KR101747644B1 - 임피던스 측정 회로를 가진 전자 디바이스 - Google Patents

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리앙 한
매튜 에이. 모우
토마스 이. 비드카
밍-주 차이
제임스 지. 주드킨스
빅터 씨. 리
마티아 파스콜리니
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Abstract

전자 디바이스에는 무선 회로가 제공될 수 있다. 무선 회로는 안테나를 향해 신호들을 송신하는 무선 트랜시버 회로를 포함할 수 있다. 신호 경로는 송신 신호들을 안테나로 운반할 수 있다. 안테나로부터의 반사 신호들은 신호 경로를 따라 트랜시버 회로를 향해 운반될 수 있다. 결합기 회로는 송신 신호들을 탭핑하는 순방향 결합기, 안테나로부터의 반사 신호들을 탭핑하는 제1 역방향 결합기, 및 제1 역방향 결합기를 통과한 반사 신호들을 탭핑하는 제2 역방향 결합기를 포함할 수 있다. 아날로그 처리 회로 및 디지털 처리 회로는 결합기 회로로부터의 탭핑된 신호들로부터 임피던스 측정값을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 아날로그 처리 회로는 아날로그 신호 혼합기들, 저역 통과 필터들, 및 아날로그-디지털 변환기 회로를 포함할 수 있다.

Description

임피던스 측정 회로를 가진 전자 디바이스{ELECTRONIC DEVICE WITH IMPEDANCE MEASUREMENT CIRCUITRY}
본 출원은 2015년 12월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/980,591호, 및 2015년 1월 13일자로 출원된 가특허 출원 제62/102,954호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 통합된다.
본 발명은 일반적으로 전자 디바이스들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선 통신 회로를 가진 전자 디바이스들에 관한 것이다.
전자 디바이스들은 종종 무선 통신 회로를 포함한다. 예를 들어, 휴대 전화들(cellular telephones), 컴퓨터들, 및 다른 디바이스들은 종종 무선 통신들을 지원하기 위한 안테나들 및 무선 트랜시버들을 포함한다.
일부 무선 디바이스들에서, 무선 성능은, 디바이스들 내에 안테나들을 로드하는 인근 물체들의 존재와 같은 환경 요인들에 의해 영향을 받을 수 있다. 디바이스가 만족스럽게 수행하는 것을 보장하기 위해, 동작 동안 안테나 임피던스를 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 그 다음, 안테나 임피던스 정보는 안테나를 조정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 주의하지 않으면, 임피던스 측정 회로는 원하는 것보다 더 많은 디바이스 자원을 소비할 수 있거나 또는 디바이스에서 무선 회로의 동작을 제어할 때 사용하기에 충분히 정확하지 않을 수 있다.
그러므로, 전자 디바이스들을 위한 개선된 무선 회로, 이를테면, 무선 전자 디바이스들을 위한 개선된 임피던스 모니터링 회로를 제공할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
전자 디바이스에는 무선 회로가 제공될 수 있다. 무선 회로는 안테나에 신호들을 송신하는 무선 트랜시버 회로를 포함할 수 있다. 임피던스 측정 회로는 트랜시버와 안테나 사이에 개재될 수 있고, 안테나 튜닝 컴포넌트 또는 다른 튜닝가능 안테나 회로와 연관된 집적 회로에 통합될 수 있고, 안테나의 부분으로서 형성될 수 있고, 또는 임피던스들을 측정하기 위한 무선 회로 내의 다른 곳에 위치될 수 있다.
신호 경로는 트랜시버 회로로부터의 송신 신호들을 안테나로 운반할 수 있다. 안테나로부터의 반사 신호들은 신호 경로를 따라 트랜시버 회로를 향해 운반될 수 있다. 임피던스 측정 회로가 트랜시버와 안테나 사이에 위치하는 구성에서, 임피던스 측정 회로는 신호 경로를 따라 위치하는 결합기 회로를 구비할 수 있다. 결합기 회로는 송신 신호들을 탭핑하는(tap) 순방향 결합기 부분, 안테나로부터의 반사 신호들을 탭핑하는 제1 역방향 결합기 부분, 및 이러한 신호들이 제1 역방향 결합기 부분을 통과한 이후에 반사 신호들을 탭핑하는 제2 역방향 결합기 부분을 포함할 수 있다.
임피던스 측정 회로는 아날로그 처리 회로 및 디지털 처리 회로를 구비할 수 있다. 아날로그 신호 처리 회로 및 디지털 신호 처리 회로는 결합기 회로로부터의 탭핑 신호들로부터 임피던스 측정값을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 아날로그 처리 회로는 아날로그 신호 혼합기들, 저역 통과 필터들, 및 아날로그-디지털 변환 회로를 포함할 수 있다. 디지털 신호 처리 회로는 아날로그 처리 회로에서 아날로그-디지털 변환 회로로부터 수신된 디지털 신호들을 처리할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 통신 회로를 가진 예시적인 전자 디바이스의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 무선 회로의 다이어그램이다.
도 3은 일 실시예에 따른 예시적인 임피던스 모니터링 회로의 다이어그램이다.
도 4는, 일 실시예에 따라 임피던스 측정값들을 생성하기 위해, 도 3에 도시된 유형의 회로를 사용하여 측정 및 처리될 수 있는 예시적인 신호들을 도시한다.
도 5는, 일 실시예에 따라 임피던스 측정값들을 생성하기 위해, 도 4에 도시된 유형의 신호들이 도 3에 도시된 유형의 회로를 사용하여 어떻게 처리될 수 있는지를 도시하는 다이어그램이다.
