WO2024106745A1 - 위상 천이기, 위상 천이기를 포함하는 전자 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

위상 천이기, 위상 천이기를 포함하는 전자 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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WO2024106745A1
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inductor
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switch
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이종민
김철영
여성구
최한웅
송재혁
임정택
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
Industry and Academy Cooperation In Chungnam National University
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/18—Networks for phase shifting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • H01P1/185—Phase-shifters using a diode or a gas filled discharge tube
    • H—ELECTRICITY
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/09—Filters comprising mutual inductance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a phase shifter, an electronic device including a phase shifter, and a method of operating the same.
  • phase shifter is an essential circuit for implementing beamforming technology or a phased-array system in electronic devices.
  • 5G communication technology operates in the mm-Wave band (20GHz or more) and the required bandwidth is wide, so wideband operation of the phase shifter is required.
  • the phase shifter must have a phase change with a small error and the loss of the phase shifter must be minimized.
  • the phase error and loss of the 180-degree phase shifter are the largest among the units of the phase shifter, so improvement is required.
  • the phase shifter may include a center tap transformer including a first inductor, a second inductor magnetically coupled to the first inductor, and a center tap capacitor connected to the first inductor; a first switch electrically connected to a first terminal of the primary inductor to selectively connect an input terminal of the phase shifter and the first terminal of the primary inductor; and a second switch that is electrically connected to the second terminal of the first inductor and selectively connects the input terminal of the phase shifter and the second terminal of the first inductor.
  • the electronic device may include antennas; Phase shifters connected to the antennas; A splitter/combiner connected to the phase shifters; an RFIC configured to provide RF signals to the phase shifters through the splitter/combiner; and a processor.
  • the first phase shifter includes a center including a first inductor, a second inductor magnetically coupled to the first inductor, and a center tap capacitor connected to the first inductor.
  • the tap transformer may include a first switch electrically connected to a first terminal of the primary inductor to selectively connect an input terminal of the first phase shifter and the first terminal of the primary inductor; And it may include a second switch that is electrically connected to the second terminal of the first inductor and selectively connects the input terminal of the phase shifter and the second terminal of the first inductor. .
  • the processor may be set to control on/off of the first switch and the second switch. While the first switch is in the on state and the second switch is in the off state, the induced first RF signal having the same phase as the first RF signal input to the input terminal of the first phase shifter is transmitted to the second phase shifter. It may be output through the output terminal of the first phase shifter connected to the inductor.
  • an induced second RF signal having a phase difference of 180 degrees from the second RF signal input to the input terminal of the first phase shifter is 1 It can be output through the output terminal of the phase shifter.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the operation of an electronic device included in a system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a phase shifter included in an electronic device according to an embodiment.
  • Figure 3 is a circuit diagram of a phase shifter according to an embodiment.
  • phase shifter 4 is a flowchart of a phase shifter and a method of operating an electronic device including a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a phase shifter and an operation of an electronic device including a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a phase shifter and an operation of an electronic device including a phase shifter according to an embodiment.
  • Figure 7 is a circuit diagram of a phase shifter according to an embodiment.
  • Figure 8 is a circuit diagram of a phase shifter according to an embodiment.
  • Figure 9 is a diagram explaining a circuit of a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a graph of input return loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • 11 is a graph of output return loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a graph of insertion loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • Figure 13 is a graph of the phase of a signal output from a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 14 is a graph of input return loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • 15 is a graph of output return loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • 16 is a graph of insertion return loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • 17 is a graph of the RMS average phase error of a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the operation of an electronic device included in a system according to an embodiment.
  • the electronic device 100 may perform communication with a base station (e.g., the first base station 110 or the second base station 220) using beam forming technology. You can.
  • the electronic device 100 may transmit charging power to another electronic device using beamforming technology.
  • the electronic device 100 may receive charging power from another electronic device using beamforming technology.
  • the field in which the beamforming technology of the electronic device 100 is used is not limited to the communication field or the charging field.
  • the electronic device 100 may include an antenna array 109.
  • the electronic device 100 may include phase shifters electrically connected to each of the antennas included in the antenna array 109. There is no limit to the number of phase shifters.
  • a plurality of phase shifters may each be electrically connected to a plurality of antennas included in the antenna array 109.
  • the electronic device 100 may generate respective radio frequency (RF) signals through a plurality of antennas included in the antenna array 109.
  • RF radio frequency
  • Beamforming is a technology that controls RF signals to constructively interfere at specific points.
  • the electronic device 100 may perform a beamforming operation based on control of each phase shifter connected to the antenna array 109.
  • At least one of the amplitude and phase of the RF signal generated by the plurality of antennas included in the antenna array 109 may be adjusted by the electronic device 100.
  • the RF signals generated by each of the plurality of antennas included in the antenna array 109 will be referred to as sub-RF signals.
  • the electronic device 100 may adjust at least one of the amplitude and phase of each sub-RF signal generated from a plurality of antennas included in the antenna array 109.
  • sub-RF signals may interfere with each other. For example, at one point, sub-RF signals may constructively interfere with each other, and at another point, sub-RF signals may destructively interfere with each other.
  • the electronic device 100 may adjust at least one of the amplitude and phase of each sub-RF signal generated from a plurality of antennas included in the antenna array 109 so that the sub-RF signals can constructively interfere with each other at a specific point. .
  • the electronic device 100 may control a plurality of antennas included in the antenna array 109 so that sub-RF signals constructively interfere with each other at a specific point.
  • controlling the plurality of antennas included in the antenna array 109 means controlling the size of the signal input to the plurality of antennas included in the antenna array 109 or controlling the size of the signal input to the plurality of antennas included in the antenna array 109. This may mean controlling the phase (or delay) of the signal input to the antennas.
  • the electronic device 100 may control the phase (or delay) of signals input through a plurality of antennas using a phase shifter. A method by which the electronic device 100 controls the phase (or delay) of signals input through a plurality of antennas will be described later with reference to FIG. 2.
  • the electronic device 100 can communicate with the first base station 110 while being located within a communication range 119 with the first base station 110 .
  • the electronic device 100 can communicate with the first base station 110 using a first frequency band with the first frequency (f 1 ) as the center frequency using beamforming technology through the antenna array 109. there is.
  • the electronic device 100 may move (108).
  • the electronic device 100 may communicate with the second base station 120 while being located within a communication range 129 with the second base station 120.
  • the electronic device 100 can communicate with the second base station 120 using a second frequency band with the second frequency (f 2 ) as the center frequency using beamforming technology through the antenna array 109. there is.
  • the first frequency (f 1 ) between the electronic device 100 and the first base station 110 and the second frequency (f 2 ) between the electronic device 100 and the second base station 120 may be different. Meanwhile, the difference between the first frequency (f 1 ) and the second frequency (f 2 ) may be relatively large.
  • the center frequency of the n257 band of FR (frequency range) 2 of NR (New Radio) proposed in 3GPP may be 28 GHz
  • the center frequency of the n258 band is 26 GHz
  • the center frequency of the n259 band is 41 GHz
  • the center frequency of the n260 band may be 39GHz.
  • the difference between the center frequencies of the n257 band and the n258 band may be 2 GHz, and the range of frequencies that the electronic device 101 must cover may be relatively large. Accordingly, the electronic device 100 may require broadband operation. Broadband operation of the electronic device 100 means that the electronic device 100 operates normally (or above a specified level) at different frequencies (e.g., the first frequency (f 1 ) and the second frequency (f 2 )) included in a wide range. It can mean operating with ability. Wideband operation of the electronic device 100 can be achieved through a phase shifter, which will be described later. There is no limit to the fields to which the wideband operation of the electronic device 100 is applied.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a phase shifter included in an electronic device according to an embodiment.
  • the electronic device 100 may include antennas 248, 258, and 268 that generate RF signals (eg, sub-RF signals).
  • the electronic device 100 may include phase shifters 240, 250, and 260 that adjust the phase (or delay) of signals input to the antennas 248, 258, and 268.
  • the electronic device 100 may include amplifiers 247, 257, and 267 that amplify RF signals input to the antennas 248, 258, and 268. Amplifiers 247, 257, and 267 may amplify RF signals received through antennas 248, 258, and 268.
  • the electronic device 100 may include a radio frequency integrated circuit (RFIC) 220 that provides a radio frequency (RF) signal.
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • the electronic device 100 may include a splitter/combiner 270 that splits the RF signal provided from the RFIC 220 into phase shifters 240, 250, and 260.
  • RF signals received through the antennas 248, 258, and 268 may be combined by the splitter/combiner 270 and provided to the RFIC 220.
  • Each phase of an RF signal (e.g., sub-RF signal) may be adjusted for beamforming.
  • the RF signal (e.g., sub-RF signal) is a transmitted RF signal and/or input to each of the phase shifters 240, 250, and 260 after being branched by the combiner/splitter 270. It may refer to a received RF signal applied to each of the phase shifters 240, 250, and 260 before being combined by the combiner/splitter 270.
  • RFIC 220 may support designated high-frequency bands (e.g., mmWave bands). Although only one RFIC 220 is shown in FIG. 2, there is no limit to the number of RFICs 220 included in the electronic device 100.
  • Processor 210 e.g., modem
  • the RFIC 220 may convert the baseband signal generated by the processor 210 into an RF signal in a designated high frequency band.
  • the RFIC 220 receives RF signals provided through the splitter/combiner 270 (e.g., RF signals received through the antennas 248, 258, and 268) are transmitted through the splitter/combiner 270.
  • the electronic device 100 may include an intermediate frequency integrated circuit (IFIC) separately from the RFIC 220 or at least as a part thereof.
  • the IFIC can convert the baseband signal generated by the processor 210 into an RF signal (hereinafter referred to as an IF signal) in an intermediate frequency band and then transmit the IF signal to the RFIC 220.
  • the RFIC 220 can convert the IF signal into an RF signal in a designated high frequency band.
  • an RF signal may be received from the outside through antennas 248, 258, and 268 and converted into an IF signal by RFIC 220.
  • IFIC can convert the IF signal into a baseband signal so that the processor 210 can process it.
  • Phase shifters 240, 250, and 260 may adjust the phase of the RF signal branched by the splitter/combiner 270.
  • the antennas 248, 258, and 268 may receive a transmitted RF signal whose phase has been adjusted by the phase shifters 240, 250, and 260.
  • Phase shifters 240, 250, and 260 may adjust the phase of RF signals received through antennas 248, 258, and 268.
  • Splitter/combiner 270 may combine received RF signals whose phases have been adjusted by phase shifters 240, 250, and 260.
  • Each of the phase shifters 240, 250, and 260 may be electrically connected to each of the antennas 248, 258, and 268.
  • the phase shifters 240, 250, and 260 may be composed of multiple units.
  • the phase shifters 240, 250, and 260 may be controlled in units of 6 bits.
  • the bit is a phase shifter included in each of the phase shifters 240, 250, and 260 (e.g., the sub phase shifters 241, 242, 243, 244, 245, 246, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 261, 262, 263, 264, 265, 266).
  • the phase shifter is controlled in units of 6 bits, meaning that the 6 sub-phase shifters included in the phase shifter are controlled by a 6-bit control signal.
  • the first phase shifter 240 includes a first sub-phase shifter 241, a second sub-phase shifter 242, a third sub-phase shifter 243, a fourth sub-phase shifter 244, It may include a fifth sub-phase shifter 245, a sixth sub-phase shifter 246, a first sub-phase shifter 241, a second sub-phase shifter 242, and a third sub-phase.
  • the shifter 243, the fourth sub-phase shifter 244, the fifth sub-phase shifter 245, and the sixth sub-phase shifter 246 can each adjust the phase of the RF signal by a designated phase.
  • the first sub-phase shifter 241 may adjust the phase by the first phase (eg, 90 degrees). Outputs an RF signal in the same phase as the RF signal input to the , or outputs an RF signal whose phase is adjusted by the first phase (e.g., 90 degrees) from the phase of the RF signal input to the first sub-phase shifter 241.
  • the second sub-phase shifter 242 can adjust the phase by the second phase (eg, 45 degrees). Outputs an RF signal that is in phase with the RF signal input to the second sub-phase shifter 242, or has a phase adjusted by a second phase (e.g., 45 degrees) from the phase of the RF signal input to the second sub-phase shifter 242.
  • a signal can be output.
  • the third sub-phase shifter 243 may adjust the phase by the third phase (eg, 11.25 degrees).
