KR100430323B1 - 효율적인병렬단전력증폭기 - Google Patents

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찰스 이. 3세 휘틀리
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Abstract

입력신호에 응답하여 증폭된 신호를 공급하는 증폭회로(40)이다. 증폭회로(40)는 입력신호를 다수의 증폭단 중에서 선택된 적어도 하나의 증폭단에 인가하는 입력 네트워크(44)를 갖는다. 출력 네트워크(48)는 선택된 적어도 하나의 증폭단으로부터 증폭된 신호를 연결하기 위하여 제공된다. 제어회로(56)는 증폭된 신호의 소정 전력값에 따라 적절한 증폭단을 선택한다. 출력 전력의 소정 레벨을 제공하는데 필요한 증폭단만을 선택적으로 동작시킴으로써, 광대역 동작 범위에 걸쳐 선형적으로 동작하는 증폭기만을 필요로 하는 애플리케이션에 있어서 향상된 DC 효율을 얻을 수 있다.

Description

효율적인 병렬단 전력 증폭기{EFFICIENT PARALLEL STAGE POWER AMPLIFIER}
코드분할 다중접속(CDMA) 변조기술은 다수의 시스템 사용자가 존재하는 통신을 용이하게 하기 위한 여러 기술 중 하나이다. 시간분할 다중접속(TDMA), 주파수분할 다중접속(FDMA)과 같은 타 기술과 진폭 압신된(compressed) 단측파대(ACSSB)와 같은 진폭변조(AM)의 변조방법이 알려져 있기는 하지만, CDMA는 이러한 다른 기술에 비해 현저한 이점을 가지고 있다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미국특허 제 4,901,307의 "위성이나 지상 중계기를 이용하는 확산스펙트럼 다중접속 통신시스템"은 다중접속 통신시스템에서의 CDMA 기술 이용을 개시하고 있다. 이를 여기에 참고로 인용한다.
전술한 특허에서, 각각 트랜시버를 갖는 다수의 이동전화시스템 사용자는 코드분할 다중접속(CDMA) 확산스펙트럼 통신신호를 이용하여 위성중계기나 지상 기지국(셀-사이트 기지국, 또는 간략히는 셀-사이트)을 통해 통신한다. CDMA 통신을 이용할 경우, 주파수 스펙트럼은 여러번 재사용될 수 있으며, 따라서 시스템 사용자 용량을 증대시킬 수 있다. CDMA의 이용은 다른 다중접속 기술을 이용하는 것에 비해 훨씬 더 높은 스펙트럼 효율을 가져다준다. CDMA 시스템에서, 시스템 용량의 증가는 각 사용자에 관련된 이동 단말기의 송신전력을 제어하여 다른 시스템 사용자에 대한 간섭을 감소시킴으로써 실현될 수 있다.
지상 CDMA 셀룰러 통신시스템에서, 주어진 시스템 대역폭에 의해 유지될 수 있는 동시 통신 링크의 수에 대한 용량을 최대로 하는 것은 대단히 바람직한 사항이다. 송신신호가 허용 가능한 데이터 복구를 가능하게 하는 최소 신호 대 잡음 간섭비를 갖고서 셀-사이트 수신기에 도달하도록 각 이동단말기의 송신전력이 제어된다면, 시스템 용량은 최대로 될 수 있다. 이동단말기에 의해 송신된 신호가 너무 낮은 레벨로 셀-사이트 수신기에 도달한다면, 비트 에러율이 너무 높아 높은 질의 통신을 불가능하게 할 수 있다. 한편, 허용 가능한 통신이 이동단말기에 셀-사이트 수신기에 도달시 송신된 신호를 너무 높은 전력레벨로 설정할 경우, 동일 채널 즉 동일 대역폭을 공유하는 다른 이동단말기 송신신호와 간섭이 발생한다. 이러한 간섭은, 통신하는 이동단말기의 전체수가 감소되지 않는다면, 다른 이동단말기와의 통신에 나쁜 영향을 줄 수 있다.
각 이동단말기로부터 수신된 신호는 셀-사이트 기지국에서 측정되고, 그 측정 결과는 소정 전력레벨과 비교된다. 이러한 비교에 근거하여, 셀-사이트는 소정 통신을 유지하는데 필요한 수신된 전력레벨의 편이를 측정한다. 소정 전력레벨은 양질의 통신을 유지하면서 시스템 간섭을 감소시키는데 필요한 최소 전력레벨인 것이 바람직하다.
그리고나서, 셀-사이트 기지국은 전력제어 명령신호를 각 시스템 사용자에게 송신하여 이동단말기의 송신전력을 조절한다. 이 명령신호는 이동단말기에 의해 이용되어, 송신전력 레벨을 이동단말기와 셀-사이트 사이의 역방향 링크 상의 통신을 유지하는데 필요한 레벨에 근접하게 변경시킨다. 보통 이동단말기의 이동으로 인하여 채널 조건이 변경되기 때문에, 이동단말기 수신기 전력측정과 셀-사이트로부터의 전력제어 피드백 모두는 적당한 전력레벨을 유지하기 위하여 송신 전력레벨을 계속적으로 재조절한다.
이러한 타입의 전력제어 기술의 이용은 이동단말기 송신기가 비교적 넓은 동작범위에 걸쳐 선형적으로 동작할 수 있음을 필요로 한다. 현재의 이동단말기는 배터리 전력으로 동작하므로, 송신기 전력 증폭기도 CDMA 통신 시스템의 전형적 동작범위에서 효율적이며 선형적으로 동작 가능케 할 필요가 있다. 종래의 전력 증폭기 설계, 즉 가변이득과 고정이득 모두는 넓은 동작범위에 걸쳐 필요한 효율성과 선형성을 만족시키지 못하였으므로, 따라서 이러한 타입의 성능을 제공하는 전력 증폭기에 대한 필요성이 존재하는 것이다.
본 발명은 신호 증폭기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 다중 병렬 증폭장치를 이용함으로써 넓은 동작범위에 걸쳐 고효율적인 선형 신호증폭을 제공하는 방법 및 회로에 관한 것이다.
도 1은 적어도 하나의 셀-사이트와 다수의 이동단말기를 갖는 예시적 셀룰러 전화시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 병렬단 증폭기의 간략화된 블록도.
도 3은 도 2의 병렬단 증폭기에서 증폭단들(A1-A4)을 바이어스하는 예시적 구성도.
도 4는 본 발명의 병렬단 증폭기의 대안적 실시예의 블록도.
도 5A는 입력 및 출력 스위칭 기능이 증폭단 자체에 고유한 본 발명의 대안적 실시예.
도 5B는 입력 및 출력 스위칭 기능이 증폭단 자체에 고유한 본 발명의 또다른 대안적 실시예.
도 6은 본 발명의 효율적인 병렬단 증폭기가 결합될 수 있는 이동단말기 확산 스펙트럼 송신기의 블록 개략도.
도 7은 도 6의 확산 스펙트럼 송신기 내에 포함되는 RF 송신기의 예시적 장치.
도 8은 저잡음 신호증폭을 위한 독창적인 병렬단 증폭기의 한 실시예에 대한 블록도.
도 9는 본 발명의 병렬단 증폭기의 단일단으로서 이용하는데 적절한 이중-트랜지스터 증폭기의 개략도.
도 10은 구성 증폭단들이 이득에 있어 오프셋되는 본 발명의 병렬단 증폭기의 전달특성, 및
도 11은 입력 및 출력 스위칭 기능이 증폭단 자체에 고유한 본 발명의 또다른 실시예를 도시하고 있다.
