KR100502122B1 - 메모리에 기초한 증폭기 부하 조절 시스템 - Google Patents

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Abstract

전력 증폭기 부하 조절 시스템(200)은 전력 증폭기(32) 및 전력 증폭기(32)에 연결된 가변 임피던스 네트워크(36)를 포함한다. 가변 임피던스 네트워크(36)는 부하 제어 신호에 응답하여 전력 증폭기(32)의 출력에 복수의 임피던스를 제공한다. 처리 회로(38)는 전송 전력 커맨드와 채널 주파수 커맨드를 발생시킨다. 메모리(40)는 출력 전력과 주파수의 함수로서의 복수의 제어값을 저장한다. 가변 임피던스 네트워크(36), 제어 회로(20), 및 메모리(40)에 연결된 처리 회로(38)는 복수의 제어값을 탐색하고, 전송 전력 커맨드와 채널 주파수 커맨드에 응답하여 부하 제어 신호를 발생시키는데 생산하기 위해 그것을 사용한다.

Description

메모리에 기초한 증폭기 부하 조절 시스템{MEMORY-BASED AMPLIFIER LOAD ADJUST SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 고 효율 전력 증폭 시스템(high efficiency power amplifier system)에 관한 것이다. 더 상세히 말하면, 본 발명은 전력 증폭기의 출력과 연결된 가변 임피던스 네트워크(variable impedence network)를 구비한 전력 증폭기에 관한 것이다.
전력 증폭기는 휴대용 무선통신 설계에서 핵심 기술이다. 휴대폰에서 전력 증폭기는 통화 가능 시간에 큰 영향을 끼친다. 이는 전력 증폭기가 휴대폰내의 다른 회로에 비하여 전력의 상당 부분을 소모하기 때문이다. 전력 증폭기가 얼마나 많은 전력을 소모하는가를 결정하는 하나의 파라미터가 전력 증폭기의 효율이다. 이 효율은, 예를 들어 전력이 증가되는 효율(power added efficient)이 될 수 있다. 바이폴라 디바이스를 사용하는 전력 증폭기에 있어서 콜렉터(collector) 효율은 또 다른 하나의 효율 파라미터이다. FET에 기초한 전력 증폭기의 드레인 효율은 증폭기 효율을 특징짓는 데 쓰이는 또 다른 파라미터이다.
전력 증폭기에 제공되는 부하 임피던스를 가변시킴으로써 전력 증폭기의 효율을 증가시키려는 노력들이 있었다. 미국 특허 No. 5,673,001(이하 '001'로 표시함)은 부하 스위칭의 몇몇의 예를 보여준다. 제1 실시예에서는 무선 주파수(RF) 입력 신호와 RF 출력 신호가 표본 추출(sampled)이 된다. 제어 회로는 입력, 출력 신호의 비교에 기초하여 제어 신호를 만들어낸다. 전력 증폭기의 출력에서 전압 가변 캐패시터(VVC)는 전력 증폭기의 동작 지점을 최대 효율 동작 지점에 보다 가가깝게 스큐(skew)하기 위해 제어 신호에 응답하여 가변된다.
종래의 기술의 제2 실시예에서 전력 증폭기의 RF 출력 신호의 샘플 부분만을 사용하여, 전력 증폭기 출력에서의 VVC를 제어하기 위한 부하 제어 신호를 발생시킨다. 다시 말하면, 출력 신호의 전력 샘플이 VVC에 의해 제공되는 임피던스를 제어하는데 사용된다.
종래의 기술의 제3 실시예에서는, 포화 탐지 루프(saturation detection loop)가 사용된다. 셀룰러 시스템에서는 일반적으로 송신기에 출력 전력 제어 루프가 있고, 출력 전력은 출력 전력의 범위에 걸쳐서 다양하다. 예를 들어, 만약 이동 유닛이 기지국에 가까우면 이동 유닛은 그렇게 많은 출력 전력을 송신하지 않아도 된다. 종래의 기술의 제3 실시예에서, 출력 신호 전력은 제어 신호를 만들어내기 위해 측정된다. 제어 신호의 전압은 공급 전압과 비교되고, 만약 제어 신호의 전압이 공급 전압으로부터 선정된 범위 안에 있으면, VVC 임피던스가 조절된다. 이 포화 탐지 루프가 없이도, VVC 네트워크는 고 효율 임피던스로 조절할 수 없으나, 전력 증폭기(PA)가 필요한 출력 전력을 제공할 수 없는 임피던스에 설정될 수 밖에 없다. 따라서 VVC는 전력 증폭기로 하여금 소정의 출력 전력보다 낮은 출력 전력에서 포화되도록 하기 위한 임피던스를 전력 증폭기 출력에 제공할 수 있다.
종래의 기술의 실시예들은 개선된 휴대 전화 시스템(AMPS: advanced mobile phone system)에서의 주파수 변조, 또는 GSM(group special mobile) 디지털 휴대폰 시스템에서의 가우시안 최소값 쉬프트 키잉(GMSK: Gaussian minimum shift keying)과 같은 일정한 포락면 변조 기술 분야(constant envelope modulation scheme)에서 매우 유용하다. 그러나, 다른 디지털 휴대폰 시스템은 일정한 포락면과 대비되는, RF 변조된 신호에 진폭 변조(AM) 포락면을 부여하는 변조 기술을 사용한다.
예를 들어 휴대폰의 잠정적 표준(IS)-136은 시간 분할 다중 접속(TDMA)을 사용하고 π/4 미분 4위상 쉬프트 변조(DQPSK, differential quadrature phase shift keying)을 요구하며, 휴대폰 표준(IS-95)은 코드 분할 다중 접속(CDMA)을 사용하고, 오프셋 QPSK(OQPSK)를 요구한다. 그러나 또 다른 휴대폰 시스템은 직각 진폭 변조(QAM)을 사용하며 그것은 또한 RF 변조 신호에 AM 포락면을 가진다.
종래의 기술 시스템은 출력 전력의 함수로서 부하 임피던스를 가변시키기 위해 실시간 측정에 의존한다. 이것은 선형 변조 기술에 적절하지 않게 된다. 종래의 기술 시스템은 전력 증폭기에 의해 전달된 인접 채널 전력(ACP: adjacent channel power)을 다루기 위해 어떤 것도 하지 않는다. 선형 변조를 사용하는 시스템에서, 만약 전력 증폭기가 AM 포락면을 충실하게 재현하지 않으면 전력 증폭기는 ACP를 너무 많이 전달할 것이다. 따라서 전력 증폭기를 사용하는 무선전화기는 ACP에 관한 셀룰러 표준 요구 사항에 부합하지 않을 것이다. 즉, 종래의 기술은 부하 임피던스를 실시간 측정에 기초해서 조절한다. 이는 인접 경로 전력 수행을 다루지 않은 단순한 부하 조절이다.
덧붙여서, 종래의 기술의 폐쇄 루프(closed loop) 임피던스 제어 시스템은 동작 주파수와 출력 전력의 모든 변화에 대해 가장 양호한 임피던스를 제공하지 않는다. 이는 출력 전력 탐지에 기초하여 VVC 회로에 단순한 상향 명령 또는 하향 명령이 입력된다는 점에서 VVC 회로를 제어하는 알고리즘이 오히려 단순하기 때문이다. 각 무선전화기에 사용된 전력 증폭기 회로의 제품별 편차(part to part variation) 또한 전력 증폭기의 효율을 낮출 수도 있다.
따라서 가변 임피던스 네트워크에 의해 전력 증폭기 출력에 제공되는 임피던스를 보다 정확하고 포괄적으로 제어할 수 있는 전력 증폭기 부하 조절 시스템이 필요하다. 제품별 편차를 보상하기 위한 부하 조절 시스템 또한 필요하다. 전력 증폭기에 의해 전달된 인접 채널 전력을 제어하는 방식으로 가변 임피던스 네트워크를 제어할 필요가 있다.
