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KR101615082B1 - 전자기 통신의 집적회로 - Google Patents

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KR101615082B1
KR101615082B1 KR1020157035915A KR20157035915A KR101615082B1 KR 101615082 B1 KR101615082 B1 KR 101615082B1 KR 1020157035915 A KR1020157035915 A KR 1020157035915A KR 20157035915 A KR20157035915 A KR 20157035915A KR 101615082 B1 KR101615082 B1 KR 101615082B1
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KR
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transducer
integrated circuit
radio
vias
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이안 에이. 카일레스
개리 디. 맥코맥
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키사, 아이엔씨.
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Abstract

신호들의 송신 및 수신을 위한 시스템은 집적회로, 전기적 신호들 및 전자기장 신호들 사이에 변환을 위한 집적회로와 서로 연결된 트랜스듀서; 및 서로 연관하여 이격된 트랜스듀서 및 집적회로의 위치를 고정하는 절연 재료를 포함할 수 있다. 시스템은 집적회로상세서의 컨덕터들에 외부 연결들을 제공하는 리드 프레임을 더 포함할 수 있다. 전자기장-에너지 디렉팅 어셈블리는 트랜스듀서를 포함하는 영역에서 집적회로와 떨어진 방향으로 전자기장 에너지를 유도하기 위해 트랜스듀서와 연관하여 탑재될 수 있다. 디렉팅 어셈블리는 리드 프레임, 인쇄 회로 기판 접지면, 또는 트랜스듀서로부터 이격된 외부 전도성 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 수신기에서, 신호-검출기 회로는 수신기로부터의 출력을 활성화 또는 비활성화시키는 제어 신호를 생성하기 위해 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호를 나타내는 모니터 신호에 응답할 수 있다.

Description

전자기 통신의 집적회로{INTEGRATED CIRCUIT WITH ELECTROMAGNETIC COMMUNICATION}
본 발명은 집적회로(ICs: integrated circuits)가 내장된 전자기장(EM: electromagnetic) 트랜스듀서(transducers)를 갖는 패키지, 안테나와 같은 통신을 위한 집적회로(ICs: integrated circuits)에 관한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 집적회로(ICs: integrated circuits)는 신호 검출기 회로(signal detector circuits) 및 전자기 에너지 유도 어셈블리(electromagnetic-energy directing assemblies) 포함할 수 있다.
반도체 제조 및 회로 설계 기술들의 발전은 점점 더 높은 동작 주파수(operational frequencies)의 집적회로(ICs: integrated circuits)의 생산 및 발전을 가능하게 했다. 결국, 집적회로와 같이 통합하는 전자제품들 및 시스템들은 제공할 수 있다. 이러한 추가적인 기능은 일반적으로 점점 더 빨라지는 스피드에서 점점 더 많아지는 데이터 양의 처리과정이 포함될 수 있다.
많은 전기 시스템들은 빠른 스피드 집적회로(ICs: integrated circuits)가 탑재된 멀티플 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board)들을 포함할 수 있고, 집적회로(ICs: integrated circuits)와 다양한 신호들을 주고받을 수 있다. 적어도 두 개의 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board)들을 구비하고, 인쇄 회로 기판 사이의 정보의 통신을 필요로 하는 전기 시스템에서, 커넥터 및 백플레인 아키텍처들(connector and backplane architectures)의 다양성은 기판들 사이의 정보 흐름을 촉진하기 위해 발전되었다. 유감스럽게도, 이러한 커넥터 및 백플레인 아키텍처들(connector and backplane architectures)은 신호의 품질 또는 무결성(quality or integrity)의 감소를 야기하는 다양한 임피던스 불연속을 신호 경로에 진행시킬 수 있다. 일반적으로 불연속(discontinuities)을 생성하는 신호 운반 기계적 커넥터들(signal-carrying mechanical connectors)과 같은 종래의 방법에 의한 기판에 연결은, 협상(negotiate)을 위해 고가의 전자부품(expensive electronics)을 필요로 할 수 있다. 종래의 기계적 커넥터들은 또한 시간이 지날수록 마모될 수 있고, 정확한 배치 및 제조 방법을 필요로 하고, 기계적 흔들림(mechanical jostling)에 취약할 수 있다.
이러한 종래 커넥터들의 특성들은 신호 무결성(integrity)의 감소 및 매우 높은 비율에서 데이터 송신을 필요로 하는 전기 시스템의 불안정으로 이어질 수 있고, 결과적으로 제품의 유틸리티를 제한할 수 있다.
하나의 예에서, 신호를 송신 또는 수신하기 위한 시스템은 전기적 신호들 및 전자기장 신호들 사이에 변환하기 위해 설정된 트랜스듀서, 트랜스듀서에 서로 연결될 수 있는 집적회로, 및 절연재료를 포함할 수 있다. 집적회로는 송신기 회로 및/또는 수신기 회로를 포함할 수 있다. 변환기 회로는 베이스밴드 신호를 무선-주파수 신호로 변환할 수 있고, 무선-주파수 전기적 신호를 전자기장 신호로서 송신하기 위해 트랜스듀서로 전도할 수 있다. 수신기 회로는 트랜스듀서로부터 전자기장 신호로서 수신된 무선-주파수 전기적 신호를 트래스듀서에 의해 수신할 수 있고, 전자기장 신호를 베이스밴드 신호로 변환할 수 있다. 집적회로 및 트랜스듀서는 적어도 부분적으로 절연 재료에 내장될 수 있고, 서로 관련하여 고정된 위치로 유지될 수 있다.
또 다른 예에서, 신호들을 송신 또는 수신하기 위한 시스템은 무선-주파수 전기적 신호들 및 무선-주파수 전자기장 신호들을 변환하도록 설정된 트랜스듀서, 트랜스듀서에 서로 연결된 집적회로, 및 트랜스듀서에 관련되어 탑재된 전자기장-에너지 디렉팅 어셈블리(electromagnetic-energy directing assembly)를 포함할 수 있다. 집적회로는 송신기 회로 및/또는 수신기 회로를 포함할 수 있다. 송신기 회로는 베이스밴드 신호를 무선-주파수 전기적 신호로 변환할 수 있고, 무선-주파수 신호를 트랜스듀서로 전도할 수 있다. 수신기 회로는 트랜스듀서로부터 무선-주파수 전기적 신호를 수신할 수 있고, 무선-주파수 전기적 신호를 베이스밴드 신호로 변환할 수 있다. 전자기장-에너지 디렉팅 어셈블리는 트랜스듀서를 포함하는 영여에서 집적회로로부터 떨어진 방향으로 전자기장 에너지를 유도할 수 있다.
또 다른 예에서, 시스템은 전자기장 신호들을 전기적 신호들로 변환하도록 설정된 트랜스듀서, 및 트랜스듀서와 서로 연결된 집적회로를 포함할 수 있다. 집적회로는 수신기 회로 및 신호-검출기 회로를 포함할 수 있다. 수신기 회로는 트랜스듀서로부터 무선-주파수 전기적 신호를 수신할 수 있고, 제어 신호가 제1 상태에 있을 때 무선-주파수 전기적 신호를 베이스밴드 신호로 변환할 수 있고, 제어 신호가 제1 상태와 상이한 제2 상태에 있을 때 변화하지 않을 수 있다. 신호-검출기 회로는 모니터 신호가 수신된 제2 무선-주파수 전기적 신호가 수용 가능한 신호임을 나타낼 때 제1 상태와 함께 제어 신호를 생성하고, 모니터 신호가 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수용 불가능한 신호임을 나타낼 때 제2 상태와 함께 제어 신호를 생성하기 위해 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호를 나타내는 모니터 신호에 응답할 수 있다.
바람직한 방법은 트랜스듀서에 의해 무선-주파수 전자기장 신호를 수신하고, 트랜스듀서에 의해 제1 무선-주파수 전자기장 신호를 제1 무선-주파수 전기적 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 집적회로의 수신기 회로는 제1 무선-주파수 전기적 신호를 수신할 수 있다. 수신된 무선-주파수 전기적 신호를 나타내는 모니터 신호는 생성될 수 있다. 신호-검출기 회로는 모니터 신호를 모니터할 수 있고, 모니터 신호가 수용 가능한 신호인 수신된 무선-주파수 전기적 신호를 나타내는지 여부를 결정할 수 있다.
제어 신호는 모니터 신호가 수신된 무선-주파수 전기적 신호가 수용 가능한 신호임을 나타낼 때 제1 상태와 함께 생성될 수 있고, 모니터 신호가 수신된 무선-주파수 전기적 신호가 수용 불가능한 신호임을 나타낼 때 제1 상태와 상이한 제2 상태와 함께 생성될 수 있다. 수신기 회로는 제어 신호가 제1 상태일 때 무선-주파수 전기적 신호로부터 베이스밴드 신호를 생성 및 출력할 수 있고, 제어 신호가 제2 상태일 때 무선-주파수 전기적 신호를 베이스밴드 신호로 변환하지 않을 수 있다.