도 1의 전자 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스는 무선 회로를 포함할 수 있다. 무선 회로는 무선 신호들을 송신 및 수신하기 위한 안테나 구조들에 결합되는 트랜시버 회로를 포함할 수 있다. 무선 회로 내에 임피던스 모니터링 회로들이 형성될 수 있다. 임피던스 모니터링 회로들은 무선 회로 임피던스들을 측정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 안테나의 임피던스들 및 다른 임피던스 값들이 측정될 수 있다. 임피던스 정보는 전자 디바이스(10)에서 안테나 구조들을 튜닝하는데 또는 다른 액션들을 수행하는데 사용될 수 있다.
도 1의 디바이스(10)는, 랩톱 컴퓨터, 내장형 컴퓨터를 포함하는 컴퓨터 모니터, 태블릿 컴퓨터, 휴대 전화, 미디어 플레이어, 또는 다른 핸드헬드나 휴대용 전자 디바이스와 같은 컴퓨팅 디바이스, 손목 시계 디바이스, 펜던트 디바이스, 헤드폰 또는 이어피스 디바이스와 같은 소형 디바이스, 안경 또는 사용자의 머리에 착용되는 다른 장비에 내장되는 디바이스, 또는 다른 착용가능 혹은 미니어처 디바이스, 텔레비전, 내장형 컴퓨터를 포함하지 않는 컴퓨터 디스플레이, 게이밍 디바이스, 내비게이션 디바이스, 디스플레이를 갖는 전자 장비가 키오스크 또는 자동차에 장착된 시스템과 같은 내장형 시스템, 이들 디바이스 중 둘 이상의 기능성을 구현하는 장비, 또는 다른 전자 장비일 수 있다.
디바이스(10)는, 플라스틱, 유리, 세라믹, 섬유 복합재, 금속(예컨데, 스테인레스 스틸, 알루미늄 등), 다른 적절한 재료들, 또는 이러한 재료들 중 임의의 2개 이상의 조합으로 형성된 하우징에 장착된 디스플레이를 가질 수 있다. 하우징은, 하우징의 일부 또는 전부가 단일의 구조로서 머시닝(machined) 또는 몰딩되는(molded) 단일체 구성을 사용하여 형성될 수 있거나, 또는 다중 구조(예컨대, 내부 프레임 구조, 외부 하우징 표면들을 형성하는 하나 이상의 구조 등)를 사용하여 형성될 수 있다. 디스플레이는 도전성 용량성 터치 센서 전극들 또는 다른 터치 센서 컴포넌트들(예컨대, 저항성 터치 센서 컴포넌트들, 음향 터치 센서 컴포넌트들, 힘-기반 터치 센서 컴포넌트들, 광-기반 터치 센서 컴포넌트들 등)의 층을 통합하는 터치 스크린 디스플레이일 수 있거나, 또는 터치-감응식이 아닌 디스플레이일 수 있다. 디스플레이는 액정 디스플레이 혹은 유기 발광 다이오드 디스플레이일 수 있거나, 또는 다른 디스플레이 기술들을 사용하여 형성된 디스플레이일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 저장 및 처리 회로(30)와 같은 제어 회로를 포함할 수 있다. 저장 및 처리 회로(30)는, 하드 디스크 드라이브 스토리지, 불휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리 또는 솔리드 스테이트 드라이브를 형성하도록 구성된 다른 전기적으로-프로그램가능한-판독-전용 메모리), 휘발성 메모리(예컨대, 정적 또는 동적 랜덤-액세스-메모리) 등과 같은 스토리지를 포함할 수 있다. 저장 및 처리 회로(30)에서의 처리 회로는 디바이스(10)의 동작을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 처리 회로는, 하나 이상의 마이크로처리기, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리기, 기저대역 처리기 집적 회로, 주문형 집적 회로 등에 기초한 것일 수 있다.
저장 및 처리 회로(30)는, 인터넷 브라우징 애플리케이션들, VOIP(voice-over-internet-protocol) 전화 호출 애플리케이션들, 이메일 애플리케이션들, 미디어 재생 애플리케이션들, 운영 체제 기능들 등과 같은, 소프트웨어를 디바이스(10) 상에서 실행하기 위해 사용될 수 있다. 외부 장비와의 상호작용들을 지원하기 위해, 저장 및 처리 회로(30)는 통신 프로토콜들을 구현하는데 사용될 수 있다. 저장 및 처리 회로(30)를 사용하여 구현될 수 있는 통신 프로토콜들은, 인터넷 프로토콜들, 무선 근거리 네트워크 프로토콜들(예컨대, IEEE 802.11 프로토콜들 -- 때때로 WiFi®라 함), Bluetooth® 프로토콜과 같은 다른 단거리 무선 통신 링크들을 위한 프로토콜들, 휴대 전화 프로토콜들, MIMO 프로토콜들, 안테나 다이버시티 프로토콜들, 위성 내비게이션 시스템 프로토콜들 등을 포함한다.
