KR100994272B1 - 자동 전력 레벨 제어용 집적 ｒｆ 신호 레벨 검출기 - Google Patents

Abstract

DC 기준 전압으로부터 AC 기준 전압을 생성하고 무선 주파수 신호의 포락선을 결정하는 포락선 검출기(150)와 같은 동일한 구성을 실질적으로 구비한 포락선 검출기(130)에서 AC 기준 전압의 포락선을 결정함으로써 무선 주파수 신호 레벨이 결정된다. AC 기준 전압은 실질적으로 모든 DC 오프셋을 제거하고 온도와 전력 공급 변화에 대한 높은 면역력을 유발한다. 게다가, 실질적으로 RF 신호와 기준 신호에 대해 실질적으로 동일한 RF 신호 경로를 사용함으로써, RF 신호 경로로 인한 신호 왜곡은 실질적으로 보상된다.

무선 주파수 신호 레벨, 포락선 검출기, 자동 전력 레벨 제어

Description

자동 전력 레벨 제어용 집적 ＲＦ 신호 레벨 검출기{AN INTEGRATED RF LEVEL DETECTOR USABLE FOR AUTOMATIC POWER LEVEL CONTROL}

본 발명은 일반적으로 송신 디바이스(예컨대, 무선 근거리통신망(WLAN), 이동 전화기와 같은 것을 포함하는 무선 통신 시스템에서 사용됨)에서 방출되는 무선 주파수(RF)를 결정하는 자동화 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 집적된 자동 전력 레벨 제어 시스템에서 용이하게 실시될 수 있는 RF 신호용 온-칩(on-chip) 검출 시스템에 관한 것이다.

양 방향(two-way) 무선 통신 시스템에 대한 요구가 계속적으로 증가하기 때문에, 최근 낮은 비용으로 고도의 신뢰성을 제공하는 송신기/수신기(이하 '송수신기'로 칭함)를 개발하려는 대단한 노력이 행해진다. 이에 대한 중요한 문제는 대응하는 송수신 디바이스가 제조되는 집적도이다. 게다가, 이동 전화기, 이동 컴퓨터 애플리케이션들과 같은 다수의 애플리케이션에서 제한된 배터리 전력으로 긴 운용 시간을 갖도록 전력을 적게 소모하는 것이 최대 관심사이다.

현재, 매우 많은 송수신기 디바이스가 이용가능하며, 여기서 실질적으로 주요한 두 개의 송수신 디바이스 구조가 시장에서 경쟁하고 있다. 고도의 집적도 및 전력 소모 감소 가능성으로 인해, 소위 수퍼-헤테로다인(super-heterodyne)이라고 불리는 구조에 비해 이른바 직접 전환(direct conversion) 구조가 바람직한 토포그래피(topography)가 되고 있는 것 같다. 수퍼-헤테로다인 기술은 RF 캐리어 웨이브의 주파수보다 실질적으로 낮은 중간 주파수(intermediate frequency)를 이용한다. 수퍼-헤테로다인 구조는 기반이 안정되고 신뢰성 있게 동작하는 디바이스를 제조하는 것을 가능하게 하지만, 이러한 디바이스들을 적절하게 동작하게 하는 고도의 분리식(selective) RF 필터는 고급 커패시터 및 인덕터를 필요로 한다. 고급 인덕터는 반도체 기판 내에서 쉽게 구현되지 않기 때문에, 이러한 필요는 성취할 수 있는 집적도를 제한한다. 이러한 사실에 더해 고 주파수에서 동작하는 증폭기는 본래 고 전력을 소모하기 때문에 매우 오래된 이른바 직접 전환 기술을 재도입 시켰고, 직접 전환 기술에서 작은 신호 밴드(또한 베이스 밴드로도 호칭 됨)는 송신 동안에 직접 RF 주파수로 업-컨버트(up-convert)되고, RF 캐리어 신호를 수신할 때 베이스 밴드로 직접 다운-컨버트(down-convert)된다. 실질적으로 신호 처리가 베이스 밴드에서 행해지기 때문에, 부피가 큰 고급 인덕터들은 실질적으로 회피될 것이며 대응하는 필터 소자들이 온-칩 구현되어 제공될 것이다.

송수신 디바이스에서 사용되는 구조에 상관없이, 일반적으로 다양한 환경 조건에서 신뢰성 있는 데이터 통신을 수행하기 위해 이러한 디바이스들의 동작을 정확하게 제어할 필요가 있다. 이에 대한 한가지 문제점은 송수신 디바이스의 송신 부분에 의해 신호 레벨 출력을 제어하는 것이다. 예컨대 제한된 공급 전력으로 최대 작동 시간이 요구되는 애플리케이션들에서 출력 전력 제어가 바람직하다. 다른 애플리케이션들에서 법정 규정이 최대 출력 전력을 초과하지 않도록 지시하는 반 면, 여전히 다른 애플리케이션들에서는 다른 송수신 디바이스들의 간섭을 줄이기 위해 디바이스의 위치에 따라 출력 전력을 계속적으로 제어하는 것이 바람직할 것이다.

신호변동(예컨대, 송신 및/또는 수신기의 위치 변화에 기인함)으로 인해 매우 다른 입력 신호 레벨이 수신되기 때문에, 다른 문제점은 수신 측에서 게인을 제어하는 것에 관계가 있다. 그러므로, 송신 전력의 제어 및/또는 수신 게인을 제어하기 위해, 출력 전력을 바람직한 크기로 조정하거나 송수신 디바이스의 동작을 제어하는데 사용되는 적절한 제어 변수를 얻기 위해 RF 신호는 검출되고 또한 처리되어야 한다. RF 신호 레벨을 검출하기 위해, RF 신호의 변동 강도를 나타내어 RF 출력 전력 레벨을 표시하는 신호를 얻을 수 있는 이른바 포락선 검출기(envelope detector)가 종종 사용된다.

