KR101569982B1 - 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신용 송신기 - Google Patents

근접장 칩-투-칩 다중채널 송신용 송신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시스템-인-패키지의 적층 칩들 간의 수직 신호 송신을 위해 이용되는 용량성 또는 유도성 링크들 등의 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신 시스템의 송신기에 관한 것이다. 두 개의 모놀리식 집적 회로 간의 디지털 송신을 위해 4 개의 송신 채널을 제공하는 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신용 송신기는, 4 개의 커플링 장치(111)(112)(113)(114)를 포함하고, 상기 커플링 장치들 각각은 자계 변동에 민감한 평면 와인딩이다. 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기(13)는 4 개의 출력 포트를 갖고, 상기 출력 포트들 각각은 상기 커플링 장치들(111)(112)(113)(114) 중 오직 하나와 접속된다. 송신기는 또한 4 개의 신호 성형 회로(181)(182)(183)(184)를 포함하고, 상기 신호 성형 회로들 각각은 소스(19)와 접속된 입력 포트를 갖고, 상기 신호 성형 회로들 각각은 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기(13)의 입력 포트들 중 하나와 접속된 출력 포트를 갖는다. 본 발명의 송신기는 송신 채널들 간의 크로스토크를 줄인다.

Description

근접장 칩-투-칩 다중채널 송신용 송신기{TRANSMITTER FOR NEAR-FIELD CHIP-TO-CHIP MULTICHANNEL TRANSMISSION}
본 발명은 삼차원(3-D) 집적화를 이용한 시스템-인-패키지(system-in-package: SiP)의 적층된 칩들 간의 수직 신호 송신에 이용되는 용량성 또는 유도성 링크들 등의 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신 시스템(near-field chip-to-chip multichannel transmission system)의 송신기에 관한 것이다.
2011년 6월 21일자로 출원되고 명칭이 "Emetteur pour transmission multivoie
Figure 112013115794522-pct00001
en champ proche"인 프랑스 특허 출원 번호 제11/01902호가 인용으로 포함된다.
삼차원 집적화는 복잡한 시스템들의 효율적인 집적화를 가능하게 하는 새로운 기술이다. 삼차원 집적화를 이용하는 패키지에서, 칩들은 적층될 수 있거나 또는 구조적으로 결합될 수 있다. 이러한 시스템-인-패키지에서, 두 개의 칩 사이의 신호 송신을 위한 수직 거리는 전형적으로 200 ㎛보다 작다. 많은 수직 칩-투-칩 송신 기술이 개발되었다. 스루-실리콘 비아들(through-silicon vias: TSVs)을 이용하는 기술은 제조 공정 복잡성의 증가로 인해 비용이 높다. 근접장 칩-투-칩 송신을 이용하는 기술은 프로세스 복잡도를 증가시키지 않는다.
도 1은 제1 모놀리식 집적 회로(1)와 제2 모놀리식 집적 회로(2) 간에 m=12 개의 송신 채널을 제공하는 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신 시스템의 커플링 장치들을 도시하는데, 이 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신 시스템은,
제1 모놀리식 집적 회로(1)의 금속화 레벨에 내장된(built in) 커플링 장치들의 제1 어레이(11) - 커플링 장치들의 제1 어레이(11)의 커플링 장치(111)는 전계 변동 및/또는 자계 변동에 민감하고, 커플링 장치들의 제1 어레이(11)는 m 개의 커플링 장치로 이루어짐-; 및
제2 모놀리식 집적 회로(2)의 금속화 레벨에 내장된 커플링 장치들의 제2 어레이(21) - 커플링 장치들의 제2 어레이(21)의 커플링 장치(211)는 전계 변동 및/또는 자계 변동에 민감하고, 커플링 장치들의 제2 어레이(21)는 m 개의 커플링 장치로 이루어지고, 커플링 장치들의 제2 어레이(21)의 커플링 장치(211)는 커플링 장치들의 제1 어레이(11)의 단일 커플링 장치(111)에 대향함 - 를 포함한다.
전계 변동에 민감한 커플링 장치, 예를 들어, 충분한 면적을 갖는 도전성 표면(어떤 저자들에 의해서는 커패시터 플레이트라고 칭해짐)은, 신호 송신에 이용되는 전계를 수신하기 위해 이용될 수 있고, 신호 송신에 이용되는 전계를 전송하기 위해 또한 이용될 수 있다. 자계 변동에 민감한 커플링 장치, 예를 들어, 와인딩(어떤 저자들에 의해서는 코일 또는 인덕터라고 칭해짐)은, 신호 송신에 이용되는 자계를 수신하기 위해 이용될 수 있고, 신호 송신에 이용되는 자계를 전송하기 위해 또한 이용될 수 있다. 보다 일반적으로, 커플링 장치는 전계 변동 및/또는 자계 변동에 민감한 임의의 장치일 수 있고, 예를 들어, 이 장치는 도전성 표면들의 및/또는 와인딩들의 조합을 포함한다.
