KR101089028B1 - 극성 피드백을 가지는 선형 ｒｆ 증폭기 - Google Patents

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Abstract

극성 피드백 제어를 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템(100)이 개시된다. 상기 시스템은 피드백-정정된 제어 신호에 기반하여 RF 신호를 변조하도록 구성된 피드백-제어된 변조기(110)를 포함할 수 있다. 상기 변조기(110)는 또한 변조된 RF 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 시스템은 피드백 위상 제어 신호에 기반하여 변조된 RF 신호의 위상을 정정하도록 구성된 위상 변위기를 포함할 수도 있다. 상기 시스템은 또한, 상기 변조기, 및/또는 위상 변위기와 통신하는 전력 증폭기(112)를 포함한다. 상기 증폭기(112)는 변조된 RF 신호를 증폭하고, 증폭된 RF 출력 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 시스템은 또한, 상기 피드백-정정된 제어 신호 및/또는 피드백 위상 제어 신호를 포함하는 극성 피드백 신호들을 생성하도록 구성된 피드백 네트워크(116)도 포함한다.
Figure R1020097025299
진폭, 위상, 발진기, 피드백 네트워크, 변조기, 복조기, 피드백 신호, 제어 신호, 통신, RF 신호

Description

극성 피드백을 가지는 선형 ＲＦ 증폭기{LINEAR RF AMPLIFIER WITH POLAR FEEDBACK}
본 발명은 일반적으로 무선 주파수(RF) 신호의 선형 증폭용 시스템에 관한 것이며, 더 상세하게는, 극성 피드백을 사용하는 RF 신호의 선형 증폭용 시스템에 관한 것이다.
다수의 형태의 무선 통신들을 포함한 다양한 응용물(application)들은 무선-주파수(RF) 전송을 사용한다. 예를 들어, RF 반송파는 통신될 정보를 포함한 기저대역 신호를 가지고 변조될 수 있다. 이어서 상기 변조된 RF 신호는 증폭되어 전송될 수 있다. RF 신호의 증폭에는, 이가 왜곡되지 않게 보장하도록 어느 정도의 주의가 있어야만 한다. RF 전송이 왜곡되면, 수신기는 RF 신호를 적절하게 복조하고, 최초 기적대역 신호를 회복할 수 없을 수 있다.
왜곡을 회피하기 위해, 증폭 과정(process)은 상대적으로 선형으로 유지되어야만 한다. 이를 달성하는 한 방법은 고도의 백오프(backed-off) 증폭기(즉, 최대전력용량 이하에서 잘 동작하는 증폭기)를 사용하는 것이다. 증폭기를 백오프함에 의해, 이는 상대적으로 선형의 방식으로 동작할 수 있다. 그러나, 증폭기는 전형적으로 그의 최대용량으로부터 멀게 백오프될 경우, 매우 불충분하게 동작한다.
왜곡을 회피하는 다른 방법은 증폭된 RF 신호의 비선형성을 정정하는 피드백을 사용하는 것이다. 주요한 피드백, 구체적으로 음의 피드백(negative feedback)이 수십 년간 공지되었다. 고성능의 음성 증폭기는 가청왜곡(audible distortion)을 매우 낮은 수준으로 줄이기 위해 전형적으로 다량의 음의 피드백을 사용한다. 주요하게는, 직접적인 음의 피드백(출력이 수동형 피드백 네트워크를 통해 원래의 입력에 연결되는)이 마찬가지로 RF 증폭기에 적용될 수 있다. 그러나 뚜렷한 선형화를 획득하기 위해서는 초고도의 시스템 이득이 필요하다. 음성 주파수에서 고도의 시스템 이득을 획득하는 것은 상대적으로 쉽지만, 무선 주파수에서는 용이하지 않다. 결과로서, 직접적인 음의 피드백은 RF 전력 증폭기들에 제한되었으며, 최저결과만을 제공해왔다.
RF 신호의 직접적인 음의 피드백에 대한 대안으로서, 상기 RF 신호는 고 이득이 획득될 수 있는 기저대역(즉, 음성 주파수와 유사한 저 주파수 신호)으로 변환될 수 있다. 다음으로 고도로 증폭된 기저대역 신호는 도로 RF 신호로 변환될 수 있으며, RF 증폭기의 입력에 적용될 수 있다. 이러한 과정은 RF로부터 기저대역으로 신호를 복조하고, 다음으로 증폭된 기저대역 신호를 도로 RF로 변조하는 것을 필요로 한다.
데카르트의 피드백 시스템에서, 복조 과정은 "동위상(in-phase)" 및 "직각 위상(quadrature)" 또는 "IQ" 신호들을 생성한다. 데카르트 피드백 시스템은 온도와 같은 동작 환경에 민감하며, 매우 단단히 제어된 위상 특징들을 가지는 IQ 복조기 및 변조기를 필요로 한다. 상기 위상 특징들을 적절히 제어하기 위해, 데카르트 피드백은 이행하고 조정하기 어려운 복잡한 보조 제어 시스템을 필요로 한다. 또한, 데카르트 피드백을 사용하는 시스템은 전형적으로 비용이 많이 들며, 복잡하다. 결과로서, 데카르트 피드백은 2방향 무선 통신과 같은 특정 형태의 RF 응용물에 바람직하지 않다.
이에 따라, RF 신호의 선형 증폭에 효과적인 시스템에 대한 수요가 있다. 또한, 상대적으로 간단하면서, 저렴한 RF 응용 시스템에 대한 필요가 있다.