디바이스(10)는 입-출력 회로(44)를 포함할 수 있다. 입-출력 회로(44)는 입-출력 디바이스들(32)을 포함할 수 있다. 입-출력 디바이스들(32)은 데이터가 디바이스(10)에 공급되도록 하고, 데이터가 디바이스(10)로부터 외부 디바이스들로 제공되도록 하기 위해 사용될 수 있다. 입-출력 디바이스들(32)은 사용자 인터페이스 디바이스들, 데이터 포트 디바이스들, 및 다른 입-출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입-출력 디바이스들은, 터치 스크린들, 터치 센서 능력들이 없는 디스플레이들, 버튼들, 조이스틱들, 스크롤링 휠들, 터치 패드들, 키패드들, 키보드들, 마이크로폰들, 카메라들, 스피커들, 상태 표시기들, 광원들, 오디오 잭들 및 다른 오디오 포트 컴포넌트들, 디지털 데이터 포트 디바이스들, 광 센서들, 가속도계들 또는 지구(Earth)에 대한 움직임 및 디바이스 방향을 검출할 수 있는 다른 컴포넌트들, 커패시턴스 센서들, 근접 센서들(예컨대, 용량성 근접 센서 및/또는 적외선 근접 센서), 자기 센서들, 커넥터 포트 센서 또는 디바이스(10)가 도크에 장착되는지를 결정하는 다른 센서, 및 다른 센서들과 입-출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
입-출력 회로(44)는 외부 장비와 무선으로 통신하기 위한 무선 통신 회로(34)를 포함할 수 있다. 무선 통신 회로(34)는, 하나 이상의 집적 회로들, 전력 증폭기 회로, 저-잡음 입력 증폭기들, 수동 RF 컴포넌트들, 하나 이상의 안테나들(40), 송신 라인들, 및 RF 무선 신호들을 핸들링하기 위한 다른 회로로 형성된 RF(Radio-Frequency) 트랜시버 회로를 포함할 수 있다. 무선 신호들은 또한 광을 사용하여(예컨대, 적외선 통신들을 사용하여) 전송될 수 있다.
무선 통신 회로(34)는 다양한 무선-주파수 통신 대역들을 핸들링하기 위한 무선-주파수 트랜시버 회로(90)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로(34)는 트랜시버 회로(36, 38, 및 42)를 포함할 수 있다.
트랜시버 회로(36)는 WiFi®(IEEE 802.11) 통신을 위한 2.4GHz 및 5GHz 대역들을 핸들링할 수 있고 2.4GHz Bluetooth® 통신 대역을 핸들링할 수 있는 WLAN(wireless local area network) 트랜시버 회로일 수 있다.
회로(34)는 (예들로서) 700 내지 960MHz의 낮은 통신 대역, 1710 내지 2170MHz의 중간 대역, 및 2300 내지 2700MHz의 높은 대역 또는 700MHz와 2700MHz 사이의 다른 통신 대역들 또는 다른 적절한 주파수들과 같은 주파수 범위들에서 무선 통신들을 핸들링하기 위한 휴대 전화 트랜시버 회로(38)를 사용할 수 있다. 회로(38)는 음성 데이터 및 비-음성 데이터를 핸들링할 수 있다.
무선 통신 회로(34)는, 원하는 경우, 다른 근거리 및 장거리 무선 링크들을 위한 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 회로(34)는, 60㎓ 트랜시버 회로, 텔레비전 및 라디오 신호들을 수신하기 위한 회로, 페이징 시스템 트랜시버들, NFC(Near Field Communications) 회로 등을 포함할 수 있다.
무선 통신 회로(34)는 1575MHz에서 GPS(Global Positioning System) 신호들을 수신하거나 또는 다른 위성 위치확인 데이터(예컨대, 1609MHz에서의 GLONASS 신호들)를 핸들링하기 위한 GPS 수신기 회로(42)와 같은 위성 내비게이션 시스템 회로를 포함할 수 있다. 수신기(42)를 위한 위성 내비게이션 시스템 신호들은 지구 궤도를 도는 위성들의 무리로부터 수신된다. WiFi® 및 Bluetooth® 링크들 및 다른 근거리 무선 링크들에서, 무선 신호들은 통상적으로 수십 또는 수백 피트에 걸쳐 데이터를 전달하기 위해 사용된다. 휴대 전화 링크들 및 다른 장거리 링크들에서, 무선 신호들은 통상적으로 수천 피트 또는 마일(mile)에 걸쳐 데이터를 전달하기 위해 사용된다.
무선 통신 회로(34)에서 안테나들(40)은 임의의 적절한 안테나 유형들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나들(40)은 루프 안테나 구조들, 패치 안테나 구조들(patch antenna structures), 역 F형 안테나 구조들, 슬롯 안테나 구조들, 평면 역 F형 안테나 구조들(planar inverted-F antenna structures), 나선형 안테나 구조들, 이들 설계들의 복합형들 등으로 형성되는 공진 엘리먼트들을 갖는 안테나들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 안테나들(40) 중 하나 이상은 캐비티-백(cavity-backed) 안테나일 수 있다. 상이한 대역들 및 대역들의 조합들에 대해 상이한 유형들의 안테나가 사용될 수 있다. 예를 들어, 로컬 무선 링크 안테나를 형성하는데 하나의 유형의 안테나가 사용될 수 있고, 원격 무선 링크 안테나를 형성하는데 다른 유형의 안테나가 사용될 수 있다. 위성 내비게이션 시스템 신호들을 수신하기 위한 전용 안테나들이 사용될 수 있거나, 또는, 원하는 경우, 안테나들(40)은 위성 내비게이션 시스템 신호들 및 다른 통신 대역들에 대한 신호들(예컨대, 무선 근거리 네트워크 신호들 및/또는 휴대 전화 신호들) 양자 모두를 수신하도록 구성될 수 있다.
송신 라인 경로들은 안테나 구조들(40)을 트랜시버 회로(90)에 결합하기 위해 사용될 수 있다. 디바이스(10)에서의 송신 라인들은, 동축 케이블 경로들, 마이크로스트립 송신 라인들, 스트립라인 송신 라인들, 에지-결합된(edge-coupled) 마이크로스트립 송신 라인들, 에지-결합된 스트립라인 송신 라인들, 이러한 유형들의 송신 라인들의 조합들로 형성되는 송신 라인들 등을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 필터 회로, 스위칭 회로, 임피던스 매칭 회로, 및 다른 회로가 송신 라인들 내에 개재될 수 있다.
