KR101161476B1 - 증폭기 피드백 및 바이어스 구성 - Google Patents

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Abstract

안테나 임피던스 미스매치 반사에 의해 생성된 전압 정상파들로부터의 대역외 발진들을 감소시키거나 또는 제거하도록 구성된 무선 통신 디바이스 출력 증폭기가 제공된다. 증폭기는 입력, 출력 및 바이어싱 노드로 구성된다. 바이어싱 노드는 바이어싱 증폭기로부터 바이어싱 신호를 수신하도록 구성된다. 바이어싱 증폭기는 출력 증폭기에 바이어싱 전압을 제공하는 동안 바이어싱 노드로부터 전류를 드로우한다. 안테나 반사들로부터 대역외 전압 정상파들을 감소시키거나 또는 제거하기 위해, 피드백을 출력 증폭기에 선택적으로 제공하도록 피드백 루프로서의 주파수 의존 네트워크가 제공되어, 전압 정상파들과 같은 원하지 않은 대역외 발진들을 감소시키거나 또는 제거한다. 주파수 의존 네트워크는 작은 사이즈를 갖고 집적될 수 있는 하나 이상의 캐패시터들, 인덕터들 및 저항기들을 포함한다.
증폭기, 피드백, 바이어싱 증폭기, 주파수 의존 네트워크, 무선 통신 디바이스

Description

증폭기 피드백 및 바이어스 구성{AMPLIFIER FEEDBACK AND BIAS CONFIGURATION}
본 발명은 증폭기들에 관한 것이고, 보다 구체적으로, 향상된 안정성 및 정확성을 갖고, 무선 통신 디바이스에서의 사용을 위해 구성된 증폭기에 관한 것이다.
무선 통신 디바이스들은 미국에서 및 전세계에 걸쳐 대중적이 되었다. 다양한 이유들로서, 다수의 상이한 통신 표준들이 미국뿐만 아니라 다른 나라들에서도 채택되어 구현되었다. 무선 통신 디바이스가, 보통 주파수 대역으로 지칭되는 특정 주파수 범위 내에서 송신하는 요건이 보통 통신 표준과 연관된다. 이러한 할당된 주파수 대역 밖에서 송신된 신호들은 아주 바람직하지 않고, 표준 및 가능하면 하나 이상의 정부 규정들을 위반하고 있다.
일반적으로 무선 통신 디바이스들에 있어 원하는 주파수 대역 내에서 동작(operation)을 유지하는 것이 도전과제이다. 원하는 주파수 대역 내에서 동작을 유지하기 위해서는 많은 상이한 요소(factor)들이 고려되어야 하지만, 특히 도전적인 하나의 그러한 요소는 무선 통신 디바이스의 안테나와 연관된 변화하는 임피던스(changing impedance)로부터 생긴다. 통상 이해되는 바와 같이, 안테나의 입력 임피던스는 동적(dynamic)이고, 무선 통신 디바이스의 환경에 종속적이다. 예를 들어, 안테나가 사용자에 의해 터치되거나 또는 금속 테이블 또는 캐비넷 상에 설치된다면, 안테나의 입력 임피던스는 안테나가 자유 공간에 있을 때의 입력 임피던스로부터 변화될 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 안테나의 입력 임피던스에 대한 변화들은 반사(reflection)로 인해 무선 통신 디바이스의 전력 또는 드라이버 증폭기들에 대한 도전과제들을 생성한다. 대부분의 경우, 증폭기의 출력 임피던스는, 안테나로의 전력 전송을 최대화하고, 반사를 감소시키기 위해 안테나의 입력 임피던스와 매칭될 수 있다. 안테나의 입력 임피던스가 동적으로 변화할 때, 안테나로부터 증폭기로의 전력의 반사가 동적으로 생길 것이다.
그러한 반사는, 반사파가 증폭기에서 발진을 생성하고 증폭기의 동작 주파수 대역 밖에 있을 때 특히 곤란하다. 발진은 충분히 강한 전기 신호를 생성하여, 안테나로부터의 대역 전송(transmission)의 출력이 표준을 위반하도록 할 수 있다.