도 1은 다이(die) 및 안테나를 포함하는 집적회로(IC: Integrated circuit) 패키지의 제1 실시예의 단순화된 도식적인 부감도(overhead view)를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따른 집적회로 패키지의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 다이 및 안테나의 상호연결의 확대도(enlarged view)를 나타내는 도면이다.
도 4는 다이 및 안테나를 포함하는 집적회로 패키지의 제2 실시예의 도식적인 부감도를 나타내는 도면이다.
도 5는 다이 및 안테나를 포함하는 집적회로 패키지의 제3 실시예의 도식적인 부감도를 나타내는 도면이다.
도 6은 라인 6-6에 따른 도 5의 집적회로의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 7은 집적회로 패키지의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 집적회로 패키지 및 인쇄 회로 기판을 포함하는 바람직한 통신 장치의 도시적 측면도를 나타내는 도면이다.
도 9는 바람직한 송신기 회로 및 안테나의 일부를 보여주는 단순화된 회로도를 나타내는 도면이다.
도 10은 바람직한 수신기 회로 및 안테나의 일부를 보여주는 회로도를 나타내는 도면이다.
도 11은 외부 회로 컨덕터들을 구비하는 집적회로를 포함하는 또 다른 바람직한 통신 장치의 투영도(isometric view)를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11의 바람직한 통신 장치의 밑면도(bottom view)를 나타내는 도면이다.
도 13 및 도 14는 도 11의 통신 장치로부터 야기된 대표적인 복사 패턴(representative radiation pattern)을 나타내는 도면이다.
도 15 및 도 16은 인쇄 회로 기판 접지면들의 두 개의 다른 바람직한 배치를 갖는 송신장치 및 복사 패턴 결과의 양식화된 묘사를 나타내는 도면이다.
도 17은 이격된 외부 디렉터 구조들(external director structures)을 구비하는 바람직한 송신장치의 도식적인 부감도를 나타내는 도면이다.
도 18은 도 17의 송신장치의 도식적인 측면도를 나타내고, 양식화된 대표적인 복사 패턴을 나타내는 도면이다.
무선 통신은 장치상의 부품들 사이의 신호 통신을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 또는 장치 사이의 통신을 제공할 수 있다. 무선 통신은 기계적 및 전기적 감소의 제약을 받지 않는 인터페이스를 제공할 수 있다. 칩 사이의 무선 통신을 사용하는 시스템의 예는 미국등록특허 5,621,913 및 미국공개특허 2010/0159829에 제시되고, 본 발명은 모든 목적에 대해 이러한 것들을 전체적으로 참조함으로써 포함된다.
하나의 실시예에서, 밀접하게 연결된(tightly-coupled) 송신기/수신기 쌍은 제1 전도 경로(conduction path)의 단자 부분(terminal portion)에 배치된 송신기 및 제2 전도 경로(conduction path)의 단자 부분(terminal portion)에 배치된 수신기와 함께 배치될 수 있다. 송신기 및 수신기는 송신된 에너지 강도에 의존하여 서로 근접하여 배치될 수 있고, 제1 전도 경로 및 제2 전도 경로는 서로에 대하여 분리될 수 있다. 바람직한 버전에서, 송신기 및 수신기는 송신기/수신기 쌍의 안테나가 위치한 분리된 회로 캐리어(on separate circuit carriers)에 근접하여 배치될 수 있다.
아래에 설명된 것과 같이, 송신기 또는 수신기는 집적회로 패키지(integrated circuits package)로서 설정될 수 있고, 안테나는 다이(die)에 근접하여 위치할 수 있고, 유전체(dielectric) 또는 절연 캡슐화(insulating encapsulation) 또는 결합 재료(bond material)에 의해 유지될 수 있다. 송신기 또는 수신기는 집적회로 패키지(integrated circuits package)로서 설정될 수 있고, 안테나는 다이(die)에 근접하여 위치할 수 있고, 패키지 및/또는 리드 프레임 기판(lead frame substrate)의 캡슐화 재료(encapsulation material)에 의해 유지될 수 있다. 집적회로 패키지에 내장된 EHF(extremely high frequency) 안테나의 예는 도면과 아래 설명에서 보여진다.
도 1 내지 도 3은 바람직한 집적회로 패키지(integrated circuits package)를 나타내고, 일반적으로 10으로 표시된다. 집적회로 패키지(10)는 다이(die)(12), 전기적 신호와 전자기적(EM: electromagnetic) 신호 사이에 변환을 제공하는 트랜스듀서(transducer)(14) 및 트랜스듀서를 다이(12)에 포함된 송신기 또는 수신기 회로에 연결된 결합 패드들(bond pads)(22, 24)에 전기적으로 연결하는 결합 와이어들(bond wires)(18, 20)과 같은 전도성 커넥터들(conductive connectors)(16)을 포함할 수 있다. 집적회로 패키지(10)는 다이 및/또는 트랜스듀서의 적어도 일부 주위에 형성된 캡슐화 재료(26)더 포함할 수 있다. 이러한 예에서 캡슐화 재료(26)는 다이(12), 전도성 커넥터(16), 및 트랜스듀서(14)를 커버할 수 있고, 이것은 판톰 라인(phantom lines)으로 나타내었고, 다이(die)의 자세한 내용과 트랜스듀서(transducer)는 실선(solid lines)으로 나타내었다.
다이(12)는 적합한 다이 기판상에 소형화 회로(IC: miniaturized circuit)로서 설정된 어떠한 적합한 구조를 포함할 수 있고, 이것은 기능적으로 컴포넌트와 또한 "칩(chip)" 또는 "집적회로(integrated circuit)" 라고 언급된 것과 동일 할 수 있다. 다이 기판(die substrate)은 어떠한 적합한 반도체 재료(semiconductor material)일 수 있다; 예를 들어, 다이 기판은 실리콘(silicon)일 수 있다. 다이(12)는 리드 프레임(lead frame)과 같은 전기적 컨덕터들(electrical conductors)(16)가 더 탑재될 수 있으며(도면에 도시하지 않음). 외부 회로들과의 연결을 제공한다. 1-3은 외부 회로와의 연결을 제공한다. 대쉬라인(dashed lines)으로 나타낸 임피던스 변환기(impedance transformer)(28)는 다이(12)상에 회로 및 트?J스듀서 사이의 임피던스 매칭(impedance matching)을 제공할 수 있다.
트랜스듀서(Transducer)(14)는 폴디드 다이폴(folded dipole) 또는 루프 안테나(loop antenna)(30)의 모양일수 있고, EHF 스펙트럼(extremely high frequency spectrum)에서와 같이 무선 주파수에서 동작하도록 설정될 수 있고, 전자기장 신호들(electromagnetic signals)을 송신 및/또는 수신하도록 설정될 수 있다. 안테나(30)는 다이(die)(12)로부터 분리될 수 있지만 어떠한 적합한 컨덕터들(conductors)(16)에 의해 다이(12)와 서로 연결될 수 있고, 다이(12)에 근접하여 위치할 수 있다.
안테나(30)의 크기는 전자기장 주파수 스펙트럼(electromagnetic frequency spectrum)의 EHF(extremely high frequency) 밴드에서 동작하기에 적합할 수 있다. 일 실시예에서, 안테나(30)의 루프 배치는 0.1mm 밴드의 재료(material)를 포함할 수 있고, 1.4mm 길이 및 0.53mm 폭 루프에 놓일 수 있고, 루프의 입구(mouth)에서 0.1mm의 갭을 가질 수 있고, 다이(12)의 모서리로부터 대략 0.2mm의 루프의 모서리를 가질 수 있다.
캡슐화 재료(26)는 집적회로 패키지(10)의 다양한 부품들(components)을 고정된 상대 위치들(fixed relative positions)에서 유지하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 절연 재료(insulating material)로서 언급된 캡슐화 재료(26)는 몰드 화합물(mold compound), 글래스(glass), 플라스틱(plastic), 또는 세라믹(ceramic)일 수 있다. 예를 들어, 캡슐화 재료(26)는 다이를 외부 회로와 연결하는 컨덕터(16)의 연결되지 않은 끝들(unconnected ends)을 제외한 집적회로 캐키지(10)의 모든 부품들을 캡슐화하는 직사각형 블록(rectangular block)의 모양일 수 있다. 외부 연결들은 다른 회로들 또는 부품들과 함께 형성될 수 있다.