디바이스(10)는 다중 안테나들(40)을 포함할 수 있다. 안테나들은 함께 사용될 수 있거나, 또는 안테나들 중 하나가 사용으로 전환될 수 있는 동안 다른 안테나(들)는 미사용으로 전환될 수 있다. 원하는 경우, 제어 회로(30)는 실시간으로 무선 회로 조정들을 하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 조정들은, 예를 들어, 디바이스(10)에서 사용할 최적 안테나, 안테나 튜닝 세팅들, 임피던스 매칭 회로 세팅들, 필터 세팅들, 무선 트랜시버 세팅들, 페이즈드 안테나 어레이 세팅들 등의 선택을 포함할 수 있다. 제어 회로(30)는 수신된 신호 강도에 대한 정보에 기초하여, 센서 데이터(예컨대, 가속도계로부터의 방향 정보)에 기초하여, 다른 센서 정보(예컨대, 디바이스(10)가 도크에 세로 방향으로 장착되었는지를 나타내는 정보)에 기초하여, 임피던스 정보(예컨대, 안테나 임피던스 측정값 또는 다른 임피던스 측정값)에 기초하여, 또는 디바이스(10)의 동작에 관한 다른 정보에 기초하여 무선 회로 조정을 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 회로(34) 내의 트랜시버 회로(90)는 경로(92)와 같은 경로들을 사용하여 안테나 구조들(40)에 결합될 수 있다. 무선 회로(34)는 제어 회로(30)에 결합될 수 있다. 제어 회로(30)는 입-출력 디바이스들(32)에 결합될 수 있다. 입-출력 디바이스들(32)은 디바이스(10)로부터의 출력을 공급할 수 있고, 디바이스(10)의 외부에 있는 소스들로부터의 입력을 수신할 수 있다.
외부 물체들의 존재로 인해 로드될 때 만족스러운 동작을 보장하도록 조정될 능력 및/또는 관심 있는 통신 주파수들을 커버하는 능력을 안테나 구조들(40)에 제공하기 위해, 안테나 구조(40)에는 튜닝가능 회로가 제공될 수 있다. 원하는 경우, 안테나 구조들(40)은 필터 회로(예컨대, 하나 이상의 수동 필터 및/또는 하나 이상의 튜능가능 필터 회로)를 포함할 수 있거나 또는 필터 회로는 안테나 구조들(40)에 결합될 수 있다. 커패시터들, 인덕터들, 및 저항기들과 같은 별개의 컴포넌트들이 필터 회로 내에 통합될 수 있다. 용량성 구조들, 유도성 구조들, 및 저항성 구조들 또한 패터닝된 금속 구조들(예컨대, 안테나의 부분)로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 관심 있는 통신 대역들에 걸쳐 안테나들(40)을 튜닝하거나 또는 다른 방식으로 안테나 구조들(40)을 조정하기 위해, 안테나 구조들(40)에는 튜닝가능 컴포넌트들(102)과 같은 조정가능 회로들이 제공될 수 있다. 튜닝가능 컴포넌트들(102)은 튜닝가능 인덕터들, 튜닝가능 커패시터들, 또는 다른 튜닝가능 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이들과 같은 튜닝가능 컴포넌트들은 고정된 컴포넌트들의 스위치들 및 네트워크들, 연관된 분포 커패시턴스들 및 인덕턴스들을 생성하는 분포 금속 구조들, 가변 커패시턴스 및 인덕턴스 값들을 생성하기 위한 가변 솔리드 스테이트 디바이스들, 튜닝가능 필터들, 또는 다른 적절한 튜닝가능 구조들에 기초한 것일 수 있다. 원하는 경우, 스위칭 회로, 및 연관된 제어 및 통신 회로들을 구현하기 위해 집적 회로가 사용될 수 있다. 조정가능 인덕터 또는 조정가능 커패시터를 형성하기 위해, 온-칩 또는 외부 인덕터들 혹은 커패시터들과 함께 스위칭 회로가 사용될 수 있다(즉, 튜닝가능 컴포넌트(102)를 형성하기 위해, 별개의 컴포넌트들에 집적 회로가 결합될 수 있다). 디바이스(10)의 동작 동안, 제어 회로(30)는, 경로(88)와 같은 하나 이상의 경로 상에, 튜닝가능 컴포넌트들(102)과 연관된 인덕턴스 값들, 커패시턴스 값들, 또는 다른 파라미터들을 조정하는 제어 신호들을 발행할 수 있고, 이에 의해 원하는 통신 대역들을 커버하도록 안테나 구조들(40)을 튜닝한다. 안테나들(40)이 고정되는(튜닝가능하지 않은) 구성들 또한 사용될 수 있다.
경로(92)는 송신 라인을 형성할 수 있다. 인덕터들, 저항기들, 및 커패시터들과 같은 컴포넌트들로 형성된 매칭 네트워크가 안테나 구조들(40)의 임피던스를 송신 라인(90)에서 트랜시버의 임피던스에 매칭하는데 사용될 수 있다. 매칭 네트워크 컴포넌트들은 별개의 컴포넌트들(예컨대, 표면 장착 기술 컴포넌트들)로서 제공될 수 있거나 또는 하우징 구조들, 인쇄 회로 기판 구조들, 플라스틱 지지대 상의 트레이스들 등으로 형성될 수 있다. 이들과 같은 컴포넌트들은 또한 안테나 구조들(40)에 필터 회로를 형성하는데 사용될 수 있다.