안정성을 유지하여 상당량의 대역외 방출(emission)을 방지하기 위한 다양한 해결책들이 제안되었지만, 이러한 제안된 해결책들은 적합한 해결책을 제공하지 않고, 기술적이고 상업적인 관점에서 바람직하지 않다. 하나의 그러한 제안된 해결책은 전력 증폭기와 함께 피드백 루프의 대용량 캐패시터를 활용하는 것이다. 캐패시터가 집적 회로 상의 집적된 구성요소로서 포함된다면, 캐패시터는 바람직하지 않게 집적 회로 상의 상당량의 공간을 차지하기 때문에, 이러한 해결책은 바람직하지 않다. 대안으로서, 대용량 캐패시터는 분리된 개별 구성요소(separate discrete element)로서 제공될 수 있지만, 비용 및 사이즈 고려로 인해, 전체 회로를 단일 다이(single die)에 집적시키는 것이 보다 더 바람직하다. 결과적으로, 본 기술분야에서, 안테나로부터의 신호 반사들에 의해 악영향을 받지 않는 안정적인 전력 또는 드라이버 증폭기 구성에 대한 필요성이 존재한다. 아래 개시되는 바와 같이, 본원에 개시되고 청구된 방법 및 장치는 종래 기술의 결점들에 대한 해결책 및 또한 부가적인 이익들을 제공한다.
< 요 약 >
종래 기술의 결점들을 극복하고 부가적인 이익들을 제공하기 위해, 안테나 임피던스 미스매칭(mismatch) 반사에 의해 생성된 전압 정상파들로부터의 대역외 발진들을 감소시키거나 또는 제거하도록 구성되는 무선 통신 디바이스 증폭기가 개시된다. 이러한 구성은 모든 현실적 설계들에서 발견된 공통의 누설 피드백(common leakage feedback)으로 인해 증폭기를 안정화하는데에도 효과적이다. 증폭기는 입력 노드, 출력 노드, 및 바이어싱 증폭기로부터 바이어싱 신호를 수신하도록 구성된 바이어싱 노드로 구성된다. 바이어싱 디바이스는 출력 증폭기에 바이어싱 전압을 제공하면서 바이어싱 노드로부터 전류를 드로우(draw)한다. 주파수에 대한 피드백의 크기(magnitude) 및 위상(phase)을 조절하기 위해, 주파수 의존 네트워크가 피드백 루프에 제공되어, 원하지 않는 대역외(out of band) 발진들을 방지하기 위해 출력 증폭기에 피드백을 선택적으로 제공한다. 주파수 의존 네트워크는 작은 사이즈이고 집적될 수 있는 하나 이상의 저항기들, 인덕터들 및 캐패시터들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 통신 디바이스에서 증폭기로부터의 대역외 발진을 감소시키기 위한 방법이 개시된다. 이러한 예시적인 동작 방법은, 바이어싱 회로가 전류를 싱크(sink)하도록 구성된 디바이스 또는 회로를 포함하도록, 바이어싱 회로를 갖는 전력 증폭기를 바이어싱하는 것을 포함한다. 이러한 동작 방법은 또한 증폭기 입력에서 입력 신호를 수신하고, 그 후 입력 신호를 증폭시켜 증폭된 신호를 생성한다. 피드백 루프는 주파수 의존 기반으로 증폭기 피드백 루프를 통해 증폭된 신호의 일부를 증폭기 입력에 선택적으로 전달하여, 증폭기 입력에 제공된 증폭된 신호의 일부가 이전 해결책들에서 보다 더 낮은 주파수 피드백을 제공함으로써 대역외 발진을 감소시키도록 한다. 예로서, 일 실시예에서, 높은 주파수 피드백 보다 더 낮은 주파수 피드백이 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 증폭기 피드백 루프는 캐패시터와 병렬인 저항기를 포함한다. 증폭기 피드백 루프는 캐패시터와 병렬인 저항기와 직렬인 인턱터를 더 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 하나의 시나리오로서, 대역외 발진은 무선 통신 디바이스의 동작 주파수 대역보다 낮은 주파수에 있다. 본원에 설명되는 바와 같이, 전류를 싱크하도록 구성된 바이어스 회로는 증폭기로부터 바이어싱 전류를 드로우하여, 원하는 바이어싱을 유지한다.
무선 통신 디바이스에서의 사용을 위한 증폭기 출력단도 본원에 개시된다. 이러한 증폭기는 출력 노드, 입력 노드 및 바이어싱 노드를 갖는 출력 트랜지스터를 포함한다. 또한, 증폭기 출력단의 일부분은 출력 노드와 바이어싱 노드를 전기적으로 접속하는, 출력 트랜지스터와 연관된 피드백 루프이다. 피드백 루프가 수동(passive) 컴포넌트들의 병렬 및/또는 직렬 접속들의 임의의 조합을 포함하여, 안정화 증폭기로 안내(leading)하는 원하는 피드백을 달성할 수 있다는 것이 고려된다. 능동 소자(active element)들도 활용될 수 있다. 피드백 루프와 관련하여, 바이어싱 회로는 바이어싱 노드로부터 전류를 싱크하여 증폭기로서 구성된 출력 트랜지스터의 바이어스를 유지하도록 구성된다. 바이어싱 회로 및 피드백 루프는, 적절한 양의 피드백을 제공하면서 증폭기를 적절히 바이어스하도록 함께 동작한다.