본 발명은 선형성을 유지하면서 효율성을 향상시키는 방법으로 입력신호에 증폭신호를 제공하는 증폭회로를 형성한다. 증폭회로는 입력신호를 제 1 및 제 2 병렬-연결된 증폭단 중에서 선택된 하나에 인가하는 입력스위치를 포함하며, 여기서 제 1 증폭단은 제 1 입력신호 동작범위에 걸쳐 일정한 이득을 제공하도록 바이어스되고, 제 2 증폭단은 제 2 입력신호 동작범위에 걸쳐 일정한 이득을 제공하도록 바이어스된다. 출력 네트워크는 선택된 증폭단으로부터 증폭된 신호를 연결하기 위하여 제공된다.
바람직한 실시예에서, 출력 네트워크는 선택된 증폭단을 출력노드로 연결하는 출력 스위치와 증폭신호의 전력을 측정하는 전력측정 회로를 포함한다. 스위치 제어회로는 증폭 출력신호의 측정전력이 소정 출력범위를 벗어나는 경우, 입력스위치와 출력스위치를 증폭단들 중 다른 하나의 증폭단으로의 연결을 제어하기 위하여 제공될 수 있다. 디지털 송신기 내 본 발명의 특정장치에서, 스위치 제어회로는, 입력신호내 디지털 워드 또는 심볼간의 천이과정 동안에만 입력스위치 매트릭스와 출력 네트워크가 증폭단들 중 상이한 하나를 선택하게 할 수 있다.
한 실시예에서, 입력신호는 다수의 다른 최종단 트랜지스터 디바이스로 직접적으로 제공된다. 장치의 각 게이트는 블로킹 커패시터에 의해 DC에서 차단되지만, 입력신호의 RF 주파수에서는 연결된다. 스위치 로직은 입력신호의 증폭을 위해 필요한 장치들로만 DC 바이어스 전류를 선택적으로 제공한다. 따라서, 입력신호의 현재 증폭을 위해 필요한 장치들에서만 바이어스함으로써, DC 효율이 현저하게 향상된다.
본 발명은 도면을 참조한 아래의 상세한 설명을 통해 보다 명확해 질 것이다.
Ⅰ. CDMA 셀룰러 통신의 입문
도 1은 예시적 지상 셀룰러 전화 통신시스템을 도시하고 있다. 도 1의 시스템은 시스템 이동사용자와 셀-사이트 간의 통신에서 CDMA 변조기술을 이용한다. 각 이동사용자는 각각 본 발명의 효율적인 병렬단 전력 증폭기를 결합할 수 있는 송신기를 포함하는 이동가능한 트랜시버(즉, 이동전화)를 통해 하나 이상의 셀-사이트와 통신한다. 여기의 검토에서, 용어 "이동단말기"는 설명을 위해 일반적으로 원격가입자국을 언급하는 것으로 한다. 그러나, 이동단말기는 위치에 고정될 수 있다. 이동단말기는 다중사용자 집중 가입자시스템의 일부분일 수 있다. 이동단말기는 음성, 데이터, 또는 합성신호 형태를 전송하는데 이용될 수 있다. 용어 "이동단말기"는 기술용어이며, 단말기의 범위나 기능을 한정하지는 않는다.
도 1에서, 시스템 제어기 및 스위치(10)는 보통 시스템 제어 정보를 셀-사이트로 제공하는 적당한 인터페이스 및 처리 하드웨어를 갖는다. 제어기(10)는 공중 교환 전화망(PSTN)으로부터의 전화호출을 적절한 이동단말기로의 송신을 위하여 적절한 셀-사이트로 라우팅하는 것을 제어한다. 제어기(10)는 또한 이동단말기로부터 적어도 하나의 셀-사이트를 경유하여 PSTN로의 호출을 라우팅하는 것을 제어한다. 이동단말기는 일반적으로 서로 직접 통신을 하지 못하므로, 제어기(10)는 이동사용자들 간의 호출을 적절한 셀-사이트 기지국을 경유하여 안내할 수 있다.
제어기(10)는 전용 전화라인, 광섬유 링크와 같은 여러 수단이나 무선 통신에 의해 셀-사이트에 연결될 수 있다. 도 1에는, 두 개의 예시적 셀-사이트(12,14)가 두 개의 예시적 이동단말기(16, 18)와 함께 도시되고 있다. 화살표(20a-20b, 22a-22b)는 각각 셀-사이트(12)와 이동단말기(16, 18)간의 가능한 통신링크를 규정한다. 유사하게, 화살표(24a-24b, 26a-26b)는 각각 셀-사이트(14)와 이동단말기(18, 16)간의 가능한 통신링크를 규정한다. 셀-사이트(12, 14)는 보통 같은 전력을 이용하여 송신한다. 이동단말기(16)는 경로(20a, 26a)상에서 셀-사이트(12, 14)로부터 수신된 전체 전력을 측정한다. 유사하게, 이동단말기(18)는 경로(22a, 24a)상에서 셀-사이트(12, 14)로부터 수신된 전력을 측정한다. 이동단말기(16, 18)의 각각에서, 신호전력은 수신기에서 측정된다. 여기서, 신호는 광대역 신호이다. 따라서, 이러한 전력 측정은 의사잡음(pseudo-noise: PN) 스펙트럼 확산 신호를 갖는 수신신호의 코릴레이션에 앞서 행해진다.
이동단말기(16)가 셀-사이트(12)에 보다 근접하게 될 때, 수신신호 전력은 보통 신호 진행경로(20a)에 의해 지배된다. 이동단말기(16)가 셀-사이트(14)에 보다 근접하게 될 때, 수신신호 전력은 보통 경로(26a)상의 신호진행에 의해 지배된다. 유사하게, 이동단말기(18)가 셀-사이트(14)에 보다 근접하게 될 때, 수신신호 전력은 보통 경로(24a)상의 신호에 의해 지배된다. 이동단말기(18)가 셀-사이트(12)에 보다 근접하게 될 때, 수신신호 전력은 보통 경로(22a)상의 신호진행에 의해 지배된다.
각 이동단말기(16, 18)는 최근접 셀-사이트 까지의 경로손실을 평가하기 위하여 결과적 측정치를 이용한다. 이동안테나 이득과 셀-사이트 G/T와 함께, 평가된 경로손실은 셀-사이트 수신기에서 소정의 캐리어 대 잡음비를 얻기 위하여 필요한 공칭 송신전력을 결정하기 위하여 사용된다. 셀-사이트 파라미터에 대한 이동단말기에 의한 지식은 메모리 내에 고정되거나, 특정 셀-사이트용 공칭 조건 이외의 것을 지시하는 셀-사이트 정보 방송신호, 셋업 채널에서 송신된다.
이동단말기(16, 18)가 셀-사이트를 통해 이동함에 따라, 넓은 동작범위에 걸쳐 각각의 송신전력을 조절할 필요가 있다. 넓은 동작범위에 걸쳐 신호증폭을 행할 수 있는 전력 증폭기가 비록 존재하기는 하지만, 관련 이득변동이 이동단말기 송신기의 나머지 부분의 설계를 복잡하게 하는 경향이 있다. 일정 이득을 나타내는 것 이외에, 이동단말기 송신 증폭기는 관련된 전 동작범위에 걸쳐 효율적으로 동작함으로써 배터리 전력을 보존하는 것이 또한 요구된다. 본 발명에 따르면, 이러한 및 다른 목적을 충족하는 고효율적이며 선형적인 이득 전력 증폭기가 제공된다.