도 1은 무선전화기 통신 시스템(100)을 블록도 형태로 도시하고 있다. 무선전화기 통신 시스템(100)은 원격 송수신기(10)와 무선전화기(12)와 같은 하나 이상의 무선전화기를 포함한다. 원격 송수신기(10)는 지정된 지리적 영역 내의 무선전화기(12)와 RF 신호를 주고받는다.
무선전화기(12)는 안테나(14), 송신기(16), 수신기(18), 제어 블록(20), 합성기(22), 듀플렉서(24), 및 사용자 인터페이스(26)를 포함한다. 정보를 수신하기 위해, 무선전화기(12)는 안테나(14)를 통해 데이터를 담고 있는 RF 신호를 탐지하고, 탐지된 RF 신호를 생성한다. 수신기(18)는 탐지된 RF 신호를 전기 대역 신호로 변환하고 전기 대역 신호들을 복조하며, 자동 주파수 제어 정보를 포함하는 데이터를 복원하고, 제어 블록(20)으로 데이터를 출력한다. 제어 블록(20)은 데이터를 인식 가능한 목소리 혹은 사용자 인터페이스(26)에 의해 사용될 데이터 정보로 포맷한다.
일반적으로 사용자 인터페이스(26)는 마이크로폰, 스피커, 디스플레이 장치와 키패드를 포함한다. 사용자 인터페이스(26)는 사용자 입력 정보를 수신하고, 원격 송수신기(10)에 의해 전달된 수신 데이터를 전달하기 위한 것이다. 수신기(18)는 저잡음 증폭기, 필터, 하향 변환 혼합기(down conversion mixers)와 직각 혼합기(quadrature mixers), 자동 이득 제어 회로와 같은 회로들을 포함하며, 이들 모두는 본 기술분야에서 공지되어 있다.
정보를 담고 있는 RF 신호를 무선전화기(12)에서부터 원격 송수신기(10)로 전달하기 위해 사용자 인터페이스(26)는 사용자 입력 데이터를 제어 블록(20)으로 보낸다. 제어 블록(20)은 일반적으로 DSP 코어(core), 마이크로제어기 코어, 메모리, 클럭 발생 회로, 소프트웨어 및 출력 전력 제어 회로(output power control circuit) 등을 포함한다. 제어 블록(20)은 사용자 인터페이스(26)로부터 획득된 정보를 포맷하고, 그것을 RF 변조된 신호로 변환하기 위한 송신기(16)로 전달한다. 송신기(16)는 RF 변조된 신호들을 원격 송수신기(10)로 송신하기 위한 안테나(14)로 전달한다. 따라서, 송신기(16)는 변조된 정보 신호를 송신하기 위한 것이다. 듀플렉서는 송신기(16)에 의해 전달되고 수신기(18)에 의해 수신된 신호들간의 분리를 제공한다.
무선전화기(12)는 선정된(predetermined) 주파수 대역에 걸쳐서 동작할 수 있다. 합성기(22)는 수신기(18)와 송신기(16)에 적절한 주파수로 동조된 신호를 제공하여, 정보 신호들의 수신과 송신을 가능하게 한다. 채널 주파수와 같은, 수신기(18)와 송신기(16)의 함수의 제어는 제어 블록(20)에 의하여 제공된다. 따라서 제어 블록(20)은 주파수 합성을 위한 합성기(22) 프로그램 명령을 제공한다.
도 2는 도 1의 송신기(16) 부분을 형성하는 전력 증폭기(PA) 활성(active) 부하 조절 시스템(100)이다. 부하 조절 시스템(200)은 전력 증폭기(32)에 연결된가변 이득 요소(여기서는, 가변 이득 증폭기(VGA)(30))를 포함한다. 선택적으로, 스태틱 매치 회로(34)는 전력 증폭기(32)와 가변 임피던스 네트워크(36) 사이에 삽입될 수 있다. 이와 같은 스태틱 매치는 전력 증폭기(32)의 출력에서 중간 임피던스 변환을 제공하기 위해 종래의 다양한 RF 매치 회로를 포함할 수 있다. 이는 예를 들어 가변 임피던스 네트워크(36)의 양호도(quality factor)에 미치는 영향을 감소시키기 위해 전력 증폭기(32)의 출력(33)으로부터의 임피던스 레벨을 상승시키는데 사용될 수 있다.
처리 회로(38)은 부하 제어 디지털-아날로그 변환기(DAC)(42)에 연결되고, 부하 제어 DAC(42)는 레벨 쉬프트 회로(44)에 연결된다. 레벨 쉬프트 회로(44)는 가변 임피던스 네트워크(36)에 연결된다.
제어 블록(20)(도 1)은 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 전송 전력 커맨드이라고도 언급되는 자동 출력 제어(AOC) 신호를 만들어내기 위한 출력 전력 제어 회로(도시되지 않음)를 포함한다. AOC 신호는 VGA(30)의 이득을 설정하기 위해 VGA 제어 입력(50)에 인가된다. VGA(30)의 이득을 가변시킴으로써, 무선전화기(12)는 그의 평균 전송 출력 전력(그리고 이에 따라 변조된 신호의 평균 증폭)을 가변시킬 수 있다.
대체 실시예에서는, VGA(30)는 이득의 몇몇 단계가 변경될 수 있도록 다중-단계 가변 이득 증폭기이다. 가변 이득 증폭의 다중 단계는 또한 송신 경로의 서로 다른 부분들을 따라 분산될 수 있다. 나아가, 종래 기술에서 공지된 바와 같이 가변 이득 증폭기 보다는 가변 감쇠기의 사용을 통해 적어도 어느 정도의 필수적인 가변이득이 달성될 수 있다.
제어 블록(20)은 수신된 신호의 세기를 측정하는 무선전화기(12)에 응답하여 AOC 신호를 발생할 수 있다. 원격 송수신기(10)는 또한 무선전화기(12)에 전력 제어 커맨드를 보낼 수 있고, 제어 블록(20)은 원격 송수신기(10)의 전력 제어 커맨드에 적어도 부분적으로는 응답하여 AOC 신호를 생성한다.
선형 변조 기술에서는, AM 포락면을 갖는 RF 변조된 신호가 VGA 입력(46)에 인가된다. VGA 제어 입력(50)에 제공되는 AOC 신호는 VGA 이득을 임의의 값으로 설정할 것이다. VGA(30)에 의해 생성되는 RF 신호는 전력 증폭기 입력 신호로서 전력 증폭기(32)에 연결된다. 전력 증폭기(32)는 전력 증폭기 출력(33)에서 전력 증폭기 입력 신호의 증폭 버전을 생성한다.
가변 임피던스 네트워크(36)는 전력 증폭기(32)의 부하 선을 변경하기 위해 전력 증폭기 출력(33)에 가변 부하 임피던스를 제공한다. 이는 전력 증폭기(32)의 전체적인 효율을 증가시키고, 결과적으로 전력을 절약할 수 있다. 각각의 동작 주파수 및 출력 전력에 대하여, 가변 임피던스 네트워크(36)은 라인(60)에 제공되는 부하 제어 신호에 응답하여 전력 증폭기 출력(33)에 복수의 임피던스중 하나를 제공한다.
처리 회로(38)는 산술 회로이며, 예를 들어 DSP, 마이크로프로세서, 혹은 응용 주문형 집적 회로(ASIC)를 수단으로 실현될 수 있다. 제어 블록(20)(도 1)에 의해 만들어지고 도 2에서 P평균으로 표기되어 있는 전송 전력 커맨드는 전력 레벨 입력(56)으로 인가된다. 평균 전력 레벨 신호는 소정의 송신 전력 레벨에 대한 정보를 포함한다. 덧붙여서, 제어 블록(20)(도 1)은 무선전화기(12) 채널의 동작에 대해 합성기(22)(도 1)에 명령을 하기 위한 채널 주파수 커맨드를 발생시킨다. 채널 주파수 커맨드는 또한 주파수 커맨드 입력(58)을 통해 처리 회로(38)에 인가된다.