본 발명에서는 RF 신호의 전력 증폭을 위한 시스템에 의해 해결책이 제공된다.
상기 시스템은 피드백-정정된 제어 신호에 기반하여 RF 신호를 변조하도록 구성된 피드백-제어 변조기를 포함한다. 상기 변조기는 또한, 변조된 RF 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 시스템은 또한, 변조기와 통신하는 전력 증폭기를 포함한다. 상기 증폭기는 변조된 RF 신호를 증폭하고, 증폭된 RF 출력 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 시스템은 전력 증폭기와 통신하는 진폭 검출기도 포함한다. 상기 진폭 검출기는 증폭된 RF 출력 신호의 진폭 특성을 검출하고, 진폭 피드백 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 시스템은 진폭 검출기 및 변조기와 통신하는 피드백 네트워크를 포함한다. 상기 피드백 네트워크는 최초 파형의 진폭 성분과 상기 진폭 피드백 신호 간의 차이에 기반하여 피드백-정정 제어 신호를 생성하도록 구성된다.
본 발명은 첨부 도면과 관련하여 실시예의 방법에 의해 지금 기술될 것이다. 또한, 도면에서, 유사 참조 번호는 상이한 관점들에 걸친 해당 부품들을 지정한다.
도 1은, 본 발명의 일 측면에 의하여, 극성 피드백을 사용하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 피드백을 사용하며, 위상 변조기를 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 피드백을 사용하며, 주파수 변조기를 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 피드백을 사용하며, 세 개 채널의 신호방식(signaling)을 위한 IQ 변조기를 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 의하여, 도 4에 도시된 시스템의 변화를 도시하는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 도 4에 도시된 시스템의 다른 변화를 도시하는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 피드백을 사용하며, 단일 변조기를 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 피드백을 사용하며, 직접 디지털 합성을 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 피드백을 사용하며, IQ 복조기를 사용한 진폭 검출을 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템을 도시하는 블록도 이다.
도 10은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 피드백을 사용하며, IQ 복조기를 사용한 진폭 및 위상 검출을 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 피드백을 사용하며, IQ 변조기를 사용한 진폭 및 위상 검출을 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 다른 측면에 의하여, 복조기 출력 버퍼의 오프셋 조정을 널링(nulling)하는 회로를 도시하는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 변조기 입력 버퍼의 오프셋 조정을 널링하는 회로를 도시하는 블록도이다.
본 발명의 실시형태들은 증폭기, 전송기 등을 포함한 RF 신호의 전력 증폭용 시스템들을 포함한다. 이 출원서에 기재된 실시형태들은 예를 들어, 2방향 무선기, 동시방송 통신 시스템 및 이동전화와 같은 광범위의 응용물들에서 실행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 의하여 극성 진폭 피드백을 사용한 선형 증폭용 시스템(100)을 도시하는 블록도이다. 극성 진폭 피드백이 극성 피드백 네트워크의 크기 채널(magnitude channel)에 기초하여 제공된다. 상기 시스템(100)은 출력 신호(104)를 생성하기 위해 RF 신호(102)를 변조하고 증폭한다. 진폭 변조기(110)에 의해 변조가 제공되며, 전력 증폭기(112)에 의해 변조가 제공된다. 상기 진폭 변조 기(110) 및 전력 증폭기(112)는 특정 응용물에 따라서 다르게 적절한 형태들 취할 수 있다. 예를 들어, 상기 변조 및 증폭 기능들은 단일 장치 내에 결합될 수 있거나, 또는 다수의 장치로 분배될 수 있다. 또한, 전력 증폭기(112)(또는 전력 증폭기들)는 선형 동작을 필요로 하지 않는다. 상기 시스템(100)은 전력 증폭기(112)에 의해 도입된 왜곡 또는 비선형성을 정정하기 위해 극성 진폭 피드백 네트워크(116)를 포함한다.
진폭 검출기(114)는 위상 성분과 무관하게 출력 신호(104)의 진폭 성분을 감지한다. 예를 들어, 상기 진폭 검출기(114)는 신호의 포락선 검출기일 수 있다. 상기 진폭 검출기(114)는 극성 진폭 피드백 네트워크(116)에 진폭 성분을 나타내는 신호를 제공한다. 상기 극성 진폭 피드백 네트워크(116)는 피드백 제어(116A)를 포함한다. 출력 신호(104)의 진폭 성분에 더하여, 피드백 제어(116A)는 최초 입력 파형의 진폭 성분을 나타내는 신호(106)도 수신한다. 이들 두 신호에 기반하여, 피드백 제어(116A)는 극성 진폭 피드백 제어 신호를 생성하며, 진폭 변조기(110)에 이러한 신호를 제공한다. 상기 진폭 변조기(110)는 증폭된 출력 신호(104)의 비선형성을 조정하기 위해 극성 진폭 피드백 제어 신호를 사용한다.
인입한 RF 신호(102)는 진폭 변조기(110)에 이르기 전에 이미 일부가 변조될 수 있다. 예를 들어, 인입한 RF 신호(102)는 최초 파형으로부터의 위상 정보를 사용하여 사전에 변조되었다. 대안적으로, 상기 인입한 RF 신호(102)는 최초 파형으로부터의 진폭 및 위상 정보 모두를 사용하여 사전에 변조되었다.