도 2는 두 개의 모놀리식 집적 회로 사이의 디지털 송신을 위해 m=4 개의 송신 채널을 제공하는 근접장 다중채널 송신 시스템의 송신기의 제1 예의 블록도를 도시하는데, 이 송신기는,
m 개의 신호 성형 회로(181)(182)(183)(184) - 상기 신호 성형 회로들 각각은 소스(19)와 접속된 입력 포트를 가짐 -;
m 개의 단일 종단 입력 단일 종단 출력(single-ended input and single-ended output) 증폭기(121)(122)(123)(124) - 각각의 단일 종단 입력 단일 종단 출력 증폭기는 오직 하나의 신호 성형 회로(181)(182)(183)(184)의 출력 단자와 접속된 그의 입력 단자를 가짐 -; 및
m 개의 커플링 장치(111)(112)(113)(114) - 각각의 커플링 장치는 자계 변동에 민감한 평면 와인딩이고, 각각의 커플링 장치는 제1 단자 및 제2 단자를 갖고, 제1 단자는 오직 하나의 단일 종단 입력 단일 종단 출력 증폭기(121)(122)(123)(124)의 출력 단자와 접속되고, 제2 단자는 접지됨 - 를 포함한다.
도 3은 두 개의 모놀리식 집적 회로 사이의 디지털 송신을 위해 m=4 개의 송신 채널을 제공하는 근접장 다중채널 송신 시스템의 송신기의 제2 예의 블록도를 도시하는데, 이 송신기는,
m 개의 신호 성형 회로(181)(182)(183)(184) - 상기 신호 성형 회로들 각각은 소스(19)와 접속된 입력 포트를 가짐 -;
m 개의 차동 입력 차동 출력 증폭기(121)(122)(123)(124) - 각각의 차동 입력 차동 출력 증폭기는 오직 하나의 상기 신호 성형 회로(181)(182)(183)(184)의 출력 포트와 접속된 입력 포트를 가짐 -; 및
m 개의 커플링 장치(111)(112)(113)(114) - 각각의 커플링 장치는 자계 변동에 민감한 평면 와인딩이고, 각각의 커플링 장치는 제1 단자 및 제2 단자를 갖고, 제1 단자 및 제2 단자는 오직 하나의 차동 입력 차동 출력 증폭기(121)(122)(123)(124)의 출력 포트와 접속됨 - 를 포함한다.
도 2 및 도 3에 있어서, 신호 성형 회로들은 선택된 시그널링 기술에 적합한 신호들을 제공한다. 신호 성형 회로는 전문가들에게 잘 알려져 있는 상이한 타입들의 회로들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 신호 성형 회로는 펄스 코드 변조(pulse code modulation: PCM) 포맷들 중 하나에 대응하는 펄스들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 성형 회로는 변조된 캐리어를 생성할 수 있다. 신호 성형 회로들의 동작을 위해 필요할 수 있는 인에이블(enable) 및/또는 클록 및/또는 제어 라인들은 도 2 및 도 3에 도시되어 있지 않다.
안테나 이론의 의미에서 각각의 커플링 장치가 전기적 소형 안테나로서 간주될 수 있다 하더라도, 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신 시스템에서는, 커플링 장치들의 어레이가 안테나 이론의 의미에서 안테나들의 어레이로서 이용되지 않는다는 것을 유의하는 것이 중요하다. 이것은, 커플링 장치들의 어레이가 거리에 따라 전계 및 자계가 매우 급속하게 감소하는 근접장 송신 시스템에서 동작하기 때문이다. 따라서, 이상적인 경우에, 전계 및/또는 자계를 수신하기 위해 이용되는 커플링 장치는, 전계 및/또는 자계를 전송하기 위해 이용되는 가장 근접한 커플링 장치에 의해 생성된 전계 및/또는 자계의 변동들만을 감지한다. 예를 들어, 커플링 장치들의 제2 어레이(21)의 커플링 장치(211)가 커플링 장치들의 제1 어레이(11)의 단일 커플링 장치(111)를 대향하는 도 1에서, 신호 송신은 주로 서로 대향하는 커플링 장치들 사이에서, 제1 모놀리식 집적 회로(1)로부터 제2 모놀리식 집적 회로(2)로, 또는 제2 모놀리식 집적 회로(2)로부터 제1 모놀리식 집적 회로(1)로 발생할 수 있다.
그러나, 어떤 원하지 않는 커플링들이 불가피하게 발생하는데, 이것들은 송신 채널들 간에 크로스토크(crosstalk)를 생성한다. 안타깝게도, 이 내부 크로스토크는 주어진 영역에서 이용될 수 있는 채널의 수를 제한한다. 이 내부의 크로스토크는 세 가지 원인을 갖는다:
- 신호 송신이 서로 대향하는 커플링 장치들 사이에서만 발생하는 것은 아니기 때문에, 커플링 장치들의 어레이들 중 하나의 커플링 장치가 커플링 장치들의 다른 어레이의 하나 초과의 커플링 장치와 강하게 커플링될 수 있다.
- 커플링 장치들의 제1 어레이의 커플링 장치들은 상호작용한다.
- 커플링 장치들의 제2 어레이의 커플링 장치들은 상호작용한다.
