KR101479797B1 - 전력 증폭기에서의 전력 검출 시스템 및 방법 - Google Patents

전력 증폭기에서의 전력 검출 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템은, 전력 증폭기의 순방향 전력 출력을 검출하도록 구성되고, 제1 전력 검출기 출력을 제공하도록 구성된 제1 전력 검출기; 및 컬렉터 파라미터 신호를 수신하여 이 컬렉터 파라미터 신호로부터 컬렉터 파라미터를 검출하도록 구성되고, 제2 전력 검출기 출력을 제공하도록 또한 구성된 제2 전력 검출기를 포함한다.
전력 증폭기, 컬렉터 파라미터, 전력 검출기

Description

전력 증폭기에서의 전력 검출 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR POWER DETECTION IN A POWER AMPLIFIER}
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은, 발명의 명칭 "Power Amplifier With Linearity And Power Detection"(2007년 5월 10일자)로 출원된 공동-계류중인 미국 가특허출원 제60/917,123호를 우선권 주장하여 동 출원의 출원일의 장점을 주장하며, 그 전체 개시내용이 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.
셀룰러 전화기들, PDA(Personal Digital Assistant)들, WIFI 송수신기들 및 그외의 통신 디바이스들과 같은 휴대용 통신 디바이스들은 더욱 더 많은 데이터를 통신할 수 있어야 한다. 예컨대, WCDMA, WiMAX, EUTRAN-LTE 및 그외의 비일정 포락선 변조(non-constant envelope modulation) 방법들과 같은 표준들을 이용하여 통신하는 것들과 같은 3G/3.9G의 선형 시스템들의 신흥 시장에 있어서, 미스매치(mismatch) 하에서 양호한 선형성 및 전력 제어를 나타내는 매우 효율적인 전력 증폭기들에 대한 요구는 계속해서 매우 도전적인 것이 되고 있다.
전력 검출 방식은 전력 증폭기 선형성 및 선형 전력 제어를 유지하는데 있어서의 중요 파라미터들 중 하나이다. 커플러(coupler)와 검출기를 이용하는 순방향 전력 검출; 전력 증폭기 출력에서 검출기, 예컨대, 컬렉터 전압 검출기를 구현하는 것; 및 전류 미러를 이용하는 전류 검출을 포함하는, 다수의 주지된 검출 방식들이 현재 이용되고 있다.
커플러와 검출기 방법을 이용하는 순방향 전력 검출은 상이한 미스매치 위상들(mismatch phases)에 대해 일정 출력 전력이 유지되도록 하기 때문에 GSM과 같은 비선형 시스템에 적절하다. 그러나, 그러한 순방향 전력 검출 방식은 높은 PAR(peak-to-average ratio)의 선형 시스템에 대해 효과적이지 않는데, 이는 출력 신호의 높은 임피던스 위상들(high impedance phases)에 대해 동일한 선형 출력 전력을 유지하기 위해 컬렉터 전압이 상당히 증가되어야 하기 때문이다. 불행하게도, 이런 구성은 보다 이른 전력 증폭기 압축으로 이어진다.
전력 증폭기 출력에서 검출기, 예컨대, 컬렉터 전압 검출기를 구현하는 것은 매칭 회로에서의 위상 시프트로 인해 출력 전압 검출보다 더 바람직하다. 폐쇄 루프에서 컬렉터 전압을 일정하게 유지하는 것은, 상이한 미스매치 위상들에 대해 백오프(back-off)의 양을 일정하게 유지시킨다. 그러나, 이것은 출력 전력의 희생으로 달성된다. 출력 전력 편차(deviation)에 대한 현재의 요건들은 선형 시스템에 있어서 엄격하지 않더라도, 미스매치 하에서 과도한 전력 드롭(drop)은 허용되지 않는다.
전류 미러를 이용한 전류 검출 방식은, 대부분의 비선형의 높은 임피던스 위상들에 대해 전류가 드롭되고, 이는 폐쇄 루프에 있어서 입력 전력이 증가되게 하기 때문에 선형 시스템에 적용 가능하지 않다. 이는 추가적인 전력 증폭기 압축으로 이어진다.
전력과 선형성 사이의 양호한 절충을 제공하는 하나의 접근법은 균형잡힌 전력 증폭기의 이용이다. 그러나, 균형잡힌 전력 증폭기는 복잡함 및 물리적 크기를 부가한다. 또한, 균형잡힌 전력 증폭기는 90도 하이브리드 회로에서 추가적인 손실을 도입할 수도 있고, 이는 효율 저하로 이어진다.