도 3은 결합 와이어들(bond wires)(18 및 20) 및 결합 패드들(bond pad)(22 및 24)에 의해 다이(12)에 연결된 트랜스듀서(14)의 바람직한 배치를 나타내는 도면이다. 결합 와이어들 및 결합 패드들은 트랜스듀서(14) 및 다이(12)의 회로 사이의 임피던스 미스매치(impedance mismatch)를 제한하도록 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 대략 0.3mm의 오버헤드 측정(overhead measurement)(크기 "L"로서 나타낸)으로 결합 와이어들(bond wires)(18 및 20)은 0.6mm 길이일 수 있다. The bond pads may be approximately 0.066 mm square. 결합 패드들은 대략 0.066mm2 일 수 있다. 결합 와이어들 은 또한 대략 0.074mm 떨어져서 각각 결합 패드들에 대한 부착 포인트에 배치될 수 있고(크기 "B"로서 나타낸), 대략 0.2mm 떨어져서 안테나(20)에 대한 부착 포인트에 배치될 수 있다(크기 "S"로서 나타낸). 임피던스 패칭(Impedance matching)은 도 1에 나타낸 변환기(28)의 사용에 의해 더 용이해질 수 있다.
도 2에 보여진 것처럼, 집적회로 패키지(10)는 다이(12)의 표면 아랫면에 탑재된 접지면(ground plane)(32)을 더 포함할 수 있고, 패키지 유전체 기판(package dielectric substrate)(34)은 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board)에 사용하는 유전체와 유사할 수 있다. 접지면(32)은 다이(12)에 대한 전기적 접지(electrical ground)를 제공하도록 설정된 어떠한 적합한 구조일 수 있다. 예를 들어, 패키지 접지면(32)은 기판(substrate)(34)상에서의 다이(12) 아래에 직접적으로 탑재된 전도성(conductive), 직사각형(rectangular), 평면 구조(planar structure)일 수 있다. 기판(34)은 안테나(30), 접지면(32), 및 컨덕터들(16)의 적합한 세트에 의해 다이(12)에 연결된 컨덕터를 포함하는 위 표면(top surface)상에서의 금속화 패턴(36)과 같은 두 면의 금속화 패들(two-sided metallization patterns)을 구비할 수 있다. 패키지(10)는 예를 들어, 플립-칩 솔더 볼들(flip-chip solder balls) 또는 범프들(bumps)(40)에 의해 나타낸 것과 같이 패키지를 외부 회로에 연결하는 외부 컨덕터(38)를 더 포함할 수 있다. 범프들(40)은 예를 들어, 비아(44)가 범프(46)를 접지면(32)에 연결하는 것과 같이 컨덕터들(conductors)에 볼 패드들(ball pads)(42) 및 비아들(vias)에 의해 금속화 패턴(metallization pattern)(36)으로 연결될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 집적회로 패키지의 다른 배치를 나타내는 도면이다. 도 4는 다이(52), 안테나(54), 결합 와이어들(bond wires)(56, 58), 결합 패드들(bond pads)(60, 62), 임피던스 변환기(impedance transformer)(64) 및 캡슐화 재료(encapsulating material)(66)를 구비하는 집적회로 패키지(10)와 유사한 집적회로 패키지(50)를 나타낸다. 하지만, 이러한 예에서, 안테나(54)는 다이폴 안테나(dipole antenna)일 수 있다.
도 5 및 도 6은 다이(72), 폴디드 다이폴 안테나(folded dipole antenna)(74), 임피던스 변환기(impedance transformer)(76), 및 캡슐화 재료(encapsulating material)(78), 패키지 유전체 기판(package dielectric substrate)(80), 안테나(74)를 포함하는 금속화 패턴(metallization pattern)(82) 및 접지면(ground plane)(84), 패키지 범프들(package bumps)(86), 비아(via)(88), 및 볼 패드들(ball pads)(90) 구비하는 집적회로 패키지(10)와 유사한 집적회로 패키지(70)을 나타내는 도면이다. 캡슐화 재료(78)는 다이(72) 및 안테나(74)를 커버할 수 있다. 하지만, 이러한 예에서, 다이(12)는 금속화 패턴(82)상에 플립-칩 범프들(flip-chip bumps)(92)에 의해 플립 칩 배치(a flip chip configuration)로 탑재될 수 있다. 특히, 범프(94)와 같은 플립 칩 범프들(flip chip bumps)은 안테나(74)로부터 다이(72)의 밑면(underside)상에서의 해당하는 컨덕터 단자들(conductor terminals)까지 연장하여 컨덕터들을 연결할 수 있다.
도 7은 다이(102), 폴디드 다이폴 안테나(104), 캡슐화 재료(106), 패키지 유전체 재료(108), 안테나(104)를 포함하는 금속화 패턴(110) 및 접지면(112), 패키지 범프들(114), 비아(116), 볼 패드들(118), 및 플립-칩 범프들(120)을 구비하는 집적회로 패키지(70)와 유사한 집적회로 패키지(100)의 다른 대안적인 실시예를 나타내는 도면이다. 플립-칩 범프들(120)은 플립-칩 범프(122)를 포함할 수 있고, 안테나(104)로부터 플립-칩(flip-chip)이 기판(108)에 탑재되어있는 다이(102)의 밑면(underside)상에서의 해당하는 컨덕터 단자들(conductor terminals)까지 연장하여 컨덕터들(conductors)을 연결할 수 있다. 이러한 예에서, 캡슐화 재료(encapsulating material)(106)가 다이(102) 및 기판(108) 사잉에 언더필(underfill)로서 주로 사용될 수 있다.
위로부터 설명된 신호들을 송신 또는 수신하기 위한 시스템은 전기적 신호들 및 전자기장 신호들 사이에 변환하도록 설정된 트랜스듀서를 포함할 수 있고; 집적회로(IC: integrated circuit)는 트랜스듀서와 서로 연결될 수 있고, 집적회로는 베이스밴드 신호(baseband signal)를 무선-주파수 신호(radio-frequency signal)로 변환하고, 무선-주파수 전기적 신호를 전자기장 신호로서 송신하기 위해 트랜스듀서로 전도하는 적어도 하나의 송신기 회로, 및 트랜스듀서로부터 트랜스듀서에 의해 전자기장 신호로서 수신된 무선-주파수 전기적 신호를 수신하고, 전자기장 신호를 베이스밴드 신호로 변환하는 수신기 회로를 포함할 수 있고; 및 절연 재료는 집적회로 및 트랜스듀서에 적어도 부분적으로 내장될 수 있고, 절연 재료는 트랜스듀서 및 집적회로를 서로 이격된 위치들에서 고정되게 유지할 수 있다.
이러한 시스템은 트랜스듀서, 집적회로 및 절연 재료를 지지하는 유전체 기판을 더 포함할 수 있다. 절연 재료는 트랜스듀서를 완전히 커버(cover)할 수 있다.
도 8은 바람직한 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board)(132)에 플립-탑재된(flip-mounted) 집적회로 패키지(130)를 포함하는 통신 장치(communication device)(128)의 구상적인 측면도를 나타내는 도면이다. 이러한 예에서, 집적회로 패키지(130)는 다이(die)(134), 안테나(antenna)(136), 다이를 안테나에 연결하는 결합 와이어(bond wire)(138)을 포함하는 결합 와이어들을 포함하는 것을 나타낸다. 다이, 안테나, 및 결합 와이어들은 패키지 기판(package substrate)(140)에 탑재될 수 있고, 캡슐화 재료(encapsulating material)(142)로 캡슐화될(encapsulated) 수 있다. 인쇄 회로 기판(132)은 주요 면(major face) 또는 표면(surface)(146)을 구비하는 상위 유전체 레이어(top dielectric layer)(144)를 포함할 수 있다. 집적회로 패키지(130)는 금속화 패턴(도면에 나타내지 않은)에 부착된 플립-탑재 범프들(148)로 표면(146)에 플립-탑재될 수 있다.
인쇄 회로 기판(132)은 접지면을 형성하는 전도성 재료로 만들어진 표면(146)으로부터 이격되어 놓인 레이어(150)를 더 포함할 수 있다. 인쇄 회로 기판 접지면은 인쇄 회로 기판(132)상세서의 회로들(circuits) 및 부품들(components)에 전기적 접지를 제공하도록 설정된 어떠한 적합한 구조일 수 있다. 접지면 레이어(150)는 안테나(136) 아래에 거리 D 만큼 이격되어 놓일 수 있다. 거리 D는 집적회로 패키지 및 인쇄 회로 기판의 배치 및 크기에 의존하는 설계 주파수(design frequency)의 파장 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 인쇄 회로 기판 접지면(150)은 인쇄 회로 기판(132)의 탑재 표면(mounting surface)(146)의 대략 0.4mm 아래에 위치할 수 있고, 안테나(136)는 탑재 표면(146)의 대략 0.25mm 위에 평면으로 탑재될 수 있고, 그 결과 안테나의 평면과 접지면의 평면 사이의 거리 D는 0.65mm이다. 30~300GHz 사이의 EHF 주파수 밴드에서 동작하는 파장은 1cm ~ 1mm사이일 수 있다.