예를 들어, IEEE 저널 Solid-State Circuits, vol. 42, No. 10, pp. 2270-2282에서, 2007년 10월에 공개된 A. Fazzi, L. Magagni, M. Mirandola, B. Charlet, L. Di Cioccio, E. Jung, R. Canegallo 및 R. Guerrieri의 "3-D Capacitive Interconnections for Wafer-Level and Die-Level Assembly(웨이퍼-레벨 및 다이-레벨 어셈블리의 3-D 용량성 상호접속)"라는 명칭의 논문은, 신호 송신을 위해 전계 변동을 이용하는 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신 시스템에 관한 것이다. 이 논문은 송신 채널들 간의 크로스토크를 논의한다.
예를 들어, IEEE 저널 Solid-State Circuits, vol. 43, No. 11, pp. 2363-2369에서, 2008년 11월에 공개된 Y. Yoshida, N. Miura 및 Tadahiro Kuroda의 "A 2Gb/s Bi-Directional Inter-Chip Data Transceiver With Differential Inductors for High Density Inductive Channel Array(고밀도 유도형 채널 어레이의 차동 인덕터들을 갖는 2Gb/s 양방향 칩 간 데이터 송수신기)"라는 명칭의 논문은, 신호 송신을 위해 자계 변동을 이용하는 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신 시스템에 관한 것이다. 이 논문은 크로스토크의 해로운 효과를 강조하고, 크로스토크를 줄이기 위해, "차동 인덕터들"이라고 칭해지는 특수한 와인딩들의 이용을 소개한다. 안타깝게도, 그러한 특수한 와인딩들은 주어진 영역에 대해 원하는 것보다 낮은 커플링을 생성하고, 크로스토크의 부분적인 감소만을 제공한다.
본 발명의 목적은 공지된 기술의 전술한 한계들을 극복하는 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신을 위한 송신기이다.
본 발명에 따르면, 제1 모놀리식 집적 회로로부터 제2 모놀리식 집적 회로로 전송될 신호에 각각 대응하는 m 개의 송신 채널을 제공하는 근접장 다중채널 송신 시스템의 송신기로서, m은 2 이상의 정수이고, 제1 모놀리식 집적 회로와 제2 모놀리식 집적 회로는 구조적으로 결합되고, 이 송신기는, 제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 n 개의 커플링 장치를 포함하고, n은 m 이상의 정수이고, 상기 커플링 장치들 각각은 전송될 상기 신호들 중 두 개 이상에 의해 결정된 전기적 변수의 대상이 된다. 본 발명에 따르면, 상기 커플링 장치들 각각은 전계 변동 및/또는 자계 변동에 민감하다. 본 발명에 따르면, 상기 커플링 장치들 중 하나에 적용되는 전기적 변수는 전압 또는 전류일 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 모놀리식 집적 회로로부터 제2 모놀리식 집적 회로로 전송될 신호에 각각 대응하는 m 개의 송신 채널을 제공하는 근접장 다중채널 송신 시스템의 송신기로서, m은 2 이상의 정수이고, 제1 모놀리식 집적 회로와 제2 모놀리식 집적 회로는 구조적으로 결합되고, 이 송신기는 예를 들어,
제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 n 개의 커플링 장치 - n은 m 이상의 정수이고, 상기 커플링 장치들 각각은 전계 변동 및/또는 자계 변동에 민감함 -; 및
다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기 - 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는 제1 모놀리식 집적 회로에 내장되고, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는 m 개의 입력 포트 및 n 개의 출력 포트를 갖고, 상기 출력 포트들 각각은 상기 커플링 장치들 중 오직 하나와 접속되고, 상기 커플링 장치들 각각은 상기 출력 포트들 중 오직 하나와 접속되고, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기가 활성 상태에 있을 때, 작은 신호들에 대해, 송신을 위해 이용되는 주파수 대역 내의 각각의 주파수에서, 단락 전달 어드미턴스 행렬(short-circuit transfer admittance matrix)을 갖고, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬은 n×m 크기의 복소 행렬이고, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행의 두 개 이상의 엔트리는 제로와 상이함 - 를 포함할 수 있다.
1부터 m까지, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기의 입력 포트들에 번호를 매기기로 한다. 1 이상이고 m 이하인 임의의 정수 j는 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기의 입력 포트의 번호에 해당한다. 입력 포트 j의 양의 단자에 유입되는 입력 전류 iIj, 및 입력 포트 j의 양의 단자와 입력 포트 j의 음의 단자 간의 입력 전압 vIj를 정의하기로 한다. 또한, 입력 전류 iI1, ..., iIm의 열 벡터 I I 및 입력 전압 vI1, ..., vIm의 열 벡터 V I를 정의한다. 1부터 n까지, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기의 출력 포트들에 번호를 매기기로 한다. 1 이상이고 n 이하인 임의의 정수 k는 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기의 출력 포트의 번호에 해당한다. 출력 포트 k의 양의 단자에 유입되는 출력 전류 iOk, 및 출력 포트 k의 양의 단자와 출력 포트 k의 음의 단자 간의 출력 전압 vOk를 정의하기로 한다. 또한, 출력 전류 iO1, ..., iOn의 열 벡터 I O, 및 출력 전압 vO1, ..., vOn의 열 벡터 V O를 정의한다. 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기가 활성 상태일 때, 작은 신호들에 대해, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는 주파수 도메인에서 다음과 같은 두 개의 방정식에 의해 특성화된다.