따라서, 출력 전력을 검출할 수 있고 전력 증폭기 선형성을 유지할 수 있는 검출기가 바람직하다.
전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템의 실시예들은, 전력 증폭기의 순방향 전력 출력을 검출하도록 구성된 제1 전력 검출기 - 제1 전력 검출기는 제1 전력 검출기 출력을 제공하도록 구성됨 - ; 및 컬렉터 파라미터 신호를 수신하고 그것으로부터 컬렉터 파라미터를 검출하도록 구성된 제2 전력 검출기 - 제2 전력 검출기는 제2 전력 검출기 출력을 제공하도록 또한 구성됨 - 를 포함한다.
다른 실시예들이 또한 제공된다. 본 발명의 다른 시스템들, 방법들, 특징들 및 이점들은, 본 기술분야의 당업자가 이하의 도면들 및 상세한 설명을 고찰할 때 명백하게 될 것이다. 모든 그러한 추가적인 시스템들, 방법들, 특징들 및 이점들은 본 설명 내에 포함되고, 본 발명의 범주 내에 존재하며, 첨부되는 특허청구범위에 의해 보호되도록 의도된다.
본 발명은 이하의 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 수 있다. 도면들 내의 컴포넌트들은 반드시 일정한 비율일 필요는 없으며, 대신에 본 발명의 원리를 분명 하게 설명하기 위해 강조로 배치된다. 더욱이, 도면들에서, 상이한 뷰들(views)에 걸쳐서 유사한 참조 부호들은 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1은 간략화된 휴대용 송수신기를 도시하는 블록도이다.
도 2는 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템의 실시예를 이용하여 구현된 전력 제어 시스템의 실시예를 도시하는 간략화된 개략도이다.
도 3은 도 2의 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 4는 1.7:1 의 VSWR (voltage standing wave ratio)에 대한 전력 정확도를 도시하는 그래프이다.
도 5는 3:1 VSWR 에서 전력 증폭기 출력 전력 편차를 도시한다.
도 6은 순방향 전력 검출 및 듀얼 전력 검출에 대한 3:1 VSWR 에서의 컬렉터 전압을 도시한다.
도 7은 도 3의 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템의 대안의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 8은 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템의 실시예의 동작을 설명하는 흐름도이다.
휴대용 송수신기를 특별히 참조하여 설명하지만, 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템은, 전력 증폭기의 선형성을 최대화하면서 출력 전력을 바람직하게 검출하는 임의의 송신기로 구현될 수 있다.
전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템은, 순방향 전력 검출기와, 전력 증폭기 출력단의 컬렉터 파라미터를 검출하도록 구성된 2차 검출기 모두를 이용한다.
실시예에 있어서, 컬렉터 파라미터는 컬렉터 전압일 수 있다. 그러나, 컬렉터 전류와 같은 다른 컬렉터 파라미터들이 검출될 수 있다. 전력 증폭기에서의 선형성 저하에 대한 주요 원인은 높은 컬렉터 전압에 의해 야기되는 전력 증폭기의 포화이다. 따라서, 실시예에 있어서, 전력 증폭기의 포화 효과의 양호한 표시자로서 컬렉터 전압이 이용될 수 있다.
전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템은, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어로 구현되는 경우, 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템은 특수 하드웨어 구성 요소들 및 로직을 이용하여 구현될 수 있다. 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템이 부분적으로 소프트웨어로 구현되는 경우, 소프트웨어 부분은 전력 증폭기 제어 구성 요소에서의 다양한 컴포넌트들을 정확하게 제어하기 위해 이용될 수 있다. 소프트웨어는 메모리에 저장될 수 있고, 적합한 명령 실행 시스템(마이크로프로세서)에 의해 실행될 수 있다. 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템의 하드웨어 구현은, 본 기술분야에 모두 주지된 이하의 기술들 중 임의의 것 또는 그 조합을 포함할 수 있다: 개별 전자 컴포넌트들, 데이터 신호에 대한 로직 함수를 구현하기 위한 로직 게이트를 갖는 별도 로직 회로(들), 적절한 로직 게이트를 갖는 주문형 집적회로(ASIC; application specific integrated circuit), 프로그래머블 게이트 어레이(들)(PGA; programmable gate array), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 등.
전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템에 대한 소프트웨어는, 로직 기능들을 구현하기 위한 실행가능한 명령들의 순서화된 리스트를 포함하고, 컴퓨터-기반 시스템, 프로세서-포함 시스템과 같은 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스 또는, 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스로부터 명령들을 페치(fetch)할 수 있고 이 명령들을 실행할 수 있는 다른 시스템에 의해 이용되거나, 관련하여 이용되는 임의의 컴퓨터 판독가능한 매체로 실시될 수 있다.