도 9는 송신기 인터페이스 회로(162) 및 송신기 인터페이스 회로에 연결된 안테나(164)를 포함하는 송신기(160)의 단순화된 바람직한 전기적 회로도를 나타내는 도면이다. 송신기 인터페이스 회로는 도 1 내지 도 3에 보여진 다이(12)와 같이 다이상에 위치할 수 있고, 변환기(transformer)(166), 변조기(modulato)(168), 및 증폭기(amplifier)(170)를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 변환기(166)는 안테나(164)에 연결될 수 있고, 단자(terminal)(172)로부터 주요 와인딩(primary winding)상에 전력(power)을 수신할 수 있다. 변환기는 전력 증폭기(power amplifier)와 결합될 때, 공진 확장(resonant amplification)을 제공할 수 있고, DC 블록킹(DC blocking) 및 임피던스 변환(impedance transformation)을 제공할 수 있다. 변조기(168)는 어떠한 적합한 변조기일 수 있고, 캐스코드(cascode) 배치의 모스펫(MOSFET: metal-oxide semiconductor field-effect-transistor)들로 형성된 핀치 장치(pinch device)로서 나타내었고, 이것은 증폭기(170)에 의해 전도된 캐리어 신호(carrier signal)를 변조하기 위해 사용된 단자(terminal)(174)로 입력 신호를 수신할 수 있다. 이러한 예에서 증폭기(170)는 보완적으로 공동-소스 모스펫들(common-source MOSFETs)을 포함할 수 있고, 이것은 전압-제어 발진기(voltage-controlled oscillator)에의해 생성된 선택된 캐리어 주파수(carrier frequency)를 가진 단자들(176 및 178)에 적용된 신호에 의해 구동될 수 있다.
도 10은 수신기 인터페이스 회로(receiver interface circuit)(182) 및 안테나(184)를 포함하는 수신기(180)의 단순화된 다이어그램을 나타내는 도면이다. 인터페이스 회로(182)는 도 1 내지 도3에 나타낸 다이(12)와 같은 다이의 집적회로에 포함 될 수 있다. EHF 밴드에서의 신호와 같은 수신된 변조된 무선-주파수(RF: radio-frequency) 신호는 변환기의 직렬 연결(series connections) 및 제1 변환기(186), 증폭단(188), 제2 변환기(190), 제2 증폭단(192), 및 제3 변환기(194)를 포함하는 저잡음 증폭기와 연결된 변환기(transformer-coupled low-noise amplifiers)를 통해 전도될 수 있다. 변환기(186, 190 및 194)는 각각의 단자들(196, 198 및 200)에서 DC 바이어스 전압을 각각 수신할 수 있다. 증폭기 전력은 각각의 터미널(202 및 204)상에서의 터미널 변환기들(190 및294)의 해당 주요 와인딩에 적용될 수 있다.
증폭되고 조절된(conditioned) 무선-주파수 신호는 수신된 변조된 무선-주파수를 베이스밴드 신호(baseband signal)로 변환하는 복조기(demodulator)(206)로 입력될 수 있다. 복조기(206)로부터 신호 출력은 출력 비교기(output comparator)(208)로 더 공급될 수 있다. 비교기(208)는 또한 입력/출력 임계 레벨 기준 신호(threshold level reference signal)를 단자(210)로부터 수신할 수 있다. 이러한 예에서, 베이스밴드 신호(baseband signal)는 이진 신호(binary signal)일 수 있다. 비교기(208)로부터 출력은 복조된 베이스밴드 신호가 임계 이상일 경우 논리 1(logic 1)일 수 있고, 복조된 베이스밴드 신호가 임계 이하일 때는 논리 0(logic 0)일 수 있다.
하나 이상의 비교기는 또한 수신된 신호가 유효하다고 간주될 만큼 충분한 세기인지 결정하기 위해 모니터 신호(monitor signal)의 평균 레벨(average level)을 미리 결정된 최소 임계 레벨(minimum threshold level)과 비교할 수 있다. 수신기 안테나가 충분히 세기가 강한 신호를 통신하기 위해 송신기 안테나에 충분히 가까워야 할 필요가 있다. 미리 결정된 최소 임계 레벨은 송신기로부터의 전자기장 신호를 유효하다고 간주되는 것을 보장하도록 세팅될 수 있고, 송신기 안테나 및 수신기 안테나가 예를 들어, 5mm 내지 10mm와 같이 요구되는 물리적 통신 범위 내에 있을 경우 수신기에 의해 처리될 수 있다.
더욱 상세하게, 복조기(demodulator)(206)로부터 복조된 베이스밴드 신호 출력은 로우-패스 필터(low-pass filter)(212)로 단자(210)상으로 제공되는 입력-출력 기준(input-output reference)과 함께 입력될 수 있다. 필터의 출력은 수신된 복조된 베이스밴드 신호(baseband signal)의 평균 세기(average strength)를 나타내는 모니터 신호(monitor signal)일 수 있다. 이러한 평균-세기 모니터 신호는 단자(216)상에서 수신된 신호-검출 임계 기준 신호에 따른 제2 비교기(214)에 대한 입력일 수 있다. 그러므로 비교기(214)는 모니터 신호 출력을 필터(212)로부터 모니터할 수 있고, 수신된 신호가 충분히 강한 신호인지 결정할 수 있다.
비교기(214)로부터의 출력은 두 가지 상태 중 하나를 갖는 신호-검출 제어 신호이다. 제1 상태(first state)에서, 제어 신호는 유효한 신호라고 고려될만한 충분한 세기를 갖는 수신된 신호를 나타낼 수 있다. 제2 상태(second state)에서, 제어 신호는 수신된 신호가 충분히 강하지 않음을 나타낼 수 있다. 비교기(214)로부터 제어 신호 및 비교기(208)로부터 복조된 베이스밴드 신호는 AND 게이트(AND gate)(218)로 입력될 수 있다. AND 게이트(AND gate)는 제어 신호가 제1 상태에 있을 때 베이스밴드 신호를 출력할 수 있고, 수신되기에 충분히 강한 신호임을 나타낼 수 있다. 제어 신호가 제2 상태에 있을 경우, AND 게이트는 비활성화될 수 있고, 수신기 인터페이스 회로(182)로부터 베이스밴드 신호를 출력하지 않을 수 있다. 비교기(214)로부터 신호-검출 신호 출력(signal-detect signal output)은 또한 집적회로상에 다른 적절한 용도로 탑재된 다이 또는 인쇄 회로 기판상의 다른 회로들로 출력될 수 있다.
인터페이스 회로(Interface circuit)(182)는 또한 자동 이득 제어 회로(automatic gain control circuit)(219)를 가질 수 있다. 자동 이득 제어 회로(219)는 또한 필터(212)로부터 수신된 신호의 평균 세기를 나타내는 신호로서 출력을 수신하는 제3 비교기(third comparator)(220)을 포함할 수 있다. 비교기는 기준 신호로서 단자(222)상에서의 자동 이득 제어 타겟 레벨 신호(AGC target level signal)를 수신할 수 있다. 그러면 비교기는 증폭기들(amplifiers)의 이득을 제어하기 위해 증폭단들(amplifier stages)(188 및 192)로 다시 공급된 자동 이득 제어 신호(AGC: Automatic Gain Control) 출력을 생성할 수 있다. 자동 이득 제어 회로는 수신기 인터페이스 회로(receiver interface circuit)에 의해 수신된 충분히 강한 신호를 출력에 대한 요구된 레벨에서 유지할 수 있다. 신호-검출 비교기(214)로 입력되는 베이스밴드 신호는 조건부로 수신된 신호(conditioned received signal)이고, 상기 신호의 레벨은 자동 이득 제어(AGC) 신호에 응답하여 증폭단들(188 및 192)에 의해 수정될 수 있다. 모니터 신호와 자동 이득 제어가 충분히 강하지 않을 경우, AND 게이트(218)은 비활성화 될 수 있고, 베이스밴드 신호는 출력되지 않을 수 있다.
위 설명으로부터, 시스템은 전자기장 신호들을 전기적 신호들로 변환하기 위해 설정된 제1 트랜스듀서(first transducer)를 포함할 수 있다는 것이 어떠한 예에서 명백해질 수 있다; 그리고 제1 집적회로(first IC)는 트랜스듀서와 서로 연결될 수 있고, 집적회로는 트랜스듀서로부터 제1 무선-주파수 전기적 신호(first radio-frequency electrical signal)를 수신하고, 제1 무선-주파수 전기적 신호를 제1 베이스밴드 신호(first baseband signal)로 변환하고, 제어 신호가 제1 상태에 있을 때 제1 베이스밴드 신호를 출력하고, 제어 신호가 제1 상태와 상이한 제2 상태에 있을 때 출력하지 않기 위한 수신기 회로를 포함할 수 있고, 신호-검출 회로는 모니터 신호가 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수신 가능한 신호임을 나타낼 때 제1 상태와 함께 제어 신호를 생성하고, 모니터 신호가 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수신 불가능한 신호임을 나타낼 때 제2 상태와 함께 제어 신호를 생성하기 위해 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호를 나타내는 모니터 신호에 응답할 수 있다.
