KR100922966B1 - 전자 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비선형 소자의 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정하는 전자 회로에 관한 것이다. 검출기는 상기 입력 신호의 강도를 검출한다. 아날로그 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 특성과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 입력 신호의 강도 사이에서 비선형 의존성의 구분적 근사치로 적어도 하나의 제어 신호를 형성한다. 조정 회로는 상기 적어도 하나의 컨트롤러에서 나온 상기 적어도 하나의 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정한다.
비선형 소자, 조정 회로, 아날로그 컨트롤러, 제어 신호

Description

전자 회로{ELECTRIC CIRCUIT}
본 발명은 비선형 소자(non-linear element)의 입력 신호를 조정하는 전자 회로에 관한 것이다.
비선형 소자, 예를 들어 전력 증폭기는 신호에 대한 왜곡(distortion)을 발생한다. 증폭기에 의해 발생한 왜곡을 감소시키기 위해 여러 가지 다양한 수단이 시도되어 왔다. 진폭 또는 위상의 왜곡은 입력 신호의 진폭에 대한 함수(funtion)로서 이미 알려진 함수와 종종 유사하기 때문에, 왜곡은 유사한 특성 양상(characteristic behaviour)을 가지는 구성소자(component)로 보상되어 왔다. 일반적인 사전 왜곡(predistortion)용 구성소자는 다이오드, 전계 효과 트랜지스터 또는 바이폴라 접합 트랜지스터를 포함한다. 이렇게 해결책이 간단함에도, 이는 또한 정확하지가 못하다. 하나의 구성소자의 특성 곡선에서는 전력 증폭기와 같은, 비선형 소자의 왜곡을 충분히 상쇄시킬 수는 없다.
사전 왜곡은 룩업 테이블(look-up table)을 사용하여 수행될 수 있는데, 룩업 테이블은 증폭기 왜곡이 예를 들어 온도, 증폭기의 사용연수 및 증폭기에 공급된 신호의 변화와 같은 것에 영향을 받기 때문에, 적응성을 성취하기 위하여 갱신될 수 있다.
룩업 테이블 대신에, 제 1 차수(order)보다 높은 다항식이 왜곡을 산정하는데 사용될 수 있다. 일반적으로 차수는 왜곡을 충분히 보상하기 위하여 적어도 5 차수 또는 심지어 7 차수이어야만 한다. 하지만 이는, 곱셈 연산의 수를 대단히 증가시킨다.
룩업 테이블과 다항식의 결과는 매우 복잡하고 비이상적인 보상 회로를 초래한다. 이러한 복잡한 보상 회로는 신호 처리시 문제가 되는 지연을 발생한다. 더욱이, 다항식의 해결책으로 사용된 곱셈 연산자는 실행하기 어려우며 불필요한 지연을 발생시킨다. 따라서, 선형화(linearization)가 사용되었든지 사용되지 않았든 지에 관계없이, 예컨대 UMTS(Universal Mobile Telephone System), CDMA(Code Division Multiple Access) 및 WCDMA(Wide-band CDMA) 무선 시스템일 때, 유입신호의 전력 레벨이 가변적이라면, 전력 증폭기는 신호를 선형 증폭할 수 없다.
본 발명의 목적은 비선형 소자의 입력 신호를 조정하는 개선된 회로를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 비선형 소자의 입력신호의 적어도 하나의 특성(property)을 조정하는 전자 회로를 제공하는바, 상기 회로는, 상기 입력 신호의 강도(strength)를 검출하는 검출기, 상기 적어도 하나의 특성과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 입력 신호의 강도에서 비선형 의존성(non-linear dependency)의 구분적 근사치(a piecewise approximation)로서 적어도 하나의 제어 신호를 형성하는 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러 및, 상기 적어도 하나의 컨트롤러에서 나온 상기 적어도 하나의 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 상기 적어도 하나의 특성을 조정하는 적어도 하나의 조정 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 증폭기의 입력 신호의 진폭을 조정하는 전자 회로를 제공하는바, 상기 회로는 상기 입력 신호의 강도를 검출하는 검출기, 상기 적어도 하나의 특성과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 입력 신호의 강도 사이에서 비선형 의존성의 구분적 근사치로서 제어 신호를 형성하는 아날로그 컨트롤러 및, 상기 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 진폭을 조정하는 조정 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 증폭기의 입력 신호의 위상을 조정하는 전자 회로를 제공하는바, 상기 회로는 상기 입력 신호의 강도를 검출하는 검출기, 상기 적어도 하나의 특성과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 입력 신호의 상기 강도 사이에서 비선형 의존성의 구분적 근사치로서 제어 신호를 형성하는 아날로그 컨트롤러 및, 상기 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 위상을 조정하는 조정 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 비선형 소자의 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정하는 방법을 제공하는바, 상기 방법은 검출기로, 상기 입력 신호의 강도를 검출하는 검출 단계, 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러로, 상기 적어도 하나의 특성과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 입력 신호의 상기 강도 사이에서 비선형 의존성의 구분적 근사치로서 적어도 하나의 제어 신호를 형성하는 형성 단계 및, 적어도 하나의 조정 회로로, 적어도 하나의 컨트롤러에서 나온 상기 적어도 하나의 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 상기 적어도 하나의 특성을 조정하는 조정 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 전자 회로를 제공하는바, 전자 회로는 입력 신호의 강도를 검출하는 검출 수단, 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러로, 적어도 하나의 특성과 상기 입력 신호의 상기 강도 사이에서 비선형 의존성의 구분적 근사치로서 제어 신호를 형성하는 형성 수단 및, 상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러에서 나온 상기 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 상기 적어도 하나의 특성을 조정하는 조정 수단을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에서 설명될 것이다.