본 문서의 내용에 있어서, "컴퓨터 판독가능 매체" 는, 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스와 관련하여 또는 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 이용되는 프로그램을 포함, 저장, 통신, 전파 또는 이송할 수 있는 임의의 수단일 수 있다. 예컨대, 컴퓨터 판독가능 매체는 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 디바이스 또는 전파 매체일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 컴퓨터 판독가능 매체의 보다 구체적인 예들(비한정적 리스트)은 이하를 포함할 것이다: 하나 이상의 배선을 갖는 전기적 커넥션(전자), 휴대용 컴퓨터 디스켓(자기), RAM(Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory), 소거가능한 프로그래머블 ROM(EPROM 또는 플래시 메모리)(자기), 광섬유(광학), 및 휴대용 CDROM(광학). 컴퓨터-판독가능 매체는 프로그램이 인쇄되어 있는 페이퍼 또는 다른 적합한 매체일 수도 있으며, 예를 들어, 페이퍼 또는 다른 매체의 광학 스캐닝을 통해, 프로그램이 전자적으로 캡쳐되고, 그 후, 컴파일링(compile), 인터프리 팅(interpret) 또는 그렇지 않은 경우 필요에 따라 적합한 방식으로 처리된 후, 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있음을 유념한다.
도 1은 간략화된 휴대용 송수신기(100)를 도시하는 블록도이다. 라디오 수신기를 튜닝하는 방법 및 시스템의 실시예들은 임의의 라디오 수신기로 구현될 수 있으며, 이 예에서는 FM 라디오 수신기로 구현된다. 도 1에 도시된 휴대용 송수신기(100)는 간략화된 예를 의도한 것이며, 라디오 수신기를 튜닝하는 방법 및 시스템이 구현될 수 있는 다수의 가능한 어플리케이션들 중 하나를 설명하기 위한 것이다. 본 기술 분야의 당업자는 휴대용 송수신기의 동작을 이해할 것이다. 휴대용 송수신기(100)는, 통신 버스(125)를 통해 접속된 송신기(110), 수신기(120), 기저대역 서브시스템(130), 디지털/아날로그 변환기(DAC)(160) 및 아날로그/디지털 변환기(ADC)(170)를 포함한다. 송신기(110)는, 변조기, 상향변환기(upconverter) 및 기저대역 신호를 변조 및 상향변환하는 임의의 다른 기능적 구성 요소들을 포함할 수도 있다. 수신기(120)는, 수신된 RF 신호로부터 정보 신호의 복원을 가능하게 하는 필터 회로, 하향변환기(downconverter) 회로 및 복조(demodulator) 회로를 포함한다. 휴대용 송수신기(100)는 또한 전력 증폭기(140) 및 전력 증폭기 제어 구성 요소(200)를 포함한다. 송신기(110)의 출력은 커넥션(112)을 통해 전력 증폭기(140)에 제공된다.
수신기(120) 및 전력 증폭기(140)는 프론트 엔드 모듈(front end module)(144)에 접속된다. 프론트 엔드 모듈(144)은, 듀플렉서(duplexer), 다이플렉서(diplexer) 또는 수신 신호로부터 송신 신호를 분리하는 임의의 구성 요소일 수 있다. 프론트 엔드 모듈(144)은 커넥션(142)을 통해 안테나(138)에 접속된다.
송신 모드에서, 전력 증폭기(140)의 출력은 커넥션 안테나(114)를 통해 프론트 엔드 모듈(144)에 접속된다. 수신 모드에서, 프론트 엔드 모듈(144)은 커넥션(146)을 통해 수신기(120)에 수신 신호를 제공한다.
전력 증폭기(140)의 출력의 일부분은 커넥션(148)을 통해 전력 증폭기 제어 구성 요소(200)에 제공된다. 또한, 전력 증폭기 제어 구성 요소(200)는 커넥션(152)을 통해 DAC(160)로부터 전력 제어 신호(Vdac)를 수신하고, 커넥션(118)을 통해 컬렉터 파라미터 신호를 수신한다. 전력 증폭기 제어 구성 요소(200)는 커넥션(116)을 통해 전력 증폭기(140)에 전력 증폭기 제어 신호(VL)를 제공한다. 후술하는 바와 같이, 커넥션(148) 상의 피드백 신호는 전력 증폭기(140)의 순방향 전력 출력을 나타내는 신호이다. 커넥션(118) 상의 컬렉터 파라미터 신호는 전력 증폭기 출력단의 컬렉터의 파라미터를 나타내는 신호이다. 실시예에 있어서, 커넥션(118) 상의 컬렉터 파라미터 신호는 전력 증폭기 출력단 상에서의 컬렉터 전압(Vce)을 나타내는 전압 신호이며, 전력 증폭기 포화의 표시자이다. 그러나, 다른 컬렉터 파라미터 신호들이 모니터링될 수 있다.