도 2는 본 발명의 다른 측면에 의하여 극성 진폭 피드백을 사용한 RF 신호의 전력 증폭용 시스템(200)을 도시하는 블록도이다. 도 1에 도시된 시스템(100)과 유사하게, 도 2의 증폭 시스템(200)은 증폭 변조기(210), 전력 증폭기(212), 진폭 검출기(214), 및 극성 진폭 피드백 네트워크(216)를 포함한다. 상기 시스템(200)은 디지털 신호 처리기(DSP)(220) 및 위상 변조기(230)도 포함한다. DSP(220)는 변조 소스(222)를 통해 IQ 형식의 최초 파형을 제공한다. DSP는 또한, 최초 IQ 파형의 극성 위상 및 크기 성분들을, 각각 분리하는 아크탄젠트(Arctangent) 및 크기 (magnitude) 함수들(224,226)을 포함한다. 이들 함수로부터의 출력에 기반하여, DSP(220)는 위상 성분 신호(208)와 진폭 성분 신호(206)를 생성한다.
위상 변조기(230)는 위상 성분 신호(208)를 수신하고, 상기 위상 성분 신호(208)에 기반하여 RF 반송파 신호를 변조하여, 부분적으로 변조된 RF 신호(202)를 생성한다. RF 반송파 소스(240)는 제1의 RF 반송파 신호를 생성한다. 도 2에 도시된 시스템에서, 상기 부분적으로 변조된 RF 신호는 위상 변조되지만, 진폭 변조되지는 않는다. 진폭 변조기(210)는 극성 진폭 피드백 네트워크(216)로부터 수신된 피드백 제어 신호에 기반하여 상기 부분적으로 변조된 RF 신호를 진폭 변조한다. 결과한 완전히 변조된 RF 신호는 출력 신호로서 증폭을 위해 여자기를 통해 전력 증폭기(212)로 송신된다.
도 1에 도시된 시스템(100)에서와 같이, 상기 시스템(200)은 위상 성분과 무관하게 출력 신호(104)의 진폭 성분을 감지하는 진폭 검출기(214)를 포함한다. 상기 진폭 검출기(214)는 극성 진폭 피드백 네트워크(216)에 진폭 성분을 나타내는 신호를 제공한다. 상기 극성 진폭 피드백 네트워크(216)는 최초 파형의 진폭 성 분(206)과 출력 신호의 감지된 진폭 간의 차이에 기반하여 극성 진폭 피드백 제어 신호를 생성하는 차 성분을 포함한다. 상기 극성 진폭 피드백 제어 신호는 고 이득의 적분 증폭기(integrating amplifier)(216B)에 의해 증폭되며, 진폭 변조기(210)로 제공된다. 상기 진폭 변조기(210)는 증폭된 출력 신호(204)의 비선형성을 조정하기 위해 극성 진폭 피드백 제어 신호를 사용한다.
도 2의 증폭 시스템(200)은 RF 신호의 간단하면서 효과적인 선형 증폭을 제공한다. 이 구성에 존재하는 고 이득의 음의 피드백으로 인해, 상기 시스템은 검출기 출력이 소망하는 진폭 변조 파형에 실제로 동일하도록 압력을 가할 것이다. 극성 진폭 피드백의 이러한 사용은 진폭 변조기(210), 여자기(218), 또는 전력 증폭기(212)에 의해 도입된 어떠한 왜곡도 정정한다. 이는 일반적으로, 개루프(open loop) 시스템에서 포화에 근접하게 증폭기를 동작하는 것으로부터 결과하는 왜곡 위험 없이 포화에 근접하게 전력 증폭기(212)의 효과적인 동작을 가능하게 한다. 또한, 극성 진폭 피드백 네트워크(216)에 필요한 성분들은 상대적으로 간단하면서도, 저렴하다. 그러나, 상기 시스템(200)의 위상 변조는 특정 응용물에 대해 교환 조건(trade-off)을 필요로 한다. 아날로그 위상 변조기는 전형적으로 +/- 180도의 위상 편이로 제한된다. 다수의 응용물들은 +/- 180도보다 큰 위상 편이를 필요로 한다. 대안적인 구성은 도 3에 보이는 바와 같은 주파수 변조기를 사용하는 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 진폭 피드백을 사용하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템(300)을 도시하는 블록도이다. 시스템(300)은 주파수 변조 기(330)를 포함한다는 것을 제외하면, 상기 시스템(300)은 도 2에 도시된 시스템(200)과 유사하다. 또한, 상기 시스템(300)의 DSP(320)는 최초 파형의 주파수 변조 성분을 분리하는 미분기(differentiator) 함수(328)를 포함한다. 이러한 함수의 출력에 기반하여, DSP(320)는 주파수 변조기(330)로 통과하는 주파수 성분 신호(308)를 생성한다. 주파수 변조기(330)는 주파수 성분 신호(308)에 기반하여 RF 반송파 신호를 변조하며, 부분적으로 변조된 RF 신호(302)를 생성한다. 상기 부분적으로 변조된 RF 신호(302)는 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 극성 피드백-제어된 진폭 변조 및 증폭을 위해 진폭 변조기(310)로 통과한다.