본 발명의 방법 및 시스템은 몇 가지 장점을 제공한다. 본 회로는 간단하며 비선형 소자 및 원하는 양상으로 쉽게 조정될 수 있다. 본 회로는 쇼트 지연(short delay)를 포함한다.
이하, 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 무선 시스템을 도시한 도면.
도 2는 조정 회로를 도시한 도면.
도 3은 컨트롤러 회로를 도시한 도면.
도 4는 제어된 특성과 입력 신호의 강도 사이에서의 의존성을 예시한 도면.
도 5는 방법 단계를 보여주는 순서도.
도 6A는 전송 라인을 구비한 조정 회로를 도시한 도면.
도 6B는 방향 커플러(directional coupler)를 구비한 조정 회로를 도시한 도면.
도 6C는 서큘레이터(circulator)를 구비한 조정 회로를 도시한 도면.
도 7은 신호 발생기와 부하 사이의 조정 회로를 도시한 도면.
본 발명은 특히 UMTS 또는 WCDMA 와 같은 무선 시스템에서의 전송기에 적합하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 무선 시스템이 도 1에 예시되어 있다. 전형적인 디지털 무선 시스템은 가입자 장비(100-104), 적어도 하나의 기지국(106) 및 기지국 컨트롤러(108)를 포함한다. 이러한 기지국(106)은 또한 노드(B)라고 말할 수 있으며, 기지국 컨트롤러(108)는 무선 네트워크 컨트롤러라 할 수 있다. 가입자 장비(100-104)는 신호(110-114)를 사용하여 기지국(106)과 통신한다. 기지국(106)은 디지털 전송 링크(116)에 의해 기지국 컨트롤러(108)와 연결될 수 있다. 상기 가입자 장비(100-104)는 고정되게 설치된 단말기일 수 있고, 자동차 등에 탑재된 사용자 장비이거나, 또는 휴대용 이동 단말기일 수 있다. 상기 가입자 장비(100-104)와 상기 기지국(106) 사이의 신호(110-114)는 디지털화된 정보를 운송하고, 이 디지털화된 정보는 예를 들어, 가입자나 상기 무선 시스템에 의해 발생한 음성 또는 데이터 정보이거나 제어 정보이다.
본 발명의 해결 방법에 따르면, 전자 회로는 비선형 소자의 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정하는데 사용된다. 이러한 특성은 상기 비선형 소자의 이득 또는 위상일 수 있다. 출력 전력(power)과 입력 전력의 관계가 일정하다면, 즉, Poutput/Pinput = c1 이면, 소자는 선형으로 간주할 수 있다(여기서, Poutput 은 출력 전력이고, Pinput 은 입력 전력이며, c1 은 상수이다). 신호의 강도는 전압 또는 전력으로 측정될 수 있다. 선형 소자에 있어서, 상기 출력 전압과 상기 입력 전압의 관계는 일정하다. 즉, Voutput/Vinput= c2 이다. 여기서, Voutput은 출력 전압이고, Vinput은 입력 전압이며, c2 은 상수이다. 선형 소자에 의해 발생한 위상 전이가 상기 입력 신호의 모든 전력 레벨에서 일정하도록 하기 위하여 선형성(linearity)이 또한 제한적일 수 있다. 위와 같은 경우, 상기 출력 신호의 위상과 입력 신호의 위상 사이의 차이는 상기 입력 신호의 전력 레벨과는 무관하게 일정하다.
예시로서, 도 2에 있는 전력 분배기(200)는 비선형 소자로 입력될 신호를 두 개의 성분으로 분배한다. 제 1 성분은 검출기(202)로 들어가고, 제 2 성분은 적어도 하나의 조정 회로(208, 210)로 나아 간다. 제 2 신호 성분은 지연될 수 있으므로(그 양상은 도 2에 도시하지 않음) 상기 지연은 검출기(202)와 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러(204, 206)에 있는 상기 제 1 신호 성분의 지연과 대응한다. 검출기(202)는 신호의 전력을 검출하고, 이는 포락선 검출기(envelope detector)일 수 있다. 상기 검출기(202)의 출력 신호는 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러(204, 206)에 공급되고, 상기 컨트롤러는 각기 상기 적어도 하나의 특성과 상기 입력 신호의 상기 검출된 전력 사이에서 비선형 의존성의 구분적 근사치로서 제어 신호를 형성한다. 도 2 의 예시로서 상기 아날로그 컨트롤러들은 진폭 컨트롤러(204)와 위상 컨트롤러(206)일 수 있다. 상기 각각의 아날로그 컨트롤러(204, 206)에서 나온 상기 제어 신호는 상기 제어 신호에 따라 상기 제 2 신호 성분의 적어도 하나의 특성을 조정하기 위하여 대응하는 조정 회로(208, 210)로 이송될 수 있다. 그리고 제어된 적어도 하나의 특성을 가진 상기 입력 신호는 비선형 소자(212)로 들어간다. 상기 비선형 소자(212)가 무선 주파수 신호를 증폭하는 전력 증폭기일 수 있으므로, 상기 증폭된 신호는 전자기 방사(electromagnetic radiation)로서 상기 신호를 전송하기 위해 안테나로 이송될 수 있다. 증폭될 신호는 또한 상기 안테나에서 상기 증폭기로 전송되는 수신 신호일 수 있다. 무선 주파수 신호는 기저 대역 신호(base band signal) 또는 캐리어(carrier)에 의해 변조된 신호일 수 있다. 이 신호의 주파수는 수 킬로헤르츠(kilohertzes)에서 수 기가헤르츠(gigahertzes) 까지 가변 될 수 있다. 따라서, 상기 전자 회로는 예를 들면 기지국 또는 이동 장비에 적용될 수 있다.