일 실시예에서, 피드백 루프는 인덕터를 더 포함한다. 피드백 루프가 트랜지스터에 피드백을 제공하여, 대역외 발진을 제거함으로써 증폭기를 안정화하도록 구성되는 것이 고려된다. 전류를 싱크하도록 구성된 바이어싱 증폭기는, 바이어싱 노드로부터 전류를 드로우하면서 바이어싱 전압을 바이어싱 노드에 제공할 수 있다. 부가적으로, 출력 노드는 증폭된 출력 신호를 안테나에 제공할 수 있다. 이러한 실시예의 장점으로서, 피드백 루프는 집적 소자들을 포함한다.
다른 실시예에서, 안테나에 접속된 안테나 노드에, 증폭된 출력 신호를 제공하도록 구성된 증폭기가 개시된다. 안테나는, 낮은 주파수의 대역외 발진 신호를 포함할 수 있는 원하지 않는 반사 신호를 생성할 수 있다. 이러한 실시예에서, 증폭기는 제1 증폭기 및 제2 증폭기를 포함한다. 제1 증폭기는 바이어싱 전압을 바이어싱 노드에 제공하여, 그 바이어싱 노드로부터 접지 노드까지 전류를 싱크하도록 구성된다. 제2 증폭기는 입력 노드에서 수신된 입력 신호를 증폭하여, 증폭된 입력 신호를 안테나 노드에 제공하도록 구성되어, 제2 증폭기는 바이어싱 노드 상의 바이어싱 신호에 의해 바이어스된다. 입력 노드 및 안테나 노드에 전기적으로 상호접속하는 피드백 루프도 제공된다. 피드백 루프는, 낮은 주파수의 대역외 신호들을 전달하여 낮은 주파수의 대역외 발진 신호들을 감소시키도록 구성된 주파수 의존 분할기 네트워크를 포함한다.
일 실시예에서, 주파수 의존 분할기 네트워크는 캐패시터와 병렬인 저항기를 포함한다. 일 실시예에서, 증폭기는 일반적인 주파수 대역 900MHz 또는 2GHz에서 동작하도록 구성된다. 반대로, 대역외 발진은 20MHz 내지 200MHz의 주파수 범위에 있을 수 있다. 제2 증폭기는 연산 증폭기를 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 주파수 의존 분할기 네트워크는 집적 회로에서의 집적 소자들로서 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 시스템들, 방법들, 특징들 및 장점들은 다음의 도면들 및 상세 설명의 예시에 따라 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백하거나 또는 명백하게 될 것이다. 모든 그러한 부가적인 시스템들, 방법들, 특징들 및 장점들은 본원 내에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있으며, 첨부하는 특허청구범위에 의해 보호되도록 의도된다.
도면들에서의 컴포넌트들은 본 발명의 원리들을 도시하는 대신, 반드시 크기조절하여 강조할 필요는 없다. 도면들에서, 유사한 참조 번호들은 상이한 도면들에 걸쳐 대응하는 부분들을 지정(designate)한다.
도 1은 예시적인 사용 환경, 즉, 무선 통신 디바이스의 블록도를 도시한다.
도 2는 예시적인 사용 환경, 즉, 기지국의 블록도를 도시한다.
도 3은 종래 증폭기의 단순화된 회로도를 도시한다.
도 4는 바이어싱 증폭기로 구성된 증폭기의 단순화된 회로도를 도시한다.
도 5A는 바이어싱 증폭기 및 주파수 의존 피드백 루프로 구성된 증폭기의 단순화된 회로도를 도시한다.
도 5B는 바이어싱 증폭기 및 주파수 의존 피드백 루프로 구성된 증폭기의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 1은 본 발명의 제1 예시적인 사용 환경에 대한 블록도를 도시한다. 도 1에 도시된 예시적인 환경은 무선 통신 디바이스를 포함하지만, 이것은 가능한 많은 예시적인 사용 환경들 중 하나일뿐이다. 본 발명은 통신 분야 및 다른 분야들 모두에서의 다수의 다른 사용 환경들에서 용도를 찾고 이익을 제공할 수 있다.
도 1에 도시된 무선 통신 디바이스는 내부 전자 장치를 보호하고 선택적으로 둘러쌓도록(enclose) 구성된 외부 하우징(104)을 포함한다. 안테나(108)는 입력 신호들을 수신하여 출력 신호들을 송신한다. 안테나(108)는 하우징(104)의 내측 또는 외측에 위치될 수 있다. 송수 전환기(duplexer)(112)는 안테나(108)에 접속되어, 송수 전환기(112)로부터의 상부 경로(upper path)로서 도시된 수신기 장치로 입력 신호들을 라우팅하고, 안테나로 출력 신호들을 라우팅한다.
