KR100390666B1 - 가변 이득 전력 증폭기에 이득 제어 신호를 제공하는 방법및 가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템 - Google Patents

가변 이득 전력 증폭기에 이득 제어 신호를 제공하는 방법및 가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 셀 방식 전화기와 같은 전송 장치 내의 RF 증폭기에서 이득 제어 피드백을 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 셀 방식 애플리케이션에서는, 전송 레벨이 기지국에 의해 설정된다. 셀 방식 전화기에서는, 기지국으로부터 수신된 전송 레벨을 이용하여 셀 방식 전화기 내의 전력 증폭기의 출력 전력을 검출하는 커플러를 선택하고 전력 증폭기의 이득을 설정한다. 이렇게 함으로써, 다수의 커플러로부터 커플러를 선택하여 전력 증폭기 출력 전력 범위의 어떠한 부분에 대해서도 커플러 출력의 원하는 감도 및 선형성을 얻을 수 있다.

Description

가변 이득 전력 증폭기에 이득 제어 신호를 제공하는 방법 및 가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템{METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING GAIN CONTROL FEEDBACK IN RF AMPLIFIERS}
본 발명은 셀 방식 전화기 등에서의 전송 전력 제어에 관한 것이다.
셀 방식 전화기를 위한 전력 증폭기는 정보를 송신할 때에 넓은 범위의 전력 레벨에 걸쳐서 동작한다. 상기 전력 레벨은 기지국에 의해 규정되며, 수많은 인자들에 의존한다. RF 커플러 및 센서들 또는 센서/검출기는 이득 제어를 위해 RF 전력 증폭기의 피드백 루프에서 사용된다. 통상적으로 사용된 검출기의 전송(transfer) 특성인 Vout 대 Pout(상기 Vout은 센서의 출력이고, Pout은 전력 증폭기의 출력 전력이다)은 대략 지수함수의 특성을 갖는다. 그러나, 센서/검출기 조합이 전력 증폭기의 가장 정확한 제어를 위해 전력 증폭기의 동적 범위에 걸쳐 선형 전송 특성을 갖는 것이 아주 바람직하다. 종래에는 단일 커플러 소자가 사용되었다. 그러나, 관련 동적 범위 내에서 검출기의 비선형 특성 때문에, 지금까지는 검출기의 응답을 적절히 선형화하기 위해 보정 전자회로가 요구되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 다수의 커플러로부터 하나의 커플러를 선택하여 전력 증폭기 출력 전력 범위의 어떠한 부분에 대해서도 커플러의 원하는 출력 감도 및 선형성을 얻을 수 있도록 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 블록도.
도 2는 통상적인 검출기 출력 곡선을 도시한 그래프.
도 3은 검출 전에 RF에서 커플러 출력들을 결합하여 커플러 출력들을 혼합하는 것을 도시한 도면.
도 4는 검출 후에 커플러(coupler) 출력들을 결합하여 커플러 출력들을 혼합하는 것을 도시한 도면.
도 5는 캐스케이드(cascaded) 커플러들에 의해 RF 신호를 연속적으로 결합하는 대안적인 커플링 네트워크 디자인을 도시한 도면.
도 6은 캐스케이드(cascaded) 검출기들에 의해 검출기 신호들을 연속적으로 결합하는 대안적인 커플링 네트워크 디자인을 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20 : 전력 증폭기 30 : 마이크로콘트롤러
32 : 검출기 34 : 제어 신호 발생 블록
본 발명은 셀 방식 전화기와 같은 전송 장치의 RF 증폭기에서 이득 제어 피드백을 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 셀 방식 전화기 애플리케이션에서, 전송 레벨은 기지국에 의해 설정된다. 상기 셀 방식 전화기에서는, 기지국으로부터 수신된 전송 레벨 커맨드를 이용하여 셀 방식 전화기 내의 전력 증폭기의 출력 전력을 검출하는 커플러를 선택하고 전력 증폭기의 이득을 설정한다. 이것은 다수의 커플러로부터 하나의 커플러를 선택하여 전력 증폭기 출력 전력 범위의 어떠한 부분에 대해서도 커플러/검출기의 원하는 출력 감도 및 선형성을 얻을 수 있도록 한다. 커플러의 선택은 증폭기의 출력 전력을 설정하는 기지국으로부터의 신호를 이용하여 행해질 수도 있으며, 따라서 선택을 위한 새로운 정보는 필요치 않다. 본 발명을 이용하면, 전력 증폭기의 동작 범위에 걸쳐서 단일 커플러/검출기에서 요구된 선형성을 얻는데 필요한 고가의 보정 전자회로의 요구를 회피할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 블록도로서, 셀 방식 전화기에 사용될 수 있는 버스트 프로파일 제어 시스템(burst profile control system) 및 전력 증폭기를 도시한 것이다. 도시되어 있는 바와 같이, 전력 증폭기(20)는 입력 신호(PIN)를 수신하고 셀 방식 전화 송신 안테나를 구동하기 위한 적절한 전력의 출력 신호(POUT)(전송 신호)를 제공한다. 본 실시예에서, 네 개의 커플러(22, 24, 26, 28)는 각각 증폭기(20)의 출력 전력 측정치를 제공하고, 멀티플렉서는 검출기(32) 및 제어 신호 발생 블록(34)을 통한 피드백을 위해 마이크로콘트롤러(30)의 제어하에서 네 개의 커플러 출력들 중 하나의 출력을 선택하여 전력 증폭기(20)의 이득을 제어한다.