Alexandre Vouilloz등이 쓴 2001년 3월 논문"A low power CMOS super regenerative receiver at 1GHz" IEEE journal of Solid State Circuits Vol.36, No 3에서는, 1GHz에서 동작하고 0.35μm CMOS 공정에서 구현되는 저 전력 및 저 전압 초 재생 수신기(super regenerative receiver)가 개시된다. 특히, 이 수신 디바이스는 저 잡음 증폭기, 발진기 및 포락선 검출기를 포함한다. 포락선 검출기는 트랜지스터의 드레인 및 소스 단자들이 일정 전류 소스에 연결(couple)된 트랜지스터 쌍을 포함하며, 상기 일정 전류 소스는 트랜지스터 쌍의 공통 소스에 연결된다. 트랜지스터 쌍의 공통 소스에서 얻어지는 출력 전압의 기준 전압은 동일한 바이어스 조건에서 두 개의 병렬 트랜지스터들이 트랜지스터 쌍으로 구성된 트랜지스터에 의 해 생성되며, 여기서 일정 전류 소스는 기준 전압 트랜지스터의 소스에서 제공된다.

David K Su 및 William J McFarland가 쓴 1998년 12월 논문 "An IC for linearizing RF power amplifiers using envelope elimination and restoration" IEEE journal of Solid State Circuits Vol.33, No.12에서는, 송신기 출력 증폭기를 선형화하는 회로가 개시된다. 집적된 CMOS 포락선 검출기는 NMOS 트랜지스터의 소스 라인에 일정 전류 소스를 구비한 NMOS 트랜지스터와 상기 일정 전류 소스에 병렬인 적분 커패시터를 포함한다. 게다가, 의사 레플리커 회로(pseudo replica circuit)가 DC 전압을 지우고 제 1 트랜지스터의 왜곡을 줄이기 위해 제공되며, 여기서 동작 증폭기의 입력들은 제 1 트랜지스터의 소스 및 의사 레플리커 회로의 소스에 각각 연결된다. 동작 증폭기의 출력이 의사 레플리커 회로 내의 트랜지스터의 게이트들에 피드백되어 양 트랜지스터의 출력 노드들은 동일한 레벨을 유지한다.

예컨대 송수신 디바이스의 송신 출력 전력을 정확하고 신뢰성 있게 제어하기 위해, 포락선 검출기에 의해 얻어진 신호와 적절하게 선택된 기준신호를 비교하여 제어 신호를 얻는 것이 또한 필요하지만, 여기서 검출기 내부 변화뿐 아니라 기준 신호를 생성하고 처리하는 동안의 변화는 대응하는 제어 루프의 불안정성을 초래한다. 특히, 칩 온도, 전력 공급 변동 및 제조 공정 변화의 영향은 RF 신호 전력 레벨 절대치의 온-칩 검출 능력 및 이것을 소정의 기준 신호와 비교하는 능력을 상당히 저하한다.

상기 문제점들의 견지에서, 상기 확인된 문제점을 제거하거나 최소한 실질적 으로 하나 이상을 감소시키도록 RF 신호 레벨을 분석하는 개량된 회로가 요구된다.

일반적으로, 본 발명은 송수신 디바이스의 출력 전력 제어에 유리하게 사용가능한 RF 신호 레벨 분석 회로에 관한 것이며, 여기서 하나 이상의 DC 기준 전압들이 분석된 RF 신호와 동등한 주파수를 갖는 대응 AC 기준 신호로 전환되어 안정성이 개선된다. 그 다음 RF 신호 경로에 의한 모든 변화를 최소화하기 위해 AC 전환된 기준 신호는 RF 신호와 유사하게 처리될 것이다.

설명적인 일실시예에 따르면, 집적 RF 신호 레벨 분석 회로는 하나 이상의 기준 전압을 제공하도록 구성된 기준 전압 소스를 포함한다. 직류/교류(DC/AC) 컨버터가 제공되고, 이는 하나 이상의 기준 전압을 수신하여 AC 기준 전압을 생산하도록 구성된다. 게다가, 포락선 검출기는 AC 기준 전압과 분석될 RF 신호를 수신하도록 구성되고, 또한 공급된 신호들로부터 각각 기준 포락선 신호 및 RF 포락선 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 회로는 또한 RF 포락선 신호 및 기준 포락선 신호를 수신하고 비교 결과를 나타내는 비교기(comparator) 출력 신호를 생성하도록 구성된 비교기 회로를 포함한다.

다른 설명적인 실시예에에서, 집적된 RF 신호 레벨 분석 회로는 제 1 기준 전압 및 제 2 기준 전압을 제공하도록 구성된 기준 전압 소스를 포함한다. 단일 채널 DC/AC 컨버터가 제공되고, 이는 제 1 및 제 2 기준 전압들을 선택적으로 수신하도록 구성된다. 게다가, 단일 채널 DC/AC 컨버터는 수신된 전압을 나타내는 AC 기준 전압을 출력하도록 구성된다. 더욱이, 비교기 회로가 제공되고, 이는 RF 신호 및 AC 기준 전압을 수신하도록 구성되며, 또한 RF 신호를 제 1 AC 기준 전압 및 제 2 AC 기준 전압과 비교한 결과를 나타내는 제어 신호를 출력하도록 구성된다.

또 다른 실시예에서, 기준 전압 소스는 직렬로 연결된 복수의 저항들을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2 기준 전압은 각각 특정된 전압 레벨의 상한 및 하한을 결정한다.

또 다른 실시예에서, 상기 분석 회로는 소정의 전압 레벨을 선택하도록 구성된 제어 회로를 더 포함한다.

또 다른 실시예에서, 상기 분석 회로는 상기 기준 전압에 연결되고 선택적으로 제 1 및 제 2 기준 전압들을 DC/AC 컨버터에 공급하도록 배열된 복수의 스위치들을 더 포함한다.

또 다른 실시예에서, 상기 기준 전압 소스는 복수의 기준 전압들을 제공하도록 구성되며, 여기서 상기 DC/AC 컨버터는 복수의 기준 전압들 각각을 동일한 신호 경로 내에서 전환하도록 구성된다.

또 다른 실시예에서, 상기 비교기 회로는 AC 커플된 소스 팔로워(follower)를 구비하는 포락선 검출기를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 상기 포락선 검출기는 적분 커패시터를 더 포함한다.

또 다른 실시예에서, 상기 포락선 검출기는 실질적으로 동일한 제 1 검출부 및 제 2 검출부를 포함하며, 여기서 상기 제 1 검출부는 AC 기준 전압을 수신하도록 연결되고 상기 제 2 검출부는 무선 주파수 신호를 수신하도록 배열된다.