  • the third sub-phase shifter 243 outputs an RF signal in the same phase as the RF signal input to the third sub-phase shifter 243, or changes the phase of the RF signal input to the third sub-phase shifter 243. It is possible to output an RF signal with a phase adjusted by the third phase (e.g., 11.25 degrees).
  • the fourth sub-phase shifter 244 may adjust the phase by the fourth phase (eg, 5.625 degrees).
  • the fourth sub-phase shifter 244 outputs an RF signal in the same phase as the RF signal input to the fourth sub-phase shifter 244, or changes the phase of the RF signal input to the fourth sub-phase shifter 244. It is possible to output an RF signal with a phase adjusted by the fourth phase (e.g., 5.625 degrees).
  • the fifth sub-phase shifter 245 may adjust the phase by the fifth phase (eg, 22.5 degrees).
  • the fifth sub-phase shifter 245 outputs an RF signal in the same phase as the RF signal input to the fifth sub-phase shifter 245, or changes the phase of the RF signal input to the fifth sub-phase shifter 241.
  • the sixth sub-phase shifter 246 may adjust the phase by the sixth phase (eg, 180 degrees).
  • the sixth sub-phase shifter 246 outputs an RF signal in the same phase as the RF signal input to the sixth sub-phase shifter 246, or changes the phase of the RF signal input to the sixth sub-phase shifter 246. It is possible to output an RF signal with a phase adjusted by the sixth phase (e.g., 180 degrees).
  • the first phase shifter 240 includes a first sub-phase shifter 241, a second sub-phase shifter 242, a third sub-phase shifter 243, a fourth sub-phase shifter 244, Through the fifth sub-phase shifter 245 and the sixth sub-phase shifter 246, the phase can be adjusted by a designated phase.
  • Processor 210 may determine the phase to be adjusted by phase shifters 240, 250, and 260.
  • Processor 210 may provide control signals to phase shifters 240, 250, and 260.
  • the phase shifters 240, 250, and 260 may adjust the phase by a specified phase according to a control signal provided by the processor 210.
  • the processor 210 controls to adjust the phases in the first sub-phase shifter 241, the fourth sub-phase shifter 244, and the sixth sub-phase shifter 246.
  • a signal e.g. 1, 0, 0, 1, 0, 1 can be provided.
  • the sub-phase shifter corresponding to the control signal can perform phase adjustment.
  • the sub-phase shifter corresponding to the control signal may output an output RF signal in phase with the input RF signal without performing phase adjustment.
  • the phase of the output RF signal of the first phase shifter 240 varies from the phase of the input RF signal to that of the first sub-phase shifter 241, the fourth sub-phase shifter 244, and the sixth sub-phase
  • the phase adjusted by each of the shifters 246 e.g., by 275.625 degrees, which is the sum of the first phase (e.g., 90 degrees), the fourth phase (e.g., 5.625 degrees), and the sixth phase (e.g., 180 degrees).
  • the phase adjusted by each of the shifters 246 e.g., by 275.625 degrees, which is the sum of the first phase (e.g., 90 degrees), the fourth phase (e.g., 5.625 degrees), and the sixth phase (e.g., 180 degrees).
  • the first phase e.g. 90 degrees
  • the fourth phase e.g., 5.625 degrees
  • the sixth phase e.g. 180 degrees
  • the processor 210 includes a second phase shifter 250 (e.g., sub-phase shifters 251, 252, 253, 254, 255, and 256 included in the second phase shifter 250) and /Or, the control signal can also be provided by the third phase shifter 260 (e.g., the sub-phase shifters 261, 262, 263, 264, 265, 266) included in the third phase shifter 260. there is.
  • a second phase shifter 250 e.g., sub-phase shifters 251, 252, 253, 254, 255, and 256 included in the second phase shifter 250
  • the control signal can also be provided by the third phase shifter 260 (e.g., the sub-phase shifters 261, 262, 263, 264, 265, 266) included in the third phase shifter 260.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of the sixth sub-phase shifter 246 included in the first phase shifter 240.
  • the circuit diagram of the sixth sub-phase shifter 246 (hereinafter referred to as the phase shifter 246) will be described with reference to FIG. 3.
  • Figure 3 is a circuit diagram of a phase shifter according to an embodiment.
  • the phase shifter 246 of FIG. 3 may be the sixth sub-phase shifter 246 included in the first phase shifter 240 of FIG. 2 .
  • the phase shifter 246 of FIG. 3 can adjust the phase by a specified phase.
  • the phase shifter 246 of FIG. 3 can adjust the phase by 180 degrees.
  • the phase shifter 246 outputs an RF signal in the same phase as the RF signal input to the phase shifter 246, or has a phase adjusted by 180 degrees from the phase of the RF signal input to the phase shifter 246.
  • RF signals can be output.
  • the phase shifter 246 may include a center tap transformer 330, a first switch 310, and a second switch 320.
  • the center tap transformer 330 includes a first inductor 331, a second inductor 332 magnetically coupled to the first inductor 331, and a center inductor connected to the first inductor 331. It may include a tap capacitor 333.
  • the center tap capacitor 333 may be connected to the first point of the first inductor 331.
  • the first inductor 331 may be divided into a first sub-inductor and a second sub-inductor based on the first point where the center tap capacitor 333 is connected.
  • the inductance of the first sub-inductor of the primary inductor 331 divided by the first point may be substantially the same as the inductance of the second sub-inductor of the primary inductor 331 divided by the first point. there is.
  • phase shifter 246 of FIG. 3 may have difficulty performing a wideband operation because the filter structure operates in a narrow band.
  • the phase shifter 246 of FIG. 3 may be capable of wideband operation by including a center tap transformer 330. Because the transfer function between both ports of a transformer (e.g., center tap transformer 330) has one additional pole compared to the transfer function between both ports of a filter structure consisting of only an inductor and a capacitor, the center tap transformer The phase shifter 246 including 330 can perform wideband operation.
  • the phase shifter 246 can output an RF signal of equal phase using the center tap transformer 330.
  • the phase shifter 246 may use the first switch 310, the second switch 320, and the center tap transformer 330 to perform a constant phase delay over a wide band.
  • the wideband operation of the phase shifter 246 will be further described in FIGS. 10 to 17.
  • the first switch 310 may be electrically connected to the first terminal of the first inductor 331.
  • the first switch 310 can selectively connect the input terminal 391 of the phase shifter 246 and the first terminal of the primary inductor 331.
  • the input terminal 391 of the phase shifter 246 and the first terminal of the primary inductor 331 may be electrically connected.
  • the RF signal input through the input terminal 391 of the phase shifter 246 may be transmitted to the first terminal of the first inductor 331.
  • the input terminal 391 of the phase shifter 246 and the first terminal of the primary inductor 331 may not be electrically connected. Something that is not electrically connected can be said to be electrically blocked.
  • the RF signal input through the input terminal 391 of the phase shifter 246 may not be transmitted to the first terminal of the first inductor 331.
  • the second switch 320 may be electrically connected to the second terminal of the first inductor 331.
  • the second switch 320 can selectively connect the input terminal 391 of the phase shifter 246 and the second terminal of the primary inductor 331.
  • the input terminal 391 of the phase shifter 246 and the second terminal of the first inductor 331 may be electrically connected.
  • the RF signal input through the input terminal 391 of the phase shifter 246 may be transmitted to the second terminal of the first inductor 331.
  • the second switch 320 is in the off state
  • the input terminal 391 of the phase shifter 246 and the second terminal of the first inductor 331 may not be electrically connected.
  • the RF signal input through the input terminal 391 of the phase shifter 246 may not be transmitted to the second terminal of the first inductor 331.
  • the first inductor 331 and the second inductor 322 may be magnetically coupled. Based on the RF signal provided to the first inductor 331, a magnetic field may be provided around the first inductor 331. Based on the magnetic field provided around the first inductor 331, an RF signal may be induced in the second inductor 332. Based on the direction (or phase) of the RF signal provided to the first inductor 331, the direction of the magnetic field provided around the first inductor 331 may be determined. Based on the direction of the magnetic field provided around the first inductor 331, the direction (or phase) of the RF signal induced in the second inductor 332 may be determined. For example, as shown in FIG.
  • the winding direction of the first inductor 331 and the winding direction of the second inductor 322 may be the same. As shown in FIG. 5, since the winding direction of the first inductor 331 and the winding direction of the second inductor 322 are the same, when current flows to the first inductor 331 through the first switch 310, Current may flow from the output terminal 392 to the ground through the secondary inductor 332. As shown in FIG. 5, since the winding direction of the first inductor 331 and the winding direction of the second inductor 322 are the same, when current flows to the first inductor 331 through the second switch 320, Current may flow from the contact to the output terminal 392 in the secondary inductor 332.
  • the phase shifter 246 is inductively in phase with the RF signal input to the input terminal 391 of the phase shifter 246 according to the on/off of the first switch 310 and the second switch 320.
  • the RF signal or the induced RF signal having a phase difference of 180 degrees from the RF signal input to the input terminal 391 may be output through the output terminal 392. This will be described in more detail with reference to Figure 4.
  • FIG. 4 is a flowchart of a phase shifter and a method of operating an electronic device including a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 4 can be explained with reference to FIGS. 3, 5, and 6.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a phase shifter and an operation of an electronic device including a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a phase shifter and an operation of an electronic device including a phase shifter according to an embodiment.
  • the electronic device 100 (e.g., processor 210) operates while the first RF signal is input to the input terminal 391 of the phase shifter 246.
  • the first switch 310 included in the phase shifter 246 can be controlled to be in the on state and the second switch 320 included in the phase shifter 246 can be controlled to be in the off state.
  • the processor 210 may provide a control signal that controls the first switch 310 to be turned on and the second switch 320 to be turned off.
  • the first switch 310 may be controlled to be turned on by the first control signal 501 (eg, 1).
  • the first switch 310 When the first switch 310 is in the on state, the first switch 310 may be electrically short-circuited.
  • the RF signal input to the input terminal of the phase shifter 246 may be provided to the first terminal of the first inductor 331.
  • the second switch 320 may be controlled to be in an off state by the second control signal 502 (eg, 0). In the off state of the second switch 320, the second switch 320 may be electrically open. When the second switch 320 is in the off state, the RF signal input to the input terminal of the phase shifter 246 may not be provided to the second terminal of the first inductor 331. While the first switch 310 is in the on state and the second switch 320 is in the off state, the first RF signal input to the input terminal 391 of the phase shifter 246 is transmitted through the first switch 310.
  • the first switch 310 may be provided as the first stage of the primary inductor 331. While the first switch 310 is in the on state and the second switch 320 is in the off state, the first RF signal input to the input terminal 391 of the phase shifter 246 is electrically connected to the first switch 310. It may be provided in a first direction 510 from the first end of the primary inductor 331 connected to the center tap capacitor 333. Therefore, while the first switch 310 is in the on state and the second switch 320 is in the off state, among the first inductors 331, the first inductor divided by the first point to which the center tap capacitor 333 is connected is connected. The RF signal may be provided only to the first sub-inductor of the primary inductor 331, and the RF signal may not be provided to the second sub-inductor of the primary inductor 331 divided by the first point.
  • the first RF signal is input to the input terminal 391 of the phase shifter 246, the first switch 310 is in the on state, and the second switch 320 is in the off state.
  • the induced first RF signal 520 which has the same phase as the first RF signal input to the input terminal 391 of the phase shifter 246, is connected to the second inductor 332. ) can be output through the output terminal 392.
  • the electronic device 100 (e.g., processor 210) operates the phase shifter 246 while the second RF signal is input to the input terminal 391 of the phase shifter 246. ) can be controlled to be in the off state and the second switch 320 included in the phase shifter 246 can be controlled to be in the on state.
  • the processor 210 may provide a control signal to control the first switch 310 to be turned off and the second switch 320 to be turned on.
  • the first switch 310 may be controlled to be in an off state by the third control signal 601 (eg, 0).
  • the first switch 310 may be electrically open.
  • the RF signal input to the input terminal of the phase shifter 246 may not be provided to the first terminal of the first inductor 331.
  • the second switch 320 may be controlled to be in the on state by the fourth control signal 602 (eg, 1).
  • the second switch 320 may be electrically short-circuited.
  • the RF signal input to the input terminal of the phase shifter 246 may be provided to the second terminal of the first inductor 331.
  • the second RF signal input to the input terminal 391 of the phase shifter 246 is transmitted through the second switch 320.
  • the second RF signal input to the input terminal 391 of the phase shifter 246 is electrically connected to the second switch 320. It may be provided in a second direction 610 from the second end of the primary inductor 331 connected to the center tap capacitor 333. Therefore, while the first switch 310 is in the off state and the second switch 320 is in the on state, the first inductor 331 divided by the first point to which the center tap capacitor 333 is connected is connected.