Ⅱ. 효율적인 병렬 전력 증폭기에 대한 개관
도 2는 본 발명의 병렬단 증폭기(40)의 간략화된 블록도이다. 일반적으로 디지털 변조된 RF 통신신호인 입력신호는 입력 네트워크(44)에 의해 RF 송신 변조기(미도시)로부터 수신된다. 입력 네트워크(44)는 입력신호를 하나의 예시적 세트인 4개의 병렬 증폭단(A1-A4) 중 적어도 하나의 증폭단으로 중계한다. 가장 간단한 실시예에서, 입력 네트워크(44)는 입력신호를 병렬 증폭단(A1-A4) 중 하나로 선택적으로 제공하는 스위치 매트릭스이다. 그러나, 입력 네트워크(44)의 다른 장치(도 4참조)들도 왜곡 및 신호손실을 최소화하는 방법으로 입력 스위칭을 달성할 수 있다. 바람직한 증폭단(A1-A4) 장치에서, 각각은 고주파수 전계효과 트랜지스터(FET)나 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 전력 증폭기를 포함한다.
증폭단들(A1-A4)로부터의 출력은 출력 네트워크(48)로 제공되며, 출력 네트워크(48)는 선택된 증폭단 또는 증폭단들(A1-A4)로부터의 증폭된 RF 출력신호를 증폭기 출력노드(52)로 연결한다. 출력 네트워크(48)가 스위치 매트릭스 또는 등가물을 이용하여 실현될 수 있지만, 아래에 서술되는 출력 네트워크(48)의 다른 장치들(도 4참조)도 왜곡과 신호손실을 최소화하는 방법으로 출력 스위칭을 달성한다. 증폭된 RF 신호는, 스위치 로직(56)으로 뿐만 아니라, 송신안테나(미도시)로 제공된다. 스위치 로직(56)은 출력노드(52)에서 증폭된 RF 신호의 레벨을 모니터하고, 입력 네트워크(44)와 출력 네트워크(48)로 하여금 모니터된 출력신호 레벨이 포함되는 범위의 출력전력을 제공하도록 설계된 증폭단(A1-A4)을 선택하도록 지시한다. 대안적 실시예에서, 스위치 로직(56)은 수신된 전력레벨이나 관련 기지국으로부터의 전력 제어 명령을 모니터할 수 있다.
도 3의 바람직한 실시예에서, 증폭단(A1-A4) 각각은 다른 출력신호 범위에 걸쳐 동일 이득을 제공하도록 바이어스된다. 실시예에서, 증폭단(A1)은 -23dBm까지의 입력신호에 응답하여 5dBm의 출력전력을 위한 대략 28dB의 선형이득을 제공하도록 바이어스된다. 유사하게, 증폭단(A2, A3, A4) 각각은 다른 출력신호 범위에 걸쳐 증폭단(A1)과 동일한 선형이득을 생성하도록 바이어스된다. 특히, 도 3의 실시예에서, 증폭단(A2)은 -23 내지 -13dBm의 입력신호에 응답하여 5 내지 15dBm에 걸친 출력신호 에너지를 생성한다. 한편, 증폭단(A3, A4)은 각각 -13 내지 -4dBm 및 -4 내지 1dBm의 입력신호에 대해 각각 15 내지 24dBm 및 24 내지 28dBm의 출력신호 에너지를 제공한다. 증폭단이 FET 또는 BJT로 이루진 경우, 바이어스 네트워크(미도시)는 특정 출력범위에서의 동작을 위해 요구되는 바이어스 전류 레벨을 각 증폭단에 인가하기 위하여 이용될 수 있다. 도 3의 이득값과 범위는 특정예로서 제시되며, 완전히 다른 입력 및 출력 전력범위가 대안적 장치에서 제공될 수 있다.
도 3의 특정경우를 다시 고려하고, 입력신호 레벨이 증가하여 -23dBm에 가까워지고 있다고 가정한다. 이 경우, 스위치 로직(56)이 RF 출력신호의 레벨이 대략 5dBm까지 상승했음을 감지할 때까지, 입력신호는 증폭단(A1)에 계속적으로 인가된다. 이 시점에서, 스위치 로직(56)은 입력 네트워크(48)에 명령하여 입력신호를 증폭단(A2)에 인가하도록 하며, 출력 네트워크(48)에 지시하여 증폭단(A2)으로부터의 결과적 증폭 RF 출력신호를 출력노드(52)에 연결하게 한다. 증폭단(A2, A3)간, 및 증폭단(A3, A4)간의 유사한 천이는 각각 15 및 24dBm에 접근하는 RF 출력신호 레벨에 근거하여 스위치 로직(56)에 의해 제어된다. 선택적으로, 천이 경계 근처에서 입력신호 레벨이 변화할 때, 스위치 로직(56)은 인접한 증폭단(A1-A4) 간의 과도한 스위칭을 막기 위하여 히스테리시스가 제공될 수 있다. 증폭단(A1-A4) 각각이 특정 RF 출력신호 범위에 걸쳐 동일한 이득을 나타내도록 실현되기 때문에, 병렬 증폭기(40)는 주변 회로소자들에게 전체 출력 범위에 걸쳐 일정 이득을 갖는 하나의 증폭기로서 나타난다. 본 발명의 이러한 특징은 RF 송신 회로에 관련된 설계를 간단히 하는 장점을 제공한다. 왜냐하면, 출력신호 범위에 걸쳐 이득 변화를 수용할 필요성을 제거하기 때문이다. 도 3의 각 증폭단(A1-A4) 중 단지 하나만이 한번에 턴온될 수 있는 것이 바람직하지만, 아래에 서술되는 다른 실시예는 소정의RF 출력을 얻기 위하여 증폭단의 다양한 결합을 한번에 턴온/턴오프 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디지털 변조된 입력신호내의 고유한 디지털 워드 또는 심볼 사이의 경계에 관계하는 타이밍 정보는 로컬 제어기로부터 스위치 로직(56)으로 제공된다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 스위치 로직(56)은 입력 네트워크(44)와 출력 네트워크(48)에 지시하여 입력신호내의 디지털 워드나 심볼간의 천이 중에만 증폭단(A1-A4) 중 다른 하나를 선택하게 한다. 이는 증폭단(A1-A4)을 통한 신호경로들 사이의 위상차이가 증폭된 RF 출력신호에 의해 전송된 디지털 정보의 보전을 파괴하지 않도록 하여준다. 예를 들어, 아래에 서술되는 예시적 CDMA 변조 포맷에서, 디지털 입력 데이터 스트림은 한 세트의 직교 왈시(Walsh) 코드 또는 "심볼"을 이용하여 인코드된다. 이 예에서, 스위치 로직(56)은 입력 네트워크(44)와 출력 네트워크(48)에 지시하여 왈시 심볼간의 천이 중에만 증폭단(A1-A4)간에 스위치하게 할 수 있다. 예에서, 각 왈시 심볼의 주기가 RF 출력 전력의 변화율에 비해 대단히 짧기 때문에(예를 들어 3.25ms), 다른 출력 범위 내로 RF 출력신호 레벨이 교차하는 시간 근처에서 증폭단간에 스위칭 함에 있어 일반적으로 많은 기회를 이용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 병렬단 증폭기(90)의 대안적 실시예의 관한 블록도이다. 보통 디지털 변조된 RF 통신신호인 입력신호는 제 1 직교위상(quadrature phase) 분할기(94)에 의해 수신된다. 제 1 직교위상 분할기(94)는 입력신호를 동등한 진폭과 직교위상을 갖는 한 쌍의 입력신호 성분으로 분할한다. 제 1 분할기(94)로부터의 직교위상 신호성분은 제 2 및 제 3 직교위상 분할기(98, 102)에 제공된다.제 2 분할기(98)는 직교위상 출력을 이득 조절 소자(G1, G2)로 제공하며, 제 3 분할기(102)는 직교위상 출력을 이득 조절 소자(G3, G4)로 제공한다. 이득 조절소자(G1-G4) 각각은 고정이득 증폭기(F1-F4)중 대응하는 하나에 직렬로 연결되며, 이득조절 소자 및 고정이득 증폭기의 각 직렬 연결은 조절 가능한 이득 증폭단을 형성한다.