Figure 112013115794522-pct00002
Figure 112013115794522-pct00003
Y I는 m×m 정방 행렬이고, Y O는 n×n 정방 행렬이고, Y R은 m×n 행렬이고, Y T는 n×m 행렬이다. 이 행렬들의 모든 성분들은 어드미턴스(admittance)의 차원들(dimensions)을 갖는다. 따라서, 전문가들은, 그들이 Y I를 증폭기의 "단락 입력 어드미턴스 행렬"이라고 칭할 수 있다는 것과, Y R을 증폭기의 "단락 역 전달 어드미턴스 행렬"이라고 칭할 수 있다는 것과, Y T를 증폭기의 "단락 전달 어드미턴스 행렬"이라고 칭할 수 있다는 것과, Y O를 증폭기의 "단락 출력 어드미턴스 행렬"이라고 칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이 네 개의 행렬은 복소 성분들을 갖고 주파수에 의존적일 수 있다.
상기 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행의 두 개 이상의 엔트리는 제로와 크게 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는, 송신을 위해 이용되는 상기 주파수 대역 내의 각각의 주파수에서, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행에 있어서, 최대 절대값을 갖는 엔트리와는 상이한 적어도 하나의 엔트리가 최대 절대값을 갖는 상기 엔트리의 절대값의 1/100배보다 큰 절대값을 갖도록, 될 수 있다. 예를 들어, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는, 송신을 위해 이용되는 상기 주파수 대역 내의 각각의 주파수에서, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행에 있어서, 최대 절대값을 갖는 상기 엔트리와는 상이한 적어도 하나의 엔트리가 최대 절대값을 갖는 상기 엔트리의 절대값의 1/10배보다 큰 절대값을 갖도록, 될 수 있다.
하기에서, "비활성 상태에 있다"와 "활성 상태에 있지 않다"라는 문구들은 동등한 의미이다.
활성 상태에 있는 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는, 작은 신호들에 대해, 송신을 위해 이용되는 주파수 대역 내의 각각의 주파수에서, 단락 전달 어드미턴스 행렬을 갖고, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬은 n×m 크기의 복소 행렬이고, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행의 두 개 이상의 엔트리는 제로와 크게 상이하다. 본 발명에 따르면, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기의 거동이 상이한, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기의 비활성 상태가 있는 것이 가능하다. 그러나, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기의 비활성 상태의 존재는 전혀 본 발명의 특징이 아니다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 상기 n 개의 커플링 장치는, 제1 모놀리식 집적 회로로부터 제2 모놀리식 집적 회로로 전송될 신호에 각각 대응하는 m 개의 송신 채널을 제공하는 근접장 송신 시스템의 일부들로서, 전계 및/또는 자계를 전송하기 위해 이용된다. 제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 상기 n 개의 커플링 장치는, 제2 모놀리식 집적 회로로부터 제1 모놀리식 집적 회로로 전송될 신호에 각각 대응하는 하나 이상의 송신 채널을 제공하는 근접장 송신 시스템의 일부들로서, 전계 및/또는 자계를 수신하기 위해 또한 이용될 수 있다. 따라서, 양방향 송신이 획득된다. 전문가들은, 예를 들어, 제어되는 아날로그 스위치들 및/또는 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기의 비활성 상태를 이용하여, 어떻게 이러한 결과를 얻을 수 있는지를 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 제1 모놀리식 집적 회로와 제2 모놀리식 집적 회로는 구조적으로 결합되어, 제1 모놀리식 집적 회로와 제2 모놀리식 집적 회로는 고정된 상대 위치들을 갖는다. 전문가들은, 이러한 요건이, 설계자가 내부 크로스토크의 세가지 전술한 원인의 효과를 계산하도록 해주고, 그리고 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들에 의해 제공되는 신호들 간의 내부 크로스토크를 각각이 상쇄할 수 있는 단락 전달 어드미턴스 행렬들의 세트를 결정하도록 해준다는 것을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 다른 모놀리식 집적 회로가 제1 모놀리식 집적 회로 및/또는 제2 모놀리식 집적 회로와 구조적으로 결합될 수 있다. 이 경우,
- 본 발명의 송신기는 제1 모놀리식 집적 회로로부터 상기 적어도 하나의 다른 모놀리식 집적 회로로 전송될 신호에 각각 대응하는 하나 이상의 송신 채널을 제공하는 근접장 송신 시스템의 일부로서 또한 이용될 수 있다.
- 제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 n 개의 커플링 장치는, 상기 적어도 하나의 다른 모놀리식 집적 회로로부터 제1 모놀리식 집적 회로로 전송될 신호에 각각 대응하는 하나 이상의 송신 채널을 제공하는 근접장 송신 시스템의 일부들로서, 전계 및/또는 자계를 수신하기 위해 또한 이용될 수도 있다.
다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는 예를 들어, 그의 입력 포트들 및/또는 그의 출력 포트들의 음극 단자들이 접지에 대응하도록 될 수 있고, 이 경우에 그러한 포트들은 단일 종단된다.
다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는 예를 들어, 그의 입력 포트들 각각이 차동 입력에 대응하도록, 그리고/또는 그의 출력 포트들 각각이 차동 출력에 대응하도록, 될 수 있다.
