KR101537427B1 - 전력 제어 루프에서의 포화 상태 검출 및 정정을 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

전력 제어 루프에서의 포화 상태 검출 및 정정을 위한 시스템들 및 방법들 Download PDF

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Abstract

전력 증폭 회로에서 포화 상태를 검출하고 정정하기 위한 시스템들 및 방법들이 설명된다. 예시적인 회로는 입력 신호 및 이득 제어 신호에 기초한 증폭된 출력 신호를 제공하는 전력 증폭기; 상기 증폭된 신호 크기를 나타내는 검출기 신호를 제공하는 전력 검출기; 설정점 신호 및 상기 검출기 신호에 기초한 이득 제어 신호를 생성하는 에러 증폭기; 및 이득 제어 신호가 기준 신호를 초과하는지를 나타내는 포화 상태 검출 신호를 제공하는 포화 상태 검출기를 포함한다. 또 다른 실시예에서 회로는 이득 제어 신호가 기준 신호를 초과하는 것을 나타내는 포화 상태 검출 신호에 응답하여 설정점 신호에 대한 정정을 제공하는 오프셋 생성기를 포함한다. 또 다른 실시예에서 회로는 임계치를 초과하는 정정에 응답하여 설정점 신호에 대한 정정을 멈추는 오프셋 컷오프 회로를 포함한다.

Description

전력 제어 루프에서의 포화 상태 검출 및 정정을 위한 시스템들 및 방법들{SYSTEMS AND METHODS FOR SATURATION DETECTION AND CORRECTION IN A POWER CONTROL LOOP}
본 개시물은 전력 증폭기 회로들의 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 전력 증폭 회로들의 포화 상태의 검출 및 정정에 관한 것이다.
신호들의 전력 증폭이 요구되는 일부 응용들에서, 전력 이득의 정확한 제어는 요망되는 신호 특성들을 달성하기 위해 바람직할 수 있다. 예를 들면, 휴대 전화들, PDA(personal digital assistant)들, 등과 같은 통신 디바이스에서 이용되는 통신 모듈들은, GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying) 모드와 같은, 특정한 동작 모드들에서 정확한 내부 전력 제어를 요구할 것이다. 그러한 응용들에서는, 증폭기 단의 이득을 제어하는 전력 제어 회로가 이용될 수 있다. 일반적인 제어 루프는 RF 검출기의 출력과 루프 설정점 사이의 차이에 기초하여 루프 에러 전압을 통해 증폭기 이득을 제어한다. (선형 또는 대수 검출기일 수 있는) 검출기는 증폭된 신호를 샘플링하고 (예를 들면, rf 진폭 또는 증폭된 신호의 전력에 기초하여) 증폭된 신호의 크기를 나타내는 검출기 출력을 생성한다. 루프 에러 전압은 일반적으로 (제어 루프 설계의 요건들에 따라, 비례, 적분, 미분 또는 임의의 그러한 엘리먼트들의 조합일 수 있는) 에러 증폭기를 통해 통과하여, 전력 증폭기의 이득을 제어하는 이득 제어 신호를 산출한다.
그러한 전력 제어 피드백 루프들은 증폭기가 포화 상태에 도달할 때 격심한 성능 악화를 겪는다. 전력 증폭기가 포화 상태에 이르면, 이득 제어 신호의 증가들은 더 이상 전력 증폭기 출력의 증가들을 발생시키지 않는다. 이것은, 예를 들면, 포화된 전력 증폭기 출력의 출력을 증가하려는 시도에서 이득 제어 전압이 증가할 때 그것이 하이 레일(high rail)에 고정되는(pinned) 것과 같은, 루프 성능의 고장으로 이어진다. 이 상태는 종종 "루프 포화 상태(loop saturation)"로 칭해진다.
일부 응용들에서, 루프 성능은 이례적으로 포화 상태에 민감할 수 있어서, 전력 증폭기 출력이 요망되는 것과 다르게 된다. 예를 들면, 일반적인 회로에서, 제어 루프 성능은 0.1 dB만큼 작은 전력 증폭기 포화 상태에서 수용가능한 한도들을 넘어 열화할 수 있다. 루프 포화 상태를 피하기 위한 한 가지 방법은 루프 에러 신호를 모니터링하고 포화 상태(또는 임박한 포화 상태의 징후)가 검출되는 경우 루프 설정점을 감소시키는 것이다. 포화 상태는, 그러나, 포화 상태에 의해 유발된 에러가 작은 경우, 검출하기 어려울 수 있다. 증폭기 출력을 측정하기 위해 대수 검출기를 이용하는 일반적인 루프 회로에서, 예를 들면, 검출기 감도는 dB당 50 mV일 수 있다. 전력의 0.1 dB의 에러는 그 후 루프 피드백 신호에서 5 mV의 에러만 발생시킨다. 5 mV는 표준 CMOS 증폭기 입력 오프셋들의 에러와 비슷하기 때문에, 시스템이 증폭기 자체의 성능에서 통상의 제조 편차로부터 루프 포화 상태를 명확히 구별하는 것은 불가능할 수 있다.
루프 포화 상태는 선형 검출기를 이용하여 검출하는 것이 더 쉬울 수 있는데, 여기에서 포화 상태 근처의 검출기 감도는 상당히 더 높을 수 있고; 포화 상태는 포화 상태가 발생할 때 영(zero)으로부터의 편차에 대하여 루프 에러 신호를 모니터링함으로써 직접 관측될 수 있다. 그러나, 후술되는 바와 같이, 선형 검출을 이용한 회로에서, 루프 설정점에 일정한 감소를 가하는 것은 수용될 수 없는 루프 출력의 왜곡을 발생시킨다. 또한, 일부 응용들에서는 다른 이유들로 인해 대수 검출을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 선형 검출과 비교하여, 대수 검출은, 많은 응용에서 바람직한, 더 넓은 동적 범위를 제공할 수 있다.
따라서, 많은 응용에서는, 제어 루프에 대수 검출기를 이용하는 것이 바람직하나, 이는 포화 상태를 검출하는 것을 더욱 어렵게 만든다.
본원에서 설명되는 시스템들은 포화 상태가 존재하는(또는 임박하는) 때를 결정하기 위해 제어 루프의 특정한 포인트들에서 신호들을 모니터링하고, 이들 신호들을 포화 상태가 시작되면(또는 시작이 임박하면) 표시자 전압(indicator voltage)에서의 스텝을 야기하도록 처리하는 회로를 포함하는 전력 증폭 회로들을 포함한다. 이 스텝은 적절한 방식으로 루프 포화 상태에 응답할 수 있는 제어기에 의해 관측될 수 있다. 특히, 본원에서 설명되는 시스템들은 대수 검출을 포함하고, 이득 제어 전압을 모니터링함으로써 포화 상태(또는 임박한 포화 상태의 징후)를 검출하는 전력 증폭 회로들을 포함한다. 또 다른 양태에 따르면, 본원에서 설명되는 시스템들은 검출된 포화 상태에 응답하고 그것을 정정하는 아날로그 회로를 포함한다. 특히, 설명된 시스템들은 설정점 신호에 오프셋을 적용함으로써 검출된 포화 상태를 정정하는 제어 회로들을 포함한다.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 전력 증폭 회로가 제공되고, 상기 회로는 입력 신호를 수신하는 전력 입력, 이득 제어 신호를 수신하는 이득 제어 입력, 및 상기 입력 신호 및 상기 이득 제어 신호에 기초한 증폭된 출력 신호를 제공하는 전력 출력을 갖는 전력 증폭기; 상기 전력 증폭기의 상기 증폭된 출력 신호의 크기를 나타내는 전력 검출기 신호를 제공하는 전력 검출기; 증폭 제어 신호를 수신하는 제1 입력, 상기 검출기 신호에 기초한 신호를 수신하는 제2 입력, 및 상기 전력 증폭기의 상기 이득 제어 입력에 전기적으로 연결된 출력을 갖는 에러 증폭기; 및 상기 이득 제어 신호에 기초한 신호를 수신하는 제1 입력, 기준 신호를 수신하는 제2 입력, 및 이득 제어 신호가 상기 기준 신호를 초과하는지를 나타내는 포화 상태 검출 신호를 제공하는 출력을 갖는 포화 상태 검출기를 포함한다. 하나의 실시예에 따르면, 상기 에러 증폭기의 출력은 트랜지스터를 통해 상기 이득 제어 입력에 전기적으로 연결된다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 트랜지스터는 배터리 전압에 의해 전력 공급되고, 상기 기준 신호는 상기 배터리 전압에서 상기 트랜지스터의 한계 전압보다 더 큰 전압 강하를 뺀 것이다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 전력 증폭기는 상기 이득 제어 신호가 상기 기준 신호보다 더 작을 때 포화되지 않는다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 전력 검출기 신호는 상기 전력 증폭기의 출력에서의 RF 전압의 로그(logarithm)에 비례한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 전력 검출기 신호는 상기 전력 증폭기의 출력에서의 RF 전압에 비례한다.