신호-검출기 회로는 모니터 신호의 특성을 기준과 비교하기 위한 비교기를 포함할 수 있고, 비교기는 모니터 신호의 특성을 기준과 어떻게 비교하는지 지시하는 출력 신호를 생성될 수 있고, 신호-검출기 회로는 출력 신호에 응답하여 제어 신호를 생성될 수 있다. 모니터 신호의 특성은 수신된 제1 무선-주파수 신호의 세기를 나타낼 수 있고 기준은 수신(reception)이 비활성화되는 신호의 세기 이하이고, 수신(reception 이 활성화되는 신호의 세기 이상인 임계 신호 세기를 나타낼 수 있다. 모니터 신호의 특성은 평균 신호 세기를 나타낼 수 있다.
어떠한 예에서, 이러한 시스템은 전기적 신호들을 전자기장 신호들로 변환하도록 설정된 제2 트랜스듀서(second transducer)를 더 포함할 수 있고, 제2 트랜스듀서는 제2 트랜스듀서에 의해 생성된 전자기장 신호들을 수신하기 위해 제1 트랜스듀서에 충분히 근접하여 배치될 수 있다; 그리고, 제2 집적회로(second IC)는 제2 트랜스듀서와 서로 연결될 수 있고, 제2 집적회로는 제2 베이스밴드 신호(second baseband signal)를 수신하고, 제2 베이스밴드 신호를 제2 무선-주파수 전기적 신호로 변화하고, 제2 무선-주파수 전기적 신호를 제2 트랜스듀서로 전도하기 위한 송신기 회로를 포함할 수 있다.
어떠한 예에서, 방법은 제1 트랜스듀서에 의해 제1 무선-주파수 전자기장 신호를 수신하는 단계; 제1 트랜스듀서에 의해 제1 무선-주파수 전자기장 신호를 주선-주파수 전기적신호로 변환하는 단계; 트랜스듀서로부터 집적회로의 수신기 회로에 의해 제1 무선-주파수 전기적 신호를 수신하는 단계; 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호를 나타내는 모니터 신호를 생성하는 단계; 신호-검출기 회로에 의해 모니터링 신호를 모니터링하는 단계; 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수용 가능한 신호인지 나타내는 모니터 신호를 결정하는 단계; 모니터 신호가 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수용 가능한 신호임을 나타낼 때 제1 상태와 함께 제어 신호를 생성하고, 모니터 신호가 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수용 불가능한 신호임을 나타낼 때 제1 상태와 상이한 제2 상태와 함께 제어 신호를 생성하는 단계; 제어 신호가 제1 상태일 때 수신기 회로에 의해 제1 무선-주파수 전기적 신호를 제1 베이스밴드 신호로 변환하는 단계; 및 제어 신호가 제2 상태일 때 수신기 회로에 의해 제1 무선-주파수 전기적 신호를 제1 베이스밴드 신호로 변환하지 않는 단계를 포함할 수 있다.
수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수용 가능한 신호인지 나타내는 모니터 신호를 결정하는 단계는 모니터 신호의 특성을 기준과 비교하는 단계; 모니터 신호의 특성을 기준과 어떻게 비교하는지를 나타내는 출력 신호를 생성하는 단계; 및 출력 신호에 응답하여 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 모니터 신호의 특성은 수신된 무선-주파수 신호의 세기를 나타낼 수 있고, 기준은 수신(reception)이 비활성화되는 신호의 세기 이하이고, 수신(reception)이 활성화되는 신호의 세기 이상인 임계 신호 세기를 나타낼 수 있다. 모니터 신호의 특성은 평균 신호 세기를 나타낼 수 있다.
어떠한 예에서, 이러한 방법은 송신기 회로를 포함하는 제2 집적회로에 의해 제2 베이스밴드 신호를 수신하는 단계; 제2 베이스밴드 신호를 제2 무선-주파수 전기적 신호로 변환하는 단계; 제2 무선-주파수 전기적 신호를 제2 트랜스듀서로 전도하는 단계; 제1 트랜스듀서가 제2 트랜스듀서에 의해 생성된 전자기장 신호들을 수신하기 위해 제2 트랜스듀서를 제1 트랜스에 충분히 근접하여 배치하는 단계; 및 더 포함할 수 있다. 제2 트랜스듀서에 의해 제2 무선-주파수 전기적 신호를 제1 무선-주파수 전자기장 신호로 변환하는 단계;
도 11 및 도 12는 외부 회로 컨덕터들(234 및 236)을 구비하는 집적회로 패키지(232)를 포함하는 또 다른 바람직한 통신 장치(230)를 나타내는 도면이다. 이러한 예에서, 집적회로 패키지(232)는 결합 와이어들(bond wires), 안테나(antenna)(244), 캡슐화 재료(encapsulating material)(246), 및 도면에 단순화하여 나타내지 않은 다른 부품들의 형태로, 다이(die)(238), 리드 프레임(lead frame)(240), 전도성 커넥터들(conductive connectors)(242)를 포함할 수 있다. 다이(236)는 전기적 통신에서 리드 프레임(240)으로 탑재될 수 있고, 이것은 하나 이상의 다른 회로들을 다이(238)와 서로 연결하는 것을 허용하도록 설정된 전기적 컨덕터들(electrical conductors)(248)의 어떠한 적합한 배치일 수 있다. 안테나(244)는 리드 프레임(240)을 생성하는 제조과정의 부분으로서 구성될 수 있다. 리드들(Leads)(248)은 도 2에 보여진 패키지 기판(package substrate)(34)에 해당하는, 판톰 라인들(phantom lines)로 나타낸, 리드 프레임 기판(lead frame substrate)(250)에 내장되거나 고정될 수 있다. 리드 프레임 기판(lead frame substrate)은 미리 결정된 배치에서 리드들(leads)(248)을 충분히 유지하기 위해 설정된 어떠한 적합한 절연 재료일 수 있다. 다이(238) 및 리드 프레임(240)의 리드들(248) 사이의 전기적 통신(Electrical communication)은 전도성 커넥터들(242)을 사용하는 어떠한 적합한 방법에 의해 수행될 수 있다. 언급된 것과 같이, 커넥터들(242)은 다이(238)의 회로상에서의 단자들을 해당 컨덕터들(conductors)(248)과 전기적으로 연결하는 결합 와이어들(bond wires)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨덕터(248)는 리드 프레임 기판(250)의 위 표면(upper surface)에 형성된 도금된 리드(plated lead)(253), 기판을 통해 연장된 비아(via)(254), 집적회로 패키지(232)를 도면에 나타내지 않은 인쇄 회로 기판과 같은 베이스 기판(base substrate)상에서의 회로에 연결하는 플립-탑재 범프(256)를 포함할 수 있다. 베이스 기판상에서의 회로는 외부 컨덕터(234)와 같은 외부 컨덕터들, 포함할 수 있고, 예를 들어, 범프(256)를 베이스 기판을 통해 연장되는 비아(260)와 더 연결하는 스트립 컨덕터(258)를 포함할 수 있다. 다른 비아들(262)은 리드 프레임 기판(250)을 통해 연장될 수 있고, 베이스 기판을 통해 연장되는 비아들(264)이 추가적으로 더 있을 수 있다.
또 다른 예에서, 다이(238)는 뒤집힐 수 있고, 앞서 설명된 것과 같이 전도성 커넥터들(connectors)(242)은 범프들(bumps) 또는 다이 솔더 볼들(die solder balls)을 포함할 수 있고, 이것은 다이(238)의 회로상에서의 해당 리드들(248)에 직접적인 전기적 연결 포인트들을 위해 설정될 수 있고, 이것은 흔히 "플립 침(flip chip)" 배치로 알려져 있다.