실시간으로 무선 회로(34)의 성능을 모니터링하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 임피던스 모니터링 회로(104)를 사용하여 무선 회로(34)에서 임피던스 측정들을 하는 것이 바람직할 수 있다. 안테나 구조들(40)과 같은 무선 회로(34)의 부분들은 안테나 구조들(40)의 부근에 외부 물체들의 존재로 인해 로드될 수 있다. 튜닝가능 회로(102)는 실시간으로 조정되어 로딩 효과를 보상할 수 있고 및/또는 임피던스 모니터링 회로들(104)을 사용하여 이루어진 임피던스 측정들에 기초하여, 무선 회로(34)에 대한 다른 조정들을 할 수 있다.
회로들(104)은 튜닝가능 회로(102)의 일부 또는 전부를 형성하는데 사용되는 집적 회로의 부분으로서 구현될 수 있거나, (예컨대, 안테나 공진 엘리먼트의 부분 또는 리턴 경로에 회로(104)를 통합시킴으로써) 안테나 구조들(40)에 통합될 수 있거나, 경로(92)에 개재될 수 있거나, 경로(92)에서 필터 회로 또는 임피던스 매칭 회로 내에 포함될 수 있거나, 또는 무선 회로(34) 내의 다른 적절한 위치들에 형성될 수 있다. 안테나(40)를 위한 안테나 피드에 인접하게 장착될 때(예컨대, 경로(92)에 통합될 때), 회로(104)는 안테나(40)의 임피던스를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 안테나(40) 또는 회로(102) 내에 장착될 때, 회로(104)는 안테나(40)의 부분의 임피던스 및/또는 무선 회로(34)에서 다른 임피던스 값들을 측정하기 위해 사용될 수 있다.
경로(92) 내에 개재된 예시적인 임피던스 모니터링 회로가 도 3에 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 임피던스 모니터링 회로(104)는 순방향 결합기(152), 역방향 결합기(156)와 같은 제1 역방향 결합기, 및 역방향 결합기(154)와 같은 제2 역방향 결합기와 같이 신호 탭들을 포함할 수 있다. 결합기들(탭들)(152, 154 및 156)은 트랜시버 회로(90)와 안테나(40) 사이에 직렬로 결합될 수 있다. 결합기들(152, 154, 및 156)은 단일 5포트 결합기로서 구현될 수 있거나, 3개의 별개의 3-포트 결합기로서 구현될 수 있거나, 2개의 결합기(예컨대, 3포트 결합기 및 4포트 결합기)를 사용하여 구현될 수 있거나, 또는 다른 적절한 결합기 회로 구성들을 사용하여 구현될 수 있다.
동작 동안, 트랜시버(90)는 경로(92)를 통해 전달되는 신호들(예컨대, 정상 동작 동안에는 정상 신호들 및/또는 선택적인 전용 임피던스 측정 동작들 동안에는 테스트 신호들)을 안테나(40)로 송신할 수 있다. 순방향 결합기(152)는 송신 신호의 일부를 탭핑할 수 있다. 탭핑된 신호 부분은 도 3에서 신호 Si(t)로 도시된다. 송신 신호의 일부는 안테나(40)로부터 반사될 수 있다. 반사 계수 Γ는 이러한 신호 반사와 연관된다. 제1 역방향 결합기(156)는 신호 Sr1(t)를 생성하기 위해 반사 신호를 탭핑할 수 있다. 제2 역방향 결합기(154)는 탭(156)을 통과한 반사 신호를 탭핑할 수 있고, 이로써 신호 Sr2(t)를 생성한다.
제1 역방향 결합기(156)로부터의 탭핑 신호들과 제2 역방향 결합기(154)로부터의 신호들 사이에는 알려진 위상 및 진폭 관계가 존재한다. 이러한 관계 및 측정된 Si(t), Sr2(t) 및 Sr1(t) 값들을 사용하여, 탭들(150)로부터의 신호들이 처리되어 안테나 반사 계수 Γ 및 연관된 안테나 임피던스 값 Z를 결정할 수 있다. 회로(34) 내의 다른 곳에(예컨대, 튜닝 회로(102)에) 모니터링 회로(104)가 위치하는 구성들에서, 모니터링 회로(104)는 상이한 임피던스 값들을 측정할 수 있다. 안테나(40)의 임피던스를 측정하는 도 3의 모니터링 회로(104)와 같은 모니터링 회로의 사용은 단지 예시적인 것이다.
탭들(150)로부터의 신호들은 하드와이어드 아날로그 처리 회로 및/또는 디지털 처리 회로를 사용하여 처리될 수 있다. 예를 들어, 탭들(150)로부터의 신호들은 기저대역 처리기에서의 처리 자원들을 사용하거나, 범용 마이크로프로세서에서의 처리 자원들을 사용하거나, 주문형 집적 회로에서의 처리 자원들을 사용하거나, 안테나 튜닝 동작들을 제어하기 위해 사용되는 집적 회로(예컨대, 안테나(40) 내에 튜닝가능 컴포넌트(102)를 형성하는 집적 회로)에서의 처리 자원들을 사용하거나, 다른 무선 제어 동작들을 제어하기 위해 사용되는 집적 회로(예컨대, 디바이스(10)를 위한 기저대역 처리기와 별개인 안테나 튜닝, 필터 튜닝, 매칭 회로 튜닝 등을 제어하기 위한 무선 제어기 집적 회로)에서의 처리 자원들을 사용하거나, 및/또는 다른 처리 자원들을 사용하여 처리될 수 있다. 신호 처리는 아날로그 처리 회로 및/또는 디지털 처리 회로를 사용하여 수행될 수 있다.