  • the RF signal may be provided only to the second sub-inductor of the primary inductor 331, and the RF signal may not be provided to the first sub-inductor of the primary inductor 331 divided by the first point.
  • the second RF signal is input to the input terminal 391 of the phase shifter 246, the first switch 310 is in the off state, and the second switch 320 is in the on state.
  • the induced second RF signal 620 which has a phase difference of 180 degrees from the second RF signal input to the input terminal 391 of the phase shifter 246, is connected to the second inductor 332. It can be output through the output terminal 392 of (246). If the phase of the first RF signal input in operation 401 and the phase of the second RF signal input in operation 405 are the same, the phase of the induced second RF signal output in operation 407 is the phase of the induced first RF signal output in operation 403. 1 The phase may be 180 degrees delayed from the phase of the RF signal.
  • Figure 7 is a circuit diagram of a phase shifter according to an embodiment.
  • Figure 8 is a circuit diagram of a phase shifter according to an embodiment.
  • phase shifter including a matching circuit (e.g., first matching circuit 710, and/or second matching circuit 720) can be described.
  • a phase shifter e.g., phase shifter 246 including additional inductors (e.g., third inductor 810 and fourth inductor 820) may be described.
  • the phase shifter 246 includes a center tap transformer 330, a first switch 310, a second switch 320, and a matching circuit (e.g., a first matching circuit 710, and /or may include a second matching circuit 720). 7 is shown as including both the first matching circuit 710 and the second matching circuit 720, but the phase shifter 246 includes the first matching circuit 710 or the second matching circuit ( 720) may include only one of the following.
  • the phase shifter 246 may include a first matching circuit 710 electrically connected to the first switch 310 and the second switch 320 .
  • the phase shifter 246 may include a second matching circuit 720 electrically connected to the first terminal of the secondary inductor 332. The second end of the secondary inductor 332 may be connected to ground.
  • the matching circuit may include an inductor and/or a capacitor.
  • a matching circuit eg, the first matching circuit 710 and/or the second matching circuit 720
  • the first matching circuit 710 may be a circuit for matching impedance (eg, 50 ohm) in the direction of the input terminal 391 of the phase shifter 246.
  • the second matching circuit 720 may be a circuit for matching impedance (eg, 50 ohm) in the direction of the output terminal 392 of the phase shifter 246.
  • the first matching circuit 710 may include a first capacitor 830. Based on the capacitance of the first capacitor 830, the impedance in the direction of the input terminal 391 of the phase shifter 246 may be matched.
  • the second matching circuit 720 may include a second capacitor 840. Based on the capacitance of the second capacitor 840, impedance matching in the direction of the output terminal 392 of the phase shifter 246 may be achieved.
  • the phase shifter 246 may include additional inductors (eg, a third inductor 810 and a fourth inductor 820).
  • the phase shifter 246 includes a third inductor 810 electrically connected between the first switch 310 and the first end of the first inductor 331, and a second It may include a fourth inductor 820 electrically connected between the switch 320 and the second end of the first inductor 331.
  • the inductance of the third inductor 810 and the inductance of the fourth inductor 820 may be substantially the same.
  • the phase shifter 246 may form a symmetrical structure by including a third inductor 810 and a fourth inductor 820 whose inductance is substantially the same.
  • the third inductor 810 and the fourth inductor 820 can facilitate impedance matching of the phase shifter 246.
  • the phase shifter 246 may include a capacitor connected in parallel to the primary inductor 331 of the center tap transformer 330.
  • Figure 9 is a diagram explaining a circuit of a phase shifter according to an embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a circuit corresponding to the circuit diagram of the phase shifter 246 in FIG. 3.
  • the phase shifter 246 may include a center tap transformer 330, a first switch 310, and a second switch 320, as described in FIG. 3.
  • the first inductor (e.g., 331 in FIG. 3) and the second inductor (e.g., 332 in FIG. 3) of the center tap transformer 330 may be formed on the same layer of one substrate.
  • the first inductor (e.g., 331 in FIG. 3) and the second inductor (e.g., 332 in FIG. 3) of the center tap transformer 330 may be formed in different layers.
  • the center tap capacitor 333 included in the center tap transformer 330 may be implemented as two equivalent capacitors as shown in FIG. 9.
  • the center tap capacitor 333 may be implemented with a plurality of capacitors, and there is no limit to the number and connection relationship of the plurality of capacitors included in the center tap capacitor 333.
  • portion 933 may be a portion where the first point of the first inductor (e.g., 331 in FIG. 3 ) and the center tap capacitor 333 are connected.
  • the circuit in FIG. 9 is an example, and there are no restrictions on the actual configuration of the circuit of the phase shifter 246.
  • 10 is a graph of input return loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • 11 is a graph of output return loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • 12 is a graph of insertion loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • Figure 13 is a graph of the phase of a signal output from a phase shifter according to an embodiment.
  • the electronic device 100 may adjust the phase using the phase shifter 246.
  • 10 is a graph showing the input return loss 1000 of the phase shifter 246.
  • 11 is a graph showing the output return loss 1100 of the phase shifter 246.
  • the frequency band in which the input/output reflection loss of the phase shifter (e.g., the phase shifter 246) is 10 dB or less can be referred to as the operating frequency band.
  • the operating frequency band of the phase shifter 246 of FIGS. 3, 7, and 8 is 22 GHz to 32 GHz.
  • 12 is a graph showing the insertion loss 1200 of the phase shifter 246. Referring to FIG. 12, it can be seen that the insertion loss of the phase shifter 246 is 2.8 dB or less in the operating frequency band of 22 GHz to 32 GHz.
  • Figure 13 is a graph of the phase of the signal output from the phase shifter 246. Referring to the difference between 1310 and 1320 in FIG. 13, the phase change (180 degrees) of the signal output from the phase shifter 246 can be confirmed. As a result, it can be seen that the phase shifter 246 is a circuit that can adjust the phase by 180 degrees in the operating frequency band of 22GHz to 32GHz.
  • 14 is a graph of input return loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • 15 is a graph of output return loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • 16 is a graph of insertion return loss of a phase shifter according to an embodiment.
  • 17 is a root mean square (RMS) average graph of phase error of a phase shifter according to an embodiment.
  • RMS root mean square
  • the electronic device 100 may adjust the phase using a 6-bit phase shifter (eg, the first phase shifter 240 of FIG. 2) including the phase shifter 246.
  • a 6-bit phase shifter eg, the first phase shifter 240 of FIG. 2
  • a plurality of result values (result graphs) displayed in each of the graphs of FIGS. 14, 15, and 16 are included in the 6-bit phase shifter including the phase shifter 246 of FIGS. 3, 7, and 8. These are the result values when adjusting each sub-phase shifter.
  • FIG. 14 is a graph showing the input return loss of a 6-bit phase shifter (eg, the first phase shifter 240 of FIG. 2) including the phase shifter 246.
  • FIG. 15 is a graph showing the output return loss of a 6-bit phase shifter (eg, the first phase shifter 240 of FIG. 2) including the phase shifter 246.
  • the frequency band in which the input and output return loss of the 6-bit phase shifter (e.g., the first phase shifter 240 in FIG. 2) including the phase shifter 246 is 10 dB or less is referred to as the operating frequency band. You can.
  • the 6-bit phase shifter e.g., the first phase shifter 240 of FIG.
  • FIG. 16 is a graph showing the insertion loss 1200 of a 6-bit phase shifter (eg, the first phase shifter 240 of FIG. 2) including the phase shifter 246.
  • the insertion loss of the 6-bit phase shifter is 6.9 dB to 10.3 dB.
  • phase error may indicate how much the target value and actual value of the phase shift of the phase shifter differ.
  • 1700 in FIG. 17 represents each control signal (e.g., 6-bit control signal) of the 6-bit phase shifter (e.g., the first phase shifter 240 in FIG. 2) including the phase shifter 246.
  • This is a graph showing the phase error as the RMS (root mean square) average for all cases of high and low adjustment (e.g., 64 operations). Referring to 1700 in FIG.
  • the phase error of the 6-bit phase shifter (e.g., the first phase shifter 240 in FIG. 2) including the phase shifter 246 is in the operating frequency band of 24 GHz to 30 GHz. , it can be confirmed that it is less than 2.8 degrees. As a result, it can be confirmed that the 6-bit phase shifter including the phase shifter 246 (e.g., the first phase shifter 240 in FIG. 2) operates in an operating frequency band of 24 GHz to 30 GHz.
  • the phase shifter 246 includes a first inductor 331, a second inductor 332 magnetically coupled to the first inductor 331, and the first inductor 332.
  • the induction signal has the same phase as the first RF signal input to the input terminal 391 of the phase shifter 246.
  • the first RF signal may be output through the output terminal 392 of the phase shifter 246 connected to the second inductor 332.
  • the first switch 310 is in the off state and the second switch 320 is in the on state, there is a phase difference of 180 degrees from the second RF signal input to the input terminal 391 of the phase shifter 246.
  • the induced second RF signal may be output through the output terminal 392 of the phase shifter 246.
  • the center tap capacitor 333 may be connected to the first point of the first inductor 331.
  • the inductance of the first sub-inductor of the primary inductor 331 divided by the first point is substantially equal to the inductance of the second sub-inductor of the primary inductor 331 divided by the first point. can be the same.
  • the phase shifter 246 may include a first matching circuit 710 electrically connected to the first switch 310 and the second switch 320.
  • the first matching circuit 710 may include a first capacitor 830.
  • the phase shifter 246 may include a second matching circuit 720 electrically connected to the first end of the secondary inductor 332.
  • the phase shifter 246 may include a third inductor 810 electrically connected between the first switch 310 and the first end of the first inductor 331; And it may include a fourth inductor 820 electrically connected between the second switch 320 and the second end of the first inductor 331.
  • the inductance of the third inductor 810 and the inductance of the fourth inductor 820 may be substantially the same.
  • the winding directions of the first inductor 331 and the second inductor 332 may be the same.
  • the electronic device 100 includes antennas 248, 258, and 268; Phase shifters (240, 250, 260) connected to the antennas (248, 258, 268); A splitter/combiner (270) connected to the phase shifters (240, 250, 260); an RFIC (220) configured to provide an RF signal to the phase shifters (240, 250, 260) through the splitter/combiner (270); and a processor 210.
  • the first phase shifter 246 includes a first inductor 331 and a second inductor magnetically coupled to the first inductor 331.
  • It may include a second switch 320 that does.
  • the processor 210 may be set to control on/off of the first switch 310 and the second switch 320.
  • the first switch 310 While the first switch 310 is in the on state and the second switch 320 is in the off state, the first RF signal input to the input terminal 391 of the first phase shifter 246 is in phase with the first RF signal.
  • the induced first RF signal may be output through the output terminal 392 of the first phase shifter 246 connected to the second inductor 332.
  • An induced second RF signal having a difference may be output through the output terminal 392 of the first phase shifter 246.
  • the center tap capacitor 333 may be connected to the first point of the first inductor 331.
  • the inductance of the first sub-inductor of the primary inductor 331 divided by the first point is substantially equal to the inductance of the second sub-inductor of the primary inductor 331 divided by the first point. can be the same.
  • the first phase shifter 246 may include a first matching circuit 710 electrically connected to the first switch 310 and the second switch 320.
  • the first matching circuit 710 may include a first capacitor 830.
  • the first phase shifter 246 may include a second matching circuit 720 electrically connected to the first terminal of the second inductor 332.
  • the first phase shifter 246 may include a third inductor 810 electrically connected between the first switch 310 and the first end of the first inductor 331; And it may include a fourth inductor 820 electrically connected between the second switch 320 and the second end of the first inductor 331.
  • the inductance of the third inductor 810 and the inductance of the fourth inductor 820 may be substantially the same.
  • the winding directions of the first inductor 331 and the second inductor 332 may be the same.
  • Electronic devices may be of various types. Electronic devices may include, for example, portable communication devices (e.g., smartphones), computer devices, portable multimedia devices, portable medical devices, cameras, wearable devices, or home appliances. Electronic devices according to embodiments of this document are not limited to the above-described devices.
  • first, second, or first or second may be used simply to distinguish one component from another, and to refer to those components in other respects (e.g., importance or order) is not limited.
  • One (e.g., first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (e.g., second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively.”
  • module used in the embodiments of this document may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and is interchangeable with terms such as logic, logic block, component, or circuit, for example. can be used
  • a module may be an integrated part or a minimum unit of the parts or a part thereof that performs one or more functions.