구분적 근사치는 상기 비선형 소자(212)의 비선형 양상으로 반전될 수 있으므로 본 해결 방법의 실시예가 비선형 소자를 선형화하는데 사용될 수 있다. 그렇지 않으면, 본 해결 방법의 실시예는 적어도 하나의 소정의 비선형 효과(at least one desired non-linear effect)를 신호 상에서 발생하는데 사용될 수 있다.
본 해결 방법의 일 실시예는 상기 비선형 소자(212)의 출력에서 상기 적어도 하나의 컨트롤러(204, 206)로의 피드백(214)(점선으로 도시함)을 포함할 수 있다. 하지만 이러한 특징(feature)이 필수적인 것은 아니다. 피드백은 각각의 컨트롤러(204, 206)에 필요한 피드백 컨버터(도시하지 않음)를 포함할 수 있으며, 상기 컨버터는 상기 비선형 소자(212)의 상기 출력 신호를 상기 컨트롤러(204, 206)에 알맞은 형태로 변환한다. 상기 비선형 소자(212)의 상기 출력 신호 대신에 또는 상기 출력 신호에 부가하여, 상기 피드백 신호(214)는 상기 특성의 작용을 보상하기 위해 예를 들면, 비선형 소자(212)에 관한 온도 또는 습도와 같은 특성의 정보를 상기 컨트롤러(204, 206)로 전송할 수 있다.
도 3에는, 아날로그 컨트롤러가 더욱 상세하게 도시되어 있다. 이러한 예는 두개의 반전 스테이지(inverting stage)를 포함한다. 제 1 스테이지(300)는 검출기와 능동 제어 스테이지(302, the actual controlling stage) 사이에 있는 버퍼이다. 상기 제 1 스테이지(300)는 연산 증폭기(operational amplifier) 또는 트랜지스터(3000) 및 동일한 값을 가질 수 있는 총 증폭(amplification)의 결과가 -1 인, 두 개의 저항(3002, 3004)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 총 증폭의 결과는 A = -Rs1/Ri 이고, 여기서, Rs1 는 션트 저항(shunt resistor,3004)이고, Ri 는 상기 입력 저항(3002)이다. 상기 버퍼 스테이지(300)는 원칙적으로 항상 필요한 것은 아니다. 하지만, 상기 버퍼는 상기 검출기와 상기 컨트롤러를 분리하고 상기 컨트롤러의 부하를 감소시키는데 사용될 수 있다.
도 3에서와 같이, 상기 능동 제어 스테이지(302)는 세 개의 전압 발생기(3020-3024), 세 개의 비선형 구성소자(3026-3030), 입력 저항(3032-3036), 증폭기(3038) 및 션트 저항(3040)을 구비할 수 있다. 상기 증폭기(3038)는 트랜지스터 또는 연산 증폭기일 수 있다. 일반적으로, 상기 능동 제어 스테이지(302)는 N 또는 N+1 개의 전압 발생기들(voltage generators) 및 N+1 개의 비선형 구요소자들을 포함할 수 있으며, 여기서, N 은 적어도 1이다. 단지 N 개의 전압 발생기들을 사용하는 이유는 도 3의 상기 전압 발생기(3020)에 대응하는 제 1 전압 발생기가 생략될 수 있기 때문이다. 상기 전압 발생기(3020)는 또한 상기 버퍼(300)에 입력되어, 상기 전압 발생기(3020)는 예컨대, 접지와 상기 증폭기(3000)의 양(+) 단자(positive terminal) 사이에 연결될 수 있다. 모든 입력 저항(3032-3036)이 필요한 것은 아니지만, 만일 저항이 사용된다면 그 수는 일반적으로 N+1 개일 수 있다.