송수 전환기(112)는, 수신기 장치에 접속되어 특정 주파수 대역에 대한 신호 전력 레벨을 다음(subsequent) 장치에 의한 처리에 적합한 레벨로 증가시키도록 구 성된 저잡음 증폭기(low noise amplifier, LNA)(116)에, 수신된 신호들을 라우팅한다. LNA(116) 출력은, 예를 들어, 무선 채널의 효과들을 완화시키는 대역 통과 필터링 또는 처리와 같은 부가적인 필터링 또는 처리를 수행하도록 구성될 수 있는 필터(120)에 접속된다.
필터링 이후에, 다운-컨버터(down-converter)로서 알려진 믹서(124)는 신호 발생기(128)로부터의 신호와 관련하여 수신 신호를 처리한다. 믹서는, 반송파 주파수에서의 수신된 신호를 그 반송파 주파수에서의 신호 발생기로부터의 신호와 함께 다중화(multiplex)함으로써 기저 대역 신호를 추출하도록 구성될 수 있다. 잘 이해될 바와 같이, 믹서(124)는 원하는 반송파 신호를 출력한다.
믹서(124)로부터의 출력은 입력 기저 대역 신호를 수신하여 처리하도록 구성된 기저 대역 프로세서 및 제어기(140)로 공급된다. 일 실시예에서, 기저 대역 프로세서 및 제어기(140)는 입력 신호를 디지털 형식으로 변환하고 그 디지털 신호를 처리하여, 그 후 스피커(144)에 제공되는 아날로그 신호를 생성한다. 대안으로서, 디지털 신호는 데이터 포트(148)에 직접적으로 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기저 대역 프로세서 및 제어기(140)는 동작을 동기화하기 위해 신호 발생기(128)와 통신한다.
기저 대역 프로세서 및 제어기(140)는 또한, 하나 이상의 키들 또는 버튼들과 같은 사용자 인터페이스(152), 및 텍스트, 그래픽, 또는 다른 정보를 사용자에게 디스플레이하도록 구성된 디스플레이(156)로/로부터 데이터를 통신하도록 구성된다.
출력 신호들의 전송을 수행하기 위해, 기저 대역 프로세서 및 제어기(140)는 마이크로폰(160)으로부터의 신호 또는 데이터 포트(148)로부터의 디지털 데이터를 수신할 수 있다. 출력 신호의 수신에 따라, 기저 대역 프로세서 및 제어기(140)는 기저 대역 신호에 대한 출력 정보를 처리하고 그 기저 대역 신호를 업-컨버터(up-converter)로서 지칭될 수도 있는 믹서(164)로 출력한다. 믹서(164)는 기저 대역 신호를, 원하는 반송파 주파수에서의 신호 발생기(128)로부터의 입력과 함께 다중화한다. 결과적인 출력 신호는 반송파 주파수로 변조된 기저 대역 신호를 포함하고, 필터(168)에 의한 필터링 및 처리와, 이 후, 송수 전환기(112)를 통해 전달된 후 안테나(108)에 의한 전송에 적합한 전력 레벨로의 전력 증폭기(172)에 의한 증폭이 준비되어 있다.
도 2는 본 발명의 제2 예시적인 사용 환경에 대한 블록도를 도시한다. 도 2는 도 1과 다수의 유사점들을 공유하며, 따라서, 도 1과 상이한 점들이 상세히 설명된다. 도 2의 실시예는 하나 이상의 다른 통신 디바이스들과 통신하도록 구성된 기지국(208) 또는 비-이동(non-moblie) 통신 디바이스에 관한 것이다. 기지국 통신 시스템(208)을 나타낼 수 있는 이러한 구성에서, 기저 대역 프로세서 및 제어기(140)는 네트워크 인터페이스(204)와 통신한다. 네트워크 인터페이스(204)는 프로세서 및 제어기(140)로부터 하나 이상의 신호들 또는 패킷 기반 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 신호들 또는 패킷 기반 데이터는 컴퓨터 네트워크, 인터넷, PSTN, 또는 전화 네트워크, 데이터 네트워크, 또는 셀룰러 통신 시스템과 인터페이스하는 다른 매체로 출력된다. 기지국(208)으로서 구성될 때, 도 2에 도시된 시스템은 휴대 전화(cell phone)로부터의 전화 호출(telephne call) 또는 지상 통신선(land-line)으로의 전화 호출과 같은 이동 전화 호출의 완료를 용이하다. 이러한 호출들은 종종 기지국(208)의 네트워크 인터페이스(204)를 통해 완료된다.
도 3은 상술된 결점들을 경험하는 종래 증폭기를 도시한다. 이해될 바와 같이, 이러한 회로도는 본원에서의 설명 및 모델링에 유용한 단순화된 버전이다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 본원에 도시된 회로들이, 무선 통신 디바이스에서 인에이블될 때 상이한 구성을 필요로 할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 이해를 돕기 위해 회로의 관련 양태들이 본원에 상세히 개시 및 설명된다.