조절 가능한 이득 증폭단의 출력은 제 1, 제 2 및 제 3 직교위상 결합기(106, 110 및 114)들의 한 장치를 이용하여 결합된다. 결과적 증폭 출력신호는, 이득제어 로직(118) 뿐만 아니라, 송신안테나(미도시)로 보내진다. 이득제어 로직(118)은 조절 가능한 이득 증폭단의 여러 결합을 선택함으로써, 그리고 각 조절 가능한 이득 단의 이득을 설정함으로써 전체 증폭이득을 설정하기 위하여 동작한다. 도 4의 예에서, 고정이득 증폭기(F1-F4)의 각각은 N㏈의 동일한 공칭 이득을 제공하기 위하여 바이어스되고, 각 이득조절 소자(G1-G4)는 -3㏈ 또는 0㏈의 이득/감쇠로 설정될 수 있다. 이는, 아래의 테이블 Ⅰ에 나타낸 바와 같이 조절 가능한 이득 증폭단 중에서 선택된 증폭단의 이득을 설정함으로써, 소정 레벨의 RF 출력전력이 생성되게 할 수 있다.
테이블 Ⅰ
RF 출력 전력 선택된 증폭기 이득 조절 설정
G1 G2 G3 G4
N ㏈ F1, F2, F3, F4 -3㏈ -3㏈ -3㏈ -3㏈
(N-3) ㏈ F1, F2 0㏈ 0㏈ --- ---
(N-6) ㏈ F1 0㏈ --- --- ---
테이블 Ⅰ 내의 제 1열의 기재사항에 따르면, 증폭기(F1-F4) 각각이 동작하고 이득조절 소자(G1-G4) 각각이 -3dB로 설정될 때, N㏈의 RF 출력전력이 생성된다. 입력신호 레벨이 감소하여 RF 출력전력이 (N-3)㏈에 접근할 경우, 고정이득 증폭기(F3, F4)는 턴오프되고 이득조절 소자(G1, G2)는 0㏈로 설정된다. 테이블 Ⅰ에 나타낸 바와 같이, 고정이득 증폭기(F3, F4)가 턴오프될 때, 이득조절 소자(G3, G4)의 설정은 부적절하게 된다. 그 후, RF 출력전력 레벨을 (N-6)㏈로 감소시키고자 한다면, 고정이득 증폭기(F2)는 턴오프되고 이득조절 소자(G1)는 0㏈의 설정으로 되돌아간다. 또한, 제어기로부터의 타이밍 정보는 이득제어 로직(118)으로 하여금 입력신호에 고유한 디지털 워드나 심볼간의 천이 중에만 고정이득 증폭기(F1-F4)를 스위치 온/오프하게 한다. 이득제어 로직(118)은, 출력전력이 스위칭 경계 근처에서 변화할 때, 히스테리시스를 제공하여 이득조절 소자(G1-G4)와 고정이득 증폭기(F1-F4)의 과도한 스위칭을 피한다.
제 1, 제 2 및 제 3 직교위상 결합기(106, 110, 114)로 인하여, 턴오프될 때, 증폭단의 출력임피던스는 중요하지 않다. 그러나, DC 효율은 소정 RF 출력전력을 생성하는데 필요한 증폭단(F1-F4)만을 턴온함으로써 유지된다.
도 4가 바람직한 실시예를 도시하고 있지만, 위상시프트 및 결합을 이용하는 다른 실시예도 또한 가능하다. 예를 들어, 이득조절 소자(G1-G4)는 각각 직교위상 분할기(98, 102) 바로 앞에 위치된 단지 두 개의 이득조절 소자로 대체될 수 있다. 대안적으로, 하나의 이득조절 소자가 직교위상 분할기(94) 바로 앞에 위치될 수 있다. 극단적으로는, 이득조절 소자(G1-G4)는 완전히 제거될 수 있으며, 이 때 증폭기(90)의 전체 이득에서의 결과적 변화는 본 발명을 이용하는 시스템 내의 다른 회로에 의해 보상된다. 게다가, 직교위상 결합기(106, 110, 114) 뿐만 아니라 직교위상 분할기(94, 98, 102)도 임의적인 형태의 위상시프터로 대체될 수 있다. 또한, 직교위상 분할기 및 결합기의 수가 병렬 증폭단의 수에 의해서만 조정된다.
도 5A에 따르면, 각 단을 포함하는 트랜지스터 증폭기를 턴 온/오프함으로써 증폭단간의 선택이 달성되는 또 다른 실시예가 도시되고 있다. 도 5A의 실시예에서, 각 증폭단(A1-A4)은 하나 이상의 전계효과 트랜지스터(FET) 디바이스로 구성되는 것으로 한다. 그러나, 이러한 증폭단 각각은 BJT 또는 다른 능동 디바이스일 수 있다. 단으로 구성되는 FET 디바이스를 동작시킴으로써 임의의 단이 선택되고 그 임의의 FET 디바이스를 턴오프함으로써 선택이 해제되며, FET들을 전력 차단함으로써 전력 차단된 FET들의 출력 임피던스가 높아져서 유해 로딩을 최소로 한다. 이러한 방법으로, 각 단(A1-A4)에 대한 FET 디바이스를 선택적으로 턴 온/오프함으로써 소정수의 단을 추가적으로 결합하는 것이 달성된다. 도 2의 실시예와는 상반되게, 입력 스위칭 기능과 출력 스위칭 기능은 FET 디바이스 자체에 고유하다. 따라서, 스위치 로직(56)은 증폭단(A1-A4)을 직접 제어한다.
출력 네트워크(48)는 증폭단(A1-A4)과 출력노드(52) 사이의 각각 연결된 정합소자(66-69)를 포함한다. 정합소자(66-69)는 증폭단(A1-A4)의 출력과 출력노드(52)에 연결된 안테나(미도시) 사이의 최적 전력정합을 제공하는 역할을 한다. 증폭단(A1-A4)과 관련 정합소자(66-69)의 각 결합은 거의 동등한 신호이득을 제공하며, 각각의 그러한 결합은 소정레벨의 출력전력을 얻기 위하여 필요할 때 스위치 로직(56)에 의해 턴 온/오프된다. 따라서, 소정레벨의 출력전력을 생성하는데 필요한 증폭단(A1-A4)의 수만이 주어진 시점에서 턴온되며, 그것에 의해 DC전력을 보존하고 거의 일정한 효율을 유지한다. 또한, 출력 스위칭 기능을 달성하기 위하여 각각의 단(A1-A4)을 이용하고 정합소자(66-69)로 구성되는 출력 네트워크(48)를 이용함으로써, 스위치를 통한 전력손실과 신호왜곡을 피할 수 있다.