메모리(40)는 전력 증폭기 출력 전력 및 동작 주파수의 함수로서 복수의 제어값을 저장하기 위한 것이다. 그래서 메모리(40)는 탐색 테이블(look-up table)의 형태로 정보를 보유한다. 처리 회로(38)는 가변 임피던스 네트워크(36), 제어 블록(20)(도 1) 및 메모리(40)에 연결된다. 처리 회로는 메모리(40)에 저장되어 있는 복수의 제어값을 추출하고, 무선전화기(12) 송신 전력 커맨드 및 채널 주파수 커맨드에 응답하여 부하 제어 신호를 발생시키기 위해 복수의 제어값을 사용한다.
특정 출력 전력 레벨 및 동작 주파수에 대해, 전력 증폭기(32)로 하여금 최고의 효율을 갖게 하는 최적의 전력 증폭기 부하 임피던스가 존재한다. 덧붙여서, 전력 증폭기(32)로 하여금 인접 채널 출력 전력이 임의의 양보다 적게 발생하도록 하는 임피던스가 있다. 송신 전력 레벨이 VGA(30)의 이득을 가변시킴으로써 변경될 때, 다른 최적 임피던스가 전력 증폭기 출력(33)에 제공되어야 한다. 따라서, 처리 회로(38)는 소정의 송신 전력 레벨 및 동작 주파수에 응답하여 라인(60) 상에 부하 제어 신호를 생성해야 한다.
그래서, 처리 회로(38)는 메모리(40)에 저장된 복수의 제어값을 추출하고, 복수의 제어값을 사용하여, 처리 회로 출력(61)에 디지털 부하 제어 신호를 발생시킨다. 부하 제어 DAC(42)는 처리 회로(38)에 연결되고, 가변 임피던스 네트워크(36)는 디지털 부하 제어 신호를 부하 제어 신호로 변환한다.
도시된 실시예에서는 레벨 쉬프트 회로(44)가 부하 제어 DAC(42)와 가변 임피던스 네트워크(36) 사이에 삽입된다. 레벨 쉬프트 회로(44)는 부하 제어 DAC(42)에 의해 생성되는 아날로그 신호를 가변 임피던스 네트워크를 동작시키는데 필요한 신호 레벨로 전환하기 위한 것이다. 예를 들면 부하 제어 DAC(42)의 출력에서 생산되는 신호에 대한 전압 범위는 0-3 볼트일 것이다. 최대 동적 범위에서 가변 임피던스 네트워크(36)는 -1.5 볼트 내지 +1.5 볼트의 범위 내에서 제어 전압을 필요로 할 수 있다. 그래서, 레벨 쉬프트 회로는 부하 제어 DAC(42) 아날로그 신호를 라인(60)에서의 부하 제어 신호로 변환한다.
처리 회로(38)가 디지털 제어 워드를 발생시키기 위해 사용하는 방정식 세트가 표 1에 나와 있다. 표 1은 송신 출력 전력에 대한 열, 공급 전압에 대한 열, 디지털 부하 제어 워드(예: 부하 제어 DAC 설정을 도출)에 대한 열을 갖는다. 예시된 실시예에서, 무선전화기(12)는 최대 출력 전력에서 20dBm 미만까지의 범위의 전력 레벨에서 송신한다. 최대 출력 전력은 소정 전화기가 전달할 수 있는 최대 출력 전력에 대응한다. 최소 송신 전력은 -10dBm 정도이지만, 무선전화기는 실제 사용시 일반적으로 8dBm 이상을 송신한다. 송신 전력 레벨의 다른 세트가 사용될 수 있다.
출력 전력(dBm) 공급 전압(VB+) 디지털 부하 제어(예를 들어, DAC로의 입력)
최대 상관없음 0
28-30 >=3.6V XF+XP+XB0*(VB+-3.6V)/0.2 (1)
28-20 <3.6V XF+XP-XB0*(3.6V-VB+)/0.2 (2)
<20 상관없음 255
제2 열의 공급 전압은 선택적 특징이고, 이하 다뤄질 것이다. 제3 열은 부하 제어 DAC(42)(도 2)에서의 디지털 부하 제어에 대응한다. 예시된 실시예에서, 디지털 제어 워드는 부하 제어 DAC(42)를 제어하기 위한 8비트 워드이다. 따라서 부하 제어 DAC(42)는 256 단계를 가지고 부하 제어 신호에 대한 256개의 서로 다른 값들을 발생시킬 수 있다.
표 1은 최고 전력 레벨, 최대 전력에 있어서 디지털 부하 제어가 0의 값을 가지는 것을 보여준다. 이는 DAC가 DAC 단계 0에 대응하는 아날로그 전압을 출력할 것이라는 것을 의미한다. 이는 0볼트보다 약간 높을 수 있고, 또는 대략 0.1볼트일 수 있다. 표 1은 또한 최저 전력 레벨에서의 디지털 부하 제어 워드가 DAC 단계 255에 대응하는 255의 값을 갖는다는 것도 보여준다. 단계 255에서의 부하 제어 DAC(42) 출력 레벨은 예를 들어 대략 3볼트 정도가 될 수 있다.
20dBm 미만의 출력 전력에 대해서는, 가변 임피던스 네트워크(36)의 동적 범위가 이들 전력 레벨을 초과하기 때문에, 동일한 디지털 부하 제어 워드만이 지정된다. 가변 임피던스 네트워크(36)는 부하 제어 신호에 응답하여 전력 증폭기(32)에 다양한 임피던스를 제공할 수 있다. 전력 증폭기가 특정 주파수에서 임의의 출력 전력을 생성할 때, 임피던스는 임의의 출력 전력, 특정 주파수 및 출력 전력에서의 최대 전력 증폭기 효율, 및/또는 최소 인접 채널 전력에 대응할 수 있다. 가변 임피던스 네트워크는, 모든 다양한 주파수와 출력 전력에서의 전력 증폭기에 최적 임피던스를 제공하는데 충분한 범위를 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 만약 전압 가변 캐패시터(VVC)들이 가변 임피던스 네트워크(36)에 사용되면, 전압 가변 캐패시터의 가변 용량 범위는 제한된다. 따라서 가변 임피던스 네트워크(36)의 범위가 초과되면, DAC 단계 255가 부하 제어 신호를 생성하는데 사용된다.
출력 전력이 28dBm에서 20dBm 사이일 때, 표 1은 디지털 부하 제어를 전개하기 위해 사용되는 방정식을 보여준다. 간략하게 말하자면, 선택적 공급 전압 파라미터는 방정식(1)만이 필요하도록 초기에 무시된다. 방정식(1)은 디지털 부하 제어 워드를 생성하기 위해 메모리(40)로부터 판독해야 하는 몇몇의 제어값을 가진다. 제어값은 XF, XP와 XB0의 값을 포함한다. 방정식(1)에서 XF와 XP는 변수들인 반면 XB0는 상수이다.
메모리(40)에 저장된 제어값은 결정되어야 하며, 무선전화기(12)가 공장에서 출하하기 전에 메모리에 저장되어야 한다. 제어값의 도출은 일반적으로 다중 단계의 과정이다. 어떻게 제어값을 도출하는가에 대한 설명이 뒤따른다. 이 설명은 제어값이 무엇인지, 또 어떻게 사용되는지를 설명하는 데에도 도움이 될 것이다.
임의의 무선전화기에 있어서, 전력 증폭기 설계는 선택된 전력 증폭기 반도체 장치에 주변에서 전개된다. 예를 들어, 그 장치가 바이폴라 디바이스, 전계 효과 디바이스(FET), 또는 헤테로접합 장치가 될 수 있다. 일단 설계가 진행되면, 전력 증폭기 설계는 가변 임피던스 네트워크(36)와 관련하여 출력 전력과 주파수에 따라 특성화된다.