전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템의 부분들이 소프트웨어로 구현되면, 기저대역 서브시스템(130)은 또한 마이크로프로세서(135) 또는 다른 프로세서에 의해 실행될 수 있는 검출기 소프트웨어(155)를 포함하여, 후술되는 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템의 동작을 제어한다.
도 2는 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템의 실시예를 이용하여 구현된 전력 제어 시스템(200)의 실시예를 도시하는 간략화된 개략도이다. 전력 증폭기 제어 구성 요소(200)는 RF(Radio Frequency) 커플러(200)를 통해 커넥션(114) 상의 전력 증폭기(140)의 출력의 일부를 수신한다. RF 피드백 신호가 커넥션(148)을 통해 제1 검출기(220)에 제공된다. 오직 설명의 목적으로, 제1 검출기(220)는 다이오드로서 도시된다. 실시예에서, 제1 검출기(220)는 다이오드 검출기, 또는 임의의 다른 유형의 평균 또는 피크 전력 검출기를 포함할 수 있다. 제1 검출기(220)는 전력 증폭기(140)로부터 순방향 전력 출력 신호를 수신하기 때문에 순방향 전력 검출기라고도 지칭된다.
단일 전력 증폭기로서 개략적으로 도시되었지만, 전력 증폭기(140)는 다수의 전력 증폭기 출력단을 포함하고, 여기서 예시된 전력 증폭기 출력단은 참조 부호 230을 이용하여 바이폴라 접합 트랜지스터로서 개략적으로 도시된다. 그러나, 전계 효과 트랜지스터와 같은 다른 트랜지스터 구조들이 구현될 수도 있다. 전력 증폭기 출력단(230)은 컬렉터 파라미터가 커넥션(118)을 통해 제2 검출기(210)에 제공되는 것을 나타내기 위해 바이폴라 트랜지스터로서 도시된다. 컬렉터 파라미터는, 예를 들어, 컬렉터 전압 신호, 컬렉터 전류 신호 또는 전력 증폭기 출력단(230)이 포화 또는 포화 근방에서 동작하고 있는지의 여부를 나타내는 임의의 다른 컬렉터 파라미터일 수 있다. 전력 증폭기가 전계 효과 트랜지스터로서 구현되면, 드레인 파라미터가 이용될 수 있다. 예를 들어, 전계 효과 트랜지스터에서는 드레인 소스 전압(Vds)이 측정될 수 있다.
컬렉터 파라미터 검출기라고도 지칭되는 제2 검출기(210)는 제1 검출기(220)와 유사할 수 있다. 제2 검출기(210)와 제1 검출기(220)의 조합된 출력은 커넥션(222)을 통해 비교기(224)의 비반전 입력에 공급된 검출기 신호(Vdet)이다. DAC(160)(도 1)로부터의 기준 신호(Vdac )는 커넥션(152)을 통해 비교기(224)의 반전 입력에 공급된다. 비교기(224)의 출력은 Vdet 값와 Vdac 값 사이의 차이를 나타내는 오류 신호이며, 커넥션(116)을 통해 전력 증폭기(140)에 공급되어 전력 증폭기(140)의 출력을 제어하기 위해 이용되는 전력 제어 신호(VL)를 형성한다.
전력 증폭기 선형성 저하의 주요 원인 중 하나는 높은 컬렉터 전압에 의해 야기되는 전력 증폭기(140)의 포화이다. 따라서, 실시예에서, 전력 증폭기 출력단(230)의 컬렉터 전압은 포화 효과의 표시자로서 이용될 수 있다. 제1 검출기(220)와 제2 검출기(210)의 조합은 전력 증폭기의 전력 출력 및 전력 증폭기 출력단(230)의 컬렉터 전압 모두를 모니터링한다.
도 3은 도 2의 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템의 실시예를 도시하는 개략도이다. 이 실시예에서, 전력 증폭기 출력단(230)은 인덕턴스(302)를 통해 시스템 전압(Vdd)에 접속된다. 전력 증폭기 출력단(230)의 컬렉터 단자는 커넥션(118)을 통해 출력 매칭 회로(310)에 접속된다. 출력 매칭 회로(310) 는 인덕턴스들(312 및 316) 및 커패시턴스들(314 및 318)을 포함한다.