다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는, 예를 들어, 2006년 1월 17일자로 출원되고 명칭이 "Amplificateur
Figure 112013115794522-pct00004
multiples et sorties multiples"인 프랑스 특허 출원 번호 제06/00388호, 2006년 12월 19일자로 출원되고 명칭이 "Multiple-input and multiple-output amplifier(다중 입력 다중 출력 증폭기)"인 대응 국제 출원 번호 PCT/IB2006/003950호(WO 2007/083191), 2006년 6월 23일자로 출원되고 명칭이 "Amplificateur
Figure 112013115794522-pct00005
multiples et sorties multiples utilisant l'induction mutuelle dans le
Figure 112013115794522-pct00006
"인 프랑스 특허 출원 번호 제06/05633호, 2007년 4월 26일자로 출원되고 명칭이 "Multiple-input and multiple-output amplifier using mutual induction in the feedback network(피드백 네트워크에서 상호 유도를 이용하는 다중 입력 다중 출력 증폭기)"인 대응 국제 출원 번호 PCT/IB2007/001344호(WO 2008/001168)에 기재되어 있는 다중 입력 다중 출력 직렬-직렬 피드백 증폭기를 포함할 수 있다.
다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는, 예를 들어, 2008년 7월 11일자로 출원되고 명칭이 "Amplificateur
Figure 112013115794522-pct00007
multiples et sorties multiples ayant des
Figure 112013115794522-pct00008
pseudo-differentielles"인 프랑스 특허 출원 번호 제08/03982호, 2009년 3월 31일자로 출원되고 명칭이 "Multiple-input and multiple-output amplifier having pseudo-differential inputs(의사 차동 입력들을 갖는 다중 입력 다중 출력 증폭기)"인 대응 국제 출원 번호 PCT/IB2009/051358호(WO 2010/004445)에 기재되어 있는 의사-차동 입력들을 갖는 다중 입력 다중 출력 직렬-직렬 피드백 증폭기를 포함할 수 있다.
다른 이점들과 특징들은 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 예들로 주어지는, 본 발명의 특정 실시예들의 하기의 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신 시스템의 커플링 장치들을 도시하고, 종래 기술의 제시에 전용인 섹션에서 이미 논의되었다.
도 2는 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신 시스템의 송신기의 제1 예의 블록도를 도시하고, 종래 기술의 제시에 전용인 섹션에서 이미 논의되었다.
도 3은 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신 시스템의 송신기의 제2 예의 블록도를 도시하고, 종래 기술의 제시에 전용인 섹션에서 이미 논의되었다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 블록도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 블록도를 도시한다.
제1 실시예
비제한적인 예로 주어지는, 본 발명의 장치의 제1 실시예로서, 우리는 도 4에, 제1 모놀리식 집적 회로로부터 제2 모놀리식 집적 회로로 디지털 송신을 위해 m=4 개의 송신 채널을 제공하는 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신용 송신기의 블록도를 나타냈고, 송신기는,
제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 n=4 개의 커플링 장치(111)(112)(113)(114) - 상기 커플링 장치들 각각은 자계 변동에 민감한 평면 와인딩(planar winding)임 -;
제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기(13) - 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는 m 개의 입력 포트 및 n 개의 출력 포트를 갖고, 상기 출력 포트들 각각은 상기 커플링 장치들(111)(112)(113)(114) 중 오직 하나와 접속되고, 상기 커플링 장치들(111)(112)(113)(114) 각각은 상기 출력 포트들 중 오직 하나와 접속되고, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기가 활성 상태에 있을 때, 작은 신호들에 대해, 송신을 위해 이용되는 주파수 대역 내의 각각의 주파수에서, 단락 전달 어드미턴스 행렬을 갖고, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬은 n×m 크기의 복소 행렬이고, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행의 두 개 이상의 엔트리는 제로와 크게 상이함 -; 및
m 개의 신호 성형 회로(181)(182)(183)(184) - 상기 신호 성형 회로들 각각은 소스(19)와 접속된 입력 포트를 갖고, 상기 신호 성형 회로들 각각은 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기(13)의 입력 포트들 중 하나와 접속된 출력 포트를 가짐 - 를 포함한다.
도 4에 도시된 송신기는, 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 n 개의 커플링 장치를 포함하는 수신기를 또한 포함하는 근접장 다중채널 송신 시스템의 일부이고, 이 커플링 장치들 각각은 자계 변동에 민감한 평면 와인딩이다. 제1 모놀리식 집적 회로 및 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 상기 2n 개의 커플링 장치 간의 모든 상호작용들은 다음의 방정식들에 의해 기술된다.
Figure 112013115794522-pct00009
Figure 112013115794522-pct00010
ω는 라디안 주파수이고, L T, L C, L R, R T, 및 R R은 n×n 실수 정방 행렬이고, t X는 행렬 X의 전치 행렬(transpose)이고, I R은 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들에 의해 제공되는 전류들의 열 벡터이고, V R은 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들 간의 전압들의 열 벡터이고, V O와 I O는 상기에서 정의된다.