도 3의 예시적인 구성에서, 탭들(150)로부터의 신호들은 처리 회로(160)를 사용하여 처리된다. 처리 회로(160)는 하드와이어드 아날로그 신호 처리 회로(162) 및 디지털 처리 회로(164)를 포함할 수 있고, 단일 집적 회로로서, 2개의 집적 회로를 사용하여, 3개 이상의 집적 회로 전부 또는 일부를 사용하여, 하나 이상의 집적 회로와 보조 회로를 사용하여, 또는 다른 적절한 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 아날로그 처리 회로(162)는 하나 이상의 아날로그 신호 혼합기(166)(예컨대, 아날로그 신호 승산기들을 형성하는 혼합기 회로), 저역 통과 필터 회로(168), 및 아날로그-디지털 변환기 회로(170)를 포함할 수 있다. 회로(170)로부터의 디지털 출력 데이터는 경로(172)를 통해 처리기(164)에 제공될 수 있다.
탭들(150)은 신호들 Si(t), Sr1(t), 및 Sr2(t)을 모으기 위해 사용될 수 있다. 이러한 무선-주파수 신호들에 대한 표현들 및 이러한 표현들에 사용된 항들에 대한 정의들은 도 4에 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 탭(156)에서 제1 반사 신호 Sr1과 탭(154)에서 제2 반사 신호 Sr2 사이의 크기(ρ) 및 위상(φ)에 있어서 알려진 관계가 존재한다. 이러한 관계는, 교정 동작들 동안 탭들(156 및 154)을 특성화하는 것에 의해, 알려진 관계를 가진 탭들(156 및 154)을 공통 결합기 디바이스의 부분으로서 제조하는 것에 의해, 탭들(156 및 154) 사이에 송신 라인 세그먼트 및/또는 알려진 회로를 개재하는 것 등에 의해 결정될 수 있다. Sr2와 Sr1 사이의 알려진 크기 및 위상 관계에 기초하여, 테스트 하의 안테나(antenna under test; AUT)(40)에 대한 알려지지 않은 안테나 반사 계수 Γ(및 따라서 연관된 안테나 임피던스 Z)에 대한 도 4의 수식들이 해결될 수 있다. 회로(104)가 튜닝 회로, 매칭 회로, 필터, 송신 라인, 또는 안테나(40)의 부분 내에 배치되는 구성들에서, 측정된 반사 계수 및 임피던스가 반드시 안테나(40)에 대한 반사 계수 및 임피던스에 대응할 필요는 없을 것이나, 그럼에도 디바이스(10)의 동작 동안 이용될 수 있는 무선 회로(34)의 현재 동작 상태들에 대한 정보를 제공할 수 있다.
도 5에 도시된 유형의 신호 처리 배열은 반사 계수 Γ 및 임피던스 Z의 값을 결정하는데 사용될 수 있다. 아날로그 신호 처리 동작들(예컨대, 아날로그 신호 혼합, 필터링, 및 아날로그-디지털 변환)은 아날로그 신호 처리 회로(162)를 사용하여 수행될 수 있다. 디지털 신호 처리 동작들은 디지털 처리 회로(164)를 사용하여 수행될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 아날로그 혼합기들(166)은 탭들(150)로부터 신호들(Si, Sr1, 및 Sr2)을 수신할 수 있다. 혼합기들(166)은 그들의 입력 포트들에서 수신된 신호들을 혼합할 수 있고, 그들의 출력 포트들에 대해 대응하는 혼합 신호들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 혼합기(166)는 신호들 Si(t) 및 Sr1(t)을 혼합하여 혼합 신호 x(t)를 생성할 수 있고, 제2 혼합기(166)는 신호들 Si(t) 및 Si(t)을 혼합하여 혼합 신호 z(t)를 생성할 수 있고, 제3 혼합기(166)는 신호들 Si(t) 및 Sr2(t)을 혼합하여 혼합 신호 y(t)를 생성할 수 있다. 저역 통과 필터들(168)은 신호들 x(t), y(t) 및 z(t)로부터 원치않는 고주파 혼합 프로덕트들을 차단하기 위해 사용될 수 있어, 경로들(172)에 보여지는 신호들을 남긴다.