또 다른 실시예에 따르면 전력 증폭 회로는 상기 검출기 신호를 수신하고 제2 에러 증폭기 입력에 증폭된 검출기 신호를 제공하는 선형 증폭기를 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 선형 증폭기는 단위(unity) 이득을 갖는다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 선형 증폭기는 비-단위 이득을 갖는다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 포화 상태 검출기는 비교기이다.
또 다른 실시예에 따르면, 전력 증폭기 회로는 상기 포화 상태 검출기로부터 상기 포화 상태 검출 신호를 수신하고, 상기 이득 제어 신호가 상기 기준 신호를 초과하는 것을 나타내는 상기 포화 상태 검출 신호에 응답하여, 상기 에러 증폭기의 상기 제1 입력에 오프셋 신호를 제공하는 오프셋 생성기 회로를 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면 상기 오프셋 생성기 회로는 전류원; 상기 이득 제어 신호가 상기 기준 신호를 초과하는 것을 나타내는 상기 포화 상태 검출 신호에 응답하여 상기 전류원을 활성화하는 스위치; 및 상기 전류원에 연결된 입력 및 오프셋 신호를 제공하는 출력을 갖는 선형 증폭기를 포함하며, 상기 출력은 상기 에러 증폭기의 상기 제1 입력에 전기적으로 연결된다. 또 다른 실시예에 따르면 상기 선형 증폭기의 출력은 트랜지스터를 통해 상기 에러 증폭기의 상기 제1 입력에 전기적으로 연결된다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 오프셋 생성기 회로는 상기 이득 제어 신호가 상기 기준 신호를 초과하는 것을 나타내는 상기 포화 상태 검출 신호에 응답하여 램핑(ramping) 오프셋 신호를 생성한다.
또 다른 실시예에 따르면, 전력 증폭 회로는 오프셋 컷오프 임계 신호(offset cutoff threshold signal)를 초과하는 상기 오프셋 신호에 기초한 신호에 응답하여 상기 램핑 오프셋 신호를 멈추게(freeze) 하는 오프셋 컷오프 회로를 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 오프셋 컷오프 임계 신호는 상기 전력 검출기 신호에 기초한 신호에서 미리 결정된 전압을 뺀 것이다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 오프셋 컷오프 회로는: 상기 오프셋 신호에 기초한 신호를 수신하는 제1 입력; 상기 오프셋 컷오프 임계 신호를 수신하는 제2 입력; 및 상기 제1 입력에서의 신호가 상기 오프셋 컷오프 임계 신호를 초과하는지를 나타내는 출력 ― 상기 출력은 상기 오프셋 생성기 회로에 전기적으로 연결됨 ― 을 갖는 컷오프 비교기를 포함하고; 여기에서 상기 오프셋 생성기 회로는 상기 제1 입력에서의 신호가 상기 오프셋 컷오프 임계 신호를 초과하는지를 나타내는 상기 비교기 출력에 응답하여 비활성화된다.
또 다른 실시예에 따르면, 전력 증폭 회로는 상기 전류원과 접지 사이에 전기적으로 연결된 커패시터를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제1 신호를 증폭하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은: 이득 설정점 신호를 수신하는 단계; 상기 이득 설정점 신호에 기초하여 이득 제어 신호를 생성하는 단계; 상기 이득 제어 신호에 기초하여 상기 제1 신호를 증폭하는 단계; 상기 이득 제어 신호가 미리 결정된 임계치를 초과하는 지를 검출하는 단계; 및 상기 이득 제어 신호가 상기 미리 결정된 임계치를 초과하는지를 나타내는 포화 상태 검출 신호를 제공하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에 따르면, 상기 제어 신호를 생성하는 단계는: 상기 증폭된 제1 신호를 나타내는 전력 검출기 신호를 수신하는 단계; 및 상기 전력 검출기 신호 및 상기 이득 설정점 신호에 기초하여 이득 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 이득 제어 신호가 상기 미리 결정된 임계치를 초과하는지를 나타내는 포화 상태 검출 신호에 응답하여 정정 신호를 생성하는 단계; 및 상기 정정 신호를 상기 이득 설정점 신호에 적용하는 단계를 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 정정 신호가 미리 결정된 컷오프 임계치를 초과하는지를 검출하는 단계; 및 컷오프 임계치를 초과하는 상기 정정 신호에 응답하여 정정 컷오프 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 정정 컷오프 신호에 응답하여 상기 정정 신호의 증가를 중단하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 정정 컷오프 신호에 응답하여 일정한 값에서 상기 정정 신호를 유지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전력 증폭 회로가 개시되는데, 상기 회로는 입력 신호를 수신하고 증폭된 출력 신호를 생성하기 위한 전력 증폭기; 상기 전력 증폭기의 상기 출력 신호를 나타내는 전력 증폭기 신호를 제공하는 전력 검출기; 설정점 신호를 수신하고 상기 설정점 신호에 따라 상기 전력 증폭기의 이득을 제어하는 이득 제어 신호를 생성하는 제어 회로; 및 상기 이득 제어 신호가 기준 신호의 포화 상태 검출 임계치 내에 있는지를 나타내는 포화 상태 검출 신호를 제공하기 위한 수단을 포함한다. 하나의 실시예에 따르면, 상기 전력 증폭 회로는 상기 이득 제어 신호가 기준 신호의 포화 상태 검출 기준치 내에 있는지를 나타내는 상기 포화 상태 검출 신호에 응답하여 정정 신호를 생성하여 상기 설정점 신호에 적용하기 위한 정정 수단을 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 전력 증폭기 회로는 상기 정정 신호가 컷오프 임계치를 초과하는 경우에 정정 컷오프 신호를 생성하기 위한 모니터 수단을 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 전력 증폭 회로는 상기 정정 컷오프 신호에 응답하여 상기 정정 신호의 증가를 중단하기 위한 컷오프 수단을 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 전력 증폭 회로는 상기 정정 컷오프 신호에 응답하여 상기 정정 신호를 유지하기 위한 유지 수단(sustaining means)을 더 포함한다.