상기 아날로그 컨트롤러는 직렬로 연결된 적어도 하나의 전압 발생기(3020-3024), 병렬로 연결된 다이오드와 같은 적어도 두 개의 비선형 구성소자(3026-3030) 및 연산 증폭기(3038)를 포함할 수 있다. 상기 적어도 두 개의 비선형 구성 소자(3026-3030) 각각은 직렬 저항(3032-3036)을 포함하고, 저항(3032-3036)과 직렬로 연결된 상기 두 개의 비선형 구성소자(3026-3030) 각각은 적어도 하나의 전압 발생기(3020-3024)와 상이한 전압으로 바이어스된다. 그러므로 상기 연산 증폭기(3038)와 션트 저항(3040)은 상기 비선형 구성소자(3026-3030)의 병렬 커플링(coupling)으로 부터의 전압을 제어 신호로 합성된다.
직렬 커플링 대신에, 상기 전압 발생기(3020-3024)는 병렬로 연결될 수도 있다. 유사한 방식으로, 상기 적어도 하나의 비선형 구성소자(3026-3030)는 직렬로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 4 개의 전압 발생기들을 연결하는 것이 또한 가능하다면, 2 개의 전압 발생기는 병렬로, 나머지 2 개의 전압 발생기는 직렬로 연결된다. 이들은 직렬 커플링 또는 병렬 커플링을 구비한 상기 비선형 구성소자와 결합할 수 있다. 구성소자를 연결하는 데는 여러 가지 많은 방법이 있다. 왜냐하면 직렬 커플링과 병렬 커플링 사이의 변환(대응성)은 본질적으로 명백하기 때문에, 커플링 가능성에서의 변형예는 도시하지 않았다.
상기 비선형 구성소자(3026-3030)가 순 방향 다이오드(forward biased diodes)이고 그 저항이 가장 간단한 가능한 방법으로 작용되어, 그 저항은 오프셋(offset) 전압 Uth 미만에서는 무한대이고, 또한 상기 오프셋 전압 Uth 이상에서는 0으로 되는 것으로 가정한다. 다이오드의 상기 오프셋 전압은 0.7V 일 수 있다. 상기 버퍼 증폭기 스테이지(300)는 상기 검출기에서 나온 신호를 반전한다. 상기 입력 신호의 전압이 U1 + Uth 미만이면, 상기 입력 버퍼 증폭기 스테이지(300)의 상기 출력은 -U1 - Uth 미만이고, 그 컨트롤러의 상기 출력(340)은 0 이다. 또한, 기울기 즉, 상기 입력 전압과 상기 컨트롤러의 출력(340)의 전압 사이의 의존성의 도함수(derivative)는 상기 구분적 근사치의 제 1 구간에서, 상기 제 1 구간이 선형이라고 가정한다면, 0으로 간주할 수 있다.
전압으로 측정된 상기 입력 전력이 U1 + Uth 에 도달하면, 저항(R1;3032)과 직렬로 연결된 다이오드(D1;3026)는 도통하기 시작한다. 입력 전력이 U1 + Uth 이상이면, 상기 다이오드(3026)와 저항(3032) 사이의 상기 전압은 -Uin + U1 + Uth 이다. 이것은 상기 저항(3032)을 통하는 전류와 상기 컨트롤러의 출력이 상승하도록 한다. 상기 컨트롤러의 차동 이득(differential gain;G)은 이제
Figure 112009030592888-pct00001
이고, 이러한 이득은 상기 구분적 근사치의 제 2 구간에서, 상기 입력 전력과 상기 컨트롤러의 상기 출력(340)의 전압 사이의 상기 의존성의 기울기로 간주할 수 있다(여기서, 상기 제 2 구간이 선형이라고 가정한다). 그러므로, 임계점 U1 + Uth 에서, 상기 입력 전압과 상기 컨트롤러의 상기 출력(340)의 전압 사이의 상기 의존성은 한 근사치에서 다른 근사치로 변화한다.
상기 검출기 출력 전압이 U1 + U2 + Uth 으로 도달할 때까지 상기 신호 레벨이 증가하면, 다이오드(D2;3028)는 저항(R2;3034)을 통해 도통하기 시작한다. 상기 컨트롤러의 차동 이득(G)은 이제
Figure 112009030592888-pct00002
로 증가하고, 이러한 이득은 상기 구분적 근사치의 제 3 구간에서, 상기 입력 전력과 상기 컨트롤러의 상기 출력(340)의 전압 사이의 상기 의존성의 기울기로 간주할 수 있다(여기서, 상기 제 3 구간이 선형이라고 가정한다). 그러므로, 임계점 U1 + U2 + Uth 에서, 상기 입력 전압과 상기 컨트롤러의 상기 출력(340)의 전압 사이의 상기 의존성이 다시 한번 변화한다.
상기 검출기 출력 전압이 U1 + U2 + U3 + Uth 으로 도달할 때까지 상기 신호 레벨이 여전히 증가하면, 다이오드(D3;3030)는 저항(R3;3036)을 통해 도통하기 시작한다. 상기 컨트롤러의 차동 이득(G)은 이제
Figure 112009030592888-pct00003
로 증가하고, 이러한 이득은 상기 구분적 근사치의 제 4 구간에서, 상기 입력 전력과 상기 컨트롤러의 상기 출력(340)의 전압 사이의 상기 의존성의 기울기로 간주할 수 있다(여기서, 상기 제 4 구간이 선형이라고 가정한다). 그러므로, 임계점 U1 + U2 + U3 + Uth 에서, 상기 입력 전압과 상기 컨트롤러의 상기 출력(340)의 전압 사이의 상기 의존성은 변화한다.