도 3에 도시된 상기 시스템(300)은 도 2의 시스템(200)의 모든 이점들을 포함하며, +/- 180도 이하의 위상 편이에 제한되지 않는다. 그러나, 상기 시스템(300)에 의해 요구되는 주파수 처리 및 변조는 특정 응용물들에 대한 도전을 제공할 수 있다. 주파수 성분 신호를 생성하기 위해 필요한 미분 함수(328)는 일반적으로 미분의 근사치를 실행하기 위해 유한 미분(finite differential)을 사용한다. 이는 진폭 신호 성분(306)과 주파수 성분 신호(308) 사이의 시간 지연을 결과한다. 이러한 시간 지연은 출력 신호(304)의 왜곡을 야기할 수 있다. 신호 감쇠(degradations)는 시간 지연을 최소화하기 위해 초고의 샘플비로 미분을 실행함에 의해 완화될 수 있다. 그러나 이러한 과정은 여분의 처리기 전력 및/또는 속도를 필요로 할 수 있다.
상술한 위상 및 주파수 변조기의 대안으로서, IQ 변조기가 초기 RF 변조를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 진폭 피드백을 사용하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템(400)을 도시하는 블록도이다. 도 4에 도시된 시스템(400)은, 상기 시스템(400)이 위상/주파수 변조기 대신에 IQ 변조기(430)를 포함한다는 것을 제외하면, 도 2 및 도 3의 시스템(200,300)과 유사하다. 또한, 상기 시스템(400)의 DSP(420)는 아크탄젠트 함수(424)로부터 위상 성분 신호를 수신하는 코사인(428A) 및 사인(428B) 함수들을 포함한다. 상기 코사인(428A) 및 사인(428B) 함수들은 위상 성분 신호를 정진폭(constant-amplitude)의 동위상(408A) 및 직각 위상(408B) 성분 신호로 분해시킨다. 이들 정진폭의 IQ 신호들(408A,408B)은 RF 반송파 신호를 변조하기 위해 그들을 사용하는 IQ 변조기(430)로 통과한다. 상기 IQ 변조기(430)는 변조된 RF 신호(402)를 생성하며, 이는 진폭 변조기(410)로 통과한다. 실제로, 상기 부분적으로 변조된 RF 신호(402)는 이가 최초 파형으로부터 어떠한 진폭 정보도 포함하지 않기 때문에 위상 변조된다. 상술한 시스템으로, 진폭 정보는 진폭 변조기(410) 및 극성 진폭 피드백 제어 네트워크(416)를 통해 부가된다. 상기 극성 진폭 피드백 네트워크(416)는 상술된 동일한 이점의 간단하면서도 효과적인 선형 증폭을 제공한다.
도 4에 도시된 시스템(400)은 상술한 위상 및 주파수 변조 방식(scheme)의 제한들을 회피하기 위해 세 개 채널의 신호방식(signaling)을 사용한다. 상기 세 개 채널들의 제1은 극성 진폭이다. 다른 두 개의 채널들은 극성 위상의 동위상 및 직각 위상 성분들이다. 이러한 세 개 채널의 접근법은 비제한적인 위상 편이를 가능하게 하며, 주파수 변조에 필요한 미분 함수에 의해 야기된 지연을 회피한다.
도 5와 도 6은 도 4에 도시된 시스템(400)의 변화를 도시한다. 아크탄젠트, 코사인 및 사인 함수들 대신에, 도 5에 도시된 시스템(500)의 DSP(520)는 정상화 함수(normalization function)를 포함한다. 상기 정상화 함수(528)는 극성 위성의 동위상(508A) 및 직각 위상(508B) 성분들을 분리하기 위해 극성 진폭으로 최초 파형의 IQ 신호들을 나눈다. 이들 신호들(508A,508B)은 IQ 변조기(530)에 제공되며, 상기 시스템(500)의 나머지는 도 4에 도시된 시스템(400)과 똑같다.
도 6의 시스템(600)은 유사하지만, 정상화 함수(528)가 없다. 이 시스템(600)에서, 최초 파형의 IQ 신호는 IQ 변조기(630)에 직접적으로 제공된다. 결과로, IQ 변조기(630)는 최초 파형의 진폭 및 위상 모두에 기반하여 RF 반송파 신호를 변조하며, 결과한 변조된 RF 신호(602)를 진폭 변조기(610)로 통과시킨다. 이러한 시스템(600)의 한 이점은 DSP(620)가 도 4 및 도 5에 도시된 DSP들(420,520)에 비해 간단하다는 것이다. 진폭 변조기(610)의 입력에서 진폭 성분의 존재 또는 부재와 상관없이, 극성 진폭 피드백 네트워크(616)는 여전히 소망하는 극성 진폭에 시스템 출력이 실제로 동일하도록 압력을 가한다. 시스템(600)의 나머지는 도 4 및 도 5에 도시된 시스템들(400,500)과 똑같이 동작한다.
상술한 시스템의 다른 대안은 IQ 및 진폭 변조기들의 함수들을 결합하는 것이다. 예를 들어, 도 7은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 진폭 피드백을 사용하며, 단일 변조기(710)를 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템(700)을 도시하는 블록도이다. 상기 시스템(700)은 정진폭의 IQ 위상 성분 신호들(708A,708B)과 극성 진폭 피드백 네트워크(716)로부터의 진폭 피드백 제어 신호를 결합하도록 구성된 한 쌍의 아날로그 승산기들(750A,750B)을 포함한다. 상기 결합된 신호는 RF 반송파 신호의 변조를 위해 단일의 IQ 변조기(710)로 통과한다. 전력 증폭기(712), 진폭 검출기(714), 및 DSP(720)를 포함한 시스템(700)의 나머지는 상술한 시스템들과 유사한 방식으로 동작한다.