특성화의 첫 단계는 헤드룸 페이징 절차이다. 이 특성화는 메모리(40)와 처리 회로(38) 없이 도 2의 부하 조절 시스템(200)을 사용하는 것을 포함한다(이는 시험 부하 조절 시스템으로서 지칭될 수 있다). 고정 부하가 시스템 출력(48)(예: 50오옴)에 부착되고, VGA(30)는 선정된 출력 전력을 생성하게 위해 설정된다. 예시된 실시예에, 선정된 출력 전력은 28dBm이다. 따라서, VGA 제어 입력(50)에 인가된 AOC 신호는 28dBm로 설정된다.
그래서, 시험 부하 조절 시스템은 선정된 주파수 대역 내에서 복수의 주파수에 따라 특성화된다. 예시된 실시예에서, 송신 주파수 대역는 824 MHz 내지 849MHz이고, 복수개의 주파수는 6개의 균등하게 이격된 주파수를 포함한다. 따라서 여섯 개의 시험 주파수들은 824MHz(주파수 1), 829 MHz(주파수 2), 834 MHz(주파수 3), 839 MHz(주파수 4), 844 MHz(주파수 5), 및 849 MHz(주파수 6)이다. 기타 주파수 분할은 창의적인 추론없이도 유추할 수 있다.
824 MHz에서, 부하 제어 DAC(42)로의 입력은 출력 전력이 28 dBm이고 전력 증폭기 효율이 최대가 될 때까지 가변된다. 이러한 입력은 시험 XF1으로서 지칭된다. 5개의 다른 XF 시험값을 생성하기 위해 5개의 다른 주파수 각각에 대해 동일한 사항이 수행된다. 이 단계는 헤드룸 페이징으로서 지칭되는데, 이는 주파수에 걸쳐 출력 삽입 손실 변화에 기인하여 전력 증폭기 포화 레벨의 변화량을 감소시키기 때문이다. 이러한 단계의 완료에 의해, 여섯 개의 시험 XF 값들이 생성된다. 표 2는 소정의 전력 증폭기 설계에 있어서 28 dBm 출력 전력에서 실험적으로 결정된 시험 XF 제어 값들의 예이다.
출력 전력(dBm) 주파수(MHz) 시험 XF 번호 부하 제어 DAC 입력(예를 들어 시험 XF값)
28 824 (f1) XF1 50
28 829 (f2) XF2 65
28 834 (f3) XF3 52
28 839 (f4) XF4 45
28 844 (f5) XF5 43
28 849 (f6) XF6 50
이 단계에서 결정된 XF값은 XP 제어값들을 결정하는 데에만 사용되기 때문에 XF 제어값으로 언급된다. 전력 증폭기/무선전화기 설계를 위한 XP 제어값들이 일단 결정되면, 각각의 무선전화기(12)에 대하여 새로운 XF값들이 생산의 공장 페이징 단계(factory phasing stage) 동안 발견되고 메모리(40)에 저장될 것이다.
시험 XF 제어값들을 찾은 후, 다음 단계는 XP 제어값에 대응하는 오프셋을 결정하는 것이다. XP 제어값은 28dBm보다 낮은 다수의 전력 레벨에서 최고의 효율 및/또는 인접 채널 전력 성능을 생성하는 데 필수적인 오프셋값이다. 예시된 실시예에서, 부하 조절 시스템은 XP 제어값을 얻기 위해서 추가적인 3 출력 전력에 따라 특정된다.
첫 번째의 추가적인 출력 전력은 26dBm이다. 이 전력 레벨에 대해 결정된 XP값은 XP2로서 지칭된다(XP1은 0의 값을 가지는데, 이는 간단하게 설명될 것이다). 따라서 시험 부하 조절 시스템을 사용하면, VGA 제어 입력(50)에 인가된 AOC 신호는 26 dBm로 설정되고, VGA(30) 이득은 이에 맞게 조절된다. 디지털 제어 워드(예: 부하 제어 DAC(42)에 입력)가 변경된다. 출력 전력, 및 전력 증폭기(32) 효율과 송신된 인접 채널 전력 중 하나, 혹은 그 둘 모두가 모니터된다. 따라서 출력은 복수의 주파수에 걸쳐서 26 dBm으로 유지되고, 효율과 인접 채널 전력 중 하나, 혹은 둘 모두 최적화된다.
이 단계에서 발생된 XP2 제어값은 복수의 주파수 각각에 대해 사용될 단일 오프셋값이다. 다른 말로 하면, 이 과정은 28 dBm 출력 설정에서 결정되었던 각각의 시험 XF값에 더해진 26 dBm 동작에 대한 오프셋값을 산출할 것이다.
다수개의 복수 주파수 중 어느 하나에 대하여 26 dBm으로 동작하는 경우, XP2 값은 대응하는 XF값에 더해질 것이다. 따라서, 주파수 1(890MHz)에서, 28 dBm에서의 디지털 제어 워드는 50이다. 만약 XP의 값이 30인 것으로 알려지면, 26 dBm 및 주파수 1에서의 디지털 제어 워드는 80이다. 유사하게 주파수 2에서는 디지털 제어 워드가 65이고, 따라서 주파수 2 및 26 dBm에서의 디지털 제어 워드는 95이다.
28 dBm 출력 전력 설정에 있어서, 디지털 제어 워드는 복수의 주파수 각각에 대해 개별적으로 결정되고, XF 값으로서 저장되었다. 따라서, 28 dBm 설정은 모든 다른 전력 레벨 DAC 설정이 그로부터 오프셋될 기준 지점이다. 따라서, 전력 레벨 28 dBm에서는 XP 오프셋값이 없고 XP1=0이다.
26 dBm 설정에 사용될 오프셋 제어 값은 XP2로서 지칭된다. 24 dBm의 출력 전력에 대응하는 XP3 제어값을 결정하기 위해 유사한 절차가 뒤따른다. 표 3은 복수의 주파수 각각에서 몇몇 출력 전력에 대해 시험 XF, XP, 최종 디지털 제어 워드 값을 나타내고 있다.
XP 제어값들은 각각의 무선전화기(12)의 메모리(40)에 저장된다. 그러나 신규 XF제어 값들은 공장에서 각각의 특정 무선전화기에 대해 생성된다. 이는 XF 공장 페이징(phasing)으로서 지칭된다. 따라서 28 dBm에서 새 XF값을 결정하기 위해 각 무선전화기(12)에 대해 공장 페이징이 수행된다. 그런 다음, 이들 새 XF 값들은 메모리(40)에 저장된다. 각 무선전화기는 그 자신의 고유한 세트의 XF 제어값을 갖기 위해 공장에서 개별적으로 페이징된다. 반대로 주어진 무선전화기 디자인을 갖는 모든 무선전화기에서의 XP 제어값들은 동일하다. 표 3에서 보여진 시험 XF값들은 무선전화기가 공장에서 출하될 때 무선전화기의 메모리(40)에 저장될 실제 XF값들이 될 수 있다.
도 3은 복수의 전력 레벨에 대해 (디지털 제어 축 70에서의) 디지털 제어 워드 대 (주파수 축 72에서의) 주파수를 나타낸 그래픽이다. 무선전화기(12)가 최대 가용 전력을 송신하기 위해 필요할 때, 디지털 제어 워드는 모든 주파수에서 0이다. 따라서, 최대 전력 워드 곡선(90)은 모든 주파수에 대해 0의 값을 갖는다.
무선전화기(12)가 28 dBm을 송신하기 위해 설정될 때, 메모리(40)에 저장된 XF값들 중 하나가 디지털 제어 워드로서 사용된다. 이들 값들은 28 dBm 워드 곡선(92)상에 속한다. 무선전화기(12)가 26 dBm을 송신하기 위해 설정되면,26 dBm 워드 곡선(94)을 형성하기 위해 모든 28 dBm 워드 곡선(92)이 XP2 오프셋 제어값 106에 의해 오프셋된다. 따라서, 26 dBm 워드 곡선(94)상에 속하는 값이 디지털 제어 워드로서 생성되도록, 처리 회로(38)(도 2)는 방정식을 사용해서 디지털 제어 워드를 계산한다.