또는 외부 안테나로부터 수신된 복사를 위하여, 와이어 메쉬 백스탑(wire mesh backstop)을 효과적으로 형성하는 복사 셰이퍼(radiation shaper)(266) 생성을 위하여 설정될 수 있다. 다른 회로 커넥터들은 또한 외부 컨덕터들(234 및 236)의 다양한 조합의 전도성 커넥터들(conductive connectors)(242)을 포함하는, 복사 리플렉터(radiation reflector)에 기여할 수 있다. 또는 복사의 셰이핑(shaping)에 기여하는 전도성의 두 가지 유형의 충분히 높은 주파수의 전자기장 신호 때문에, 컨덕터들은 능동 신호들을 전도하거나 회로 접지들이 될 수 있다. 세이핑 효과는 송신된 복사뿐만 아니라, 수신된 복사에 적용할 수 있다. 추가적으로, 다양한 셰이핑 효과는 가능하고, 이것은 감소되거나 또는 비실질적인 방향성의 셰이핑 효과(insubstantial directional shaping effect)로서, 본질적으로 전방향(omni-directional) 또는 반구형의 재질들(hemispherical qualities)을 구비하는 전자기장 신호를 생성하는 효과를 가지는 어떤 실시예들에서는 바람직할 수 있다.
리드 프레임(240)은 도 12에 보여진 거리 G와 같은, 핀 피치(pin pitch) 또는 갭(gap)으로 분리된 컨덕터들(248)로 설정될 수 있다. 거리 G는 송신기 또는 수신기의 동작 주파수의 하나의 파장보다 충분히 작을 경우, 효과적일 수 있다. 예를 들어, 핀 피치는 파장의 1/10로 설정될 수 있다. 이러한 설정은 와이어 메쉬(wire mesh)를 효과적으로 생성할 수 있고, 안테나(244)에 대한 백스탑(backstop) 및 전자기장 신호와 관련된 방향 셰이핑(directionally shaping)을 제공할 수 있고, 다이(238)로부터 충분히 떨어지도록할 수 있다.
도 13 및 도 14는 도 11 및 도 12를 참조하여 설명된 복사 셰이퍼(266)을 구비하는 바람직한 송신하는 집적회로 패키지(232)로부터 생성하는 전자기장 신호의 시뮬레이션에 의해 생성된 복사 패턴 특성(characteristic radiation pattern)(270)을 나타낸 도면이다. 도면들에 나타낸 표시된 레이어들은 일반적으로 도 13 및 도 14에서 복사 패턴들(radiation patterns)로서 보여진 것과 같이 집적회로 패키지(232)로부터의 거리를 갖는 증가하는 이득에 해당할 수 있고, 복사는 도 11 및 도 12에 보여진 것과 같이 안테나(244)가 탑재된 다이(238)의 측면에 해당하는 방향으로 다이(238) 및 리드 프레임(240)으로부터 떨어질 수 있다.
게다가 또는 대안적으로 전자기장 신호의 셰이핑은 도 8을 참조하여 설명된 통신 장치의 인쇄 회로 기판(132)에서 접지면(150)의 배치에 의해 수행될 수 있고, 일반적으로 인쇄 회로 기판 접지면(150)의 배치에 의존하는 방향에서 전자기장 신호를 전향하는 것은 도 15 및 도 16에 보여진 것과 같이 집적회로 패키지(130)의 오른쪽 끝에 내장된 안테나(136)에 관련될 수 있다. 이러한 도면들은 다른 배치들로부터의 결과인 이상적인 복사 패턴들을 나타낼 수 있고, 이러한 배치들의 시뮬레이션의 결과가 아닐 수 있다. 실제 복사 패턴들은 배치들, 실제 구조들 및 적용된 신호들의 세기에 관련하여 의존할 수 있다.
도 15에 보여진 배치에서, 접지면(150)은 집적회로 패키지(130)에서 안테나를 통과하여 거리 F만큼 다이(134)의 위치로부터 반대의 안테나를 초과하여 연장될 수 있다. 이것은 접지면(150)으로부터 위쪽을 향하고, 집적회로 패키지(130)으로부터 떨어져 연장된 복사(280)의 결과를 보여줄 수 있다.
도 16에 보여진 것과 같이, 제1 집적회로 패키지(130')은 제2 집적회로 패키지(130'')와의 통신을 위해 탑재될 수 있다. 집적회로 패키지(10)는 전자기장 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 설정될 수 있고, 두 개의 집적회로 패키지 및 각각 동반되는 어떠한 전기적 회로들 또는 각각 연결된 부품들 사이에 하나 또는 두 가지 통신 방법을 제공할 수 있다. 제1 인쇄 회로 기판(132')에 탑재된 제1 집적회로 패키지(130') 및 제2 인쇄 회로 기판(132'')에 탑재된 제2 집적회로 패키지(132'')에서, 집적회로 패키지들은 내부-인쇄 회로 기판 통신을 제공할 수 있다. 다른 예시들에서, 제1 및 제2 집적회로 패키지들(130' 및 130'')은 내부 인쇄 회로 기판 통신을 제공하기 위해 인쇄 회로 기판들 사이의 판톰 라인들(phantom lines)에 의해 나타낸 인쇄 회로 기판(132')과 같이 단일 인쇄 회로 기판(single PCB)상에서 공동 배치(co-located)될 수 있다.
제1 집적회로 패키지(130')는 도 9를 참조하여 설명된 송신기(160)를 포함할 수 있다. 상대적으로, 제2 집적회로 패키지(130'')는 도 10을 참조하여 설명된 것처럼 수신기(180)를 포함할 수 있다. 집적회로 패키지(130') 및 집적회로 패키지(130'')에 대한 적절한 상대적 위치는 도 10을 참조하여 설명된 수신기 인터페이스 회로(receiver interface circui)(182)의 신호 검출 회로의 동작(signal detect circuit)에 의해 결정될 수 있다.
추가적으로, 인쇄 회로 기판(132')에서 접지면(150')은 일반적으로 집적회로 패키지(130')의 안테나 끝(130A')에 줄 맞춰(in line) 리딩 에지(leading edge)(150A')를 구비할 수 있다. 집적회로 패키지(130') 아래에 단층(recessed)된 접지면과 함께, 복사(282)도 16에서 끝(130A')로부터 더 오른쪽으로 연장될 수 있다. 그러므로 복사는 더 수신기 집적회로 패키지(130'')를 향할 수 있고, 사용된 실제 배치에 의존할 수 있다. 안테나와 관련된 접지면의 배치는 또한 복사 셰이퍼(radiation shaper)로서의 기능을 할 수 있다.
추가적인 복사 다이렉팅(radiation directing)은 안테나로부터 이격된 전도성 엘리먼트들(conductive elements)에 의해 제공될 수 있고, 이러한 전도성 엘리먼트들은 또한 복사 셰이퍼(radiation shaper)로서의 기능을 할 수 있다. 도 17 및 도 18에 보여진 예시는, 패키지 탑재 범프들(package mounting bumps)에 의해 인쇄 회로 기판(294)에 탑재된 집적회로 패키지(292)를 포함하는 통신 장치(290)를 나타내는 도면이다. 인쇄 회로 기판은 다이(298) 및 안테나(300)를 포함하는 집적회로 패키지의 끝(292A)로부터 떨어져 집적회로 패키지(292)를 초과하여 예를 들어, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 것처럼 연장될 수 있다. 이러한 예에서, 외부 디렉터 구조들(external director structures)의 배열(302)은 집적회로 패키지 끝(292A)으로부터 떨어져 배치된 디렉터 구조들(director structures)(304 및 306)을 포함할 수 있다. 디렉터 구조들(director structures)의 다른 형태의 배열 또는 더 많거나 더 적은 디렉터 구조들(director structures)이 사용될 수 있다.
외부 디렉터 구조들(304 및 306)은 전자기장 복사를 바람직하게 재송신하도록 설정된 어떠한 적합한 구조일 수 있다. 외부 디렉터 구조들(304 및 306)은 어떠한 전도성 재료로 만들어질 수 있다; 예를 들어, 구리(copper), 알루미늄(aluminum), 및/또는 금(gold) 만들어질 수 있다. 디렉터 구조들은 송신기 집적회로 패키지(292)의 송신기 안테나 끝(292A)으로부터 주기적으로 또는 그렇지 않으면 이격된 간격들로 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 17 및 도 18에 일반적으로 보여진 것과 같이 외부 디렉터 구조들은 길이 Y는 대략 1mm길이이고, 이격된 거리 P는 대략 1mm 떨어진 전도성 바들(conductive bars)을 연장할 수 있다. 이러한 예에서, 안테나(300)에 의해 송신된 복사(308)은 디렉터 구조들(304)에게 동력을 공급할 수 있고, 복사(310)을 생성할 수 있다. 복사(310)은 차례로 디렉터 구조들(306)에게 동력을 공급할 수 있고, 복사(312)을 생성할 수 있다. 추가적인 디렉터 구조들은 복사 패턴(radiation pattern)을 더 연장할 수 있다. 합성 연장 복사 패턴(composite elongate radiation pattern)(314)은 복사는 생성될 수 있고, 복사를 초과하는 연관된 방향으로 복사를 연장할 수 있고, 그렇지 않으면 이러한 디렉터 구조들 없이 안테나(300)에 의해 생성될 수 있다.