행렬들 L T, L C, 및 L R의 모든 엔트리들은 인덕턴스의 차원들을 갖는다. 행렬들 R T, 및 R R의 모든 엔트리들은 저항의 차원들을 갖는다. 제1 모놀리식 집적 회로와 제2 모놀리식 집적 회로는 구조적으로 결합되고, 전문가는 행렬들 L T, L C, L R, R T, 및 R R을 계산하는 것이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 제1 실시예에 있어서, 설계자는, Y O, Y R, 및 Y I의 모든 엔트리들이 송신을 위해 이용되는 주파수 대역에서 작은 절대값을 갖도록, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기를 이용하므로, 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들 간의 전압들은 다음 식에 의해 근사적으로 주어진다.
Figure 112013115794522-pct00011
설계자는 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들 각각에 높은 임피던스를 주는 수신기를 이용한다. 따라서, 전문가는, 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들 간의 전압들 간의 크로스토크를 각각이 상쇄할 수 있는 단락 전달 어드미턴스 행렬들의 세트가 다음의 조건에 의해 정의된다는 것을 이해할 것이다.
Figure 112013115794522-pct00012
D는 대각 복소 행렬이고, D는 임의이며 주파수 의존적일 수 있다. 따라서, 설계자는, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬이 주파수 독립적 실수 행렬과 대각 행렬의 곱이 되도록, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기를 설계할 수 있다. 적절한 단락 전달 어드미턴스 행렬은, 다중 입력 다중 출력 직렬-직렬 피드백 증폭기 또는 의사-차동 입력들을 갖는 다중 입력 다중 출력 직렬-직렬 피드백 증폭기를 이용하여 획득될 수 있다. 따라서, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는 송신을 위해 이용되는 상기 주파수 대역 내의 각각의 주파수에서, 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행의 두 개 이상의 엔트리가 제로와 크게 상이하도록 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬을 제공하는 피드백을 이용할 수 있다.
제2 실시예
비제한적인 예로 주어지는 본 발명의 장치의 제2 실시예로서, 우리는 도 5에 제1 모놀리식 집적 회로로부터 제2 모놀리식 집적 회로로 디지털 송신을 위해 m=4 개의 송신 채널을 제공하는 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신용 송신기의 블록도를 나타냈고, 송신기는,
제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 n=4 개의 커플링 장치(111)(112)(113)(114) - 상기 커플링 장치들 각각은 전계 변동에 민감한 도전성 표면임 -;
제1 모놀리식 집적 회로(1)에 내장된 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기(13) - 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는 m 개의 입력 포트 및 n 개의 출력 포트를 갖고, 상기 출력 포트들 각각은 상기 커플링 장치들(111)(112)(113)(114) 중 오직 하나와 접속되고, 상기 커플링 장치들(111)(112)(113)(114) 각각은 상기 출력 포트들 중 오직 하나와 접속되고, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기가 활성 상태에 있을 때, 작은 신호들에 대해, 송신을 위해 이용되는 주파수 대역 내의 각각의 주파수에서, 단락 전달 어드미턴스 행렬을 갖고, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬은 n×m 크기의 복소 행렬이고, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행의 두 개 이상의 엔트리는 제로와 상이함 -; 및
m 개의 신호 성형 회로(181)(182)(183)(184) - 상기 신호 성형 회로들 각각은 소스(19)와 접속된 입력 포트를 갖고, 상기 신호 성형 회로들 각각은 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기(13)의 입력 포트들 중 하나와 접속된 출력 포트를 가짐 - 를 포함한다.
도 5에 도시된 송신기는, 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 n 개의 커플링 장치를 포함하는 수신기를 또한 포함하는 근접장 다중채널 송신 시스템의 일부이고, 상기 커플링 장치들 각각은 전계 변동에 민감한 도전성 표면이다. 제1 모놀리식 집적 회로 및 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 2n 개의 커플링 장치 간의 모든 상호작용들은 다음의 방정식들에 의해 기술된다.
Figure 112013115794522-pct00013
Figure 112013115794522-pct00014
C T, C C, 및 C R은 n×n 실수 정방 행렬이고, I R은 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들에 의해 제공되는 전류들의 열 벡터이고, V R은 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들 간의 전압들의 열 벡터이고, V O와 I O는 상기에서 정의된다.
행렬들 C T, C C, 및 C R의 모든 엔트리들은 용량의 차원들을 갖는다. 제1 모놀리식 집적 회로와 제2 모놀리식 집적 회로는 구조적으로 결합되고, 전문가들은 행렬들 C T, C C, 및 C R을 계산하는 것이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 제2 실시예에 있어서, 설계자는, Y O, Y R, 및 Y I의 모든 엔트리들이 송신을 위해 이용되는 주파수 대역에서 작은 절대값을 갖도록, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기를 이용하므로, 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들에 의해 제공되는 전류들은 다음 식에 의해 근사적으로 주어진다.
Figure 112013115794522-pct00015
설계자는 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들 각각에 낮은 임피던스를 주는 수신기를 이용한다. 따라서, 전문가는, 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들에 의해 제공되는 전류들 간의 크로스토크를 각각이 상쇄할 수 있는 단락 전달 어드미턴스 행렬들의 세트가 다음의 조건에 의해 정의된다는 것을 이해할 것이다.
