KR101563481B1 - 증폭기에 대한 공급 전압을 위한 조정 가능한 바이패스 회로 - Google Patents

증폭기에 대한 공급 전압을 위한 조정 가능한 바이패스 회로 Download PDF

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Abstract

증폭기에 대한 공급 전압을 바이패싱하기 위한 기법들이 개시된다. 예시적인 설계에서, 장치는 증폭기 및 조정 가능한 바이패스 회로를 포함한다. 증폭기(예를 들어, 전력 증폭기)는 공급 소스로부터 공급 전압을 수신한다. 조정 가능한 바이패스 회로는 공급 소스에 커플링되고 공급 전압에 대한 바이패싱을 제공한다. 조정 가능한 바이패스 회로는 조정 가능한 커패시터 또는 조정 가능한 레지스터에 커플링되는 고정 커패시터를 포함한다. 공급 소스는 (i) 증폭기에 대한 고정 공급 전압을 제공하는 전력 공급 소스 또는 (ii) 증폭기에 대한 가변 공급 전압을 제공하는 엔벨로프 트래커일 수 있다.

Description

증폭기에 대한 공급 전압을 위한 조정 가능한 바이패스 회로{ADJUSTABLE BYPASS CIRCUIT FOR A SUPPLY VOLTAGE FOR AN AMPLIFIER}
본 개시는 일반적으로 전자기기들에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 증폭기에 대한 공급 전압을 바이패스(bypass)하기 위한 기법들에 관한 것이다.
증폭기들은 원하는 신호 레벨을 획득하기 위해 신호들을 증폭하도록 흔히 이용된다. 증폭기들은 통신, 컴퓨팅, 네트워킹, 소비자 전자기기들 등과 같은 다양한 애플리케이션들에 또한 널리 이용된다. 상이한 타입들의 증폭기들은 상이한 목적들을 위해 또한 이용된다. 예를 들어, 무선 통신 디바이스는 무선 채널을 통한 전송 이전에 신호를 증폭하기 위해 전송기에 전력 증폭기(PA) 및 무선 채널을 통해 수신되는 신호를 증폭하기 위해 수신기에 저 노이즈 증폭기(LNA)를 포함할 수 있다.
증폭기는 통상적으로 증폭기의 동작을 지원하는 공급 전압을 제공하는 전력 공급 소스에 연결된다. 이상적으로는, 전력 공급 소스는 제로 출력 임피던스를 가져야 하고, 공급 전압은 직류(DC) 전압만을 포함하며 원치 않는 신호들이나 노이즈를 포함하지 않아야 한다. 그러나 전력 공급 소스의 출력 임피던스는 제로가 아니며 공급 전압은 통상적으로 몇몇 원치 않는 신호들 및 노이즈를 포함한다. 전력 공급 소스 및 공급 전압의 이들 비-이상적인 특성들은 증폭기의 성능에 악영향을 줄 수 있다.
도 1은 상이한 무선 통신 시스템들과 통신할 수 있는 무선 디바이스를 도시한다.
도 2는 도 1의 무선 디바이스의 블록도를 도시한다.
도 3은 전송기의 블록도를 도시한다.
도 4는 조정 가능한 공급 전압 바이패싱을 갖는 전송기의 블록도를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 조정 가능한 공급 전압 바이패싱을 갖는 전송기의 3개의 예시적인 설계들의 블록도들을 도시한다.
도 6a 내지 도 6d는 조정 가능한 바이패스 회로의 4개의 예시적인 설계의 개략도들을 도시한다.
도 7a는 전력 증폭기에 대한 고정 공급 전압의 이용을 도시한다.
도 7b는 전력 증폭기에 대한 가변 공급 전압의 이용을 도시한다.
도 8은 엔벨로프 트래커 및 조정 가능한 공급 전압 바이패싱을 갖는 전송기의 블록도를 도시한다.
도 9는 조정 가능한 바이패스 커패시턴스를 갖고 공통 공급 연결에 연결된 다수의 전력 증폭기를 갖는 전송기의 블록도를 도시한다.
도 10은 증폭기에 대한 공급 전압을 바이패싱하기 위한 프로세스를 도시한다.
아래에 설명되는 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 설계의 설명으로서 의도되고, 본 개시가 실시될 수 있는 유일한 설계들을 표현하는 것으로 의도되지 않는다. 용어 "예시적인"은 "예, 보기, 또는 예시로서 역할하는 것"을 의미하도록 여기서 이용된다. "예시적인" 것으로서 여기서 기술되는 임의의 설계는 반드시 다른 설계들보다 선호되거나 유리한 것으로서 해석되는 것은 아니다. 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 설계들의 완전한 이해를 제공할 목적으로 특정한 세부사항들을 포함한다. 여기서 설명되는 예시적인 설계들은 이들 특정한 세부사항들 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자들에게 자명하게 될 것이다. 몇몇 인스턴스들에서, 잘-알려진 구조들 및 디바이스들은 본 명세서에서 제시되는 예시적인 설계들의 신규성을 모호하게 하지 않게 하기 위해 블록도 형태로 도시된다.
증폭기에 대한 공급 전압을 바이패싱(bypassing)하기 위한 기법들이 본 명세서에서 개시된다. 바이패싱은 노이즈 및/또는 원치않는 신호들을 감소/감쇄하기 위한 공급 전압의 필터링을 지칭한다. 본 명세서에서 설명되는 기법들은 전력 증폭기들, 구동기 증폭기들, 가변 이득 증폭기들, 저 노이즈 증폭기들 등과 같은 다양한 타입들의 증폭기들을 위해 이용될 수 있다. 기법들은 또한 무선 통신 디바이스들, 컴퓨팅 디바이스들, 소비자 전자 디바이스들 등과 같은 다양한 전자 디바이스들을 위해 또한 이용될 수 있다. 명확성을 위해, 무선 통신 디바이스에 대한 기법들의 이용이 아래에서 설명된다.
도 1은 상이한 무선 통신 시스템들(120 및 122)과 통신할 수 있는 무선 디바이스(110)를 도시한다. 무선 시스템들(120 및 122)은 각각 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템, GSM(Global System for Mobile Communications) 시스템, LTE(Long Term Evolution) 시스템, WLAN(wireless local area network) 시스템, 또는 몇몇 다른 무선 시스템일 수 있다. CDMA 시스템은 WCDMA(Wideband CDMA), cdma2000, 또는 몇몇 다른 버전의 CDMA를 구현할 수 있다. 단순함을 위해, 도 1은 하나의 기지국(130) 및 하나의 시스템 제어기(140)를 포함하는 무선 시스템(120) 및 하나의 기지국(132) 및 하나의 시스템 제어기(142)를 포함하는 무선 시스템(122)을 도시한다. 일반적으로, 각각의 무선 시스템은 임의의 수의 기지국들 및 임의의 세트의 네트워크 엔티티들을 포함할 수 있다.
무선 디바이스(110)는 사용자 장비(UE), 모바일 스테이션, 단말, 액세스 단말, 가입자 유닛, 스테이션 등으로서 또한 지칭될 수 있다. 무선 디바이스(110)는 셀룰러 전화, 스마트폰, 태블릿, 무선 모뎀, 개인용 디지털 보조기기(PDA), 핸드헬드 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 스마트북, 넷북, 코드리스 전화, 무선 로컬 루프(WLL) 스테이션, 블루투스 디바이스 등일 수 있다. 무선 디바이스(110)는 무선 시스템(120 및/또는 122)과 통신할 수 있을 수 있다. 무선 디바이스(110)는 브로드캐스트 스테이션들(예를 들어, 브로드캐스트 스테이션(134))로부터 신호들을 또한 수신할 수 있을 수 있다. 무선 디바이스(110)는 또한 하나 이상의 GNSS(global navigation satellite systems)에서 위성들(예를 들어, 위성(150))로부터 신호들을 수신할 수 있을 수 있다. 무선 디바이스(110)는 LTE, cdma2000, WCDMA, GSM, 802.11 등과 같은 무선 통신을 위한 하나 이상의 라디오 기술들을 지원할 수 있다.
도 2는 도 1의 무선 디바이스(110)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. 이 예시적인 설계에서, 무선 디바이스(110)는 데이터 프로세서/제어기(210), 안테나(254)에 커플링되는 트랜시버(220) 및 공급 소스(270)를 포함한다. 도 2에서 도시된 예시적인 설계에서, 트랜시버(220)는 M개의 전송기들(230a 내지 230m) 및 M개의 수신기들(260a 내지 260m)을 포함하며, 여기서 M은 임의의 정수값일 수 있다. 일반적으로, 트랜시버는 임의의 수의 주파수 대역, 임의의 수의 라디오 기술들 및 임의의 수의 안테나들을 통한 무선 통신을 지원하기 위해 임의의 수의 전송기들 및 임의의 수의 수신기들을 포함할 수 있다.