그러므로 안테나 또는 다른 트랜드듀서 오프-칩(transducer off-chip)의 위치는 효과적으로 안테나 임피던스 매칭(antenna impedance matching), 독립 안테나 설계(independent antenna design), 증가된 송신 전력(increased transmission power), 및 선택적인 방향 셰이핑(selective directional shaping) 결과의 복사 패턴을 야기할 수 있다. 복사는 수신 안테나가 위치한 방향으로 유도될 수 있다. 패키지 내의 안테나 위치는 또한 커스토머에게 사양 및 맞춤형 동작 특성들을 만족시키기 위해 어셈블리의 특성들을 통합하는 더 완벽한 어셈블리 제공할 수 있고, 게다가 통합된 안테나(incorporated antenna)를 손상으로부터 보호할 수 있다.
따라서, 위에서 요구된 것과 같이 신호들을 송신 또는 수신하기 위한 시스템은 무선-주파수 전기적 신호들 및 무선-주파수 전자기장 신호들 사이에 변환하도록 설정된 트랜스듀서; 트랜스듀서와 서로 연결되는 집적회로로서, 집적회로는 베이스밴드 신호를 무선-주파수 전기적 신호로 변환하고, 무선-주파수 신호를 트랜스듀서 및 트랜스듀서로부터 무선-주파수 전기적 신호를 수신하는 수신기 회로로 전도하고, 무선-주파수 전기적 신호를 베이스밴드 신호로 변환하는 적어도 하나의 송신기 회로를 포함하는 집적회로; 및 트랜스 듀서를 포함하는 영역에서 집적회로와 떨어진 방향으로 전자기장 에너지를 유도하기 위해 트랜스듀서에 관련하여 탑재된 전자기장-에너지 디렉팅 어셈블리(electromagnetic-energy directing assembly)를 포함할 수 있다.
어떠한 예들에서, 디렉팅 어셈블리는 집적회로상에서의 컨덕터들에게 외부 연결들을 제공하는 리드 프레임, 및 미리 결정된 파장을 가진 신호들을 변환하기 위한 설정된 트랜스듀서를 포함할 수 있고, 리드 프레임은 트랜스듀서로부터 이격되고, 집적회로에 대하여 분산되고 미리 결정된 파장을 갖는 전자기장 에너지를 반영하도록 서로 충분히 근접하여 배치된 복수의 분리된 컨덕터 엘리먼트들(elements)을 포함할 수 있다. 컨덕터 엘리먼트들의 적어도 일부분에서 근접한 컨덕터 엘리먼트들로부터 미리 결정된 파장의 1/6보다 작게 떨어져서 각각 이격될 수 있다. 리드 프레임은 주로 리드 프레임으로부터 트랜스듀서와 연관된 방향으로 떨어져서 트랜스듀서에 의해 전자기장 에너지를 반영할 수 있다. 트랜스듀서는 리드 프레임이 배치되지 않은 집적회로의 제1 측면에 배치될 수 있다. 리드 프렘임은 적어도 각각 제1 측면에 근접한 집적회로의 제2 및 제3 측면을 따라 배치될 수 있다. 리드 프레임은 트랜스듀서를 포함하는 영역에서 강해지고, 리드 프레임을 포함하는 영역보다 리드 프레임으로부터 떨어져서 초과하고 트랜스듀서로부터 떨어져서 초과하도록 수신된 전자기장 에너지를 야기하도록 설정될 수 있다.
*집적회로, 리드 프레임, 및 트랜스듀서가 유전체 기판(dielectric substrate)에 탑재될 수 있고, 인쇄 회로 기판(printed circuit board)은 주요 면(major face)을 구비할 수 있고, 유전체 기판을 탑재할 수 있다. 디렉팅 어셈블리(directing assembly)는 인쇄 회로 기판상에 접지면을 더 포함할 수 있고, 접지면은 접지면으로부터 이격된 트랜스듀서와 함께 인쇄 회로 기판의 주요 면으로부터 병렬로 이격될 수 있다. 인쇄 회로 기판은 트랜스듀서로부터 떨어진 방향으로 초과하여 라인을 따라 인쇄 회로 기판상에서의 이격된 포지션들에 배치된 하나 이상의 연장 컨덕티브 엘리먼트들을 포함하는 디렉팅 어셈블리(directing assembly)로 트랜스듀서로부터 떨어져서 집적회로에 반대로 연장될 수 있다. 하나 이상의 컨덕티브 엘리먼트들은 라인을 가로질러 각각 연장할 수 있다.
시스템은 집적회로 및 트랜스듀서를 탑재하는 유전체 기판 및 유전체 기판이 탑재된 주요 면을 구비하는 인쇄 회로 기판과 트랜스듀서와 함께 라인에서 인쇄 회로 기판상에 탑재된 접지면을 더 포함하는 디렉팅 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 트랜스듀서는 접지면으로부터 0.25mm보다 더 큰 미리 선택된 거리만큼 떨어져서 배치될 수 있다. 접지면은 집적회로 아래의 인쇄 회로 기판의 주요 면에 대해 병렬로 연장될 수 있고, 단자는 에지에서 트랜스듀서와 함께 정렬될 수 있고, 여기에서 트랜스듀서에 의해 송신된 복사는 트랜스듀서로부터 떨어져서 주로 집적회로로부터 떨어진 방향으로 유도될 수 있다. 접지면은 집적회로 및 트랜스듀서를 따라 트랜스듀서를 초과하여 연장될 수 있고, 여기에서 트랜스듀서에 의해 송신된 복사는 접지면으로부터 떨어져서 유도될 수 있다.
이러한 예시들에서, 시스템은 집적회로 및 트랜스듀서가 탑재된 주요 면(major face)을 구비하는 인쇄 회로 기판을 더 포함할 수 있다. 인쇄 회로 기판의 주요 면은 트랜스듀서로부터 떨어져서 집적회로의 반대로 연장될 수 있다. 디렉팅 어셈블리(directing assembly)는 트랜스듀서로부터 떨어진 방향으로 연장하는 라인을 따라 인쇄 회로 기판상에서 이격된 포지션(spaced-apart positions)으로 배치된 하나 이상의 연장 전도성 엘리먼트들(elongate conductive elements)을 포함할 수 있고, 하나 이상의 전도성 엘리먼트들은 라인을 가로질러 각각 연장할 수 있다.
본 발명은 다른 장치와 통신하는 장치 또는 장치에서 부품들 사이에 통신을 제공하는 장치를 사용하는 전자 및 통신 산업과 같은 산업 및 상업 산업에 관한 것이다.
공시 규정은 독립적인 유틸리티와 함께 여러 발명을 포함할 수 있다. 이러한 발명의 각각은 기본 형태로 제시될 수 있고, 여기에서 설명되고 도시된 상세한 실시예들은 다양한 변형이 가능한 것으로서 제한으로 간주되어서는 안된다. 각각의 예는 앞선 설명에서 설명된 실시예를 정의할 수 있지만, 어떠한 하나의 예는 청구범위의 조합 또는 모든 특성을 포함하는 것을 반드시 필요로 하는 것은 아니다. "a" 또는 "a first" 엘리먼트 또는 하나 이상의 이러한 엘리먼트들을 포함하는 설명과 같은 동일한 것을 인용하는 설명은 두 개 이상의 이러한 엘리먼트들을 필요로하지 않을 수 있다. 게다가 엘리먼트들의 확인을 위한 제1, 제2 또는 제3과 같은 서수 지시어들은 엘리먼트들 사이에 구분을 위해 사용될 수 있고, 엘리먼트들의 요구된 또는 제한된 수를 나타내지 않을 수 있고, 달리 특별히 명시되지 않는 한 특정 포지션 또는 이러한 엘리먼트들의 명령을 나타내지 않을 수 있다.