또 다른 실시예에서, 상기 포락선 검출기는 포락선 검출기의 출력을 리셋하도록 구성된 스위치 소자를 더 포함한다.

또 다른 실시예에서, 상기 비교기 회로는 오프셋 보상 비교기를 포함한다.

또 다른 설명적인 실시예에 따르면, 송수신 디바이스는 RF 출력 단과 상기 출력 단의 출력 전력 레벨을 조정하도록 구성된 제어 유닛을 구비하는 송신 회로를 포함한다. 상기 송수신기는 상기 설명적인 실시예들에서 기재된 바와 같이 구성된 RF 신호 레벨 분석 회로를 더 포함하며, 여기서 상기 제어 유닛은 RF 신호 레벨 분석 회로에 의해 제공된 제어 신호에 기초하여 출력 전력 레벨을 조정한다.

또 다른 실시예에서, 송수신기는 RF 신호를 수신하도록 구성된 입력 단을 포함한다. 또한, RF 신호 레벨 분석 회로가 제공되고 상기 설명적인 실시예들에서 기재된 바와 같은 소자들을 포함할 것이다.

또 다른 설명적인 실시예에서, RF 신호 레벨을 결정하는 방법은 제 1 기준 전압 및 제 2 기준 전압을 제공하는 단계와 동일한 신호 처리 경로를 사용하여 상기 제 1 및 제 2 기준 전압을 각각 제 1 AC 기준 전압 및 제 2 기준 전압으로 선택적으로 변환하는 단계를 포함한다. 마지막으로, 상기 RF 신호는 상기 제 1 및 제 2 AC 기준 전압과 비교되어 상기 비교 결과를 나타내는 신호를 얻는다.

다른 설명적인 실시예에서, 무선 주파수 신호 레벨을 검출하는 방법은 적어도 하나의 DC 기준 전압을 제공하는 단계 및 상기 적어도 하나의 DC 기준 전압을 AC 기준 전압으로 변환하는 단계를 포함한다. 상기 무선 주파수 신호 및 상기 AC 기준 전압의 포락선이 측정되고, 상기 무선 주파수 신호의 포락선은 상기 AC 기준 전압의 포락선에 비교되어 비교 결과를 나타내는 제어 출력 신호를 생성한다.

본 발명의 다른 장점, 목적 및 실시예들은 첨부된 청구항에서 정의되고 첨부된 도면을 참고할 때 하기의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 RF 신호 분석 회로의 설명적인 일실시예를 도시하는 도식적인 회로 다이어그램이다.

도 2는 설명적인 실시예를 도식적으로 묘사하는 회로 다이어그램으로, 여기서 복수의 기준 전압들이 RF 신호 레벨을 분석하는데 사용된다.

도 3은 출력 전력 레벨을 조정하는 제어 루프를 포함하는 송수신 디바이스의 부분을 도식적으로 도시하는 블럭 다이어그램이며, 여기서 상기 제어 루프는 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 RF 신호 레벨 분석 회로를 포함한다.

도 4는 설명적인 일실시예에 따른 자동 전력 레벨 제어 루프를 포함하는 송수신 디바이스의 송신 섹션을 도식적으로 묘사하는 블럭 다이어그램이다.

도 5는 도 4에 도시된 바와 같은 송신 섹션의 작동을 도시하는 타이밍 다이어그램을 도식적으로 도시한다..

본 발명이 다음의 상세한 설명에서 및 도면에서 설명된 실시예들을 참고하여 설명되지만, 하기의 상세한 설명 및 도면들은 본 발명을 개시된 특정 설명적인 실시예들로 한정하지 않으며, 기재된 설명적인 실시예들은 단지 본 발명의 다양한 면 들에 대한 예시이고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 정하여진다.

도 1은 RF 신호 레벨 분석 회로(100)의 제 1 설명적인 실시예에 관한 회로 다이어그램을 도시하며, 여기서 RF 신호 레벨이 AC 기준 레벨과 비교된다. 상기 회로(100)는 DC 기준 전압 Vref를 생성하도록 구성된 DC 기준 전압 소스(110)를 포함한다. 도 1의 설명적인 실시예에서, 상기 기준 전압 소스(110)는 서로 직렬 연결된 일정 전류 소스(111) 및 저항(112)을 포함하며, 여기서 상기 기준 전압 Vref는 노드(113)에서 입수할 수 있다. 상기 기준 전압 소스(110)는 제 1 스위치(121) 및 제 2 스위치(122)를 포함(본 예시에서)하는 DC/AC 컨버터(120)에 연결되며, 여기서 상기 제 1 스위치(121)의 제 1 단자는 상기 기준 전압 Vref을 수신하도록 연결되고 제 2 단자는 DC/AC 컨버터(120)의 출력단(123)에 연결된다. 제 2 스위치(122)의 제 1 단자는 제 2 기준 전압(본 예시에서 그라운드 전위로 나타냄)에 연결되고, 제 2 단자는 출력단(123)에 연결된다. 더욱이, 스위치들(121 및 122)은 이 스위치들(121 및 122)의 동작을 제어하는 클럭 신호(Ø1 및 Ø2)를 각각 수신하도록 각자 제어 입력 단자들을 포함한다.

회로(100)는 신호 버퍼(124)와 커패시터(126) 및 저항(127)으로 구성된 하이패스 소자(125)를 통해 DC/AC 컨버터(120)에 연결되는 포락선 검출기(130)를 더 포함하며, 여기서 상기 저항(127)는 특정 기준 전위(128)에 연결된다. 상기 하이패스 소자(125)는 상기 DC/AC 컨버터(120)와 상기 포락선 검출기(130) 사이에서의 AC 커플링을 제공하며, 또한 상기 포락선 검출기(130)에 DC 바이어스를 제공한다. 포락선 검출기(130)는 이에 공급된 AC 신호 레벨을 검출하는 임의의 적절한 구조를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같은 일실시예에서, 포락선 검출기(130)는 게이트가 상기 커패시터(126)와 상기 저항(127)에 연결된 트랜지스터(131)를 포함한다. 상기 트랜지스터(131)의 소스는 일정 전류 소스(132)에 연결되고, 여기서 적분 커패시터(133)는 상기 일정 전류 소스(132)에 병렬로 연결된다. 상기 트랜지스터(131)의 소스, 상기 커패시터(133), 그리고 상기 일정 전류 소스(132)는 공통 노드(134)에서 연결되고, 상기 공통 노드(134)는 또한 포락선 검출기(130)의 출력단으로 기능한다. 상기 출력단(134)은 비교 결과를 나타내는 제어 신호를 제공하는 출력단(142)을 구비한 비교기 회로(140)의 입력단(141)에 연결된다.