이러한 종류의 구분적 선형 근사치에 따르면, 상기 제어 신호의 전압을 나타내는 상기 곡선은 상기 임계점에서 갑자기 선회하며, 이는 상기 곡선이 상기 임계점에서 불연속적인 도함수(discontinuos derivative)를 갖는다는 뜻이다. 실제로, 상기 다이오드의 그러한 양상은 더욱 복잡하다고 간주할 수 있으므로, 상기 근사치에서의 한 구간은 정확하게 선형이 아니다. 이것은 아주 유리한 장점이다. 상기 임계점에서, 상기 제어 신호의 기울기가 실제로 갑자기 선회하지 않지만, 연속적인 도함수를 갖는다고 간주할 수 있으며, 상기 제어 신호의 상기 전압은 상기 구분적 근사치에서의 구간에서 구간으로 매끄럽게 변화한다. 상기 임계점에서 매끄러움(smoothness)은 회로를 적절하게 설계함에 따라 제어될 수 있다.
전압 발생기들(3020-3024)이 각각의 임계점을 결정하는데 사용되며, 여기서그 제어 신호는 상기 구분적 근사치의 하나의 근사치에서 다른 근사치로 변화한다. 다이오드(3026-3030)와 같은 비선형 구성소자는 상기 임계점에서 영향(effect)을 미칠 수 있다.
상기 비선형 소자의 출력은 피드백 신호로서 상기 전압 발생기(3020-3024) 및/또는 저항(3032-3036)에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 상기 전압 발생기(3020-3024) 및/또는 저항(3032-3036)은 상기 피드백 신호에 따라 조정할 수 있다. 더욱이, 상기 비선형 구성소자에 의하여, 상기 피드백 신호는 또한 상기 비선형 구성소자(3026-3030)의 동작을 조정할 수 있다. 그러므로, 상기 구분적으로 변화하는 상기 제어 신호의 전압은 상기 임계점의 값과 각 구간에서의 기울기의 구배(곡선 형태)를 고려하여 적응될 수 있다. 상기 피드백 신호는 비선형 구성소자의 상기 출력 신호일 수 있거나 또는 상기 피드백 신호는 온도와 관련하여 온도 편차(temperature drift)를 보상하는, 비선형 구성소자의 상태와 관련될 수도 있다.
본 회로의 장점은 상기 파라미터들이 상기 비선형 소자 및 상기 원하는 양상을 고려하여 조정될 수 있다는 것이다. 상기 구분적 근사치의 각 구간에서의 차동 이득은 알맞은 저항(3032-3036)을 선택함으로써 조정될 수 있다. 알맞은 저항을 선택하는 대신에, 조정가능한 저항을 사용하여 저항값을 조정할 수 있도록 한다. 컨트롤러의 총 이득은 저항(3040)으로 조정될 수 있다.상기 저항(3040)은 고정된 값이거나 또는 상기 저항(3040)은 조정 가능하다. 상기 컨트롤러 내의 병렬 커플링의 개수는 실제의 양상이 어떻게 원하는 양상에 얼마나 잘 부합하는지를 결정한다. 근사치내의 커플링, 임계점 및 구간이 더 많을수록, 실제의 양상은 원하는 비선형 양상을 더욱 정확하게 따른다.
만일 피드백(도 2의 참조 번호 214)이 사용된다면, 상기 피드백 신호는 상기 구분적 근사치의 파라미터들을 변화시킬 수 있다. 상기 파라미터들은 상기 발생기(3020-3024)의 전압 레벨 및/또는 상기 저항(3032-3036)의 저항값을 포함할 수 있다. 다른 구성소자의 동작 값 또한 상기 피드백에 의해 변경될 수 있다. 이러한 것은 상기 구분적 근사치의 구간의 기울기(또는 형태) 및 상기 임계점을 변화시킬 수 있다.
도 4는 비선형 양상 및 그것의 구분적 근사치를 도시한다. x-축은 상기 입력 신호의 검출된 전력을 나타내고, y-축은 왜곡을 나타낸다. 전형적인 증폭기에 있어서, 상기 신호 전력이 증가하면 위상 지연과 같은 왜곡은 비선형적으로 증가한다. 상기 증폭기의 정상화된 위상 지연은 곡선(402)으로 도시되어 있다. 컨트롤러의 구분적 선형 동작은 상기 구분적 근사치(400)와 부합한다. 세 개의 임계점(406-410)은 도 3에 도시한 전압 발생기(3020-3024)에 의해 결정된 임계점과 부합한다.
검출기는 상기 입력 신호의 전력을 진폭 정보를 포함한 전압으로 변환한다. 상기 검출기의 출력에서의 이러한 전압은 상기 입력 신호 전력과 위상 또는 진폭과 같은 제어된 특성 사이에서 구분적으로 변화하는 전압 의존성으로 변환된다. 전력이 높아질수록, 상기 컨트롤러 출력에서의 전압도 높아진다. 이러한 전압은 대응하는 조정 회로 예를 들어 위상 조정 회로를 제어하여, 상기 신호를 상기 증폭기로 나아가게 하고, 상기 비선형 소자의 위상 지연(phase lag)을 보상한다. 상기 진폭 조정 회로는 대응적으로, 상기 증폭기로 가는 상기 신호 레벨을 증가하고, 상기 비선형 소자의 이득 강하(gain drop)를 보상한다.