도 2에서 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 전송기(230)는 전송 회로들(232), 전력 증폭기(PA)(240) 및 출력 회로들(250)을 포함한다. 데이터 전송을 위해, 데이터 프로세서(210)는 전송될 데이터를 프로세싱(예를 들어, 인코딩 및 변조)하고 아날로그 출력 신호를 선택된 전송기에 제공한다. 아래의 설명은 전송기(230a)가 선택된 전송기라고 가정한다. 전송기(230a) 내에서, 전송 회로들(232a)은 아날로그 출력 신호를 기저대역으로부터 증폭, 필터링 및 라디오 주파수(RF)로 상향변환하고 변조된 RF 신호를 제공한다. 전송 회로(232a)는 증폭기들, 필터들, 믹서들, 임피던스 매칭 회로들, 발진기, 로컬 발진기(LO) 생성기, 위상 동기 루프(PLL) 등을 포함할 수 있다. 전력 증폭기(240a)는 변조된 RF 신호를 수신 및 증폭하고 적절한 출력 전력 레벨을 갖는 증폭된 RF 신호를 제공한다. 출력 회로들(250a)은 전력 증폭기(240a)로부터 증폭된 RF 신호를 수신하고 출력 RF 신호를 제공한다. 출력 회로들(250a)은 전송 필터, 임피던스 매칭 회로, 지향성 커플러 등을 포함할 수 있다. 출력 RF 신호는 스위치플렉서/듀플렉서(252)를 통해 라우팅되고 안테나(254)를 통해 전송된다.
도 2에서 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 수신기(260)는 입력 회로들(262), LNA(264), 및 수신 회로들(266)을 포함한다. 데이터 수신을 위해, 안테나(254)는 기지국들 및/또는 다른 전송기 스테이션들로부터 신호들을 수신하고, 스위치플렉서/듀플렉서(252)를 통해 라우팅되고 선택된 수신기에 제공되는 수신된 RF 신호를 제공한다. 아래의 설명은 수신기(260a)가 선택된 수신기라고 가정한다. 수신기(260a) 내에서, 입력 회로들(262a)은 수신된 RF 신호를 프로세싱하고 수신기 입력 신호를 제공한다. 입력 회로들(262a)은 수신 필터, 임피던스 매칭 회로 등을 포함할 수 있다. LNA(264a)는 입력 회로들(262a)로부터의 수신기 입력 신호를 증폭하고 LNA 출력 신호를 제공한다. 수신 회로들(266a)은 LNA 출력 신호를 증폭, 필터링 및 RF로부터 기저대역으로 하향변환하고, 아날로그 입력 신호를 데이터 프로세서(210)에 제공한다. 수신 회로들(266a)은 증폭기들, 필터들, 믹서들, 임피던스 매칭 회로들, 발진기, LO 생성기, PLL 등을 포함할 수 있다.
도 2는 전송기들(230) 및 수신기들(260)의 예시적인 설계를 도시한다. 전송기 및 수신기는 또한 필터들, 임피던스 매칭 회로들 등과 같이 도 2에서 도시되지 않은 다른 회로들을 포함할 수 있다. 트랜시버(220)의 일부 또는 모두 다는 하나 이상의 아날로그 집적 회로들(IC들), RF IC들(RFIC들), 혼합된-신호 IC들 등 상에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 전송 회로들(232), 전력 증폭기들(240), LNA들(264) 및 수신 회로들(266)은 RFIC 상에서 구현될 수 있다. 전력 증폭기들(240) 및 가능하게는 다른 회로들은 또한 별개의 IC 또는 회로 모듈 상에서 구현될 수 있다.
데이터 프로세서/제어기(210)는 무선 디바이스(110)에 대한 다양한 기능들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 데이터 프로세서(210)는 전송기들(230)을 통해 전송되고 수신기(260)를 통해 수신되는 데이터를 위한 프로세싱을 수행할 수 있다. 제어기(210)는 전송 회로들(232), 수신 회로들(266), 스위치플렉서/듀플렉서(252) 등의 동작을 제어할 수 있다. 메모리(212)는 데이터 프로세서/제어기(210)에 대한 프로그램 코드들 및 데이터를 저장할 수 있다. 데이터 프로세서/제어기(210)는 하나 이상의 주문형 집적회로들(ASIC들) 및/또는 다른 IC들 상에 구현될 수 있다.
공급 소스(270)는 배터리(도 2에서 도시되지 않음)로부터 배터리 전압(Vbat) 및/또는 외부 공급 소스로부터 라인 전압(Vline)을 수신할 수 있다. 공급 소스(270)는 트랜시버(220) 내의 다양한 회로들을 위해 가변 공급 전압 및/또는 고정 공급 전압(Vdd)을 생성할 수 있다. 공급 소스(270)는 또한 데이터 프로세서/제어기(210) 및/또는 트랜시버(220) 내의 다른 회로들에 대한 다른 공급 전압들을 생성할 수 있다.
도 3은 전송기(330)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. 단순함을 위해, 전송기(330)의 단지 몇몇 회로들만이 도 3에서 도시된다. 전송기(330)는 전력 증폭기(340), 출력 회로들(350), 로드(360), 전력 공급 소스(370) 및 바이패스 커패시터(372)를 포함한다. 전력 증폭기(340)는 입력 RF 신호(RFin)를 수신 및 증폭하고 증폭된 RF 신호(RFamp)를 제공한다. 출력 회로들(350)은 증폭된 RF 신호를 수신하고 출력 RF 신호(RFout)를 로드(360)에 제공한다. 로드(360)는 안테나, 스위치플렉서, 듀플렉서 등을 포함할 수 있다.
전력 공급 소스(370)는 전력 증폭기(340)에 대한 고정 공급 전압(Vdd)을 생성한다. 바이패스 커패시터(372)는 전력 공급 소스(370)와 회로 접지 간에 커플링되고 전력 증폭기(340)에 제공되는 VDD 전압에서 원치 않는 신호들 및 노이즈를 필터링하는데 이용된다. 전력 공급 소스(370)는 전력 공급 소스쪽으로 보아서 임피던스인 Zps의 출력 임피던스를 갖는다. 전력 공급 소스(370)의 출력 임피던스는 통상적으로 수백 메가-헤르츠(MHz)의 인덕터와 같이 보인다. 이는 출력 임피던스가 지배적으로 허수이며 그 크기는 특정한 주파수 범위 내의 주파수에 비례하게 성장한다는 것을 의미한다. 이 인덕터는 바이패스 커패시터(372)와 결합될 때 공진(resonance)을 생성할 수 있다. 공진은 바이패스 커패시터의 임피던스와 결합될 때 전력 공급 임피던스의 출력 임피던스로 인해 발생할 수 있어서, 그 크기가 특정한 공진 주파수 주위에서 매우 빠르게 성장하는 등가의 임피던스를 생성한다. 공진은 전력 증폭기(340)의 성능에 악영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기(340)는 공진으로 인해 저-주파수 불안정성을 나타낼 수 있다.
도 4는 조정 가능한 공급 전압 바이패싱을 갖는 전송기(430)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. 전송기(430)는 증폭기(Amp)(440), 공급 소스(470), 및 조정 가능한 바이패스 회로(480)를 포함한다. 증폭기(440)는 입력 신호를 수신 및 증폭하고 증폭된 신호를 제공한다. 공급 소스(470)는 증폭기(440)에 대한 공급 전압을 생성한다. 조정 가능한 바이패스 회로(480)는 공급 전압의 바이패싱을 수행하고 적어도 하나의 조정 가능한 회로 엘리먼트를 포함한다.
일반적으로, 조정 가능한 바이패스 회로는 증폭기의 안정성 및 성능을 개선하기 위해 다양한 타입들의 증폭기에 대해 이용될 수 있다. 명확성을 위해, 전력 증폭기의 조정 가능한 바이패스 회로의 이용이 아래에서 설명된다.
도 5a는 조정 가능한 공급 전압 바이패싱을 갖는 전송기(530a)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. 전송기(530a)는 전력 증폭기(540), 출력 회로들(550), 로드(560), 전력 공급 소스(570), 및 조정 가능한 바이패스 회로(580a)를 포함한다. 조정 가능한 바이패스 회로(580a)는 도 4의 조정 가능한 바이패스 회로(480)의 일 예시적인 설계이다. 전력 증폭기(540)는 입력 RF 신호(RFin)를 수신 및 증폭하고 증폭된 RF 신호(RFamp)를 제공한다. 출력 회로들(550)은 증폭된 RF 신호를 수신하고 출력 RF 신호(RFout)를 로드(560)에 제공한다. 전력 증폭기(540)는 도 2의 전력 증폭기들(240a 내지 240m) 중 임의의 것일 수 있다. 출력 회로들(550)은 도 2의 출력 회로들(250a 내지 250m) 중 임의의 것일 수 있다. 로드(560)는 도 2의 스위치플렉서/듀플렉서(252) 및/또는 안테나(254)를 포함할 수 있다.