첨부 도면들은 일정 비율로 그려지는 것으로 의도되지 않는다. 도면들에서, 다양한 도면들에 도시되는, 각각의 동일한 또는 거의 동일한 컴포넌트는 동일한 번호로 표현된다. 명료함을 위해, 모든 컴포넌트가 모든 도면에서 라벨이 붙여지지 않을 수 있다.
도 1은 증폭 모듈을 갖는 예시적인 송신 시스템의 블록도.
도 2는 전력 제어 루프의 포화 상태를 검출하고 정정하기 위한 회로의 예시적인 실시예의 블록도.
도 3은 루프 포화 상태 검출 회로를 갖는 전력 증폭 회로의 예시적인 실시예를 나타내는 도면.
도 4는 전력 증폭 제어 루프의 포화 상태를 검출하고 정정하기 위한 회로를 갖는 전력 증폭 회로의 예시적인 실시예를 나타내는 도면.
도 5는 예시적인 대수 RF 검출기 및 예시적인 선형 RF 검출기의 응답 곡선을 나타내는 그래프.
본 발명은 그것의 응용에 있어서 이하의 설명에서 나타나거나 또는 도면들에서 예시되는 구조의 상세 및 컴포넌트들의 배열에 제한되지 않는다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 또는 수행될 수 있다. 또한, 본원에서 이용되는 표현 및 전문 용어는 설명의 목적을 위한 것이고 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본원에서 "포함하는", 또는 "갖는", "함유하는", "수반하는" 및 그것의 변형들의 이용은 그 뒤에 열거된 항목들 및 그의 등가물들뿐만 아니라 추가 항목들을 포함하도록 의도된다.
본원에서 설명되는 방법들 및 시스템들은 제어 루프에 의해 이득이 제어되는 증폭 단이 존재하는 송신 응용에서 이용될 수 있다. 그러한 시스템의 하나의 예시적인 실시예의 다이어그램이 도 1에 예시된다. 도 1의 시스템(10)은, 예를 들면, 휴대 전화, PDA, 등의 송신 모듈일 수 있다. 예시의 시스템(10)은 신호 생성 회로를 포함하는 신호 생성 모듈(70) 및 제어 회로를 포함하는 제어기 모듈(80)을 포함한다. 신호 생성 모듈(70) 및 제어기 모듈(80)은 하나 이상의 디지털 프로세서에서 구현되고, 및/또는 일부 아날로그 회로를 통합할 수 있다. 증폭 모듈(100)은 신호 생성 모듈에서 생성된 신호들을 수신하여 증폭하고, 그것들을 송신을 위해 (안테나와 같은) 송신기(90)에 전달한다. 제어기 모듈(80)은 이득 제어 신호를 증폭 모듈(100)에 제공한다. 증폭 모듈(100)은 송신을 위해 신호가 증폭되는 이득을 결정하기 위해 제어 신호를 이용하는 이득 제어 루프를 포함한다.
전술한 바와 같이, 증폭 제어 루프의 포화 상태는 제어 루프의 성능을 저하시켜, 증폭기 출력이 최적화되지 못하게 할 수 있다. 도 2는 포화 상태(또는 임박한 포화 상태의 징후)를 검출하고, 옵션으로, 포화 상태를 정정하기 위한 정정 신호를 적용하기 위한 회로를 갖는 예시적인 증폭 모듈(100)을, 블록도의 형태로, 나타낸다.
증폭 모듈(100)은, 입력 단자(104) 및 출력 단자(106)를 갖는 전력 증폭기(102)를 포함하는, 전력 증폭 회로(60)를 포함한다. 전력 증폭 회로(60)는 또한 전력 증폭기의 출력을 샘플링하고 (옵션으로 버퍼 또는, 도시되지 않은, 다른 증폭기를 통해) 에러 증폭기(110)에 피드백을 제공하는 (그것의 응답이 대수적이거나 또는 선형일 수 있는) RF 검출기(114)를 포함한다. RF 검출기(114)의 출력은 또한, 예를 들면, 제어기 모듈(80)과 같은, 그 안에 증폭 모듈(100)이 배치된 디바이스(10)의 또 다른 모듈에 의해 모니터링될 수 있는, 출력(VOUT)에 (옵션으로 버퍼(118)를 통해) 제공될 수 있다.
에러 증폭기(110)는 또한 전력 증폭기(102)의 이득에 대한 설정점을 제공하는 루프 제어 신호(VSET)를 입력으로서 (직접적으로 또는 후술되는 주입 회로(40)를 통해 간접적으로) 수신한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 루프 제어 신호(VSET)는, 전력 증폭기의 이득이, 그리고 이에 따라 증폭기 출력의 전력 프로파일이, 추종할, 사인 파 또는 다른 램핑 프로파일(ramping profile)과 같은 시간 변화 프로파일(time-varying profile)을 제공한다. 에러 증폭기(110)의 출력은, 전력 증폭기(102)의 이득을 제어하기 위해 전력 증폭 회로(60)에 제공되는, 이득 제어 신호(VGAIN)이다. 따라서, 통상의 루프 동작에서, 에러 증폭기(110)는 (옵션으로 증폭되는) 검출기(114)의 출력이 입력 제어 신호(VSET)와 같도록 VGAIN을 출력한다. 에러 증폭기(110)는 루프 설계 요건들에 따라서 비례 증폭기, 적분 증폭기, 미분 증폭기, 또는 이들 엘리먼트들의 임의의 적합한 조합으로서 구성될 수 있다. 도 3과 관련하여 후술되는 바와 같이, 에러 증폭기(110)는 또한, 에러 증폭기에 통합되는, 또는 개별 출력 단으로서, 고-전류 출력 단을 포함할 수 있다.
이득 제어 신호(VGAIN)는 또한 포화 상태가 존재하거나 임박하는지를 결정하는 포화 상태 검출 회로(20)에 보내진다. (도 3과 관련하여 후술되는) 하나의 예시적인 실시예에서 포화 상태 검출 회로(20)는 루프 성능이 포화 상태에 기인하여 눈에 띄게 저하되는 VGAIN 값보다 아래에 있는 임계치 또는 기준 전압과 VGAIN을 비교하고, VGAIN이 그 임계치 또는 기준 전압을 초과한다면, 포화 상태를 확언적으로(affirmatively) 나타내는 신호를 반환한다. 이러한 방식으로, 포화 상태 검출 회로(20)는 포화 상태가 도달되고 있을 때, 그러나 루프 성능 또는 전력 증폭기 성능이 뚜렷이 저하하기 시작하기 전에, (포화 상태를 나타내기 위해, 그리고 일부 실시예들에서는 포화 상태의 정정을 시작하기 위해 이용되는) 명백한 결과를 제공할 수 있다.
하나의 실시예에서, 포화 상태 검출 회로는 포화 상태가 존재하는지를 나타내는 포화 상태 표시 신호(50)를 제공한다. 포화 상태 표시 신호(50)는, 예를 들면, 포화 상태가 존재할 때는 높고 그것이 존재하지 않을 때는 낮은 이진 신호일 수 있다. 포화 상태 표시 신호(50)는 대안적으로, 검출기(118)의 VOUT에 더해지는 (또는 그것으로부터 빼지기도 하는), 비-포화 상태와 포화 상태를 구별하는 임의의 검출 가능한 오프셋 전압일 수 있다. 포화 상태 표시 신호(50)는, 예를 들면, 제어기 모듈(80)에 의해 수신될 수 있고, 제어기 모듈(80)은 어떤 적절한 방식으로 응답할 수 있다. 일부 실시예들에서 제어기 모듈(80)은, 예를 들면, 루프 포화 상태가 정정될 때까지 VSET을 감소시킴으로써 응답한다.