네 개의 커플러(22, 24, 26, 28)는 각각 증폭기(20)의 출력 전력의 상이한 측정치를 제공하며, 각각 최고의 선형성의 동작 범위로 설계된다. 이들 최고의 선형성의 동작 범위를 서로에 대해 인접하게 선택하는 것에 의해, 마이크로콘트롤러를 통해 네 개의 커플러 중에서 기지국에 의해 지시된 출력 전력에 사용되는 커플러를 단순히 선택함으로서 특별한 보정 전자회로 없이 전체(full) 전력 증폭기 출력 범위 상의 어디에서도 원하는 커플러 출력 선형성이 얻어질 수 있다. 이 점에 있어서, 전력 증폭기 출력을 결정하는데 이용된 기지국으로부터의 동일한 전력 선택 신호는 또한 그 전력 설정에 사용하는 커플러의 선택을 결정한다.
도 1의 커플러/검출기 피드백 루프는 전력 증폭기의 성능을 변화시키는 변수 조건들에 걸쳐 전력 증폭기의 성능을 안정화한다. 이러한 변수들은 시간 및/또는 온도의 함수로서의 전력 증폭기 특성의 변화를 포함한다. 또한, TDMA에 대한 버스트 프로파일은 본 기술 분야에서 공지되어 있는 제어 신호 발생 블록(CSGB) 및 형상(shape) 제어 신호 VC를 통해 제어된다.
검출기의 신호 또는 전력 레벨은 전력 증폭기의 출력 전력 레벨 및 커플러 그 자체의 손실의 함수이다. 도 2에 도시된 바와 같이 검출기 출력 곡선의 고 이득부 상에 있는 것이 바람직하지만, 전력 증폭기의 전력 레벨은 기지국에 의해 설정된 요건에 따라서 변화하며, 따라서 전력 증폭기의 동작점에서 큰 변화를 요구하므로, 일반적으로 이것은 곤란하다. 따라서, 본 실시예는 전력 증폭기가 저전력에서 동작할 때, 저 손실 커플러를 이용하여 검출기에 대한 입력 범위를 검출기 전송 함수의 고 이득 체제로 유지하기 위해 충분한 커플러 신호를 관리한다. 역으로, 보다 고 손실의 커플러는 피드백 전자회로의 포화를 방지하기 위해 고 전력 증폭기 출력 동작과 함께 이용된다. 도 1의 경우, 검출기에 연결된 멀티플렉서를 통해 4개의 커플러 중 하나의 커플러를 선택하는데 시스템 마이크로콘트롤러로부터의 두 어드레스 라인이 사용되며, 어드레스 비트들은 기지국의 전력 요구 제어 신호로부터 발생된다.