Figure 112013115794522-pct00016
D는 대각 복소 행렬이고, D는 임의이며 주파수 의존적일 수 있다. 따라서, 설계자는, 단락 전달 어드미턴스 행렬이 주파수 독립적 실수 행렬과 대각 행렬의 곱이 되도록, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기를 설계할 수 있다. 적절한 단락 전달 어드미턴스 행렬은, 다중 입력 다중 출력 직렬-직렬 피드백 증폭기 또는 의사-차동 입력들을 갖는 다중 입력 다중 출력 직렬-직렬 피드백 증폭기를 이용하여 획득될 수 있다.
제3 실시예
비제한적인 예로 주어지는 본 발명의 장치의 제3 실시예는 또한 도 5에 도시된 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신용 송신기의 블록도에 대응한다. 제2 실시예에 관한 상기의 내용은, 이 제3 실시예에서는, Y O가 G O에 의해 내타내어지는 대각 실수 행렬과 같고, 송신을 위해 이용되는 주파수 대역에서, G O의 각각의 대각 엔트리의 절대값이 jωC T의 모든 엔트리들의 절대값들보다 훨씬 크다는 것을 제외하고는, 이 제3 실시예에 적용될 수 있다. 이것은, 낮은 출력 임피던스를 갖는 드라이버들이 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기의 출력단으로서 이용되기 때문이다. 따라서, 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들에 의해 제공되는 전류들은 다음 식에 의해 근사적으로 주어진다.
Figure 112013115794522-pct00017
설계자는 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들 각각에 낮은 임피던스를 주는 수신기를 이용한다. 따라서, 전문가는 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들에 의해 제공되는 전류들 간의 크로스토크를 각각이 상쇄할 수 있는 단락 전달 어드미턴스 행렬들의 세트가 다음의 조건에 의해 정의된다는 것을 이해할 것이다.
Figure 112013115794522-pct00018
D는 대각 복소 행렬이고, D는 임의이며 주파수 의존적일 수 있다. 따라서, 설계자는, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬이 주파수 독립적 실수 행렬과 대각 행렬의 곱이 되도록, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기를 설계할 수 있다. 적절한 단락 전달 어드미턴스 행렬은, 다중 입력 다중 출력 직렬-직렬 피드백 증폭기 또는 의사-차동 입력들을 갖는 다중 입력 다중 출력 직렬-직렬 피드백 증폭기를 이용하여 획득될 수 있다.
제4 실시예(최선의 모드)
본 발명을 실시하는 최선의 모드이며 비제한적인 예로 주어지는 본 발명의 장치의 제4 실시예에 있어서, 제1 모놀리식 집적 회로로부터 제2 모놀리식 집적 회로로 전송될 바이너리 신호에 각각 대응하는 m 개의 송신 채널을 제공하는 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신용 송신기로서, m은 2 이상의 정수이고, 송신기는,
제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 n=m 개의 커플링 장치 -상기 커플링 장치들 각각은 자계 변동에 민감한 다층 와인딩임-; 및
제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 다중 입력 포트 다중 출력 포트 회로 -상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 회로는 n 개의 출력 포트를 갖고, 상기 출력 포트들 각각은 상기 커플링 장치들 중 오직 하나와 접속되고, 상기 커플링 장치들 각각은 상기 출력 포트들 중 오직 하나와 접속되고, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 회로는, 상기 커플링 장치들 각각이 전송될 상기 바이너리 신호들 중 두 개 이상에 의해 결정된 전류의 대상이 되도록 됨-를 포함한다.
상기 바이너리 신호들에 1부터 m까지 번호를 매기기로 한다. 또한 상기 커플링 장치들에 1부터 m까지 번호를 매기기로 한다. 1 이상이고 m 이하인 정수 j에 대해, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 회로는 원래 신호 Xj와 상보 신호
Figure 112013115794522-pct00019
를 수신한다. 원래 신호 Xj는 다중 입력 포트 다중 출력 포트 회로의 절연 게이트 필드-효과 트랜지스터의 게이트에 인가된다. 이 절연 게이트 필드-효과 트랜지스터의 드레인은 번호 j의 커플링 장치와 결합되고, Xj=0일 때 이 드레인을 통해 전류가 흐르지 않는다. 상보 신호
Figure 112013115794522-pct00020
는 다중 입력 포트 다중 출력 포트 회로의 하나 이상의 다른 절연 게이트 필드-효과 트랜지스터의 게이트에 인가된다. 상기 하나 이상의 다른 절연 게이트 필드-효과 트랜지스터 각각의 드레인은 번호 j의 커플링 장치 이외의 다른 커플링 장치에 결합되고,
Figure 112013115794522-pct00021
=0일 때 이 드레인을 통해 전류가 흐르지 않는다. 각각의 커플링 장치는, 게이트에 보상 신호가 인가되는 적어도 하나의 절연 게이트 필드-효과 트랜지스터의 드레인과 결합되고, 각각의 커플링 장치는 전송될 두 개 이상의 바이너리 신호에 의해 결정된 전류의 대상이다. 전문가는 절연 게이트 필드-효과 트랜지스터들의 채널 폭들이, 제2 모놀리식 집적 회로에 내장된 커플링 장치들 간의 전압들 간의 크로스토크가 상쇄되도록, 비례시켜질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
전문가는 제4 실시예에 있어서, 다중 입력 포트 다중 출력 포트 회로가 선형 회로로서 동작하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 이 제4 실시예는 의미 있는 단락 전달 어드미턴스 행렬이 정의될 수 있는 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기를 포함하지 않는다. 이 제4 실시예는 내부 크로스토크를 줄일 수 있고, 낮은 소비 전력을 갖는다.