인덕턴스들, 커패시턴스들 및 저항들은, 이들 구성 요소들의 기능들이 종래 의 인덕터들, 커패시터들 및 저항기들 이외의 구성 요소들, 또는 구성 요소들의 조합에 의해 달성될 수도 있다는 이해를 갖고 도 3에 도시된다는 점을 이해해야 한다.
커넥션(114) 상의 매칭 회로(310)의 출력은 전술한 전력 증폭기(140)의 출력이다. RF 커플러(202)는 커넥션(114) 상의 전력 증폭기(140)의 출력의 일부를 커넥션(48)을 통해 디버트(divert)한다. 커넥션(148) 상의 RF 에너지는 커패시턴스(328)를 통과한 후, 제1 전력 검출기(220)에 공급된다. 이 실시예에서, 제1 전력 검출기(220)는 순방향 전력 검출기라고도 지칭된다. 제1 전력 검출기(220)는 다이오드(342), 저항들(334 및 336), 및 커패시턴스(338)를 포함한다. 커넥션(320)상에 존재하는 RF 에너지는 다이오드(342)에 의해 정류되어 커넥션(222)상의 순방향 검출된 전력 신호를 제공한다.
커넥션(118) 상의 전력 증폭기 출력단(230)의 출력은 또한 커패시턴스(304)를 통해 고조파 트랩(harmonic trap)(350)에 제공된다. 고조파 트랩(350)은 인덕턴스(352) 및 커패시턴스(354)를 포함한다. 고조파 트랩(350)의 출력은 감쇠기/필터(360)에 제공된다. 감쇠기/필터(360)는 저항(362) 및 커패시턴스(364)를 포함한다.
양호한 전력 검출을 위해, 고조파 트랩(350) 및 감쇠기/필터(360)를 제공하여 제2 검출기(210)가 고조파 미포함 검출된 신호를 수신하도록 하는 것이 바람직하다. 고조파 트랩(350) 및 감쇠기/필터(360)는 커넥션(118) 상의 신호에 대한 고조파들이 제2 검출기(210)로 들어가는 것을 방지한다. 고조파 트랩(350) 및 감쇠 기/필터(360)는 커넥션(118) 상의 기본적인 신호 성분을 제외하고 모두 제거한다. 고조파 필터링 및 감쇠의 양은 선형 전력 검출의 정확도와 트레이드오프될 수 있다.
감쇠기/필터(360)의 출력은 커넥션(366)을 통해 입력으로서 제2 검출기(210)에 제공된다. 제2 검출기(210)는 컬렉터 전력 검출기(210)라고도 지칭된다. 제2 검출기(210)는 다이오드(344) 및 저항(346)을 포함한다. 다이오드(344)는 커넥션(366) 상의 신호를 정류하여 커넥션(222) 상에 검출기 출력을 제공한다. 커넥션(222) 상의 신호는, 비교기(224)(도 2)에 대한 입력 Vdet 를 형성하는 조합된 검출기 신호이다.
출력 검출 전압(Vdet)은
Figure 112009075929601-pct00001
에 비례하는데, 여기서 Vce 는 전력 증폭기 출력단(230)의 컬렉터 상에서의 컬렉터-이미터 전압이고,
Figure 112009075929601-pct00002
는 부하 임피던스(ZL)의 함수로서의 순방향 전압(P f )에 비례하는 순방향 검출된 전압이고, k 는 저항(362)(R1)을 변화시킴으로써 조정가능한 계수이다.
저항(362)(R1)의 값과 저항(346)(R2)의 값은 R2/(R1+R2)의 값에 따라 제1 검 출기(220) 및 제2 검출기(210)의 출력의 비율을 결정한다. 이것은 커넥션(222)을 통해 제공될 신호의 값을 정의한다. 커넥션(222) 상의 검출기 신호에 대한 제1 검출기(220)와 제2 검출기(210)의 기여의 비율은 전력 증폭기 부하(326)의 출력에서의 임피던스에 기초하여 결정된다.