전력 공급 소스(570)는 전력 증폭기(540)에 대한 고정 공급 전압(Vdd)을 생성한다. 조정 가능한 바이패스 회로(580a)는 전력 공급 소스(570)로부터 Vdd 전압의 바이패싱을 수행한다. 도 5a에서 도시된 예시적인 설계에서, 조정 가능한 바이패스 회로(580a)는 전력 공급 소스(570)와 회로 접지 간에 커플링된 조정 가능한 커패시터(582)를 포함하고 전력 증폭기(540)에 제공되는 Vdd 전압에서 원치 않는 신호들 및 노이즈를 필터링하는데 이용된다. 전력 공급 소스(570)는 수백 MHz의 유도성을 나타낼 수 있는 ZPS의 출력 임피던스를 갖는다. 바이패스 커패시터(582)는 가변적인 Cvar의 커패시턴스를 갖는다. 공진 회로는 전력 공급 소스(570) 및 바이패스 커패시터(582)의 유도성 출력 임피던스에 의해 형성될 수 있다. 공진 회로는 다음과 같이 표현될 수 있는 fresonance의 공진 주파수를 갖는다:
Figure 112014088702677-pct00001
수학식 1에서 도시된 바와 같이, 전력 공급 소스(570)의 출력 임피던스 및 바이패스 커패시터(582)에 의해 형성되는 공진 회로의 공진 주파수는 조정 가능한 바이패스 커패시터(582)에 의해 변동될 수 있다. 공진 주파수는 안정성 및 양호한 성능이 전력 증폭기(540)에 대해 달성될 수 있도록 변동될 수 있다.
컴퓨터 시뮬레이션에서 전력 증폭기(540)에 대한 최적의 공진 주파수를 결정하는 것이 어려울 수 있는데, 그 이유는 전력 공급 소스(570)의 출력 임피던스를 예측하는 것이 어려울 수 있기 때문이다. 조정 가능한 바이패스 커패시터(582)는 전력 증폭기(540)에 대한 안정성 및 양호한 성능을 획득하기 위해 공진 주파수의 튜닝을 가능하게 할 수 있다.
도 5b는 조정 가능한 공급 전압 바이패싱을 갖는 전송기(530b)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. 전송기(530b)는 전력 증폭기(540), 출력 회로들(550), 로드(560), 전력 공급 소스(570), 및 조정 가능한 바이패스 회로(580b)를 포함한다. 조정 가능한 바이패스 회로(580b)는 도 4의 조정 가능한 바이패스 회로(480)의 다른 예시적인 설계이다. 조정 가능한 바이패스 회로(580b)는 직렬로 커플링되는 고정 커패시터(584) 및 조정 가능한 레지스터(586)를 포함하며, 직렬 결합은 전력 공급 소스(570)와 회로 접지 간에 커플링된다.
전력 공급 소스(570)는 유도성일 수 있는 ZPS의 출력 임피던스를 갖는다. 바이패스 커패시터(584)는 Cfixed의 고정 커패시턴스를 갖는다. 레지스터(586)는 가변적인 Rvar의 저항을 갖는다. 손실 공진 회로는 전력 공급 소스(570)의 출력 임피던스, 바이패스 커패시터(584), 및 레지스터(586)에 의해 형성될 수 있다. 손실 공진 회로의 공진 주파수는 Cvar이 Cfixed로 대체되지만, 수학식 1에서 도시된 바와 같이 결정될 수 있다. 손실 공진 회로의 품질 팩터(Q)는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112014108084718-pct00002
수학식(2)에서 도시된 바와 같이, 손실 공진 회로의 Q는 가변 레지스터(586)를 조정함으로써 변동될 수 있다. 예를 들어, Q는 레지스터(586)의 저항을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 바이패스 커패시터(584)의 Q를 감소시키는 것은 전력 증폭기(540)의 안정성을 개선할 수 있지만, 전력 증폭기(540)의 성능(예를 들어, 효율)에 부정적으로 영향을 줄 수 있다. 조정 가능한 레지스터(586)는 적합한 Q가 전력 증폭기(540)에 대한 안정성 및 양호한 성능을 획득하기 위해 손실 공진 회로에 대해 선택되는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 5c는 조정 가능한 공급 전압 바이패싱을 갖는 전송기(530c)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. 전송기(530c)는 전력 증폭기(540), 출력 회로들(550), 로드(560), 전력 공급 소스(570), 및 조정 가능한 바이패스 회로(580c)를 포함한다. 조정 가능한 바이패스 회로(580c)는 도 4의 조정 가능한 바이패스 회로(480)의 또 다른 예시적인 설계이다. 조정 가능한 바이패스 회로(580c)는 직렬로 커플링되는 조정 가능한 커패시터(592) 및 조정 가능한 레지스터(594)를 포함하며, 직렬 결합은 전력 공급 소스(570)와 회로 접지 간에 커플링된다.
전력 공급 소스(570)는 유도성일 수 있는 ZPS의 출력 임피던스를 갖는다. 바이패스 커패시터(592)는 가변적인 CVAR의 커패시턴스를 갖는다. 레지스터(594)는 가변적인 RVAR의 저항을 갖는다. 손실 공진 회로는 전력 공급 소스(570)의 출력 임피던스, 바이패스 커패시터(592) 및 레지스터(594)에 의해 형성될 수 있다. 손실 공진 회로의 공진 주파수는 수학식(1)에서 도시된 바와 같이 결정될 수 있다. 손실 공진 회로의 Q는 수학식(2)에서 도시된 바와 같이 결정될 수 있다. 수학식(1)에서 도시된 바와 같이, 공진 주파수는 조정 가능한 가변 커패시터(592)에 의해 변동될 수 있다. 수학식(2)에서 도시된 바와 같이, Q는 조정 가능한 가변 레지스터(594) 및/또는 가변 커패시터(592)에 의해 변동될 수 있다. 공진 주파수 및/또는 Q는 안정성 및 양호한 성능이 전력 증폭기(540)에 대해 달성될 수 있도록 변동될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 조정 가능한 공급 전압 바이패싱을 제공할 수 있는 조정 가능한 바이패스 회로의 3개의 예시적인 설계들을 도시한다. 조정 가능한 바이패스 회로는 다른 방식들로 또한 구현될 수 있다. 예를 들어, 큰 레지스터는 도 5a의 조정 가능한 커패시터(582)와 병렬로 그리고 전력 공급 소스와 회로 접지 간에 커플링될 수 있다. 다른 예로서, 고정 바이패스 커패시터는 도 5b의 커패시터(584)와 레지스터(586)의 직렬 결합과 병렬로 그리고 전력 공급 소스와 회로 접지 간에 커플링될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c에서 도시된 바와 같이, 공급 소스(예를 들어, 전력 공급 소스(570))에 대한 바이패스 회로(예를 들어, 바이패스 회로(580a, 580b, 또는 580c))는 공급 소스에 커플링되는 증폭기(예를 들어, 전력 증폭기(540))의 안정성 및 성능(예를 들어, 선형성, 효율 등)을 개선하기 위해 적어도 하나의 조정 가능한 회로 엘리먼트(예를 들어, 조정 가능한 커패시터(582 또는 592), 및/또는 조정 가능한 레지스터(584 또는 594))를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조정 가능한 회로 엘리먼트는 조정 가능한 커패시터, 조정 가능한 레지스터, 또는 조정 가능한 인덕터일 수 있다. 조정 가능한 회로 엘리먼트(들)는 공급 소스 및 바이패스 커패시터의 유도성 출력 임피던스로 인한 공진의 Q 및/또는 공진 주파수를 변경하도록 변동될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c의 조정 가능한 바이패스 회로들은 다양한 방식들로 구현될 수 있다. 도 5a 내지도 도 5c의 조정 가능한 바이패스 회로들의 몇몇 예시적인 설계들이 아래에서 설명된다.