또 다른 실시예에서, 증폭 모듈(100)은 포화 상태 검출 회로(20)에 의해 제공된 포화 상태 표시 신호(50)를 수신하는 오프셋 생성기 회로(30)를 포함한다. 오프셋 생성기 회로(30)는 전력 증폭기의 이득을 감소시키기 위해, 오프셋 주입 회로(40)에 의해 VSET과 합해지는 오프셋 전압을 생성한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 오프셋 생성기 회로(30)에 의해 생성된 오프셋 전압은 전력 증폭기 제어 루프를 포화 상태 밖으로 가져오기에 충분한 값으로 램핑한다(ramp). 일부 실시예들에서, 오프셋 생성기 회로(30)는 증폭기(102)의 이득에서의 감소가 제어 루프를 포화 상태 밖으로 가져오기에 충분할 때 오프셋 전압의 램핑을 정지시키는 회로를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 오프셋 생성기 회로(30)는 오프셋 전압의 램핑이 정지된 후에 오프셋 전압을 유지하기 위한, 커패시턴스와 같은, 회로를 포함한다. 증폭 모듈(100)이, 휴대전화 또는 PDA와 같은, 디바이스의 송신 모듈에서 이용되는 실시예들에서, 오프셋 생성기 회로(30)는 송신 버스트(transmission burst)의 지속 기간 동안 오프셋 전압을 유지할 수 있다. 리셋 신호는 다음 버스트의 시작 전에 오프셋 전압을 클리어하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 실시예에서, 리셋은 오프셋 전압을 유지하는 커패시터를 접지에 단락하는(short) 오프셋 생성 회로(30)의 스위치를 닫음으로써 달성된다.
도 3 및 4는 도 2의 블록도에 표시된 시스템의 특정한 예시적인 실시예들을 더욱 상세히 나타낸다.
도 3은 포화 상태를 검출하고, 루프 포화 상태의 존재 또는 임박을 또 다른 디바이스 또는 컴포넌트, 예를 들면 제어기 모듈(80)에 경고하는 데에 이용될 수 있는 검출 신호를 제공하는 능력을 갖는 증폭 모듈(100)의 하나의 예시적인 실시예를 나타낸다. 후술되는 바와 같이, 검출 회로는 어떠한 허용 오차가 요망되든 그 허용 오차를 가지고 포화 상태의 명확한 표시(예를 들면, 양성 포화 상태 표시 신호)를 제공하도록 설계될 수 있고; 일부 응용들에서는 검출 회로가 루프가 포화 상태에 근접하나 아직 포화 상태에 있지 않을 때 응답할 수 있지만, 다른 응용들에서는, 검출 회로가 실제 포화 상태가 발생할 때 응답할 수 있다. 본 명세서 전체에 걸쳐, 용어 "포화 상태(saturation)"는 일반적으로 포화 상태 검출 회로의 실시예가 응답하도록 설계된 임의의 포화 상태 또는 근접한 포화 상태 조건을 칭하는 것으로 이용된다. 따라서, 일부 실시예들에서, "포화 상태"는 그 이상에서 포화 상태가 발생할 것으로 기대되는 특정 임계치를 초과하는 이득 제어 신호를 칭할 수 있다.
도 3에 예시된 실시예에서, 증폭 모듈(100)은, 복수의 캐스케이드 접속된 이득 단들(cascaded gain stages)을 포함할 수 있는, 전력 증폭기(102)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 예를 들면, 전력 증폭기(102)는 세 개의 캐스케이드 접속된 이득 단들을 포함하지만, (예를 들면, 더 많거나 또는 더 적은 수의 캐스케이드 접속된 이득 단들을 갖는) 다른 유형들의 전력 증폭기들이 이용될 수도 있다. 전력 증폭기(102)는 입력 단자(104)에서 (송신 버스트와 같은) 증폭되야 하는 신호를 수신하고 출력 단자(104)에서 증폭된 출력 신호를 생성한다. 입력 단자(104)에서의 신호는, 예를 들면, 도 1의 신호 생성 모듈(70)로부터 수신될 수 있고, 출력 단자(106)에서의 신호는, 예를 들면, 송신기(90)에 제공될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 전력 증폭기(102)의 이득은, 하나의 예시적인 실시예에서, dc 신호 VGAIN 내에 존재할 수 있는 임의의 ac 성분들을 필터링하기 위해 인덕터(108)를 통해 전력 증폭기(102)에 연결되는 VGAIN에 의해 구동된다. VGAIN은 에러 증폭기(110) 상의 피드백 회로망에 의해 결정된다. 에러 증폭기(110)는, 증폭 모듈(100)의 전체 이득을 제어하는 외부 제어 신호인, 입력 신호(VSET)와 VDET를 같게 유지하도록 동작한다. 도 3에 예시된 실시예에서, VGAIN은 에러 증폭기(110)에 의해 구동되는 FET(112)에 의해 공급된다(sourced). FET(112)를 이용하는 것의 이점은 (정확한 제어가 요망되는 제어 루프의 에러 증폭기(110) 용으로 이용하기에 바람직할 수 있는 고-정밀 연산 증폭기들과 같은) 많은 연산 증폭기들은 전력 증폭기(102)를 구동하기에 충분한 전류를 공급할 수 없다는 것이다. 하나의 예시적인 실시예에서 전력 증폭기(102)는 VGAIN 드라이브(drive)로부터 200 mA 만큼 끌어낸다. 예시된 실시예에서, FET(112)는 PFET이지만, FET(112)는 전력 증폭기(102)를 구동하기에 충분한 전류를 제공할 수 있는 NFET 또는 pnp 이극 트랜지스터들, 또는 임의의 비슷한 컴포넌트들과 같은 다른 유형의 트랜지스터들에 의해 교체될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 추가적으로, FET(112)는 전혀 개별 컴포넌트일 필요는 없고, 요구된 전류를 공급할 수 있는 에러 증폭기(110)의 출력 단일 수 있다. FET(112)가 이산 컴포넌트인, 도 3의 실시예에서, VGAIN이 VSET의 증가에 따라 증가하는 것을 보장하기 위해, VSET가 에러 증폭기(110)의 반전 입력에 인가되고 (후술되는) 피드백 신호가 에러 증폭기(110)의 비-반전 입력에 인가된다. FET(112)가, 개별 컴포넌트보다는, 에러 증폭기(110)의 출력 단인 경우, 에러 증폭기(110)에의 입력들은 안정된 제어 루프를 달성하기 위해 반전될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
전술한 바와 같이, 에러 증폭기(110)는 입력 신호(VSET)와 VDET를 같게 유지하도록 동작한다. VDET는 전력 증폭기(102)의 출력 단자(106)에서의 증폭된 신호를 샘플링하고 전력 증폭기(102)의 출력 단자(106)에서의 신호의 크기를 나타내는 신호를 제공하는 RF 검출기(114)로부터의 출력 신호의 버퍼링된 및/또는 증폭된 버전이다. 하나의 예시적인 실시예에서 RF 검출기(114)는 대수(로그) 전력 검출기인데, 이는 그것이 그것의 입력에서의 RF 전압의 로그에 비례하는 전압을 출력한다는 것을 의미한다. 대안적으로, RF 검출기(114)는, 특정 실시예에서, 그것의 입력에서의 RF 전압에 비례하는 출력 전압을 생성하는, 선형 검출기일 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에서, RF 검출기(114)로부터의 출력 신호는 출력 신호들이 각각 VDET 및VOUT인 선형 증폭기들(116 및 118)의 쌍에 제공된다. VDET는 전력 제어 루프에 대한 피드백을 제공한다. 