게다가, 상기 회로(100)는 바람직하게 상기 제 1 포락선 검출기(130)와 유사한 배열인 제 2 포락선 검출기(150)를 더 포함한다. 그러므로, 제 2 포락선 검출기(150)는 소스가 커패시터(153) 및 일정 전류 소스(152)에 연결된 트랜지스터(151)를 포함하고, 여기서 상기 트랜지스터 소스, 커패시터(153), 그리고 전류 소스(152)의 공통 노드는 상기 제 2 포락선 검출기(150)의 출력단(154)을 나타낸다. 커패시터(156)와, 한끝이 기준 전위(128)에 연결된 저항(157)를 포함하는 하이패스 소자(155)가 제공된다. 상기 제 1 포락선 검출기(130)를 참고하여 설명한 바와 같이, 하이패스 소자(155)는 상기 제 2 포락선 검출기(150)에 AC 커플링을 제공하고, 또한 상기 트랜지스터(151)에 DC 바이어스를 공급한다. 주목할 사항으로서, 상기 제 1 및 제 2 포락선 검출기(130,150)는 매우 유사하게 제조될 수 있는바, 이 디바이스들은 작은 칩 부분에 매우 인접하게 형성되기 때문에 제조 허용오차(manufacturing tolerance)는 최소화 될 수 있게 된다.

동작중에, 상기 일정 전압 소스(110)는 저항(112)에 일정 전류를 주입함으로써 기준 전압 Vref를 공급한다. 스위치들(121,122)은 적절한 클럭 신호에 의해 동작한다. 예를 들면, Ø1 및 Ø2의 클럭 주파수에 의해 결정되는 주파수를 구비하는 실질적인 구형 파(square wave) 신호를 출력단(123)에서 얻기 위해, 오버랩되지 않는 두 개의 이상(out of phase) 클럭 신호 Ø1 및 Ø2가 제공된다. 일실시예에서, 클럭 신호 Ø1 및 Ø2의 주파수는 분석될 RF 신호에 실질적으로 일치하도록 선택된다.

출력단(123)에서 얻어지는 AC 기준 전압은 버퍼(124)와 커패시터(126)를 통해 제 1 포락선 검출기(130)에 연결된다. 그 다음, 소스 팔로워로서 연결된 트랜지스터(131)와 적분 커패시터(133)에 의해 AC 기준 전압이 DC-기반 신호로 변환된다. 따라서, 분석되는 RF 신호(제 2 포락선 검출기(150)에 제공됨)의 신호 경로와 실질적으로 동일한 RF 신호 경로를 경험했었던 비교기 회로(140)에 기준 전압이 공급된다. 특히, DC 기준 전압을 AC-기반 기준 전압으로 전환함으로써 DC 기준 전압 Vref의 모든 오프셋이 삭제된다. 게다가, RF 신호의 신호 경로에 실질적으로 동일한 RF 신호 경로를 사용함으로써, 그에 관한 모든 본질적인 변화들이 제거되거나 최소한 상당부분 감소할 것이다. 따라서, 온도, 전력 공급 및 공정 변화의 모든 영향이 회피되거나 최소한 줄어들 것이다.

그 다음 비교기 회로(140)는 검출된 RF 신호와 검출된 AC-기반 기준 전압 사이의 차이를 나타내는 출력 신호를 생성한다. 예를 들면, 비교기 회로(140)는 기술 분야에서 잘 알려진 스위칭된 커패시터 기술을 사용하는 오프셋 보상 비교기이다. 예를 들면, AC-기반 기준 전압은 분석될 RF 신호 레벨의 허용치의 상한을 나타내고, 상기 RF 신호의 포락선이 상기 AC 기준 전압의 포락선을 초과할 때 상기 비교기 회로(140)는 RF 신호 레벨이 너무 높다고 지시한다. 비록 소자의 갯 수를 최소화함으로써 필요한 칩 영역을 줄이는 관점에서 단일 비교기가 유리할지라도, 다른 애플리케이션들에서 비교기 회로(140)는 RF 신호 레벨에 대해 더욱 정확한 계산을 하기 위해, 출력단(142)에서 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 그 다음 제어 신호는 도 3-5를 참고하여 설명될 다른 제어 목적들로도 사용될 것이며, 여기서 상기 AC 기준 전압은 오프셋 유발 변화들을 효율적으로 감소시킨다.

도 2는 다른 설명적인 실시예에 따른 회로 다이어그램을 도시한다. 도 2에서, "1" 대신에 "2"로 시작되는 것을 제외하고 동일한 참조 숫자로 표시된 것은 도 1에 도시된 것과 유사하거나 동일한 소자들 및 부분들이다. 그러므로 이러한 동일한 부분들 및 소자들에 대한 설명은 제외된다. RF 신호 레벨 분석 회로(200)는 기준 전압 소스(210), DC/AC 컨버터(220), 그리고 신호 버퍼(224)와 하이패스 소자(225)에 의해 DC/AC 컨버터(220)에 연결된 제 1 포락선 검출기(230)를 포함한다. 게다가, 제 2 포락선 검출기(250)가 제공되고, 이는 분석될 RF 신호의 AC 커플링을 위한 하이패스 소자(255)가 상위에 있다. 비교기 회로(240)가 제 1 및 제 2 포락선 검출기(230,250)의 출력단에 연결된다.