무선전화기(12)가 24 dBm을 송신하기 위해 설정되면, 24 dBm 워드 곡선(96)을 형성하기 위해 모든 28 dBm 워드 곡선(92)이 XP3 오프셋 제어값 108에 의해 오프셋된다. 따라서, 24 dBm 워드 곡선(96)상에 속하는 값이 디지털 제어 워드로서 생성되도록, 처리 회로(38)(도 2)는 방정식을 사용해서 디지털 제어 워드를 계산한다.
무선전화기(12)가 22 dBm을 송신하기 위해 설정되면, 22 dBm 워드 곡선(98)을 형성하기 위해 모든 28 dBm 워드 곡선(92)이 XP4 오프셋 제어값 110에 의해 오프셋된다. 따라서, 22 dBm 워드 곡선(96)상에 속하는 값이 디지털 제어 워드로서 생성되도록, 처리 회로(38)(도 2)는 방정식을 사용해서 디지털 제어 워드를 계산한다.
무선전화기(12)가 20 dBm을 송신하기 위해 설정되면, 20 dBm 워드 곡선(102)을 형성하기 위해 모든 28 dBm 워드 곡선(92)이 XP5 오프셋 제어값 112에 의해 오프셋된다. 따라서, 20 dBm 워드 곡선(96)상에 속하는 값이 디지털 제어 워드로서 생성되도록, 처리 회로(38)(도 2)는 방정식을 사용해서 디지털 제어 워드를 계산한다. 그러나, 가변 임피던스 네트워크(36)의 동적 범위는 20 dBm 전력 설정에서 도달되기 시작함을 주지한다. 이는 20 dBm 워드 곡선(102) 상의 주파수 f2에 대응하는 계산된 제어 워드 120에 의해 나타날 수 있다. 최종 부하 제어 DAC(42) 단계는 255이며, 이는 가변 임피던스 네트워크(36)(도 2)를 사용하는 것에 동조될 수 있는 최종 임피던스 값에 실질적으로 대응한다. 덧붙여서 20 dBm 미만의 전력 레벨 설정에서, 최소 전력 워드 곡선(104)이 모든 주파수에서 사용된다.
처리 회로(38)는 디지털 제어 워드를 계산하기 위해 다른 파라미터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 공급 전압의 변화는 가변 임피던스 네트워크(36)에 의해 상쇄될 수 있다. 예를 들어, 처리 회로(38)(도 2)에 연결된 전압 모니터링 회로(도시되지 않음)는 기술 분야에서 공지된 바와 같이 무선전화기(12)(도 1)에 전력을 공급하는데 사용되는 배터리(도시되지 않음)의 전압을 탐지할 수 있다.
전압 모니터링 회로는 전압 레벨 신호로서 지칭되는 전압의 표시(indication)를 발생시킨다. 전압 레벨 신호는 전압 포트(59)(도 2)에 인가되고, 처리 회로(38)는 전압 레벨 신호에 응답하여 디지털 제어 워드를 발생한다.
표 1은 처리 회로(38)가 실제로 28과 20 dBm 사이의 전력 레벨 설정을 위해서 두 방정식을 사용한다는 것을 보여준다. 방정식(1)은 공급 포트(52) 상의 공급 전압이 3.6볼트를 넘을 때 사용되고, 방정식(2)은 공급 전압이 3.6볼트 미만일 때 사용된다. 제어 값 XB0은 디지털 워드 곡선에 대해 추가적인 오프셋값을 나타내는 선정된 상수이다.
도 4는 3개의 서로 다른 공급값에 대해 24 dBm 디지털 워드 곡선(96) 대 주파수의 그래픽도이다. 이 예는 5의 XB0 제어 값 상수에 대한 것이다. 공급 전압이 3.6 볼트이면, 정상적인(nominal) 24 dBm 디지털 워드 곡선이 구획된다. 공급 포트(52)(도 2)의 공급 전압이 3.8볼트이면, 표 1에서의 방정식(1)은 (XB0가 5이므로) 5의 추가적 오프셋을 산출한다. 따라서 모든 24 dBm 디지털 워드 곡선(96)은 3.8볼트-28 dBm 디지털 워드 곡선(150)을 형성하기 위해 위로 이동한다. 유사하게 공급 포트(52)(도 2)의 공급 전압이 3.4 볼트이면, 표 1의 방정식(2)은 (XB0가 5이므로) 5의 추가적 오프셋을 산출한다. 따라서 모든 24 dBm 디지털 워드 곡선(96)은 3.4볼트-28 dBm 디지털 워드 곡선(152)을 형성하기 위해 아래로 이동한다.
따라서 공급 전압이 상승하면(예를 들면, 3.6볼트보다 크면), 전력 증폭기(32) 동작 지점은 포화로부터 멀어져서, 덜 효율적이 된다. 전력 증폭기(32)에 나타난 부하 임피던스를 증가시킴으로써(예를 들어, 디지털 워드 곡선을 위로 올림으로써), 전력 증폭기(32)는 포화에 보다 가깝게 돌아온다. 반대로, 공급 전압이 감소하면, 전력 증폭기(32)는 지나치게 포화된다. 전력 증폭기(32) 부하 임피던스를 감소시킴으로써(예를 들어, 디지털 워드 곡선을 하향시킴으로써), 전력 증폭기(32)는 지나치게 포화되는 것으로부터 다시 멀어진다.
따라서, 0의 최소 디지털 제어 워드는 0볼트에 가까운 부하 제어 DAC(42)의 출력에서 아날로그 전압에 대응한다. 255의 최대 디지털 제어 워드는 3볼트에 가까운 부하 제어 DAC(42)의 출력에서 아날로그 전압에 대응한다.
레벨 쉬프트 회로는 아날로그 전압의 범위를 바꾼다. 부하 제어 DAC(42)로부터의 0볼트의 최소 아날로그 전압은 레벨 쉬프트 회로(44)(도 2)에 의해 -1.5볼트로 변환된다. 부하 제어 DAC(42)로부터의 3볼트의 최대 아날로그 전압은 레벨 쉬프트 회로(44)에 의해 +1.5볼트로 바뀐다.
가변 임피던스 네트워크(36)은 +1.5볼트의 부하 제어 신호가 전력 증폭기(32)에 최대 가용 부하 임피던스를 제공하는 가변 임피던스 네트워크(36)에 대응(예를 들어, 255의 DAC 단계는 최대 부하 임피던스에 대응)되도록 설정된다. -1.5볼트의 부하 제어 신호는 전력 증폭기(32)에 최소 가용 부하 임피던스를 제공하는 가변 임피던스 네트워크(36)에 대응(예를 들어, 0의 DAC 단계는 최소 부하 임피던스에 대응)한다.
처리 회로가 메모리(40)으로부터 제어값을 추출하고 바로 방정식들을 사용하여 디지털 제어 워드를 생성하는데, 이는 결국 아날로그 신호로의 변환 및 레벨 쉬프트 회로(44)에 의한 레벨 쉬프트 후에 부하 제어 신호로 도출된다. 비-정수 부가적(non-integer additional) 배터리 오프셋을 산출하는 배터리 전압에서, 오프셋은 가장 가까운 정수 값으로 반올림처리된다. 온도와 같은 부가적인 파라미터는 처리 회로(38)에 의해 사용되는 방정식에 삽입될 수 있다.
예시된 실시예에서, 주파수 대역 내의 여섯 주파수들은 f1 내지 f6으로 지정된다. 이들 주파수들이 주파수 분할을 지정한다. 지정된 여섯 주파수 이외의 동작 주파수에 대해서는 지정된 여섯 주파수 중에 하나와 대응하는 제어 워드가 사용된다. 예를 들어 주파수 1이 824MHz, 주파수 2가 829MHz로 지정된다. 824와 826.5MHz 사이의 모든 동작 주파수에서, f1에 대응하는 디지털 제어 워드가 사용된다. 826.5 MHz 및 831.5 MHz 간의 모든 동작 주파수에 있어서, f2에 대응하는 디지털 제어 워드가 이용된다. 즉, 어떠한 제어 워드를 사용할 것이지를 규정하기 위해 지정 주파수 근처에서 플러스/마이너스 2.5MHz의 주파수 스팬(span)이 형성된다. 주파수 1은 단지 +2.5MHz의 스팬을 갖고, 주파수 6은 단지 2.5MHz 스팬을 갖는다.