상이한 R1 값들을 선택함으로써, 선형성/출력 전력 제어 비율이 결정될 수 있다. R1 = 75 Ω 의 값에 대해 50 Ω 에서의 전력 출력 Pout= 26.5 dBm 및 백오프 3.5 dB(P1dB= 30 dBm)을 위해, 3:1 전압 정재파 비율(VSWR)에 대해 2.5 dBm 백오프가 유지된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 1.7:1 VSWR 에 대해 +0.4/-1 dB 의 전력 정확도가 유지된다. 커넥션(366) 상의 컬렉터 전압 신호가 우세하여, 전력 증폭기 포화를 나타내는 경우, 커넥션(222) 상의 신호는 전력 증폭기 전력 출력단(230)의 컬렉터 전압을 주로 포함한다. 이러한 시나리오에서, 커넥션(222) 상에 제공된 조합된 검출기 신호(Vdet)는 컬렉터 전압의 상당 부분을 포함한다. 이런 방식으로, 상술한 바와 같이 비교기(224)(도 2)의 동작을 통해 전력 증폭기의 출력을 감소시키기 위해 컬렉터 전압의 레벨이 이용된다. Vdet 의 값은 커넥션(114) 상의 출력 신호의 위상에 의존한다. 따라서, 커넥션(222) 상의 Vdet 신호는 또한 출력 신호의 위상에 따라 변화한다. 커플러가 양호한 절연(isolation)을 제공한다고 가정하면, 커플러(202)에 의해 제공되는 신호는 위상 의존적이다. 전력 출력단(230)에 걸친 컬렉터-이미터 전압(Vce)은 출력 신호의 위상에 의존한다. 부하 임피던스 ZL가 낮은 임피던스 영역으로 들어가는 경우, 컬렉터-이미터 전압 Vce은 감소하고 컬렉터-이미터 전류 Ice는 증가하여, 과도한 전류 소비로 이어진다. 부하 임피던스 ZL가 높은 임피던스 영역으로 들어가는 경우, 컬렉터-이미터 전압 Vce은 증가하고 컬렉터-이미터 전류 Ice는 감소하여, 전력 증폭기 포화 및 선형성 저하로 이어진다.
전력 정확도를 증가시키기 위해, 저항(346)(R1)의 값이 증가된다. 저항(346)(R2)에 비해 상대적으로 높은 값으로 저항(362)(R1)의 값을 증가시키는 것은 검출기들의 전력 정확도를 증가시킨다. 검출기 전압(Vdet)은
Figure 112009075929601-pct00003
에 따라 전력 출력단(230)에 걸친 컬렉터-이미터 전압(Vce) 및 순방향 전력 검출된 신호(Vf)에 비례한다. 따라서, R1 의 값이 R2 의 값에 비해 매우 높은 경우,
Figure 112009075929601-pct00004
이다. 따라서, VSWR 3:1 에 대한 이 방식에 대한 이득 압축은, R1 이 상대적으로 낮은 값인 경우의 2.5 dB 에 비해 0.7 dB 으로만 감소되는 전력 증폭기 백오프를 야기한다. 따라서, 순방향 전력 검출기(220)만을 이용하는 것은 전력 증폭기 선형성을 희생시킨다. 3:1 VSWR 에 대해 출력 전력/컬렉터 전압 트레이드오프 대 위상 간의 비교가 각각 도 5 및 도 6에 도시된다.
도 5는, 트레이스(502)가 순방향 전력 검출기(220)만이 구현된 경우의 3:1 VSWR 에서의 출력 전력 편차를 나타내는 상황에서의 전력 증폭기 출력 전력을 도시한다. 트레이스(504)는 제1 전력 검출기(220) 및 제2 전력 검출기(210)가 구현되는 경우의 3:1 VSWR 에서의 출력 전력 편차를 도시한다.
도 6은, 트레이스(602)가 순방향 전력 검출기(220)만이 구현된 경우의 3:1 VSWR 에서의 컬렉터 전압을 나타내는 상황에서의 컬렉터 전압을 도시한다. 트레이스(604)는 제1 전력 검출기(220) 및 제2 전력 검출기(210)가 구현되는 경우의 3:1 VSWR 에서의 컬렉터 전압을 도시한다. 트레이스(604)는 높은 출력 임피던스가 존재하는 경우에 출력 위상의 일부분 동안 전력 증폭기 출력단(230)의 컬렉터 전압이 고정된 것을 나타낸다. 점선(606)은 컬렉터 전압의 예시적인 상한을 나타내고, 점선(608)은 컬렉터 전압의 예시적인 하한을 나타낸다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 이중 검출기 솔루션(dual detector solution)을 구현하는 것은, 높은 임피던스가 높은 전압을 야기하는 대부분의 비선형 위상들에 대해 전력을 감소시킴으로써 선형성과 출력 전력 정확도 사이의 트레이드오프를 가능하게 한다.