도 8에 도시된 또 다른 대안적인 증폭 시스템은 초기 위상 변조 대신에 직접 디지털 합성을 사용한다. DSP(828)는 최초 파형의 IQ 신호들에 기반하여 변조된 RF 신호(802)를 직접적으로 합성하도록 구성된 직접 디지털 합성 함수(828)를 포함한다. 진폭 변조기(810), 여자기(818), 전력 증폭기(812), 진폭 검출기(814), 및 극성 진폭 피드백 네트워크(816)를 포함하는 상기 시스템의 나머지는 도 2 내지 6과 관련하여 상술한 것과 유사한 방식으로 동작한다.
상술한 모든 시스템들에서, 극성 진폭 피드백은 소망하는 진폭 출력에 진폭 검출기의 출력이 실제로 동일하도록 압력을 가한다. 상기 진폭 검출기가 그 자체로 선형인 경우, 그때 검출기 입력 및 출력은 서로 비례할 것이며, 이는 상기 시스템 출력이 소망하는 진폭 출력에 실제로 동일하다는 것을 의미한다. 그러나, 진폭 검출기에 의해 도입된 비선형성은 똑같은 반대량(equal and opposite amount)으로 왜곡되는 시스템 출력을 야기할 것이다. 결과로, 선형 검출기를 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다.
초선형 다이오드 기반의 진폭 검출기가 이용가능하며, 여기 상술한 시스템들과의 사용에 적합하다. 일반적으로, 그러나 동기 진폭 검출기는 전형적인 다이오드 검출기보다 더욱 선형이다. IQ 복조기(직교 복조기로도 공지된)는 전형적으로 동위상 발진기 주입(injection)을 가지는 하나와, 직각 위상 발진기 주입을 가지는 다 른 하나의 두 개의 동기 검출기로 이루어진다. 상기와 같은 복조기의 I-채널은 도 9에 도시된 바와 같은 진폭 검출을 제공할 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 측면에 의하여, 극성 진폭 피드백을 사용하며, IQ 복조기(914)를 사용한 진폭 검출을 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템(900)을 도시하는 블록도이다. IQ 복조기(914) 외에, 상기 시스템(900)은 고정 위상 변위기(fixed phase shifter)도 포함한다. 상기 고정 위상 변위기(960)는 IQ 변조기(930)로부터 위상 변조된 RF 신호(902)를 수신하고, 상기 IQ 변조기(930)의 위상과 IQ 복조기(914)의 국부 발진기를 동기화하도록 구성된다. IQ 복조기(914)의 국부 발진기가 IQ 변조기(930)에 의한 위상 변조 후에 얻어지기 때문에, 국부 발진기는 증폭된 RF 출력 신호(904)의 위상을 추적할 것이다.
IQ 복조기(914)의 I-채널 출력은 A가 복조기의 입력이고, θ가 복조기의 국부 발진기 위상이라고 일컬어지는 복조기의 입력 위상인 A*cos(θ)에 비례한다. 상술한 위상 추적으로, θ = 0, 때문에 cos(θ) = 1이다. 결과로서, I-채널 출력은 A, 입력의 진폭에 비례한다. 이와 같이, 복조기(914)의 I-채널은 극성 진폭 피드백 네트워크(916)를 위한 효과적인 진폭 피드백 신호를 제공한다. DSP(920), IQ 변조기(930), 진폭 변조기(910), 여자기(918), 및 전력 증폭기(912)를 포함한 도 9의 시스템(900)의 나머지는 도 4와 관련하여 상술한 것과 유사한 방식으로 동작한다.
IQ 복조기(914)의 I-채널은 여자기(918) 및 전력 증폭기(912)에 의해 도입된 위상 왜곡이 없는 경우에만, 순수한 진폭 검출을 제공한다. 이들 성분들 중의 어느 하나라도 위상 왜곡을 도입한다면, 그때 θ ≠ 0이고, IQ 복조기(914)의 I-채널은 증폭된 RF 출력 신호(904)의 진폭 성분을 순전히 반영하지 않을 것이다. 한편, 전체 위상 왜곡이 작은 경우, 그때 θ는 작게 유지될 것이며, cos(θ) ≒ 1이다.
θ = 0인 것을 보장하기 위해, 도 9의 시스템(900)은 극성 위상 피드백을 포함한 완전 극성 피드백(full polar feedback)을 포함하도록 개조될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 완전 극성 피드백을 사용하며, IQ 복조기(1014)를 사용한 진폭 및 위상 검출을 포함하는 RF 신호의 전력 증폭용 시스템(1000)을 도시하는 블록도이다. IQ 복조기(1014)의 Q-채널 출력은 A*sin(θ)에 비례한다. 이러한 출력은 θ = 0인 한, 0이다. 그러나 소각(small angle)들에 대해서는, sin(θ) = θ이며, 때문에 Q-채널 출력은 소각들의 θ에 비례한다. 결과로서, Q-채널 출력은 국부 발진기 신호의 위상에 비례하여 증폭된 RF 출력 신호(1004)의 위상을 나타내는, 위상 검출기로서 효과적으로 작용한다. 이는 Q-채널 출력이 극성위상 피드백 신호로서 작용하게 한다.