도 6a는 도 5a의 조정 가능한 바이패스 회로(580a)의 예시적인 설계인 조정 가능한 바이패스 회로(580d)의 개략도를 도시한다. 도 6a에서 도시된 예시적인 설계에서, 조정 가능한 바이패스 회로(580d)는 전력 공급 소스(570)와 회로 접지 간에 커플링되는 조정 가능한 커패시터(582a)를 포함한다. 조정 가능한 커패시터(582a)는 N개의 스위칭 가능한 커패시터들(612a 내지 612n)로 구현되며, 여기서 N은 임의의 정수값일 수 있다. 각각의 스위칭 가능한 커패시터(612)는 스위치(614)와 직렬로 커플링되고, 커패시터(612)와 스위치(614)의 직렬 결합은 전력 공급 소스(570)와 회로 접지 간에 커플링된다. N개의 스위치들(614a 내지 614n)은 각각 N개의 제어 신호들(S1 내지 SN)을 수신한다. 각각의 스위치(614)는 (i) 연관된 커패시터(612)를 전력 공급 소스(570)에 연결하도록 그의 제어 신호에 기초하여 폐쇄되거나, (ii) 전력 공급 소스(570)로부터 연관된 커패시터(612)를 연결해제하도록 그의 제어 신호에 기초하여 개방될 수 있다. 스위치들(614)은 FET들(field effect transistors) 또는 다른 타입들의 트랜지스터들로 구현될 수 있다.
일 예시적인 설계에서, N개의 커패시터들(612a 내지 612n)은 C의 동일한 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, N개의 커패시터들(612a 내지 612n)은 이진 가중화를 위한 상이한 커패시턴스 값들, 예를 들어, C, 2C, 4C 등을 가질 수 있다. 일반적으로, N개의 커패시터들(612a 내지 612n)은 임의의 적합한 값들을 가질 수 있다.
도 6a는 조정 가능한 커패시터(582a)가 N개의 스위칭 가능한 커패시터들(612)로 구현되는 예시적인 설계를 도시한다. 이는 조정가능한 커패시터(582a)가 0을 포함하는 커패시턴스 값들의 범위에 걸쳐서 가변 가능하게 되는 것을 가능케 한다. 다른 예시적인 설계에서, 고정 바이패스 커패시터가 또한 전력 공급 소스(570)와 회로 접지 간에 커플링될 수 있다. 고정 바이패스 커패시터는 모든 스위칭 가능한 커패시터들(612)이 연결해제될 때 조정 가능한 커패시터(582a)에 대한 최소 커패시턴스를 제공할 수 있다.
도 6b는 도 5b의 조정 가능한 바이패스 회로(580b)의 예시적인 설계인 조정 가능한 바이패스 회로(580e)의 개략도를 도시한다. 도 6b에서 도시된 예시적인 설계에서, 조정 가능한 바이패스 회로(580e)는 (i) 전력 공급 소스(570)와 노드 A 간에 커플링되는 고정 커패시터(584) 및 (ii) 노드 A와 회로 접지 간에 커플링되는 조정 가능한 레지스터(586a)를 포함한다. 조정 가능한 레지스터(586a)는 각각 N개의 스위치들(624a 내지 624n)에 커플링되는 N개의 레지스터들(622a 내지 622n)로 구현되며, 여기서 N은 임의의 정수값일 수 있다. 레지스터(622)와 스위치(624)의 각각의 직렬 결합은 노드 A와 회로 접지 간에 커플링된다. N개의 스위치들(624a 내지 624n)은 각각 N개의 제어 신호들(R1 내지 RN)을 수신한다. 각각의 스위치(624)는 (i) 연관된 레지스터(622)를 선택하도록 그의 제어 신호에 기초하여 폐쇄되거나, (ii) 연관된 레지스터(622)를 선택해제(unselect)하도록 그의 제어 신호에 기초하여 개방될 수 있다.
일 예시적인 설계에서, N개의 레지스터들(622a 내지 622n)은 R의 동일한 저항값을 가질 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, N개의 레지스터들(622a 내지 622n)은 이진 가중화를 위해 상이한 저항값들, 예를 들어, R, 2R, 4R 등을 가질 수 있다. 일반적으로 N개의 레지스터들(622a 내지 622n)은 임의의 적합한 값들을 가질 수 있다.
도 6c는 도 5b의 조정 가능한 바이패스 회로(580b)의 다른 예시적인 설계인 조정 가능한 바이패스 회로(580f)의 개략도를 도시한다. 도 6c에 도시된 예시적인 설계에서, 조정 가능한 바이패스 회로(580f)는 (i) 전력 공급 소스(570)와 노드 A 간에 커플링되는 고정 커패시터(584) 및 (ii) 노드 A와 회로 접지 간에 커플링되는 조정 가능한 레지스터(586b)를 포함한다. 조정 가능한 레지스터(586b)는 N개의 NMOS(N-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터들(632a 내지 632n)로 구현되며, 여기서 N은 임의의 정수값일 수 있다. 각각의 NMOS 트랜지스터(632)는 회로 접지에 커플링되는 그의 소스, 노드 A에 커플링되는 그의 드레인 및 그 NMOS 트랜지스터에 대한 제어 신호를 수신하는 그의 게이트를 갖는다. N개의 NMOS 트랜지스터들(632a 내지 632n)은 각각 N개의 제어 신호들(R1 내지 RN)을 수신한다. 각각의 NMOS 트랜지스터(632)는 (i) 노드 A와 회로 접지 간에 적합한 ON 저항을 제공하도록 그의 제어 신호에 기초하여 턴 온되거나 (ii) 노드 A와 회로 접지 간에 큰 저항을 제공하도록 그의 제어 신호에 기초하여 턴 오프될 수 있다.
일 예시적인 설계에서, N개의 NMOS 트랜지스터들(632a 내지 632n)은 W/L의 동일한 트랜지스터 크기를 가질 수 있으며, 여기서 W는 폭이고, L는 트랜지스터의 길이이다. 큰 트랜지스터 크기는 더 작은 ON 저항을 제공할 수 있으며, 그 반대도 가능하다. 다른 예시적인 설계에서, N개의 NMOS 트랜지스터들(632a 내지 632n)은 이진 가중화를 위해 상이한 트랜지스터 크기, 예를 들어, W1/L1, W2/L2, ...., WN/LN를 가질 수 있다. 일반적으로, N개의 NMOS 트랜지스터들(632a 내지 632n)은 원하는 ON 저항에 기초하여 결정될 수 있는 임의의 적합한 크기들을 가질 수 있다.
도 6d는 도 5c의 조정 가능한 바이패스 회로(580c)의 예시적인 설계인 조정 가능한 바이패스 회로(580g)의 개략도를 도시한다. 도 6d에서 도시된 예시적인 설계에서, 조정 가능한 바이패스 회로(580g)는 (i) 전력 공급 소스(570)와 노드 B 간에 커플링되는 조정 가능한 커패시터(592a) 및 (ii) 노드 B와 회로 접지 간에 커플링되는 조정 가능한 레지스터(594a)를 포함한다.
도 6d에서 도시된 예시적인 설계에서, 조정 가능한 커패시터(592a)는 N개의 스위칭 가능한 커패시터들(642a 내지 642n)로 구현되며, 여기서 N은 임의의 정수값일 수 있다. 각각의 스위칭 가능한 커패시터(642)는 스위치(644)와 직렬로 커플링되며, 커패시터(642)와 스위치(644)의 직렬 결합은 전력 공급 소스(570)와 노드 B 간에 커플링된다. N개의 스위치들(644a 내지 644n)은 N개의 제어 신호들(S1 내지 SN)을 각각 수신한다. 각각의 스위치(644)는 (i) 연관된 커패시터(642)를 선택하도록 그의 제어 신호에 기초하여 폐쇄되거나 (ii) 연관된 커패시터(642)를 선택해제하도록 그의 제어 신호에 기초하여 개방될 수 있다. N개의 커패시터들(642a 내지 642n)은 동일하거나 상이한 커패시턴스 값들을 가질 수 있다.
도 6d에서 도시된 예시적인 설계에서, 조정 가능한 레지스터(594a)는 N개의 레지스터들(652a 내지 652n)로 구현된다. 각각의 레지스터(652)는 스위치(654)와 직렬로 커플링되며, 레지스터(652)와 스위치(654)의 직렬 결합은 노드 B와 회로 접지 간에 커플링된다. N개의 스위치들(654a 내지 654n)은 각각 N개의 제어 신호들(R1 내지 RN)을 수신한다. 각각의 스위치(654)는 (i) 연관된 레지스터(652)를 선택하도록 그의 제어 신호에 기초하여 폐쇄되거나, (ii) 연관된 레지스터(652)를 선택해제하도록 그의 제어 신호에 기초하여 개방될 수 있다. N개의 레지스터들(652a 내지 652n)은 동일하거나 상이한 저항값들을 가질 수 있다.