도 7은 도 3의 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템의 대안의 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 7의 실시예의 아키텍처는 도 3에 도시된 아키텍처와 유사하다. 유사한 구성 요소들은 동일하게 넘버링될 것이다. 과도한 전류 소비에 대한 문제를 극복하기 위해, 출력단과 관련하여 비율 1/N을 갖는 추가적인 트랜지스터 셀을 이용함으로써 제3 전류 검출 아키텍처가 구현될 수 있다. 도 7 에서, 전력 출력단(230)은 "A" 라고 지칭되고, 추가적인 트랜지스터 셀은 "A/N" 이라고 지칭된다. 그러한 트랜지스터는 402로 도시된다. 그후, RF 전류는 트랜지스터(402)의 컬렉터(404)에서 샘플링될 수 있고, 저항(406)에 의해 전압으로 변환될 수 있다. 커넥션(404) 상의 전압은 다이오드 검출기(408)에 의해 검출되고, 커 넥션(222) 상의 공통 검출된 신호에 추가된다.
또한, 전술한 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템은, 전류 검출 및 전압 검출과 같은 추가적인 파라미터들의 검출에 적용가능하며, 다중 통신 모드들을 이용하고 다중 통신 대역들을 이용하는 통신 디바이스에서의 그러한 파라미터의 검출에 적용가능하다. 또한, 하나의 통신 대역 또는 통신 모드로부터 다른 통신 대역 또는 통신 모드로 스위칭될 경우에 검출 파라미터가 변화될 수 있다.
도 8은 전력 증폭기에서의 전력 검출을 위한 방법 및 시스템의 실시예의 동작을 설명하는 흐름도(800)이다. 흐름도에서의 블록은, 전술한 구성 요소에 의해 나타낸 순서로 또는 그밖의 순서로 수행될 수 있다.
블록(802)에서, 전력 증폭기(140)의 출력이 제1 전력 검출기(220)에 제공된다. 블록(804)에서, 전력 증폭기(140)의 컬렉터 파라미터가 제2 전력 검출기(210)에 제공된다. 블록(806)에서, 제1 전력 검출기(220)는 제1 전력 검출기 신호를 형성한다. 블록(808)에서, 제2 전력 검출기는 제2 전력 검출기 신호를 형성한다.
블록(812)에서, 조합된 전력 검출기 신호가 도출된다. 조합된 전력 검출기 신호를 구성하는, 제2 전력 검출기 신호에 대한 제1 전력 검출기 신호의 비율은, 도 3에서의 저항(362)(R1)과 저항(346)(R2)의 값에 의존한다. 블록 814에서, 조합된 전력 검출기 신호가 전력 제어 구성 요소(200)에 제공된다(도 1 및 도 2).
본 발명의 다양한 실시형태들이 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에 있는 더 많은 실시형태들 및 구현들이 가능하다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 예컨대, 본 발명은 특정 유형의 라디오 송신기 또는 전력 증폭기에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시형태는 상이한 유형의 무선 송신기 및 전력 증폭기에 적용가능하며, 비일정 포락선 신호를 송신하는 임의의 송신기에 적용가능하다.

Claims (21)

  1. 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템으로서,
    전력 증폭기의 순방향 전력 출력을 검출하도록 구성되는 제1 전력 검출기 - 상기 제1 전력 검출기는 제1 전력 검출기 출력을 제공하도록 더 구성됨 - ;
    상기 전력 증폭기에 포함된 트랜지스터의 컬렉터 단자로부터 컬렉터 파라미터 신호를 수신하고, 상기 컬렉터 파라미터 신호에 기초하여 컬렉터 파라미터를 검출하도록 구성되는 제2 전력 검출기 - 상기 제2 전력 검출기는 제2 전력 검출기 출력을 제공하도록 더 구성됨 - ; 및
    상기 컬렉터 파라미터 신호를 수신하고 상기 컬렉터 파라미터 신호에 존재하는 고조파를 제거하여 필터링된 컬렉터 파라미터 신호를 획득하도록 구성되는 고조파 트랩 및 필터 - 상기 고조파 트랩 및 필터는 상기 필터링된 컬렉터 파라미터 신호를 상기 제2 전력 검출기에 제공하도록 더 구성됨 -
    를 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컬렉터 파라미터 신호는 컬렉터 전압 신호인, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컬렉터 파라미터 신호는 컬렉터 전류 신호인, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력 검출기 출력 및 상기 제2 전력 검출기 출력은 조합되어, 조합된 전력 검출기 출력을 형성하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조합된 전력 검출기 출력은 상기 제1 전력 검출기 출력 및 상기 제2 전력 검출기 출력의 비율을 포함하고, 상기 비율은 적어도 하나의 저항 값에 기초하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 전력 검출기는 피크 전력 검출기 및 평균 전력 검출기로부터 선택되는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 전력 검출기는 다이오드 검출기들인, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 전력 검출기는 상기 전력 증폭기의 출력 선형성 및 상기 전력 증폭기의 컬렉터 전압을 제어하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전력 증폭기에 포함된 제2 트랜지스터의 제2 컬렉터 단자로부터 제2 컬렉터 파라미터 신호를 수신하고, 상기 제2 컬렉터 파라미터 신호에 기초하여 제2 컬렉터 파라미터를 검출하도록 구성되는 제3 전력 검출기를 더 포함하고, 상기 제3 전력 검출기는 상기 제2 컬렉터 파라미터에 기초하여 상기 제1 전력 검출기 출력 및 상기 제2 전력 검출기 출력에 전압 신호를 제공하도록 더 구성되는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 필터링된 컬렉터 파라미터 신호는 상기 컬렉터 파라미터 신호의 기본적인 신호 성분들만을 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템.