특정한 실시예들에서, VOUT은 포화 상태 표시자 신호로서 이용되고; VOUT 및 스위치(128)는 후술된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 증폭기들(116 및 118)은, 예를 들면, 스위치(128)가 열려있는 한 VOUT이 VDET와 같도록, 증폭기들 자체 및 저항들(120, 122, 124 및 126)의 적절한 선택에 의해, 매우 밀접하게 정합된다(matched). 하나의 예시적인 실시예에서, 저항들(120 및 122)은 에러 증폭기(110), FET(112) 및 VGAIN을 통해 전력 증폭기(102)의 폐루프 제어를 위한 적절한 이득을 증폭기(116)에 주기 위해 선택된다. 일반적으로 말하자면 선형 증폭기(116)는 단위 이득, 비-단위 이득, 또는 (예를 들면, 하나 이상의 커패시터를 저항(120)과 병렬로 또는 직렬로 추가함으로써 달성되는) 그것의 이득에 대한 미분 및/또는 적분 성분을 가질 수 있다. 증폭기(116)의 이득에 대한 최적 값은 RF 검출기(114)의 감도, 및 다른 루프 파라미터들에 따라 다를 것이다. (후술되는 바와 같이, VOUT 증폭기(118)의 이용은 옵션이고; 그것은 피드백 신호(VDET)에 기초한 포화 상태 검출 신호(VOUT)를 갖는 것이 편리한 실시예들에서 이용될 수 있고; 특정한 실시예들에서는 VOUT 증폭기(118)는 없다.) (도시되지 않은) 추가 컴포넌트들이 또한 요망되는 루프 성능을 달성하기 위해 루프 설계 원리에 따라 이용될 수 있다. 예를 들면, 에러 증폭기(110)의 피드백 회로망은 피드백 루프에서 적분을 달성하기 위해 커패시터를 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에서, (도 2의 포화 상태 검출 회로(20)에 대응하는) 도 3에 예시된 회로의 포화 상태 검출 부분은 비교기(130), 전류원(136), 스위치(128), 증폭기(118) 및 저항들(124 및 126)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 비교기(130)는 슈미트 트리거(Schmitt trigger)이고; 다른 실시예들에서 비교기(130)는 임의의 적합한 비교기일 수 있다. 비교기(130)는 VGAIN을 전류원(132), 저항(134) 및 배터리 전압(VBATT)에 의해 결정되는 전압 강하와 비교한다. 전압 강하는 다음과 같이 FET(112)의 파라미터들에 기초하여 선택될 수 있다.
(포화되지 않은) 통상의 동작에서는, VGAIN은 VSET에 따라 변하고, 이에 따라 VDET=VSET이 되도록 전력 증폭기(102)의 이득을 조정한다. 그러나, VGAIN이 VBATT에 너무 근접하게 되면, (하나의 예시적인 실시예에서, PFET인) FET(112)가 옴 영역(ohmic region)에 진입하고, 이에 따라 VGAIN ― 및 이에 따라 루프 이득 ―을 현저히 떨어지게 한다. 포화 상태 검출기는 VGAIN이 VBATT에 충분히 근접하게 되어 이득을 떨어지게 하기 전에 이 상태의 접근의 검출을 허용한다.
FET(112) ― 및 이에 따라 제어 루프 ―가 기능하기를 멈추는 전압은 FET(112)의 특성이다. 따라서, 하나의 예시적인 실시예에서, 저항(134) 및/또는 전류원(132)에 의해 공급되는 전류의 값은 저항(134) 양단의 전압 강하가 FET 한계 전압과 같거나 또는 그보다 약간 더 크도록 선택된다. 따라서, 비교기(130)의 출력은 VGAIN이 VBATT에서 저항(134) 양단의 전압 강하를 뺀 전압을 초과할 때 ― 즉, VGAIN이 VBATT의 FET 한계 안으로 올 때 ― 변할 것이다. (전술한 바와 같이, 컴포넌트(112)는 FET일 필요는 없고; 어떤 유형의 트랜지스터가 VGAIN을 공급하기 위해 이용되든 간에 비교기 활성화 조건이 비슷하게(analogously) 선택될 수 있다는 것은 용이하게 이해될 것이다. 추가적으로, 도시된 회로에서 비교기(130)는 VGAIN이 VBATT의 FET 한계 안으로 올 때 그것의 출력이 양(positive)으로 되도록 구성되지만, VGAIN이 비교기의 다른 입력 단자에서의 기준을 초과하는지 아닌지를 그것의 출력이 구별한다면, 비교기가 반대 극성을 갖도록 구성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.) 루프 포화 상태가 특히 유해하거나 또는 무슨 이유에서든지 간에 포화 상태의 회피가 특히 요망되는 응용들에서, 저항(134) 및/또는 전류원(132)은, 루프가 포화 상태에 실제로 도달하도록 VGAIN이 충분히 높아지기 훨씬 전에 비교기가 트리거되도록(triggered) 선택될 수 있다. 그러한 회로에서는 상당 량의 피크 전력 출력이 루프 포화 상태의 보장된 회피의 보증을 위해 트레이드된다(traded). 다른 응용들에서 ― 예를 들면, VSET의 시간 변화에 의해 정의되는 램프 프로파일이 덜 중요하거나, 또는 전력 증폭기(102)의 전력 출력을 최대화하는 것이 바람직하고 포화 상태로의 더욱 근접한 접근의 위험이 수용가능한 응용에서 ― 저항(134) 및/또는 전류원(132)은 비교기(130)를 트리거하기 전에 VGAIN이 VBATT에 더 근접해 오는 것을 허용하도록 선택될 수 있다. 이런 방식에서 감도는 임박한 포화 상태 또는 실제 포화 상태를 검출하도록 설정될 수 있다.
예시된 실시예에서, VBATT는 증폭 모듈(100)이 배치된 (휴대 전화, PDA, 등 과 같은) 디바이스의 배터리에 의해 공급된 DC 전압이다. VBATT가 디바이스마다 다를 수 있고 또는 무슨 배터리가 이용되는지, 그것의 충전 상태, 등에 따라 단일 디바이스 내에서도 변할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 대안 실시예에서, 비교기(130)는 도 3에 도시된 실시예에서와 같이 VBATT에 기초한 기준 전압보다는 (도시되지 않은) 개별 기준 전압(VREF)과 VGAIN을 비교한다. 그러한 실시예에서 VREF는 VBATT에서 저항(134) 양단의 전압 강하를 뺀 전압 대신에 비교기(130)로의 입력 신호로서 이용될 수 있다. 그러한 실시예에서 전압 기준(VREF)은 그 후, 회로가 동작할 수 있는 최저 VBATT에서, VBATT - VREF가 FET(112)를 요망되는 동작 영역에 유지시킬 정도로 충분히 크도록 선택된다; 즉, FET(112)는 VGAIN이 VREF보다 낮은 한 옴 영역에 진입하지 않는다. 그러한 실시예에서는, 회로가 더 높은 VBATT와 함께 배치되는 경우에도, 비교기(130)는 VGAIN이 VREF를 초과할 때 트리거될 것이다. 그러한 실시예는 전체적으로 회로가 어떤 최소값의 VBATT에서 효과적으로 동작하도록 설계되는 경우에 바람직할 수 있고; 그러한 실시예들에서는 더 높은 VBATT가 이용되는 경우에도 VGAIN이 더 높아지는 것을 허용하는 데 있어서 이점이 거의 없을 수 있다. 전압 기준(VREF)은 외부적으로, 증폭기 모듈(100)과 동일한 보드 상의 전압 조정기(regulator)에 의해; 저항에 걸쳐 인가되는 전류원에 의해; 또는 일정한 기준 전압을 제공하기 위한 임의의 다른 적합한 수단에 의해 증폭기 모듈(100)에 제공될 수 있다.