적분 증폭기(1016C)에 의한 증폭 후에, 상기 Q-채널 출력에 의해 제공된 극성 위상 피드백 신호는 전압-제어된 위상 변위기(10106D)를 제어하기 위해 사용된다. 음의 피드백으로 인해, 상기 완전 극성 피드백 네트워크(1016)의 위상부는 IQ 복조기의 채널 출력이 O이 되도록 압력을 가할 것이다. 이러한 방식으로 상기 적분 증폭기(1016C)는 상기 전압-제어된 위상 변위기(1016D)가 여자기(1018) 또는 전력 증폭기(1012)에 의해 도입된 어떠한 초과 위상도 무효로 하게 한다. 이는 여자기(1018) 및/또는 전력 증폭기(1012)로부터 결과할 수 있는 어떠한 위상 왜곡도 제거하는 추가 이점을 제공한다. 상기 과정에서, θ은 마찬가지로 0으로 압력이 가해 지고, 이는 IQ 복조기의 I-채널 출력이 증폭된 RF 출력 신호(1004)의 진폭을 정확하게 추적하도록 보장한다. 상기 시스템(1000)의 나머지 성분들은 도 4 및 도 9와 관련하여 상술한 것과 유사한 방식으로 동작한다.
도 9 및 도 10에 도시된 IQ 복조기들(914,1014) 및 극성 피드백 네트워크들(916,1016) 상의 변화는 극성 위상 및/또는 진폭 피드백에 대한 다양한 가능성들을 제공한다. 예를 들어, 완전 극성 피드백 네트워크(1016)의 위상 성분들(1016C, 1016D)은 진폭 성분들(1016A,1016B)과 무관하게 사용될 것이다. 반대로, 완전 극성 피드백 네트워크(1016)의 진폭 성분(1016A,1016B)은 위상 성분들(1016C, 1016D)과 무관하게 사용될 것이다(도 9에 도시). 진폭 전용(amplitude-only) 피드백 네트워크는 여자기(1018)와 전력 증폭기(1012)가 약간의 위상 왜곡(즉, θ가 작으며, cos(θ) = 1) 또는 위상 왜곡을 가지지 않을 시에 특히 효과적이다. 이들 성분들 중의 어느 하나 또는 모두로부터의 위상 왜곡이 현저한 경우, 완전 위상 진폭 및 위상 피드백 네트워크(1016)가 사용될 수 있다. 대안적으로, 선형의 다이오드 기반 진폭 검출기가 완전 극성 피드백 네트워크(1016)의 위상 성분들(1016C,1016D) 없이, IQ 복조기(1014) 대신에 사용될 수 있다.
완전 극성 피드백 네트워크(1016)의 사용은 전통적인 데카르트 피드백 네트워크에 비해 다양한 이점들을 제공한다. 예를 들어, 극성 위상 및 진폭 피드백 루프들은 독립적이며, 다함께 또는 개별적으로 동작할 수 있다. 전통적인 데카르트 피드백 네트워크에서, I 및 Q 피드백 루프들은 상호의존적이며, 독립적으로 삭제되거나 기능을 억제할 수 없다. 또한, 도 10에 도시된 IQ 복조기(1014)의 위상(θ)은 자동으로 설정된다. 데카르트 피드백 방식은 이 위상을 설정하기 위해 추가적인 제어 시스템을 필요로 한다.
완전 극성 피드백 네트워크는 도 6에 도시된 증폭 시스템(600)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 11은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 완전 극성 피드백을 사용하며, IQ 변조기를 사용한 진폭 및 위상 검출을 포함하는 전력 증폭용 시스템을 도시하는 블록도이다. 도 6의 시스템(600)으로, 도 11에 도시된 DSP(1120)는 IQ 변조기(1130)에 최초 파형의 IQ 신호들(1108A,1108B)을 직접적으로 제공한다. 일부 응용물들에서, IQ 복조기(1114)의 국부 발진기가 진폭 변조 성분을 포함한 입력을 수신하는 것이 바람직하지 않을 수 있다. 이를 회피하기 위해, 상기 시스템(1100)은 두 개의 추가적인 성분들을 포함하도록 구성될 수 있다. 먼저, DSP는 신호를 역함수의 그의 진폭으로 승산함에 의해 위상 성분을 분리하는데 사용될 수 있는 1/A 함수(1126B)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 함수(1126B)의 출력은 그때 제2의 추가 성분, 진폭 변조기(1162)를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 이와 함께, 이들 두 성분들(1126A, 1162B)은 입력으로부터 고정 위상 변위기(1160)에 이르기까지 진폭 변조 성분을 제어한다. 결과로서, IQ 복조기(1114)의 국부 발진기로의 입력은 진폭 변조가 없다. 도 11에 도시된 나머지 성분은 도 9 및 도 10과 관련하여 상술한 것과 유사한 방식으로 동작한다.