도 3에서, 아래 설명되는 바와 같이, 증폭기에 전력을 제공하고 바이어싱을 설정(establish)하기 위한 전원(power source)(304)이 도시된다. 트랜지스터(306)는 도시된 바와 같이 전원에 접속되고, 인덕터(316)를 통해 트랜지스터(312)에 바이어싱 전류를 설정하도록 구성된다. 이러한 구성에서, 트랜지스터(308) 및 트랜지스터(312)는 전류 미러(current mirror)로서 구성되고, 전류 미러의 설계 비율(designed ratio)에 의해 트랜지스터(308)에서의 전류를 미러링하도록 선택된다. 출력(320) 상에 출력 신호가 제공된다.
이러한 실시예에서, 바이어스 전류는 인덕터(316)를 통해 트랜지스터(312)로 흐른다. 트랜지스터(312)는 또한 입력(324) 상에 입력 신호를 수신한다. 도시된 바와 같이 입력 및 출력 상에 적절한 DC 차단(blocking) 캐패시터들(326)이 제공된다. 동작 동안, 입력(324)에 제공된 신호는 트랜지스터(312)에 의해 증폭되어 출 력(320)에 제공된다. 출력(320)은 안테나(도 3에 도시되지 않음)에 직접적으로 또는 간접적으로 접속될 수 있다. 사용 환경에 따라 수신 유닛 또는 기지국으로 신호를 방출(radiate)하도록 안테나를 구동하기에 충분한 레벨에서 전력이 증폭된다.
도 3에 도시된 증폭기는 인덕터(340) 및 캐패시터(344)를 사용하여 접지로 종결(terminate)된다. 이는, 트랜지스터(312)의 출력으로부터 접지까지의 경로를 제공하여 접지로의 원하지 않는 에너지를 종결시킨다. 이러한 구성에서, 캐패시터(344)가 대용량 캐패시턴스로 선택되는 경우, 그 후 임의의 저주파수 발진이 캐패시터(344)를 통해 접지로 흐를 것이다. 그러나, 이것은 바람직하지 않은 대용량 캐패시터(344)를 필요로 하여, 저 주파수에 대해 캐패시터는 저 저항으로서 나타날 것이다.
피드백 루프는 도시된 바와 같이, 트랜지스터(312)의 입력 및 트랜지스터(312)의 출력 노드에 접속된 캐패시터(330) 및 저항기(334)를 포함한다. 이러한 피드백 루프는 안정성(stability)을 제공한다. 적절한 캐패시터 값을 선택함으로써, 피드백 루프를 통해 피드백이 제공되어 저 주파수에서 안정성을 유지할 것이다. 그러나, 피드백의 적절한 레벨(right level)을 설정하기 위해서는 바람직하지 않는 대용량 값 캐패시터(330)를 필요로 한다.
예를 들어, 캐패시터(330)가 900MHz 또는 2GHz의 주파수 대역을 위해 구성된 무선 디바이스에 대해 5pf으로 선택되었다면, 유효 임피던스는 수십 옴이될 것이다. 그러나, 10MHz에서와 같은 저 주파수 발진이 트랜지스터(312)에 대한 입력에 나타난다면, 캐패시터(330)는 대략 3000 옴 이상의 임피던스로서 나타낼 것이다. 피드백 루프에서의 그러한 큰 저항은 피드백 전류 흐름을 방지하여, 안정성 제공 피드백, 즉, 피드백 소거 신호를 제거한다. 결과로서, 대용량 값 캐패시터(330)는 저 주파수에서의 피드백을 허여하는데 활용된다. 원하는 피드백 레벨을 유지하더라도, 그러한 대용량 캐패시터 값들은, 알맞게(feasibly) 집적되지 않는 바람직하지 않은 물리적 대용량 캐패시터들을 필요로 하며, 따라서, 개별적인 오프 칩 소자로서 바람직하지 않게 위치되어야 한다.
상술된 바와 같이, 안테나의 입력 임피던스는 동적으로 변화될 수 있고, 따라서 증폭기 출력(320)의 출력 임피던스에 매칭되지 않는다. 따라서, 이러한 미스매칭(mismatch)으로 인해 안테나로부터 출력(320)으로 되돌아 가는 반사가 발생할 수 있다. 이것은, 반사가, 트랜지스터(312)에 대한 바이어스 입력 또는 입력(324)으로 다시 도달하는 발진을 생성할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
제한적이지 않은 예로서, 900MHz 또는 2GHz 주파수 대역에서 동작하는 무선 통신 디바이스에 대해, 이러한 발진이 10MHz 내지 100MHz의 주파수 범위에서와 같이 대역 외에 있을 때, 및 이러한 발진이 입력에 대해 나타나는 경우, 원하지 않은 발진이 안테나로부터 송신될 것이다. 결과적으로, 종래 기술 설계들은 그러한 대역외 전송들을 방지하기 위해 바람직하지 않게 대용량 캐패시터들을 사용하는 것으로 분류된다(relegate).