  • the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • Embodiments of this document are software (software) including one or more instructions stored in a storage medium (e.g., internal memory or external memory) that can be read by a machine (e.g., wireless power transmission device 100) For example, it can be implemented as a program).
  • a processor e.g., processor 201 of a device (e.g., wireless power transmission device 100) may call at least one command among one or more commands stored from a storage medium and execute it. This allows the device to be operated to perform at least one function according to the at least one instruction called.
  • the one or more instructions may include code generated by a compiler or code that can be executed by an interpreter.
  • a storage medium that can be read by a device may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-transitory' only means that the storage medium is a tangible device and does not contain signals (e.g. electromagnetic waves). This term refers to cases where data is stored semi-permanently in the storage medium. There is no distinction between temporary storage cases.
  • the method according to the embodiments disclosed in this document may be provided and included in a computer program product.
  • Computer program products are commodities and can be traded between sellers and buyers.
  • the computer program product may be distributed in the form of a machine-readable storage medium (e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)) or through an application store (e.g. Play StoreTM) or on two user devices (e.g. It can be distributed (e.g. downloaded or uploaded) directly between smart phones) or online.
  • a portion of the computer program product may be at least temporarily stored or temporarily created in a machine-readable storage medium, such as the memory of a manufacturer's server, an application store's server, or a relay server.
  • each component (e.g., module or program) of the above-described components may include a single or multiple entities, and some of the multiple entities may be separately arranged in other components.
  • one or more of the components or operations described above may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • multiple components eg, modules or programs
  • the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component of the plurality of components prior to the integration. .
  • operations performed by a module, program, or other component may be executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the operations may be executed in a different order, omitted, or , or one or more other operations may be added.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

위상 천이기는, 제 1 차 인덕터, 제 2 차 인덕터, 및 센터탭 커패시터를 포함하는 센터탭 트랜스포머; 상기 제 1 차 인덕터의 제 1 단에 전기적으로 연결되는 제 1 스위치; 및 상기 제 1 차 인덕터의 제 2 단에 전기적으로 연결되는 제 2 스위치를 포함할 수 있다. 상기 제 1 스위치가 온 상태이며 상기 제 2 스위치가 오프 상태인 동안에는, 상기 위상 천이기의 상기 입력단에 입력되는 제 1 RF 신호와 동위상을 가지는 유도된 제 1 RF 신호가 상기 제 2 차 인덕터에 연결되는 상기 위상 천이기의 출력단을 통하여 출력될 수 있다. 상기 제 1 스위치가 오프 상태이며 상기 제 2 스위치가 온 상태인 동안에는, 상기 위상 천이기의 상기 입력단에 입력되는 제 2 RF 신호와 180도의 위상 차이를 가지는 유도된 제 2 RF 신호가 상기 위상 천이기의 상기 출력단을 통하여 출력될 수 있다.

Description

위상 천이기, 위상 천이기를 포함하는 전자 장치 및 그 동작 방법
본 발명의 실시 예들은, 위상 천이기, 위상 천이기를 포함하는 전자 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
빔포밍 기술 또는 위상 배열(phased-array) 시스템은 안테나 어레이를 포함하는 전자 장치를 이용하는 분야(예: 통신, 충전)에 적용될 수 있다. 위상 천이기는 전자 장치의 빔포밍 기술 또는 위상 배열(phased-array) 시스템을 구현하는 데 있어서 필수적인 회로이다. 5G 통신 기술의 경우 mm-Wave 대역 (20GHz 이상)에서 동작하고 요구되는 대역폭이 넓기 때문에, 위상 천이기의 광대역 동작이 요구된다. 위상 천이기를 포함하는 전자 장치의 정밀한 동작을 위하여, 위상 천이기는 적은 오류의 위상 변화를 가져야 하고, 위상 천이기의 손실은 최소화 되어야 한다. 위상 천이기를 구성하는 여러 단위 중에서 180도 위상 천이기의 위상 오류와 손실이 위상 천이기의 단위 중에서 가장 크므로 개선이 요구된다.
실시예에 따라서, 위상 천이기는, 제 1 차 인덕터, 상기 제 1 차 인덕터와 자기적으로 커플링되는 제 2 차 인덕터, 및 상기 제 1 차 인덕터에 연결되는 센터탭 커패시터를 포함하는 센터탭 트랜스포머; 상기 제 1 차 인덕터의 제 1 단에 전기적으로 연결되어, 상기 위상 천이기의 입력단 및 상기 제 1 차 인덕터의 상기 제 1 단을 선택적으로(selectively) 연결하는 제 1 스위치; 및 상기 제 1 차 인덕터의 제 2 단에 전기적으로 연결되어, 상기 위상 천이기의 상기 입력단 및 상기 제 1 차 인덕터의 상기 제 2 단을 선택적으로 연결하는 제 2 스위치를 포함할 수 있다. 상기 제 1 스위치가 온 상태이며 상기 제 2 스위치가 오프 상태인 동안에는, 상기 위상 천이기의 상기 입력단에 입력되는 제 1 RF 신호와 동위상을 가지는 유도된 제 1 RF 신호가 상기 제 2 차 인덕터에 연결되는 상기 위상 천이기의 출력단을 통하여 출력될 수 있다. 상기 제 1 스위치가 오프 상태이며 상기 제 2 스위치가 온 상태인 동안에는, 상기 위상 천이기의 상기 입력단에 입력되는 제 2 RF 신호와 180도의 위상 차이를 가지는 유도된 제 2 RF 신호가 상기 위상 천이기의 상기 출력단을 통하여 출력될 수 있다.
실시예에 따라서, 전자 장치는, 안테나들; 상기 안테나들에 연결되는 위상 천이기들; 상기 위상 천이기들에 연결되는 스플리터/컴바이너; 상기 스플리터/컴바이너를 통해 상기 위상 천이기들로 RF 신호를 제공하도록 설정되는 RFIC; 및 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 위상 천이기들 중 제 1 위상 천이기는, 제 1 차 인덕터, 상기 제 1 차 인덕터와 자기적으로 커플링되는 제 2 차 인덕터, 및 상기 제 1 차 인덕터에 연결되는 센터탭 커패시터를 포함하는 센터탭 트랜스포머; 상기 제 1 차 인덕터의 제 1 단에 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 위상 천이기의 입력단 및 상기 제 1 차 인덕터의 상기 제 1 단을 선택적으로(selectively) 연결하는 제 1 스위치; 및 상기 제 1 차 인덕터의 제 2 단에 전기적으로 연결되어, 상기 위상 천이기의 상기 입력단 및 상기 제 1 차 인덕터의 상기 제 2 단을 선택적으로(selectively) 연결하는 제 2 스위치를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 온/오프를 제어하도록 설정될 수 있다. 상기 제 1 스위치가 온 상태이며 상기 제 2 스위치가 오프 상태인 동안에는, 상기 제 1 위상 천이기의 상기 입력단에 입력되는 제 1 RF 신호와 동위상을 가지는 유도된 제 1 RF 신호가 상기 제 2 차 인덕터에 연결되는 상기 제 1 위상 천이기의 출력단을 통하여 출력될 수 있다. 상기 제 1 스위치가 오프 상태이며 상기 제 2 스위치가 온 상태인 동안에는, 상기 제 1 위상 천이기의 상기 입력단에 입력되는 제 2 RF 신호와 180도의 위상 차이를 가지는 유도된 제 2 RF 신호가 상기 제 1 위상 천이기의 상기 출력단을 통하여 출력될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 시스템에 포함되는 전자 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 전자 장치에 포함되는 위상 천이기를 설명하는 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 위상 천이기의 회로도이다.
도 4는 실시예에 따른 위상 천이기 및 위상 천이기를 포함하는 전자 장치의 동작 방법의 흐름도이다.
도 5는 실시예에 따른 위상 천이기 및 위상 천이기를 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 위상 천이기 및 위상 천이기를 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 위상 천이기의 회로도이다.
도 8은 실시예에 따른 위상 천이기의 회로도이다.
도 9는 실시예에 따른 위상 천이기의 회로를 설명하는 도면이다.
도 10은 실시예에 따른 위상 천이기의 입력 반사 손실의 그래프이다.
도 11은 실시예에 따른 위상 천이기의 출력 반사 손실의 그래프이다.
도 12는 실시예에 따른 위상 천이기의 삽입 손실의 그래프이다.
도 13은 실시예에 따른 위상 천이기에서 출력되는 신호의 위상의 그래프이다.
도 14는 실시예에 따른 위상 천이기의 입력 반사 손실의 그래프이다.
도 15는 실시예에 따른 위상 천이기의 출력 반사 손실의 그래프이다.
도 16은 실시예에 따른 위상 천이기의 삽입 반사 손실의 그래프이다.
도 17은 실시예에 따른 위상 천이기의 위상 오류의 RMS 평균 그래프이다.
도 1은 실시예에 따른 시스템에 포함되는 전자 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
실시예에 따라, 도 1을 참조하면, 전자 장치(100)는 빔포밍(beam forming) 기술을 이용하여 기지국(예: 제 1 기지국(110) 또는 제 2 기지국(220))과 통신을 수행할 수 있다. 또는, 도시되지는 않았지만, 실시예에 따라, 전자 장치(100)는 빔포밍 기술을 이용하여 다른 전자 장치로 충전 전력을 송신할 수 있다. 전자 장치(100)는 빔포밍 기술을 이용하여 다른 전자 장치로부터 충전 전력을 수신할 수 있다. 전자 장치(100)의 빔포밍 기술이 이용되는 분야는 통신 분야 또는 충전 분야로 제한되지 않는다.
실시예에 따라, 전자 장치(100)는 안테나 어레이(109)를 포함할 수 있다. 전자 장치(100)는 안테나 어레이(109)에 포함되는 안테나들 각각에 전기적으로 연결되는 위상 천이기들을 포함할 수 있다. 위상 천이기의 개수에는 제한이 없다. 복수의 위상 천이기들은 안테나 어레이(109)에 포함되는 복수의 안테나들에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 전자 장치(100)는 안테나 어레이(109)에 포함되는 복수 개의 안테나들을 통해 각각의 RF(radio frequency) 신호를 발생시킬 수 있다. 특정 지점에서 RF 신호가 보강 간섭되도록 제어하는 기술을 빔포밍이라 할 수 있다. 전자 장치(100)는 안테나 어레이(109)에 연결되는 위상 천이기들 각각의 제어에 기반하여 빔포밍 동작을 수행할 수 있다. 안테나 어레이(109)에 포함되는 복수 개의 안테나들이 발생시키는 RF 신호의 진폭 및 위상 중 적어도 하나는 전자 장치(100)에 의하여 조정될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 안테나 어레이(109)에 포함되는 복수 개의 안테나들이 각각 발생시키는 RF 신호를 서브 RF 신호라 명명하도록 한다. 전자 장치(100)는 안테나 어레이(109)에 포함되는 복수 개의 안테나들에서 발생되는 서브 RF 신호 각각의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 한편, 서브 RF 신호들은 서로 간섭될 수 있다. 예를 들어, 어느 한 지점에서는 서브 RF 신호들이 서로 보강 간섭될 수 있으며, 또 다른 지점에서는 서브 RF 신호들이 서로 상쇄 간섭될 수 있다. 전자 장치(100)는 특정 지점에서 서브 RF 신호들이 서로 보강 간섭될 수 있도록, 안테나 어레이(109)에 포함되는 복수 개의 안테나들에서 발생되는 서브 RF 신호 각각의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 전자 장치(100)는 특정 지점에서 서브 RF 신호들이 서로 보강 간섭이 되도록 안테나 어레이(109)에 포함되는 복수 개의 안테나들을 제어할 수 있다. 여기에서, 안테나 어레이(109)에 포함되는 복수 개의 안테나들을 제어한다는 것은, 안테나 어레이(109)에 포함되는 복수 개의 안테나들로 입력되는 신호의 크기를 제어하거나 또는 안테나 어레이(109)에 포함되는 복수 개의 안테나들로 입력되는 신호의 위상(또는 딜레이)을 제어하는 것을 의미할 수 있다. 전자 장치(100)는 위상 천이기를 이용하여 복수 개의 안테나들로 입력되는 신호의 위상(또는 딜레이)을 제어할 수 있다. 전자 장치(100)가 복수 개의 안테나들로 입력되는 신호의 위상(또는 딜레이)을 제어하는 방식에 대해서는 도 2를 참조하여 후술하도록 한다.
