스위치 된 커패시턴스들의 배열을 포함하는, 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 교정 및 대역 선택 회로는 조정할 수 있는(tunable) 인덕턴스를 포함하는, 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 증폭기의 주파수 선택이 수신된 주파수 신호로부터 불필요한 이미지 주파수들을 필터하기 위해 설립되는, 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 장치는 조정할 수 있고, 상기 입력 신호의 제어 하에서 다수의 관심 주파수 대역들에 걸쳐서 동작하도록 구성되고,

   상기 입력 신호는 선택된 관심 주파수 대역에서 동작할 때, 동시에 상기 장치를 집적 회로 구성요소 값 변화량에 대해 보상하기 위해 보상 회로에 의해 사용되도록 또한 구성된, 장치.
9. 하향 변환 믹서(downconversion mixer), 수신된 주파수 신호를 상기 믹서로 제공하도록 구성된 증폭기 및 믹싱(mixing) 주파수 신호를 상기 믹서로 제공하도록 구성된 전압 제어 오실레이터(voltage controlled oscillator)를 제공하는 단계로서, 적어도 상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터의 구성요소들은 동일한 집적 회로에서 적어도 부분적으로 동일한 공명 회로 토폴로지(topology)를 나타내도록 배열되게 제공되고, 상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터 각각은 집적 회로 구성요소 값 변화량을 보상하기 위해 교정 회로를 포함하도록 더 제공되는, 단계,

   상기 전압 제어 오실레이터를 집적 회로 구성요소 값 변화량에 대해 교정하는데 사용하기 위해 교정 신호를 획득하는 단계; 및

   상기 획득된 교정 신호를 상기 증폭기를 집적 회로 구성요소 값 변화량에 대해 교정하는데 사용하는 단계를 포함하는, 수신기를 교정하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 증폭기의 출력 및 상기 믹서 사이에 배치된 분리된 이미지 리젝션 필터를 제공하지 않고, 상기 증폭기를 사용하여 수신된 주파수 신호로부터 불필요한 이미지 주파수들을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 수신기를 교정하는 방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 교정 신호를 사용하여 다수의 관심 주파수 대역들에 걸쳐서 동작하도록 사용하는 동안에 상기 수신기를 조절하는 단계를 더 포함하는, 수신기를 교정하는 방법.
12. 장치에 있어서,

    적어도 하나 이상의 안테나; 및

    다른 무선 주파수 대역들에서 동작하도록 구성되고, 무선 주파수 송신기 및 무선 주파수 수신기를 포함하는 멀티 모드 트랜스시버를 포함하고,

    상기 수신기는 하향 변환 믹서(downconversion mixer), 상기 적어도 하나의 안테나로부터 주파수 신호를 수신하도록 구성되고 상기 믹서로 상기 수신된 주파수 신호를 제공하도록 구성된 증폭기, 및 상기 믹서로 믹싱 주파수 신호를 제공하도록 구성된 전압 제어 오실레이터를 포함하고,

    상기 증폭기 및 상기 오실레이터의 구성요소들은 적어도 부분적으로 동일한 공명 회로 토폴로지(topology)를 나타내도록 배열되고 상기 무선 주파수 수신기의 전단의 다른 구성요소들과 함께 동일한 집적회로에서 구현되며,

    상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터 각각은 집적 회로 구성요소 값의 변화량을 보상하도록 구성된 교정 및 대역 선택 회로를 포함하고,

    상기 전압 제어 오실레이터에 사용되는 입력 신호는 상기 증폭기에도 사용되는, 장치.
13. 삭제
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 입력 신호는 다중-대역 수신기 전단에서 대역 선택을 수행하도록 구성된 대역 선택 신호인, 장치.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 입력 신호는 주파수 대역 선택을 수행하도록 구성된 공통 입력 신호이고,

    교정은 관심 주파수 대역에 따라 선택된 특정 주파수에 대해 수행되도록 구성된, 장치.
16. 제 12 항에 있어서,

    상기 교정 및 대역 선택 회로는 스위치 된 커패시턴스들의 배열을 포함하는, 장치.
17. 제 12 항에 있어서,

    상기 교정 및 대역 선택 회로는 조정할 수 있는 인덕턴스를 포함하는, 장치.
18. 제 12 항에 있어서,

    상기 증폭기의 주파수 선택이 상기 증폭기 및 상기 믹서 사이에 배치된 이미지 리젝션 필터의 사용을 요구하지 않고, 수신된 주파수 신호로부터 원치 않는 이미지 주파수들을 필터하기 위해 수립되도록 구성된, 장치.
19. 제 12 항에 있어서,