새로 만들어진 구분 곡선(400)은 위상을 끌어올리는데 선택될 수 있음으로써, 모든 입력 신호 전력 레벨에서 상기 비선형 소자의 위상 지연을 상쇄시킨다. 그 결과, 비선형 소자는 모든 신호 레벨에서 선형의 출력 위상을 가질 수 있다.
새로 만들어진 구분 곡선(400)은 상기 신호를 증폭하는데 선택될 수 있음으로써, 모든 입력 신호 전력 레벨에서 상기 비선형 소자의 증폭시 있는 강하를 상쇄한다. 그 결과, 상기 비선형 소자는 모든 신호 레벨에서 선형의 출력 진폭(일정한 이득)을 가질 수 있다.
본 해결 방법은 집적되거나 또는 별개의 전자 회로일 수 있다. 상기 다이오드는 쇼트키 다이오드(schottky diode)일 수 있다.
마지막으로, 도 5의 순서도는 주요 방법 단계를 도시한다. 단계(500)에 있어서, 검출기는 입력 신호의 전력을 검출한다. 단계(502)에 있어서, 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러는 적어도 하나의 특성 및 상기 검출기에 의해 검출된 상기 입력 신호의 전력 사이에서 비선형 의존성의 구분적 근사치로서 적어도 하나의 제어 신호를 형성한다. 단계(504)에 있어서, 적어도 하나의 조정 회로는 적어도 하나의 컨트롤러에서 나온 상기 적어도 하나의 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정한다.
도 6A는 신호의 진폭을 조정하는 조정 회로(도 2의 참조 번호 210)의 일 예를 도시한다. 도 6A의 상기 조정 회로는 입력 단자(600)와 출력 단자(602)를 포함한다. 일반적으로, 상기 회로는 입력 및 출력을 위한 다수의 단자를 구비할 수 있다. 기지국 또는 사용자 장비에 있어서 송신기일 수 있는, 신호 발생기(604)는 신호를 상기 입력 단자(600)에 공급한다. 상기 회로는 또한 단자(600, 602)로 들어가고 나오는 신호 입력과 신호 출력을 매칭(즉, 정합)시키는 작용이 있는 매칭 구성소자(matching component)(606)를 포함한다. 매칭 구성소자는 회로의 임피던스 상에 작용을 끼치며, 차동 특성을 갖는 매칭 구성소자는 상기 회로의 임피던스를 변화시킬 수 있다. 매칭 구성소자(606)는 예를 들면, 전송 라인일 수 있으며, 그 길이 I 는 신호의 파장 λ의 1/4 일 수 있다. 즉, I = λ/4 + nλ/2 이고, 여기서 n = 0, 1, 2, …, ∞ 이다. 대응적으로, 상기 매칭 구성소자에서의 위상 전이
Figure 112009030592888-pct00004
(라디언(radian) 으로)는 또한
Figure 112009030592888-pct00005
=π/2+nπ로 나타낼 수 있으며, 여기서 π
Figure 112009030592888-pct00006
3.1415926 이다. 상기 전송 라인의 임피던스는 50Ω, 75Ω, 100Ω, 600Ω 또는 어떤 다른 원하는 값일 수 있다. 도 6A의 상기 조정 회로는 상기 진폭 조정 회로의 입력 및 출력 단자(600, 602)에서 저항값을 변환시키기 위해, 접지와 상기 매칭 구성소자(606) 사이에 두 개의 조정가능한 저항 유닛(608, 610)을 포함한다. 부하(612)는 증폭기와 같은 비선형 소자일 수 있으며, 상기 출력 단자(602)에 연결될 수 있다. 상기 부하(612)에 의해 발생한 진폭에서의 비선형성은 상기 조정 회로로 상쇄될 수 있다.
상기 각각의 조정가능한 저항 유닛(608, 610)은 병렬 및/또는 직렬로 연결된 많은 구성소자를 포함할 수 있으며, 그 구성소자 중 적어도 몇몇 소자는 조정가능하다. 상기 저항 유닛(608, 610) 내의 구성소자는 또한 서로에 대하여 보충적인 리액턴스(complementary reactances)를 갖는다. 예를 들면, 저항 유닛(608)은 조정가능한 임피던스 유닛(6080, 6082)을 포함할 수 있으며, 저항 유닛(610)은 조정가능한 임피던스 유닛(6100, 6102)을 포함할 수 있다. 상기 임피던스 유닛(6080)은 유도성일(inductive) 수 있으며, 상기 임피던스 유닛(6082)은 반대로 용량성일(capacitive) 수 있다. 상기 저항 유닛(608) 내의 상기 임피던스 유닛(6080, 6082)이 조정되는 동안에, 그들의 리액턴스는 서로 반대로 남아있을 수 있으며, 조정은 단지 상기 저항 유닛(608)의 저항값을 변화시킬 수 있다. 유사한 방식으로, 보충적인 리액턴스를 갖는 상기 임피던스 유닛(6100, 6102)의 조정은 상기 저항 유닛(610)의 저항을 변화시킬 수 있다.