도 6a 내지 6d는 조정 가능한 커패시터 및 조정 가능한 레지스터의 몇몇 예시적인 설계들을 도시한다. 조정 가능한 커패시터는 다른 방식들로 또한 구현될 수 있다. 예를 들어, 조정 가능한 커패시터는 아날로그 제어 신호에 기초하여 조정될 수 있는 커패시턴스를 갖는 가변 커패시터(버랙터)로 구현될 수 있다. 다른 예로서, 조정 가능한 커패시터는 (도 6a 내지 6d에서 도시된 바와 같은 병렬 대신) 직렬로 커플링되는 다수의 스위칭 가능한 커패시터들로 구현될 수 있다. 조정 가능한 레지스터는 또한 다른 방식들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 조정 가능한 레지스터는 (도 6a 내지 6d에서 도시된 바와 같은 병렬 대신) 직렬로 커플링되는 다수의 레지스터들로 구현될 수 있다.
조정 가능한 바이패스 회로의 조정 가능한 회로 엘리먼트(예를 들어, 조정 가능한 커패시터 또는 조정 가능한 레지스터)는 다양한 방식으로 변동될 수 있다. 일 예시적인 설계에서, 조정 가능한 회로 엘리먼트는 사전-특성화(pre-characterization)에 기초하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기의 안정성 및 성능은 각각의 관심 동작 시나리오에 대해 조정 가능한 회로 엘리먼트의 상이한 가능한 값들에 대해 특성화(예를 들어, 제조 국면 또는 회로 설계 국면 동안)될 수 있다. 관심 동작 시나리오들은 상이한 동작 주파수들, 상이한 전송 전력 레벨들, 상이한 라디오 기술들 등에 대응할 수 있다. 수락 가능한 안정성 마진들을 갖는 최상의 성능을 제공할 수 있는 조정 가능한 회로 엘리먼트의 세팅은 (예를 들어, 도 2의 메모리(212)의) 룩-업 테이블에 저장될 수 있다. 특성화는 컴퓨터 시뮬레이션, 연구소 측정들, 공장 측정들, 현장 측정들 등에 의해 수행될 수 있다. 그 후, 현재 동작 시나리오에 대해 최상의 성능을 제공할 수 있는 조정 가능한 회로 엘리먼트의 세팅은 룩-업 테이블로부터 리트리브(retrieve)되고 조정 가능한 회로 엘리먼트에 적용될 수 있다.
다른 예시적인 설계에서, 조정 가능한 바이패스 회로의 조정 가능한 회로 엘리먼트는 예를 들어, 동작 동안 동적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 신호 전력과 같은 하나 이상의 파라미터들은 조정 가능한 회로 엘리먼트의 상이한 가능한 세팅들에 대해 측정될 수 있다. 하나 이상의 파라미터들에 의해 측정될 때 최상의 성능을 제공할 수 있는 세팅이 이용을 위해 선택될 수 있다.
또 다른 예시적인 설계에서, 조정 가능한 바이패스 회로의 조정 가능한 회로 엘리먼트는 사전-특성화 및 동적 조정의 결합에 기초하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기의 성능 및 안정성은 사전-특성화될 수 있고, 현재의 동작 시나리오에 대해 양호한 성능을 제공할 수 있는 조정 가능한 회로 엘리먼트의 세팅이 룩-업 테이블로부터 리트리브되고 조정 가능한 회로 엘리먼트에 적용될 수 있다. 조정 가능한 회로 엘리먼트는 이어서 동작 동안 (예를 들어, 선택된 세팅에 대응하는 공칭값 주위의 보다 좁은 범위 내에서) 동적으로 조정될 수 있다. 조정 가능한 바이패스 회로의 조정 가능한 회로 엘리먼트는 또한 다른 방식들로 조정될 수 있다.
전력 공급 소스는 예를 들어, 도 3 내지 도 6d에서 도시된 바와 같이 전력 증폭기에 대한 고정 공급 전압을 생성할 수 있다. 고정 공급 전압은 전력 증폭기로부터 증폭된 RF 신호의 예상되는 최대 신호 레벨에 기초하여 선택될 수 있다. 고정 공급 전압을 이용하는 것은 증폭된 RF 신호가 최대 신호 레벨보다 작을 때 비효율을 초래할 수 있다.
도 7a는 전력 증폭기(740)에 대한 고정 공급 전압을 이용하는 도면을 도시한다. 전력 증폭기(740)로부터의 증폭된 RF 신호는 시간-변동 엔벨로프를 가지며 플롯(710)에 의해 도시된다. 전력 공급 소스(770)는 전력 증폭기(740)에 대한 고정 공급 전압을 생성한다. 고정 공급 전압은 플롯(720)에 의해 도시되며 증폭된 RF 신호의 클리핑(clipping)을 방지하기 위해 증폭된 RF 신호의 최대 진폭보다 더 높다. 고정 공급 전압과 증폭된 RF 신호의 엔벨로프 간의 차이는 로드에 전달되는 대신 전력 증폭기(740)에 의해 소산되는 낭비 전력을 표현한다.
도 7b는 엔벨로프 트래커(772)를 이용하여 전력 증폭기(740)에 대한 가변 공급 전압을 생성하는 도면을 도시한다. 엔벨로프 트래커(772)는 증폭된 RF 신호의 엔벨로프를 나타내는 엔벨로프 신호를 수신하고 엔벨로프 신호에 기초하여 전력 증폭기(740)에 대한 가변 공급 전압을 생성한다. 가변 공급 전압은 플롯(730)에 의해 도시되고 시간에 걸쳐 증폭된 RF 신호의 엔벨로프를 근접하게 트래킹한다. 그러므로, 가변 공급 전압과 증폭된 RF 신호의 엔벨로프 간의 차이는 작으며, 이는 더 적은 낭비 전력을 발생시킨다. 전력 증폭기(740)는 전력 증폭기(740)의 PAE(power-added efficiency)를 개선하기 위해 모든 또는 대부분의 엔벨로프 진폭들에 대해 포화(saturation)에서 동작할 수 있다.
다른 양상에서, 조정 가능한 바이패스 회로는 엔벨로프 트래커에 커플링되는 증폭기의 성능 및 안정성을 개선하기 위해 엔벨로프 트래커와 결합하여 이용될 수 있다. 조정 가능한 바이패스 회로는 적어도 하나의 조정 가능한 회로 엘리먼트를 포함할 수 있으며, 이는 (i) 바이패스 커패시터 및 엔벨로프 트래커의 유도성 출력 임피던스로 인해 공진의 공진 주파수를 변경하고, (ii) 공진의 Q를 변경하고, 및/또는 (iii) 엔벨로프 트래커에 연결되는 총 커패시턴스를 변경하도록 변동될 수 있다.
도 8은 조정 가능한 공급 전압 바이패싱을 갖는 전송기(830)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. 전송기(830)는 전력 증폭기(840), 출력 회로들(850), 로드(860), 엔벨로프 트래커(870), 및 조정 가능한 바이패스 회로(880)를 포함한다. 전력 증폭기(840)는 입력 RF 신호를 수신 및 증폭하고 증폭된 RF 신호를 제공한다. 출력 회로들(850)은 증폭된 RF 신호를 수신하고 출력 RF 신호를 로드(860)에 제공한다. 전력 증폭기(840)는 도 2의 전력 증폭기들(240a 내지 240m) 중 임의의 것일 수 있다. 엔벨로프 트래커(870)는 전력 증폭기(840)에 대한 가변 공급 전압을 생성한다. 조정 가능한 바이패스 회로(880)는 엔벨로프 트래커(870)로부터의 가변 공급 전압의 바이패싱을 수행한다.
도 8에서 도시된 예시적인 설계에서, 엔벨로프 트래커(870)는 엔벨로프 증폭기(Env Amp)(872), 부스트 변환기(874), 스위치기(876) 및 인덕터(878)를 포함한다. 부스트 변환기(874)는 공급 전압(Vdd)을 수신하고 Vdd 전압보다 더 높은 부스트된 공급 전압(Vboost)을 생성한다. 엔벨로프 증폭기(872)는 그의 신호 입력에서 엔벨로프 신호를 수신하고, 그의 2개의 공급 입력들에서 Vdd 전압 및 Vboost 전압을 수신하고, 노드 U에서 고주파수 컴포넌트들을 포함하는 제 1 공급 전류를 제공한다. 엔벨로프 신호는 전력 증폭기(840)로부터 증폭된 RF 신호의 엔벨로프를 근접하게 트래킹한다. 엔벨로프 증폭기(872)는 증폭된 RF 신호가 특정한 신호 레벨 미만일 때 Vdd 전압에 기초하여 그리고 증폭된 RF 신호가 특정한 신호 레벨을 초과할 때 Vboost 전압에 기초하여 동작할 수 있다. 엔벨로프 증폭기(872)는 또한 ET(envelope tracking) 변조기로서 지칭될 수 있다.