도 5B는 본 발명의 또다른 실시예를 도시하고 있으며, 여기서는 하나 이상의 증폭 이득셀 또는 트랜지스터가 각 증폭단(A1-A4)의 출력부와 중간 노드(72) 사이에 삽입된다. 도 5B는 도 5A와 유사하다. 그러나, 각 증폭기 디바이스에 대한 개별 정합 네트워크(66-69) 대신에, 그 내에 다수의 이득셀(74-84)을 갖는 최종 증폭 디바이스(85)가 하나의 정합 네트워크(86)에 연결되고 있다. 도 5B의 실시예에서, 하나의 이득셀 트랜지스터(74)는 단(A1)과 중간 노드(72) 사이에 연결된다. 유사하게, 하나의 이득셀 트랜지스터(76)는 단(A2)과 중간 노드(72) 사이에 연결된다. 한 쌍의 이득셀 트랜지스터(78, 80)는 단(A3)과 중간 노드(72) 사이에 연결되고, 또 한 쌍의 이득셀 트랜지스터(82, 84)는 단(A4)과 중간 노드(72) 사이에 연결된다. 도 5A의 출력 네트워크와는 상반되게, 도 5B의 실행은 하나의 최종 증폭 디바이스(85)를 이용하며, 여기서 그 내의 개별 이득셀(74-84) 각각은 독립된 입력부를 갖는다. 이는 물리적 크기 및 비용을 감소시키며, 최종 증폭 디바이스(85)를 하나의 다이(die) 상에서 제조 가능하게 한다. 도 5A의 실시예에서와 같이, 출력스위치는 필요가 없다. 왜냐하면, 이득셀(74-84)이 BJT나 FET인 경우, 그들을 바이어스 오프하는 것이 그들 각각의 출력부를 최소 실로딩(real loading)을 갖는 고임피던스 상태로 만들기 때문이다.
각 이득셀(74-84)은 그것의 앞서는 증폭단(A1-A4)에 의해 제공되는 바이어스전류를 통해 턴 온/오프된다. 특정 세트의 이득셀 트랜지스터를 턴 온/오프함으로써, 소정 레벨의 출력전력이 조정된다. 이 예에서, 단(A3) 또는 단(A4)이 동작될 때, 두개의 이득셀 트랜지스터(78,80 또는 82,84) 각각을 턴온하기 위하여 충분한 바이어스 전류가 생성된다. 비록 증폭단(A3, A4) 각각이 두 개의 독립 셀 트랜지스터(78,80 또는 82,84) 각각을 구동하지만, 대안적 실시예는 각 단에서 더 많은 또는 더 적은 이득셀 트랜지스터를 이용할 수 있다.
도 5B의 증폭기의 이용을 살펴보면, 각 이득셀 트랜지스터(74-84)는 그것의 앞서는 증폭단(A1-A4)에 의해 바이어스 온될 때, 약 1와트의 전력을 제공하도록 설계된다. 테이블 Ⅱ는, 각각의 증폭단(A1-A4)에 의해 이득셀 트랜지스터의 여러 결합이 바이어스 온될 때, 이 예에 의해 생성되는 다른 레벨의 출력 전력을 나열하고 있다. 테이블 Ⅱ를 살펴보면, 증폭단(A1)이나 증폭단(A2)을 턴온함으로써 전체 RF 출력전력은 1와트만큼 증가될 수 있으며, 한편 증폭단(A3)이나 증폭단(A4)을 턴온함으로써 전체 RF 출력전력은 2와트만큼 증가될 수 있다. 따라서, 테이블 Ⅱ에 따르면 도 5B의 특정 실시예는, 4개의 증폭단(A1-A4)을 이용하며 그리고 소정 출력전력을 생성하는데 필요한 단만을 바이어스 온함으로써 DC 효율을 유지하면서, 1에서 6와트까지의 가변 RF 출력전력 레벨을 생성하는데 사용될 수 있다. 테이블 Ⅱ는 단지 하나의 예를 나타내고 있으며, 이득셀 트랜지스터(74-84) 각각은 1와트 이상 또는 이하를 제공하도록 설계될 수 있다. 그러나, 각 이득셀(74-84)을 동일 크기로 선택하면 최종 증폭 디바이스(85)의 제조를 간단히 할 수 있다.
테이블 Ⅱ의 제 1열에 나타낸 도 5B의 특정예에서, 단지 하나의 증폭단 및관련 이득셀 트랜지스터, 예를 들어 단(A1)과 트랜지스터(74) 만이 바이어스 온되고 다른 것들은 바이어스 오프될 경우, 오프상태 트랜지스터(76, 78, 80, 82, 84)의 리액티브 로딩(reactive loading)은 단지 하나의 출력 정합회로(86)를 이용할 때 최적 이득 정합을 제공하지 못한다. 그러나, 저출력 레벨에서의 향상된 DC 효율, 예를 들어 테이블 Ⅱ에 나타낸 바와 같은 1와트가 얻어진다. 또한, 임의의 이득 부정합은 선택된 각 증폭단, 이 경우는 단(A1)에서, 또는 본 발명이 이용되는 관련 시스템에서 조절될 수 있다.
테이블 Ⅱ
증폭단 및 이득셀 총 RF 출력전력(와트)
A1(74) A2(76) A3(78,80) A4(82,84)
ON OFF OFF OFF 1
OFF OFF ON OFF 2
ON OFF ON OFF 3
OFF OFF ON ON 4
ON OFF ON ON 5
ON ON ON ON 6
도 5B의 그것과 유사한 또다른 실시예가 도 11에 도시되고 있다. 도 11의 예는 입력신호가 4개의 개별 스위치되는 구동증폭기를 통과하지 않고 오히려 4개의 다른 최종 단 트랜지스터 디바이스(1102, 1104, 1106, 1108)로 직접 제공된다. 디바이스(1102-1108) 중 어떤 하나 또는 모두가 단일 또는 다중-게이트 디바이스일 수 있으며, 도시된 구성은 단지 하나의 예이다. 덧붙여, 비록 도 11의 디바이스(1102-1108)가 공통 게이트 및 공통 드레인을 공유하는 FET로 도시되고 있지만, 이전 도면에 대해 이미 서술한 바와 같이, 그들은 공통 에미터 및 공통 베이스를 공유하는 BJT일 수 있으며, 또한 하나의 다이 상에 제조될 수 있는 다른 디바이스 타입의 결합일 수도 있다. 또한, 디바이스(1102-1108) 각각은 다른 이득값을 가질 수 있다.
디바이스(1102-1108)의 각 게이트는 블로킹 커패시터(1112, 1114, 1116, 1118)에 의해 DC에서는 차단되고, 입력신호의 RF 주파수에서는 결합된다. 스위치 로직(1120)은 입력신호의 증폭이 요구되는 디바이스(1102-1108)에만 DC 바이어스 전류를 선택적으로 제공한다. 따라서, 입력신호의 현재 증폭을 필요로 하는 디바이스에만 바이어스 온함으로써, DC 효율이 현저히 향상된다. 결과적으로, 테이블 Ⅱ의 그것에 유사한 최종단 증폭구성이 실행될 수 있다. 모든 디바이스(1102-1108)를 동작시키며 최고 성능을 위해 최적화 되는 것이 바람직한 입력 네트워크(미도시)가 또한 포함될 수 있다.
Ⅲ. 이중-트랜지스터 증폭단
도 9는 본 발명의 병렬단 증폭기 내 하나의 단(예를 들어 단들(A1-A4) 중 하나)으로 이용하기에 적절한 이중-트랜지스터 증폭기(400)의 개략도이다. 증폭단(400)은 입력구동 FET(Q1)와 출력구동 FET(Q2)를 포함한다. 도 9에서, 한 쌍의 이중-게이트 전계효과 트랜지스터(Q1,Q2)가 증폭단(400)을 구성하고 있지만, 대안적 실시예에서는 단일-게이트 FET나 바이폴러 접합 트랜지스터(BJT) 또는 다른 디바이스 기술을 이용하여 실현되는 트랜지스터가 이용될 수 있다.
증폭기(400)로 입력되는 작은 신호는 FET(Q1)로의 전력전송을 최적화 하는 입력 정합 네트워크(404)를 통해 FET(Q1)의 게이트로 인가된다. 유사하게, 디바이스간 정합네트워크(408)는 FET(Q1)의 출력에서 FET(Q2)의 입력으로의 전력전송을최대화하는 역할을 한다. 같은 방법으로, 출력 정합네트워크(412)는 FET(Q2)의 출력임피던스와 증폭기(400)에 의해 구동되는 로드(미도시) 사이의 최적 전력정합을 제공한다.