본 해결방법의 일 실시예는 상기 비선형 소자(612)의 출력에서 상기 조정가능한 저항 유닛(608, 610)까지의 피드백(614;점선으로 도시)을 포함할 수 있으므로, 상기 임피던스 유닛(6080, 6082 및 6100, 6102)을 조정하지만, 이러한 특징이 필수적인 것은 아니다.
도 6B는 일 예로서 매칭 구성소자가 네 개의 단자(652-658)를 갖춘 방향성 커플러(650)인 것을 예시한 도면이다. 이러한 실시예에 있어서, 두 개의 단자(652, 654)는 조정가능한 저항 유닛(660, 662)을 구비하지만, 일반적으로 적어도 하나의 단자가 조정가능한 저항 유닛을 구비한다.
도 6C는 일 예로서 매칭 구성소자가 세 개의 단자(672-676)를 갖춘 서큘레이터(670)인 것을 예시한 도면이다. 이러한 실시예에 있어서, 단자(672)는 조정가능한 저항 유닛(678)을 구비한다. 단자(674)에서 단자(676)로 전송이 일어나는 경우에 단자(676)는 출력 단자이다. 어떤 다른 단자도 또한 조정가능한 저항 유닛을 포함할 수 있다.
도 7은 신호의 진폭을 조정하는 조정 회로의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 7의 상기 조정 회로는 입력 단자(700)와 출력 단자(702)를 포함한다. 일반적으로 상기 회로는 입력과 출력에 필요한 다수의 단자들을 포함할 수 있다. 신호 발생기(704)는 신호를 상기 입력 단자(700)에 공급한다. 한 쌍의 조정가능한 임피던스 유닛(706, 708)은 신호 라인(상기 단자(700, 702) 사이의 라인)과 접지 사이에서 병렬로 연결된다. 접지는 0 전위일 수 있거나 아니면, 상기 신호 라인의 신호가 검출되면 다른 기준 레벨일 수 있다. 상기 임피던스 유닛(706)은 유도성일 수 있으며, 상기 임피던스 유닛(708)은 용량성일 수 있다. 일반적으로, 상기 회로에 적어도 한 쌍 이상의 조정가능한 임피던스 유닛이 제공될 수 있음으로써 각 쌍의 조정 가능한 임피던스 유닛이 한 쌍의 입력 및 출력 단자들 사이에 위치하게 된다. 상기 각 쌍의 임피던스 유닛은 서로에 대하여 보충적인 리액턴스를 갖는다. 증폭기와 같은 비선형 소자일 수 있는, 부하(710)는 상기 출력 단자(702)에 연결된다. 도 6A, 도 6B, 및 도 6C에서와 같이, 각각의 임피던스 유닛은 병렬 및/또는 직렬로 연결된 많은 구성소자들을 포함할 수 있다.
도 6A, 도 6B, 도 6C 및 도 7에 공지한 상기 조정 회로는 조정가능한 감쇠기(attenator)로 간주할 수 있다. 왜냐하면 그 변화가능한 저항이 부하로 입력되는 신호를 원하는 크기로 감쇠시키기 때문이다.
도 6A, 도 6B, 도 6C 및 도 7 에 관한 상기 임피던스 유닛의 보충적인 리액 턴스는 복소수(complex number)를 이용하여 수학적으로 나타낼 수 있으므로, 임피던스는 복소수 값으로 간주할 수 있고, 그 실수 부분은 저항이고, 그 허수 부분은 리액턴스이다. 또한 리액턴스는 인덕턴스 또는 커패시턴스에 의한 것이다. 두 개의 임피던스 유닛(Z1 = R1 + jX1, Z2 = R2 + jX2)의 병렬 커플링에 대한 임피던스(Z)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009030592888-pct00007
여기서, R1 + jX1 은 제 1 임피던스 유닛(Z1)이고, R2 + jX2 는 제 2 임피던스 유닛(Z2)이며, R1 은 상기 제 1 임피던스 유닛의 저항 부분이고, R2 은 제 2 임피던스 유닛의 저항 부분이며, X1 은 상기 제 1 임피던스 유닛의 리액턴스 부분이고, X2 는 상기 제 2 임피던스 유닛의 리액턴스 부분이며, j 는 허수 단위이다. 임피던스(Z)는 또한 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009030592888-pct00008
상기 임피던스는 실수 값을 가질 수 있다. 즉, 저항 부분(R1)과 저항 부분(R2)이 동일한 값을 가질 경우, 예컨대 R1 = R2 일 경우 및 상기 리액턴스 부분(X1)이 상기 리액턴스 부분(X2)과 반대인 경우, 예컨대 X1 = -X2 일 경우 상기 임피던스(Z)는 저항성일 수 있다. 상기 임피던스(Z)가 순수한 저항성이면, 상기 병렬 임피던스(Z1, Z2)의 값은 서로에 대하여 복소 공역(complex conjugate), 즉
Figure 112009030592888-pct00009
이다.