경로들(172) 상의 신호들은 디지털 처리 회로(164)에서 각각의 경로들(174, 176 및 178)에 대해 대응하는 디지털 신호들을 생성하기 위해 아날로그-디지털 변환기들(170)을 사용하여 디지털화된다. 경로(176) 상의 신호 [a(i)]2는 디지털 신호 인버터(164C)에 의해 반전될 수 있다. 인버터(164C)의 반전 출력은 혼합기(164A)를 사용하여 경로(174) 상의 신호에 의해 승산(multiply)될 수 있고, 이로써 경로(180) 상의 신호를 생성한다(즉, 경로(174) 상의 신호가 경로(176) 상의 신호에 의해 제산(divide)될 수 있다). 인버터(164C)의 반전 출력은 또한 혼합기(164B)를 사용하여 경로(178) 상의 신호에 의해 승산될 수 있고, 이로써 경로(182) 상의 신호를 생성한다(즉, 경로(178) 상의 신호가 경로(176) 상의 신호에 의해 제산될 수 있다). 박스 184에 도시된 바와 같이, 복소 반사 계수 Γ(및 따라서 복소 임피던스 Z)를 해결하기 위해 경로들(180 및 182) 상의 신호들이 사용될 수 있다. 박스 184에서, Γr은 Γ의 실수부를 나타내고, Γi는 Γ의 허수부를 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 안테나 및 안테나에 신호들을 송신하는 무선-주파수 트랜시버를 포함하는 무선 회로 - 여기서, 송신 신호들의 일부는 반사 신호들로서 안테나에서 반사될 수 있음 - , 및 송신 신호들을 탭핑하는 순방향 결합기, 반사 신호들을 탭핑하는 제1 역방향 결합기 및 반사 신호들이 제1 역방향 결합기를 통과한 이후에 반사 신호들을 탭핑하는 제2 역방향 결합기를 구비하는 임피던스 측정 회로를 포함할 수 있는 전자 디바이스가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 회로는 아날로그 처리 회로를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 아날로그 처리 회로는 순방향 결합기에 의해 탭핑된 송신 신호들, 제1 역방향 결합기에 의해 탭핑된 반사 신호들, 및 제2 역방향 결합기에 의해 탭핑된 반사 신호들을 수신하는 아날로그 혼합 회로를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 아날로그 처리 회로는 필터링된 신호들을 생성하기 위해 아날로그 혼합 회로로부터의 신호들을 필터링하는 저역 통과 필터 회로를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 아날로그 처리 회로는 필터링된 신호들을 디지털화하는 아날로그-디지털 변환기 회로를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 회로는 디지털 처리 회로를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 디지털 처리 회로는 안테나 임피던스 측정값을 생성하기 위해 디지털화된 필터링된 신호들을 처리할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 순방향 결합기, 제1 역방향 결합기 및 제2 역방향 결합기는 무선-주파수 트랜시버와 안테나 사이에 직렬로 결합될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 안테나는 튜닝가능 회로를 구비하는 튜닝가능 안테나를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 회로는 순방향 결합기에 의해 탭핑된 송신 신호들, 제1 역방향 결합기에 의해 탭핑된 반사 신호들, 및 제2 역방향 결합기에 의해 탭핑된 반사 신호들을 수신하는 아날로그 혼합 회로를 포함하는 아날로그 처리 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 안테나, 안테나에 결합된 무선-주파수 트랜시버, 무선 -주파수 트랜시버가 안테나와 신호들을 송신할 때 무선-주파수 신호들을 운반하는 경로, 및 경로에 흐르는 신호들을 탭핑하는 제1, 제2, 및 제3 결합기들을 구비하는 임피던스 측정 회로를 포함할 수 있는 무선 회로가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 제1 결합기는 경로에서 순방향으로 흐르는 신호들을 탭핑하는 순방향 결합기일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 제2 및 제3 결합기들은 경로에서 순방향에 반대인 역방향으로 흐르는 신호들을 탭핑하는 역방향 결합기들을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 제2 및 제3 결합기들은 경로에 직렬로 결합될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 제3 결합기는 제2 결합기를 통과한 신호들을 수신할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 회로는 임피던스 측정값을 생성하기 위해 임피던스 측정 회로의 제1, 제2 및 제3 결합기들로부터의 신호들을 처리하는 아날로그 신호 처리 회로 및 디지털 신호 처리 회로를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 아날로그 신호 처리 회로는 제1 결합기 및 제2 결합기로부터의 신호들을 수신하는 제1 아날로그 신호 혼합기, 제1 결합기로부터의 신호들을 수신하는 제2 아날로그 신호 혼합기, 및 제1 결합기 및 제3 결합기로부터의 신호들을 수신하는 제3 아날로그 신호 혼합기를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 무선 회로는 제1, 제2, 및 제3 아날로그 신호 혼합기들로부터의 신호들을 필터링하는 저역 통과 필터 회로를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 무선 회로는 저역 통과 필터 회로로부터의 신호들을 디지털화하는 아날로그-디지털 변환기 회로를 포함할 수 있고, 디지털 신호 처리 회로는 디지털화된 신호들을 사용하여 임피던스 측정값을 생성할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 아날로그 신호 처리 회로 및 디지털 신호 처리 회로는 집적 회로로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 송신 신호들이 반사되어 반사 신호들을 형성할 수 있는 신호 경로에서 흐르는 송신 신호들을 탭핑하는 순방향 결합기, 반사 신호들을 탭핑하는 제1 역방향 결합기, 반사 신호들이 제1 역방향 결합기를 통과한 이후에 반사 신호들을 탭핑하는 제2 역방향 결합기, 및 탭핑된 송신 신호들, 제1 역방향 결합기로부터의 탭팽된 반사 신호들 및 제2 역방향 결합기로부터의 탭핑된 반사 신호들을 수신하는 혼합기 회로를 포함하는 아날로그 신호 처리 회로를 포함할 수 있는, 전자 디바이스 내의 무선 회로 내에서 무선-주파수 신호들을 운반할 수 있는 신호 경로에 결합된 임피던스 측정 회로가 제공된다.
또 다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 회로는 임피던스 측정값을 생성하기 위해 아날로그 신호 처리 회로로부터의 신호들을 처리하는 디지털 신호 처리 회로를 포함할 수 있다.