  11. 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템을 갖는 휴대용 송수신기로서,
    전력 증폭기 및 수신기에 결합된 송신기;
    상기 전력 증폭기의 순방향 전력 출력을 검출하도록 구성된 제1 전력 검출기 - 상기 제1 전력 검출기는 제1 전력 검출기 출력을 제공하도록 더 구성됨 - ;
    상기 전력 증폭기에 포함된 트랜지스터의 컬렉터 단자로부터 컬렉터 파라미터 신호를 수신하고, 상기 컬렉터 파라미터 신호에 기초하여 컬렉터 파라미터를 검출하도록 구성되는 제2 전력 검출기 - 상기 제2 전력 검출기는 제2 전력 검출기 출력을 제공하도록 더 구성됨 - ; 및
    상기 컬렉터 파라미터 신호를 수신하고 상기 컬렉터 파라미터 신호에 존재하는 고조파를 제거하여 필터링된 컬렉터 파라미터 신호를 획득하도록 구성되는 고조파 트랩 및 필터 - 상기 고조파 트랩 및 필터는 상기 필터링된 컬렉터 파라미터 신호를 상기 제2 전력 검출기에 제공하도록 더 구성됨 -
    를 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템을 갖는 휴대용 송수신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컬렉터 파라미터 신호는 컬렉터 전압 신호인, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템을 갖는 휴대용 송수신기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 컬렉터 파라미터 신호는 컬렉터 전류 신호인, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템을 갖는 휴대용 송수신기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전력 검출기 출력 및 상기 제2 전력 검출기 출력은 조합되어, 조합된 전력 검출기 출력을 형성하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템을 갖는 휴대용 송수신기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 조합된 전력 검출기 출력은 상기 제1 전력 검출기 출력 및 상기 제2 전력 검출기 출력의 비율을 포함하고, 상기 비율은 적어도 하나의 저항 값에 기초하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템을 갖는 휴대용 송수신기.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 전력 검출기는 상기 전력 증폭기의 출력 선형성 및 상기 전력 증폭기의 컬렉터 전압을 제어하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템을 갖는 휴대용 송수신기.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 필터링된 컬렉터 파라미터 신호는 상기 컬렉터 파라미터 신호의 기본적인 신호 성분들만을 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 시스템을 갖는 휴대용 송수신기.
  18. 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 방법으로서,
    전력 증폭기의 순방향 전력 출력을 포함하는 제1 전력 검출기 출력을 제공하는 단계;
    상기 전력 증폭기에 포함된 트랜지스터의 컬렉터 단자의 컬렉터 파라미터로부터 도출된 컬렉터 파라미터 신호를 필터링하여 상기 컬렉터 파라미터 신호에 존재하는 고조파를 제거함으로써 필터링된 컬렉터 파라미터 신호를 획득하는 단계;
    상기 필터링된 컬렉터 파라미터 신호로부터 도출된 제2 전력 검출기 출력을 제공하는 단계; 및
    상기 제1 전력 검출기 출력과 상기 제2 전력 검출기 출력을 조합하여, 조합된 전력 검출기 출력을 형성하는 단계
    를 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    저항 값을 선택하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 전력 검출기 출력 및 상기 제2 전력 검출기 출력의 비율은 상기 저항 값에 기초하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 조합된 전력 검출기 출력에 기초하여 상기 전력 증폭기의 출력 선형성 및 상기 전력 증폭기의 컬렉터 전압을 제어하는 단계를 더 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 필터링된 컬렉터 파라미터 신호는 상기 컬렉터 파라미터 신호의 기본적인 신호 성분들만을 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 검출하는 방법.
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