기준 전압을 생성하기 위해 어떤 접근 방법이 이용되는지에 관계없이, 포화 상태가 발생하거나 임박한 때 ― VGAIN이 저항(134) 양단의 전압 강하보다 더 작은 정도로 VBATT에 접근할 때 또는 VGAIN이 비교기 입력 신호로서 어떠한 기준 전압(VREF)이 이용되든 그 기준 전압을 초과할 때 ― 비교기(130)로부터의 출력 신호는 변하여, 스위치(128)를 닫는다. 스위치(128)가 닫힐 때, 전류원(136)으로부터 전류(IOFF)가 흘러, 포화 상태 검출기 출력 전압(VOUT)에서 음의 오프셋을 야기한다. 이에 따라, (전술한 바와 같이) 통상의 비-포화 동작에서는 VOUT = VDET이지만, 포화 상태가 발생할 때 스위치(136)가 닫히고 VOUT에서 스텝 변화가 발생한다. 전류원(136)으로부터의 전류(IOFF)는 VOUT에서의 변화가 용이하게 검출되도록 선택될 수 있다.
대안의 실시예들에서, 비교기(130)로부터의 출력 신호는, 전류원(136), 스위치(128) 또는 VOUT 증폭기(118)를 필요로 하지 않고, 그 자체가 포화 상태 검출 신호로서 이용된다. 전술한 바와 같이, 피드백 신호(VDET)에 기초한 포화 상태 검출 신호(VOUT)를 갖는 것이 바람직하거나 또는 편리한 응용들이 존재할 수 있고; 전류원(136), 스위치(128), 및 VOUT 증폭기(118)의 예시된 구성은 그것을 달성하기 위한 하나의 방법이다. 그러나, 비교기(130) 출력 신호는 그 자체가 포화 상태의 디지털 표시를 제공할 수 있다.
비교기(130)로부터의 출력 신호가 직접 이용되든지 또는 검출기 신호 상의 스텝 오프셋(a step offset)으로 변환되든지 간에, 도 3에 도시된 검출 회로는, 포화 상태의 개시(the onset of saturation)를 VGAIN에서 또는 전력 증폭기(102)의 출력 단자(106)에서의 신호에서 직접 검출하는 것이 어려울 수 있다는 사실에도 불구하고, 포화 상태의 개시를 VOUT에서 또는 비교기(130)로부터의 출력 신호에서의 검출이 용이한(easy-to-detect) 스텝으로 변환한다. 도 1을 다시 참조하면, VOUT에서의 또는 비교기(130)로부터의 출력 신호에서의 스텝은, 예를 들면, 포화 상태가 끝날 때까지 VSET을 낮춤으로써 응답하는 제어기 모듈(80)에 의해 검출될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예는 포화 상태를 검출하고, 또한 포화 상태에 응답하여 그것을 정정하는 회로를 포함한다. 도 3의 회로와 같이, 도 4에 예시된 실시예는, 인덕터(108)를 통해 연결된, FET 단(112)의 출력에 의해 이득이 제어되는 전력 증폭기(102)를 포함한다. RF 검출기(114)는 전력 증폭기(102)의 출력 단자(106)에서의 신호를 샘플링하며, RF 검출기로부터의 출력 신호는 에러 증폭기(110)로의 피드백 신호로서 기능한다. 제어 피드백 루프의 이득은 (도 3의 증폭기(116)와 유사한) 증폭기(202)에 의해 적절하게 설정될 수 있다.
도 3의 포화 상태 검출 회로와 마찬가지로, 도 4에 예시된 실시예는, 그것의 출력이 VGAIN이 VBATT의 FET 한도 내에 오는 때를 나타내는, 포화 상태를 신호하는 비교기(130)를 포함한다. 비교기(130)로부터의 출력 신호는 포화 상태의 존재를 나타내고 이하와 같이 포화 상태를 정정하기 위해 이용될 수 있다.
통상의, 비-포화 동작하에서는, 저항(204)을 통하여 무시할 만한 양의 전류가 흐르고, 노드(206)에서의 전압은 실질적으로 이득 설정점(VSET)과 동일하다. 그러나, 포화 상태에서는, 전력 증폭기(102)의 이득을 제어하는, VGAIN이 또한 감소되어, 증폭기(102)를 포화 상태 밖으로 끌어당기도록, 이득 설정점을 수정하는 것이 유리하다. 도 4에 예시된 회로는, 도 2의 오프셋 생성기 회로(30) 및 주입 회로(40)에 대응하는 회로들을 갖는, 그 목적을 달성하기 위한 하나의 방법이다.
도 4에 예시된 실시예에서, 포화 상태를 나타내는 비교기(130)로부터의 출력 신호에 응답하여, 전류원(208)은 켜진다(switched on). 커패시터(224) 때문에, 이것은 증폭기(210)의 비-반전 입력 단자에서의 전압이 증가하게 하고, 이에 따라 트랜지스터(212)가 온되고 저항들(204 및 214)을 통해 전류가 흘러, 노드(206)에서의 전압을 끌어내린다. 따라서, 전류원(208)을 제어하기 위해 비교기(130)로부터의 출력 신호를 이용하는 것은 포화 상태가 표시될 때 에러 증폭기(110)로의 입력 신호를 감소시킨다. 그 결과는 회로가 자동적으로 제어 루프의 설정점에 정정을 가하고, 이에 따라 자동적으로 전력 증폭기(102)의 이득을 감소시켜, 증폭기(102)를 포화 상태 밖으로 다시 끌어당기는 것이다.
도 4에 예시되는 정정 회로의 실시예에서 구현되는 (선형에 대비되는 것으로서) 대수 검출을 이용하는 것의 이점이 이제 설명된다. 대수 검출이 이용될 때, 제어 신호(VSET)는 (증폭기 모듈(100)이 휴대 전화의 송신 단에서 이용되는 하나의 예시적인 실시예에서, 사인 곡선인) 그것의 전체 프로파일에 영향을 주지 않고 감소될 수 있다. VSET 프로파일의 형태를 보전하는 것은, 예를 들면, 인접한 채널 스펙트럼 방출(adhacent channel spectral emission) 및 시간 마스크 경계들(time mask boundaries)과 같은 휴대 전화 규격들을 준수하기 위해 중요할 수 있다. RF 검출기 응답 대 증폭기(102)의 전력 출력의 예시적인 곡선이 대수(곡선(501)) 및 선형(곡선(502)) 검출기들 양쪽 모두에 대해 도 5에 도시된다. 증폭기(102)의 전력 출력은 RF 전압의 제곱에 따라 변하기 때문에, (RF 전압에 비례하는 검출기 신호를 생성하는) 선형 검출기의 응답 곡선(502)은 지수적(exponential)이다. 한편, (RF 전압의 로그에 비례하는 검출기 신호를 생성하는) 대수 검출기의 응답 곡선(501)은 선형이다.