스위치기(876)는 Vdd 전압을 수신하고 노드 U에서 저주파수 컴포넌트 및 DC를 포함하는 제 2 공급 전류를 제공한다. 스위치기(876)는 SMPS(switching-mode power supply)로서 또한 지칭될 수 있다. 인덕터(878)는 스위치기(876)로부터의 전류를 저장하고, 교번 사이클들에서 노드 U에 저장된 전류를 제공한다. 전력 증폭기(840)에 제공되는 총 공급 전류는 엔벨로프 증폭기(872)로부터 제 1 공급 전류 및 스위치기(876)로부터 제 2 공급 전류를 포함한다. 엔벨로프 증폭기(872)는 또한 노드 U에서 전력 증폭기(840)에 대한 적절한 공급 전압을 제공한다.
도 8은 엔벨로프 트래커(870)의 예시적인 설계를 도시한다. 엔벨로프 트래커는 또한 다른 방식들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 엔벨로프 트래커는 엔벨로프 증폭기만, 또는 엔벨로프 증폭기 및 스위치기(그러나 부스트 변환기는 아님) 등을 포함할 수 있다.
조정 가능한 바이패스 회로(880)는 도 5a 내지 도 6d에서 도시된 예시적인 설계들 중 임의의 것에 기초하여 구현될 수 있다. 조정 가능한 바이패스 회로(880)는 또한 다른 방식으로 구현될 수 있다.
엔벨로프 트래커는 전력 증폭기에 의한 전력 소비를 감소시키는데 이용될 수 있다. 엔벨로프 트래커 내의 엔벨로프 증폭기는 통상적으로 선형 스테이지를 포함한다. 선형 스테이지의 요구된 대역폭은 무선 디바이스에 의해 지원되는 무선 시스템들에 의존하며 WCDMA 및 LTE에 대해 수 또는 수십 MHz일 수 있다. 일반적으로, 선형 스테이지의 대역폭은 통상적으로 용량성 로드에 의해 제한되며 더 많은 바이어스 전류는 통상적으로 더 큰 용량성 로드에 대해 동일한 대역폭을 달성하기 위해 요구된다. 용량성 로드는 온-칩 RF 종단(on-chip RF termination)을 제공하는데 이용될 수 있는 온-칩 바이패스 커패시터들에 의해 지배적이 될 수 있다. 바이패스 커패시터들은 전력 증폭기의 성능을 개선할 수 있다.
조정 가능한 바이패스 회로(880)는 도 8에서 도시된 바와 같이 단지 하나의 전력 증폭기(840)가 존재할 때조차 엔벨로프 트래커(870)를 위해 이용될 수 있다. 하나의 전력 증폭기(840)가 존재하면, 몇몇 애플리케이션들에서 엔벨로프 트래커(870)를 이용하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 예를 들어, (i) 동일한 전력 증폭기(840)가 일정한 엔벨로프 및 가변 엔벨로프 둘 다의 애플리케이션들에 대해 이용되고 일정한 엔벨로프 애플리케이션들에서 엔벨로프 트래커(870)를 이용하는 것이 필요하지 않거나, 또는 (ii) 엔벨로프 트래커(870)가 모든 애플리케이션들에서 요구되는 전류의 양을 제공할 수 없기 때문에, 엔벨로프 트래커(870)를 이용하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 엔벨로프 트래커(870)가 이유 (i) 또는 (ii)로 이용되지 않는 경우, 전력 증폭기(840)는 엔벨로프 트래커(870) 대신, (도 8에서 도시되지 않은) 주 공급 소스에 직접 연결될 수 있다. 이 경우에, 전력 증폭기(840)가 주 공급 소스 또는 엔벨로프 트래커(870)에 연결되는지에 의존하여 조정 가능한 바이패스 회로(880)를 변동(예를 들어, 조정 가능한 바이패스 커패시터를 변동)시키는 것이 바람직할 수 있다.
다수의 전력 증폭기들은 동일한 엔벨로프 트래커를 공유할 수 있다. 각각의 전력 증폭기는 전력 증폭기에 대한 양호한 RF 종단을 제공하기 위해 엔벨로프 트래커에 커플링되고 근처에 위치되는 바이패스 커패시터를 가질 수 있다. 이 경우에, 다수의 전력 증폭기들에 대한 모든 바이패스 커패시터들의 총 커패시턴스는, 수락 가능한 바이어스 전류 소비를 갖는 엔벨로프 증폭기에 의해 구동될 수 있는 총 커패시턴스를 쉽게 초과할 수 있다. 이 문제는 몇 개의 방식들로 해결될 수 있다. 일 해결책에서, 엔벨로프 트래커는 소수의 전력 증폭기들(예를 들어, 다수의 전력 증폭기들의 서브세트)에 대해서만 이용될 수 있고 Vdd 전압이 잔여 전력 증폭기들에 대해 이용될 수 있다. 다른 해결책에서, 다수의 엔벨로프 트래커들이 다수의 전력 증폭기들에 대해 이용될 수 있으며, 각각의 엔벨로프 트래커는 다수의 전력 증폭기들의 상이한 서브세트에 대해 이용될 수 있다. 그러나 어느 하나의 해결책도 모든 전력 증폭기들에 대해 단일의 엔벨로프 트래커를 이용하는 것만큼 효율적이지 않다.
또 다른 양상에서, 다수의 전력 증폭기들은 공통 공급 연결(common supply connection)을 공유할 수 있고, 적어도 하나의 전력 증폭기의 적어도 하나의 바이패스 커패시터가 연결되거나 공통 공급 연결의 총 바이패스 커패시턴스를 감소시키기 위해 공통 공급 연결로부터 연결해제될 수 있다. 이는 단일 전력 공급 소스 또는 단일 엔벨로프 트래커가 모든 전력 증폭기들에 대한 고정 또는 가변 공급 전압을 공급하는 것을 가능케 할 수 있다. 이는 전력 공급 소스 또는 엔벨로프 트래커의 회로 설계 및 요건들을 쉽게 할 수 있다.
도 9는 공통 공급 연결을 공유하고 조정 가능한 바이패스 커패시턴스를 갖는 다수의 전력 증폭기들(940a 내지 940k)을 갖는 전송기(930)의 예시적인 설계의 블록도를 도시한다. 전송기(930)는 K개의 출력 회로들(950a 내지 950k)에 각각 커플링되는 K개의 전력 증폭기들(940a 내지 940k)을 포함한다. K개의 출력 회로들(950a 내지 950k)은 추가로 안테나(954)에 커플링되는 스위치플렉서/듀플렉서(952)에 또한 커플링된다.
K개의 전력 증폭기들(940a 내지 940k)은 추가로 공통 공급 연결(972)에 커플링된다. 엔벨로프 트래커(970)는 또한 공통 공급 연결(972)에 커플링되고, 인에이블된/선택된 전력 증폭기에 대한 가변 공급 전압을 생성한다. K개의 조정 가능한 바이패스 회로들(980a 내지 980k)은 또한 공통 공급 연결(972)에 커플링되고, 각각 K개의 전력 증폭기들(940a 내지 940k) 근처에 위치된다. 도 9에서 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 조정 가능한 바이패스 회로(980)는 스위치(984)에 직렬로 커플링되는 커패시터(982)를 포함하며, 커패시터(982)와 스위치(984)의 직렬 결합은 공통 공급 연결(972)과 회로 접지 간에 커플링된다.
도 9에서 도시된 예시적인 설계에서, 각각의 전력 증폭기에 대한 바이패스 커패시터는 그 바이패스 커패시터에 대한 제어 신호에 기초하여 스위치 인 또는 아웃될 수 있다. N개의 전력 증폭기들(940a 내지 940k) 중에서 하나 이상의 전력 증폭기들은 임의의 정해진 순간에 인에이블되고 턴 온될 수 있다. 각각의 인에이블된 전력 증폭기의 바이패스 커패시터는 공통 공급 연결(972)에 연결될 수 있고 모든 다른 바이패스 커패시터들은 공통 공급 연결로부터 연결해제될 수 있다. 디스에이블되고 미사용되는 전력 증폭기들에 대한 바이패스 커패시터들의 연결해제는 공통 공급 연결에서 총 용량성 로드를 감소시킬 수 있다.
도 9는 공통 공급 연결을 공유하고 조정 가능한 바이패스 커패시턴스를 갖는 다수의 전력 증폭기들의 예시적인 설계를 도시한다. 전력 증폭기들은 도 9에서 도시된 바와 같이 가변 공급 전압을 제공하는 엔벨로프 트래커에 커플링될 수 있다. 대안적으로, 전력 증폭기들은 고정 공급 전압을 제공하는 전력 공급 소스(도 9에서 도시되지 않음)에 커플링될 수 있다.