    상기 수신기는 조정할 수 있고, 대역 선택 신호의 제어 하에서 복수의 관심 주파수 대역들에 걸쳐서 동작하도록 구성되고,

    상기 교정 및 대역 선택 회로는 선택된 관심 주파수 대역에서 동작할 때, 동시에 상기 수신기를 집적 회로 구성요소 값 변화량에 대해 보상하기 위해 상기 입력 신호를 이용하도록 구성된, 장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    관심 주파수 대역은 코드 분할 다중 접속(code division multiple access) 주파수 대역을 포함하는, 장치.
21. 제 19 항에 있어서,

    관심 주파수 대역은 시분할 다중 접속(time division multiple access) 주파수 대역을 포함하는, 장치.
22. 제 19 항에 있어서,

    관심 주파수 대역은 적어도 이동 통신 세계화 시스템(GSM, global system for mobile communications), 광대역 코드 분할 다중 접속(WCDMA, wideband code division multiple access), 초광대역(UWB,ultra-wideband), 광대역 LAN(WLAN, wideband local area network), 블루투스, DVB-H(digital video broadcasting-handheld), 위성 항법 장치(GPS, global positioning system), 주파수 변조(FM, frequency modulation) 및 무선 주파수 식별(RF-ID, radio frequency identification) 주파수 대역 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
23. 컴퓨터 판독가능 프로그램과 함께 구비되는 컴퓨터 판독가능 매체에 있어서,

    장치가 무선 주파수 수신기, 제어부, 및 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하고, 상기 제어부는 상기 컴퓨터 판독가능 매체의 상기 컴퓨터 판독가능 프로그램을 실행하도록 구성되고;

    상기 무선 주파수 수신기는 하향 변환 믹서(downconversion mixer), 상기 믹서로 수신된 주파수 신호를 제공하기 위한 증폭기 및 상기 믹서로 믹싱 주파수 신호를 제공하기 위한 오실레이터(oscillator)를 포함하고, 적어도 상기 증폭기 및 상기 오실레이터의 구성요소들은 동일한 집적 회로에서 적어도 부분적으로 동일한 공명 회로 토폴로지(topology)를 나타내도록 구성되고, 상기 증폭기 및 상기 오실레이터는 각각 집적 회로 구성요소 값 변화량을 보상하기 위해 교정 회로를 포함하고;

    상기 컴퓨터 판독가능 프로그램은 상기 제어부 상에서 실행될 때 상기 무선 주파수 수신기가,

    상기 오실레이터를 집적 회로 구성요소 값 변화량에 대해 교정하는데 사용하기 위해 교정 신호를 획득하는 단계; 및

    상기 획득된 교정 신호를 상기 증폭기를 집적 회로 구성요소 값 변화량을 교정하는데 사용하는 단계를 포함하는 동작들을 수행하도록 야기하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 증폭기는 전기적으로 상기 증폭기 및 상기 믹서 사이에 배치된 분리된 이미지 리젝션 필터를 제공하지 않고, 수신된 주파수 신호로부터 불필요한 이미지 주파수들을 필터링하는데 사용되는, 컴퓨터 판독가능 매체.
25. 제 23 항에 있어서,

    상기 교정 신호를 사용하여 복수의 관심 주파수 대역들에 걸쳐서 동작하도록 사용하는 동안에 상기 수신기를 조절하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 판독가능 매체.
26. 수신된 주파수 선택 신호를 제공하기 위한 증폭기;

    전압 제어 오실레이터를 포함하고,

    상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터의 구성요소들은 적어도 부분적으로 동일한 공명 회로 토폴로지(topology)를 나타내도록 배열되고, 상기 증폭기 및 상기 전압 제어 오실레이터 각각은 집적 회로 구성요소 값 변화량에 대해 보상하도록 구성된 교정 및 대역 선택 회로를 포함하고, 상기 전압 제어 오실레이터를 위해 이용되도록 구성된 입력 신호는 상기 증폭기를 위해서도 이용되도록 구성된, 집적 회로.
27. 제26항에 있어서, 상기 전압 제어 오실레이터로부터 믹싱 주파수 신호를 수신하고 상기 증폭기로부터 상기 수신된 주파수 신호를 수신하도록 구성된 하향 변환 믹서(downconversion mixer)를 더 포함하는, 집적 회로.
28. 제26항에 있어서, 수신기의 전단의 적어도 하나의 구성요소를 더 포함하는, 집적 회로.
29. 제28항에 있어서, 상기 적어도 하나의 구성요소는 필터를 포함하는, 집적 회로.
30. 제26항에 있어서, 상기 증폭기는 안테나로부터 신호를 수신하도록 구성된 입력을 더 포함하는, 집적 회로.
31. 제26항에 있어서, 상기 증폭기는 무선 주파수 입력을 더 포함하는, 집적 회로.
32. 출력을 제공하기 위하여 수신된 주파수 신호를 필터하기 위한 수단;