도 1을 참조하여, 전자 장치(100)의 빔포밍 기술에 대하여 통신 분야를 예시로 설명하도록 한다. 도 1에서 전자 장치(100)는 제 1 기지국(110)과 통신을 수행할 수 있는 범위(119) 내에 위치한 상태에서 제 1 기지국(110)과 통신을 수행할 수 있다. 전자 장치(100)는 안테나 어레이(109)를 통한 빔포밍 기술을 이용하여 제 1 주파수(f1)를 중심 주파수로 하는 제 1 주파수 대역을 이용하여 제 1 기지국(110)과 통신을 수행할 수 있다. 전자 장치(100)는 이동(108)할 수 있다. 전자 장치(100)는 제 2 기지국(120)과 통신을 수행할 수 있는 범위(129) 내에 위치한 상태에서 제 2 기지국(120)과 통신을 수행할 수 있다. 전자 장치(100)는 안테나 어레이(109)를 통한 빔포밍 기술을 이용하여 제 2 주파수(f2)를 중심 주파수로 하는 제 2 주파수 대역을 이용하여 제 2 기지국(120)과 통신을 수행할 수 있다. 전자 장치(100)와 제 1 기지국(110) 사이의 제 1 주파수(f1)와 전자 장치(100)와 제 2 기지국(120) 사이의 제 2 주파수(f2)는 상이할 수 있다. 한편, 제 1 주파수(f1) 및 제 2 주파수(f2)의 차이는 상대적으로 클 수 있다. 예를 들어, 3GPP에서 제안되는 NR(New Radio)의 FR(frequency range) 2의 n257 대역의 중심주파수는 28GHz일 수 있으며, n258 대역의 중심주파수는 26GHz이고, n259 대역의 중심주파수는 41GHz이고, n260 대역의 중심주파수는 39GHz일 수 있다. 예를 들어, n257 대역 및 n258 대역의 중심주파수의 차이는 2GHz일 수 있으며, 전자 장치(101)가 커버하여야 하는 주파수의 범위는 상대적으로 클 수 있다. 이에 따라, 전자 장치(100)는 광대역 동작이 요구될 수 있다. 전자 장치(100)의 광대역 동작은, 넓은 범위에 포함되는 상이한 주파수(예: 제 1 주파수(f1) 및 제 2 주파수(f2))에서 전자 장치(100)가 정상적으로(또는, 지정된 수준 이상의 능력으로) 동작하는 것을 의미할 수 있다. 전자 장치(100)의 광대역 동작은 후술하는 위상 천이기를 통해 달성될 수 있다. 전자 장치(100)의 광대역 동작이 적용되는 분야에는 제한이 없다.
도 2는 실시예에 따른 전자 장치에 포함되는 위상 천이기를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 전자 장치(100)는 RF 신호(예: 서브 RF신호)를 발생시키는 안테나들(248, 258, 268)을 포함할 수 있다. 전자 장치(100)는 안테나들(248, 258, 268)로 입력되는 신호의 위상(또는 딜레이)을 조정하는 위상 천이기들(240, 250, 260)을 포함할 수 있다. 전자 장치(100)는 안테나들(248, 258, 268)로 입력되는 RF 신호를 증폭하는 증폭기들(247, 257, 267)을 포함할 수 있다. 증폭기들(247, 257, 267)은 안테나들(248, 258, 268)을 통해 수신되는 RF 신호를 증폭할 수도 있다. 전자 장치(100)는 무선 주파수(RF) 신호를 제공하는 RFIC(radio frequency integrated circuit)(220)를 포함할 수 있다. 전자 장치(100)는 RFIC(220)로부터 제공되는 RF 신호를 위상 천이기들(240, 250, 260)로 분기하는 스플리터/컴바이너(270)를 포함할 수 있다. 안테나들(248, 258, 268)을 통해 수신되는 RF 신호들은 스플리터/컴바이너(270)에 의해 결합되어 RFIC(220)로 제공될 수도 있다. RF 신호(예: 서브 RF 신호)의 위상 각각은, 빔포밍을 위하여 조정될 수 있다. 여기에서, RF 신호(예: 서브 RF 신호)는, 컴바이너/스플리터(270)에 의하여 분기된 이후에 위상 천이기들(240, 250, 260) 각각으로 입력되는 송신되는 RF 신호 및/또는 컴바이너/스플리터(270)에 의하여 결합되기 이전의 위상 천이기들(240, 250, 260) 각각에 인가되는 수신되는 RF 신호를 의미할 수 있다.
RFIC(220)는 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 도 2에는 하나의 RFIC(220)만이 도시되어 있으나, 전자 장치(100)에 포함되는 RFIC(220)의 개수에는 제한이 없다. 프로세서(210)(예: 모뎀)는 기저대역(baseband) 신호를 제공할 수 있다. RFIC(220)는, 송신 시에, 프로세서(210)에 의해 생성된 기저대역 신호를 지정된 고주파 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다. RFIC(220)는, 수신 시에, 스플리터/컴바이너(270)를 통해 제공되는 RF 신호(예: 안테나들(248, 258, 268)을 통해 수신되는 RF 신호들이 스플리터/컴바이너(270)에 의해 결합된 RF 신호)를 프로세서(210)에 의해 처리될 수 있도록 기저대역 신호로 변환할 수 있다. 전자 장치(100)는, 실시예에 따라, RFIC(220)와 별개로 또는 적어도 그 일부로서, IFIC(intermediate frequency integrated circuit)를 포함할 수 있다. 이런 경우, IFIC는 프로세서(210)에 의해 생성된 기저대역 신호를 중간(intermediate) 주파수 대역의 RF 신호(이하, IF 신호)로 변환한 뒤, 상기 IF 신호를 RFIC(220)로 전달할 수 있다. RFIC(220)는 IF 신호를 지정된 고주파 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다. 수신 시에, RF 신호가 안테나들(248, 258, 268)을 통해 외부로부터 수신되고 RFIC(220)에 의해 IF 신호로 변환될 수 있다. IFIC는 IF 신호를 프로세서(210)가 처리할 수 있도록 기저대역 신호로 변환할 수 있다.
위상 천이기들(240, 250, 260)은 스플리터/컴바이너(270)에 의해 분기된 RF 신호의 위상을 조정할 수 있다. 안테나들(248, 258, 268)은 위상 천이기들(240, 250, 260)에 의해 위상이 조정된 송신되는 RF 신호를 입력 받을 수 있다. 위상 천이기들(240, 250, 260)은 안테나들(248, 258, 268)을 통해 수신된 RF 신호의 위상을 조정할 수 있다. 스플리터/컴바이너(270)는 위상 천이기들(240, 250, 260)에 의해 위상이 조정된 수신되는 RF 신호들을 결합할 수 있다. 위상 천이기들(240, 250, 260) 각각은 안테나들(248, 258, 268) 각각에 전기적으로 연결될 수 있다.
위상 천이기들(240, 250, 260)은 여러 단위로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면 위상 천이기들(240, 250, 260)은 6 비트(bit) 단위로 제어될 수 있다. 비트는 위상 천이기들(240, 250, 260) 각각에 포함되는 위상 천이기(예: 서브 위상 천이기(241, 242, 243, 244, 245, 246, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 261, 262, 263, 264, 265, 266)일 수 있다. 예를 들어, 위상 천이기가 6 비트 단위로 제어된다는 것은, 위상 천이기에 포함되는 6개의 서브 위상 천이기가 6비트의 제어 신호에 의하여 동작하는 것을 의미할 수 있다. 다만, 위상 천이기들(240, 250, 260) 각각에 포함되는 서브 위상 천이기의 개수 및/또는 제어 신호의 비트의 수에는 제한이 없다. 도 2에서, 제 1 위상 천이기(240)는, 제 1 서브 위상 천이기(241), 제 2 서브 위상 천이기(242), 제 3 서브 위상 천이기(243), 제 4 서브 위상 천이기(244), 제 5 서브 위상 천이기(245), 및 제 6 서브 위상 천이기(246)를 포함할 수 있다. 제 1 서브 위상 천이기(241), 제 2 서브 위상 천이기(242), 제 3 서브 위상 천이기(243), 제 4 서브 위상 천이기(244), 제 5 서브 위상 천이기(245), 및 제 6 서브 위상 천이기(246)는 각각 지정된 위상만큼 RF 신호의 위상을 조정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 서브 위상 천이기(241)는 제 1 위상(예: 90도)만큼 위상을 조정할 수 있다. 제 1 서브 위상 천이기(241)는, 제 1 서브 위상 천이기(241)에 입력된 RF 신호와 동위상의 RF 신호를 출력하거나, 제 1 서브 위상 천이기(241)에 입력된 RF 신호의 위상에서 제 1 위상(예: 90도)만큼 조정된 위상을 가지는 RF 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 2 서브 위상 천이기(242) 제 2 위상(예: 45도)만큼 위상을 조정할 수 있다. 제 2 서브 위상 천이기(242)는, 제 2 서브 위상 천이기(242)에 입력된 RF 신호와 동위상의 RF 신호를 출력하거나, 제 2 서브 위상 천이기(242)에 입력된 RF 신호의 위상에서 제 2 위상(예: 45도)만큼 조정된 위상을 가지는 RF 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 3 서브 위상 천이기(243)는 제 3 위상(예: 11.25도)만큼 위상을 조정할 수 있다. 제 3 서브 위상 천이기(243)는, 제 3 서브 위상 천이기(243)에 입력된 RF 신호와 동위상의 RF 신호를 출력하거나, 제 3 서브 위상 천이기(243)에 입력된 RF 신호의 위상에서 제 3 위상(예: 11.25도)만큼 조정된 위상을 가지는 RF 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 4 서브 위상 천이기(244)는 제 4 위상(예: 5.625도)만큼 위상을 조정할 수 있다. 제 4 서브 위상 천이기(244)는, 제 4 서브 위상 천이기(244)에 입력된 RF 신호와 동위상의 RF 신호를 출력하거나, 제 4 서브 위상 천이기(244)에 입력된 RF 신호의 위상에서 제 4 위상(예: 5.625도)만큼 조정된 위상을 가지는 RF 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 5 서브 위상 천이기(245)는 제 5 위상(예: 22.5도)만큼 위상을 조정할 수 있다. 제 5 서브 위상 천이기(245)는, 제 5 서브 위상 천이기(245)에 입력된 RF 신호와 동위상의 RF 신호를 출력하거나, 제 5 서브 위상 천이기(241)에 입력된 RF 신호의 위상에서 제 5 위상(예: 22.5도)만큼 조정된 위상을 가지는 RF 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 6 서브 위상 천이기(246)는 제 6 위상(예: 180도)만큼 위상을 조정할 수 있다. 제 6 서브 위상 천이기(246)는, 제 6 서브 위상 천이기(246)에 입력된 RF 신호와 동위상의 RF 신호를 출력하거나, 제 6 서브 위상 천이기(246)에 입력된 RF 신호의 위상에서 제 6 위상(예: 180도)만큼 조정된 위상을 가지는 RF 신호를 출력할 수 있다. 제 1 위상 천이기(240)는, 제 1 서브 위상 천이기(241), 제 2 서브 위상 천이기(242), 제 3 서브 위상 천이기(243), 제 4 서브 위상 천이기(244), 제 5 서브 위상 천이기(245), 및 제 6 서브 위상 천이기(246)를 통해, 지정된 위상만큼 위상을 조정할 수 있다. 프로세서(210)는 위상 천이기들(240, 250, 260)에 의해 조정될 위상을 결정할 수 있다. 프로세서(210)는 위상 천이기들(240, 250, 260)로 제어 신호를 제공할 수 있다. 위상 천이기들(240, 250, 260)은 프로세서(210)에 의해 제공되는 제어 신호에 따라 지정된 위상만큼 위상을 조정할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서, 프로세서(210)는 제 1 서브 위상 천이기(241), 제 4 서브 위상 천이기(244), 및 제 6 서브 위상 천이기(246)에서 위상을 조정하도록 하는 제어 신호(예: 1, 0, 0, 1, 0, 1)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호가 1인 경우, 제어 신호에 대응하는 서브 위상 천이기는 위상 조정을 수행할 수 있다. 제어 신호가 0이 경우, 제어 신호에 대응하는 서브 위상 천이기는 위상 조정을 수행하지 않고, 입력 RF 신호와 동위상의 출력 RF 신호를 출력할 수 있다. 도 2에서, 프로세서(210)에 의해 제공되는 제어 신호(예: 1, 0, 0, 1, 0, 1)에 따라, 제 1 서브 위상 천이기(241), 제 4 서브 위상 천이기(244), 및 제 6 서브 위상 천이기(246)에서는 입력 RF 신호의 위상에서 위상이 조정된 출력 RF 신호가 출력되고, 제 2 서브 위상 천이기(242), 제 3 서브 위상 천이기(243), 및 제 5 서브 위상 천이기(245)에서는 입력 RF 신호와 동위상의 출력 RF 신호가 출력될 수 있다. 결과적으로, 제 1 위상 천이기(240)의 출력 RF 신호의 위상은 입력 RF 신호의 위상에서, 제 1 서브 위상 천이기(241), 제 4 서브 위상 천이기(244), 및 제 6 서브 위상 천이기(246) 각각에 의해 조정되는 위상만큼(예: 제 1 위상(예: 90도), 제 4 위상(예: 5.625도), 및 제 6 위상(예: 180도)의 합인 275.625도만큼) 지연될 수 있다. 마찬가지로, 프로세서(210)는, 제 2 위상 천이기(250)(예: 제 2 위상 천이기(250)에 포함되는 서브 위상 천이기들(251, 252, 253, 254, 255, 256)) 및/또는 제 3 위상 천이기(260)(예: 제 3 위상 천이기(260)에 포함되는 서브 위상 천이기들(261, 262, 263, 264, 265, 266))로도 제어 신호를 제공할 수 있다.