기준 전압 소스(210)는 복수의 DC 기준 전압을 제공하도록 구성된다. 일실시예에서, 기준 전압 소스(210)는 최소한 제 1 저항(212a) 및 제 2 저항(214)을 구비하는 전압 분배기를 포함하며, 여기서 제 2 저항(214)을 통한 전압 강하가 하이패스 소자들(225 및 255)에 연결된 기준 전위(228)를 공급한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 기준 전위(228)와는 모두 차이가 있는 두 개의 다른 DC 기준 전압을 얻도록 제 3 저항(212n)이 제공된다. 다른 실시예들에서, 복수의 제 1 저항들(212a)은 상기 기준 전위(228)에 대하여 다른 복수의 기준 전압 쌍들을 얻기 위해 제공된다. 예를 들면, 복수의 제 1 저항들(212a)은 제 1 저항(212a) 하나하나를 통한 전압 강하로 정해지는 복수의 타겟 RF 신호 레벨 범위들을 나타내어, 제 1 저항들(212a) 각각에 관련된 각 기준 전압 쌍은 각각 최대 레벨 및 최소 레벨을 나타낼 것이다. 따라서, 공급 전압의 임의의 오프셋은 기준 전압들의 절대값의 변화를 유발하겠지만, 상대 값(즉, 대응 기준 전압 쌍의 히스테리시스)은 실질적으로 유지할 것이다.

제 1 저항(212a) 및 제 3 저항(212n) 각각은 대응하는 복수의 제 1 스위치들(221a-221n)에 연결되며, 여기서 제 1 스위치들(221a-221n) 각각은 제 1 스위치들 중 하나(221a)를 작동하게 하고 반면에 나머지 제 1 스위치들(221a-221n)을 작동하지 않게 하도록 구성된 제어 로직(260)에 연결된다. 예를 들면, 만약 제 1 저항(212a), 제 3 저항(212n) 및 저항(214)이 전압 분배기를 형성하도록 제공된다면, 제 1 스위치(221a)를 작동하게 하고 제 1 스위치(221n)를 작동하지 않게 함으로써 제 1 기준 전압이 DC/AC 컨버터(220)에 제공되고, 제 1 스위치(221a)를 작동하지 않게 하고 제 1 스위치(221n)를 작동하게 함으로써 제 2 기준 전압이 제공된다. 아래에서, 제 1 및 제 2 기준 전압은 제 1 저항(212a) 각각에 의해 결정된 타겟 신호 레벨 범위에 대한 상한과 하한을 나타내며, 다른 실시예들에서 복수의 기준 전압들이 사용된다. 예를 들면, 스위치들(221a-221n) 중 하나를 선택함으로써, 복수의 기준 전압들을 기반으로 하여 RF 신호 레벨이 계산될 것이다.

제 1 및 제 2 포락선 검출기들(230,250)은 제 1 및 제 2 포락선 검출기들(230,250) 상태를 선택적으로 리셋하도록 연결된 스위치들(234,254)을 각각 더 포함한다. 스위치들(234,254)은 스위치 동작을 제어하는 제어 회로(도시되지 않음)에 연결된다. 게다가, 도 1을 참고하여 설명된 실시예에 반대로, 트랜지스터들(231,251)은 P-채널 MOS 트랜지스터이고, 여기서 사용되는 MOS 트랜지스터 유형의 선택은 디자인 및 공정상의 문제이고 적절하다면 N-채널 MOS 트랜지스터들이 사용될 수 있다.

동작중에, 상기 출력(223)에 AC 기준 전압을 제공하기 위해, 상기 제어 로직(260)은 상기 제 1 스위치(221a)를 작동하게 하여 상기 스위치(221a)의 동작이 제 1 클럭 시그널 Ø1에 의해 제어되도록 하는 반면, 제 2 스위치(222)의 동작은 오버랩되지 않는 이상 클럭 시그널 Ø2에 의해 제어되도록 한다. 그 이후의 AC 기준 전압의 신호 처리는 도 1을 참조하여 이미 설명된 바와 유사하다. 그러므로, 비교기 회로(240)는 제 1 포락선 검출기(230)에 의해 공급된 제 1AC-기반 기준 전압을 수신하고, 제 2 포락선 검출기(250)에 공급되어 분석되는 RF 신호를 나타내는 신호를 수신한다. 그 다음 비교기 회로(240)는 비교 결과를 나타내는 제 1 제어 신호를 생성한다. 예를 들면, 제 2 포락선 검출기(250)의 입력 신호가 제 1 포락선 검출기(230)에 의해 공급되는 신호보다 높은지 낮은지를 표시하여, RF 신호 레벨이 상기 제 1 AC-기반 기준 전압에 의해 나타나는 소정의 상한을 초과하는지 아닌지를 나타 내는 제 1 제어 신호가 이진 신호의 형태로 제 1 신호 라인(243)에 제공된다.

그 다음, 상기 제어 로직(260)은, 예컨대 상기 제 1 제어 신호의 값에 기초하거나 정기적으로, 상기 스위치(221a)를 작동하지 않게 하고 상기 스위치(221n)를 작동하게 한다. 동시에, 상기 제 1 및 제 2 포락선 검출기(230,250)를 리셋하기 위해 소정의 시간 간격 동안에 상기 스위치들(234,254)이 작동한다. 상기 스위치들(234,254)을 작동하도록 하는 대응 제어 신호는 예를 들면 제어 로직(260)에 의해 공급된다. 그 다음, DC/AC 컨버터(220)의 제 1 및 제 2 스위치들(221n,222)은 제 1 및 제 2 클럭 시그널 Ø1, Ø2와 동기되어 동작하여 제 2 AC-기반 기준 전압을 비교기 회로(240)에 공급한다. 그 다음 비교기 회로는 제 2 포락선 검출기(250)에 의해 공급된 RF 신호 레벨의 전류 값과 상기 제 2 AC-기반 기준 전압을 비교한다. 그 다음 비교기 회로(240)는 비교 결과를 나타내는 제 2 제어 신호를 제 2 신호 라인 상에(244) 공급한다.