선형 검출기가 이용되는 경우, 검출기는 VSET에 따라 증폭기 이득을 제어하는 제어 루프에 있기 때문에, 고정된 오프셋 정정을 가하기 위한 시도는 시간-변화(즉 사인 곡선) VSET 프로파일에 대한 루프의 응답을 왜곡할 것이다. 선형 검출기의 지수 응답 곡선 때문에, 응답의 기울기는 전력 범위의 고단(high end)과 저단(low end)에서 다르다. 도 5에 예시된 예시적인 감도를 갖는 검출기의 경우, 포화 상태 근처의 (예시적 사인 곡선 VSET 프로파일의 정점 근처의) 전력 레벨들에서, 0.5 dB 전력 감소를 달성하기 위해 VSET에 대한 약 100 mV 정정이 요구된다. 그러나, 그 100 mV 정정이 일정한 정정으로서 가해지면, (예시적 사인 곡선 VSET 프로파일의 바닥 근처의) 저 출력 전력에서, VSET에 대한 100 mV 정정은 출력 전력의 10 dB를 넘는 감소를 발생시킬 것이다. 따라서, VSET에 대한 단순한 DC 오프셋 정정은 증폭된 신호의 프로파일의 수용할 수 없는 왜곡을 발생시킬 수 있다. 노드(206)에서 가해진 정정 신호가, 오프셋으로서 단순히 VSET에 더해지는 대신, 증폭기(102)의 전력 출력의 함수로서 VDET 신호의 비선형성을 보상하기 위해 곱해졌다면, 선형 검출이 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 대조적으로, 대수 검출을 갖는 제어 루프의 단순한 덧셈 특성들은 제어 신호 프로파일의 왜곡 없이 루프 제어 입력 신호에 정정을 가하는 것을 허용한다.
도 4를 다시 참조하면, 전력 증폭기(102)의 이득이 포화 상태를 정정하기 위해 필요한 것보다 더 감소되지 않도록, 루프가 더 이상 포화되지 않을 때 회로가 에러 증폭기(110)에 제공되는 이득 설정점의 수정을 정지시키는 것이 바람직하다. 도 4에 예시된 실시예는, 노드(206)에서의 전압을 VDET와 비교하는, 비교기(216)를 이용하여 이 목적도 달성한다. (VDET는 RF 검출기(114)의 버퍼링된 및/또는 증폭된 출력이기 때문에, VDET는 전력 증폭기의 출력을 직접 나타낸다. 증폭기 포화 상태 동안, VDET는 증폭기(102)의 포화된 전력을 직접 나타낸다.) 비교기(216)의 음의 입력 단자에서의 전압은 전류원(220) 및 저항(218)에 의해 결정된다. 비교기(216)로부터의 출력 신호는 노드(206)에서의 전압이 VDET에서 저항(218) 양단의 전압 강하를 뺀 전압보다 더 클 때 하이이다. 따라서, 저항(218) 양단의 전압 강하는 노드(206)에서의 전압이 포화 상태에서 VDET에 비해 얼마나 멀리 감소될 것인지를 제한한다. AND 게이트(222) 때문에, VSET에 대한 정정은, 비교기(130)가 포화 상태를 나타내고 비교기(216)가 (노드(206)에서의) 정정된 VSET 전압이 VDET에서 저항(218) 및 전류원(220)에 의해 설정된 임계치를 뺀 것을 초과하는 것을 나타낼 때만 발생할 것이다.
적절한 임계치는, RF 검출기(114)의 감도 및 전력 증폭기(102)를 계속 포화된 상황 밖에 유지하면서 그것의 이득을 최대화하기 위한 요망된 안전 마진(safety margin)과 같은, 회로의 특성들에 의존한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 증폭기(102)의 포화 상태 전력 밑으로의 0.5 dB 감소는 일반적으로 증폭기(102)를 포화 상태 밖으로 데리고 가기에 충분하다. 40 mV/dB의 일반적인 검출기 감도를 갖는 실시예에서, 포화 상태의 검출에 따라 VSET을 20mV 만큼 감소시키는 것은 만족스러울 것이다. 그러한 실시예에서 전류원(220) 및 저항(218)은 저항(218) 양단의 전압 강하, 및 이에 따라 정정의 램핑(ramping of correction)이 중지하는 임계치가 20mV가 되도록 선택될 수 있다.
(노드(206)에서의) 정정된 VSET 전압이 포화 상태를 정정하기 위해 필요한 것보다 훨씬 더 멀리 강하하는 것을 예방하기 위한 이러한 임계치 및 비교기(216)의 이용은 정정된 VSET을 직접 확인하는 것이 비교기(130)가 포화 상태의 종료를 기록하는 것을 기다리는 것보다 더 빠를 수 있기 때문에 유익하다. 특히, 도 4에 예시된 실시예에서, 제어 루프로의 VSET 입력은, (루프 회로에 VSET을 제공하는 DAC(digital-to-analog converter)로부터의 잡음과 같은) VSET 입력으로부터의 바람직하지 않은 고주파 잡음을 제거하기 위해, 저항(226) 및 커패시터(228)(하나의 예시적인 실시예에서, 1/RC ~ 300kHz)에 의해 필터링된다. 이러한 필터 때문에, 전력 증폭기(102)의 출력 단자(106)에서의 신호에 대한 포화 상태의 검출은 정정된 VSET을 이용하는 것보다도 상당히 더 느리다. 대안 실시예들에서, 이 필터는 요구되지 않으며; 그러한 실시예들에서 포화 상태 정정은 전압 신호들을 합하는 임의의 또 다른 방법을 이용하여 VSET에 더해질 수 있다.
비교기(216)로부터의 출력 신호가 노드(206)에서의 전압이 포화 상태를 정정할 정도로 충분히 강하되었다는 것을 반영하고, 전류원(208)을 차단하는 경우에도, 커패시터(224)는 전류원(208)이 켜져 있던 동안에 그것이 충전되었던 전압을 유지할 것이다. 따라서, FET(212)는 계속 전류를 끌어낼 것이고, 그에 따라 노드(206)에서의 전압을 포화 상태 바로 아래에 전력 증폭기(102)의 이득을 유지하는 VSET에 비해 감소된 레벨로 유지한다. 커패시터(224)가 그 상태를 얼마나 길게 유지할 수 있는지는 그것의 커패시턴스에 의존하며; 전력 증폭 모듈(200)이 무선 디바이스의 송신 단에서 이용되는, 하나의 예시적인 실시예에서, 커패시터(224)는 송신 버스트의 지속 기간 동안 대부분의 그것의 전하를 유지하도록 선택될 수 있다.
따라서, 도 2에 예시된 예시적인 실시예를 도 4에 예시된 특정한 예시적인 실시예와 비교하면, 예시적인 오프셋 생성기 회로(30)는 AND 게이트(222)로부터의 양의 신호에 응답하여 정정 전압의 램핑을 시작하는 전류원(208) 및 커패시터(224)를 포함한다. AND 게이트(222)는 그 후 비교기(216)로부터의 양의 신호에 응답하여, 정정 전압이 요망되는 최대 정정에 도달할 때 정정 전압의 램핑을 오프시킨다. 마찬가지로, 예시적인 주입 회로(40)는 노드(206)에서의 전압을 변경함으로써 제어 루프 안에 오프셋을 주입하도록 함께 동작하는 연산 증폭기(210), 트랜지스터(212), 및 저항(214)을 포함한다.