도 2에는 제 1 위상 천이기(240)에 포함되는 제 6 서브 위상 천이기(246)의 회로도가 도시되어 있다. 도 3을 참조하여 제 6 서브 위상 천이기(246)(이하, 위상 천이기(246))의 회로도를 설명하도록 한다.
도 3은 실시예에 따른 위상 천이기의 회로도이다.
도 3의 위상 천이기(246)는, 도 2의 제 1 위상 천이기(240)에 포함되는 제 6 서브 위상 천이기(246)일 수 있다. 도 3의 위상 천이기(246)는 지정된 위상만큼 위상을 조정할 수 있다. 도 3의 위상 천이기(246)는 180도만큼 위상을 조정할 수 있다. 위상 천이기(246)는, 위상 천이기(246)에 입력된 RF 신호와 동위상의 RF 신호를 출력하거나, 위상 천이기(246)에 입력된 RF 신호의 위상에서 180도만큼 조정된 위상을 가지는 RF 신호를 출력할 수 있다.
도 3을 참조하면, 위상 천이기(246)는, 센터탭 트랜스포머(330), 제 1 스위치(310), 및 제 2 스위치(320)를 포함할 수 있다.
센터탭 트랜스포머(330)는, 제 1 차 인덕터(331), 제 1 차 인덕터(331)와 자기적으로 커플링되는 제 2 차 인덕터(332), 및 제 1 차 인덕터(331)에 연결되는 센터탭 커패시터(333)를 포함할 수 있다. 센터탭 커패시터(333)는 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 지점에 연결될 수 있다. 제 1 차 인덕터(331)는 센터탭 커패시터(333)가 연결되는 제 1 지점을 기준으로 제 1 서브 인덕터와 제 2 서브 인덕터로 분할될 수 있다. 제 1 지점에 의하여 분할되는 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 서브 인덕터의 인덕턴스는, 제 1 지점에 의하여 분할되는 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 서브 인덕터의 인덕턴스와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 3의 위상 천이기(246)와 달리, 인덕터와 커패시터 만으로 구성되는 필터 구조를 이용하는 위상 천이기는, 필터 구조가 협대역 동작을 하기 때문에, 광대역 동작을 수행하기 어려울 수 있다. 도 3의 위상 천이기(246)는, 센터탭 트랜스포머(330)를 포함함으로써, 광대역 동작이 가능할 수 있다. 트랜스포머(예: 센터탭 트랜스포머(330))의 양 포트 사이의 전달함수는, 인덕터와 커패시터 만으로 구성되는 필터 구조의 양 포트 사이의 전달함수에 비하여 극점(pole)이 하나 추가되기 때문에, 센터탭 트랜스포머(330)를 포함하는 위상 천이기(246)는 광대역 동작을 수행할 수 있다. 위상 천이기(246)는 센터탭 트랜스포머(330)를 이용하여 균등한 위상의 RF 신호를 출력할 수 있다. 위상 천이기(246)는 제 1 스위치(310), 제 2 스위치(320), 및 센터탭 트랜스포머(330)를 이용하여, 광대역으로 일정한 위상 지연을 수행할 수 있다. 위상 천이기(246)의 광대역 동작에 대해서는 도 10 내지 도 17에서 추가적으로 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 제 1 스위치(310)는 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단에 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 스위치(310)는 위상 천이기(246)의 입력단(391) 및 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단을 선택적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(310)의 온 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단(391) 및 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단은 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 스위치(310)의 온 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단(391)을 통해 입력되는 RF 신호는 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단으로 전달될 수 있다. 제 1 스위치(310)의 오프 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단(391) 및 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단은 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 전기적으로 연결되지 않는 것을 전기적으로 차단되었다고 표현할 수 있다. 제 1 스위치(310)의 오프 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단(391)을 통해 입력되는 RF 신호는 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단으로 전달되지 않을 수 있다.
제 2 스위치(320)는 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단에 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 스위치(320)는 위상 천이기(246)의 입력단(391) 및 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단을 선택적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 제 2 스위치(320)의 온 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단(391) 및 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단은 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 스위치(320)의 온 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단(391)을 통해 입력되는 RF 신호는 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단으로 전달될 수 있다. 제 2 스위치(320)의 오프 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단(391) 및 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단은 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 제 2 스위치(320)의 오프 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단(391)을 통해 입력되는 RF 신호는 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단으로 전달되지 않을 수 있다.
제 1 차 인덕터(331)와 제 2 차 인덕터(322)는 자기적으로 커플링 될 수 있다. 제 1 차 인덕터(331)에 제공되는 RF 신호에 기반하여, 제 1 차 인덕터(331)의 주변에 자기장이 제공될 수 있다. 제 1 차 인덕터(331)의 주변에 제공되는 자기장에 기반하여, 제 2 차 인덕터(332)에 RF 신호가 유도될 수 있다. 제 1 차 인덕터(331)에 제공되는 RF 신호의 방향(또는 위상)에 기반하여, 제 1 차 인덕터(331)의 주변에 제공되는 자기장의 방향이 결정될 수 있다. 제 1 차 인덕터(331)의 주변에 제공되는 자기장의 방향에 기반하여, 제 2 차 인덕터(332)에 유도되는 RF 신호의 방향(또는 위상)이 결정될 수 있다. 예를 들어, 후술하는 도 5와 같이 제 1 차 인덕터(331)의 권선 방향과 제 2 차 인덕터(322)의 권선 방향은 동일할 수 있다. 도 5와 같이 제 1 차 인덕터(331)의 권선 방향과 제 2 차 인덕터(322)의 권선 방향은 동일함에 따라, 제 1 스위치(310)를 통해 제 1 차 인덕터(331)로 전류가 흐르면, 제 2 차 인덕터(332)에는 출력단(392)에서 접지 방향으로 전류가 흐를 수 있다. 도 5와 같이 제 1 차 인덕터(331)의 권선 방향과 제 2 차 인덕터(322)의 권선 방향은 동일함에 따라, 제 2 스위치(320)를 통해 제 1 차 인덕터(331)로 전류가 흐르면, 제 2 차 인덕터(332)에는 접에서 출력단(392) 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
위상 천이기(246)는, 제 1 스위치(310) 및 제 2 스위치(320)의 온/오프에 따라, 위상 천이기(246)의 입력단(391)으로 입력되는 RF 신호와 동위상을 가지는 유도된 RF 신호, 또는 입력단(391)으로 입력되는 RF 신호와 180도의 위상 차이를 가지는 유도된 RF 신호가 출력단(392)을 통하여 출력될 수 있다. 도 4를 참조하여 더욱 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 실시예에 따른 위상 천이기 및 위상 천이기를 포함하는 전자 장치의 동작 방법의 흐름도이다. 도 4는 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명할 수 있다. 도 5는 실시예에 따른 위상 천이기 및 위상 천이기를 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하는 도면이다. 도 6은 실시예에 따른 위상 천이기 및 위상 천이기를 포함하는 전자 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 401 동작에서, 실시예에 따라, 전자 장치(100)(예: 프로세서(210))는, 위상 천이기(246)의 입력단(391)으로 제 1 RF 신호가 입력되는 동안, 위상 천이기(246)에 포함되는 제 1 스위치(310)를 온 상태로 제어하고 위상 천이기(246)에 포함되는 제 2 스위치(320)를 오프 상태로 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 제 1 스위치(310)를 온 상태로 제어하고 제 2 스위치(320)를 오프 상태로 제어하도록 하는 제어 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 5에서, 제 1 스위치(310)는 제 1 제어 신호(501)(예: 1)에 의해 온 상태로 제어될 수 있다. 제 1 스위치(310)의 온 상태에서, 제 1 스위치(310)는 전기적으로 단락될 수 있다. 제 1 스위치(310)의 온 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단으로 입력된 RF 신호는 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단으로 제공될 수 있다. 제 2 스위치(320)는 제 2 제어 신호(502)(예: 0)에 의해 오프 상태로 제어될 수 있다. 제 2 스위치(320)의 오프 상태에서, 제 2 스위치(320)는 전기적으로 개방될 수 있다. 제 2 스위치(320)의 오프 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단으로 입력된 RF 신호는 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단으로 제공되지 않을 수 있다. 제 1 스위치(310)가 온 상태이며 제 2 스위치(320)가 오프 상태인 동안에는, 위상 천이기(246)의 입력단(391)에 입력되는 제 1 RF 신호는, 제 1 스위치(310)를 통해, 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단으로 제공될 수 있다. 제 1 스위치(310)가 온 상태이며 제 2 스위치(320)가 오프 상태인 동안에는, 위상 천이기(246)의 입력단(391)에 입력되는 제 1 RF 신호는, 제 1 스위치(310)에 전기적으로 연결되는 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단에서 센터탭 커패시터(333)를 향하는 제 1 방향(510)으로 제공될 수 있다. 따라서, 제 1 스위치(310)가 온 상태이며 제 2 스위치(320)가 오프 상태인 동안에는, 제 1 차 인덕터(331) 중에서, 센터탭 커패시터(333)가 연결되는 제 1 지점에 의하여 분할되는 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 서브 인덕터에만 RF 신호가 제공될 수 있고, 제 1 지점에 의하여 분할되는 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 서브 인덕터에는 RF 신호가 제공되지 않을 수 있다.
403 동작에서, 실시예에 따라, 위상 천이기(246)의 입력단(391)에 제 1 RF 신호가 입력되고, 제 1 스위치(310)가 온 상태이고, 제 2 스위치(320)가 오프 상태인 동안에는, 위상 천이기(246)의 입력단(391)에 입력되는 제 1 RF 신호와 동위상을 가지는 유도된 제 1 RF 신호(520)가 제 2 차 인덕터(332)에 연결되는 위상 천이기(246)의 출력단(392)을 통하여 출력될 수 있다.
403 동작에서, 실시예에 따라, 전자 장치(100)(예: 프로세서(210))는, 위상 천이기(246)의 입력단(391)으로 제 2 RF 신호가 입력되는 동안, 위상 천이기(246)에 포함되는 제 1 스위치(310)를 오프 상태로 제어하고 위상 천이기(246)에 포함되는 제 2 스위치(320)를 온 상태로 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 제 1 스위치(310)를 오프 상태로 제어하고 제 2 스위치(320)를 온 상태로 제어하도록 하는 제어 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서, 제 1 스위치(310)는 제 3 제어 신호(601)(예: 0)에 의해 오프 상태로 제어될 수 있다. 제 1 스위치(310)는 전기적으로 개방될 수 있다. 제 1 스위치(310)의 오프 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단으로 입력된 RF 신호는 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단으로 제공되지 않을 수 있다. 제 2 스위치(320)는 제 4 제어 신호(602)(예: 1)에 의해 온 상태로 제어될 수 있다. 제 2 스위치(320)는 전기적으로 단락될 수 있다. 제 2 스위치(320)의 온 상태에서, 위상 천이기(246)의 입력단으로 입력된 RF 신호는 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단으로 제공될 수 있다. 제 1 스위치(310)가 오프 상태이며 제 2 스위치(320)가 온 상태인 동안에는, 위상 천이기(246)의 입력단(391)에 입력되는 제 2 RF 신호는, 제 2 스위치(320)를 통해, 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단으로 제공될 수 있다. 제 1 스위치(310)가 오프 상태이며 제 2 스위치(320)가 온 상태인 동안에는, 위상 천이기(246)의 입력단(391)에 입력되는 제 2 RF 신호는, 제 2 스위치(320)에 전기적으로 연결되는 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단에서 센터탭 커패시터(333)를 향하는 제 2 방향(610)으로 제공될 수 있다. 따라서, 제 1 스위치(310)가 오프 상태이며 제 2 스위치(320)가 온 상태인 동안에는, 제 1 차 인덕터(331) 중에서, 센터탭 커패시터(333)가 연결되는 제 1 지점에 의하여 분할되는 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 서브 인덕터에만 RF 신호가 제공될 수 있고, 제 1 지점에 의하여 분할되는 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 서브 인덕터에는 RF 신호가 제공되지 않을 수 있다.