유사하게, 일실시예에서, 제 1 제어 신호를 참고하여 상기 설명된 바와 같이, 상기 제 2 제어 신호는 RF 신호의 신호 레벨이 제 2 DC 기준 전압에 의해 표시되는 하한보다 낮은지 여부를 나타내는 디지털 신호를 표시한다. 그러므로, 단 두 개의 제어 신호 라인(라인 243 및 244)을 제공함으로써 RF 신호 레벨이 특정 허용 범위 내에 있는지, 혹은 상한을 초과하는지, 혹은 하한보다 낮은지를 평가하여, 이러한 제어 신호들을 사용함으로써 적절한 제어 동작을 실행할 수 있다. 쉽게 이해할 수 있듯이, 허용가능한 범위 혹은 RF 신호 레벨은 저항들(212a)의 크기를 선택함으로써 및/또는 대응 스위치들(212a)에 의해 선택되는 저항들(212a)의 갯 수에 의해 정해진다. 예를 들면, 만약 신호 레벨 변동의 허용 범위를 넓히는 것이 적절하다면, 상기 제 1 및 제 2 DC 기준 전압 사이의 더 큰 차이를 얻기 위해 대응하는 스위치들(212a)을 적당히 선택함으로써 두 개의 저항들(212a)이 사용될 것이다. 게다가, DC/AC 컨버터(220)에 인가된 다른 DC 기준 전압들을 가지고 복수의 측정 사이클들이 수행되고, 여기서 상기 비교기 회로(240)는 대응 비교 결과를 각각 표시하는 제어 신호들의 대응 숫자를 나타내도록 구성된다.

도 1을 참고하여 이미 언급한 바와 같이, 도 2를 참고하여 설명된 실시예들은 RF 신호 레벨을 결정하도록 하며, 여기서 온도 및 전력 공급에 의해 유발되는 변화가 발생할지라도 상기 제 1 DC 기준 전압과 제 2 DC 기준 전압의 차이가 실질적으로 유지되기 때문에, 회로(200)의 DC 전압 측에서의 모든 DC 오프셋은 실질적으로 제거될 수 있다. 게다가, AC 기준 전압을 실질적으로 동일한 신호 경로들(상기 제 1 및 제 2 포락선 검출기)에서 처리함으로써 RF 신호 경로에서의 변화들을 보상할 수 있게 한다. 일실시예에서(도시되지 않음), 단일 포락선 검출기 및 대응 스위치 단이 AC 기준 전압과 RF 신호를 선택적으로 측정하도록 제공되며, 여기서 출력단에서의 샘플링 및 홀딩 회로(sample-and-hold circuit)는 일시적으로 출력 신호를 보유하고, 그 다음, 비교기 회로(240)로 상기 출력 신호를 보낸다.

도 3은 WLAN 애플리케이션들에서 사용되는 것과 같은 송수신 디바이스의 송신 섹션(300)을 도식적으로 설명하는 블럭 다이어그램을 도시한다. 송신 섹션(300)은 베이스 밴드 회로(310), 믹서(341), 국부 발진기(local oscillator 340) 그리고 출력 단(350)을 포함한다. 게다가, 도 1 및 도 2를 참고하여 설명된 회로(100 혹은 200)와 같은 RF 신호 레벨 분석 회로를 포함하는 자동 전력 레벨 제어 회로(APLC 360)가 제공된다. 게다가, APLC 회로(360)는 분석 회로(100/200)에 연결된 제어 유닛을 포함한다.

동작 동안에, 베이스 밴드 회로(310)는 송신될 신호를 수신하고, 믹서(341)에 공급될 적당한 베이스 밴드 신호를 얻도록 이 신호를 처리한다. 베이스 밴드 회로(310)는 바람직한 변조 방식(modulation scheme)과 송신 구조에 따라 디지털 혹은 아날로그 입력 신호를 처리하는 임의의 적절한 수단을 포함한다. 예를 들면, 직접 전환 구조에서, 베이스 밴드 회로(310)는 동상(in-phase) 및 직교(quadrature) 위상 베이스 밴드 신호(그 다음, 적절하게 필터링됨)를 제공하는 대응 수단을 포함한다. 만약 베이스 밴드 회로(310)에 디지털 신호가 입력되면, 요구되는 I 및 Q 베이스 밴드 출력 신호를 얻기 위해 대응 디지털/아날로그 컨버터가 제공된다. 만약 다른 구조가 사용되면, 베이스 밴드 회로(310)는 믹서(341)에서 변조되기에 알맞은 신호를 생성하기 위해 필요한 임의의 중간 주파수단을 포함할 것이다.

그 다음, 변조된 RF 신호를 생성하기 위해 국부 발진기(340)에 의해 제공된 무선 주파수 신호와 혼합되도록 베이스 밴드 신호 혹은 베이스 밴드 신호들이 믹서(341)에 제공된다. 그 다음, 변조된 RF 신호는 출력 단(350)에 제공된다. 상기 변조된 RF 신호는 증폭되어 출력되며, 여기서 상기 신호는 동시에 상기 APLC 회로(360)에 제공되고, 여기서 상기 RF 신호 레벨 분석 회로(100/200)는 하나 이상의 대응 제어 신호들을 상기 제어 유닛(361)에 제공한다. 그 다음, 상기 제어 유닛은 대응 게인 제어 신호를 상기 베이스 밴드 회로(310) 및/또는 출력 단(350)에 공급 하여 상기 출력 레벨을 소정의 값 혹은 범위로 조정한다.

다수의 애플리케이션에서, 상기 송신 섹션(300)은 이산시간(time-descrete) 방식으로 동작한다. 즉 명확한 지속구간을 구비한 송신 싸이클의 형태로 신호 송신이 실행되어, APLC 회로(360)의 동작은 상기 송신 싸이클에 동기화된다. 예를 들면, 제 1 송신 싸이클은 제 1 기준 전압 및 제 2 기준 전압과의 비교 결과를 결정하는데 사용되고, 제 2 송신 싸이클 전에 상기 RF 신호 레벨은 재조정될 것이다. 다른 실시예들에서, 상기 RF 신호 레벨은 제 1 송신 싸이클 동안에 복수의 기준 전압들과 비교되고, 상기 신호 레벨에 대응하는 제어가 다음 송신 싸이클 이전에 실행될 것이다. 하나 이상의 송신 싸이클 동안에 신호 레벨을 측정하고 그리고 상기 송신 싸이클 혹은 싸이클들을 완수한 후 다음 송신 싸이클 전에 상기 게인 제어 동작을 실행함으로써, 상기 제어 루프의 안정성을 개선한다. 단계적인 제어 변경 동안에는 신호 왜곡을 피할 수 있기 때문에, 특히 단계적인 변경(step-like change)이 게인 제어에서 실행될 때 더욱 안정성을 개선한다. 다른 실시예들에서, 상대적으로 긴 송신 시간이 사용될 때 혹은 유사 연속(quasi-continuous) 송신 모드가 일어날때, RF 신호 레벨을 측정하기 위한 적절한 "샘플링" 레이트를 선택(예를 들면, 도 2에 도시된 스위치들(234,254)를 적절히 동작시킴으로써 선택됨)하여 유사 연속 제어 효과를 얻는다.