다수의 전력 증폭기들에 대한 조정 가능한 바이패스 커패시턴스는 다른 방식들로 또한 구현될 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 고정 바이패스 커패시터는 스위칭 가능한 바이패스 커패시터와 병렬로 커플링될 수 있다. 이 예시적인 설계에서, 전력 증폭기의 바이패스 커패시턴스 중 일부만이 스위칭 가능하게 될 수 있다. 일 예시적인 설계에서, 스위치들은 도 9에서 도시된 바와 같이 바이패스 커패시터들과 회로 접지 간에 커플링될 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 스위치들은 공통 공급 연결과 바이패스 커패시터들 간에 커플링될 수 있다(도 9에서 도시되지 않음).
또 다른 양상에서, 전력 증폭기에는 엔벨로프 트래커에 의한 가변 공급 전압 또는 전력 공급 소스에 의한 고정 공급 전압 중 어느 하나가 제공될 수 있다. 조정 가능한 바이패스 커패시터가 전력 증폭기에 대해 이용될 수 있다.
예시적인 설계에서, 장치(예를 들어, 무선 디바이스, IC, 회로 모듈 등)는 예를 들어, 도 5a 내지 도 5c에서 도시된 바와 같이 증폭기 및 조정 가능한 바이패스 회로를 포함할 수 있다. 증폭기(예를 들어, 도 5a 내지 도 5c의 전력 증폭기(540))는 공급 소스로부터 공급 전압을 수신할 수 있다. 증폭기는 입력 RF 신호를 수신하고 증폭된 RF 신호를 제공하는 전력 증폭기를 포함할 수 있다. 조정 가능한 바이패스 회로는 공급 소스에 커플링될 수 있고, 공급 전압을 바이패스(예를 들어, 필터링)할 수 있다. 조정 가능한 바이패스 회로는 조정 가능한 커패시터 또는 조정 가능한 레지스터에 커플링된 고정 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 예시적인 설계에서, 공급 소스는 증폭기에 대한 고정 공급 전압을 제공하는 전력 공급 소스(예를 들어, 도 5a 내지 도 5c의 전력 공급 소스(570))를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 공급 소스는 증폭기에 대한 가변 공급 전압을 제공하는 엔벨로프 트래커(예를 들어, 도 8의 엔벨로프 트래커(870))를 포함할 수 있다. 엔벨로프 트래커는 입력 RF 신호에 대응하는 엔벨로프 신호에 기초하여 가변 공급 전압을 생성할 수 있다.
예시적인 설계에서, 조정 가능한 바이패스 회로는 공급 소스와 회로 접지 간에 커플링되는 조정 가능한 커패시터(예를 들어, 도 5a의 커패시터(582))를 포함할 수 있다. 조정 가능한 커패시터는 복수의 스위칭 가능한 커패시터들(예를 들어, 도 6a의 커패시터들(612))을 포함할 수 있다. 각각의 스위칭 가능한 커패시터는 스위칭 가능한 커패시터에 대한 각각의 제어 신호에 기초하여 선택되거나 선택해제될 수 있다.
다른 예시적인 설계에서, 조정 가능한 바이패스 회로는 공급 소스와 회로 접지 간에 그리고 직렬로 커플링되는 고정 커패시터(예를 들어, 도 5b의 커패시터(584)) 및 조정 가능한 레지스터(예를 들어, 도 5b의 레지스터(586))를 포함할 수 있다. 일 예시적인 설계에서, 조정 가능한 레지스터는 복수의 스위칭 가능한 레지스터들(예를 들어, 도 6b의 레지스터(622))을 포함할 수 있다. 각각의 스위칭 가능한 레지스터는 스위칭 가능한 레지스터에 대한 각각의 제어 신호에 기초하여 선택되거나 선택해제될 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 조정 가능한 레지스터는 복수의 트랜지스터들(예를 들어, 도 6c의 NMOS 트랜지스터(632))을 포함할 수 있다. 각각의 트랜지스터는 트랜지스터에 대한 각각의 제어 신호에 기초하여 선택되거나 선택해제될 수 있다. 각각의 트랜지스터는 선택되면 ON 저항을 제공할 수 있다. 복수의 트랜지스터들은 상이한 크기들을 가질 수 있고 선택되면 상이한 ON 저항들을 제공할 수 있다.
또 다른 예시적인 설계에서, 조정 가능한 바이패스 회로는 공급 소스와 회로 접지 간에 그리고 직렬로 커플링되는 조정 가능한 커패시터(예를 들어, 도 5c의 커패시터(592)) 및 조정 가능한 레지스터(예를 들어, 도 5c의 레지스터(594))를 포함할 수 있다. 조정 가능한 커패시터는 복수의 스위칭 가능한 커패시터들(예를 들어, 도 6d의 커패시터들(642))을 포함할 수 있다. 각각의 스위칭 가능한 커패시터는 스위칭 가능한 커패시터에 대한 각각의 제 1 제어 신호에 기초하여 선택되거나 선택해제될 수 있다. 조정 가능한 레지스터는 복수의 스위칭 가능한 레지스터들(예를 들어, 도 6d의 레지스터들(652))을 포함할 수 있다. 각각의 스위칭 가능한 레지스터는 스위칭 가능한 레지스터에 대한 각각의 제 2 제어 신호에 기초하여 선택되거나 선택해제될 수 있다.
다른 예시적인 설계에서, 장치(예를 들어, 무선 디바이스, IC, 회로 모듈 등)는 예를 들어, 도 9에서 도시된 바와 같이 복수의 증폭기들 및 복수의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터들을 포함할 수 있다. 복수의 증폭기들(예를 들어, 도 9의 전력 증폭기들(940))는 공통 공급 연결에 커플링될 수 있고 공급 소스에 의해 공통 공급 연결에 제공되는 공급 전압을 수신할 수 있다. 복수의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터들(예를 들어, 도 9의 커패시터들(982))은 또한 공통 공급 연결에 커플링될 수 있고 복수의 증폭기들과 연관될 수 있다. 복수의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터들 각각은 복수의 증폭기들 중 하나에 연관될 수 있다. 각각의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터는 공통 공급 연결로부터 연결되거나 연결해제될 수 있다. 예시적인 설계에서, 각각의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터는 (i) 연관된 증폭기가 인에이블될 때 공통 공급 연결에 연결되거나, 또는 (ii) 연관된 증폭기가 디스에이블될 때 공통 공급 연결로부터 연결해제될 수 있다.
예시적인 설계에서, 고정 바이패스 커패시터는 또한 공통 공급 연결에 커플링될 수 있고 복수의 증폭기들 중 하나와 연관될 수 있다. 일반적으로, 임의의 수의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터들 및 임의의 수의 고정 바이패스 커패시터들이 공통 공급 연결에 커플링될 수 있다. 각각의 증폭기는 0개 이상의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터들 및 0개 이상의 고정 바이패스 커패시터들과 연관될 수 있다.
예시적인 설계에서, 공급 소스는 예를 들어, 도 9에서 도시된 바와 같은 공통 공급 연결에 가변 공급 전압을 제공하는 엔벨로프 트래커를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 공급 소스는 고정 공급 전압을 공통 공급 연결에 제공하는 전력 공급 소스를 포함할 수 있다. 공급 소스는 복수의 증폭기들 중에서 인에이블되는 하나 이상의 증폭기들에 공급 전압을 제공할 수 있다.
도 10은 증폭기에 대한 공급 전압을 바이패싱하기 위한 프로세스(1000)의 예시적인 설계를 도시한다. 입력 신호는 증폭된 신호를 획득하기 위해 증폭기(예를 들어, 전력 증폭기)로 증폭될 수 있다(블록 1012)). 증폭기에 대한 공급 전압은 조정 가능한 커패시터, 조정 가능한 레지스터에 커플링되는 고정 커패시터, 또는 조정 가능한 레지스터에 커플링되는 조정 가능한 커패시터 중 적어도 하나를 포함하는 조정 가능한 바이패스 회로를 이용하여 바이패스될 수 있다(블록 1014).