통상적으로, 무선 통신 표준에서 연속하는 전력 제어 레벨들 간에는 몇 데시벨의 전력 차가 있다. 이들 연속하는 전력 레벨에 대한 검출기 출력은 그러한 연속하는 전력 제어 레벨들을 쉽게 구별할 수 있어야 한다. 상기 검출기 출력은 아날로그 회로로 처리되거나 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 의해 디지털화되어 디지털 방식으로 처리된다. 상기 처리는 CSGB(Control Signal Generating Block)에서 행해진다. 시스템 출력 전력 레벨이 요구된 정밀도로 제어될 수 있도록 검출기 출력 레벨들 간에는 충분한 분해능(resolution)이 필요하다. 아날로그 회로를 이용하여 상기 처리가 행해지는 경우, 검출기 출력 신호 상의 잡음 레벨은 연속하는 레벨들 간의 전압차보다 더 작을 것이다. 상기 처리가 디지털 방식으로 행해지면, 동일 조건이 적용된다. 그러나, 또한 ADC의 적분 비선형성(integral nonlinearity) 및 미분 비선형성(differential nonlinearity) 불완전성의 감감(減感) 인자(desensitizing factor)가 있다. 통상적으로는, 검출기의 동적 범위 상에서 연속하는 전력 제어 레벨들 간에 적어도 2-3개의 최하위 비트를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명이 무선 통신 시스템에 이용되면, 다수의 연속하는 출력 전력 레벨은 그룹화되어 단일 커플러로 제어된다. 상기 전력 제어 레벨 세트가 소정의 결합 손실로 제어될 수 있다는 것을 증명하기 위해 다음의 절차가 이용될 수 있다. 먼저, 소정 세트의 전력 제어 레벨들에 대해, 전력 증폭기 출력이 제어되어야 하는 가장 작은 세트의 전력 레벨이 결정된다. 상기 가장 작은 전력 제어값은 반드시 필요한 것은 아님에 주의하라. 단조 증가(ramp up) 또는 단조 감소(ramp down) 동안에 전력 증폭기 출력은 보다 작은 값들로 제어될 수 있다. 상기 가장 작은 전력 세트에 있어서, 만약 가장 가까운 전력 값들에 대한 검출기 출력 값들 간에 충분한 분해능이 있다면, 결합 손실은 상기 소정 세트의 전력 레벨들에 대해 적절하다. 그렇지 않으면, 가장 작은 전력 제어 값들에 대해 가장 작은 결합 손실이 사용되어야 한다. 가장 높은 전력 제어 레벨들에 있어서, 선택된 커플러의 결합 손실은 검출기에 결합된 가장 높은 전력이 여전히 검출기의 동적 범위 내에 있도록 되어야 한다.
다른 실시예로서, 커플러 출력들이 가산되어 혼합될 수도 있다. 이렇게 되면, 유용한 결합비의 총 동적 범위가 증가하여 이용가능한 결합비에 의해 더 양호한 분해능이 제공된다. 이것은 또한 필요한 커플러의 수를 최소화하여 더 높은 동적 범위 및 높은 정밀도의 결합을 실현한다.
그 개념은 도 3 및 4의 실시예에 도시되어 있다. 결합 손실은 통상적으로 원하는 정밀도 및 동적 범위가 얻어지도록 선택된다. 예를 들면, 도 3 및 4에서, 결합비는 _, _/4, _/8, _/16, ..., _/2N이 되도록 선택될 수 있다. 이것은 결합 네트워크에 대하여 _/2N의 정밀도, 및 2_의 동적 범위를 준다. 이들 도면에서, 게이트들 중 어느 하나 또는 모든 게이트들 또는 임의의 조합이 선택 제어에 응답하여 턴온될 수도 있다.
이들 도면에서, 가산기의 출력은 RF(도 3) 또는 검출 후의 베이스밴드(도 4)에서 가산될 수 있다. 또 다른 결합 네트워크 디자인은 도 5 및 6에 도시되어 있는 캐스케이드(cascaded) 커플러들에 의한 RF 신호의 연속적인 결합을 포함한다. 이것은 높은 동적 범위 및 정밀도의 이점을 제공한다. 그러나, 제 2 커플러는 반드시 고 전력에서 동작할 필요는 없다. 도 3 및 4에서와 같이, 선택은 검출 전(도 5) 또는 검출 후(도 6)에 검출이 행해질 수도 있다. 도 5 및 6에는 단지 두 개의 커플러가 캐스케이드된 것으로 도시되어 있지만, 연속적인 결합 방법은 다수의 캐스케이드 커플러를 갖도록 일반화될 수 있다. 또한, 선택기들은 멀티플렉서일 수도 있으며, 필요에 따라 그기에 제공된 입력들 중 하나도 선택하지 않을 수도 있으며, 모두를 선택할 수도 있으며, 또는 그 입력들의 임의의 조합을 선택할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 바람직한 실시예는 기지국 전력 제어 신호들을 사용하여, 전력 증폭기의 피드백 루프에 사용하기 위한 적절한 커플러 센서 또는 그 조합들을 선택한다. 개시한 여러 실시예들에서, 검출기 출력은 피드백 신호로서 제공되며, 검출기 출력은 다수의 검출기들로부터 선택된 커플러 또는 선택된 커플러들로부터의 신호 검출에 의해 제공되거나 또는 신호들의 조합들로부터 제공된다. 그 결과, 검출기 피드백 루프 전자회로는 검출기 피드백 신호들의 더 작고 더 선형적인 범위에서 작동하므로 크게 단순화된다.