도 5는 가변 임피던스 네트워크(36)의 부하 임피던스가 디지털 제어 워드의 함수로서 어떻게 가변하는지를 보여주기 위해 서로 다른 부하 임피던스를 갖는 스미스 챠트를 도시하는 도면이다. (-1.5볼트의 부하 제어 신호에 대응하는) 0의 디지털 제어 워드에서는, 최소 부하 임피던스 160이 된다. 반대로 (+1.5볼트의 부하 제어 신호에 대응하는) 255의 디지털 제어 워드에서는, 최대 부하 임피던스 상태 162가 된다.
도 6은 메모리(40)(도 2)에 저장될 다양한 제어 값들을 결정하는 방법에 대한 플로우챠트이다. 이 방법은 블록(170)에서 시작해서 블록 172에서 시험 XF 값이 결정된다. 이들은 XP 값들이 결정될 수 있도록 맨 처음 찾는 중간 XF 제어 값이다. 시험 XF값들을 결정하는 단계는 제1 출력 전력 레벨(여기서는 28 dBm)에서 발생한다. 이 방법은 XP 제어 값들이 결정되는 블록 174으로 계속된다. 이들은 28 dBm보다 낮은 전력 레벨에 대한 오프셋값들이다. 일단 XP값들이 결정되면, 그 값은 블록 176에서 메모리(40)(도 2)에 저장된다. 결정 블록(178)에서는, 필수적인 XP 값을 생성하기 위해 모든 전력 레벨들이 시험되었는지를 결정한다. 만약 그렇지 않으면, 이 방법은 블록(174)에서부터 다시 계속된다.
모든 XP 전력 레벨들이 시험되면, 공급 전압 오프셋 상수와 같은 기타 파라미터가 바람직한지에 대해 결정 블록(180)에서 결정된다. 만약 배터리 전압 오프셋 상수가 바람직하다면, XB0 배터리 오프셋 상수는 블록(182)에서 결정된다. 이 XB0 상수는 블록(184)에서 메모리(40)(도 2)에 저장된다. 다른 파라미터가 바람직하지 않으면, 이 방법은 결정 블록(180)에서 블록(186)으로 진행한다.
블록 186에서 각 무선전화기에 고유한 새로운 XF 제어 값을 결정하기 위해 공장 페이징 절차가 수행된다. 이러한 페이징은 각 무선전화기에서 독립적으로 수행된다. 각 무선전화기에 대한 새롭고, 고유한 XF 값은 블록(188)에서 각 무선전화기의 각각의 메모리에 저장된다. 이 방법은 블록(190)에서 끝난다.
선정된 주파수 대역내에서의 복수의 주파수에 걸쳐 무선전화기(12)에서 동작 가능한 전력 증폭기(32)의 출력(33)에서 가변 임피던스 네트워크(36)를 제어하는 방법이 도 7에 나와 있다. 이 방법은 블록(202)에서 시작하고, 블록(204)에서 처리 유닛(38)(도 2)은 동작의 채널의 표시 및 원하는(desired) 출력 전력 표시를 수신한다. 만약 결정 블록(206)에서, 배터리 전압 오프셋과 같은 다른 파라미터를 판독하는 것이 바람직하다면, 블록(208)에서 다른 파라미터가 수신된다.
처리 유닛이 메모리(40)(도 2)로부터 저장된 제어값(또한 제어값으로서 지칭됨)을 탐색하는 블록(210)으로 계속된다. 블록(210)에서는 또한 처리 유닛이 저장된 제어 값으로부터 직접 디지털 제어 워드를 발생시키거나 또는, 저장된 제어 값을 사용해서 처리 유닛이 디지털 제어 워드를 계산한다. 대체 실시예에서는, 모든 필요한 디지털 제어 값들이 저장되어 있어, 어떠한 계산을 할 필요 없이 메모리로부터 직접 인출될 수 있다.
블록(212)에서, 부하 제어 DAC(42)(도 2)와 레벨 쉬프트 회로(44)(도 2)는 제어 값들을 사용하여 동작 채널의 표시와 원하는 출력 전력의 표시에 응답한 부하 제어 신호를 생성한다. 블록(213)에서, 부하 제어 신호는 가변 임피던스 네트워크(36)(도 2)에 인가되고, 블록(214)에서는 가변 임피던스 네트워크(36)가 부하 제어 신호에 응답하여 전력 증폭기(32)(도 2)의 출력(33)에 제공하기 위한 가변 임피던스를 설정한다. 송신기(16)(도 1)는 블록(215)에서 송신하기 위해 활성화된다.
블록(216)에서, 처리 유닛(38)(도 2)은 결정 블록(218)에서 전력 레벨 변화 또는 결정 블록(220)에서의 채널 변화가 있는지를 결정하기 위해 지속적으로 제어 신호를 모니터한다. 아무 변화가 없으면, 공급 전압과 같이, 모니터되고 있는 다른 임의의 파라미터가 변경되었는 지를 결정 블록(222)에서 결정된다. 변화가 없고 송신기(16)(도 1)가 결정 블록(223)에서 송신을 끝내지 않았다면, 이 방법은 블록(216)으로 계속된다. 결정 블록(223)에서 송신기(16)(도 1)가 송신을 끝냈으면, 송신기(16)는 비-활성화되고 이 방법은 블록 (240)에서 끝난다.
송신 전력, 채널, 또는 다른 파라미터가 변하면, 처리 회로(38)(도 2)는 블록(224)에서 새로운 설정을 판독한다. 새 디지털 제어 워드는 블록(226)에서 계산된다. 새 부하 제어 신호는 블록(228)에서 발생되고, 블록(230)에서 가변 임피던스 네트워크(36)에 인가된다. 블록(232)에서 가변 임피던스 네트워크(36)는 새로운 부하 임피던스를 설정한다.
결정 블록(223)에서 송신기(16)(도 1)가 송신을 끝내지 않았다면 , 이 방법은 블록(216)으로 계속된다. 송신기(16)가 송신을 끝내면 이 방법은 블록(240)에서 끝난다.
도 8은 전력 증폭기(32)(도 2)에 다양한 임피던스를 제공하기 위해 사용될 수 있는 제1 실시예 가변 임피던스 네트워크(400)를 도시한다. 가변 임피던스 네트워크(400)는 제1 전송 라인(250), 접지 전위(254)(ground potential)에 연결된 고정 분류기(fixed shunt) 캐패시터(252), 제2 전송 라인(256), 그리고 접지 전위(254)에 연결된 적어도 하나의 가변 소자(258)을 포함한다. 가변 소자(258)는 버랙터 다이오드(varactor diode)와 전압 가변 캐패시터(VVC)로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
VVC는 Kenneth D. Cornett, E. S. Ramakrishnan, Gary H. Shaprio, Raymond M. Caldwell, 그리고 Wei-Yean Howrig에 의해 1991년 10월 15일에 출원되고, 본 명에서에 참조로서 일체화된 미국 특허 No. 5,137,835에 개시되어 있다. 그러나 가변 용량을 제공하는 강유전(ferroelectic) 물질을 사용하는 임의의 캐패시터가 사용될 수 있다. VVC는 동작 중에 비 선형성을 제거하기 위해 대향 극성을 갖는 한 쌍의 VVC를 포함할 수 있다. 부하 제어 신호는 가변 소자(258)의 용량을 가변시키기 위해 전압으로서 입력(260)에 인가된다.
가변 임피던스 네트워크(400)의 다른 형태가 계획될 수 있다. 예를 들어, 집중 상수(lumped element) 또는 분산 상수(distributed element) 인덕터, 부가적인 전송 라인 및 캐패시터, 그리고 부가적인 가변 소자와 같은 추가적 구성요소들이 포함될 수 있다.