일 예시적인 설계에서, 공급 소스는 고정 공급 전압을 생성하는 전력 공급 소스를 포함할 수 있다. 고정 공급 전압은 증폭기에 대한 공급 전압으로서 제공될 수 있다. 다른 예시적인 설계에서, 공급 소스는 예를 들어, 입력 신호에 대한 엔벨로프 신호에 기초하여 가변 공급 전압을 생성하는 엔벨로프 트래커를 포함할 수 있다. 가변 공급 전압은 증폭기에 대한 공급 전압으로서 제공될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 조정 가능한 바이패스 회로는 IC, 아날로그 IC, RFIC, 혼합-신호 IC, ASIC, 인쇄 회로 보드(PCB), 전자 디바이스 등 상에 구현될 수 있다. 조정 가능한 바이패스 회로는 또한 CMOS(complementary metal oxide semiconductor), NMOS, P-채널 MOS(PMOS), BJT(bipolar junction transistor), BiCMOS(bipolar-CMOS), SiGe(silicon germanium), GaAs(gallium arsenide), HBT들(heterojunction bipolar transistors), HEMT들(high electron mobility transistors), SOI(silicon-on-insulator) 등과 같이 다양한 IC 프로세스 기술들을 통해 제조될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 조정 가능한 바이패스 회로를 구현하는 장치는 자립형 디바이스일 수 있거나 더 큰 디바이스의 부분일 수 있다. 디바이스는 (i) 자립형 IC, (ii) 데이터 및/또는 명령들을 저장하기 위한 메모리 IC들을 포함할 수 있는 하나 이상의 IC들의 세트, (iii) RF 수신기(RFR) 또는 RF 전송기/수신기(RTR)과 같은 RFIC, (iv) 모바일 스테이션 모뎀(MSM)과 같은 ASIC, (v) 다른 디바이스들 내에 임베딩될 수 있는 모듈, (vi) 수신기, 셀룰러 전화, 무선 디바이스, 핸드셋, 또는 모바일 유닛, (vii) 기타 등등일 수 있다.
하나 이상의 예시적인 설계들에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 컴퓨터-판독 가능한 매체 상에 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나, 또는 이를 통해 전송될 수 있다. 컴퓨터-판독 가능한 매체들은 한 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 이전을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체들 및 컴퓨터 저장 매체들 둘 다를 포함한다. 저장 매체들은 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체들일 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 이러한 컴퓨터-판독 가능한 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장소, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있고 데이터 구조 또는 명령들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하거나 전달하는데 이용될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속수단이 컴퓨터-판독 가능한 매체로서 적절히 칭해진다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, 디지털 가입자 라인(DSL), 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 이용하여 웹사이트, 서버 또는 다른 원격 소스로부터 전송되는 경우, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL, 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술들이 매체의 정의에 포함된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 디스크(disk) 및 디스크(disc)는 컴팩트 디스크(disc)(CD), 레이저 디스크(disc), 광 디스크(disc), 디지털 다기능 디스크(disc)(DVD), 플로피 디스크(disk), 및 블루-레이 디스크(disc)를 포함하며, 여기서 디스크(disk)들은 데이터를 보통 자기적으로 재생하지만, 디스크(disc)들은 레이저를 이용하여 광학적으로 데이터를 재생한다. 상기한 것들의 조합들 역시 컴퓨터 판독가능 매체들의 범위 내에 포함되어야 한다.
본 개시의 이전의 설명은 임의의 당업자가 본 개시를 제조 또는 이용하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다. 본 개시에 대한 다양한 수정들이 당업자들에게 쉽게 자명하게 될 것이고 여기서 정의된 포괄적인 원리들이 본 개시의 범위로부터 벗어남 없이 다른 변동들에 적용될 수 있다. 따라서 본 개시는 여기서 기술된 예들 및 설계들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들에 부합하는 최광의의 범위로 허여된다.

Claims (19)

  1. 신호를 전송하기 위한 장치로서,
    공급 소스로부터 공급 전압을 수신하도록 구성된 증폭기; 및
    상기 공급 소스에 커플링되고 상기 공급 전압을 바이패싱하도록 구성되는 조정 가능한 바이패스 회로
    를 포함하고,
    상기 조정 가능한 바이패스 회로는 조정 가능한 레지스터에 직렬로 커플링되는 고정 커패시터 또는 조정 가능한 커패시터 중 적어도 하나를 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 가능한 바이패스 회로는 상기 공급 소스와 회로 접지 간에 커플링되는 조정 가능한 커패시터를 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조정 가능한 커패시터는 복수의 스위칭 가능한 커패시터들을 포함하고, 각각의 스위칭 가능한 커패시터는 상기 스위칭 가능한 커패시터에 대한 각각의 제어 신호에 기초하여 선택되거나 선택해제되는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 가능한 바이패스 회로는,
    상기 공급 소스와 회로 접지 간에 그리고 직렬로 커플링되는 고정 커패시터 및 조정 가능한 레지스터를 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조정 가능한 레지스터는 복수의 스위칭 가능한 레지스터들을 포함하고, 각각의 스위칭 가능한 레지스터는 상기 스위칭 가능한 레지스터에 대한 각각의 제어 신호에 기초하여 선택되거나 선택해제되는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 조정 가능한 레지스터는 복수의 트랜지스터들을 포함하고, 각각의 트랜지스터는 상기 트랜지스터에 대한 각각의 제어 신호에 기초하여 선택되거나 선택해제되고, 각각의 트랜지스터는 선택되면 ON 저항을 제공하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터들은 상이한 크기들을 갖고, 선택되면 상이한 ON 저항들을 제공하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 가능한 바이패스 회로는 상기 조정 가능한 커패시터에 커플링되는 조정 가능한 레지스터를 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 조정 가능한 커패시터 및 상기 조정 가능한 레지스터는 상기 공급 소스와 회로 접지 간에 그리고 직렬로 커플링되는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 조정 가능한 커패시터는 복수의 스위칭 가능한 커패시터들을 포함하고, 각각의 스위칭 가능한 커패시터는 상기 스위칭 가능한 커패시터에 대한 각각의 제 1 제어 신호에 기초하여 선택되거나 선택해제되고, 상기 조정 가능한 레지스터는 복수의 스위칭 가능한 레지스터들을 포함하고, 각각의 스위칭 가능한 레지스터는 상기 스위칭 가능한 레지스터에 대한 각각의 제 2 제어 신호에 기초하여 선택되거나 선택해제되는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 소스는 상기 증폭기에 대한 가변 공급 전압을 제공하도록 구성된 엔벨로프 트래커(envelope tracker)를 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  12. 신호를 전송하기 위한 장치로서,
    공통 공급 연결(common supply connection)에 커플링되고, 공급 소스에 의해 상기 공통 공급 연결에 제공되는 공급 전압을 수신하도록 구성되는 복수의 증폭기들; 및
    상기 공통 공급 연결에 커플링되고 상기 복수의 증폭기들에 연관되는 복수의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터들을 포함하고,
    상기 복수의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터들 각각은 상기 복수의 증폭기들 중 연관된 증폭기의 동작 상태에 기초하여 상기 공통 공급 연결에 연결되거나 이로부터 연결해제되는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공급 소스는 상기 공통 공급 연결에 가변 공급 전압을 제공하도록 구성된 엔벨로프 트래커(envelope tracker)를 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터들 각각은 상기 복수의 증폭기들 중 하나에 연관되고, 각각의 스위칭 가능한 바이패스 커패시터는 상기 연관된 증폭기가 인에이블될 때 상기 공통 공급 연결에 연결되고, 상기 연관된 증폭기가 디스에이블될 때 상기 공통 공급 연결로부터 연결해제되는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 공통 공급 연결에 커플링되는 고정 바이패스 커패시터
    를 더 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  16. 신호를 전송하기 위한 방법으로서,
    증폭된 신호를 획득하기 위해 증폭기를 이용하여 입력 신호를 증폭하는 단계; 및
    조정 가능한 레지스터에 직렬로 커플링되는 고정 커패시터 또는 조정 가능한 커패시터 중 적어도 하나를 포함하는 조정 가능한 바이패스 회로를 이용하여 상기 증폭기에 대한 공급 전압을 바이패싱하는 단계
    를 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    엔벨로프 트래커를 이용하여 가변 공급 전압을 공급 소스로서 생성하는 단계; 및
    상기 증폭기에 대한 공급 전압으로서 상기 가변 공급 전압을 제공하는 단계
    를 더 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 방법.
  18. 신호를 전송하기 위한 장치로서,
    증폭된 신호를 획득하기 위해 입력 신호를 증폭하기 위한 수단; 및
    상기 증폭하기 위한 수단에 대한 공급 전압을 바이패싱하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 바이패싱하기 위한 수단은 조정 가능한 레지스터에 직렬로 커플링되는 고정 커패시터 또는 조정 가능한 커패시터 중 적어도 하나를 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 공급 소스로서 가변 공급 전압을 생성하기 위한 수단; 및
    증폭기에 대한 공급 전압으로서 상기 가변 공급 전압을 제공하기 위한 수단
    을 더 포함하는,
    신호를 전송하기 위한 장치.
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