하나의 해결책이 도 4의 회로 구성으로 도시된다. 도 3과 비교하면, 도 4에 도시된 것과 상이한 구성요소들만이 설명된다. 도 4에 도시되거나 또는 상이한 실시예들 사이에 도시된 구성요소들의 값들은 상이할 수 있다. 이러한 실시예에서, 전류를 싱크할 수 있는 바이어스 회로(404)가 점선 박스(404) 내측에 도시된다. 구체적으로, 바이어스 회로(404)는, 바이어스를 제어하여 트랜지스터(312)에 피드백하기 위해 트랜지스터(312)의 전류를 싱크할 수 있는 트랜지스터(420)를 포함한다. 트랜지스터(420)를 포함하지 않을 때, 저항기(434)를 통한 전류가 적극적으로 흐르기 시작하여(turn on) 잠재적으로 트랜지스터(312)를 손상시킬 수 있다. 인덕터(408)는 고주파수 초크(choke)로서 작용하기 위해 전압 증폭기(404)와 저항기(434) 사이에 위치된다.
이러한 특정 회로 기술에 대한 하나의 도전과제는 트랜지스터(312)를 정확하게 바이어스하는 방법이다. 이러한 구성에서, 저항기(434)는 풍부한 바이어싱 전류를 제공하고, 그중 일부가 바이어스 회로(404)에 공급되고, 트랜지스터(420)를 통해 접지에 공급된다. 이러한 구성에 대한 하나의 결점은 트랜지스터(420)를 통한 전류의 싱크로 인해, 바람직하지 않게 많은 전류를 소모한다는 것이다. 또한, 이러한 구성은, 고주파수에서의 높은 이득 증폭을 허여하면서도, 저주파수 발진을 적절히 소거(cancel)하지 않는다.
도 5A는 종래 기술의 결점들을 극복하도록 기능하는 다른 회로의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 4와 비교하면, 공통적이거나 또는 유사한 구성요소들은 동일한 참조 번호들로 라벨링된다. 또한, 구성요소들의 값들은 상이한 실시예들 사이에서 상이할 수 있다는 것이 고려된다. 이러한 실시예에서, 캐패시터(504)는 저항기(434)와 병렬로 구성된다. 부가적으로, 인덕터(508)는 도시된 바와 같이, 저항기(434)와 인덕터(408) 사이에서 직렬로 접속된다.
이러한 구성에서, 캐패시터(504)는, 피드백 경로(550)로 도시된 피드백 루프의 저항을 수정하기 위해, 저항기(434)와 관련하여 동작한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 저주파수 신호들에 대해, 캐패시터(504)의 임피던스가 더 크게 나타날 것이다. 이것은 저항기(434)를 통한 전류의 대부분의 원인이 된다. 따라서, 저주파수에서, 저항기(434)로부터의 임피던스는 저항기(434) 및 캐패시터(504)의 전체 조합을 지배(dominate)한다.
대안으로서, 고주파수 신호들에 대해, 캐패시터(504)의 임피던스는 0으로 가까워져, 저항기(434)의 효과들이 무효화된다. 그것은, 대역외 저주파수 발진들과 같은 저주파수 신호들에 대해 피드백은 작은 임피던스로서 나타날 저항기(434)를 통하고, 작은 값 캐패시터(504)를 통해서 제공된다는 점에서, 바람직한 동작 모드라는 것이 이해될 수 있다.
인덕터(408)에 대하여, 그것은, 고주파수들에 대해 개방 회로(open circuit) 및 저주파수들에 대해 단락(short)으로서 나타내기 위해, 주파수에 대한 동적 방식(dynamic mannar)으로 동작(behavior)한다. 따라서, 저주파수 반사 신호에 대해, 그것은 단락으로서 나타나고, 따라서, 안정성을 유지하기 위해 원하는 피드백 신호를 제공한다. 고주파수 신호들에 대해, 그것은 초크로서 나타나, RF 신호들이 회로의 바이어싱 양태들(404)로 들어가는(entering) 것을 방지한다.