전술한 것은 단지 예시적인 것으로, 본 기술분야의 숙련된 자들은 설명된 실시예들의 범위 및 취지에서 벗어나지 않고 다양한 수정을 만들어낼 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (21)

  1. 전자 디바이스로서,
    안테나 및 상기 안테나에 신호들을 송신하는 무선-주파수 트랜시버를 포함하는 무선 회로 - 송신 신호들의 일부는 상기 안테나에서 반사 신호들로서 반사됨 - ; 및
    임피던스 측정 회로
    를 포함하며, 상기 임피던스 측정 회로는,
    상기 송신 신호들을 탭핑(tapping)하는 순방향 결합기(forward coupler)와,
    상기 반사 신호들을 탭핑하는 제1 역방향 결합기(reverse coupler)와,
    상기 반사 신호들이 상기 제1 역방향 결합기를 통과한 이후에 상기 반사 신호들을 탭핑하는 제2 역방향 결합기
    를 구비하는 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 측정 회로는 아날로그 처리 회로를 더 포함하는 전자 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 아날로그 처리 회로는 상기 순방향 결합기에 의해 탭핑된 상기 송신 신호들, 상기 제1 역방향 결합기에 의해 탭핑된 상기 반사 신호들, 및 상기 제2 역방향 결합기에 의해 탭핑된 상기 반사 신호들을 수신하는 아날로그 혼합 회로를 포함하는 전자 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 아날로그 처리 회로는 상기 아날로그 혼합 회로로부터의 신호들을 필터링하여 필터링된 신호들을 생성하는 저역 통과 필터 회로를 더 포함하는 전자 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 아날로그 처리 회로는 상기 필터링된 신호들을 디지털화하는 아날로그-디지털 변환기 회로를 더 포함하는 전자 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 임피던스 측정 회로는 디지털 처리 회로를 더 포함하는 전자 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 디지털 처리 회로는 디지털화된 필터링된 신호들을 처리하여 안테나 임피던스 측정값을 생성하는 전자 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 순방향 결합기, 상기 제1 역방향 결합기 및 상기 제2 역방향 결합기는 상기 무선-주파수 트랜시버와 상기 안테나 사이에 직렬로 결합되는 전자 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 안테나는 튜닝가능 회로를 갖는 튜닝가능 안테나를 포함하는 전자 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 임피던스 측정 회로는 상기 순방향 결합기에 의해 탭핑된 상기 송신 신호들, 상기 제1 역방향 결합기에 의해 탭핑된 상기 반사 신호들, 및 상기 제2 역방향 결합기에 의해 탭핑된 상기 반사 신호들을 수신하는 아날로그 혼합 회로를 포함하는 아날로그 처리 회로를 더 포함하는 전자 디바이스.
  11. 무선 회로로서,
    안테나;
    상기 안테나에 결합된 무선-주파수 트랜시버;
    상기 무선-주파수 트랜시버가 상기 안테나로 신호들을 송신할 때 무선-주파수 신호들을 운반하는 경로; 및
    상기 경로에서 흐르는 신호들을 탭핑하는 제1 결합기, 제2 결합기, 및 제3 결합기를 구비하는 임피던스 측정 회로
    를 포함하고,
    상기 임피던스 측정 회로는 상기 임피던스 측정 회로의 상기 제1 결합기, 상기 제2 결합기, 및 상기 제3 결합기로부터의 신호들을 처리하여 임피던스 측정값을 생성하는 아날로그 신호 처리 회로 및 디지털 신호 처리 회로를 포함하는, 무선 회로.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 결합기는 상기 경로에서 순방향으로 흐르는 신호들을 탭핑하는 순방향 결합기인 무선 회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 결합기 및 상기 제3 결합기는 상기 경로에서 상기 순방향과 반대인 역방향으로 흐르는 신호들을 탭핑하는 역방향 결합기들을 포함하는 무선 회로.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 결합기 및 상기 제3 결합기는 상기 경로에 직렬로 결합되는 무선 회로.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제3 결합기는 상기 제2 결합기를 통과한 신호들을 수신하는 무선 회로.
  16. 제15항에 있어서, 상기 아날로그 신호 처리 회로는,
    상기 제1 결합기 및 상기 제2 결합기로부터의 신호들을 수신하는 제1 아날로그 신호 혼합기;
    상기 제1 결합기로부터의 신호들을 수신하는 제2 아날로그 신호 혼합기; 및
    상기 제1 결합기 및 상기 제3 결합기로부터의 신호들을 수신하는 제3 아날로그 신호 혼합기를 포함하는 무선 회로.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 아날로그 신호 혼합기, 상기 제2 아날로그 신호 혼합기, 및 상기 제3 아날로그 신호 혼합기로부터의 신호들을 필터링하는 저역 통과 필터 회로를 더 포함하는 무선 회로.
  18. 제17항에 있어서, 상기 저역 통과 필터 회로로부터의 신호들을 디지털화하는 아날로그-디지털 변환기 회로를 더 포함하며, 상기 디지털 신호 처리 회로는 상기 디지털화된 신호들을 사용하여 상기 임피던스 측정값을 생성하는 무선 회로.
  19. 제18항에 있어서, 상기 아날로그 신호 처리 회로 및 상기 디지털 신호 처리 회로는 집적 회로로 형성되는 무선 회로.
  20. 전자 디바이스에서 무선 회로 내에서 무선-주파수 신호들을 운반하는 신호 경로에 결합된 임피던스 측정 회로로서,
    상기 신호 경로에서 흐르는 송신 신호들을 탭핑하는 순방향 결합기 - 상기 송신 신호들은 반사되어 반사 신호들을 형성함 - ;
    상기 반사 신호들을 탭핑하는 제1 역방향 결합기;
    상기 반사 신호들이 상기 제1 역방향 결합기를 통과한 이후에 상기 반사 신호들을 탭핑하는 제2 역방향 결합기; 및
    탭핑된 송신 신호들, 상기 제1 역방향 결합기로부터의 탭핑된 반사 신호들, 및 상기 제2 역방향 결합기로부터의 탭핑된 반사 신호들을 수신하는 혼합기 회로를 포함하는 아날로그 신호 처리 회로
    를 포함하는 임피던스 측정 회로.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 아날로그 신호 처리 회로로부터의 신호들을 처리하여 임피던스 측정값을 생성하는 디지털 신호 처리 회로를 더 포함하는 임피던스 측정 회로.
KR1020170037076A 2015-01-13 2017-03-23 임피던스 측정 회로를 가진 전자 디바이스 KR101747644B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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