일부 형태의 진폭 변조기들은 초과 수준의 반송파 누설을 경험한다. 또한, 특정한 IQ 복조기들은 초과의 DC 오프셋 수준(offset level)을 경험한다. 이러한 문제점들을 처리하기 위해, 누설 및/또는 오프셋이 문제를 나타내는 응용물들 및 상황들에 널링 회로(nulling circuit)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 12는 본 발명의 다른 측면에 의하여, 복조기 출력 버퍼의 오프셋 조정을 널링하기 위한 회로(1200)를 도시하는 블록도이다. 상기 회로(1200)는 IQ 복조기(1214)의 I-채널 출력을 위한 버퍼(1270)를 포함한다. 상기 회로(1200)는 IQ 복조기(1214)의 Q-채널 출력을 위해 복제될 수 있다. 상기 버퍼(1270)는 2방향의 스위치(1278)에 연결되는 오프셋 조정 입력 단자를 구비한다. 상기 스위치(1278)는 버퍼(1270)의 오프셋 조정 입력 단자를 디지털 아날로그 변환기(DAC)(1276)의 출력, 또는 아날로그 디지털 변환기(ADC)(1274)에 연결된 적분 증폭기(1272)를 포함하는 피드백 루프의 복귀 단부에 선택적으로 연결한다. 정상 동작 동안에, 상기 스위치(1278)는 DAC(1276) 출력을 버퍼(1270)의 오프셋 조정 입력 단자에 연결한다. 잠시의 교정(calibration) 기간(예, << 1 밀리세컨드) 동안에, 상기 스위치는 피드백 루프에 근접하게 놓이며, 피드백이 시스템 내의 어떠한 오프셋도 무효화하게끔 하게 한다. 교정 동안에, ADC(1274)는 널링 전압을 판독하며, 그 값을 제어기로 보낸다. 제거기는 상기 값을 저장하고, DAC(1276)로 그것을 도로 보낸다. 교정 기간이 끝나고, 스위치가 그의 정상 위치로 복귀하면, 소망하는 널링 전압은 DAC(1276)를 통해 버퍼로 인가된다.
한번 IQ 복조기가 널링되면, 변조기의 어떠한 누설도 널링하기 위해 변조기-복조기 결합 주위에 유사한 구성이 적용될 수 있다. 이러한 경우, 피드백은 변조기를 선행하는 입력 버퍼에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 13은 본 발명의 다른 측면에 의하여, 변조기 입력 버퍼의 오프셋 조정을 널링하기 위한 회로(1300)를 도시하는 블록도이다. 상기 회로(1300)는 널링된 IQ 복조기(1314)와 쌍을 이루는 IQ 변 조기(1330)의 I-채널 입력을 위한 버퍼(1370)를 포함한다. 상기 회로(1300)는 IQ 변조기(1330)의 Q-채널 입력을 위해 복제될 수 있다. 버퍼(1370)는 2방향 스위치(1378)로 연결된 오프셋 조정 입력 단자를 포함한다. 스위치(1378)의 동작은 도 12와 관련하여 상술한 스위치(1278)의 것과 유사하다. 스위치(1378)는 버퍼(1370)의 오프셋 조정 입력 단자를 디지털 아날로그 변환기(DAC)(1376)의 출력 또는 아날로그 디지털 변환기(ADC)(1374)에 연결된 적분 증폭기(1372)를 포함하는 널링된(nulled) IQ 복조기의 I-채널 출력으로부터 피드백 루프의 복귀 단부에 선택적으로 연결한다. 정상 동작 동안에, 상기 스위치는 DAC 출력을 버퍼(1370)의 오프셋 조정 입력 단자에 연결한다. 잠시의 교정 기간(예, << 1 밀리세컨드) 동안에, 상기 스위치는 피드백 루프에 근접하게 놓이며, 피드백이 시스템 내의 어떠한 누설도 제거하게끔 하게 한다. 교정 동안에, ADC(1374)는 널링 전압을 판독하며, 그 값을 제어기로 보낸다. 제거기는 상기 값을 저장하고, DAC(1376)로 그것을 도로 보낸다. 교정 기간이 끝나고, 스위치(1378)가 그의 정상 위치로 복귀하면, 소망하는 널링 전압은 DAC(1376)를 통해 버퍼로 인가된다.
도 12 및 도 13에 도시된 널링 회로들(1200,1300)은 변조기/복조기가 정상(즉,개루프) 모드에서 얼마나 널링되는지에 따라, 주기적인 교정을 이용할 수 있다. 예를 들어, 온도와 동작이 항상 일관되면, 그때 교정은 이론적으로 단지 한번 필요할 수 있다. 실제로는, 보통 더욱 빈번히(예, 1시간당 한번, 1일당 한번 또는 증폭기/전송기가 켜질 때마다) 널링 회로들을 교정하는 것이 필요할 것이다.
본 발명의 방법 및 시스템은 소프트웨어, 하드웨어 또는 소프트웨어 및 하드웨어의 결합으로 실현될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 및 하드웨어의 전형적인 결합은 여기 기술된 함수들을 수행하기 위해 DSP를 제어하는 프로그램을 가지는 DSP일 수 있다. 여기 기술된 함수들을 실현하기 위해 채택한 어떠한 형태의 연산 시스템 또는 다른 장치들도 적합하다. 본 문맥에서, 프로그램은 정보 처리능을 가지는 시스템이 특정 함수를 실행하도록 고의된 명령어 세트의 어떠한 식, 어떠한 언어, 부호 또는 표기도 포함할 수 있다.