산업상 응용에 관한 정보
본 발명의 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신을 위한 송신기는 삼차원 집적을 이용하는 시스템-인-패키지의 적층 칩들 간의 수직 신호 송신을 위해 이용되는 용량성 또는 유도성 링크들에서 송신기로서 이용될 수 있다.
상기에서 제시된 본 발명의 장치의 제1, 제2, 및 제3 실시예에서, 본 발명의 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신을 위한 송신기는 m=4 개의 송신 채널을 제공한다. 이것은 전혀 본 발명의 특징이 아니다. 본 발명의 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신을 위한 송신기는 다수의 송신 채널을 제공할 수 있다.
본 발명의 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신을 위한 송신기는 아날로그 신호 및/또는 디지털 신호를 전송하기에 적합하다. 본 발명의 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신을 위한 송신기는 임의의 타입의 변조를 이용하여 신호들을 전송하기에 적합하다.
본 발명의 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신을 위한 송신기는 광대역폭에 걸쳐 송신 채널들 간의 크로스토크를 감소시키는 이점을 갖는다. 본 발명의 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신을 위한 송신기는 주어진 영역에서 생성될 수 있는 송신 채널의 수를 증가시키는 이점을 갖는다. 본 발명의 근접장 칩-투-칩 다중채널 송신을 위한 송신기는 주어진 영역에서 획득될 수 있는 송신 거리를 증가시키는 이점을 갖는다.

Claims (10)

  1. 제1 모놀리식 집적 회로(monolithic integrated circuit)로부터 제2 모놀리식 집적 회로로 전송될 신호에 각각 대응하는 m개의 전송 채널을 제공하는 근접장 다중채널 전송 시스템(near-field multichannel transmission system)의 송신기로서 - m은 2 이상의 정수이며, 상기 제1 모놀리식 집적 회로와 상기 제2 모놀리식 집적 회로는 구조적으로 결합됨 -,
    상기 제1 모놀리식 집적 회로에 내장된 n개의 커플링 장치(111; 112; 113; 114); 및
    다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기(multiple-input-port and multiple-output-port amplifier; 13)
    를 포함하고,
    n은 m 이상의 정수이며, 상기 커플링 장치들 각각은 전송될 상기 신호들 중 2개 이상의 신호에 의해 결정되는 전기적 변수(electrical variable)의 대상이 되고,
    상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는 상기 제1 모놀리식 집적 회로에 내장되고, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는 m개의 입력 포트 및 n개의 출력 포트를 갖고, 상기 출력 포트들 각각은 상기 커플링 장치들 중 단 하나에만 접속되고, 상기 커플링 장치들 각각은 상기 출력 포트들 중 단 하나에만 접속되고, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기는, 상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기가 활성화된 상태에 있는 경우에, 작은 신호들에 대하여, 전송에 이용되는 주파수 대역에서의 각각의 주파수에서, 단락 전달 어드미턴스 행렬(short-circuit transfer admittance matrix)을 갖고, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬은 n×m 크기의 복소 행렬이고, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행의 2개 이상의 엔트리는 0과는 상이한 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커플링 장치들(111; 112; 113; 114) 중 하나 이상은 전계 변동(electric field variations)에 민감한 송신기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커플링 장치들(111; 112; 113; 114) 중 하나 이상은 자계 변동(magnetic field variations)에 민감한 송신기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전송에 이용되는 주파수 대역에서의 각각의 주파수에서, 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행에서, 최대 절대값을 갖는 엔트리와는 상이한 적어도 하나의 엔트리는 상기 최대 절대값을 갖는 엔트리의 절대값의 1/100배보다 더 큰 절대값을 갖는 송신기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단락 전달 어드미턴스 행렬은 대각 행렬과 주파수 독립적 실수 행렬(frequency-independent real matrix)의 곱(product)인 송신기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기(13)는, 상기 전송에 이용되는 주파수 대역에서의 각각의 주파수에서, 단락 전달 어드미턴스 행렬의 각 행의 2개 이상의 엔트리가 0과는 상당히 상이하도록 상기 단락 전달 어드미턴스 행렬을 제공하는 피드백을 이용하는 송신기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기(13)는 다중 입력 다중 출력 직렬-직렬 피드백 증폭기를 포함하는 송신기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다중 입력 포트 다중 출력 포트 증폭기(13)는 의사-차동 입력들(pseudo-differential inputs)을 갖는 다중 입력 다중 출력 직렬-직렬 피드백 증폭기를 포함하는 송신기.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 n개의 커플링 장치(111; 112; 113; 114)는, 상기 제2 모놀리식 집적 회로로부터 상기 제1 모놀리식 집적 회로로 전송될 신호에 각각 대응하는 하나 이상의 전송 채널을 제공하는 근접장 전송 시스템의 일부로서, 전계 및/또는 자계를 수신하는데 사용되는 송신기.
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