상기 APLC(360)에서의 RF 레벨 분석 회로(100/200)의 온도, 전력 공급 및 공정에 의해 유발되는 변화들에 대한 고도의 면역성 덕택에 송신 섹션(300)은 단일칩으로 쉽게 구현될 수 있는바, 이는 특히 상기 출력 단(350)과 같은 전력 소모 회로 섹션에서 발생하는 DC 및 온도 변화가 APLC 회로(360)의 정밀성을 부적절하게 손상시키지 않기 때문이다.

도 4는 자동 전력 레벨 제어를 포함하는 송신 회로의 특정 일실시예를 도식적으로 묘사하는 블럭 다이어그램을 도시한다. 상기 송신 회로(400)는 디지털 형태의 동상(I) 베이스 밴드 신호 및 직교(Q) 베이스 밴드 신호를 수신하도록 디지털/아날로그 컨버터(DAC 401)를 포함한다. DAC(401)는 또한 P와 N으로 표시되는 차동(differential) 아날로그 신호를 출력하도록 구성된다. 그 다음, 상기 신호 경로에 필터(402)가 준비되어, 그 출력은 믹서(405)에 연결되고 또한 국부 발진기(403)로부터 신호를 수신하도록 연결된다. 믹서 출력단은 무선 주파수 출력 드라이버(404)에 연결되고, 상기 무선 주파수 출력 드라이버는 적응 회로(도시되지 않음) 및 APLC 회로(470)에 연결된다. 상기 APLC 회로(470)는 도 1 및 도 2를 참고하여 설명된 회로(100 혹은 200)와 같은 RF 신호 분석 회로를 포함한다. 게다가, 제어 로직(460)이 준비되어 상기 RF 신호 레벨 분석 회로(100/200)의 작동을 제어하도록 구성된다. 게다가, 상기 제어 로직(460)은 출력 드라이버(404)의 타겟 출력 신호 레벨 혹은 범위를 특정하는 제어 데이터를 수신한다. 상기 APLC 회로(470)는 DAC 제어 로직(480)에 또한 연결되고, 또다시 상기 DAC 제어로직은 DAC(401)에 연결되어, 이 DAC(401)에 기준 혹은 제어 전압을 제공함으로써 상기 아날로그 신호를 시프트 시켜 그것에 의해 RF 신호 출력 레벨을 조정한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 상기 APLC 회로(470)는 RF 신호 레벨이 너무 높은지, 너무 낮은지, 혹은 특정된 범위 내에 있는지를 표시하기 위해 제어 라인들(443 및 444)을 통해 두 개의 디지털 제어 신호들을 제공한다. 도 2를 참고하여 전술한 바와 같이, 상기 제어 로직(460)은 상기 전압 분배기의 특정 단을 선택함으로써 상기 타겟 RF 신호 레벨의 절대적인 위치 및 전압 강하 크기를 선택함으로써 상기 특정된 범위의 크기를 제어할 수 있다.

동작중에, 상기 송신 회로(400)는 동작 모드에서 사용되며, 여기서 DAC(401)에 공급된 상기 디지털 정보는 특정된 패킷(각 송신 사건에 대해 정의된 특정 송신 프레임 길이임)으로 송신된다. 예를 들면, 송신 회로(400)를 초기화하자마자, 상기 출력 드라이버(404)에서 최소 RF 출력 레벨을 얻기 위해 DAC 제어 로직(480)은 DAC(401)에 공급되는 기준 전압을 최소 레벨로 설정할 것이다. 상기 APLC 회로(470)의 초기화 후에, 상기 RF 신호 레벨 분석 회로(100/200)는 RF 출력 신호를 수신하고 상기 제어 라인(443,444)에 대응 디지털 제어 신호들을 정할 것이다. 제어 라인(443,444)에서 표시된 신호 레벨에 따라, 상기 DAC 제어 로직(480)은 상기 DAC(401)에 공급되는 기준 전압을 증가시키거나 유지한다. 특정 일실시예에서, 상기 라인들(443,444)의 두 개의 디지털 제어 신호들을 정하기 위한 측정 시간은 최소 송신 프레인 길이 이하로 선택되어, 대응 RF 신호 레벨이 하나의 송신 싸이클 내에서 계산되도록 한다. 그 다음, 상기 제어 라인들(443,444)이 "너무 낮은 전력"상태를 표시할 때, 상기 DAC 제어 로직(480)은 다음 송신 싸이클 이전에 하나의 소정 단계에 의해 상기 기준 전압을 증가시킨다.