상기한 일 예를 참조로 하여 첨부한 도면에 따라 본 발명을 설명하였음에도 불구하고, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구의 범위의 양상 내에서 여러 가지 방법으로 변형될 수 있음은 물론이다.

Claims (16)

  1. 비선형 소자의 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정하는 전자 회로로서,
    입력 신호의 강도를 검출하는 강도 검출 수단과;
    적어도 하나의 아날로그 컨트롤 수단과; 그리고
    조정 수단을 포함하며,
    여기서, 상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤 수단은 적어도 하나의 전압 발생기 수단 및 적어도 두 개의 다이오드 수단을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 다이오드 수단 각각은 상기 적어도 하나의 전압 발생기 수단과 상이한 전압 레벨로 바이어스되어, 상기 적어도 하나의 특성과 상기 강도 검출 수단에 의해 검출된 상기 입력 신호의 강도 사이에서 비선형 의존성의 구분적 근사치로서 제어 신호를 형성하며;
    상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤 수단은 상기 다이오드 수단으로부터 출력되는 출력 신호들을 상기 제어 신호로 결합하도록 구성되며; 그리고
    상기 조정 수단은 상기 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 상기 적어도 하나의 특성을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 수단은 상기 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 진폭을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 수단은 상기 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 위상을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤 수단은 상기 구분적 근사치로서 상기 제어 신호를 형성하도록 구성되고, 상기 구분적 근사치는 구분적 선형 근사치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤 수단은 상기 구분적 근사치의 상이한 구간에 있는 상기 적어도 하나의 특성과 상기 입력 신호의 강도 사이에서 상이한 의존성을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 회로는 다이오드 수단의 출력으로부터 상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤 수단까지의 피드백을 더 포함하여, 피드백 신호에 따라 상기 구분적 근사치 내에 파라미터들을 변경시키는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤 수단은 적어도 두 개의 스테이지를 포함하고,
    그의 제 1 스테이지는 버퍼 수단을 포함하고, 그리고
    그의 제 2 스테이지는,
    상기 적어도 하나의 전압 발생기 수단과;
    직렬 저항 수단을 구비한 상기 적어도 두 개의 다이오드 수단과; 그리고
    증폭기 수단 중에서 적어도 하나를 포함하고,
    상기 증폭기 수단은 상기 적어도 두 개의 다이오드 수단으로부터 출력된 신호를 제어 신호로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 회로
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 신호를 형성하는 상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤 수단은 상기 적어도 하나의 특성과 상기 입력 신호의 강도 사이에서 상기 비선형 의존성의 상기 구분적 근사치를 포함하며, 상기 적어도 하나의 특성은 이득 또는 위상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  9. 비선형 소자의 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정하는 방법으로서,
    검출기에 의해, 입력 신호의 강도를 검출하는 검출 단계와;
    적어도 하나의 아날로그 컨트롤러에 의해, 상기 적어도 하나의 특성과 상기 검출기에 의해 검출된 상기 입력 신호의 강도 사이에서 비선형 의존성의 구분적 근사치로서 제어 신호를 형성하는 형성 단계와, 여기서 상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러는 적어도 하나의 전압 발생기 및 적어도 두 개의 다이오드를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 다이오드 각각은 상기 적어도 하나의 전압 발생기와 상이한 전압 레벨로 바이어스되며; 그리고
    적어도 하나의 조정 회로에 의해, 상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러에서 나온 상기 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 상기 적어도 하나의 특성을 조정하는 조정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 소자의 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러에 의해, 구분적 선형 근사치로서 상기 제어 신호를 형성하는 형성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 소자의 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러에 의해, 상기 구분적 근사치의 상이한 구간에 있는 상기 입력 신호의 강도와 상기 적어도 하나의 특성 사이에서 상이한 의존성을 형성하는 형성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 소자의 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    다이오드의 출력으로부터 상기 적어도 하나의 아날로그 컨트롤러까지의 피드백 신호를 입력하는 입력 단계 및 상기 피드백 신호에 따라 상기 구분적 근사치에 있는 파라미터들을 변경시키는 변경 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 소자의 입력 신호의 적어도 하나의 특성을 조정하는 방법.
  13. 입력 신호의 강도를 검출하는 강도 검출 수단을 구비한 전송기로서,
    상기 전송기는,
    아날로그 컨트롤 수단과; 그리고
    조정 수단을 더 포함하며,
    여기서, 상기 아날로그 컨트롤 수단은 적어도 하나의 전압 발생기 수단 및 적어도 두 개의 다이오드 수단을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 다이오드 수단 각각은 상기 적어도 하나의 전압 발생기 수단과 상이한 전압 레벨로 바이어스되어, 적어도 하나의 특성과 상기 강도 검출 수단에 의해 검출된 상기 입력 신호의 강도 사이에서 비선형 의존성의 구분적 근사치로서 제어 신호를 형성하며;
    상기 아날로그 컨트롤 수단은 상기 다이오드 수단으로부터 출력되는 출력 신호들을 상기 제어 신호로 결합하도록 구성되며; 그리고
    상기 조정 수단은 상기 제어 신호에 따라 상기 입력 신호의 상기 적어도 하나의 특성을 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전송기.
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