FET(Q1,Q2)를 통한 정지(quiescent) 바이어스 전류는 각각 DC 게이트 전위(Vg1)와 전위(Vg2)의 조절을 통해 제어된다. 일반적으로, DC 게이트 전위(Vg1,Vg2)는 증폭기(400)가 저 및 고출력 전력레벨에 걸쳐 일정한 이득을 나타내도록 설정된다. 도 9의 예에서, 입력 FET(Q1)의 디멘션은 출력 FET(Q2)의 부합하는 디멘션보다 약 8:1의 예시적 비율만큼 더 작게 설정되며, 다른 비율도 대안적 실시예에서보다 적절할 수 있다. 이러한 설계는, 저레벨의 출력전력만이 증폭기(400)로부터 요구되는 경우 출력 FET(Q2)에 인가되는 바이어스 전류가 상당히 감소되게 함으로써 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 단지 저레벨 출력전력만이 필요한 경우, FET(Q2)를 통한 바이어스 전류는 중간 레벨의 출력전력에 대해 필요한 바이어스 전류에 비해 상대적으로 감소되며, FET(Q1)를 통한 바이어스 전류는 다소 증가된다. 저출력 전력레벨에 대해서 더 큰 출력 FET(Q2)에 비해 더 적은 입력 FET(Q1)이 보다 효율적으로 동작할 수 있으므로, 저전력 동작 중에 FET(Q2)를 통하는 바이어스 전류를 상당히 감소시킴으로써 증폭기(400)의 효율은 증가된다. 바이어스 전류에 있어서의 변화는 아날로그 방법으로 또는 이산적 단계의 조절을 통해 DC 게이트 전위(Vg1,Vg2)를 제어함으로써 달성될 수 있다.
Ⅳ. CDMA 이동단말기 내의 효율적인 전력 증폭기
도 6은 이동단말기 확산 스펙트럼 송신기의 블록도로서, 본 발명의 효율적 병렬단 증폭기가 결합되어 있다. CDMA 시스템에서, 이동단말기 대 기지국 링크, 즉 "역방향" 링크 상에서 적절한 신호대 잡음비를 제공하기 위하여 직교신호를 이용한다.
도 6의 송신기에서, 예를 들어 보코더에 의해 데이터로 변환된 음성으로 구성된 데이터 비트(200)는 컨벌루션 인코딩을 위해 인코더(202)에 인가된다. 데이터 비트속도가 인코더(202)의 비트 처리속도보다 작은 경우, 인코더(202)가 인코더(202)의 동작속도와 부합하는 비트속도로 반복 데이터 스트림을 생성하기 위하여 입력 데이터 비트(200)를 반복하도록 코드 심볼 반복이 이용된다. 예에서, 인코더(202)는 11.6 킬로비트/초 의 공칭 비트속도(Rb)로 데이터 비트를 수신하고, Rb/r=34.8 심볼/초를 생성한다. 여기서, "r"은 인코더(202)의 코드 속도(예를 들어 1/3)를 나타낸다. 그리고 나서, 인코드된 데이터는 그것이 블록 인터리브되는 블록 인터리버(204)에 제공된다.
64-ary 직교 변조기(206)내에서, 심볼은 (1/r)(Rb/log264)=5,800 캐릭터/초 의 속도로 log264=6 심볼을 포함하는 캐릭터로 그룹화된다. 여기서, 64개의 캐릭터가 가능하다. 바람직한 실시예에서, 각 캐릭터는 길이 64의 64 왈시 시퀀스로 인코드된다. 즉, 각 왈시 시퀀스는 64개의 이진수 비트 또는 칩을 포함하며, 여기에 길이 64 x 64 왈시 코드의 한 세트가 존재한다. 64 직교 코드는 64ㅧ64 하다마드 매트릭스(Hadamard matrix)로부터의 왈시 코드에 해당한다. 여기서, 왈시 코드는 매트릭스의 단 하나의 열 또는 행이다.
변조기(206)에 의해 생성된 왈시 시퀀스는 배타적-OR 결합기(208)로 제공되며, 그것은 특정 이동단말기에 특정한 PN 코드로서 결합기에서 덮여 즉 곱해진다. 그러한 롱 PN 코드는 사용자 PN 롱 코드 마스크에 따라 PN 롱 코드 생성기(210)에 의해 Rc속도로 생성된다. 예에서, 롱 코드 생성기(210)는 예시적 칩속도 Rc= 1.2288㎒로 동작하여 왈시 칩 당 4개의 PN 칩을 생성한다. 본 발명에 따르면, 이동단말 송신기에서의 효율적 병렬단 증폭기는 각 왈시 코드 심볼의 경계에서 그러한 PN 칩 사이에서만 상태를 변화시킨다(즉, 최종 이후 그리고 최초 이전의 연속 코드 심볼의 PN 칩).
도 7은 RF 송신기(250)를 도시하고 있다. 코드분할 다중접속(CDMA) 확산 스펙트럼 애플리케이션에서, 한 쌍의 짧은 PN 시퀀스(PNI,PNQ)는 각각 PNI생성기(252)에 의해 그리고 PNQ생성기(254)에 의해 배타적-OR 결합기(256,258)로 제공된다. PNI시퀀스 및 PNQ시퀀스는 각각 동위상(I) 및 직교위상(Q) 통신채널에 관계되며, 일반적으로 각 사용자 롱 PN 코드의 길이에 비해 훨씬 짧은 길이(32,768칩)를 갖는다. 그리고 나서, 결과적 I-채널 코드 확산 시퀀스(260) 및 Q-채널 코드 확산 시퀀스(262)는 각각 기저대역 필터(264,266)를 통과한다.
디지털 대 아날로그(D/A) 컨버터(270,272)는 디지털 I-채널 및 Q-채널 정보를 각각 아날로그 형태로 변환하기 위하여 제공된다. D/A 컨버터(270,272)에 의해 생성된 아날로그파는 각각 국부발진기 반송주파수 신호(cos(2??ft), sin(2??ft))와함께 믹서(288,290)로 제공되어 혼합된 후, 합산기(292)로 제공된다. 직교위상 반송신호(sin(2??ft), cos(2??ft))는 적절한 주파수 소스(미도시)로부터 제공된다. 이러한 혼합된 IF 신호는 합산기(292)에서 합산되어 믹서(294)로 제공된다.
믹서(294)는 합산된 신호를 주파수 합성기(296)로부터의 RF 주파수 신호와 혼합하여 RF 주파수 대역으로 주파수 업컨버트한다. 그리고 나서, RF는 대역통과 필터되고(298) 본 발명의 효율적 병렬단 RF 증폭기(299)로 제공된다. 또한 이동단말기 제어기는, 증폭기(299)내 증폭단의 선택된 결합이 각 왈시 코드 심볼간의 천이를 결정하는 PN 칩 사이에서만 변화되도록 함으로써, 적당한 위상이 유지되게 한다.