작은 값 캐패시터(504)가 이러한 실시예에 활용될 수 있고, 저항기(434)의 적절한 값과 관련하여 선택될 때, 저주파수 피드백은, 고주파수 피드백이 최소화되는 동안 최대화될 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는, 피드백 경로를 조절 하기 위해 캐패시터(504) 및 인덕터(508)를 적절히 선택하여, 대역외 발진들을 중지시키거나 감소시킬 수 있는 피드백을 제공할 원하는 주파수 응답을 달성할 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들어, 고주파수에서, 캐패시터(504) 및 인덕터(508)는 트랜지스터(312)가 높은 이득 상태로 작동할 수 있도록(enable) 선택될 수 있다. 마찬가지로, 대역외 발진과 같은 저주파수 신호들에 대한 이러한 값들은 0 이득 레벨을 위해 구성될 수 있다.
이러한 구성에 대한 이익으로서, 캐패시터(504) 및 인덕터들(508, 408)은 집적 회로 상에 또는 그 내에 집적된 구성요소들로서 작동할 수 있게 된다. 이러한 구성요소들은 사이즈가 작아, 바람직하지 않은 상당량의 공간을 차지하지 않는다. 부가적으로, 오프 칩 캐패시터들이 회피되어, 전체 회로 구성의 비용 및 사이즈를 절감시킨다.
도 5A에 도시된 구성은, 회로가 바이어싱 회로(전류 싱크 능력을 갖는 증폭기)만으로 구성된다면, 이상적인 방식으로 동작하지 않기 때문에, 반직관적이다(counter-intuitive). 구체적으로, 바이어싱 회로(404) 없는 DC 피드백은 디바이스가 DC 포화(saturate)되도록 할 것이므로, 회로가 동작불능(inoperable)이 된다. 마찬가지로, 추가 캐패시터(504) 및 인덕터(508)만으로 구성된 회로도 불안정하게 될 수 있다. 각각이 개별적으로 바람직하지 않은 결과들을 초래하는 이러한 2가지 반직관적인 설계 구성요소들의 조합을 통해, 종래 기술의 결점들을 극복하는 이로운 구성이 실현된다. 일반적으로, 본원에 도시되고 설명된 구성은 매우 저주파수에서 증폭기 안전성을 확립하고, 개별 컴포넌트들의 사용을 요구하지 않는다. 또한 루프 이득(loop gain)은 바이어스 네트워크 임피던스를 향상시킨다.
도 5B는 도 5A에 도시된 회로의 대안적인 실시예를 도시한다. 이러한 구성에서, 전류 싱크 능력을 갖도록 구성된 전압 증폭기는 일반적으로 전압 증폭기(580)로서 도시된다. 일 실시예에서, 증폭기는 연산 증폭기를 포함한다.
임의의 실시예에서, 다양한 유형의 증폭기 또는 반도체 디바이스가 채택될 수 있다는 것도 고려된다. 본 기술분야의 통상의 기술자는, 본 발명이, N형 또는 P형, 바이폴라(bipolar) 또는 FET형 트랜지스터 중 하나를 사용하는 공통 에미터 또는 공통 소스 증폭기를 이용하여 적합하게 작동할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러한 구성에서, 바이어싱 회로는 증폭기에 대한 바이어스 전류 및/또는 전압을 조절하는 역할을 할 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들어, 바이어싱 회로는 증폭기 구성에 따라, 소스 전류, 싱크 전류, 또는 그 둘의 조합일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들이 기술되었지만, 본 발명의 범위 내에 있는 많은 실시예들 및 구현들이 가능하다는 것이, 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 부가적으로, 본원에 개시된 다양한 특징들, 구성요소들, 및 실시예들은 임의의 조합 또는 배열로 청구되거나 또는 조합될 수 있다.

Claims (25)

  1. 무선 통신 디바이스에서의 증폭기로부터 대역외(out of band) 발진을 감소시키는 방법으로서,
    전류를 싱크(sink)하도록 구성되는 바이어싱 회로로 전력 증폭기를 바이어싱하는 단계;
    증폭기 입력에서 입력 신호를 수신하는 단계;
    증폭된 신호를 생성하기 위해 상기 입력 신호를 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 신호를 증폭기 출력 및 캐패시터와 병렬인 저항기를 포함하는 증폭기 피드백 루프에 제공하는 단계; 및
    상기 증폭된 출력 신호의 일부분을 피드백으로서 상기 증폭기 피드백 루프를 통해 상기 증폭기 입력에 선택적으로 전달하는 단계 - 상기 증폭기 입력에 제공된 상기 증폭된 신호의 일부분은 대역외 발진을 감소시킴 -
    를 포함하는 대역외 발진 감소 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피드백은 저주파수 피드백 및 고주파수 피드백을 포함하고, 저주파수 피드백이 고주파수 피드백보다 더 많이 제공되는 대역외 발진 감소 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기 피드백 루프는 상기 캐패시터와 병렬인 상기 저항기와 직렬로 적어도 하나의 인덕터를 더 포함하는 대역외 발진 감소 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대역외 발진들은 상기 무선 통신 디바이스의 동작 주파수 대역보다 더 낮은 주파수의, 안테나로부터의 반사들을 포함하는 대역외 발진 감소 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    전류를 싱크하도록 구성된 상기 바이어싱 회로는 원하는 바이어싱을 유지하기 위해 상기 증폭기로부터 바이어싱 전류를 드로우(draw)하는 대역외 발진 감소 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는 N형 또는 P형, 바이폴라 또는 FET형 트랜지스터를 사용하는, 공통 에미터 또는 공통 소스 증폭기를 포함하는 대역외 발진 감소 방법.