도 5는, 예를 들면 도 2에 도시된 신호 레벨 분석 회로(200)가 APLC 회로(470)에서 사용될 때, 송신 회로(400)의 동작 동안의 타이밍 다이어그램이다. 최소 송신 프레임 길이는 약 50μs이고 신호 레벨 분석 회로(200)의 단일 측정 싸이클의 시간 간격은 23.3μs로 또한 가정한다. 즉 스위치들(234 및 254)은 짧은 시간 간격 동안(예를 들면 2μs) 매 23.3μs 마다 닫혀서 제 1 및 제 2 포락선 검출기(230, 250)를 재설정 시킨다. 신호 "지움(clear)"은 주기적으로 제 1 및 제 2 포락선 검출기들(230,250)을 재설정하도록 상기 스위치들(234,254)에 공급되는 클럭 신호를 나타낸다. 신호(501)는 비교기 회로(240)의 출력(242)에서의 신호를 나타낸다. 신호(502)는 라인(443)에서의 제어 신호를 나타내며 또한 "너무 높은 전력" 신호로 언급된다. 신호(503)는 라인(444)에서의 제어 신호를 나타내며 또한 "너무 낮은 전력" 신호로 언급된다. 마지막으로 신호(504)는 각각 스위치들(221a 및 221n)을 작동하게 하는 신호를 나타내며, RF 신호 레벨이 상한(스위치 221a가 작동) 혹은 하한(스위치 221n이 작동)과 비교되었는지 여부를 나타내는 신호로 생각된다. 도 5에서, 세 가지 다른 상황(1-3)이 도시된다. 상태(1)에서 RF 레벨 분석 회로는 고 전력 측정 모드에 있어서(이는 스위치(221a)가 작동하고 스위치(221n)는 작동하지 않음), RF 신호 레벨은 상한에 비교된다. 그 다음, 신호(501)(컴패러 출력 242)는 낮고 제 1 측정 싸이클이 끝나면(즉, 두 번째 지움 신호 전에), 비교기 결과는 샘플링되고 신호(502)(너무 높은 전력)는 높은 로직으로 설정된다. A 지점(상태 2)의 시간에, RF 전력 신호는 감소하고 상한보다 낮아지면, 신호(501)은 높은 로직으로 변한다. 그러므로, 이제 RF 신호 레벨 상태를 명확하게 하기 위해 하한의 측정이 필요하기 때문에, 대응 측정 싸이클의 끝에, 신호(502)(너무 높은 전력)는 낮은 로직으로 설정되고 신호(504)도 낮은 로직으로 설정된다. 즉, 스위치(221a)는 작동하지 않고 스위치(221n)는 작동하게 되며, 상기 RF 신호 레벨은 하한과 비교된다. 상태(2) 동안에 상기 RF 신호 레벨이 상기 상한 및 하한에 의해 정의된 범위 내라고 가정하면, 대응 측정 싸이클의 끝에, 신호(504)는 다시 높은 로직으로 설정되어 상기 상한과의 비교를 시작한다. 상기 RF 신호 레벨은 여전히 특정된 범위 내에 있기 때문에, 상기 신호(501)(비교기 출력 242)는 높은 로직으로 변한다. 그때, B 지점의 시간에, RF 신호 레벨이 감소하여 하한 아래가 된다고 가정한다. 그러므로, 신호(501)는 높은 로직으로 남아있고 신호(504)는 낮은 로직이 되어 하한과의 비교를 시작한다. 그 다음, 신호(501)는 여전히 높은 로직 상태에 있다. 그러므로, 대응 측정 싸이클의 끝에, 신호(503)(너무 낮은 전력)는 높은 로직으로 설정된다. 따라서, 두 개의 측정 싸이클 동안, DAC 제어 로직(480)은 상기 RF 신호 레벨의 명확한 평가를 수신하고, 이에 대응하여 상기 DAC(401)에 공급되는 기준 전압을 조정할 수 있다.

RF 신호 레벨 분석 회로(100 혹은 200)가 또한 수신된 RF 신호 레벨을 나타내는 제어 신호를 공급하기 위해 송수신 디바이스의 수신 측에 제공되어, 이 제어 신호를 기초로 하여 적절한 제어 동작이 실행됨을 인지해야 한다.

본 발명은 이동 전화, WLAN들과 같은 대중 제품에서 사용가능한 회로 디자인에서의 개량에 관한 것이다. 결과적으로, 본 발명은 산업 생산 분야에서 매우 유리하다.

Claims (10)

1. 적어도 하나의 기준 전압을 제공하도록 된 기준 전압 소스(110)와;

   상기 적어도 하나의 기준 전압을 수신하고 상기 적어도 하나의 기준 전압에 대응하는 AC 기준 전압을 생성하도록 된 DC/AC 컨버터(120)와;

   상기 AC 기준 전압 및 검출될 무선 주파수 신호를 수신하고, 기준 포락선 신호 및 무선 주파수 포락선 신호를 생성하도록 된 포락선 검출기(130,150)와, 여기서 상기 포락선 검출기(130, 150)는 실질적으로 동일한 제 1 검출부(130) 및 제2 검출부(150)를 포함하고, 상기 제 1 검출부(130)는 상기 적어도 하나의 AC 기준 전압을 수신하고 그리고 상기 제 2 검출부(150)는 상기 무선 주파수 신호를 수신하도록 되어있으며; 그리고

   상기 무선 주파수 포락선 신호 및 상기 기준 포락선 신호를 수신하고, 비교기 회로(140)의 비교 결과를 나타내는 비교기 출력 신호를 생성하도록 된 비교기 회로(140)를 포함하는 집적 무선 주파수 신호 레벨 분석 회로.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 기준 전압 소스(110;210)는 직렬 연결된 복수의 저항들(212a,...,212n)을 포함하는 집적 무선 주파수 신호 레벨 분석 회로.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 기준 전압 소스는 특정된 전압 레벨에 대한 상한 및 하한을 결정하는 적어도 두 개의 기준 전압들을 제공하도록 된 집적 무선 주파수 신호 레벨 분석 회로.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 특정된 전압 레벨을 선택하도록 된 제어 회로(260)를 더 포함하는 집적 무선 주파수 신호 레벨 분석 회로.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 기준 전압 소스(110)에 연결되고 상기 DC/AC 컨버터(120)에 상기 적어도 하나의 기준 전압을 선택적으로 공급하도록 배열된 복수의 스위치들(121, 221a,...,221n)을 더 포함하는 집적 무선 주파수 신호 레벨 분석 회로.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 기준 전압 소스(110)는 복수의 기준 전압들을 제공하도록 되어있고,

   상기 DC/AC 컨버터(120)는 동일한 신호 경로에서 상기 복수의 기준 전압 각각을 변환하도록 된 집적 무선 주파수 신호 레벨 분석 회로.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 포락선 검출기(130,150)는 AC 커플된 소스 팔로워(131,151)를 포함하는 집적 무선 주파수 신호 레벨 분석 회로.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 포락선 검출기(130,150)는 적분 커패시터(133,153)를 더 포함하는 집적 무선 주파수 신호 레벨 분석 회로.
9. 삭제
10. 제 1항에 있어서,

    상기 포락선 검출기(130,150,230,250)는 상기 포락선 검출기의 출력을 재설정하도록 된 스위치 소자(233,253)를 더 포함하는 집적 무선 주파수 신호 레벨 분석 회로.

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