407 동작에서, 실시예에 따라, 위상 천이기(246)의 입력단(391)에 제 2 RF 신호가 입력되고, 제 1 스위치(310)가 오프 상태이고, 제 2 스위치(320)가 온 상태인 동안에는, 위상 천이기(246)의 입력단(391)에 입력되는 제 2 RF 신호와 180도의 위상 차이를 가지는 유도된 제 2 RF 신호(620)가 제 2 차 인덕터(332)에 연결되는 위상 천이기(246)의 출력단(392)을 통하여 출력될 수 있다. 401 동작에서 입력되는 제 1 RF 신호의 위상과 405 동작에서 입력되는 제 2 RF 신호의 위상이 동일한 경우, 407 동작에서 출력되는 유도된 제 2 RF 신호의 위상은, 403 동작에서 출력되는 유도된 제 1 RF 신호의 위상 보다 180도 지연된 위상일 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 위상 천이기의 회로도이다. 도 8은 실시예에 따른 위상 천이기의 회로도이다.
도 7을 참조하여, 정합 회로(예: 제 1 정합 회로(710), 및/또는 제 2 정합 회로(720))를 포함하는 위상 천이기(예: 위상 천이기(246))를 설명할 수 있다. 도 8을 참조하여, 정합 회로(예: 제 1 정합 회로(710), 및/또는 제 2 정합 회로(720))의 예시를 설명할 수 있다. 도 8을 참조하여, 추가적인 인덕터(예: 제 3 인덕터(810), 및 제 4 인덕터(820))를 포함하는 위상 천이기(예: 위상 천이기(246))를 설명할 수 있다.
도 7을 참조하면, 위상 천이기(246)는, 센터탭 트랜스포머(330), 제 1 스위치(310), 제 2 스위치(320), 및 정합 회로(예: 제 1 정합 회로(710), 및/또는 제 2 정합 회로(720))를 포함할 수 있다. 도 7은, 제 1 정합 회로(710), 및 제 2 정합 회로(720)를 모두 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 위상 천이기(246)는, 제 1 정합 회로(710) 또는 제 2 정합 회로(720) 중 하나만을 포함할 수도 있다. 위상 천이기(246)는, 제 1 스위치(310) 및 제 2 스위치(320)에 전기적으로 연결되는 제 1 정합 회로(710)를 포함할 수 있다. 위상 천이기(246)는, 제 2 차 인덕터(332)의 제 1 단에 전기적으로 연결되는 제 2 정합 회로(720)를 포함할 수 있다. 제 2 차 인덕터(332)의 제 2 단은 그라운드에 연결될 수 있다.
정합 회로(예: 제 1 정합 회로(710), 및/또는 제 2 정합 회로(720))는 인덕터 및/또는 커패시터를 포함할 수 있다. 정합 회로(예: 제 1 정합 회로(710), 및/또는 제 2 정합 회로(720))는 인덕터 및/또는 커패시터를 직렬/병렬 연결하여 조합할 수 있는 회로일 수 있다. 제 1 정합 회로(710)는, 위상 천이기(246)의 입력단(391) 방향의 임피던스 정합(예: 50옴[ohm])을 위한 회로일 수 있다. 제 2 정합 회로(720)는, 위상 천이기(246)의 출력단(392) 방향의 임피던스 정합(예: 50옴[ohm])을 위한 회로일 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 제 1 정합 회로(710)는 제 1 커패시터(830)를 포함할 수 있다. 제 1 커패시터(830)의 커패시턴스에 기반하여, 위상 천이기(246)의 입력단(391) 방향의 임피던스 정합이 될 수 있다. 제 2 정합 회로(720)는 제 2 커패시터(840)를 포함할 수 있다. 제 2 커패시터(840)의 커패시턴스에 기반하여, 위상 천이기(246)의 출력단(392) 방향의 임피던스 정합이 될 수 있다.
도 8을 참조하면, 위상 천이기(246)는, 추가적인 인덕터(예: 제 3 인덕터(810), 및 제 4 인덕터(820))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8에서, 위상 천이기(246)는, 제 1 스위치(310) 및 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단 사이에 전기적으로 연결되는 제 3 인덕터(810), 및 제 2 스위치(320) 및 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단 사이에 전기적으로 연결되는 제 4 인덕터(820)를 포함할 수 있다. 제 3 인덕터(810)의 인덕턴스와 제 4 인덕터(820)의 인덕턴스는 실질적으로 동일할 수 있다. 위상 천이기(246)는, 인덕턴스가 실질적으로 동일한 제 3 인덕터(810) 및 제 4 인덕터(820)를 포함함으로써, 대칭 구조를 형성할 수 있다. 제 3 인덕터(810) 및 제 4 인덕터(820)는, 위상 천이기(246)의 임피던스 정합을 용이하게 할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 위상 천이기(246)는 센터탭 트랜스포머(330)의 제 1 차 인덕터(331)에 병렬 연결되는 커패시터를 포함할 수도 있다.
도 9는 실시예에 따른 위상 천이기의 회로를 설명하는 도면이다.
도 9는, 도 3의 위상 천이기(246)의 회로도에 대응하는 회로를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 위상 천이기(246)는, 도 3에서 설명한 바와 같이, 센터탭 트랜스포머(330), 제 1 스위치(310), 제 2 스위치(320)를 포함할 수 있다. 센터탭 트랜스포머(330)의 제 1 차 인덕터(예: 도 3의 331) 및 제 2 차 인덕터(예: 도 3의 332)는 하나의 기판의 동일한 레이어에 형성될 수 있다. 센터탭 트랜스포머(330)의 제 1 차 인덕터(예: 도 3의 331) 및 제 2 차 인덕터(예: 도 3의 332)는 각각 다른 레이어에 형성될 수도 있다. 센터탭 트랜스포머(330)에 포함되는 센터탭 커패시터(333)는, 도 9와 같이 두 개의 등가 커패시터로 구현될 수도 있다. 센터탭 커패시터(333)는, 복수 개의 커패시터로 구현될 수 있으며, 센터탭 커패시터(333)에 포함되는 복수 개의 커패시터의 개수, 및 연결 관계에는 제한이 없다. 도 9에서, 933 부분은 제 1 차 인덕터(예: 도 3의 331)의 제 1 지점과 센터탭 커패시터(333)가 연결되는 부분일 수 있다. 도 9의 회로는 예시적인 것으로서, 위상 천이기(246)의 회로의 실제 구성에는 제한이 없다.
도 10은 실시예에 따른 위상 천이기의 입력 반사 손실의 그래프이다. 도 11은 실시예에 따른 위상 천이기의 출력 반사 손실의 그래프이다. 도 12는 실시예에 따른 위상 천이기의 삽입 손실의 그래프이다. 도 13은 실시예에 따른 위상 천이기에서 출력되는 신호의 위상의 그래프이다.
도 10, 11, 12, 및 13을 참조하여, 도 3, 도 7, 및 도 8의 위상 천이기(246)의 단일 비트에 의한 위상 천이기의 설계 결과를 설명할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)는, 위상 천이기(246)를 이용하여 위상을 조정할 수 있다.
도 10은, 위상 천이기(246)의 입력 반사 손실(1000)을 나타내는 그래프이다. 도 11은, 위상 천이기(246)의 출력 반사 손실(1100)을 나타내는 그래프이다. 위상 천이기(예: 위상 천이기(246))의 입출력 반사 손실이 10dB 이하인 주파수 대역을 동작 주파수 대역이라고 할 수 있다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 도 3, 도 7, 및 도 8의 위상 천이기(246)의 동작 주파수 대역은 22GHz 내지 32GHz인 것을 확인할 수 있다. 도 12는, 위상 천이기(246)의 삽입 손실(1200)을 나타내는 그래프이다. 도 12를 참조하면, 위상 천이기(246)의 동작 주파수 대역 22GHz 내지 32GHz에서, 위상 천이기(246)의 삽입 손실은 2.8dB 이하인 것을 확인할 수 있다. 도 13은, 위상 천이기(246)에서 출력되는 신호의 위상의 그래프이다. 도 13의 1310 및 1320의 차이를 참조하면, 위상 천이기(246)에서 출력되는 신호의 위상 변화(180도)를 확인할 수 있다. 결과적으로, 위상 천이기(246)는, 22GHz 내지 32GHz의 동작 주파수 대역에서, 180도의 위상을 조정할 수 있는 회로임을 알 수 있다.
도 14는 실시예에 따른 위상 천이기의 입력 반사 손실의 그래프이다. 도 15는 실시예에 따른 위상 천이기의 출력 반사 손실의 그래프이다. 도 16은 실시예에 따른 위상 천이기의 삽입 반사 손실의 그래프이다. 도 17은 실시예에 따른 위상 천이기의 위상 오류의 RMS(root mean square) 평균 그래프이다.
도 14, 15, 16, 및 17을 참조하여, 도 3, 도 7, 및 도 8의 위상 천이기(246)가 포함된 6 비트 위상 천이기의 설계 결과를 설명할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)는, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))를 이용하여 위상을 조정할 수 있다. 도 14, 15, 및 16의 그래프 각각에 표시되는 복수 개의 결과값들(결과 그래프)은, 도 3, 도 7, 및 도 8의 위상 천이기(246)가 포함된 6 비트 위상 천이기에 포함되는 서브 위상 천이기를 각각 조정했을 때의 결과값들이다.
도 14는, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))의 입력 반사 손실을 나타내는 그래프이다. 도 15는, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))의 출력 반사 손실을 나타내는 그래프이다. 전술한 바와 같이, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))의 입출력 반사 손실이 10dB 이하인 주파수 대역을 동작 주파수 대역이라고 할 수 있다. 도 14 및 도 15를 참조하면, 도 3, 도 7, 및 도 8의 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))의 동작 주파수 대역은 24GHz 내지 30GHz인 것을 확인할 수 있다. 도 16은, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))의 삽입 손실(1200)을 나타내는 그래프이다. 도 16을 참조하면, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))의 동작 주파수 대역 24GHz 내지 30GHz에서, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))의 삽입 손실은 6.9dB 내지 10.3dB인 것을 확인할 수 있다. 도 17은, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))의 위상 오류(phase error)의 RMS 평균 값을 나타낸 그래프이다. 위상 오류는 위상 천이기의 위상 변위의 목표 값과 실제 값이 얼마나 차이나는지를 나타낼 수 있다. 도 17의 1700는, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))의 제어 신호(예: 6비트의 제어 신호) 각각의 high와 low를 조절하는 모든 경우(예: 64개 동작)에 대한 위상 오류를 RMS(root mean square) 평균값으로 나태는 그래프이다. 도 17의 1700을 참조하면, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))의 위상 오류는, 동작 주파수 대역 24GHz 내지 30GHz에서, 2.8도 이하인 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 위상 천이기(246)를 포함하는 6비트의 위상 천이기(예: 도 2의 제 1 위상 천이기(240))는, 24GHz 내지 30GHz의 동작 주파수 대역에서 동작하는 것을 확인할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예들은, 적용 가능한 범위 내에서, 상호 유기적으로 적용될 수 있음을 당업자는 이해할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 일 실시예의 적어도 일부 동작이 생략되어 적용될 수도 있고, 일 실시예의 적어도 일부 동작과 다른 실시예의 적어도 일부 동작이 유기적으로 연결되어 적용될 수도 있음을 당업자는 이해할 수 있다.