Ⅴ. CDMA 이동단말기에서의 이중-단 병렬 증폭기
도 8은 도 6 및 7의 것과 같은 CDMA 이동단말기에서 넓은 동작범위에서 신호를 증폭하기 위하여 설계된 병렬단 증폭기(310)의 블록도이다. 증폭기(310)는 저전력 증폭기(LPA)(313) 및 고전력 증폭기(HPA)(316)로 대표되는 병렬 증폭단, 제 1 및 제 2 스위치(318,322)로 대표되는 출력 스위치 매트릭스, 제 1 및 제 2 더미 로드(320,324), 그리고 스위치 로직(334)을 포함한다. 간략히 설명하면, 증폭기(310)는 단지 저레벨 출력전력이 필요한 경우 저레벨 DC 전류를 유도하는 저전력 증폭기(313)를 배타적으로 이용함으로써, 그리고 고레벨 출력전력이 필요한 경우 고전력 증폭기(316)를 배타적으로 이용함으로써 DC 효율을 향상시킨다. 이러한 효율은 스위치 로직(334)의 동작에 의해 얻어지며, 대안적으로는 제 1 및 제 2 더미 로드(320, 324)와 안테나(미도시) 사이에서 저전력 증폭기(313)와 고전력 증폭기(316)의 각 출력을 유도함으로써 얻어진다. 저전력 동작 동안, 스위치 로직(334)은 제 1 스위치(318)로 하여금 고전력 증폭기(316)의 출력을 제 1 더미 로드(320)로 유도하고, 제 2 스위치(322)로 하여금 저전력 증폭기(313)의 출력을 안테나(미도시)로 유도하게 한다. 보다 높은 송신 전력이 필요할 때, 고전력 증폭기(316)는 저전력 증폭기(313)에 의해 송신되는 것과 같은 전력을 생성하기 시작하며, 고전력 증폭기(316)의 출력은 제 1 더미 로드(318)로 버려진다. 적당한 스위칭 경계에서, 스위치 로직(334)은 제 1 스위치(318)로 하여금 고전력 증폭기(316)의 출력을 안테나(미도시)로 제공하게 하며, 제 2 스위치(322)로 하여금 저전력 증폭기(313)의 출력을 제 2 더미 로드(324)로 제공하게 한다.
바람직한 실시예에서, 저전력 증폭기(313)는 저전력 모드 동작 중에 A급 증폭기로 역할한다. 즉, 저전력 증폭기(313)는 저전력 증폭기(313)가 압신상태에 있지 않은 동안 그 내로 제공된 RF 입력신호의 레벨과는 무관한 전력이득을 제공한다. 게다가, A급 증폭기로서, 저전력 증폭기(313)가 압신상태에 있지 않은 한, 저전력 증폭기(313)는 그것의 RF 출력 전력레벨에 관계없이 거의 일정한 DC 전력을 소비한다. 저전력 모드에서의 동작 동안, 안테나로 제공된 출력전력의 레벨은 저전력 증폭기(313)로 제공된 RF 입력전력의 레벨을 조절함으로써 제어된다. 저전력 증폭기(313)가 저전력 모드 동작 동안 일정한 이득을 제공하며, 최소 왜곡으로 입력전력을 선형적으로 추적하기 때문에, 저전력 증폭기(313)에 의해 생성된 RF 출력전력 레벨은 LNA(312)에 선행하는 AGC 증폭기(미도시)에 의해 효과적으로 제어된다.
본 발명에 따르면, 고전력 증폭기(316)의 출력부에서 나타나는 출력전력은, 저전력 및 고전력 동작모드 간의 어떤 스위치 직전의 천이 주기 동안, LNA(313)에 의해 생성된 출력전력에 정합된다. 특히, 천이 주기 동안 고전력 증폭기(316)에 의해 생성된 전력은 이득 제어 루프(326)에 의해 모니터된다. 이득 제어 루프(326)는 천이 주기 동안 고전력 증폭기(316)의 이득을 증폭기(313)의 이득과 동등하게 설정하며, 그것에 의해 LNA(313)과 고전력 증폭기(316)의 출력부에서의 레벨을 동일하게 한다. 이러한 방법으로, 저전력에서 고전력 모드로의 "무결절(seamless)" 천이가 이루어지며, 그 역도 마찬가지다. CDMA에서, 스위치 로직(334)은 스위치(318,322)가 왈시 코드 심볼 경계에서 토글(toggle)되도록 한다.
고전력 모드 동안, 고전력 증폭기(316)는 AB급 또는 B급 증폭기로서 역할한다. 즉, 증폭기(316)의 전력이득과 DC 전력소비는 RF 입력 전력 레벨의 함수이다. 바람직한 실시예에서, 고전력 증폭기(316)는 적어도 하나의 FET를 포함한다. FET 증폭기의 게이트 전압이 FET에 의해 유도되는 전류량과 FET 이득에 영향을 미치므로, 어떤 동작 레벨에 대해 요구되는 최소 FET 전류를 소정 RF 출력전력 레벨로 정합시킴으로써 보다 높은 DC 효율이 얻어질 수 있다. 고전력 증폭기(316) 이득이 소정 동작 범위에서 비선형이므로, 증폭기(310)에 의해 생성된 RF 신호레벨은 고전력 증폭기(316)에 제공되는 신호레벨을 조절함을 통해 배타적으로 제어될 수는 없다. 오히려, 이득 제어 루프(326)는 고전력 증폭기(316)의 이득을 설정하도록 동작하여, 소정 레벨의 RF 전력이 안테나에 전달되도록 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이득 제어 루프(326)는 고전력 증폭기(316)의 출력부에 연결된 검출기/버퍼(340)를 포함한다. 검출기/버퍼(340)는 연산증폭기(344)와 커패시터(346)로 구성되는 루프 적분기를 구동한다. 고전력 증폭기(316)가 일반적으로 하나 이상의 FET 증폭기를 포함하므로, 필요한 FET 증폭기 바이어스 전류를 제공하기 위하여 전류증폭기(348)가 제어 루프(326) 내에 포함될 수 있다. 고전력 증폭기(316)의 게이트 및 드레인 전압을 제어함으로써, 전력 제어 루프(326)는 고전력 증폭기(316)의 RF 출력 전력을, 검출기/버퍼(340)에 의해 측정된 대로, 설정한다. 이러한 방법으로, 고전력 증폭기(316)의 비선형성은 극복될 수 있다. 왜냐하면, 고전력 증폭기(316)로의 입력전력이, AGC 증폭기(미도시)로 설정된 대로, 출력요건이 증가함에 따라 계속 증가하고, 반면에 고전력 증폭기(316) 출력전력은 이득 제어 루프(326)에 의해 계속 설정되기 때문이다.
CDMA 송신기에 포함하기에 적절한 증폭기(310)의 예에서, 이득 제어 루프(326)는 스위치(352)를 포함할 수 있으며, 스위치(352)는 신호전력이 증폭기(310)에 의해 안테나로 제공되지 않는 "블랭크(blank)" 프레임의 지속시간 동안 개방된다. 이러한 블랭크 프레임은, 전체 데이터 전송 속도가 최대속도 보다 작은 경우, 실제 데이터의 활성 프레임 사이에 삽입된다. 스위치(352)는 각 블랭크 프레임의 개시 직전에 적분 루프를 개방하고, 다음 활성 프레임의 개시 직후에 그 루프를 연결한다.
Ⅵ. 이득-오프셋 병렬단
도 10은 구성 증폭단이 이득에 있어 오프셋되는 본 발명의 병렬단 증폭기의전달특성을 도시하고 있다. 편의를 위하여, 도 10의 바이어싱 기술은 도 2의 병렬단 증폭기를 참조하여 설명될 것이다. 도 10에 예시된 바이어싱 접근은 증폭단(A1-A4) 각각이 다른 이득을 갖도록 하여 실현된다. 단들 간의 스위칭은 전술한 방법으로 이루어 지지만, 단들 간의 이득 오프셋은 증폭 RF 출력신호의 전력에 있어 불연속 변동을 가져온다. 전술한 바와 같이, 스위치 로직(56)(도 2참조)은 출력노드(52)에서의 증폭 RF 신호 레벨을 모니터한다. 스위치 로직(56)은 입력 스위치 매트릭스와 출력 네트워크(48)에 지시하여 모니터된 출력신호 레벨에서 동작하도록 설계된 적절한 단(A1-A4)을 선택하게 한다.