  8. 무선 통신 디바이스에서의 사용을 위한 증폭기 출력단으로서,
    출력 노드, 입력 노드 및 바이어싱 노드를 갖는 출력 증폭기;
    상기 출력 노드 및 상기 바이어싱 노드를 접속시키는, 상기 출력 증폭기와 관련된 피드백 루프 - 상기 피드백 루프는 대역외 발진들을 방지하기 위해 상기 증폭기 입력 노드에 피드백을 전달하도록 구성되는, 적어도 하나의 캐패시터와 병렬인 적어도 하나의 저항기를 포함하는 저항(resistive) 네트워크를 포함함 - ; 및
    상기 바이어싱 노드로부터 떨어져 상기 피드백 루프로부터 전류를 싱크하여, 상기 출력 증폭기의 바이어스를 유지하도록 구성된 바이어싱 네트워크
    를 포함하는 증폭기 출력단.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 증폭기는 N형 또는 P형, 바이폴라 또는 FET형 트랜지스터를 사용하는, 공통 에미터 또는 공통 소스 증폭기를 포함하는 증폭기 출력단.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 피드백은 주파수 의존적인 증폭기 출력단.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 피드백 루프는 상기 증폭된 출력 신호의 일부분을 상기 증폭기 피드백 루프를 통해 상기 증폭기 입력에 선택적으로 전달하도록 구성되고, 상기 증폭기 입력에 제공된 상기 증폭된 신호의 일부분은 대역외 발진을 감소시키는 증폭기 출력 단.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 바이어싱 네트워크는, 상기 바이어싱 노드로부터 피드백 전류를 드로우하는 동안 바이어싱 전압을 상기 바이어싱 노드에 제공하고 전류를 싱크하도록 구성된 증폭기 출력단.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 출력 노드는 증폭된 출력 신호를 안테나에 제공하는 증폭기 출력단.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 피드백 루프는 집적된 구성요소들을 포함하는 증폭기 출력단.
  16. 저주파수의 대역외 발진 신호를 유도하는 반사 신호를 생성할 수 있는 안테나에 접속되도록 구성된 안테나 노드에, 증폭된 출력 신호를 제공하도록 구성된 증폭기로서,
    바이어싱 전압을 바이어싱 노드에 제공하고, 상기 바이어싱 노드로부터 접지 노드로 전류를 싱크하도록 구성된 제1 바이어스 회로;
    증폭기 입력 노드에 수신된 입력 신호를 증폭하고, 증폭된 입력 신호를 안테나에 전기적으로 접속되는 증폭기 출력 노드에 제공하도록 구성된 증폭기 - 상기 증폭기는 상기 바이어싱 노드에 대한 상기 바이어싱 전압에 의해 바이어싱됨 - ; 및
    상기 증폭기 입력 노드 및 상기 증폭기 출력 노드를 전기적으로 상호접속하고, 대역외 신호들을 피드백하여 상기 안테나로부터의 반사들에 의해 생성되는 대역외 발진 신호들을 소거(cancel)하도록 구성된 피드백 네트워크를 포함하며, 캐패시터와 병렬인 저항기를 포함하는 피드백 루프
    를 포함하는 증폭기.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 증폭기는 800 내지 900 MHz 또는 1.7 내지 2.1 GHz의 대역에서 동작하도록 구성된 증폭기.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 바이어스 회로는 연산 증폭기를 포함하는 증폭기.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 피드백 네트워크는 집적 회로의 집적된 구성요소들만으로 구성된 증폭 기.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 대역외 발진은 20MHz 내지 200MHz의 주파수 범위 내에 있는 증폭기.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 증폭기는 단일 다이(single die) 상에 구성되고, 상기 캐패시터의 캐패시턴스 값들은 100pF(picofarad)보다 작은 증폭기.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 피드백 네트워크는 저항기를 포함하는 증폭기.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 피드백은 주파수 의존적인 증폭기.
  25. 제16항에 있어서,
    상기 증폭기는 N형 또는 P형, 바이폴라 또는 FET형 트랜지스터를 사용하는, 공통 에미터 또는 공통 소스 증폭기를 포함하는 증폭기.
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