실시예에 따라서, 위상 천이기(246)는, 제 1 차 인덕터(331), 상기 제 1 차 인덕터(331)와 자기적으로 커플링되는 제 2 차 인덕터(332), 및 상기 제 1 차 인덕터(331)에 연결되는 센터탭 커패시터(333)를 포함하는 센터탭 트랜스포머(330); 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단에 전기적으로 연결되어, 상기 위상 천이기(246)의 입력단(391) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 1 단을 선택적으로(selectively) 연결하는 제 1 스위치(310); 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단에 전기적으로 연결되어, 상기 위상 천이기(246)의 상기 입력단(391) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 2 단을 선택적으로 연결하는 제 2 스위치(320)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 스위치(310)가 온 상태이며 상기 제 2 스위치(320)가 오프 상태인 동안에는, 상기 위상 천이기(246)의 상기 입력단(391)에 입력되는 제 1 RF 신호와 동위상을 가지는 유도된 제 1 RF 신호가 상기 제 2 차 인덕터(332)에 연결되는 상기 위상 천이기(246)의 출력단(392)을 통하여 출력될 수 있다. 상기 제 1 스위치(310)가 오프 상태이며 상기 제 2 스위치(320)가 온 상태인 동안에는, 상기 위상 천이기(246)의 상기 입력단(391)에 입력되는 제 2 RF 신호와 180도의 위상 차이를 가지는 유도된 제 2 RF 신호가 상기 위상 천이기(246)의 상기 출력단(392)을 통하여 출력될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 센터탭 커패시터(333)는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 지점에 연결될 수 있다. 상기 제 1 지점에 의하여 분할되는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 서브 인덕터의 인덕턴스는, 상기 제 1 지점에 의하여 분할되는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 서브 인덕터의 인덕턴스와 실질적으로 동일할 수 있다.
실시예에 따라서, 위상 천이기(246)는 상기 제 1 스위치(310) 및 상기 제 2 스위치(320)에 전기적으로 연결되는 제 1 정합 회로(710)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 제 1 정합 회로(710)는 제 1 커패시터(830)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 위상 천이기(246)는 상기 제 2 차 인덕터(332)의 제 1 단에 전기적으로 연결되는 제 2 정합 회로(720)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 위상 천이기(246)는 상기 제 1 스위치(310) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 1 단 사이에 전기적으로 연결되는 제 3 인덕터(810); 및 상기 제 2 스위치(320) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 2 단 사이에 전기적으로 연결되는 제 4 인덕터(820)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 제 3 인덕터(810)의 인덕턴스와 상기 제 4 인덕터(820)의 인덕턴스는 실질적으로 동일할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 제 1 차 인덕터(331) 및 상기 제 2 차 인덕터(332)의 권선 방향은 동일할 수 있다.
실시예에 따라서, 전자 장치(100)는, 안테나들(248, 258, 268); 상기 안테나들(248, 258, 268)에 연결되는 위상 천이기들(240, 250, 260); 상기 위상 천이기들(240, 250, 260)에 연결되는 스플리터/컴바이너(270); 상기 스플리터/컴바이너(270)를 통해 상기 위상 천이기들(240, 250, 260)로 RF 신호를 제공하도록 설정되는 RFIC(220); 및 프로세서(210)를 포함할 수 있다. 상기 위상 천이기들(240, 250, 260) 중 제 1 위상 천이기(246)는, 제 1 차 인덕터(331), 상기 제 1 차 인덕터(331)와 자기적으로 커플링되는 제 2 차 인덕터(332), 및 상기 제 1 차 인덕터(331)에 연결되는 센터탭 커패시터(333)를 포함하는 센터탭 트랜스포머(330); 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단에 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 위상 천이기(246)의 입력단(391) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 1 단을 선택적으로(selectively) 연결하는 제 1 스위치(310); 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단에 전기적으로 연결되어, 상기 위상 천이기의 상기 입력단(391) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 2 단을 선택적으로(selectively) 연결하는 제 2 스위치(320)를 포함할 수 있다. 상기 프로세서(210)는, 상기 제 1 스위치(310) 및 상기 제 2 스위치(320)의 온/오프를 제어하도록 설정될 수 있다. 상기 제 1 스위치(310)가 온 상태이며 상기 제 2 스위치(320)가 오프 상태인 동안에는, 상기 제 1 위상 천이기(246)의 상기 입력단(391)에 입력되는 제 1 RF 신호와 동위상을 가지는 유도된 제 1 RF 신호가 상기 제 2 차 인덕터(332)에 연결되는 상기 제 1 위상 천이기(246)의 출력단(392)을 통하여 출력될 수 있다. 상기 제 1 스위치(310)가 오프 상태이며 상기 제 2 스위치(320)가 온 상태인 동안에는, 상기 제 1 위상 천이기(246)의 상기 입력단(391)에 입력되는 제 2 RF 신호와 180도의 위상 차이를 가지는 유도된 제 2 RF 신호가 상기 제 1 위상 천이기(246)의 상기 출력단(392)을 통하여 출력될 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 센터탭 커패시터(333)는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 지점에 연결될 수 있다. 상기 제 1 지점에 의하여 분할되는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 서브 인덕터의 인덕턴스는, 상기 제 1 지점에 의하여 분할되는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 서브 인덕터의 인덕턴스와 실질적으로 동일할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 제 1 위상 천이기(246)는, 상기 제 1 스위치(310) 및 상기 제 2 스위치(320)에 전기적으로 연결되는 제 1 정합 회로(710)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 제 1 정합 회로(710)는 제 1 커패시터(830)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 제 1 위상 천이기(246)는, 상기 제 2 차 인덕터(332)의 제 1 단에 전기적으로 연결되는 제 2 정합 회로(720)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 제 1 위상 천이기(246)는, 상기 제 1 스위치(310) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 1 단 사이에 전기적으로 연결되는 제 3 인덕터(810); 및 상기 제 2 스위치(320) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 2 단 사이에 전기적으로 연결되는 제 4 인덕터(820)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 제 3 인덕터(810)의 인덕턴스와 상기 제 4 인덕터(820)의 인덕턴스는 실질적으로 동일할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 제 1 차 인덕터(331) 및 상기 제 2 차 인덕터(332)의 권선 방향은 동일할 수 있다.
본 문서에 개시된 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 실시예들은 기기(machine)(예: 무선 전력 송신 장치(100)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리 또는 외장 메모리)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램)로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 무선 전력 송신 장치(100))의 프로세서(예: 프로세서(201))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (15)

  1. 위상 천이기(246)에 있어서,
    제 1 차 인덕터(331), 상기 제 1 차 인덕터(331)와 자기적으로 커플링되는 제 2 차 인덕터(332), 및 상기 제 1 차 인덕터(331)에 연결되는 센터탭 커패시터(333)를 포함하는 센터탭 트랜스포머(330);
    상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단에 전기적으로 연결되어, 상기 위상 천이기(246)의 입력단(391) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 1 단을 선택적으로(selectively) 연결하는 제 1 스위치(310); 및
    상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단에 전기적으로 연결되어, 상기 위상 천이기(246)의 상기 입력단(391) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 2 단을 선택적으로 연결하는 제 2 스위치(320)를 포함하고,
    상기 제 1 스위치(310)가 온 상태이며 상기 제 2 스위치(320)가 오프 상태인 동안에는, 상기 위상 천이기(246)의 상기 입력단(391)에 입력되는 제 1 RF 신호와 동위상을 가지는 유도된 제 1 RF 신호가 상기 제 2 차 인덕터(332)에 연결되는 상기 위상 천이기(246)의 출력단(392)을 통하여 출력되고,
    상기 제 1 스위치(310)가 오프 상태이며 상기 제 2 스위치(320)가 온 상태인 동안에는, 상기 위상 천이기(246)의 상기 입력단(391)에 입력되는 제 2 RF 신호와 180도의 위상 차이를 가지는 유도된 제 2 RF 신호가 상기 위상 천이기(246)의 상기 출력단(392)을 통하여 출력되는,
    위상 천이기(246).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센터탭 커패시터(333)는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 지점에 연결되며, 상기 제 1 지점에 의하여 분할되는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 서브 인덕터의 인덕턴스는, 상기 제 1 지점에 의하여 분할되는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 서브 인덕터의 인덕턴스와 실질적으로 동일한,
    위상 천이기(246).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치(310) 및 상기 제 2 스위치(320)에 전기적으로 연결되는 제 1 정합 회로(710)를 더 포함하는,
    위상 천이기(246).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 정합 회로(710)는 제 1 커패시터(830)를 포함하는,
    위상 천이기(246).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 제 2 차 인덕터(332)의 제 1 단에 전기적으로 연결되는 제 2 정합 회로(720)를 더 포함하는,
    위상 천이기(246).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치(310) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 1 단 사이에 전기적으로 연결되는 제 3 인덕터(810); 및
    상기 제 2 스위치(320) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 2 단 사이에 전기적으로 연결되는 제 4 인덕터(820)를 더 포함하는,
    위상 천이기(246).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 제 3 인덕터(810)의 인덕턴스와 상기 제 4 인덕터(820)의 인덕턴스는 실질적으로 동일한,
    위상 천이기(246).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 차 인덕터(331) 및 상기 제 2 차 인덕터(332)의 권선 방향은 동일한,
    위상 천이기(246).
  9. 전자 장치(100)에 있어서,
    안테나들(248, 258, 268);
    상기 안테나들(248, 258, 268)에 연결되는 위상 천이기들(240, 250, 260);
    상기 위상 천이기들(240, 250, 260)에 연결되는 스플리터/컴바이너(270);
    상기 스플리터/컴바이너(270)를 통해 상기 위상 천이기들(240, 250, 260)로 RF 신호를 제공하도록 설정되는 RFIC(220); 및
    프로세서(210)를 포함하고,
    상기 위상 천이기들(240, 250, 260) 중 제 1 위상 천이기(246)는,
    제 1 차 인덕터(331), 상기 제 1 차 인덕터(331)와 자기적으로 커플링되는 제 2 차 인덕터(332), 및 상기 제 1 차 인덕터(331)에 연결되는 센터탭 커패시터(333)를 포함하는 센터탭 트랜스포머(330);
    상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 단에 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 위상 천이기(246)의 입력단(391) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 1 단을 선택적으로(selectively) 연결하는 제 1 스위치(310); 및
    상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 단에 전기적으로 연결되어, 상기 위상 천이기의 상기 입력단(391) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 2 단을 선택적으로(selectively) 연결하는 제 2 스위치(320)를 포함하고,
    상기 프로세서(210)는, 상기 제 1 스위치(310) 및 상기 제 2 스위치(320)의 온/오프를 제어하도록 설정되고,
    상기 제 1 스위치(310)가 온 상태이며 상기 제 2 스위치(320)가 오프 상태인 동안에는, 상기 제 1 위상 천이기(246)의 상기 입력단(391)에 입력되는 제 1 RF 신호와 동위상을 가지는 유도된 제 1 RF 신호가 상기 제 2 차 인덕터(332)에 연결되는 상기 제 1 위상 천이기(246)의 출력단(392)을 통하여 출력되고,
    상기 제 1 스위치(310)가 오프 상태이며 상기 제 2 스위치(320)가 온 상태인 동안에는, 상기 제 1 위상 천이기(246)의 상기 입력단(391)에 입력되는 제 2 RF 신호와 180도의 위상 차이를 가지는 유도된 제 2 RF 신호가 상기 제 1 위상 천이기(246)의 상기 출력단(392)을 통하여 출력되는,
    전자 장치(100).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센터탭 커패시터(333)는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 지점에 연결되며, 상기 제 1 지점에 의하여 분할되는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 1 서브 인덕터의 인덕턴스는, 상기 제 1 지점에 의하여 분할되는 상기 제 1 차 인덕터(331)의 제 2 서브 인덕터의 인덕턴스와 실질적으로 동일한,
    전자 장치(100).
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 위상 천이기(246)는,
    상기 제 1 스위치(310) 및 상기 제 2 스위치(320)에 전기적으로 연결되는 제 1 정합 회로(710)를 더 포함하는,
    전자 장치(100).
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 정합 회로(710)는 제 1 커패시터(830)를 포함하는,
    전자 장치(100).
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 위상 천이기(246)는,
    상기 제 2 차 인덕터(332)의 제 1 단에 전기적으로 연결되는 제 2 정합 회로(720)를 더 포함하는,
    전자 장치(100).
  14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 위상 천이기(246)는,
    상기 제 1 스위치(310) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 1 단 사이에 전기적으로 연결되는 제 3 인덕터(810); 및
    상기 제 2 스위치(320) 및 상기 제 1 차 인덕터(331)의 상기 제 2 단 사이에 전기적으로 연결되는 제 4 인덕터(820)를 더 포함하는,
    전자 장치(100).
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 제 3 인덕터(810)의 인덕턴스와 상기 제 4 인덕터(820)의 인덕턴스는 실질적으로 동일한,
    전자 장치(100).
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