도 9는 제2 실시예인 가변 임피던스 네트워크(500)를 도시한다. 가변 임피던스 네트워크(500)는 제1 전송 라인(270), 접지 전위(274)에 연결된 고정 분류기 캐패시터, 제2 전송 라인(276)과 연결되거나, 그렇지 않을 수 있고, 접지에는 연결된 복수의 캐패시터(278)를 포함한다. 부하 제어 신호는 복수의 캐패시터(278)를 연결하는 복수의 스위치(282)를 개폐하기 위한 입력(280)으로 인가된다. 복수의 스위치(282)는, 예를 들어 PIN 다이오드 또는 마이크로-전기기계 스위치(MEM)들을 포함할 수 있다. 복수의 캐패시터(278)는 개별적으로 제어될 수 있다.
가변 임피던스 네트워크의 다른 형태는 창의적인 추리없이도 계획될 수 있다. 예를 들어, 집중 상수 또는 분산 상수 인덕터, 부가적인 전송 라인 및 캐패시터, 및 부가적인 가변 소자와 같은 추가적 구성요소들이 포함될 수 있다. 가변 임피던스 네트워크(400)와 가변 임피던스 네트워크(500)의 조합은 구현가능한(obtainable) 임피던스의 범위를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 덧붙여서, 부하 제어 신호는 서로 다른 가변 임피던스 소자들을 별도로 제어하기 위해 다중 신호를 포함할 수 있다.
각 무선전화기에서의 새 XF 제어 값들을 발생시키기기 위한 공장 페이징은 출하되는 각각의 모든 무선전화기(12)에 가변 임피던스 네트워크(36)가 맞추어 지도록 돕는다. 따라서, 메모리(40)(도 2)에 저장된 복수의 제어값은 적어도 부분적으로는 전력 증폭기(32)(도 2)가 선정된 입력 전력이 전력 증폭기에 인가될 때 선정된 주파수의 대역 내의 복수의 주파수에 걸쳐, 실질적으로 선정된 출력 전력에서 동작할 수 있게 하는 증폭기 부하 임피던스에 대응한다.
28dBm 전력 레벨에서의 XF 제어 값들을 생성하는 것은 그렇지 않은 경우에 빌트 인될(built in) 전력 증폭기(32)(도 2) 헤드룸을 제거하는 것을 도와준다. 최악의 상황 조건을 보상하기 위해, 예를 들어, 스태틱 매치 회로(34)(도 2)의 삽입 손실은 주파수 대역에 걸쳐 가변된다. 만약 공장 페이징이 실행되지 않으면, 전력 증폭기(32)는 주파수 대역에 걸쳐 최악의 삽입 손실을 보상하기 위해 바이어스된다. 삽입 손실이 최악의 상황 삽입 손실보다 작은 주파수에서, 전력 증폭기는 더 이상 최고 효율의 동작 지점에 있지 않게 된다.
XF 전력 레벨에 대응하는 전력 레벨보다 낮은 전력 레벨에 대해 전력 증폭기 효율을 증가시키기 위해 최소의 부가적 XP 오프셋 값이 사용될 수 있다. 예를 들어, 일정한(constant) 포락면 변조 기술에 있어서, XF 값들은 최고 효율을 증가시키기 위해 28dBm 디지털 워드 92(도 3)로부터 오프셋될 수 있다. 따라서, 메모리(40)(도 2)에 저장된 복수의 제어 값은 적어도 부분적으로 전력 증폭기(32)(도 2)가 선정된 주파수 대역내에서의 복수의 주파수에 걸쳐 선정된 증폭기 효율보다 큰 효율을 가질 수 있게 만드는 증폭기 부하 임피던스에 대응할 수 있다.
덧붙여서, 선형 변조 방법에 사용된 선형 전력 증폭기의 경우에는, 제어값들이 선정된 ACP의 레벨 미만인 인접 채널 전력(ACP)뿐만 아니라, 출력 전력에 대응할 수 있다. 그래서, 메모리에 저장된 복수의 제어 값은, 전력 증폭기(32)(도 2)가 선정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수 각각에 걸쳐 동작할 때, 전력 증폭기(32)(도 2)로 하여금 실질적으로 선정된 출력 전력에서 동작할 수 있게 하고, 선정된 인접 채널 전력보다 실질적으로 미만인 인접 채널 전력을 생성하도록 하는 증폭기 부하 임피던스에 적어도 부분적으로 대응할 수 있다. 이는 결과적으로 보다 효율적인 지점에서 전력 증폭기(32)를 동작할 수 있게 한다.
바꾸어 언급하자면, 메모리(40)(도 2)에 저장된 (XF 오프셋 값으로 지칭된) 복수의 제어값중 제1 세트는 전력 증폭기(32)(도 2)가 선정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수 각각에 걸쳐 동작할 때, 전력 증폭기(32)(도 2)로 하여금 실질적으로 제1 출력 전력에서 동작할 수 있게 하고, 선정된 인접 채널 전력보다 실질적으로 미만인 인접 채널 전력을 생성하도록 하는 증폭기 부하 임피던스에 대응한다.
더 나아가, 메모리(40)(도 2)에 저장된 (XP 제어 값으로 지칭된) 복수의 제어값중 제2 세트는 전력 증폭기(32)가 제2 출력 전력에서 동작할 때 부하 제어 신호를 계산하기 위해 처리 회로에 의해 사용되는 오프셋 제어 값들을 포함한다. 처리 회로(38)(도 2)은 가변 임피던스 네트워크(36)로 하여금 전력 증폭기(32)의 출력(33)에 부하 임피던스를 제공하도록 함으로써, 전력 증폭기(32)가 선정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수 각각에 걸쳐 선정된 증폭기 효율보다 큰 효율을 가지게 하기 위해 부하 제어 신호를 계산한다.
바람직한 실시예에 관하여 전술한 설명은 기술 분야의 당업자가 전력 증폭기 부하 조절 시스템을 사용하거나 만들 수 있게 하기 위해 제공된 것이다. 이들 실시예들에 대한 다양한 변형들은 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이며, 여기서 규정된 특유의 원리들은 창의적인 추리없이도 다른 실시예에 적용될 수 있다. 예를 들어, 부하 조절 시스템(200)(도 2)은 가변 임피던스 네트워크(36)의 출력(48)에 연결된 아이솔레이터(isolator)를 선택적으로 포함한다. 아이솔레이터는 가변 임피던스 네트워크(36)의 출력에 실질적으로 일정한 임피던스를 제공한다. 이는, 가변 임피던스 네트워크(36)가 전력 증폭기 출력(33)에 제공하는 다양한 임피던스에 대해 특별한 예측가능성을 제공할 것이다.
메모리에 기초한 전력 증폭기 부하 조절 시스템은, 최악의 상항 조건 및 제품별 편차를 해결하기 위해, 전력 증폭기에 통상적으로 설계되는 동작 지점 헤드룸을 제거하는 매우 효율적인 방법을 제공한다. 이는 보다 효과적인 동작을 제공한다. 덧붙여서, 개방 루프 방식(fashion)에서의 부하 제어 신호를 계산하기 위한 제어 값의 저장과 인출은, 폐쇄 루프 시스템에서의 전력 탐지 측정으로부터 부하 제어 신호를 유도하는 방법에 비해 정확하고 비용에 있어서 효율적인 대안을 제공한다. 메모리에 저장된 제어 값에 기초한 이러한 개방 루프 부하 제어는 전력 증폭기의 동작에서 전력과 주파수에 걸친 최적 효율성 및 ACP 수행을 가능하게 한다. 차세대 무선전화기의 복잡성이 증가함에 따라, 무선전화기에 사용된 전력 증폭기 부하 조절 시스템은 종래 무선전화기에 비해 성능에 있어서 상당한 이점을 제공할 것이다.
도 1은 수신기 및 송신기를 갖는 무선전화기의 블록도.
도 2는 도 1의 송신기의 부분을 형성하는 전력 증폭 부하 조절 시스템을 도시하는 도면.