이상, 본 발명을 실시예와 관련하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나지 않고 다양한 변화 및 형태가 창출될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 다수의 커플러로부터 하나의 커플러를 선택하여 전력 증폭기 출력 전력 범위의 어떠한 부분에 대해서도 선형성 및 원하는 커플러 출력 감도를 얻을 수 있다.

Claims (16)

  1. 가변 이득 전력 증폭기에 이득 제어 신호를 제공하는 방법으로서,
    상기 전력 증폭기의 출력에 각각 응답하여 상이한 손실을 갖는 커플러(coupler) 출력을 제공하는 복수의 커플러를 제공하는 단계와,
    적어도 하나의 검출기를 제공하는 단계와,
    기지국으로부터 지시된 송신 전력 설정(a commanded broadcast power setting)을 수신하는 단계와,
    수신된 상기 지시된 송신 전력 설정에 응답하여 상기 검출기에 결합할 적어도 하나의 커플러를 선택하는 단계와,
    이득 제어 신호로서, 상기 선택된 커플러의 커플러 출력에 응답하여 검출기 출력 신호를 제공하는 단계를 포함하는
    이득 제어 신호 제공 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 이동 전화기 내의 가변 이득 전력 증폭기에 이득 제어 신호를 제공하는 방법으로서,
    상기 이동 전화기에서, 송신 전력 증폭기의 출력에 각각 응답하여 상이한 손실(a different lossiness)을 갖는 커플러(coupler) 출력을 제공하는 복수의 커플러를 제공하는 단계와,
    기지국으로부터 요구된 송신 전력 설정을 수신하는 단계와,
    상기 수신된 전력 설정을 이용하여 상기 전력 설정에 대하여 최고의 이득 제어 신호를 생성하기 위해 최적화된 손실을 갖는 적어도 하나의 RF 커플러를 선택하는 단계와,
    상기 이득 제어 신호로서, 상기 선택된 커플러 또는 커플러들에 대한 커플러 또는 커플러들 출력에 응답하여 검출기 출력 신호를 제공하는 단계를 포함하는
    이득 제어 신호 제공 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    각각의 커플러는 단일 검출기에 결합되며, 상기 검출기 출력 신호는 상기 커플러들 중 선택된 하나의 커플러를 상기 검출기에 결합하는 것에 의해 제공되는 이득 제어 신호 제공 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    복수의 상기 커플러 출력들이 가산되어 단일 검출기에 결합되는 이득 제어 신호 제공 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 커플러들은 대략 2의 누승 정도 상이한 손실을 갖는 이득 제어 신호 제공 방법.
  9. 가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템으로서,
    가변 이득 전력 증폭기와,
    상기 전력 증폭기의 출력에 각각 응답하여 상이한 손실을 갖는 커플러(coupler) 출력을 제공하는 복수의 커플러와,
    적어도 하나의 검출기와,
    지시된 송신 전력 설정에 응답하여 상기 검출기에 결합할 적어도 하나의 커플러를 선택하는 회로와,
    상기 가변 이득 전력 증폭기의 이득을 제어하는 검출기 출력을 포함하는
    가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각각의 커플러는 단일 검출기에 결합되며, 상기 검출기 출력 신호는 상기 커플러들 중 선택된 하나의 커플러를 상기 검출기에 결합하는 것에 의해 제공되는 가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    복수의 상기 커플러 출력들이 가산되어 단일 검출기에 결합될 수 있는 가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템.
  12. 삭제
  13. 이동 전화기 내의 가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템으로서,
    송신 전력 증폭기의 출력에 각각 응답하여 상이한 손실을 갖는 커플러(coupler) 출력을 제공하는 복수의 커플러와,
    기지국으로부터 요구된 상기 송신 전력 설정을 수신하는 회로와,
    상기 수신된 전력 설정을 이용하여 상기 전력 설정에 대하여 최고의 이득 제어 신호를 생성하기 위해 최적화된 손실을 갖는 적어도 하나의 RF 커플러를 선택하는 회로와,
    상기 선택된 RF 커플러에 응답하여 상기 가변 이득 전력 증폭기에 이득 제어 신호를 제공하는 이득 제어 회로를 포함하는
    가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 이득 제어 회로는 상기 커플러들 중 선택된 하나의 커플러에 응답하는 가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 이득 제어 회로는 복수의 커플러들에 응답하는 가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템.
  16. 제 9 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 커플러들은 대략 2의 누승 정도 상이한 손실을 갖는 가변 이득 전력 증폭기 출력 시스템.
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