도 10에 따르면, 증폭단(A1-A4) 각각은 소정 범위 내의 입력신호에 응답하여 선형 이득을 제공하도록 바이어스된다. 특히, 증폭단(A1)은 PIN,0과 PIN,1사이의 입력신호에 응답하여 POUT,0과 POUT,1사이의 출력신호 범위에 걸쳐 선형 이득을 생성하도록 바이어스된다. 유사하게, 증폭단(A2,A3,A4)은 각각 POUT,1과 POUT,2, POUT,2와 POUT,3, 및 POUT,3과 POUT,4사이의 출력신호 범위에 걸쳐 선형 이득을 생성하도록 바이어스된다. 증폭단이 FET나 BJT 디바이스로 이루어진 경우, 바이어스 네트워크(미도시)는 특정 출력범위에 걸쳐 동작하게 하는데 필요한 바이어스 전류레벨을 각 증폭단에 인가하기 위하여 이용될 수 있다.
도 10에서, 단들 간의 이득-오프셋은, 예를 들어 병렬단 전력 증폭기와 함께 사용되는 자동이득제어(AGC) 회로에서 요구되는 동작범위를 줄일 필요가 있는 경우, 유용할 수 있다. 저전력 레벨에서 나타나는 감소된 이득이 보통 신호 대 잡음비가 최소인 저입력 신호레벨에서 보다 적은 잡음 증폭으로 이어진다는 것은 중요할 수 있다. 따라서, 도 10의 이득-오프셋 기술은, 완전 증폭 체인의 총 잡음 성능을 향상시키기 위하여서 뿐만 아니라, 저입력 신호레벨에서 잡음 성능을 향상시키기 위하여 유익하게 이용될 수 있다.전술할 설명은 당해분야의 당업자가 본 발명을 실현하고 이용할 수 있도록 한 것이다. 여러 변경이 있을 수 있음은 당업자에 자명하며, 여기에 정의된 기본 원리는 독창적 능력을 사용하지 않는 다른 예에도 적용된다. 그러므로, 본 발명은 여기에 설명된 실시예에 한정되지 않으며, 여기에 개시된 원리와 새로운 특징에 부합하는 최광의 범위와 일치한다.

Claims (7)

  1. 입력 신호에 응답하여 증폭 신호를 공급하는 증폭 회로로서,
    상기 증폭 회로는,
    상기 입력 신호를 증폭하기 위하여 병렬로 연결된 다수의 증폭단으로서, 상기 다수의 증폭단 각각은 상기 입력 신호에 연결된 증폭단 입력 및 상기 증폭 신호를 공급하기 위한 증폭단 출력을 갖는 다수의 증폭단;
    상기 증폭 신호의 전력 레벨에 응답하여 상기 다수의 증폭단 중 적어도 하나를 선택하기 위해, 상기 다수의 증폭단 각각에 연결된 제어 회로;
    상기 입력 신호에 연결된 하나의 입력 및 복수의 출력을 갖는 입력 네트워크로서, 상기 각 출력은 상기 증폭단 입력 중 하나에 연결되고 상기 입력 신호를 상기 다수의 증폭단 중 선택된 적어도 하나의 증폭단에 공급하기 위한 입력 네트워크;
    상기 증폭단 출력 각각에 연결된 출력 네트워크로서, 출력 네트워크 출력 노드에서 상기 다수의 증폭단 중 선택된 적어도 하나의 증폭단으로부터의 상기 증폭 신호를 공급하기 위한 출력 네트워크; 및
    각각 상기 증폭단 출력 각각에 연결된 전력 매칭 입력 및 출력 노드에 연결된 전력 매칭 출력을 갖고, 상기 출력 노드에서 상기 증폭 신호를 공급하기 위한 다수의 전력 매칭 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 입력 네트워크는 상기 제어 회로에 연결되어 상기 제어 회로에 의해 제어되는 입력 스위치를 포함하고, 상기 출력 네트워크는 상기 제어 회로에 연결되어 상기 제어 회로에 의해 제어되는 출력 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 회로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 증폭 신호의 상기 측정된 전력 레벨에 응답하여 이득 조절 신호를 발생시키고,
    상기 입력 네트워크는,
    상기 입력 신호를 소정 위상을 갖는 다수의 입력 신호 컨포넌트들로 분할하기 위한 입력 분할 회로; 및
    각 이득 조절 엘리먼트가 상기 다수의 입력 신호 컴포넌트들 중 하나를 수신하기 위한 상기 입력 분할 회로에 연결된 이득 조절 입력을 갖고, 상기 증폭단 입력 중 하나에 연결된 이득 조절 출력을 가지며, 상기 이득 조절 신호에 응답하여 상기 다수의 입력 신호 컴포넌트들의 각 전력 레벨을 조절하기 위한 다수의 이득 조절 엘리먼트를 포함하고; 그리고
    상기 출력 네트워크는,
    소정의 위상의 상기 다수의 입력 신호 컴포넌트들을 결합된 증폭 신호로 조합하기 위한 출력 결합기 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    각 트랜지스터가 상기 증폭단 출력 중 하나에 각각 연결된 트랜지스터 입력을 갖고, 트랜지스터 출력을 가지며, 상기 증폭단 중 하나에 의해 선택적으로 활성화되는 다수의 트랜지스터; 및
    상기 트랜지스터 출력 각각에 연결된 전력 매칭 입력을 갖고, 출력 노드에 연결된 전력 매칭 출력을 가지며, 상기 출력 노드에서 상기 증폭 신호를 공급하기 위한 전력 매칭 네트워크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 회로.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 증폭단은,
    상기 입력 신호를 수신하고 저전력 증폭기 신호를 발생시키기 위한 저전력 증폭기; 및
    상기 저전력 증폭기에 연결되어 있으며, 상기 저전력 증폭기 신호를 수신 및 증폭하기 위한 고전력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 회로.
  6. 코드분할다중접속 방식을 확산 스펙트럼 통신 신호를 사용하여, 적어도 하나의 셀 사이트를 통해 다수의 사용자가 서로 정보를 통신하기 위해 무선 전화를 사용하는 셀룰러 통신 시스템에서, 입력 CDMA 신호에 응답하여 증폭된 CDMA 신호를 제공하기 위해 상기 무선전화 내에 배치된 무선전화 전송 증폭 회로로서,
    각 증폭단은 증폭단 입력 및 증폭단 출력을 가지며, 상기 입력 CDMA 신호를 증폭하기 위해 병렬로 연결된 다수의 증폭단;
    상기 다수의 증폭단의 각 증폭단 입력에 연결되며, 상기 다수의 증폭단 중선택된 적어도 하나의 증폭단에 상기 입력 CDMA 신호를 공급하기 위한 입력 네트워크;
    상기 다수의 증폭단의 각 증폭단 출력에 연결되며, 출력 네트워크 출력 노드에서 상기 증폭된 CDMA 신호를 공급하기 위한 출력 네트워크;
    상기 입력 네트워크 및 상기 출력 네트워크에 연결되고, 상기 증폭된 CDMA 신호의 전력 레벨에 응답하여 상기 다수의 증폭단 중 적어도 하나를 선택하기 위한 제어 회로; 및
    상기 입력 신호는 일련의 코드 심볼을 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 코드 심볼들 간의 전이를 식별하고 상기 입력 네트워크로 하여금 상기 입력 신호를 상기 코드 심볼들 간의 전이에서만 상기 다수의 증폭단들 중 선택된 적어도 하나의 다른 증폭단에 공급할 수 있도록 하는 증폭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전화 전송 증폭 회로.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제어 회로는 고전력 증폭기의 이득 설정값을 제어하기 위한 이득 제어 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전화 전송 증폭 회로.
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