Claims (25)

  1. 전자기장 신호(electromagnetic signal)들을 전기적 신호들로 변환하도록 설정되는 제1 트랜스듀서; 및
    상기 제1 트랜스듀서에 서로 연결된 제1 집적회로
    를 포함하고,
    상기 제1 집적회로는
    제어 신호가 제1 상태를 가지고 상기 제어 신호가 상기 제1 상태와 상이한 제2 상태를 가지지 않을 때, 상기 제1 트랜스듀서로부터 제1 무선-주파수 전기적 신호를 수신하고 상기 제1 무선-주파수 전기적 신호를 제1 베이스밴드 신호로 변환하고 상기 제1 베이스밴드 신호를 출력하는 수신기 회로; 및
    상기 제1 베이스밴드 신호에 기초하여 상기 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호의 세기를 나타내는 모니터 신호를 생성하는 신호-검출기 회로로서, 상기 모니터 신호가 상기 수신된 제1 무선-주파수가 수용가능한 신호인 것을 나타내는 상기 제1 상태를 가지는 제어 신호 및 상기 모니터 신호가 상기 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수용 불가능한 신호인 것을 나타내는 제2 상태를 가지는 제어 신호를 생성하는 상기 신호-검출기 회로
    를 포함하고,
    상기 신호-검출기 회로는 수신된 상기 무선-주파수 전기적 신호의 상기 세기를 나타내는 상기 모니터 신호를 미리 결정된 임계 레벨에 대응하는 기준과 비교하기 위한 비교기를 포함하고, 상기 신호-검출기 회로는 상기 비교기의 출력에 응답하여 상기 제어 신호를 생성하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준은 수신이 비활성화되는 신호의 세기 이하이고 수신이 활성화되는 신호의 세기 이상인 임계 신호 세기를 나타내는
    시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모니터 신호는 평균 신호 세기를 나타내는,
    시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    전기적 신호들을 전자기장 신호들로 변환하기 위해 설정되는 제2 트랜스듀서로서, 상기 제1 트랜스듀서가 상기 제2 트랜스듀서에 의해 생성된 전자기장 신호들을 수신하기 위하여, 상기 제1 트랜스듀서에 근접하여 배치되는 상기 제2 트랜스듀서; 및
    상기 제2 트랜스듀서에 서로 연결된 제2 집적회로로서, 제2 베이스밴드 신호를 수신하고, 상기 제2 베이스밴드 신호를 제2 무선-주파수 전기적 신호로 변환하고, 상기 제2 무선-주파수 전기적 신호를 상기 제2 트랜스듀서로 전도하기 위한 송신기 회로를 포함하는 상기 제2 집적회로
    를 더 포함하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜스듀서에 의해 변환되는 상기 전자기장 신호들은 EHF(extremely high frequency) 밴드 내의 신호인, 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모니터 신호를 목표 레벨 신호와 비교하고 상기 비교에 기초하여 이득 제어 신호를 생성하기 위한 이득 제어 회로를 더 포함하고,
    상기 수신기 회로는 상기 이득 제어 신호에 기초하여 상기 제1 무선-주파수 전기적 신호를 증폭하기 위한 하나 이상의 증폭기를 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호-검출기 회로는 상기 제1 베이스밴드 신호를 로우 패스 필터링하여 상기 모니터 신호를 생성하기 위한 로우 패스 필터를 포함하는, 시스템.
  8. 제1 무선-주파수 전자기적 신호를 제1 트랜스듀서에 의해 수신하는 단계;
    상기 제1 트랜스듀서에 의해 상기 제1 무선-주파수 전자기장 신호를 제1 무선-주파수 전기적 신호로 변환하는 단계;
    상기 제1 트랜스듀서로부터 집적회로의 수신기 회로에 의해 상기 제1 무선-주파수 전기적 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신기 회로에 의해 상기 제1 무선-주파수 전기적 신호를 제1 베이스밴드 신호로 변환하는 단계;
    상기 제1 베이스밴드 신호에 기초하여 상기 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호의 세기를 나타내는 모니터 신호를 생성하는 단계;
    신호-검출기 회로에 의해 상기 모니터 신호를 모니터링 하는 단계;
    상기 모니터 신호가 상기 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수용 가능한 신호인지를 나타내는지 여부를 결정하는 단계로서, 상기 모니터 신호를 미리 결정된 임계 레벨에 대응하는 기준에 비교하는 단계를 포함하는, 상기 결정 단계;
    상기 모니터 신호가 상기 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수용 가능한 신호인 것을 나타내는 제1 상태 및 상기 모니터 신호가 상기 수신된 제1 무선-주파수 전기적 신호가 수용 불가능한 신호인 것을 나타내는 상기 제1 상태와 상이한 제2 상태를 갖는 제어 신호를 생성 - 상기 제어 신호는 상기 모니터 신호를 상기 기준에 비교한 결과에 기초하여 생성됨 - 하는 단계;
    상기 제어 신호가 제1 상태를 가질 때, 상기 수신기 회로에 의해 상기 제1 베이스밴드 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제어 신호가 상기 제2 상태를 가질 때, 상기 수신기 회로에 의해 상기 제1 베이스밴드 신호가 출력되지 않도록 방지하는 단계
    를 포함하는 방법.
  9. 기판;
    상기 기판 상에 탑재된 집적회로로서, 베이스밴드 신호를 EHF(extremely high frequency) 전기적 신호로 변환하는 송신기 회로를 포함하는 상기 집적회로;
    상기 집적회로와 서로 연결된 트랜스듀서로서, 상기 EHF 전기적 신호를 파장을 가지는 EHF 전자기장 신호로 변환하기 위한 상기 트랜스듀서; 및
    상기 트랜스듀서로부터의 전자기 에너지를 상기 집적회로로부터 멀어지는 방향으로 유도하는 전자기-에너지 유도 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 전자기-에너지 유도 어셈블리는,
    상기 기판을 통해 전장하는 복수의 비아(via)들 - 상기 복수의 비아들은 공간의 적어도 3면(three side)을 둘러싸는 비아 월(via wall)을 형성하고, 상기 복수의 비아들은 상기 EHF 전자기장 신호의 상기 파장의 일부(fraction)보다 공간적으로 더 작게 이격됨 -; 및
    상기 트랜스듀서 및 상기 비아와 겹쳐지는 접지면
    을 포함하는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비아 월은,
    제1 비아 월;
    상기 제1 비아 월과 평행한 제2 비아 월; 및
    상기 제1 비아 월 및 상기 제2 비아 월과 수직인 제3 비아 월
    을 포함하는, 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    집적회로 패키지를 더 포함하고,
    상기 집적회로 패키지는 적어도 상기 기판, 상기 집적회로, 상기 트랜스듀서 및 상기 비아들을 포함하는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 트랜스듀서 및 상기 접지면 사이에 상기 기판의 적어도 일부가 위치한, 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 집적회로 패키지가 장착된 주요 면을 가지는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)을 더 포함하고,
    상기 유도 어셈블리의 상기 접지면은 상기 인쇄 회로 기판의 레이어인, 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판의 주요 면은 상기 트랜스듀서로부터 상기 집적회로와 반대되는 방향으로 연장하고, 상기 유도 어셈블리는 상기 트랜스듀서로부터 멀어지는 방향으로 연장하는 라인을 따라 상기 인쇄 회로 기판 상의 이격되어 분리된 위치들에 배치된 하나 이상의 연장 전도성 엘리먼트(elongate conductive element)들을 포함하고, 상기 하나 이상의 연장 전도성 엘리먼트 각각은 라인을 가로질러 연장하는, 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 유도 어셈블리의 상기 접지면은 상기 집적회로 패키지의 단부(end)와 에지에서 정렬되는, 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 유도 어셈블리의 상기 접지면은 상기 집적회로 패키지의 단부를 초과하여 연장하는, 시스템.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 유도 어셈블리는 상기 집적회로 상에서 컨덕터에 대한 외부 연결을 제공하는 리드 프레임을 포함하고, 상기 리드 프레임은 상기 트랜스듀서와 이격되고, 상기 리드 프레임은 상기 비아들로 연장하는 상기 집적회로에 대해 분산된 복수의 분리 리드들을 포함하고, 상기 복수의 분리 리드들은 상기 파장을 가지는 전자기 에너지를 반영하기 위하여 충분히 근접하게 함께 배치되는, 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 상기 집적회로의 제1 면(side) 상에 배치되고 상기 리드 프레임은 상기 집적회로의 상기 제1 면을 따라 배치되지 않는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 리드 프레임은 상기 제1 면과 각각 인접한 상기 집적회로의 제2 면 및 제3 면을 따라 배치되는, 시스템.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 전자기-에너지 유도 어셈블리의 상기 접지면은 상기 집적회로와 추가적으로 겹쳐지는, 시스템.
  21. 제9항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 상기 접지면으로부터 상기 EHF 전자기장 신호의 상기 파장보다 더 작은 거리만큼 떨어져 배치되는, 시스템.
  22. 제9항에 있어서,
    상기 유도 어셈블리의 상기 복수의 비아들은 접지 비아를 포함하는, 시스템.
  23. 제9항에 있어서,
    상기 유도 어셈블리의 상기 복수의 비아들은 능동(active) 신호 비아를 포함하는, 시스템.
  24. 제9항에 있어서,
    상기 유도 어셈블리의 상기 복수의 비아들은 상기 접지면으로부터 상기 EHF 전자기장 신호의 상기 파장의 1/6 만큼보다 더 작게 떨어져 이격되는, 시스템.
  25. 제9항에 있어서,
    상기 유도 어셈블리의 상기 복수의 비아들은 상기 접지면으로부터 상기 EHF 전자기장 신호의 상기 파장의 1/10 만큼보다 더 작게 떨어져 이격되는, 시스템.
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