도 3은 복수의 전력 레벡에서 주파수를 기준으로 도 2의 부하 조절 시스템을 제어하기 위한 디지털 제어 워드를 나타낸 그래픽도.
도 4는 주파수와 공급 전압의 함수로서의 디지털 제어 워드의 플롯을 나타내는 도면.
도 5는 부하 조절 시스템에서 사용된 가변 임피던스 네트워크의 임피던스가 디지털 제어 워드의 함수로서 어떻게 가변되는지를 도시하는 스미스 챠트.
도 6은 도 2의 부하 조절 시스템의 메모리에 저장되어 있는 다양한 제어값들을 결정하는 방법에 대한 플로우챠트 .
도 7은 도 2의 부하 조절 시스템의 가변 임피던스 네트워크를 제어하는 방법에 대한 플로우챠트.
도 8은 도 2의 부하 조절 시스템의 전력 증폭기에 다양한 임피던스를 제공하기 위해 사용될 수 있는 가변 임피던스 네트워크를 도시하는 도면.
도 9는 가변 임피던스 네트워크의 제2 실시예를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 원격 송수신기
16 : 송신기
18 : 수신기
22 : 합성기
36 : 가변 임피던스 네트워크
40 : 메모리
42 : 부하 제어 DAC
44 : 레벨 쉬프트 회로

Claims (13)

  1. 선정된 주파수 대역에 걸쳐 동작가능하고, 배터리에 의해 전력이 공급되는 무선전화기에서 사용하기 위한 전력 증폭기 부하 조절 시스템(200)에 있어서,
    입력 및 출력을 갖는 전력 증폭기(32);
    상기 전력 증폭기(32)의 상기 출력에 결합되고, 부하 제어 신호에 응답하여 상기 전력 증폭기(32)의 상기 출력에 복수의 임피던스를 제공하는 가변 임피던스 네트워크(36);
    전송 전력 커맨드 및 채널 주파수 커맨드를 발생시키기 위한 제어 회로(20);
    상기 전력 증폭기(32)로부터 원하는 평균(desired average) 출력 전력과 동작 주파수의 함수인 복수의 제어값을 저장하기 위한 메모리; 및
    상기 가변 임피던스 네트워크(36), 상기 제어 회로(20), 및 상기 메모리(40)에 결합되고, 상기 메모리(40)에 저장된 상기 복수의 제어값을 탐색하고, 상기 복수의 제어값을 이용하여, 상기 전송 전력 커맨드 및 상기 채널 주파수 커맨드에 응답하여 상기 부하 제어 신호를 발생시키기 위한 처리 회로(38)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 부하 조절 시스템(200).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 전압을 탐지하고 상기 전압 표시를 발생시키기 위한 전압 모니터링 회로를 더 포함하되,
    상기 처리 회로(38)는 상기 전압 표시, 상기 전송 전력 커맨드, 및 상기 채널 주파수 커맨드에 응답하여 상기 부하 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 조절 시스템(200).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메모리(40)에 저장된 상기 복수의 제어값은, 상기 전력 증폭기(32)로 하여금 선정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수에 걸쳐 선정된 증폭기 효율보다 큰 효율을 갖도록 하는 증폭기 부하 임피던스에 대응하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 부하 조절 시스템(200).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메모리(40)에 저장된 상기 복수의 제어값은, 선정된 입력 전력이 상기 전력 증폭기(32)에 인가될 때, 상기 전력 증폭기(32)로 하여금 선정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수에 걸쳐 실질적으로 선정된 출력 전력에서 동작하도록 하는 증폭기 부하 임피던스에 대응하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 부하 조절 시스템(200).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메모리(40)에 저장된 상기 복수의 제어값은, 상기 전력 증폭기가 상기 선정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수 각각에 걸쳐 동작할 때, 상기 전력 증폭기(32)로 하여금 실질적으로 선정된 출력 전력에서 동작하게 하고, 선정된 인접 채널 전력보다 실질적으로 적은 인접 채널 전력을 생성하게 하는 증폭기 부하 임피던스에 대응하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 부하 조절 시스템(200).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 처리 회로(38)는 방정식을 사용하여 상기 부하 제어 신호를 계산하기 위해 상기 메모리(40)에 저장된 상기 복수의 제어값을 사용하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 부하 조절 시스템(200).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 처리 회로(38)는, 방정식을 사용하여 상기 부하 제어 신호를 계산하기 위해 상기 메모리(40)에 저장된 상기 복수의 제어값을 사용하며,
    상기 부하 제어 신호는, 상기 가변 임피던스 네트워크(36)로 하여금 상기 전력 증폭기(32)가 선정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수 각각에 걸쳐 선정된 증폭기 효율보다 큰 효율을 갖도록 하는 부하 임피던스를 상기 전력 증폭기(32)의 출력에 제공할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 부하 조절 시스템(200).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 처리 회로(38)는, 방정식을 사용하여 상기 부하 제어 신호를 계산하기 위해 상기 메모리(40)에 저장된 상기 복수의 제어값을 사용하며,
    상기 부하 제어 신호는, 상기 가변 임피던스 네트워크(36)로 하여금 선정된 입력 전력이 상기 전력 증폭기(32)에 인가될 때, 선정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수 각각에 걸쳐 상기 전력 증폭기(32)가 실질적으로 선정된 출력 전력에서 동작하게 하는 부하 임피던스를 상기 전력 증폭기(32)의 출력에 제공할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 부하 조절 시스템(200).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처리 회로(38)는, 방정식을 사용하여 상기 부하 제어 신호를 계산하기 위해 상기 메모리(40)에 저장된 상기 복수의 제어값을 사용하며,
    상기 부하 제어 신호는, 상기 가변 임피던스 네트워크(36)로 하여금 상기 전력 증폭기(32)가 상기 선정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수 각각에 걸쳐 동작할 때, 상기 전력 증폭기(32)가 실질적으로 선정된 출력 전력에서 동작하게 하고 선정된 인접 채널 전력보다 실질적으로 작은 인접 채널 전력을 생성하게 하는 부하 임피던스를 상기 전력 증폭기(32)의 출력에 제공할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 부하 조절 시스템(200).
  10. 선정된 주파수 대역 내의 복수의 주파수에 걸쳐 무선전화기에서 동작가능한 전력 증폭기의 출력에서 가변 임피던스 네트워크를 제어하기 방법에 있어서,
    동작 채널의 표시 및 원하는(desired) 출력 전력의 표시를 수신하는 단계(204);
    메모리로부터 제어값을 탐색하는 단계(210);
    상기 제어값을 사용하고 상기 동작 채널의 표시와 상기 소정의 출력 전력의 표시에 응답하여 부하 제어 신호를 생성하는 단계(212);
    상기 가변 임피던스 네트워크에 상기 부하 제어 신호를 인가하는 단계(213); 및
    상기 부하 제어 신호에 응답하여 상기 가변 임피던스 네트워크가 상기 전력 증폭기의 출력에 제공하는 임피던스를 설정하는 단계(214)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어값은, 상기 전력 증폭기로 하여금 상기 선정된 주파수 대역 내의 상기 복수의 주파수에 걸쳐 선정된 증폭기 효율보다 큰 효율을 갖도록 하는 증폭기 부하 임피던스에 대응하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어값은, 상기 전력 증폭기로 하여금 선정된 입력 전력이 상기 전력 증폭기에 인가될 때, 상기 선정된 주파수 대역 내의 상기 복수의 주파수에 걸쳐 실질적으로 선정된 출력 전력에서 동작하게 하는 증폭기 부하 임피던스에 대응하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어값은, 상기 전력 증폭기가 상기 주파수 대역 내의 복수의 주파수 각각에 대해 동작할 때, 상기 전력 증폭기로 하여금 실질적으로 선정된 출력 전력에서 동작하게 하고 선정된 인접 채널 전력보다 작은 인접 채널 전력을 생성하게 하는 증폭기 부하 임피던스에 대응하는 것을 특징으로 하는 네트워크 제어 방법.
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