    필터하기 위한 수단의 출력으로부터 출력 신호를 수신하도록 구성되고 증폭된 수신 주파수 신호를 제공하도록 구성된 증폭하기 위한 수단; 및

    믹싱 주파수 신호를 생성하도록 구성된 믹싱 주파수 신호를 생성하기 위한 수단을 포함하고,

    상기 증폭하기 위한 수단 및 믹싱 주파수 신호를 생성하기 위한 수단의 구성요소들은 적어도 부분적으로 동일한 공명 회로 토폴로지(topology)를 나타내도록 배열되고, 상기 믹싱 주파수를 생성하기 위한 수단은, 상기 필터하기 위한 수단 및 상기 증폭하기 위한 수단 중 적어도 하나로 신호를 공급하도록 구성되며,

    상기 증폭하기 위한 수단 및 상기 믹싱 주파수 신호를 생성하기 위한 수단은 각각 집적 회로 구성요소 값 변화량에 대해 보상하기 위한 교정 및 대역 선택 수단을 포함하고,

    상기 믹싱 주파수를 생성하기 위한 수단을 위해 이용되는 입력 신호는 상기 증폭하기 위한 수단을 교정하기 위하여 또한 이용되는, 집적 회로.
33. 삭제
34. 제32항에 있어서, 상기 증폭하기 위한 수단으로부터 증폭된 수신 주파수 신호를 수신하도록 구성되고 상기 믹싱 주파수 신호를 생성하기 위한 수단으로부터 상기 믹싱 주파수 신호를 수신하도록 구성된 믹싱을 위한 수단을 더 포함하는, 집적 회로.
35. 제32항에 있어서, 상기 증폭하기 위한 수단은 안테나에 의해 제공된 입력을 더 포함하는, 집적 회로.
36. 제32항에 있어서, 상기 증폭하기 위한 수단은 무선 주파수 입력을 더 포함하는, 집적 회로.
37. 제1항에 있어서, 상기 장치는 무선 주파수 수신기인, 장치.
38. 제12항에 있어서, 상기 장치는 이동국인,장치.
39. 믹서로 증폭된 수신된 주파수 신호를 제공하도록 구성된 증폭기; 및

    상기 믹서로 믹싱 주파수 신호를 제공하도록 구성된 오실레이터를 포함하고,

    상기 증폭기 및 상기 오실레이터는 적어도 부분적으로 동일한 공명 회로 토폴로지(topology)를 갖고,

    상기 증폭기 및 상기 오실레이터는 각각 집적 회로 구성요소 값 변화량을 보상하기 위한 입력 신호를 수신하도록 구성된 교정 및 대역 선택 회로를 포함하고,

    상기 오실레이터를 위해 이용되는 입력 신호는 상기 증폭기를 위해 또한 이용되는, 집적 회로.
40. 제39항에 있어서, 상기 증폭된 수신된 주파수 신호 및 상기 믹싱 주파수 신호를 믹싱하도록 구성된 상기 믹서를 더 포함하는, 집적 회로.
41. 제39항에 있어서, 상기 증폭기 및 상기 오실레이터는 상기 증폭기 및 상기 오실레이터 각각으로부터 상응하는 트랜지스터 쌍들의 쌍의 게이트 연결에 있어서 다르고, 상기 오실레이터의 트랜지스터 쌍의 게이트들은 진동(oscillatory) 상태를 수립하기 위하여 양의 피드백을 제공하도록 교차-연결되고(cross-connected), 상기 증폭기의 상응하는 트랜지스터 쌍의 게이트들은 상기 증폭기의 차동 신호 입력 노드들을 제공하는, 집적 회로.
42. 제39항에 있어서, 수신기의 전단의 적어도 하나의 구성요소를 더 포함하는, 집적 회로.
43. 제39항에 있어서, 상기 증폭기로의 입력을 제공하도록 배치된 필터를 더 포함하는, 집적 회로.
44. 제43항에 있어서, 상기 필터의 입력은 안테나와 전기적 상호연결을 통하여 신호를 수신하기 위하여 경로를 제공하도록 구성된, 집적 회로.
45. 제39항에 있어서, 상기 증폭기로 전기적으로 상호 연결된 광대역 조절가능 필터를 더 포함하는, 집적 회로.
46. 제39항에 있어서, 상기 증폭기 및 상기 오실레이터에 대한 동작 주파수는 복수의 공명 주파수들로부터 선택가능한, 집적 회로.
47. 제39항에 있어서, 상기 오실레이터는 상기 증폭기가 교정되지 않은 상태로 남아있는 동안 교정되도록 구성된, 집적 회로.
48. 삭제
49. 삭제
50. 삭제
51. 삭제
52. 삭제
53. 삭제
54. 삭제
55. 삭제

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