도 4에 예시된 실시예에서, OR 게이트(230)는 전류원(208)을 트리거하고 제어 신호(VSET)에 정정을 가하는 옵션의 추가적인 방식을 제공한다. 제어 루프의 전압 포화 상태를 모니터하는 도 3 및/또는 도 4에 도시된 회로들 외에, 포화 상태의 존재에 대해 전력 증폭기(102)를 모니터하는 (도시되지 않은) 다른 회로가 존재할 수 있다. 입력(ISAT)이 제공되는 OR 게이트(230)는 VGAIN에 기초한 포화 상태 검출 회로가 포화 상태를 나타내지 않을 때에도 전류 제한 모니터가 포화 상태 정정 회로를 대안적으로 트리거하는 것을 허용한다. ISAT는, 예를 들면, 루프의 어딘가의 전류 흐름의 포화 상태를 나타내기 위해 전류 제한 모니터에 의해 출력되는 논리적 신호일 수 있다. 하나 이상의 OR 게이트(230)의 이용은, 전압 포화 상태가 없는 때에도, 요망되는 임의의 조건에 따라 포화 상태 정정 회로의 트리거를 허용할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 몇몇 양태들이 설명되었지만, 다양한 대안들, 변경들 및 개선들이 본 기술 분야에 숙련된 자들에게 용이하게 발상될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러한 대안들, 변경들 및 개선들은 본 명세의 일부분이 될 것으로 의도되고, 본 발명의 범주 내에 있을 것으로 의도된다. 따라서, 이전의 설명 및 도면들은 예를 드는 것일 뿐이다.

Claims (29)

  1. 전력 증폭 회로로서,
    입력 신호를 수신하기 위한 입력, 전력 입력 신호를 수신하기 위한 전력 입력, 및 상기 입력 신호 및 상기 전력 입력 신호에 기초한 증폭된 출력 신호를 제공하기 위한 출력을 갖는 전력 증폭기;
    증폭 제어 신호를 수신하기 위한 제1 입력, 제2 입력, 및 전력원에 연결되도록 구성되는 전력원 노드에 전기적으로 연결된 출력을 갖는 에러 증폭기 - 상기 에러 증폭기는 상기 전력 증폭기의 상기 전력 입력에 대하여 제공된 전류를 제어하도록 구성됨 - ;
    상기 전력원 노드 및 상기 전력 증폭기의 상기 전력 입력에 전기적으로 연결되어, 상기 전력원 노드가 상기 전력원 노드 및 상기 전력 입력에 연결된 트랜지스터의 한계 전압보다 작은 정도로 상기 전력 입력과 전압에 있어서 상이한 경우, 포화 상태 검출 신호를 생성하는 포화 상태 검출기; 및
    상기 포화 상태 검출기로부터 상기 포화 상태 검출 신호를 수신하고, 상기 포화 상태 검출 신호에 응답하여, 오프셋 신호를 상기 에러 증폭기의 상기 제1 입력에 제공하는 오프셋 생성기 회로
    를 포함하는 전력 증폭 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에러 증폭기의 상기 출력은 상기 트랜지스터를 통해 상기 전력 입력 및 상기 전력원 노드에 전기적으로 연결되는 전력 증폭 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는 상기 전력원 노드가 상기 한계 전압보다 큰 정도로 상기 전력 입력과 전압에 있어서 상이한 경우 포화되지 않는 전력 증폭 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 증폭기의 상기 증폭된 출력 신호의 크기를 나타내는 전력 검출기 신호를 제공하기 위한 전력 검출기를 더 포함하는 전력 증폭 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에러 증폭기의 상기 제2 입력은 상기 전력 검출기 신호에 기초한 신호를 수신하도록 구성되는 전력 증폭 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전력 검출기 신호는 상기 전력 증폭기의 상기 출력에서의 RF 전압의 로그(logarithm)에 비례하거나, 상기 전력 증폭기의 상기 출력에서의 RF 전압에 선형적으로 비례하는 전력 증폭 회로.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 전력 검출기 신호를 수신하고 증폭된 검출기 신호를 상기 에러 증폭기의 상기 제2 입력에 제공하는 선형 증폭기를 더 포함하는 전력 증폭 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선형 증폭기는 단위(unity) 이득을 갖는 전력 증폭 회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 포화 상태 검출기는 비교기인 전력 증폭 회로.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 오프셋 생성기 회로는,
    전류원;
    상기 포화 상태 검출 신호에 응답하여 상기 전류원을 활성화하는 스위치; 및
    상기 전류원에 연결된 입력 및 오프셋 신호를 제공하는 출력을 갖는 선형 증폭기 ― 상기 출력은 상기 에러 증폭기의 상기 제1 입력에 전기적으로 연결됨 ―
    를 포함하는 전력 증폭 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 선형 증폭기의 상기 출력은 트랜지스터를 통해 상기 에러 증폭기의 상기 제1 입력에 전기적으로 연결되는 전력 증폭 회로.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 오프셋 생성기 회로는 상기 포화 상태 검출 신호에 응답하여 램핑 오프셋 신호(ramping offset signal)를 생성하는 전력 증폭 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    오프셋 컷오프 임계 신호(offset cutoff threshold signal)를 초과하는 상기 오프셋 신호에 기초한 신호에 응답하여 상기 오프셋 신호의 램핑을 멈추는(freeze) 오프셋 컷오프 회로를 더 포함하는 전력 증폭 회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 오프셋 컷오프 회로는,
    상기 오프셋 신호에 기초한 신호를 수신하는 제1 입력, 상기 오프셋 컷오프 임계 신호를 수신하는 제2 입력, 및 상기 제1 입력에서의 신호가 상기 오프셋 컷오프 임계 신호를 초과하는지를 나타내는 출력을 갖는 컷오프 비교기 ― 상기 출력은 상기 오프셋 생성기 회로에 전기적으로 연결됨 ― 를 포함하고,
    상기 오프셋 생성기 회로는, 상기 제1 입력에서의 신호가 상기 오프셋 컷오프 임계 신호를 초과하는 것을 나타내는 상기 컷오프 비교기의 출력에 응답하여 비활성화되는 전력 증폭 회로.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전류원과 접지 사이에 전기적으로 연결된 커패시터를 더 포함하는 전력 증폭 회로.
  17. 전력 증폭기를 이용하여 제1 신호를 증폭하는 방법으로서,
    설정점 신호를 수신하는 단계;
    상기 설정점 신호에 기초하여 전력원으로부터 전류를 생성하는 단계;
    상기 전력 증폭기의 전력 입력에 대해 상기 전류를 공급하는 단계;
    상기 전력 증폭기에서, 상기 전류에 기초하여 상기 제1 신호를 증폭하는 단계;
    상기 전력원이 상기 전력원 및 상기 전력 입력에 연결된 트랜지스터의 한계 전압보다 작은 정도로 상기 전력 입력과 전압에 있어서 상이한 경우 포화 상태 검출 신호를 제공하는 단계;
    상기 포화 상태 검출 신호로부터 오프셋 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 오프셋 신호를 상기 설정점 신호에 적용하는 단계
    를 포함하는 제1 신호를 증폭하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전류를 생성하는 단계는,
    상기 증폭된 제1 신호를 나타내는 전력 검출기 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 전력 검출기 신호 및 상기 설정점 신호에 기초하여 상기 전류를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 제1 신호를 증폭하는 방법.
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서,
    상기 오프셋 신호가 미리 결정된 컷오프 임계치를 초과하는지를 검출하는 단계; 및
    상기 미리 결정된 컷오프 임계치를 초과하는 상기 오프셋 신호에 응답하여 오프셋 컷오프 신호를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 제1 신호를 증폭하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 오프셋 컷오프 신호에 응답하여 상기 오프셋 신호의 증가를 중단하는 단계를 더 포함하는 제1 신호를 증폭하는 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 오프셋 컷오프 신호에 응답하여 상기 오프셋 신호를 일정한 값으로 유지하는 단계를 더 포함하는 제1 신호를 증폭하는 방법.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
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