전술한 상세한 설명은 도시하기 위한 것으로, 이에 제한되는 것은 아니며, 모든 균등물을 포함한 다음의 청구항들은 이 발명의 범위를 정의하기 위한 것으로 의도된다. 본 기술의 보통기술을 가진 자 중의 하나는, 본 기술분야의 당업자에게 명백할 수 있는 바와 같이, 여기 기술된 상기 시스템 및 방법의 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (14)

  1. 적어도 최초 파형의 위상 성분을 나타내는 부분적으로 변조된 무선 주파수(RF) 신호의 전력 증폭용 시스템(1000, 1100)으로서,
    피드백-정정된 제어 신호에 기반하여 상기 부분적으로 변조된 RF 신호(1002, 1102)를 변조하고 변조된 RF 신호를 생성하도록 구성된 피드백-제어 변조기(910, 1010, 1110);
    상기 피드백-제어 변조기에 결합된 전력 증폭기(1012, 1112)로서 상기 변조된 RF 신호를 증폭하고 증폭된 RF 출력 신호(1004, 1104)를 생성하도록 구성된 상기 전력 증폭기;
    상기 전력 증폭기에 결합된 진폭 검출기로서 상기 증폭된 RF 출력 신호의 진폭 특성을 검출하고 진폭 피드백 신호를 생성하도록 구성된 상기 진폭 검출기;
    상기 진폭 검출기 및 상기 피드백-제어 변조기에 결합된 피드백 네트워크(916, 1016, 1116)로서 상기 최초 파형의 진폭 성분(1006, 1106)과 상기 진폭 피드백 신호 간의 차이에 기반하여 상기 피드백-정정된 제어 신호를 생성하도록 구성된 상기 피드백 네트워크;
    적어도 상기 최초 파형의 상기 위상 성분을 나타내는 IQ 신호쌍에 기반하여 RF 반송파 신호를 변조하고 상기 부분적으로 변조된 RF 신호를 생성하도록 구성된 IQ 변조기(930); 및
    상기 IQ 변조기에 결합된 고정 위상 변위기(960, 1060)로서 상기 부분적으로 변조된 RF 신호의 위상 특성에 기반하여 위상 편이된 신호를 생성하도록 구성된 상기 고정 위상 변위기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수(RF) 신호의 전력 증폭용 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 피드백-정정된 제어 신호는 피드백-정정된 진폭 제어 신호이고,
    상기 피드백-제어 변조기는 상기 피드백-정정된 진폭 제어 신호에 기반하여 상기 부분적으로 변조된 RF 신호를 진폭 변조하고 완전 변조된 상기 변조된 RF 신호를 생성하도록 구성된 진폭 변조기(210)인 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 부분적으로 변조된 RF 신호는 위상 변조된 RF 신호인 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 최초 파형의 상기 위상 성분(208)에 기반하여 상기 RF 반송파 신호를 위상 변조하고 상기 위상 변조된 RF 신호(202)를 생성하도록 구성된 위상 변조기(230)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 위상 변조기 및 상기 피드백 네트워크에 결합된 극성 신호 변환기(220)로서 직사각형 형태의 상기 최초 파형을 수신하고 상기 최초 파형을 상기 위상 성분 및 상기 진폭 성분으로 변환하도록 구성된 상기 극성 신호 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 최초 파형의 주파수 성분(308)에 기반하여 상기 RF 반송파 신호를 주파수 변조하고 상기 부분적으로 변조된 RF 신호를 생성하도록 구성된 주파수 변조기(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 주파수 변조기 및 상기 피드백 네트워크에 결합된 진폭/주파수 신호 변환기(320)로서 직사각형 형태의 상기 최초 파형을 수신하고 상기 최초 파형을 상기 주파수 성분 및 상기 진폭 성분으로 변환하도록 구성된 상기 진폭/주파수 신호 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  8. 삭제
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 IQ 변조기에 결합된 디지털 신호 처리기(420)로서 상기 최초 파형의 상기 위상 성분만을 나타내기 위하여 상기 IQ 신호쌍을 정상화하도록 구성된 상기 디지털 신호 처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  10. 제2 항에 있어서,
    직사각형 형태의 상기 최초 파형을 수신하고 상기 최초 파형을 상기 위상 성분 및 상기 진폭 성분으로 변환하고 상기 진폭 성분을 상기 피드백 네트워크에 제공하도록 구성된 극성 신호 변환기(424,426); 및
    상기 극성 신호 변환기 및 상기 피드백-제어 변조기에 결합된 직사각형 신호 변환기(428A,B)로서 상기 위상 성분을 상기 IQ 신호쌍으로 변환하도록 구성된 상기 직사각형 신호 변환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 극성 신호 변환기 및 상기 직사각형 신호 변환기는 디지털 신호 처리기(420)에서 이행되는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  12. 제3 항에 있어서,
    상기 진폭 변조기에 결합된 직접 디지털 합성기(828)로서 상기 최초 파형의 상기 위상 성분에 기반하여 상기 위상 변조된 RF 신호를 생성하도록 구성된 상기 직접 디지털 합성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 피드백-정정된 제어 신호는 피드백-정정된 제어 신호쌍을 포함하고,
    상기 피드백-제어 변조기는 IQ 변조기(1014)이고,
    상기 피드백 네트워크는 (ⅰ)적어도 상기 최초 파형의 상기 위상 성분을 나타내는 상기 IQ 신호쌍; 및 (ⅱ)상기 최초 파형의 상기 진폭 성분과 상기 진폭 피드백 신호 간의 차이;에 기반하여 피드백-정정된 IQ 신호쌍을 생성하도록 구성된 아날로그 승산기쌍(1016B, 1016C)을 포함하는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 진폭 검출기는 상기 전력 증폭기 및 상기 고정 위상 변위기에 결합된 IQ 복조기(914, 1014)를 더 포함하고,
    상기 IQ 복조기는 상기 위상 편이된 신호를 수신하고 위상 변조된 RF 신호와 동위상으로 발진하도록 구성된 국부 발진기를 포함하고,
    상기 진폭 피드백 신호는 상기 증폭된 RF 출력 신호에 기반하여 상기 IQ 복조기에 의해 생성된 동위상 성분 신호를 갖는 것을 특징으로 하는 부분적으로 변조된 무선 주파수 신호의 전력 증폭용 시스템.
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